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1、機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì),林利紅 副教授 重 慶 大 學(xué),第五節(jié) 進(jìn)給傳動(dòng)系設(shè)計(jì),一.進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)組成及需求 （一）進(jìn)給傳動(dòng)與主傳動(dòng)區(qū)別 1.進(jìn)給運(yùn)動(dòng)多為直線運(yùn)動(dòng)，需要直線/回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換。 2.進(jìn)給運(yùn)動(dòng)數(shù)目通常大于等于2，對(duì)單動(dòng)力源來(lái)說(shuō)，需要運(yùn)動(dòng)分配機(jī)構(gòu)。 3.進(jìn)給功率遠(yuǎn)小于主運(yùn)動(dòng)功率。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的速度比較低，進(jìn)給力也較小，所需的功率也小。 4.進(jìn)給傳動(dòng)恒扭矩傳動(dòng)。,（二）進(jìn)給傳動(dòng)系組成,1.機(jī)械進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng) 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)包括：運(yùn)動(dòng)源、變速系統(tǒng)、換向機(jī)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)分配機(jī)構(gòu)、安全機(jī)構(gòu)、直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和手動(dòng)操縱機(jī)構(gòu)等。 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)與主運(yùn)動(dòng)共用運(yùn)動(dòng)源時(shí)，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)一般以主軸為始端，進(jìn)給量表示為mmr，如車床、鉆床

2、、鏜床。 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)有單獨(dú)的運(yùn)動(dòng)源時(shí)，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)則以電動(dòng)機(jī)為始端，進(jìn)給量表示為mmmin，如銑床。,2.伺服進(jìn)給系統(tǒng),（三）進(jìn)給傳動(dòng)的基本要求 P105,二.機(jī)械進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1. 進(jìn)給傳動(dòng)是恒扭矩傳動(dòng)。 2.進(jìn)給傳動(dòng)系中各傳動(dòng)件的計(jì)算轉(zhuǎn)速是其最高轉(zhuǎn)速。 3.進(jìn)給傳動(dòng)的轉(zhuǎn)速圖為前疏后密結(jié)構(gòu)。 4. 進(jìn)給傳動(dòng)的變速范圍 1/5u進(jìn)2.8，變速范圍Rn14。 5.進(jìn)給傳動(dòng)系采用傳動(dòng)間隙消除機(jī)構(gòu) 為保證傳動(dòng)精度和定位精度，采用齒輪、絲桿螺母?jìng)鲃?dòng)間隙消除機(jī)構(gòu)。 6.快速空程傳動(dòng)的采用 縮短進(jìn)給空行程時(shí)間。 7.微量進(jìn)給機(jī)構(gòu)的采用（um精度） 最小進(jìn)給量1um的機(jī)構(gòu)：蝸桿傳動(dòng)，絲桿螺母，齒輪齒條傳動(dòng)。

3、 最小進(jìn)給量1um的機(jī)構(gòu)：彈性力傳動(dòng)，磁致伸縮傳動(dòng)，熱應(yīng)力傳動(dòng)等。,三.電器伺服進(jìn)給系統(tǒng),（一）對(duì)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的要求 伺服：就是要迅速而又準(zhǔn)確的跟蹤控制命令。 主傳動(dòng)：Rn100 進(jìn)給傳動(dòng)：V進(jìn)1mm2mm,(二)常用伺服電機(jī),1.步進(jìn)電機(jī)（脈沖電機(jī)）：唯一用于開(kāi)環(huán)控制 步距角:每個(gè)指令脈沖產(chǎn)生的電機(jī)轉(zhuǎn)角(常量). 脈沖電機(jī):步距角 2.交流、直流伺服電動(dòng)機(jī)（必須用于閉環(huán)或半閉環(huán)控制） 3.直線電機(jī) 將電能轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)機(jī)械能的電力驅(qū)動(dòng)裝置。是適應(yīng)超高速加工技術(shù)發(fā)展的需要而出現(xiàn)的一種新型電動(dòng)機(jī)。 從電動(dòng)機(jī)到工作臺(tái)之間的一切中間傳動(dòng)都沒(méi)有了，可直接驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)使工作臺(tái)的加減速提高到傳統(tǒng)

4、機(jī)床的1020倍，速度提高34倍。,,,,,（三）進(jìn)給伺服系統(tǒng)類型,1.開(kāi)環(huán)系統(tǒng) （1）概念 開(kāi)環(huán)系統(tǒng)對(duì)工作臺(tái)實(shí)際位移量沒(méi)有檢測(cè)和反饋裝置。數(shù)控裝置發(fā)來(lái)的每一個(gè)脈沖由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)直接變成一個(gè)轉(zhuǎn)角（步距角），再通過(guò)齒輪（同步齒形帶，滾珠絲桿螺母）帶動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)。,（2）運(yùn)動(dòng)計(jì)算,1）脈沖當(dāng)量 2）進(jìn)給速度 3）位置精度的影響因素 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)角因素 傳動(dòng)精度。 定位精度低，系統(tǒng)簡(jiǎn)單，成本低，調(diào)試方便。適用于精度要求不高的數(shù)控機(jī)床中。,2.閉環(huán)系統(tǒng),1） 概念 2） 組成 3) 運(yùn)動(dòng)計(jì)算 3.半閉環(huán)系統(tǒng) 位置檢測(cè)元件，閉環(huán)之外的傳動(dòng)精度。,（四）伺服進(jìn)給機(jī)械結(jié)構(gòu),1.基本要求 1）采用低摩擦傳動(dòng)

5、2）慣量匹配 3）最佳傳動(dòng)比 4）預(yù)緊提高整個(gè)系統(tǒng)的剛度 每個(gè)傳動(dòng)付都有間隙要消除,2.機(jī)械部件設(shè)計(jì),2個(gè)公式。機(jī)械傳動(dòng)部件主要指齒輪和絲桿螺母?jìng)鲃?dòng)副。 （1）最佳傳動(dòng)比的確定 開(kāi)環(huán)系統(tǒng)： 閉環(huán)系統(tǒng)：,（2）齒輪傳動(dòng)付間隙的消除,1）剛性調(diào)隙法 偏心軸套調(diào)整法:電機(jī)是通過(guò)偏心軸套安裝在箱體上，轉(zhuǎn)動(dòng)偏心軸套可一定程度的消除因齒厚誤差和中心距誤差引起的齒側(cè)間隙，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但不能消除因齒輪偏心誤差引起的齒側(cè)間隙。 變齒厚調(diào)整法：加工齒輪的時(shí)候，將假想的分度圓柱面修正為帶有小錐度的圓錐面，使其齒厚在軸向稍有變化，裝配時(shí)改變墊片的厚度，調(diào)整齒輪對(duì)的軸向相對(duì)位置，從而消除齒側(cè)間隙。 斜齒輪軸向墊片調(diào)整法：

6、將一個(gè)斜齒輪制成2半，并在其中加一個(gè)墊片，將3者裝成一體，加工出齒形。裝配時(shí)改變調(diào)整墊片的厚度，使2片薄齒輪的螺旋線錯(cuò)位，使其左右齒面分別與寬齒輪齒槽的左右齒面貼緊，達(dá)到消除側(cè)隙的目的。,2）柔性調(diào)隙法(雙片直齒輪錯(cuò)齒調(diào)整法 ),將薄片齒輪1，2套裝在一起，同另一個(gè)寬齒輪3相嚙合。齒輪1，2端產(chǎn)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，即錯(cuò)齒。使2片齒輪的左右齒面分別貼緊在寬齒輪的左右齒面上，消除齒側(cè)間隙。 彈簧預(yù)緊力的大小可通過(guò)螺母來(lái)調(diào)節(jié)。,（3）滾珠絲桿及支承,,是回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與直線運(yùn)動(dòng)相互轉(zhuǎn)換的傳動(dòng)裝置。在滾道裝入滾珠。當(dāng)絲杠相對(duì)螺母旋轉(zhuǎn)時(shí)，滾珠在螺旋滾道內(nèi)滾動(dòng)，迫使二者發(fā)生軸向相對(duì)位移。由于滾珠的存在，絲杠和螺母之間是

7、滾動(dòng)摩擦，滾珠之間是滑動(dòng)摩擦。具有以下特點(diǎn)： 1）摩擦損失小，傳動(dòng)效率高。傳動(dòng)效率可達(dá)0.920.96。 2）運(yùn)動(dòng)靈敏，低速時(shí)無(wú)爬行。由于主要存在的是滾動(dòng)摩擦，動(dòng)、靜摩擦系數(shù)都很小，而且其差值很小，因而啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩小，動(dòng)作靈敏，即在低速情況下也不會(huì)出現(xiàn)爬行現(xiàn)象。 3）軸向剛度高，反向定位精度高?？梢韵z杠和螺母之間的間隙并實(shí)現(xiàn)滾珠的預(yù)緊。 4）傳動(dòng)具有可逆性，不能自鎖。由于摩擦系數(shù)小，不能自鎖，因而使該機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)具有可逆性。 滾珠絲杠主要承受軸向載荷，因此對(duì)絲杠軸承的軸向精度和剛度要求較高。,滾珠絲桿常用滾動(dòng)軸承,角接觸球軸承 雙向推力圓柱滾子軸承滾針軸承 絲杠的支承軸承應(yīng)采用滾珠絲桿專用軸承，

8、這是一種特殊的向心推力球軸承，其接觸角增大到60度，出廠時(shí)已調(diào)好預(yù)緊力，使用方便。若采用通用軸承，會(huì)增加軸承支座的結(jié)構(gòu)尺寸，增加軸承的摩擦力和發(fā)熱。 絲杠兩端軸承座孔與滾珠螺母座孔應(yīng)保證嚴(yán)格的同軸度，同時(shí)要保證滾珠螺母與座孔的配合良好以及孔對(duì)端面的垂直度，保證軸承支座和螺母支座的整體剛度、局部剛度和接觸剛度等。,滾珠絲桿支承,1）一端固定，一端自由（短絲杠和豎直絲杠） 2）一端固定，一端簡(jiǎn)支（較長(zhǎng)絲杠的臥式安裝絲杠） 3）兩端固定 （要求高拉壓剛度的場(chǎng)合）,角接觸球軸承（兩端固定）,旋轉(zhuǎn)右端螺母拉伸絲杠,雙向推力圓柱滾子軸承滾針軸承（一端固定，一端簡(jiǎn)支）,（五）滾珠絲桿副間隙調(diào)整及預(yù)緊,1.概念 1）軸向間隙概念P115 2）雙螺母調(diào)隙原理,墊片調(diào)整式,通過(guò)改變墊片的厚薄來(lái)改變2個(gè)螺母之間的軸向距離，實(shí)現(xiàn)軸向間隙的消除和預(yù)緊。 齒差式：調(diào)整時(shí)，先取下兩個(gè)內(nèi)齒圈，然后使兩個(gè)圓柱齒輪沿相同方向轉(zhuǎn)過(guò)K個(gè)齒，再裝入內(nèi)齒圈，鎖緊兩圓柱齒輪。,滾珠絲杠的預(yù)拉伸,提高拉壓剛度和補(bǔ)償絲杠的熱變形。,