精密传动及系统——结课作业Word文档下载推荐.docx
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波发生器H、柔轮和刚轮。
当其中的一个基本构件被固定时，则上述差动谐波机构将变成为具有一个自由度（）的行星谐波齿轮机构；
而差动机构中的每一个基本构件均可以成为固定件，或输入件、或输出件。
由于上述谐波减速器没有对给基本构件进行指明，故分为以下三种情况计算：
（1）当波发生器固定（），（如图1（a））其传动比为：
a）柔轮输入，刚轮输出时，
图1（a）b）刚轮输入，柔轮输出时，
（2）当刚轮固定（），（如图1（b））其传动比为：
a）波发生器输入和柔轮输出时，
图1（b）b）柔轮输入和波发生器输出时，
（3）当柔轮固定（），（如图1（c））其传动比为：
a）波发生器输入和刚轮输出时，
b）刚轮输入和波发生器输出时，
图1（c）
3、画出RV摆线针轮行星传动的简图，简述其传动原理和特点，并计算其自由度。
（1）、RV摆线针轮行星传动简图
图2RV摆线针轮行星传动简图
（2）、RV摆线针轮行星传动原理及特点
执行电机的旋转运动由中心轮传递给n个行星轮；
且进行第一级减速。
行星轮的旋转运动传给转臂（曲轴）H，致使摆线轮产生偏心运动。
当针轮固定（与机架连成一体）时，摆线轮一边随转臂H产生公转，一边饶着轴产生自转，通过支撑圆盘上的轴承，将摆线轮的角速度传递给输出轴，且有：
；
即使输出圆盘与摆线轮组成传动比i等于1的双曲柄式输出机构。
RV传动是在摆线针轮传动基础上发展起来的一种封闭式行星传动。
RV（RotaryVector）传动是日本80年代开发的新型减速器，特别适用于载荷大（输出扭矩大于200NM）、过载能力高、刚度高的场合。
RV传动是由第一级的直齿轮减速部分和第二级的摆线针轮减速部分组合而成的两级行星传动机构。
RV减速器中采用双支撑，将两片摆线轮安装于两端轴承支撑的中空转子中，输出仍采用销形输出，但形状为一扇形。
这种设计使之结构紧凑，刚性非常大。
该行星机构的主要特点：
①传动比范围大，因为即使摆线齿数不变，只改变渐开线齿数就可以得到很多的速度比。
其传动比i=31—171；
②可以提高输入转速；
③能减小RV减速器的惯性；
④传动轴的扭转刚性大；
⑤承载能力大；
⑥传动效率高，其传动效率η=0.85—0.92。
（3）、根据RV型行星机构的传动简图，其自由度计算如下：
，，，
4、讨论摆线针轮行星传动的主要失效形式和计算准则。
主要失效形式：
（1）摆线齿轮与针齿工作表明发生疲劳点蚀或胶合及针齿销折断。
尤其在大功率或制造误差较大时，这种破坏往往是主要形式。
（2）W机构的柱销弯曲强度不够、柱销弯断；
或柱销套与柱销孔工作表面的点蚀、胶合或柱销的折断。
尤其在重载、间断工作情况下，W机构的柱销可能是薄弱环节，减速器的承载能力将受W机构的限制。
（3）转臂轴承的疲劳破坏。
尤其在满载、连续工作的情况下，减速器的承载能力和使用寿命往往受转臂滚动轴承寿命的限制。
计算准则：
（1）温度准则摩擦副之间的摩擦热使齿面温度升高，当个别接触点的瞬时温度或各接触点的平均温度超过某临界值时，将产生失效。
（2）摩擦功准则摩擦副接触面间的摩擦功率超过其极限值将导致失效。
（3）油膜厚度准则当摩擦副接触面间的EHD油膜厚度小于由表面粗糙度决定的极限油膜厚度时（或膜厚比小于某极限值时）将产生失效。
5、螺旋传动有哪些类型？
各有何优缺点？
螺旋传动主要由螺杆和螺母组成。
除自锁螺旋外，一般用来把螺旋运动变成直线运动，也可把直线运动变为螺旋运动，同时进行能量和力的传递，或者调整零件间的相互位置。
根据工作性质的不同，可分为三类。
当其以传递运动为主，并要求较高传动精度时，称传动螺旋。
如金属切削机床的进给螺旋；
以传动能量和力为主时，称传力螺旋，如螺旋压力机、螺旋起重器等；
以调整零件间的相互位置为主时，称调整螺旋，如镗刀杆的差动微调螺旋等。
按螺纹副的摩擦状态，螺旋传动可分为滑动传动、滚动传动、静压传动三大类。
滑动螺旋的性能特点：
摩擦阻力大，传动效率低，一般仅0.3～0.7。
当螺旋伸角小于摩擦角时，反行程自锁，此时效率低于0.5磨损快运转较平稳，但低速或微调时易出现爬行现象，螺纹间有侧向间歇，定位精度低，轴向刚度较差；
结构简单，制造方便，成本低。
滚动螺旋的性能特点：
摩擦阻力大，传动效率在0.9以上，具有传动的可逆性；
工作寿命长，平均约为滑动螺旋的10倍；
运转平稳，启动时无颤动，低速时无爬行；
可得到很高的定位精度和轴向刚度；
不能自锁，抗冲击和及承受径向载荷的能力差；
结构复杂，制造较困难，成本较高。
静压螺旋的性能特点：
摩擦阻力极小，传动效率在0.95以上。
无自锁性，具有传动的可逆性；
磨损小，寿命长；
承载能力和抗振性好，工作平稳，低速时不爬行；
反向时无空行程，具有很高的定位精度和轴向刚度；
螺母油腔结构复杂，制造较困难，成本较高。
6、滚珠丝杠副选择的原则和方法是什么？
滚珠丝杠副是一种新型的螺旋传动元件，在机床工业、汽车工业、自动控制系统、航空工作、船舶工业和兵器工业等各个部门皆获得了日益广泛的应用。
滚珠丝杠副具有高效率和高精度的特点，并具有高速特性和耐磨损性及运动可逆性等特性，是普通丝杠副不可能具备的，所以滚珠丝杠副已成为非常有效的、普遍适用的螺旋传动元件。
目前选用滚柱丝杠副的方法一般是按照滚珠丝杠副的额定静载荷（其转速）和额定动载荷（其转速）及传动比的要求，来确定所需要的滚珠丝杠副的公称直径和基本导程。
从实际应用中得知，滚柱丝杠副的螺纹滚道，在一定的轴向载荷作用下，经历一定的应力循环后，就要产生疲劳点蚀现象。
因此，当滚柱丝杠副较高转速（一般转速）下工作时，应按其寿命选择其基本尺寸，并校核其载荷能力是否超过额定动载荷。
当滚柱丝杠副在较低转速（一般转速）下工作时，应按其寿命和额定静载荷两种方法确定其基本尺寸，并选择其中较大的。
当滚柱丝杠副在静载荷下工作时，则只需按额定静载荷选择其结构尺寸。
图3滚珠丝杠副选用的原则
7、精密传动中啮合副消隙机构有哪些？
分别指出其优缺点。
啮合副消隙机构分为刚性消隙法和柔性消隙法。
刚性消隙法包括偏心套（轴）调整法。
轴向垫片调整法及斜齿轮法。
柔性消隙法包括双片薄齿轮错齿调整法和斜齿轮轴向压簧调整法。
刚性消隙法的优点均是是结构简单，缺点是齿侧间隙不能自动补偿，轴向垫片调整法不如偏心套调整法方便，斜齿轮传动调整法比较费时。
双片薄齿轮错齿调整法的特点是可以双向调整齿间间隙，且反向时不会出现死区，其缺点是受到周向圆弧槽及弹簧尺寸的限制，仅适用于读数装置而不适用于驱动装置。
斜齿轮轴向压簧调整法的特点是齿侧间隙可以自动补偿，但轴向尺寸较大，结构不够紧凑。
一、简述谐波齿轮的原理及特点。
1、谐波齿轮的原理
谐波齿轮传动的运动转换，是依靠挠性构件的弹性变形来实现的，这种运动转换原理为变形原理。
主要由波发生器、柔性齿轮和刚性齿轮三个基本构件组成，是一种靠波发生器使柔性齿轮产生可控弹性变形，并与刚性齿轮相啮合来传递运动和动力的齿轮传动。
柔轮是一个薄壁外齿圈，刚轮有内齿圈，刚轮比柔轮多2~4个齿（这又因波形发生器上触轮的多少而异，双波型的为2），波发生器的一对滚子将柔轮撑成椭圆形，当波发生器为主动轮时，柔轮和刚轮为从动轮，柔轮上的外轮齿与刚轮上的内轮齿在椭圆形柔轮的长轴方向完全啮合，则柔轮的短轴方向完全脱开，而中间区域为过渡状态。
波发生器在柔轮内转动时，迫使柔轮产生连续的弹性变形，此时波发生器的连续转动，就使柔轮齿的啮入—啮合—啮出—脱开这四种状态循环往复不断地改变各自原来的啮合状态。
这种现象称之错齿运动，正是这一错齿运动，作为减速器就可将输入的高速转动变为输出的低速转动。
当波发生器顺时针旋转一周时，柔轮相对固定的刚轮逆时针旋转2个齿，这样就把波发生器的快速转动变为刚轮的慢速转动，这时在柔轮的节圆的任一点，随着波发生器角位移的过程，形成一个上下左右相对称的和谐波，故称之为：
“谐波”。
（1）谐波发生器（简称波发生器）
（2）柔性齿轮（简称柔轮）（3）刚性齿轮（简称刚轮）
图一谐波齿轮
2、谐波齿轮特点
（一）优点
（1）结构简单，体积小，重量轻。
主要构件只有三个，与传动比相当的普通减速器比较，其零件减少50%，体积和重量均减少1/3左右或更多。
（2）传动比范围大。
一般单级传动比可在50~500范围内变化；
当采用行星式波发生器时为150~4000；
若采用双级传动或复式传动则可达2×
106。
（3）同时啮合齿数多。
在承载情况下，双波传动的啮合齿数一般可达总齿数的30~40%左右，三波传动则更多。
而普通渐开线圆柱齿轮同时啮合的齿数一般为两对左右，即重叠系数小于2。
（4）运动精度高。
由于多齿啮合，误差有相互补偿和消减的作用，因此传动装置的运动误差小于刚轮（或柔轮）的运动误差。
一般情况下，其运动精度比同等精度等级的普通齿轮元件所组成的减速器高4倍左右。
（5）承载能力大。
谐波齿轮传动同时啮合齿数多，即承受载荷的齿数多，在材料和速比相同的情况下，受载能力要大大超过其它传动。
其传递的功率范围可为几瓦至几十千瓦。
（6）传动效率高。
与相同速比的其它传动相比，谐波传动由于运动部件数量少，而且啮合齿面的相对滑动速度很低，再加上轮齿接近面接触，因此齿面的磨损很小，而且均匀，效率很高，随速比的不同（u=60~250），效率约在65~96%左右。
（7）齿侧间隙可以调整。
齿侧间隙可由对波发生器的调整而得到，甚至获得零侧隙。
（8）运动平稳，无冲击，噪声小。
齿的啮入和啮出是随柔轮的变形逐步进入和退出刚轮齿间的，因而运动平稳，无冲击现象。
（9）同轴性好。
输出轴和输入轴位于同一轴心线上。
可以使传动装置的结构简化，外形尺寸缩小。
（10）可实现向密闭空间传递运动及动力。
采用密封柔轮谐波传动减速装置，可以驱动工作在高真空、有腐蚀性及其它有害介质空间的机构，谐波传动这一独特优点是其它传动机构难于达到的。
（11）可实现高增速运动。
由于谐波齿轮传动的效率高及机构本身的特点，加之体积小、重量轻的优点，因此是理想的高增速装置。
对于手摇发电机、风力发电机等需要高增速的设备有广阔的应用前景。
（12）方便的实现差速传动。
由于谐波齿轮传动的三个基本构件中，可以任意两个主动，第三个从动，那么如果让波发生器、刚轮主动，柔轮从动，就可以构成一个差动传动机构，从而方便的实现快慢速工作状况。
这一点对许多机床的走刀机构很有实用价值，经适当设计，可以大大改变机床走刀部分的结构性能。
（二）缺点
（1）柔轮周期性变形，工作情况恶劣，易于疲劳损坏；
（2）起动力矩大，且速比越小越严重；
（3）波发生器、柔轮等元件的工艺复杂；
（4）传动比的下限值高，齿数不能太少；
（5）谐波齿轮传动没有中间轴，因而不能获得中间速度；
（6）如果结构参数选择不当或结构时机不良，发热过大，降低传动承载能力。
四、讨论摆线针轮行星传动连续啮合传动条件。
图四摆线针轮行星传动简图
在摆线针轮行星传动中，是用整条的短幅外摆线的等距曲线来作摆线轮的齿廓的为了连续地啮合，摆线轮的齿数必须为整数。
因此，在摆线轮上的短幅外摆线的条数也必须是整数。
从上图可以看出，当滚圆绕基圆顺时针方向做纯滚动时，每滚过滚圆的周长时，在基圆上就形成一条完整的外摆线（或短幅外摆线）。
它在基圆上对应的弧长，称为摆线轮节圆的齿距（周节）。
其值为滚圆的圆周长与基圆圆周长之差，即：
则摆线轮的齿数为：
如上所述，因摆线轮的齿数必须是整数，所以的比值应为整数，这样才能使摆线轮的理论齿廓是一条连续封闭的外摆线或短幅外摆线。
欲保证针轮与摆线轮的正确啮合．必须使两轮在节圆上的齿距相等。
所以要保证与摆线轮正确啮合的针轮齿数为：
由上式知，为了保证两轮轮齿啮合的连续性，则针轮与摆线轮的齿数差必须等于1。
在此，值得提出的是：
摆线轮齿数一定要采用奇数。
因为只有采用奇数齿才能利用摆线轮齿高等于两倍偏心距的特点，以保证每一个摆线轮都能同时与针齿相接触（即啮合）。
而两个摆线轮的中心正好相差两个偏心距，因此，两个摆线轮能够安装在具有偏心距等于2e的双偏心套上，并能实现正确啮合的摆线针轮行星传动。
所以，在设计摆线针轮行星传动时，应取摆线轮的齿数为奇数。
当中心轮（针轮）固定不动时，传动比也必定是奇数。
五、螺旋传动有哪些类型？
各有何优缺点。
七、结合实际，论述开环和闭环精密传动系统的特点。
精密传动系统是能够保证双向高精度地传递运动的机械传动形式统，其具备两个要素：
“精”体现高的传动精度，“密”对应低的回差（反向间隙），从而保证传动过程中任意正、反向运转均具有高的精度。
这一概念可以有效地揭示精密齿轮传动的内涵，并且更清晰地把动力传动与精密传动区分开来。
广义上讲，精密传动系统通常由原动机、狭义上的精密传动系统、执行机构和控制系统所组成。
所谓开环和闭环精密传动系统取决于广义传动系统的控制系统是开环还是闭环。
传动系统与控制、检测系统由密切的联系。
根据有没有检测装置和检测装置的位置，可将传动系统分为开环和闭环以及半闭环系统。
图六（a）开环控制系统
开环精密传动系统的控制系统只按给定输入量进行控制，而控制量在整个过程中对给定的输入量不产生任何影响。
由于开环控制系统的控制量和被控制量之间无反馈联系，所以对干扰造成的误差无法修正。
在工程实际中，当能预知被控制量的变化规律，并能对可能出现的干扰做到有效抑制时，可采用开环控制系统。
图六（b）闭环控制系统
以数控机床为例。
开环传动系统的数控机床没有位置测量反馈装置。
数控装置发出的指令信号的流程是单向的，系统不对移动部件的实际位移进行检测反馈。
伺服驱动电机一般采用步进电机，数控装置每发出一个进给脉冲，经过驱动线路，都使步进电机转过一个固定的角度（如0.75°
、1°
等），经过减速齿轮和丝杠传动，使工作台移动一定的距离（一个脉冲当量）。
很显然，工作台的位移量与进给脉冲数成正比。
开环系统示意图见图六（a）。
在复杂、快速、精确的系统中，为了提高控制的精度，经常使用测量元件或仪器测量控制系统输出端的被控制量，并将其反馈到输入端的控制量中，以消除由于各种干扰因素所引起的被控量偏离期望值的偏差，这种控制系统称为闭环控制系统（如图六（b））。
闭环控制系统的例子很多。
以数控机床为例，当为闭环时，在机床传动部件上装有位置测量元件，检测到的工作台实际位置值被除数反馈到数控装置的位置比较环节。
比较器定时对插补计算出的理论位置和反馈的实际位置进行比较，求得差值。
此差值经过转换、放大，对电机进行控制，从而使执行机构按需要运动。
在闭环控制中，还要引入实际速度与给定速度的比较，并通过速度控制电路对电机运转速度进行校正，目的在于减少因负载等因素变动而引起的进给速度波动，改善位置控制的品质。
闭环系统的驱动电机一般为直流或交流伺服电机。
闭环传动示意图见图六（b）。
开环精密传动系统的特点：
优点：
控制简单、方便、价廉，配套元件供应成熟，是我国目前经济型精密传动发展的主流方向。
空程时快速运动传递速度较慢；
控制精度较低；
传递力矩较小。
闭环精密传动系统的特点：
传递力矩大、速度快、变速容易，控制精度高，交流电机在理论上可以永不磨损。
国内外大力推广的控制系统。
技术复杂；
价格贵；
元器件配套供应不够成熟。
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