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机械制造装备设计,林利红 副教授 重 庆 大 学,第五节 进给传动系设计,一.进给传动系统组成及需求 （一）进给传动与主传动区别 1.进给运动多为直线运动，需要直线/回转转换。 2.进给运动数目通常大于等于2，对单动力源来说，需要运动分配机构。 3.进给功率远小于主运动功率。进给运动的速度比较低，进给力也较小，所需的功率也小。 4.进给传动恒扭矩传动。,（二）进给传动系组成,1.机械进给传动系统 进给传动系统包括：运动源、变速系统、换向机构、运动分配机构、安全机构、直线运动机构和手动操纵机构等。 进给运动与主运动共用运动源时，进给运动一般以主轴为始端，进给量表示为mmr，如车床、钻床、镗床。 进给运动有单独的运动源时，进给运动则以电动机为始端，进给量表示为mmmin，如铣床。,2.伺服进给系统,（三）进给传动的基本要求 P105,二.机械进给传动系统设计 1. 进给传动是恒扭矩传动。 2.进给传动系中各传动件的计算转速是其最高转速。 3.进给传动的转速图为前疏后密结构。 4. 进给传动的变速范围 1/5u进2.8，变速范围Rn14。 5.进给传动系采用传动间隙消除机构 为保证传动精度和定位精度，采用齿轮、丝杆螺母传动间隙消除机构。 6.快速空程传动的采用 缩短进给空行程时间。 7.微量进给机构的采用（um精度） 最小进给量1um的机构：蜗杆传动，丝杆螺母，齿轮齿条传动。 最小进给量1um的机构：弹性力传动，磁致伸缩传动，热应力传动等。,三.电器伺服进给系统,（一）对进给伺服系统的要求 伺服：就是要迅速而又准确的跟踪控制命令。 主传动：Rn100 进给传动：V进1mm2mm,(二)常用伺服电机,1.步进电机（脉冲电机）：唯一用于开环控制 步距角:每个指令脉冲产生的电机转角(常量). 脉冲电机:步距角 2.交流、直流伺服电动机（必须用于闭环或半闭环控制） 3.直线电机 将电能转化为直线运动机械能的电力驱动装置。是适应超高速加工技术发展的需要而出现的一种新型电动机。 从电动机到工作台之间的一切中间传动都没有了，可直接驱动工作台进行直线运动使工作台的加减速提高到传统机床的1020倍，速度提高34倍。,（三）进给伺服系统类型,1.开环系统 （1）概念 开环系统对工作台实际位移量没有检测和反馈装置。数控装置发来的每一个脉冲由步进电动机直接变成一个转角（步距角），再通过齿轮（同步齿形带，滚珠丝杆螺母）带动工作台移动。,（2）运动计算,1）脉冲当量 2）进给速度 3）位置精度的影响因素 步进电动机转角因素 传动精度。 定位精度低，系统简单，成本低，调试方便。适用于精度要求不高的数控机床中。,2.闭环系统,1） 概念 2） 组成 3) 运动计算 3.半闭环系统 位置检测元件，闭环之外的传动精度。,（四）伺服进给机械结构,1.基本要求 1）采用低摩擦传动 2）惯量匹配 3）最佳传动比 4）预紧提高整个系统的刚度 每个传动付都有间隙要消除,2.机械部件设计,2个公式。机械传动部件主要指齿轮和丝杆螺母传动副。 （1）最佳传动比的确定 开环系统： 闭环系统：,（2）齿轮传动付间隙的消除,1）刚性调隙法 偏心轴套调整法:电机是通过偏心轴套安装在箱体上，转动偏心轴套可一定程度的消除因齿厚误差和中心距误差引起的齿侧间隙，结构简单，但不能消除因齿轮偏心误差引起的齿侧间隙。 变齿厚调整法：加工齿轮的时候，将假想的分度圆柱面修正为带有小锥度的圆锥面，使其齿厚在轴向稍有变化，装配时改变垫片的厚度，调整齿轮对的轴向相对位置，从而消除齿侧间隙。 斜齿轮轴向垫片调整法：将一个斜齿轮制成2半，并在其中加一个垫片，将3者装成一体，加工出齿形。装配时改变调整垫片的厚度，使2片薄齿轮的螺旋线错位，使其左右齿面分别与宽齿轮齿槽的左右齿面贴紧，达到消除侧隙的目的。,2）柔性调隙法(双片直齿轮错齿调整法 ),将薄片齿轮1，2套装在一起，同另一个宽齿轮3相啮合。齿轮1，2端产生相对转动，即错齿。使2片齿轮的左右齿面分别贴紧在宽齿轮的左右齿面上，消除齿侧间隙。 弹簧预紧力的大小可通过螺母来调节。,（3）滚珠丝杆及支承,是回转运动与直线运动相互转换的传动装置。在滚道装入滚珠。当丝杠相对螺母旋转时，滚珠在螺旋滚道内滚动，迫使二者发生轴向相对位移。由于滚珠的存在，丝杠和螺母之间是滚动摩擦，滚珠之间是滑动摩擦。具有以下特点： 1）摩擦损失小，传动效率高。传动效率可达0.920.96。 2）运动灵敏，低速时无爬行。由于主要存在的是滚动摩擦，动、静摩擦系数都很小，而且其差值很小，因而启动转矩小，动作灵敏，即在低速情况下也不会出现爬行现象。 3）轴向刚度高，反向定位精度高。可以消除丝杠和螺母之间的间隙并实现滚珠的预紧。 4）传动具有可逆性，不能自锁。由于摩擦系数小，不能自锁，因而使该机构的传动具有可逆性。 滚珠丝杠主要承受轴向载荷，因此对丝杠轴承的轴向精度和刚度要求较高。,滚珠丝杆常用滚动轴承,角接触球轴承 双向推力圆柱滚子轴承滚针轴承 丝杠的支承轴承应采用滚珠丝杆专用轴承，这是一种特殊的向心推力球轴承，其接触角增大到60度，出厂时已调好预紧力，使用方便。若采用通用轴承，会增加轴承支座的结构尺寸，增加轴承的摩擦力和发热。 丝杠两端轴承座孔与滚珠螺母座孔应保证严格的同轴度，同时要保证滚珠螺母与座孔的配合良好以及孔对端面的垂直度，保证轴承支座和螺母支座的整体刚度、局部刚度和接触刚度等。,滚珠丝杆支承,1）一端固定，一端自由（短丝杠和竖直丝杠） 2）一端固定，一端简支（较长丝杠的卧式安装丝杠） 3）两端固定 （要求高拉压刚度的场合）,角接触球轴承（两端固定）,旋转右端螺母拉伸丝杠,双向推力圆柱滚子轴承滚针轴承（一端固定，一端简支）,（五）滚珠丝杆副间隙调整及预紧,1.概念 1）轴向间隙概念P115 2）双螺母调隙原理,垫片调整式,通过改变垫片的厚薄来改变2个螺母之间的轴向距离，实现轴向间隙的消除和预紧。 齿差式：调整时，先取下两个内齿圈，然后使两个圆柱齿轮沿相同方向转过K个齿，再装入内齿圈，锁紧两圆柱齿轮。,滚珠丝杠的预拉伸,提高拉压刚度和补偿丝杠的热变形。,
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