機電一體化概論21機械單元.課件

1、第2章 機電一體化的系統(tǒng)組成 2.1 機械單元2.2 伺服與驅動單元2.3 檢測單元2.4 控制單元2.5 接口技術第2章 機電一體化的系統(tǒng)組成 機電一體化系統(tǒng)主要由機械單元、檢測單元、控制單元、伺服與驅動單元等組成。2.1 機械單元2.1.1 機械單元基礎2.1.2 執(zhí)行元件2.1.3 傳動與導向元件手表的精確定時是靠機械傳動實現的2.1.1 機械單元（Mechanical unit）基礎機械單元是機電一體化系統(tǒng)的基礎，是系統(tǒng)中所有功能單元的安裝骨架和支撐結構，同時還具有傳遞動力和運動的作用線性傳動元件：減速裝置、絲杠螺母副、蝸輪蝸桿副等；非線性傳動元件：連桿機構、凸輪機構等；導向支承元件、

2、旋轉支承元件軸系及架體等2.1.1 機械單元（Mechanical unit）基礎基本要求：精度高，慣量小，剛度大基本組成： 執(zhí)行元件（Executive component） 機械執(zhí)行元件，液壓缸、氣缸等；電氣執(zhí)行元件，如電動機、電磁閥、電磁開關、電磁離合器等 傳動與導向元件（Transmission and guide components） 傳動帶、傳動鏈、傳動齒輪、傳動軸等。 導軌、導向鍵等 機座元件2.1.2 執(zhí)行元件 機械執(zhí)行元件是機器的直接工作部分，它是將動力和運動轉化為克服有效外載、對外做功、完成人們設計任務的元件。如，汽車驅動輪、夾持機器人手指等。 機電一體化系統(tǒng)中，執(zhí)行元件

3、主要包括：機械執(zhí)行元件、電磁執(zhí)行元件、機械手末端執(zhí)行器等。2.1.2 執(zhí)行元件1. 機械執(zhí)行元件 微動機構是機電一體化系統(tǒng)中廣泛應用的執(zhí)行元件 機械式：精密絲杠、精密杠桿、齒輪機構、凸輪機構以及彈性機構等。 機電式：電熱式、電磁式、壓電式、電致伸縮式、磁致伸縮式等。（1）螺旋微動機構 萬能工具顯微鏡工作臺的螺旋微動裝置2.1.2 執(zhí)行元件（2）蝸輪-凸輪微動機構 （3）齒輪-杠桿微動機構扇形齒輪（杠桿）2.1.2 執(zhí)行元件（4）熱變形式微動機構機構原理示意圖 熱變形微動機構2.1.2 執(zhí)行元件（5）磁致伸縮式微動機構2.1.2 執(zhí)行元件2. 電磁執(zhí)行元件（Electromagnetic act

4、uator）利用電磁感應現象驅動被控對象。 電磁閥 電磁馬達 電磁離合器2.1.2 執(zhí)行元件2. 電磁執(zhí)行元件（Electromagnetic actuator）左端電線圈通電 右端電線圈通電二位五通電磁閥工作原理2.1.3 傳動與導向元件1. 桿系（Bar-linkage system） 示意圖 縫紉機下針機構 平面桿系 空間桿系 空間桿系，若干個連桿機構按照一定的方式組合在一起，可以實現更為復雜的平面平移、角度傾斜、回轉等復合運動。2.1.3 傳動與導向元件2. 輪系（1）齒輪傳動（Gear transmission）（2）齒輪齒條傳動（Gear-rack transmission）1最佳

5、總傳動比 首先把傳動系統(tǒng)中的工作負載、慣性負載和摩擦負載，綜合為系統(tǒng)的總負載，方法有： (a) 峰值綜合：若各種負載為非隨機性負載，將各負載的峰值取代數和。 (b) 均方根綜合：若各種負載為隨機性負載，取各負載的均方根。 齒輪傳動1最佳總傳動比 負載綜合時，要轉化到電機軸上，成為等效峰值綜合負載轉矩或等效均方根綜合負載轉矩。使等效負載轉矩最小或負載加速度最大的總傳動比，即為最佳總傳動比。齒輪傳動2總傳動比分配 齒輪系統(tǒng)的總傳動比確定后，根據對傳動鏈的技術要求，選擇傳動方案，使驅動部件和負載之間的轉矩、轉速達到合理匹配。可按下述三種原則適當分級，并在各級之間分配傳動比。齒輪傳動(1) 最小等效轉

6、動慣量原則 利用該原則所設計的齒輪傳動系統(tǒng)，換算到電機軸上的等效轉動慣量為最小。齒輪傳動 如右圖，若不計軸和軸承的轉動慣量，則根據系統(tǒng)動能不變的原則，等效到電機軸上的等效轉動慣量為：齒輪傳動因為：所以：即：令可得(2) 重量最輕原則 對于小功率傳動系統(tǒng)，使各級傳動比滿足， 即可使傳動裝置的重量最輕。 齒輪傳動 上述結論對于大功率傳動系統(tǒng)是不適用的，此時應根據經驗、類比方法以及結構緊湊之要求進行綜合考慮。各級傳動比一般應以“先大后小”原則處理。 齒輪傳動(3) 輸出軸轉角誤差最小原則 為了提高機電一體化系統(tǒng)中齒輪傳動系統(tǒng)傳遞運動的精度，各級傳動比應按“先小后大”原則分配，以便降低齒輪的加工誤差、

7、安裝誤差以及回轉誤差對輸出轉角精度的影響。設齒輪傳動系統(tǒng)中各級齒輪的轉角誤差換算到末級輸出軸上的總轉角誤差為 齒輪傳動3 齒輪傳動間隙的調整方法 (1) 圓柱齒輪傳動 (a) 偏心套(軸)調整法 如右圖所示，將相互嚙合的一對齒輪中的一個齒輪4裝在電機輸出軸上，并將電機2安裝在偏心套1(或偏心軸)上齒輪傳動 (b) 軸向墊片調整法 如右圖所示，齒輪1和2相嚙合，其分度圓弧齒厚沿軸線方向略有錐度，這樣就可以用軸向墊片3使齒輪2沿軸向移動，從而消除兩齒輪的齒側間隙。齒輪傳動(c) 雙片薄齒輪錯齒調整法 這種消除齒側間隙的方法是將其中一個做成寬齒輪，另一個用兩片薄齒輪組成。采取措施使一個薄齒輪的左齒側

8、和另一個薄齒輪的右齒側分別緊貼在寬齒輪齒槽的左、右兩側，以消除齒側間隙，反向時不會出現死區(qū)。齒輪傳動(2) 斜齒輪傳動 消除斜齒輪傳動齒輪側隙的方法與上述錯齒調整法基本相同，也是用兩個薄片齒輪與一個寬齒輪嚙合，只是在兩個薄片斜齒輪的中間隔開了一小段距離，這樣它的螺旋線便錯開了。齒輪傳動(3) 錐齒輪傳動軸向壓簧調整法 軸向壓簧調整法原理如圖6-15，在錐齒輪4的傳動軸7上裝有壓簧5，其軸向力大小由螺母6調節(jié)。錐齒輪4在壓簧5的作用下可軸向移動，從而消除了其與嚙合的錐齒輪l之間的齒側間隙。齒輪傳動 (b) 周向彈簧調整法 將與錐齒輪3嚙合的齒輪做成大小兩片(1、2)，在大片錐齒輪1上制有三個周向

9、圓弧槽8，小片錐齒輪2的端面制有三個可伸入槽8的凸爪7。彈簧5裝在槽8中，一端頂在凸爪7上，另一端頂在鑲在槽8中的鑲塊4上。止動螺釘6裝配時用，安裝完畢將其卸下，則大小片錐齒輪1、2在彈簧力作用下錯齒，從而達到消除間隙的目的。齒輪傳動 4 齒輪齒條傳動機構 當傳動負載大時，可采用雙齒輪調整法。通過預載裝置4向齒輪3上預加負載，使大齒輪2、5同時向兩個相反方何轉動，從而帶動小齒輪1、6轉動，其齒面便分別緊貼在齒條7上齒槽的左、右側，消除了齒側間隙。 齒輪傳動 諧波齒輪傳動具有結構簡單、傳動比大(幾十幾百)、傳動精度高、回程誤差小、噪聲低、傳動平穩(wěn)、承載能力強、效率高等優(yōu)點，故在工業(yè)機器人、航空、

10、火箭等機電一體化系統(tǒng)中日益得到廣泛的應用。諧波齒輪傳動 諧波傳動由三個主要構件所組成，即具有內齒的剛輪l、具有外齒的柔輪2和波發(fā)生器3。通常波發(fā)生器為主動件，而剛輪和柔輪之一為從動件，另一個為固定件。當波發(fā)生器裝入柔輪內孔時，由于前者的總長度略大于后者的內孔直徑，故柔輪變?yōu)闄E圓形，于是在橢圓的長軸兩端產生了柔輪與剛輪輪齒的兩個局部嚙合區(qū)；同時在橢圓短軸兩端，兩輪輪齒則完全脫開。至于其余各處，則視柔輪回轉方向的不同，或處于嚙合狀態(tài)，或處于非嚙合狀態(tài)。當波發(fā)生器連續(xù)轉動時，柔輪長短軸的位置不斷交化，從而使輪齒的嚙合處和脫開處也隨之不斷變化，于是在柔輪與剛輪之間就產生了相對位移，從而傳遞運動。諧波齒

11、輪傳動在波發(fā)生器轉動一周期間，柔輪上一點變形的循環(huán)次數與波發(fā)生器上的凸起部位數是一致的，稱為波數。常用的有兩波和三波兩種。為了有利于柔輪的力平衡和防止輪齒干涉，剛輪和柔輪的齒數差應等于波發(fā)生器波數(即波發(fā)生器上的滾輪數)的整倍數，通常取為等于波數。諧波齒輪傳動2 諧波齒輪傳動的傳動比計算 式中： 、 、 分別為剛輪、柔輪和波形發(fā)生器的角速度； 、 分別為剛輪和柔輪的齒數。 (1) 當柔輪固定時， ，則 三、諧波齒輪傳動(2) 當剛輪固定時， ，則設 、 當柔輪固定時，當柔輪固定時三、諧波齒輪傳動3. 諧波齒輪減速器產品及選用常見的諧波齒輪減速器標記代號如下圖三、諧波齒輪傳動2.1.3 傳動與導

12、向元件2. 輪系同步帶實物 打印機上的字車結構 （3）同步帶傳動（Timing-belt transmission）同步帶是一種兼有鏈、齒輪、三角膠帶優(yōu)點的傳動零件。由于同步帶是一種兼有鏈、齒輪、三角膠帶優(yōu)點的傳動零件，于1940年由美國尤尼羅爾(Unirayal)橡膠公司首先加以開發(fā)。1946年辛加公司把同步帶用于縫紉機針和纏線管的同步傳動上，取得顯著效益，并被逐漸引用到其他機械傳動上。同步帶傳動1. 分類2. 同步帶的優(yōu)缺點3. 同步帶的結構和尺寸結構4. 同步帶的設計計算同步帶傳動1. 分類(1)按用途分 (a) 一般工業(yè)用同步帶傳動 即梯形齒同步帶傳動。它主要用于中、小功率的同步帶傳動

13、，如各種儀器、計算機、輕工機械中均采用這種同步帶傳動。 (b) 高轉矩同步帶傳動 又稱HTD帶(High Torque Drive)或STPD帶傳動(Super Torque Positive Drive)。由于其齒形呈圓弧狀，在我國通稱為圓弧齒同步帶傳動。它主要用于重型機械的傳動中，如運輸機械(飛機、汽車)、石油機械和機床、發(fā)電機等的傳動。 同步帶傳動 (2). 按規(guī)格制度分 (a) 模數制 同步帶主要參數是模數m(與齒輪相同)，根據不同的模數數值來確定帶的型號及結構參數。在60年代該種規(guī)格制度曾應用于日、意、蘇等國，后隨國際交流的需要，各國同步帶規(guī)格制度逐漸統(tǒng)一到節(jié)距制。目前僅前蘇聯及東歐

14、各國仍采用模數制。同步帶傳動 (2) 節(jié)距制 即同步帶的主要參數是帶齒節(jié)距，按節(jié)距大小不同，相應帶、輪有不同的結構尺寸。該種規(guī)格制度目前被列為國際標準。 同步帶傳動2. 同步帶傳動的優(yōu)缺點 (1)工作時無滑動，有準確的傳動比 (2)傳動效率高，節(jié)能效果好 (3)傳動比范圍大，結構緊湊 (4)維護保養(yǎng)方便，運轉費用低 (5)惡劣環(huán)境條件下仍能正常工作同步帶傳動3. 同步帶的結構和尺寸規(guī)格 (1)同步帶結構如下左圖所示，同步帶一般由承載繩、帶齒、帶背和包布層組成。工業(yè)用同步帶帶輪形狀如下右圖所示。同步帶傳動4. 同步帶的設計計算 (1)失效形式和計算準則 同步帶傳動主要失效形式有： (a) 承載繩

15、斷裂 原因是帶型號過小和小帶輪直徑過小等。 (b) 爬齒和跳齒 原因是同步帶傳遞的圓周力過大、帶與帶輪間的節(jié)距差值過大、帶的初拉力過小等。 (c) 帶齒的磨損 原因是帶齒與輪齒的嚙合干涉、帶的張緊力過大等。 (d) 其他失效方式 帶和帶輪的制造安裝誤差引起的帶輪棱邊磨損、帶與帶輪的節(jié)距差值太大和嚙合齒數過少引起的帶齒剪切破壞、同步帶背的龜裂、承載繩抽出和包布層脫落等。 在正常的工作條件下，同步帶傳動的設計準則是在不打滑的條件下，保證同步帶的抗拉強度。在灰塵雜質較多的條件下，則應保證帶齒的一定耐磨性。同步帶傳動(2)同步帶傳動的設計計算步驟 設計同步帶傳動的已知條件為： Pm 需要傳遞的名義功率

16、； n1、n2 主從動輪的轉速或傳動比；(a) 確定帶的設計功率；(b) 選擇帶型和節(jié)距；(c) 確定帶輪齒數和節(jié)圓直徑；(d) 確定同步帶的節(jié)線長度、齒數及傳動中心距；(e) 校驗同步帶和小帶輪的嚙合齒數；(f) 確定實際所需同步帶寬度；(g) 帶的工作能力驗算。同步帶傳動2.1.3 傳動與導向元件3. 螺旋傳動（Helix transmission）結構原理圖 實物滾珠絲杠傳動螺紋傳動2.1.3 傳動與導向元件滾珠絲杠傳動特點摩擦損失小，傳動效率高達0.920.96，而普通滑動絲 杠的傳動效率為0.200.40。絲杠螺母之間預緊后，可以完全消除間隙，傳動精度高，剛度好。摩擦阻力小，且?guī)缀跖c

17、運動速度無關，動靜摩擦力之差極小，不易產生低速爬行現象。保證了運動的平穩(wěn)性。磨損小，壽命長，精度保持性好。不能自鎖，能實現旋轉運動與直線運動的可逆轉換，但在立式使用時應增加制動裝置。制造工藝復雜，成本高。1. 工作原理與結構滾珠螺旋傳動滾珠絲桿副結構端蓋循環(huán) 插管循環(huán) 絲杠和螺母的螺紋滾道間裝有承載滾珠，當絲杠或螺母轉動時，滾珠沿螺紋滾道滾動，則絲杠與螺母之間相對運動時產生滾動摩擦，為防止?jié)L珠從滾道中滾出，在螺母的螺旋槽兩端設有回程引導裝置，它們與螺紋滾道形成循環(huán)回路，使?jié)L珠在螺母滾道內循環(huán)。 滾珠絲杠副中滾珠的循環(huán)方式有內循環(huán)和外循環(huán)二種。滾珠螺旋傳動2. 滾珠絲杠副軸向間隙的調整和施加預緊

18、力的方法 滾珠絲杠副除了對本身單一方向的傳動精度有要求外，對其軸向間隙也有嚴格要求，以保證其反向傳動精度。滾珠絲杠副的軸向間隙是承載時在滾珠與滾道型面接觸點的彈性變形所引起的螺母位移量和螺母原有間隙的總和。 通常采用雙螺母預緊或單螺母（大滾珠、大導程）的方法，把彈性變形控制在最小限度內，以減小或消除軸向間隙，并可以提高滾珠絲杠副的剛度。滾珠螺旋傳動(1) 雙螺母預緊原理根據墊片厚度不同分成兩種形式，當墊片厚度較厚時即產生“預拉應力”，而當墊片厚度較薄時即產生“預壓應力”以消除軸向間隙。滾珠螺旋傳動(2) 單螺母預緊原理（增大滾珠直徑法） 為了補償滾道的間隙，設計時將滾珠的尺寸適當增大，使其4點

19、接觸，產生預緊力，為了提高工作性能，可以在承載滾珠之間加入間隔鋼球。滾珠螺旋傳動(3) 單螺母預緊原理（偏置導程法） 偏置導程法原理如上圖所示，僅僅是在螺母中部將其導程增加一個預壓量，以達到預緊的目的。滾珠螺旋傳動3. 滾珠絲杠副的軸向彈性變形 滾珠絲杠受軸向載荷后，滾珠和滾道面將產生彈性變形，軸向彈性變形量 與軸向載荷 之間的關系與滾動軸承的計算相同，根據Herz的點接觸理論(1)單螺母預緊（無預緊）的軸向彈性變形 滾珠螺旋傳動式中： 鋼球和滾道的接觸角（45）； 鋼球直徑（mm）； 單個鋼球所受載荷（N）； 鋼球數； 和精度、結構有關的系數。滾珠螺旋傳動 (2) 雙螺母預緊時的軸向變形量

20、對兩個螺母A和B施加預緊力 后，螺母A、B均變形至X點。如果這時作用有外力 ，則螺母A從X點向X1點、螺母B從X點向X2點移動由于和成正比關系，假設其比例系數為k，則有 ，并且螺母A和B的變形量分別為： 由于在外力作用下螺母A和B的變形量相同（方向相反），所以 四、滾珠螺旋傳動而且，當僅有外力 作用時，隨著 的增加使 接近零時，則外力幾乎全被螺母A吸收。 當 時 又因為 所以 四、滾珠螺旋傳動 目前制造的單螺母式滾珠絲杠副的軸向間隙達0.05mm，而雙螺母式的經加預緊力調整后基本上能消除軸向間隙。應用該方法消除軸向間隙時應注意以下兩點：（1）預緊力大小必須合適，過小不能保證無隙傳動；過大將使驅

21、動力矩增大，效率降低，壽命縮短。預緊力應不超過最大軸向負載的1/3。（2）要特別注意減小絲杠安裝部分和驅動部分的間隙，這些間隙用預緊的方法是無法消除的，而它對傳動精度有直接影響。四、滾珠螺旋傳動4. 滾珠絲杠副的主要尺寸、精度等級和標注方法 (1)主要尺寸 標稱直徑、導程、螺旋升角等。 (2). 精度等級 JB316.282滾珠絲杠副精度標準規(guī)定分為六個等級：C、D、E、F、G、H。C級最高，H級最低。(3). 標注方法 四、滾珠螺旋傳動5. 滾珠絲杠副的安裝 絲杠的軸承組合及軸承座、螺母座以及其它零件的連接剛性，對滾珠絲杠副傳動系統(tǒng)的剛度和精度都有很大影響，需在設計、安裝時認真考慮。為了提高

22、軸向剛度，絲杠支承常用推力軸承為主的軸承組合，僅當軸向載荷很小時，才用向心推力軸承。以下列出了四種典型支承方式及其特點。四、滾珠螺旋傳動滾珠螺旋傳動單推單推1軸向剛度較高；2預拉伸安裝時，須加載荷較大，軸承壽命比方案 2低；3適宜中速、精度高，并可用雙推單推組合。 雙推雙推四、滾珠螺旋傳動1軸向剛度最高；2預拉伸安裝時，須加載荷較小，軸承壽命較高3適宜高速、高剛度、高精度。雙推簡支四、滾珠螺旋傳動1軸向剛度不高，與螺母位置有關；2雙推端可預拉伸安裝；3適宜中速、精度較高的長絲杠。 雙推自由滾珠螺旋傳動1軸向剛度低，與螺母位置有關；2雙推端可預拉伸安裝；3適宜中小載荷與低速，更適宜垂直安裝，短絲

23、杠。 6. 滾珠絲杠副的設計計算 設計滾珠絲杠副的已知條件： 工作載荷F(N)或平均工作載荷Fm(N)，使用壽命 (h)，絲杠的工作長度(或螺母的有效行程)L(m)，絲杠的轉速n （平均轉速nm或最大轉速nmax) (rmin)，以及滾道硬度HRC和運轉情況。 一般的設計步驟及方法如下：(1)絲杠副的計算載荷Fc(N) 滾珠螺旋傳動 載荷系數，按表1選取； 硬度系數，按表2選?。?精度系數，按表3選??； 平均工作載荷（N）。四、滾珠螺旋傳動載 荷 性 質無沖擊平穩(wěn)運轉一般運轉有沖擊和振動運轉11.21.21.51.52.5滾道實際硬度HRC58555045401.01.111.562.43.8

24、5精度系數C、DE、FGH1.01.11.251.43絲杠副的平均轉速（r/min）； (2)計算額定動載荷 滾珠螺旋傳動式中：運轉壽命（h）； 計算載荷（N）。3根據在滾珠絲杠系列中選擇所需要的規(guī)格，使所選規(guī)格的絲杠副的額定動載荷。4驗算傳動效率、剛度及工作穩(wěn)定性，如不滿足要求則應另選其它型號并重新驗算。 5對于低速（ ）傳動，只按額定靜載荷計算即可。 四、滾珠螺旋傳動 例6-1 試設計一數控銑床工作臺進給用滾珠絲杠副。已知平均工作載荷Fm3800N，絲杠工作長度l1.2m，平均轉速nm100r/min，最大轉速nmax10000r/min，使用壽命15000h左右，絲杠材料為CrWMn鋼，

25、滾道硬度為5862HRC，傳動精度要求 解：(1) 求計算載荷Fc 四、滾珠螺旋傳動(2) 根據壽命條件計算額定動載荷(3) 根據必須的額定動載荷選擇絲杠副尺寸，由查表6-13，得如下規(guī)格：四、滾珠螺旋傳動規(guī)格型號公稱導程p絲杠外徑d鋼球直徑dW絲杠底徑d1循環(huán)圈數動負荷Ca(KN)FFZD3210-3321032.57.14427.3325.7FFZD5006-550648.9445.9526.4考慮各種因素，選FFZD5006-5，其中： 公稱直徑：D0=50mm 導程：p=6mm 螺旋角：=arctan(6/(50)=211 滾珠直徑：d0=4mm 滾道半徑：R =0.52d0=0.52

26、4=2.08mm 偏心距：絲杠內徑：d1=45.9mm四、滾珠螺旋傳動(4) 穩(wěn)定性驗算： 假設為雙推簡支（FS），因為絲杠較長，所以用壓桿穩(wěn)定性來求臨界載荷式中：E絲杠的彈性模量，對鋼 絲杠危險截面的軸慣性矩 長度系數，兩端用鉸接時， m四、滾珠螺旋傳動四、滾珠螺旋傳動絲杠是安全的，不會失穩(wěn)。支承方式有關系數雙推自由FO雙推簡支FS雙推雙推FF342.53.322/31.8753.9274.730 臨界轉速 驗證 高速運轉時，需驗算其是否會發(fā)生共振的最高轉速，要求絲杠最高轉速 。 臨界轉速可按公式計算：滾珠螺旋傳動（5）剛度驗算： 滾珠絲杠在工作負載F（N）和轉矩T（Nm）共同作用下引起每個

27、導程的變形量 （m）為式中：A絲杠的截面積， (m2)； 絲杠的極慣性矩， (m4)； G鋼的切變模量，對于鋼G=83.3GPa； T轉矩（Nm）滾珠螺旋傳動按最不利的情況，即取F=Fm，則 絲杠在工作長度上的彈性變形所引起的導程誤差為通常要求絲杠的導程誤差應小于其傳動精度的1/2，即 四、滾珠螺旋傳動（6）效率驗算 滾珠絲杠副的傳動效率為 要求在90%95%之間，所以該絲杠副能滿足使用要求。 經上述計算驗證，FFZD5006-5各項性能指標均符合題目要求，可選用。四、滾珠螺旋傳動2.1.3 傳動與導向元件4. 凸輪傳動（Cam transmission）特點：結構簡單、緊湊；高副接觸，易磨損

28、，傳力不大；可實現任意要求的從動件運動規(guī)律。原理圖 結構示意圖由凸輪、從動件、機架這三個基本構件組成發(fā)動機配氣機構的凸輪傳動結構2.1.3 傳動與導向元件凸輪微動機構應用 電機1帶動長軸2轉動，長軸2末端與端面凸輪7相連并隨之轉動，使殼體6和套筒5沿軸向運動。當凸輪轉動到回程時，凸輪推動殼體6向右側運動，殼體內的彈簧4推動套筒5向右運動。反之，當凸輪轉動到推程時，套筒右側的彈簧推動套筒向左運動。套筒和支座上分別焊接了固定銷8，微動裝置就是通過兩固定銷驅動外固定架的兩段沿軸向往復運動，外固定架再通過鋼釘驅動骨折段微動。 通過調整微動頻率、微動幅度、微動力，對骨折段施加載荷，使骨折段產生微動，以此

29、來提高患者在術后的治療效果。單側外固定架1電機 2長軸3支座 4彈簧5可調節(jié)套筒6殼體 7凸輪8固定銷 9連接桿10固定夾 11鋼針2.1.3 傳動與導向元件5. 滾動導軌（Rolling guide） 直線滾動導軌（Linear rolling guide）由鋼球在滑塊與滑軌之間作無限滾動循環(huán)，使得負載平臺能沿著滑軌輕易的以高精度作直線運動，其摩擦系數僅為傳統(tǒng)滑動導軌的1/50，定位精度可達到m級。 實物 內部結構 軸系由軸及安裝在軸上的齒輪、帶輪等傳動部件組成，有主軸軸系和中間傳動軸軸系。通常在設計軸系時要求：（1）旋轉精度 （2）剛度 （3）抗振性 （4）熱變形 （5）軸上零件的布置合理

30、 一、軸系的支承部件1. 軸系用軸承的類型與選擇在設計軸系選擇軸承時，我們應該考慮以下幾點：（1）滿足使用性能要求，包括承載能力、旋轉精度、剛度及轉速等；（2）滿足安裝空間要求；（3）維護保養(yǎng)方便；（4）使用環(huán)境，如溫度、環(huán)境氣氛對軸承的影響；（5）性價比。 一、軸系的支承部件在選擇軸承時，一般的選擇流程如圖下:一、軸系的支承部件確定軸承形式及組合確定尺寸及精度確定配合及內部間隙確定潤滑及密封確定安裝尺寸確定最終軸承規(guī)格1. 導軌副的種類及基本要求各種機械運行時，由導軌副保證執(zhí)行件的正確運動軌跡，并影響執(zhí)行件的運動特性。導軌副包括運動導軌和支承導軌兩部分。支承導軌用以支承和約束運動導軌，使之按

31、功能要求作正確的運動。 1)按導軌副運動導軌的軌跡分類（a）直線運動導軌副 支承導軌約束了運動導軌的五個自由度，僅保留沿給定方向的直線移動自由度。（b）旋轉運動導軌副 支承導軌約束了運動導軌的五個自由度，僅保留繞給定軸線的旋轉運動自由度。二、導軌2)按導軌副導軌面間的摩擦性質分類（a）滑動摩擦導軌副；（b）滾動摩擦導軌副；（c）流體摩擦導軌副。3)按導軌副結構分類（a）開式導軌 必須借助運動件的自重或外載荷，才能保證在一定的空間位置和受力狀態(tài)下，運動導軌和支承導軌的工作面保持可靠的接觸，從而保證運動導軌的規(guī)定運動。開式導軌一般受溫度變化的影響較小。（b）閉式導軌 借助導軌副本身的封閉式結構，保

32、證在變化的空間位置和受力狀態(tài)下，運動導軌和支承導軌的工作面都能保持可靠的接觸，從而保證運動導軌的規(guī)定運動。閉式導軌一般受溫度變化的影響較小。二、導軌4)按直線運動導軌副的基本截面形狀分類二、導軌矩形對稱三角形不對稱三角形燕尾槽圓形凸形凹形二、導軌5). 導軌副應滿足的基本要求（a）導向精度 導向精度主要是指動導軌沿支承導軌運動的直線度或圓度。影響它的因素有：導軌的幾何精度、接觸精度、結構形式、剛度、熱變形、裝配質量以及液體動壓和靜壓導軌的油膜厚度、油膜剛度等。（b）耐磨性 是指導軌在長期使用過程中能否保持一定的導向精度。因導軌在工作過程中難免有所磨損，所以應力求減小磨損量，并在磨損后能自動補償

33、或便于調整。（c）疲勞和壓潰 導軌面由于過載或接觸應力不均勾而使導軌表面產生彈性變形，反復運行多次后就會形成疲勞點，呈塑性變形，表面形成龜裂、剝落而出現凹坑，這種現象就是壓潰。疲勞和壓潰是滾動導軌失效的主要原因，為此應控制滾動導軌承受的最大載荷和受載的均勻性。（d）剛度 導軌受力變形會影響導軌的導向精度及部件之間的相對位置，因此要求導軌應有足夠的剛度。為減輕或平衡外力的影響，可采用加大導軌尺寸或添加輔助導軌的方法提高剛度。（e）低速運動平穩(wěn)性 低速運動時，作為運動部件的動導軌易產生爬行現象。低速運動的平穩(wěn)性與導軌的結構和潤滑，動、靜摩擦系數的差值，以及導軌的剛度等有關。（f）結構工藝性 設計導

34、軌時，要注意制造、調整和維修的方便，力求結構簡單，工藝性及經濟性好。二、導軌2. 導軌副間隙調整 為保證導軌正常工作，導軌滑動表面之間應保持適當的間隙。間隙過小，會增加摩擦阻力；間隙過大，會降低導向精度。導軌的間隙如依靠刮研來保證，要費很大的勞動量，而且導軌經長期使用后，會因磨損而增大間隙，需要及時調整，故導軌應有間隙調整裝置。矩形導軌需要在垂直和水平兩個方向上調整間隙。二、導軌 常用的調整方法有壓板和鑲條法兩種方法。對燕尾形導軌可采用鑲條(墊片)方法同時調整垂直和水平兩個方向的間隙。二、導軌對矩形導軌可采用修刮壓板、修刮調整墊片的厚度或調整螺釘的方法進行間隙的調整二、導軌3. 導軌副的材料選

35、擇滑動導軌常用材料有鑄鐵、鋼、有色金屬和塑料等 1)鑄鐵 鑄鐵有良好的耐磨性、抗振性和工藝性。常用鑄鐵的種類有：（1）灰鑄鐵 一般選擇HT200，用于手工刮研、中等精度和運動速度較低的導軌，硬度在HB180以上； （2）孕育鑄鐵 把硅鋁孕育劑加入鐵水而得，耐磨性高于灰鑄鐵； （3）合金鑄鐵二、導軌 鑄鐵導軌的熱處理方法，通常有接觸電阻淬火和中高頻感應淬火。接觸電阻淬火，淬硬層為0.150.2mm。硬度可達HRC55。中高頻感應淬火， 淬硬層為23mm，硬度可達HRC4855，耐磨性可提高二倍，但在導軌全長上依次淬火易產生變形，全長上同時淬火需要相應的設備。二、導軌2)鋼 鑲鋼導軌的耐磨性較鑄鐵

36、可提高五倍以上。常用的鋼有：9Mn2V、CrWMn、GCr15、T8A、45、40Cr等采用表面淬火或整體淬硬處理，硬度為5258HRC；20Cr、20CrMnTi、15等滲碳淬火，滲碳淬硬至5662HRC；38CrMoAlA等采用氮化處理。3)有色金屬 常用的有色金屬有黃銅HPb59-l，錫青銅ZCuSn6Pb3Zn6，鋁青銅ZQAl9-2和鋅合金ZZn-Al10-5，超硬鋁LC4、鑄鋁ZL106等，其中以鋁青銅較好。二、導軌4)塑料 鑲裝塑料導軌具有耐磨性好(但略低于鋁青銅)，抗振性能好，工作溫度適應范圍廣(-200+260)，抗撕傷能力強，動、靜摩擦系數低、差別小，可降低低速運動的臨界速

37、度，加工性和化學穩(wěn)定件好，工藝簡單，成本低等優(yōu)點。目前在各類機床的動導軌及圖形發(fā)生器工作臺的導軌上都有應用。塑料導軌多與不淬火的鑄鐵導軌搭配。二、導軌 導軌的使用壽命取決于導軌的結構、材料、制造質量、熱處理方法、以及使用與維護。提高導軌的耐磨性，使其在較長時期內保持一定的導向精度，就能延長設備的使用壽命。常用的提高導軌耐磨性的方法有：采用鑲裝導軌、提高導軌的精度與改善表面粗糙度、采用卸荷裝置減小導軌單位面積上的壓力(即比壓)等。二、導軌4 滾動導軌副1)滾動導軌的特點 （1）滾動直線導軌副是在滑塊與導軌之間放入適當的鋼球，使滑塊與導軌之間的滑動摩擦變?yōu)闈L動摩擦，大大降低二者之間的運動摩擦阻力，

38、從而獲得：動、靜摩擦力之差很小，隨動性極好驅動功率大幅度下降，只相當于普通機械的十分之一；與V型十字交叉滾子導軌相比，摩擦阻力可下降約40倍；能實現高定位精度和重復定位精度；適應高速直線運動，其瞬時速度比滑動導軌提高約10倍；能實現無間隙運動，提高機械系統(tǒng)的運動剛度。二、導軌（2）承載能力大 其滾道采用圓弧形式，增大了滾動體與圓弧滾道接觸面積，從而大大地提高了導軌的承載能力，可達到平面滾道形式的13倍。（3）剛性強 在該導軌制作時，常需要預加載荷，這使導軌系統(tǒng)剛度得以提高。 （4）壽命長 由于是純滾動，摩擦系數為滑動導軌的l50左右，磨損小，因而壽命長，功耗低。 （5）成對使用導軌副時，具有“

39、誤差均化效應”。（6）傳動平穩(wěn)可靠 由于摩接力小，動作輕便，因而定位精度高，微量移動靈活準確。（7）具有結構自調整能力 裝配調整容易，因此降低了對配件加工精度要求。（8）導軌采用表面硬化處理，使導軌具有良好的耐磨性；心部保持良好的機械性能。（9）簡化了機械結構的設計和制造。二、導軌2)滾動直線導軌的分類（1）按滾動體的形狀分類 二、導軌（2）按導軌截面形狀分類 二、導軌右上圖所示為四方向等載荷式，導軌截面為矩形，承載時各方向受力大小相等。梯形截面如下圖所示，導軌能承受較大的垂直載荷，而其它方向的承載能力較低，但對于安裝基準的誤差調節(jié)能力較強。（3）按滾道溝槽形狀分類 二、導軌有單圓弧和雙圓弧二

40、種，見右圖。單圓弧溝槽為二點接觸，如右上圖所示。雙圓弧溝槽為四點接觸，如右下圖所示。前者運動摩擦和安裝基準平均作用比后者要小，但其靜剛度比后者稍差。3滾動直線導軌的有關計算循環(huán)式直線導軌副的承載能力用額定動載荷Ca和額定靜載荷Coa表示。其額定壽命L用下式計 二、導軌式中： 額定壽命（km）； 行程長度（m）； 每分鐘往復次數； 小時為單位的額定壽命。額定壽命L與額定動載荷Ca的關系式可表示為： 二、導軌其中： 實際工作載荷(kN)； 指數，滾珠， 滾子 額定壽命單位，滾珠， 滾子 硬度系數， 溫度系數，查表1； 接觸系數，查表2； 精度系數，查表3； 載荷系數，查表4；二、導軌工作溫度（）

41、1001.001001500.901502000.732002500.60表1 溫度系數二、導軌每根導軌上的滑塊數11.0020.8130.7240.6650.61表2 接觸系數二、導軌表3 精度系數精度系數CDEFGH1.01.00.90.90.80.7二、導軌工作條件無外部沖擊或振動的低速運動場合，速度小于15m/min11.5無明顯沖擊或振動的中速運動場合，速度小于60m/min1.52有外部沖擊或振動的高速運動場合，速度大于60m/min23.5表4 載荷系數（一）支承件設計的基本要求1應具有足夠的剛度和抗振性 剛度是抵抗載荷變形的能力。抵抗恒定載荷變形的能力稱為靜剛度；抵抗交變載荷變形的能力稱為動剛度。 機座或機架的靜剛度，主要是指它們的結構剛度和接觸剛度。動剛度與靜剛度、材料阻尼及固有振動頻率有關。在共振條件下的動剛度可用下式表示： 三、支承件式中： 靜剛度N/m； 阻尼比； 阻尼系數； 固有振動頻率1/s。三、支承件 2應具有較小的熱變形和