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1、1毕毕 业业 论论 文文机械结构对系统的机械结构对系统的影响及其改善影响及其改善学生姓名:系 (部):专 业:指导老师:2011 年 月 日2摘要摘要机械结构是机电一体化的基础，一个机电一体化系统中一般由结构组成要素、动力组成要素、运动组成要素、感知组成要素、职能组成要素五大组成要素有机结合而成。机械结构组成要素是系统的所有功能要素的机械支持结构。机械技术的着眼点在于如何与机电一体化技术相适应，利用其它高、新技术来更新概念，实现结构上、材料上、性能上的变更，满足减小重量、缩小体积、提高精度、提高刚度及改善性能的要求。机械结构因素对机电一体化系统具有一定的影响,机械各个零部件的几何尺寸、安装误差
2、等。直接影响着机电一体化系统的灵敏性、准确性、可靠性、稳定性。本文主要论述了齿轮、丝杠对系统的影响以及对齿轮、丝杠的改善措施。关键字：影响； 改善；措施；机械构件；3abstract Mechanical structure is based, an integration of machinery mechatronics system in general by structural elements, dynamic elements, sports elements, perception elements, functions elements organically and fiv
3、e elements into. Mechanical structure elements are all the functional elements of the system of mechanical support structure. Mechanical technology with the point is how to adapt to mechatronics technology, using other high and new technology to update the concept, realization structure, material, p
4、erformance variation on reducing weight, narrow, meet the size, improve the accuracy, improve the stiffness and improve performance requirements. Mechanical structural factors of mechatronics system has certain effect, all parts of mechanical geometry size, installation error, etc. Directly affect t
5、he electromechanical integration system sensitivity and accuracy, reliability and stability. This paper discusses the gear, screw on the system of gear, and influence of screw improvement measure. Key word: influence; Improvement; The measure; Mechanical components; 4目录目录第一章 机械机构对系统的影响1.1 齿轮传动对系统的影响
6、1.1.1 齿轮的运动误差1.1.2 空回误差1.2 丝杠螺母对系统的影响1.2.1 丝杠螺母对系统的影响原因第二章 机械结构的改善设计2.1 齿轮传动机构减小空回误差的结构和措施2.1.1 调整中心距2.1.2 分片齿轮2.1.3 游丝消除齿轮侧隙2.1.4 用弹簧拉力使齿轮紧靠2.2 丝杠螺母机构提高精度的措施2.2.1 消除或减小径向间隙2.2.2 减小或消除轴向间隙2.2.3 消除螺杆轴向跳动52.2.4 减小运动方向的偏斜2.2.5 采用误差补偿装置第三章 总结3.1 本文小结 总结致谢参考文献6第一章机械机构对系统的影响1.1 齿轮1.1 齿轮传动对系统的影响1.1.1 齿轮的运动
7、误差传递运动的准确性即齿轮的运动误差，主要以齿轮的切向综合误差来衡量，他是被测齿轮与理想精确的测量齿轮单面齿合时，在被测出轮转一周内，被测齿轮实际转角与理论转角之差，以分度圆的弧长计量。影响传递运动准确性的因素很多，根据产生的原因，可归纳为齿轮的固有误差和齿轮的装配误差两类。齿轮的固有误差。齿轮的固有误差即加工齿轮过程中产生的误差，如齿轮的偏心误差，基节偏差，齿形误差和齿轮歪斜误差等。偏心误差。造成齿轮偏心有两个方面因素：一是齿轮实际工作或检验时的旋转中心与齿轮加工实的旋转中心不一致而出现的中心便移，通常称为几何偏心;二是加工齿轮时,刀具与齿轮毛坯相对滚动,速比周期性变化,造成被切齿轮基圆半径
8、改变,产生基圆偏心,通常成为运动偏心.齿厚波动.若车轮上每个轮齿的厚度都相等, 齿厚均匀变薄,则只影响侧隙,造成空回误差,不影响传递运动的准确性,实际上, 齿厚变薄量并不相等,这样, 齿厚波动将引起转角误差.7基节偏差. 基节偏差主要有刀具的基节和齿形角误差所引起,与机床运动系统无关. 基节偏差影响传递运动的准确性,使轮齿齿合提前后滞后,节点偏离理论齿合线,瞬时传动比发生变化, 基节偏差亦产生振动而后噪声,影响齿轮工作平稳性.齿形误差. 齿形误差是指齿形工作部分内,包容实际齿形线的两理想齿形(渐开线)线间的法向距离.齿向误差.齿向误差是在分度圆圆柱面上,全齿宽范围内包容实际齿向线的两条设计齿向
9、线的端面距离, 齿向误差也会引起转角误差.齿轮歪斜误差. 加工齿轮时,由于基准端面与轴心线不垂直,导致齿轮毛坯外圆面倾斜,引起齿面母线倾斜,因此,加工出的齿轮体歪斜.传动时会引起齿轮的晃动产生周期性误差.为了减小齿轮歪斜误差,通常可控制基准面的跳动量.齿轮的装配误差. 装配误差即齿轮与其他零件装配后,由相关零件误差或装配误差所引起的误差,如齿轮与轴的装配误差, 轴心线平行都误差, 轴的偏心误差,如齿轮与轴的装配误差,轴心平衡误差. 轴的偏心误差,轴承误差等.齿轮与轴的装配误差,齿轮与轴的配合间隙有偏差时,会引起齿轮轴线的偏心和歪斜.轴心线平行度的误差, 轴心线平行度的误差是一队齿轮的轴线在基准
10、平面和垂直平面上的平行度的误差,它将引起转角误差.8轴的偏心误差. 轴的偏心误差是指轴加工后的偏心量. 轴承误差. 轴承误差主要是指滚动轴承的径向跳动量.1.1.2 空回误差空回(也称为空程或虚动),就是当主动轮改变方向时, 从动轮滞后的一种现象, 滞后的角度(主动轮超前的角度)即空回误差角.产生空回的主要原因是一对齿合轮齿之间有侧隙,因此,凡引起侧隙的因素都是造成空回误差的根源.造成空回误差的主要原因有齿轮固有误差和齿轮装配误差两大类.齿轮固有误差.齿轮的固有误差中除前面介绍的偏心误差, 齿厚波动,齿形误差, 齿向误差外,还有中心距增大和原始齿廓位移两个因素,若中心距增大, 可引起侧隙增大,
11、为保证一对齿合齿轮所要求的侧隙,通常移动齿廓,使齿厚变薄. 装配误差.装配误差包括轴承游隙和径向偏摆,以及齿轮与轴,轴承与壳体, 轴与轴承的配合间隙等.91.2 丝杠螺母机构对系统的影响1.2.1 丝杠螺母机构对系统的影响原因丝杠螺母机构对系统的影响主要由运动误差和空回误差引起, 运动误差和空回误差与螺纹参数误差和相关零件的综合误差有关.为直观分析,现在以丝杠旋转, 螺母移动的丝杠螺母机构为例,在理想状态下, 丝杠转动,螺母将丝杠转动随之作线性移动,实际上，由于各种误差的影响, 螺母随丝杠转动而转动的运动关系是非线性关系而不是线性关系,此运动误差是指当丝杠转过一定角度时, 螺母对应的理论位移与
12、实际位移之差.螺母的运动误差应为其运动范围内丝杠各螺距误差之和,如为正值,则表明螺母的实际位置比理论位置超前, 反之,则表明螺母的实际位置落后于理论位置,螺纹参数误差包括螺纹中径误差,螺母与丝杠齿合范围内的螺距累积误差,螺纹牙型角误差等。10第二章机械结构的改善设计2.1 齿轮传动机构减小空回误差的结构和措施2.1.1 调整中心距根据齿轮齿合原理，调整一对齿轮传动的中心距。调整后，如再进行轮齿研磨,可以提高精度，此法可部分消除空回误差，适应任何负荷。例如动轴承与壳体的配合间隙，设间隙为，则产生的侧隙为：（1+A2）tana:=(34+34)tan20-24.82.4 拨盘误差拨盘传动存在配合间
13、隙.如间隙为 z,则产生的侧隙为:(z1+z2)tana=(20+20) tan20-29, 由以上计算可求得一对啮合齿轮总的侧隙为: 14.6+159.1+70+34.9+14.6+24.8+29.1-347由于侧隙引起从动轮的滞后角(即空回误差角)12 为=013900050式中 dz 的输出轴分度圆直径; d2=50mm=50000m.同样用上述方法计算出各对啮合齿轮的空回误差小模数齿轮传动空回计算及消除方法的应用差角为: 23=0.0115, 34=0.0147, 45=0.0103 对于整个传动链, 则输出轴空回误差角为:0.0103+0.0147+0.0115=0.0381, 转化
14、为角度,则此传动链输出轴的空回误差角为:arctg0.0.381-2.18.由于本传动链传动精度要求达到0.2,即允许最大转角误差为 0.4.而此空回误差角大大超出了传动精度要求,因此需采取有效措施消除此空回误差.减小11或消除空回,可以通过控制或消除侧隙的影响来达到.经常采用的方法是:适当地提高齿轮的制造精度、提高轴的刚度,并通过在两传动齿轮之间加过轮来调整中心距以达到减小侧隙的目的.此外,还可采用接触游丝,利用接触游丝所产生的反力矩迫使各级齿轮在传动时总在固定的齿面啮合,从而消除了侧隙对空回的影响.下面主要介绍一下平面涡卷弹簧变形角的计算. 弹簧变形角的计算通过实测,得到输出轴上的最大输出
15、转距T=3.9N.mm,有效工作转数=1.根据所选材料硬度要求查表得材料抗拉强度=1275Mpa,弹簧外端为销式固定,查表的系数K=0.75,选取 d/h=80(d 为弹簧心轴直径, h 为弹簧材料截面厚度),由表可查得系数:K=0.95弹簧的极限转矩 T=4t5.4N.mmK30.75弹簧的截面尺寸选取材料刻度 65mm,则弹簧的材料厚度为 0.07mm.查表取系列值,取=0.08 mm.弹簧材料的有效工作展开长度 T-17rEhnK3K4at-0.09=54.2 mm.式中 E弹簧材料的弹性模量，查表的E：=196000Mpa.弹簧的变形角度 0.05,式中 T材料截面惯性矩,对于矩形截面
16、 I=bh/12 由前面计算可知传动链空回误差角空=2.18.则空.因此用此平面涡卷弹簧可消除此空回误差角.满足传动精度要求.关于弹簧心轴和簧盒的设计在这里就不再累12述了.应用平面涡卷弹簧与加过轮等其他方法联合消除小模数齿轮传动链中输出轴上的空回误差角(由于此传动链较短,故只应用弹簧消除空回),效果较好,结构简单,传动平稳可靠并能达到所要求的传动精度要求.2.1.2 采用分片齿轮将相互齿合的一对齿轮中的一个齿轮相互转动,但不能移动,在两片齿轮间装有弹簧,是两片齿轮左右错开.当齿合时,只要负荷轮做成两片,一片在另一片齿轮的轮毂上,两片可力矩小于弹簧力矩,相互齿合轮齿之间的间隙就可以减小,它不适用于负载较大的情况,成本也较高.2.1.3 用游丝消除齿侧隙在一个齿轮上装有游丝,由它产生的力矩会使齿轮在工作过程中与另一个齿轮的轮齿保持单面接触,消除齿轮间隙,但是该齿轮的转动圈数不能多,工作起的外力矩要大于游丝力矩.否则带不动此传动链,这种结构简单,成本低.使用于小型仪表中.2.1.4 用弹簧拉力使齿轮紧靠利用弹簧拉力使齿轮紧靠,可消除齿轮间
