1、第四章 精密儀器機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 了解精密儀器常用的機(jī)械機(jī)構(gòu)(傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu))的作用、組成、特點(diǎn)及設(shè)計(jì)方法。掌握精密儀器常用的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析方法。 本章基本內(nèi)容一、機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)二、導(dǎo)向部件三、精密執(zhí)行機(jī)構(gòu)第一節(jié) 機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)1、基本概念 2、齒輪傳動(dòng)副3、螺旋傳動(dòng)副4、連桿機(jī)構(gòu)5、凸輪機(jī)構(gòu)6、分析舉例三、螺旋傳動(dòng)副利用螺桿和螺母的相對(duì)運(yùn)動(dòng)傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的一種傳動(dòng)裝置。 （1）螺旋傳動(dòng)的分類(lèi) （2）主要參數(shù) （3）滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)的特點(diǎn) （4）滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn) （5）螺旋傳動(dòng)設(shè)計(jì) 1、螺旋傳動(dòng)的分類(lèi)根據(jù)作用分：傳力螺旋：用于傳遞動(dòng)力，其特點(diǎn)是需要承受較大的

2、載荷，傳動(dòng)精度要求較低，有的甚至對(duì)相對(duì)位移無(wú)精度要求。主要要求具有足夠的強(qiáng)度，如儀器底座的調(diào)節(jié)螺旋或起重螺旋等。測(cè)量螺旋（又稱(chēng)示數(shù)螺旋）：用于精確地傳遞相對(duì)運(yùn)動(dòng)或相對(duì)位移的螺旋傳動(dòng)，其特點(diǎn)是傳動(dòng)時(shí)只須克服摩擦力力矩和較小的附加阻力矩，其傳動(dòng)誤差直接影響儀器的工作精度，因此對(duì)測(cè)量螺旋傳動(dòng)的主要要求是傳動(dòng)精度高，回差小，運(yùn)動(dòng)靈活。如千分尺的螺旋、大工顯X、Y工作臺(tái)的螺旋。一般傳動(dòng)螺旋：用于精密儀器中某些構(gòu)件的傳動(dòng)或精確定位。當(dāng)用于定位時(shí)，要求定位后螺旋不松動(dòng)，故其螺旋角必須很小，以保證自鎖。 滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)：最常用。 滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)：適用于傳動(dòng)精度、靈敏度要求高的場(chǎng)合。 新型螺旋傳動(dòng)：如靜壓螺旋傳動(dòng)，

3、諧波螺旋傳動(dòng)等。 根據(jù)接觸表面的摩擦性質(zhì)分根據(jù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)分（1）螺母固定螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)并移動(dòng)（2）螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)螺母移動(dòng) （3）螺母轉(zhuǎn)動(dòng)螺桿移動(dòng)（4）螺桿固定螺母轉(zhuǎn)動(dòng)并移動(dòng) 2、主要參數(shù) 大徑d：螺紋的最大直徑，即與外螺紋牙頂或內(nèi)螺紋牙底相重合的假想圓柱面的直徑。小徑d1：螺紋的最小直徑，與外螺紋牙底或內(nèi)螺紋牙頂相重合的假想圓柱面的直徑。在強(qiáng)度計(jì)算中作為螺桿危險(xiǎn)截面的計(jì)算直徑。中徑d2：通過(guò)螺紋軸向截面內(nèi)牙型上的溝槽和凸起寬度相等處的假想圓柱面的直徑。它是用來(lái)確定螺紋幾何量參數(shù)和配合性質(zhì)的直徑。螺距P ：相鄰兩螺紋牙平行側(cè)面間的軸向距離。導(dǎo)程s ：在同一條螺旋線上相鄰兩螺紋牙之間的距離。螺旋線數(shù)為n ， s

4、= np。牙型角：在軸向剖面內(nèi)螺紋牙兩側(cè)邊的夾角。相互配合的內(nèi)外螺紋的牙型相同，即有相同的p/s 、。用于傳動(dòng)的內(nèi)螺紋的大徑和小徑要大于或等于外螺紋的大徑和小徑。影響螺旋傳動(dòng)精度的參數(shù)是螺距誤差和牙型角誤差，中徑誤差產(chǎn)生的螺紋間隙。傳動(dòng)精度高牽引力大能自鎖效率低，易磨損，低速螺母移動(dòng)量l與螺桿轉(zhuǎn)角的關(guān)系：傳動(dòng)系數(shù) ，即螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)一周，螺母移動(dòng)一個(gè)導(dǎo)程。3、滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)的特點(diǎn) 降速傳動(dòng)比大 ，從而大大縮小了傳動(dòng)鏈。滾動(dòng)4、滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)的結(jié)構(gòu) 滾珠絲杠螺母副1-螺桿(絲杠) 2-滾珠 3-返回裝置 4-螺母外循環(huán)內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠螺母副4、滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)的特點(diǎn) 傳動(dòng)效率高： 90%以上 傳動(dòng)精度高 工作壽

5、命長(zhǎng)，耐磨損，維護(hù)簡(jiǎn)單 不能自鎖 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工藝性差，體積大，成本高。5、其它螺旋傳動(dòng)靜壓螺旋諧波螺旋流體摩擦5、其它螺旋傳動(dòng)靜壓螺旋諧波螺旋流體摩擦剛輪螺母波發(fā)生器柔輪螺桿滾動(dòng)摩擦6、螺旋傳動(dòng)設(shè)計(jì) 目前螺旋傳動(dòng)副已標(biāo)準(zhǔn)化，在設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)需要進(jìn)行選用。（1）傳動(dòng)形式的選擇。（2）螺紋主要參數(shù)的選擇。（3）進(jìn)行耐磨性、剛度、穩(wěn)定性、強(qiáng)度的計(jì)算和校核。（4）進(jìn)行傳動(dòng)誤差的計(jì)算，校核傳動(dòng)的精度，并設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)以減少或消除傳動(dòng)誤差（軸向間隙） 。調(diào)整間隙1：墊片調(diào)整間隙法1、2單螺母 3螺母座 4調(diào)整墊片調(diào)整間隙2：齒差調(diào)整間隙法1、2單螺母 3、4內(nèi)齒輪調(diào)整間隙3：螺紋調(diào)整間隙法1、2單螺母 3平鍵 4調(diào)

6、整螺母 5鎖緊螺母四、連桿機(jī)構(gòu)（1）組成 （2）分類(lèi) （3）特點(diǎn) （4）四連桿機(jī)構(gòu) 1、組成:四連桿AB-連架桿BC-連桿CD-連架桿AD-機(jī)架連架桿：直接與機(jī)架相連的構(gòu)件，有兩種形式： 曲柄：整周回轉(zhuǎn)。 搖桿：在一定角度范圍內(nèi)擺動(dòng)。連桿：用來(lái)聯(lián)系機(jī)構(gòu)的原動(dòng)件和從動(dòng)件，不直接與機(jī)架相連的中間構(gòu)件。2、分類(lèi) 按運(yùn)動(dòng)形式：空間連桿、平面連桿. 按構(gòu)件數(shù)目：四、五、六連桿. 3、特點(diǎn) 1）磨損輕，承載大，用于重型機(jī)械。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造簡(jiǎn)單。2）實(shí)現(xiàn)不同的運(yùn)動(dòng)形式。3）實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)軌跡。4）增力，擴(kuò)大行程。5）設(shè)計(jì)比較繁難。多數(shù)情況下只能近似滿足設(shè)計(jì)要求（運(yùn)動(dòng)規(guī)律和軌跡）。6）運(yùn)動(dòng)鏈長(zhǎng)，累計(jì)誤差大，效

7、率低。7）不宜做高速傳動(dòng)。4、四連桿機(jī)構(gòu)1）基本形式曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。雙曲柄機(jī)構(gòu)。雙搖桿機(jī)構(gòu)。攪拌機(jī)4、四連桿機(jī)構(gòu)天平機(jī)車(chē)車(chē)輪1）基本形式曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。雙曲柄機(jī)構(gòu)。雙搖桿機(jī)構(gòu)。(平行四邊形機(jī)構(gòu))4、四連桿機(jī)構(gòu)鶴式起重機(jī)飛機(jī)起落架1）基本形式曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。雙曲柄機(jī)構(gòu)。雙搖桿機(jī)構(gòu)。四連桿機(jī)構(gòu)的演化 改變某些構(gòu)件的形狀、相對(duì)長(zhǎng)度、尺寸或選擇不同的構(gòu)件做機(jī)架，從而不僅滿足運(yùn)動(dòng)方面的要求，而且改善受力狀況，滿足設(shè)計(jì)上的需要。如改變構(gòu)件的形狀、相對(duì)尺寸的演化：曲柄搖桿正弦機(jī)構(gòu) 四連桿機(jī)構(gòu)有曲柄的條件 當(dāng)a d時(shí)，(A)BCD： 四連桿機(jī)構(gòu)有曲柄的條件 當(dāng)a d 時(shí)，(A)BCD：(A)B”C”D： 則： 同理

8、，當(dāng)a d 時(shí)，得： 條件為 1）連架桿和機(jī)架中必有一最短桿（連桿不應(yīng)最短）。 2）最短桿與最長(zhǎng)桿之長(zhǎng)度和小于其它兩桿長(zhǎng)度之和。 五、凸輪機(jī)構(gòu)（1）組成 （2）特點(diǎn) （3）分類(lèi) （4）推桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律（凸輪設(shè)計(jì)） 1、凸輪組成1、凸輪：具有曲線輪廓或凹槽的構(gòu)件。常作等速轉(zhuǎn)動(dòng)，也有作往復(fù)擺動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)。 2、推桿：被凸輪直接推動(dòng)的構(gòu)件，可作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，擺動(dòng)。 3、機(jī)架。 車(chē)床進(jìn)刀機(jī)構(gòu)內(nèi)燃機(jī)的配氣機(jī)構(gòu)2、凸輪特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：只要適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)凸輪的輪廓曲線，就可使推桿得到各種預(yù)期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，機(jī)構(gòu)緊湊。 缺點(diǎn)：凸輪與推桿間為點(diǎn)或線接觸，易磨損 傳動(dòng)力小。 3、凸輪分類(lèi)按凸輪形狀分：盤(pán)形凸輪：具有變化向徑的盤(pán)形

9、構(gòu)件，當(dāng)其繞固定軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，推桿在垂直凸輪軸的平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)。 特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，推桿行程不能太大（否則凸輪徑向尺寸變化過(guò)大，不利于工作）。 特例：移動(dòng)凸輪：盤(pán)軸，凸輪作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。圓柱凸輪：圓柱面上開(kāi)有曲線的凹槽或在其端面上作曲線輪廓。轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，使推桿在平行于其軸線的平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)，可看作移動(dòng)凸輪卷于圓柱體上。 特點(diǎn)：推桿的行程大。按推桿形狀分 尖端凸輪：構(gòu)造簡(jiǎn)單，易磨損作用力小，速度低，用于儀表機(jī)構(gòu)。滾子凸輪：磨損小傳遞較大的動(dòng)力，應(yīng)用較廣。 平底凸輪：作用力始終垂直于推桿底邊，受力平穩(wěn)，潤(rùn)滑較好，用于高速運(yùn)動(dòng)。按凸輪與推桿維持接觸的方法分(1) 力鎖合彈簧力、從動(dòng)件重力或其它外力。(2) 型鎖合利用組成元素本身的幾何形狀。4、推桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律（凸輪曲線） r0 基圓半徑，凸輪的最小半徑。B0 凸輪曲線的起始點(diǎn)。推程h：推桿最低位置（與接觸B0）到最高位置（與接觸C0）。推程運(yùn)動(dòng)角0 ：對(duì)應(yīng)凸輪的轉(zhuǎn)動(dòng)角?；爻蘦：推桿由最高位置到最低位置?；爻踢\(yùn)動(dòng)角0 ：0不一定等于0 。O4、推桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律（凸輪曲線）推桿的位移：若要求推桿勻速運(yùn)動(dòng)，則只有當(dāng)凸輪等速運(yùn)動(dòng)時(shí)，s為勻速推程/回程 推程： 回程：凸輪曲線： O六、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)分析舉例例1、光柵掃描驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比計(jì)算例2、小型壓力機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析例1、傳動(dòng)系數(shù)計(jì)算1-螺