带传动设计的一般步骤

姓名：崔少杰       学号：16040510021

【嵌牛导读】：机械设计——丝杆传动系统结构设计

【嵌牛鼻子】：丝杆传动系统结构

【嵌牛提问】：如何通过机械设计合理的丝杆传动系统？

【嵌牛正文】： 主要介绍丝杆在传动系统内中的具体结构

丝杆典型的使用图纸

一个数控铣床X向进给的局部装配图

因为公司图纸保密的要求，我只能是截取其中的一部分，且视图还不是很清晰，在这里请大家只是看大概结构就行了，这个涉及到个人的职场道德，请大家谅解，当然我会在后面补充一个简化版的结构图纸来给大家做设计方面的说明。

请注意我标有的 紫色箭头的三个位置 ，这三个位置就是丝杆三个固定点，从左到右分别为： 丝杆端头（轴承座）固定点 ， 丝杆螺母固定点 ， 丝杆端头（电机座）固定点 。

这三个点的设计要求是完全不一样的，至于如何不一样，我会在下面进行详细的介绍和解释。

那好，我们继续上图，下面这个图是上面这个结构的简化版，我还标注了每个零件的明细号，我将按零件的明细号来说明每个零件的功能和设计要求。

这个是一个简化版的丝杆传动系统结构图，按标注的明细号（就是那些数字，记住如果你要标注明细的话，标注的字号要顺着一个方向走，并字号之间的距离要基本控制均匀，这样作图才美观，当然我的这个图有点不均匀，因为时间有限），下面就介绍每个明细号下的零件。

1. 轴向锁紧丝杆螺母： 作用是拉紧丝杆，保证丝杆在运行过程中的精度，这个螺母最大的特点是一定要进行轴向锁紧，就是说你把螺母预紧后，要调整螺母上的几颗轴向锁紧螺钉，来锁紧螺母不要在运行过程中松动，这个螺母是有专门的丝杆螺母销售的，在这里推荐大家一个品牌——祥开螺母，你直接百度就可以搜索到他们的样本，我一直都是用它的，挺好（这不是广告，而是供应链分享）。

2. 轴承压盖：我都这么叫它，这个是一个要求自己设计图纸的零件，设计的尺寸根据你选择是丝杆大小来确定，同时其形位公差和其它加工要求也有具体的要求和标准，但是在这里不仔细讲，以后有时间在做专门的零件设计文章分享。

3. 隔套： 针对这个零件我最近做了一些思考，那就是要不要这个零件，因为以前的图纸设计，我是不要这个零件的，但是最近看了很多别人的设计和结合了一些装配方面的反馈，我发现这个隔套非常重要，还是建议大家要，其最重要的位置是极大的保证了装配效果，因为如果没有这个隔套，因为轴承座的位置的装配偏差的原因，会导致轴向锁紧螺母无法对丝杆进行锁紧，并最终无法保证装配精度。这个在稍后的局部视图的时候，我会详细的讲一下。

4. 角接触球轴承 ：现在机床行业选用的品牌很多都是日本NSK的(不是广告，如果你不喜欢日本货，那就自行换成德国或者瑞典SKF，超贵）的轴承，提个醒，如果你购买的是哈轴或者洛轴的产品，一定要确认一下是不是假货，因为假货实在太多了），这里牵涉到一个结构问题了，这个角接触球轴承是可以通过轴向锁紧螺母的预紧来拉紧丝杆的，这也是选择角接触球轴承的原因所在。

5. 深沟球轴承 ：这个位置放一个深沟球轴承来的作用主要是支撑，因为深沟球轴承的轴向是有一定的晃动余量的，所以在轴向锁紧上根本不起作用，但是因为丝杆的端头需要更大面积的支撑，所以这个深沟球轴承的主要作用就是支撑作用。

6. 防撞橡胶： 这个零件的主要作用是用于防止传动系统不小心开过行程的时候撞击丝杆螺母的，是一个缓冲装置，采用的是有一定柔性的橡胶，其设计的重点是固定这个防撞橡胶的螺钉的沉孔一定要比锁紧螺钉的位置深一定的距离，如果一样深的话，那丝杆螺母撞到的就是锁紧螺钉，这是很多初学者尤其不注意的地方，我们可以具体来看一个图纸。

7. 丝杆螺母座， ：这个位置就是固定丝杆螺母的，当丝杆处于旋转运动时，螺母会推动丝杆螺母座联接的工作台进行进给运动，从而实现工作台的双向运动模式。在这里只想分享一个点，那就是这个零件的材料，如果你设计的是具有一定精度的加工型设备，那我建议你用灰口铸铁（HT250)，同时要注意零件的时效处理和去应力处理，否则零件的加工精度很难持久的保证，这也最终会体现到设备的整体精度上去，这种材料我以后也会专门介绍一下同时这个零件还有一个设计关键点需要注意的。

紫色画线的位置： 即如何控制丝杆螺母座与丝杆螺母之间的 装配间隙问题，我的建议是采用较大的间隙配合，这个是用来装配调整的，一般的丝杆定位只要固定两端就可以了，装配实现丝杆上母线和侧母线与导轨的平行，如果固定三个点（即增加一个丝杆螺母座固定点），那装配的调整就非常难了。所以这个位置为了方便装配一定要使用较大的间隙配合，我建议的间隙单边在0.3mm以上，这样才能方便调整。

8. 防撞橡胶： 具体作用与6是一样的，注意事项也请参照6，在这里标出来是想提醒大家，不要忘了丝杆两端都是有可能撞上的，都需要设计这个零件。

9. 电机座： 用于固定丝杆的一端，并固定传动电机。该零件的材料依然是灰口铸铁（HT250），具体的设计图纸以后有机会再和大家分享，因为没有具体的设计图，一些要求和参数也不是很好介绍，你现在只要知道它的用途和功能就行了。

10. 轴承压盖： 这是电机座一端的轴承压盖，和丝杆另一端的轴承压盖的作用是一样的，材料一般使用的是45#钢就可以了。具体的设计要求我们也在以后 再做详细的介绍。

11. 进给电机： 对于很多设备而言，尤其是具有一定精度的设备，我们采用的一般都是伺服电机，电机如何选择请参考前一篇文章的选择方法，主要是针对电机功率和电机扭矩的选择。

12. 联轴器： 这个零件的作用是将电机输出的扭矩传递给丝杆，这其实就是一个把丝杆和电机轴连在一起的一个小东西，国内我用得比较多是广州科菱的，国外用得比较多的是德国R+W的，它有很多种样式可以选择，具体的选择，直接看相关产品的选型手册就可以了。这个还是相对比较简单的。

13. 轴向锁紧丝杆螺母： 和明细号1介绍的那个螺母是一样的，作用也是一样的。

14. 角接触球轴承： 在电机座里面使用的是一对背靠背的角接触球轴承，这种轴承是成对装配的，当锁紧螺母锁紧轴承后，丝杆被固定在电机座上，不能实现丝杆的轴向位移，只能实现旋转运动，至于什么叫背靠背，建议去查一下NSK的选型手册，这里一定要使用背靠背的轴承，如果不是的话，那就要修改设计结构了。

15.丝杆： 先给大家看一张丝杆的设计图纸，这个和上一篇文章介绍的丝杆选型是不一样的，这个包括得更全面一些。

具体的标准和形位公差等介绍我会另找一个时间给大家说明，今天主要是让大家看一下丝杆的图纸是什么样子的，有一个大概的印象，同时要注意一下我用 紫色线圈出的位置 ，这个位置有一个小方头，这个方头的设计是用于装配的时候旋转丝杆使用的，因为装配做精度的时候，进给电机是没有安装上去的，不能实现自动进给，所以这个小方头是提供给装配工人用扳手来选择丝杆的卡口。

16.  丝杆轴承座： 固定丝杆的另一端，与电机座一起把丝杆固定在一个滑鞍上，并实现丝杆的轴向拉紧，其材料和电机座一样，都需要选用灰口铸铁（HT250)，具体的零件图纸也注意事项我们也在以后会有详细的介绍。在这里还有分享两张轴承座位置和电机座位置的详细放大图纸，供大家设计参考。

按照以上的设计结构来做丝杆传动系统的结构图，基本上是应该没有大问题的。当然一些设计方面的具体要求，需要在零件图纸中才能较好的说明，这只是一个装配图纸，只能是示意结构和辨识功能，真正的功夫其实在零件图的设计上，因为细节才是决定成败的关键

齿轮设计步骤：

根据运动传动链，确定齿轮传动比；

根据作用在小齿轮上的扭矩，计算作用在轮齿上的圆周力Ft（径向力和轴向力计算轴的强度、刚度有用）；

根据不根切最少齿数，确定合理小齿轮的齿数；

选择齿轮材料及热处理方式；

由轮齿弯曲疲劳强度设计公式计算齿轮模数；

由齿面接触疲劳强度设计公式计算齿轮分度圆直径；

根据计算，确定齿轮模数和分度圆直径及齿轮宽度；

确定齿轮几何参数及尺寸（包括齿轮变位参数）；

由齿面接触疲劳强度校核公式和齿面接触疲劳强度校核公式，对齿轮进行校核计算，如有必要还需进行齿面抗胶合能力计算；

齿轮结构设计确定齿轮传动的润滑方式；

完成。

1:结构上首先要考虑自由度的问题，也就是工作空间范围的问题，自由度越多结构和控制系统越复杂，目前市场上销售的机械手以2~6个自由度的为多，当然，一般需要有3个自由度以上的才能称为机械手，3个或3个以下的一般称为坐标机器人。除了自由度之外最重要的就是精度和刚性问题（后者在多自由度机械手中非常重要），前者关系到工作准确性，后者则关系到工作时的负载大小及速度。

常见的几种机械传动方式 机械传动按传力方式分，可分为摩擦传动和啮合传动，摩擦传动又分为摩擦轮传动和带传动摩擦轮传动和带传动摩擦轮传动和带传动摩擦轮传动和带传动等，啮合传动可分为齿轮传动齿轮传动齿轮传动齿轮传动、、、、涡轮蜗杆传动涡轮蜗杆传动涡轮蜗杆传动涡轮蜗杆传动、、、、链传动链传动链传动链传动等等；按传动比又可分为定传动比和变传动比传动。 1.1皮带传动 皮带传动是由主动轮、从动轮和紧张在两轮上的皮带所组成。由于张紧，在皮带和皮带轮的接触面间产生了压紧力，当主动轮旋转时，借摩擦力带动从动轮旋转，这样就把主动轴的动力传给从动轴。 皮带传动分为平皮带传动和三角皮带传动$G 皮带传动的特点： 1）可用于两轴中心距离较大的传动。 2）皮带具有弹性、可缓冲和冲击与振动，使传动平稳、噪声小。 3）当过载时，皮带在轮上打滑，可防止其它零件损坏。 4 )结构简单、维护方便。 5）由于皮带在工作中有滑动，故不能保持精确的传动比。 外廓尺寸大，传动效率低，皮带寿命短。\ 三角皮带的断面国家规定为O、A、B、C、D、E、F、T等8种，从O到T皮带剖面的面积逐渐增大，传动的功率也逐渐增大。 在机械传动中常碰到传动动比的概念，什么是传动比呢？它是指主动轮的转速n1与从动轮的转速n2之比，用I表示：即I=n1/n2。 由于皮带传动中存在“弹性滑动”现象，上述传动比公式只是个近似公式，那么皮带传动中这种“弹性滑动”现象是怎样表现的呢？概括如下：在主动轮处，传动带沿带轮的运动是一面绕进，一面向后收缩：在从动轮处，传动带沿带轮的运动是一面绕进，一面向前伸展。| 1.2齿轮传动 齿轮传动是由分别安装在主动轴及从动轴上的两个齿轮相互啮合而成。齿轮传动是应用最多的一种传动形式，它有如下特点 1）能保证传动比稳定不变能保证传动比稳定不变能保证传动比稳定不变能保证传动比稳定不变。。。。 2）能传递很大的动力能传递很大的动力能传递很大的动力能传递很大的动力。。。。 3) 结构紧凑结构紧凑结构紧凑结构紧凑、、、、效率高效率高效率高效率高。。。。+ 4)制造和安装的精度要求较高制造和安装的精度要求较高制造和安装的精度要求较高制造和安装的精度要求较高。。。。 5)当两轴间距较大时当两轴间距较大时当两轴间距较大时当两轴间距较大时，，，，采用齿轮传动就比较笨重采用齿轮传动就比较笨重采用齿轮传动就比较笨重采用齿轮传动就比较笨重 齿轮的种类很多，按其外形可分为圆柱齿轮和圆锥圆柱齿轮和圆锥圆柱齿轮和圆锥圆柱齿轮和圆锥齿轮齿轮齿轮齿轮两大类。 圆柱齿轮的外形呈圆柱形、牙齿分布在圆柱体的表面上，按照牙齿与齿轮轴的相对位置，圆柱齿轮又分为直齿圆柱齿轮和斜齿圆柱齿轮，（现在出现了人字形齿轮），圆柱齿轮多用于外啮合齿轮传动，也可以用作内啮合传动和齿轮齿条传动。在我们所用的许多转动设备的减速器内部使用圆柱齿轮传动结构。圆锥齿轮又叫伞齿轮，他的牙齿分布在圆锥体表面上。常用于相交轴之间的运动，轴线夹角可以是任意的，但最常见的是90度。 一对齿轮的传动比计算如下式：I=n1/n2=z2/z1 n1、n2分别表示主动轮和从动轮转速rpm n1、z2分别表示主动轮和从动轮的牙齿数 链传动是由两个具有特殊齿形的的齿轮和一条闭合的链条所组成，工作时主动连轮的齿与链条的链节相啮合带动与链条相啮合的从动链轮传动。这就是我们常见的自行车链轮链条传动原理。 链传动的特点如下： 1）能保证较精确的传动比（和皮带传动相比较） 2）可以在两轴中心距较远的情况下传递动力（与齿轮传动相比） 3）只能用于平行轴间传动 4）链条磨损后，链节变长，容易产生脱链现象。 链条传动主要用于传动比要求较准确，且两轴相距离较远，而且不宜采用齿轮的地方。链传动的传动比计算与齿轮传动相同。 1.4蜗轮蜗杆传动'B 蜗轮蜗杆传动用于两轴交叉成90度，但彼此既不平行又不相交的情况下，通常在蜗轮传动中，蜗杆是主动件，而蜗轮是被动件。 蜗轮蜗杆传动有如下特点： 1）结构紧凑、并能获得很大的传动比，一般传动比为7-80。 2) 工作平稳无噪音 3) 传动功率范围大 4）可以自锁 5）传动效率低，蜗轮常需用有色金属制造。蜗杆的螺旋有单头与多头之分。 传动比的计算如下： n1-蜗杆的转速 n2-蜗轮的转速 K-蜗杆头数 Z-蜗轮的齿数 1.5螺旋传动 螺旋传动是利用螺杆和螺母组成的螺旋副来实现传动要求的，主要用于将回转运动变为直线运动，同时传递运动和动力。 螺旋传动的分类： 1）传力螺旋：以传递动力为主，要求以较小的转矩产生较大的轴向推力，用于克服工作阻力。如各种起重或加压装置的螺旋。这种传力螺旋主要是承受很大的轴向力，一般为简写工作，每次工作时间较短，工作速度也不高。[email=7@&x]x[/email] 2) 传导螺旋：以传递运动为主，有时也承受较大的轴向载荷。如机床进给机构的螺旋等。传导螺旋主要在较长的时间内连续工作，工作速度较高，因此，要求具有较高的传动精度。 3）调整螺旋：以调整、固定零件的相对位置。如机床、仪器、及测试装置中的微调机构的螺旋。调整螺旋不经常转动，一般在空载下调整。 螺旋传动的特点：传动精度高、工作平稳无噪音，易于自锁，能传递较大的动力等特点。

行星齿轮传动是指一个或一个以上齿轮的轴线绕另一齿轮的固定轴线回转的齿轮传动。行星轮既绕自身的轴线回转，又随行星架绕固定轴线回转。

太阳轮、行星架和内齿轮都可绕共同的固定轴线回转，并可与其他构件联结承受外加力矩，它们是这种轮系的三个基本件。三者如果都不固定，确定机构运动时需要给出两个构件的角速度，这种传动称差动轮系；如果固定内齿轮或太阳轮，则称行星轮系。通常这两种轮系都称行星齿轮传动。

特点和类型：

行星齿轮传动的主要特点是体积小，承载能力大，工作平稳；但大功率高速行星齿轮传动结构较复杂，要求制造精度高。行星齿轮传动中有些类型效率高，但传动比不大。另一些类型则传动比可以很大，但效率较低，用它们作减速器时，其效率随传动比的增大而减小；作增速器时则有可能产生自锁。差动轮系可以把两个给定运动合成起来，也可把一个给定运动按照要求分解成两个基本件的运动。汽车差速器就是分解运动的例子。行星齿轮传动应用广泛，并可与无级变速器、液力耦合器和液力变矩器等联合使用，进一步扩大使用范围。

行星齿轮传动的设计

选择齿轮齿数时需要考虑的因素是：满足指定的传动比；几个行星轮需装到相应的合理位置；行星轮间各齿顶圆要有一定间隙。此外，还应保证安装以后三个基本件的回转轴线重合，例如[行星齿轮传动]中内啮合齿轮的中心距必须等于外啮合齿轮的中心距。行星齿轮传动的齿轮强度计算主要考虑轮齿的接触强度和弯曲强度，可分解为相啮合的几对齿轮副分别计算。在结构设计中主要考虑的是几个行星轮分担的载荷均匀，故应采用均载机构，例如采用基本件“浮动”的均载机构、弹性件的均载机构和杠杆联动均载机构等。