畢業(yè)設計（論文）說明書數(shù)控機床的進給傳動裝置設計

1、<p>　　× × × × 學 院</p><p>　　畢 業(yè) 設 計（論 文）說 明 書</p><p>　　題 目 數(shù)控機床的進給傳動裝置設計</p><p>　　學 生 </p><p>　　系

2、 別 機　電　系 </p><p>　　專 業(yè) 班 級 機械設計制造及其自動化 </p><p>　　機 電 033 班 　 </p><p>　　學 號 </p><p>　　指 導 教 師

3、 　 </p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　中文摘要..........................................................................................................................

4、.....Ⅰ</p><p>　　英文摘要...............................................................................................................................Ⅱ</p><p><b>　　第一章 緒論1</b></p>

5、;<p><b>　　1.1引言1</b></p><p>　　1.2數(shù)控機床進給傳動系統(tǒng)簡要敘述2</p><p>　　1.2.1升降臺傳動系統(tǒng)2</p><p>　　1.2.2床鞍傳動系統(tǒng)3</p><p>　　1.2.3工作臺傳動系統(tǒng)3</p><p>　　1.3 F

6、XK5045機床的用途及性能3</p><p>　　1.4 數(shù)控機床對進給傳動系統(tǒng)的要求5</p><p>　　1.5 數(shù)控機床進給系統(tǒng)總體設計方案7</p><p><b>　　1.6本章小結8</b></p><p>　　第二章　伺服電動機9</p><p><b>　　2

7、.1伺服系統(tǒng)9</b></p><p>　　2.1.1對伺服系統(tǒng)的基本要求9</p><p>　　2.1.2伺服系統(tǒng)的分類10</p><p>　　2.2伺服電動機的分類11</p><p>　　2.2.1直流伺服電機11</p><p>　　2.2.2交流伺服電機11</p>&

8、lt;p>　　2.2.3直線電機12</p><p>　　2.2.4步進電機12</p><p>　　2.3電動機的選擇與計算14</p><p>　　2.3.1脈沖當量的選擇14</p><p>　　2.3.2電機的最高轉速15</p><p>　　2.3.3 等效負載轉矩的計算15</p&g

9、t;<p>　　2.3.4初選步進電動機型號16</p><p>　　2.3.5電動機選型驗算17</p><p>　　2.4本章小結18</p><p>　　第三章 同步齒形皮帶輪傳動19</p><p>　　3.1同步齒形帶的特點應用和優(yōu)缺點19</p><p>　　3.1.1同步齒形帶的特

10、點和應用19</p><p>　　3.1.2 同步齒形帶傳動的優(yōu)缺點20</p><p>　　3.2同步齒形帶的主要參數(shù)和規(guī)格20</p><p>　　3.3同步齒形帶傳動設計計算21</p><p>　　3.3.1失效形式和計算準則21</p><p>　　3.3.2同步齒形帶傳動注意事項21</p

11、><p>　　3.3.3同步齒形帶傳動計算步驟22</p><p>　　3.4皮帶輪幾何尺寸的計算28</p><p>　　3.5齒輪傳動間隙的調整方法29</p><p>　　3.6同步齒形皮帶輪材料的選擇30</p><p>　　3.7本章小結31</p><p>　　第四章 滾珠絲杠

12、的設計計算32</p><p>　　4.1滾珠絲杠傳動32</p><p>　　4.1.1滾珠絲杠的特點32</p><p>　　4.1.2滾珠絲杠的一些主要參數(shù)33</p><p>　　4.1.3滾珠絲杠的預拉伸34</p><p>　　4.2 滾珠絲杠螺母副35</p><p>

13、　　4.2.1滾珠絲杠螺母副的循環(huán)方式35</p><p>　　4.2.2滾珠絲杠螺母副間隙的調整36</p><p>　　4.2.3滾珠絲杠螺母副的維護37</p><p>　　4.2.4滾珠絲杠螺母副的常見故障37</p><p>　　4.3滾珠絲杠的設計38</p><p>　　4.3.1滾珠絲杠的設計

14、計算43</p><p>　　4.3.2滾珠絲杠的校核45</p><p>　　4.4本章小結47</p><p>　　第五章 聯(lián)軸器和導軌48</p><p><b>　　5.1聯(lián)軸器48</b></p><p>　　5.1.1聯(lián)軸器的總體分類48</p><p&

15、gt;　　5.1.2安全聯(lián)軸器的作用50</p><p>　　5.2機床導軌51</p><p>　　5.2.1對導軌的總體要求51</p><p>　　5.2.2導軌副的種類以及組合形式52</p><p>　　5.2.3導軌的技術要求56</p><p>　　5.2.4導軌副的材料選擇57</p&

16、gt;<p>　　5.2.5導軌副的維護和故障診斷58</p><p>　　5.3本章小結59</p><p><b>　　總 結60</b></p><p><b>　　參考文獻62</b></p><p><b>　　致 謝63</b></

17、p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p><b>　　1.1引言</b></p><p>　　數(shù)控技術是用數(shù)字信息對機械運動和工作過程進行控制的技術，數(shù)控裝備是以數(shù)控技術為代表的新技術對傳統(tǒng)制造產業(yè)和新興制造業(yè)的滲透形成的機電一體化產品，即所謂的數(shù)字化裝備，其技術范圍覆蓋很多領域：(1).機械制造技術；(2

18、).信息處理、加工、傳輸技術；(3).自動控制技術；(4).伺服驅動技術；(5).傳感器技術；(6).軟件技術等。</p><p>　　從目前世界上數(shù)控技術及其裝備發(fā)展的趨勢來看，其主要研究熱點有以下幾個方</p><p><b>　　面：</b></p><p>　　(1).高速、高精度加工技術及裝備的新趨勢</p><p

19、>　　效率、質量是先進制造技術的主體。高速、高精加工技術可極大地提高效率，提高產品的質量和檔次，縮短生產周期和提高市場競爭能力。為此日本先端技術研究會將其列為5大現(xiàn)代制造技術之一，國際生產工程學會（CIRP）將其確定為21世紀的中心研究方向之一。</p><p>　　(2).智能化、開放化、網絡化成為當代數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢</p><p>　　21世紀的數(shù)控裝備將是具有一定智能化

20、的系統(tǒng)，智能化的內容包括在數(shù)控系統(tǒng)中的各個方面：為追求加工效率和加工質量方面的智能化，如加工過程的自適應控制，工藝參數(shù)自動生成；為提高驅動性能及使用連接方便的智能化，如前饋控制、電機參數(shù)的自適應運算、自動識別負載自動選定模型、自整定等；簡化編程、簡化操作方面的智能化，如智能化的自動編程、智能化的人機界面等；還有智能診斷、智能監(jiān)控方面的內容、方便系統(tǒng)的診斷及維修等。</p><p>　　(3).重視新技術標準、規(guī)范

21、的建立</p><p>　　①.數(shù)控系統(tǒng)設計開發(fā)規(guī)范</p><p>　　如前所述，開放式數(shù)控系統(tǒng)有更好的通用性、柔性、適應性、擴展性，美國、歐共體和日本等國紛紛實施戰(zhàn)略發(fā)展計劃，并進行開放式體系結構數(shù)控系統(tǒng)規(guī)范(OMAC、OSACA、OSEC)的研究和制定，世界3個最大的經濟體在短期內進行了幾乎相同的科學計劃和規(guī)范的制定，預示了數(shù)控技術的一個新的變革時期的來臨。我國在2000年也開始進行

22、中國的ONC數(shù)控系統(tǒng)的規(guī)范框架的研究和制定。</p><p><b>　　②.數(shù)控標準</b></p><p>　　數(shù)控標準是制造業(yè)信息化發(fā)展的一種趨勢。數(shù)控技術誕生后的50年間的信息交換都是基于ISO6983標準，即采用G，M代碼描述如何加工，其本質特征是面向加工過程，顯然，他已越來越不能滿足現(xiàn)代數(shù)控技術高速發(fā)展的需要。為此，國際上正在研究和制定一種新的CNC系統(tǒng)標

23、準ISO14649（STEP－NC)，其目的是提供一種不依賴于具體系統(tǒng)的中性機制，能夠描述產品整個生命周期內的統(tǒng)一數(shù)據模型，從而實現(xiàn)整個制造過程，乃至各個工業(yè)領域產品信息的標準化。</p><p>　　(4).對數(shù)控機床無污染提出要求</p><p>　　21世紀的數(shù)控機床必須把環(huán)保和節(jié)能放在重要位置，即要實現(xiàn)切削加工工藝的綠色化。目前這一綠色加工工藝主要集中在不使用切削液上，這主要是因為

24、切削液既污染環(huán)境和危害工人健康，又增加資源和能源的消耗。干切削一般是在大氣氛圍中進行，但也包括在特殊氣體氛圍中(氮氣中、冷風中或采用干式靜電冷卻技術)不使用切削液進行的切削。不過，對于某些加工方式和工件組合，完全不使用切削液的干切削目前尚難與實際應用，故又出現(xiàn)了使用極微量潤滑(MQL)的準干切削。目前在歐洲的大批量機械加工中，已有10～15%的加工使用了干和準干切削。對于面向多種加工方法/工件組合的加工中心之類的機床來說，主要是采用準干

25、切削，通常是讓極微量的切削油與壓縮空氣的混合物經由機床主軸與工具內的中空通道噴向切削區(qū)。在各類數(shù)控機床中，采用干切削最多的是滾齒機。</p><p>　　總之，數(shù)控機床技術的進步和發(fā)展為現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展提供了良好的條件，促使制造業(yè)向著高效、優(yōu)質以及人性化的方向發(fā)展。可以預見，隨著數(shù)控機床技術的發(fā)展和數(shù)控機床的廣泛應用，制造業(yè)將迎來一次足以撼動傳統(tǒng)制造業(yè)模式的深刻革命。</p><p>　　

26、1.2數(shù)控機床進給傳動系統(tǒng)簡要敘述</p><p>　　數(shù)控機床進給傳動系統(tǒng)是數(shù)控機床的重要的組成部分，它是將電動機的旋轉運動傳遞給工作臺或刀架以實現(xiàn)進給運動的整個機械傳動鏈，包括齒輪傳動副、絲杠螺母副及其支承部件等。</p><p>　　數(shù)控機床進給傳動系統(tǒng)主要由升降臺傳動系統(tǒng)、床鞍傳動系統(tǒng)、工作臺傳動系統(tǒng)組成。</p><p>　　1.2.1升降臺傳動系統(tǒng)<

27、;/p><p>　　升降臺可沿Z軸運動，由床身導軌導向并由升降立絲杠驅動,升降臺頂部有矩形導軌與工作臺底座—床鞍相連。</p><p><b>　　升降臺內裝有：</b></p><p>　　—Z、Y軸進給伺服電機；</p><p>　　—Z、Y軸齒形皮帶及皮帶輪；</p><p>　　升降臺運動由伺

28、服電機驅動，電機置于升降臺內，電機通過一對圓弧齒形皮帶輪及皮帶、一對螺旋傘齒輪和滾珠絲杠副以1：4降速轉動，兩帶輪與電機軸和滾珠絲杠均以漲緊環(huán)實現(xiàn)無間隙連接，滾珠絲杠螺母固定于底座上，絲杠固定于升降臺上。</p><p>　　1.2.2床鞍傳動系統(tǒng)</p><p>　　床鞍沿升降臺頂部導軌在Y軸上移動，床鞍上表面有供工作臺沿X軸橫向移動的燕尾導軌，床鞍上下兩面的導軌互相垂直，從而保證了X軸

29、運動和Y運動的垂直。在床鞍內裝有縱向、橫向絲杠及兩端托架。</p><p>　　橫向床鞍運動由伺服電機通過一對圓弧齒形皮帶輪、皮帶、一對消隙齒輪和滾珠絲杠副以3：4降速傳動。兩帶輪與電機軸和傳動軸均以漲緊環(huán)實現(xiàn)無間隙連結，滾珠絲杠固定于床鞍上，絲杠螺母固定于升降臺上。</p><p>　　1.2.3工作臺傳動系統(tǒng)</p><p>　　工作臺可沿床鞍縱向導軌在X軸方向

30、移動，導軌由來自床身的集中潤滑裝置自動潤滑，X向滾珠絲杠由手動油槍通過工作臺側的油杯進行潤滑，工作臺表面有便于安裝工卡夾具、工件及附近的T形槽，還有回收冷卻液的回水槽。</p><p>　　工作臺運動由伺服電機通過兩個圓弧齒形皮帶輪，和圓弧齒形皮帶以2：3降速傳動。兩帶輪與電機軸和滾珠絲杠均以漲緊環(huán)實現(xiàn)無間隙聯(lián)接，滾珠絲杠螺母固定于工作臺底端，兩端托架固定于床鞍上。</p><p>　　1

31、.3 FXK5045機床的用途及性能</p><p>　　圖1-1 XK5045型普通銑床的布局圖</p><p>　　Fig.1-1 Milling machine layout plans </p><p>　　1-底座　2-強電柜　3-變壓器箱　4-垂直升降進給伺服電動機　</p><p>　　5-主軸變速手柄和按鈕板　6-床身　7-數(shù)

32、控柜　8-保護開關　9-擋鐵　</p><p>　　10-操縱臺　11-保護開關　12-橫向溜板　13-縱向進給伺服電動機</p><p>　　14-橫向進給伺服電動機　15-升降臺　16-縱向工作臺</p><p>　　在本次設計中，以FXK5045數(shù)控立式升降臺銑床為例來說明數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)。</p><p>　　FXK5045為數(shù)

33、控立式升降臺銑床，與上圖XK5045普通銑床相比，在外觀結構上相同，只是多一個數(shù)控裝置，F(xiàn)XK5045可配備國外或國內數(shù)控系統(tǒng)，具有計算機數(shù)字控制（CNC），可進行縱向、橫向、垂向三個坐標的直線、圓弧、拋物線插補運動（由配置的系統(tǒng)功能確定），每個坐標裝有編碼器作為檢測元件。</p><p>　　FXK5045適用于加工形狀復雜的平面和立體零件，如沖模、壓模、鍛模、塑料模等各種模具及樣板，凸輪、飛機零件、內燃機的連

34、桿等形狀復雜的零件，對于加工形狀復雜而品種又經常變換的生產部門大為適用。</p><p>　　FXK5045數(shù)控立式升降臺銑床的基本參數(shù)如下：</p><p>　　工作臺面積（寬×長）：　　　　　　　500×1800 mm </p><p>　　工作臺T形槽（槽數(shù)-寬度間距）：　 6-18×63 mm </p><

35、p>　　工作臺承載工件最大重量：　　　　　 1000 Kg </p><p>　　工作臺行程（縱向/橫向/垂向）：　　　 11000/330/600 mm </p><p>　　垂向行程（手動）： 套筒90 mm </p><p>　　主軸錐孔： 7：24 ISO50 <

36、;/p><p>　　刀柄形式： XT50</p><p>　　主軸轉速： 18級35.5-1800 r/min </p><p>　　主軸電機功率： 15 Kw </p><p>　　立銑頭最大回轉角度：

37、 ±45° </p><p>　　主軸端面到工作臺面距離： 110-710 mm </p><p>　　床身導軌至主軸中心線的距離： 450 mm </p><p>　　進給速度范圍（X、Y/Z）： 5-4000/5-1000 mm/min </p>

38、;<p>　　快速進給（X、Y/Z）： 8000/2000 mm/min </p><p>　　定位精度(國際) ： 0.035 mm </p><p>　　重復定位精度(國際) ： 0.020 mm </p><p>　　機床重量(約) ：

39、 5000 Kg </p><p>　　機床外型尺寸(長×寬×高) ： 2530×2443×2560 mm </p><p>　　本機床具有如下特點：</p><p>　　(1).機床具有很高的結構剛性，能承受中負荷切削工作；</p><p>　　(

40、2).機床具有足夠的功率和寬廣的變速范圍，能使用硬質合金刀進行高速切削，充分發(fā)揮刀具效能；</p><p>　　(3).主軸變速有沖動裝置，便于變速，機床能迅速有效的進行制動；</p><p>　　(4).機床的重要傳動零件均用合金鋼制成，容易磨損零件均用耐磨材料制成，導軌貼塑，保證了機床有足夠的使用壽命；</p><p>　　(5).操縱臺與電柜采用分體式，操縱臺

41、集中操縱，安裝于機床吊掛上，能轉動一定角度，操作方便宜人；</p><p>　　(6).機床三向運動均有限位裝置，保證機床和操作工人的安全，還可用作多機床管理；</p><p>　　(7).機床具有完整的潤滑系統(tǒng)，重要的傳動零件和軸承均有完整的潤滑裝置，同時設有指示器進行經常檢查；</p><p>　　(8).各重要傳動軸和主軸的安裝在滾動軸承上，提高傳動效率；&l

42、t;/p><p>　　(9).工作臺三個方向均能進行快速移動，減少輔助時間，提高生產效率。</p><p>　　1.4 數(shù)控機床對進給傳動系統(tǒng)的要求</p><p>　　(1).減少摩擦阻力</p><p>　　為了提高數(shù)控機床進給系統(tǒng)的快速響應性能和運動精度，必須減小運動件的摩擦阻力和動，靜摩擦力之差。為滿足上述要求，在數(shù)控機床進給傳動系統(tǒng)中，

43、普通采用滾珠絲杠螺母副、靜壓絲杠螺母副，滾動導軌、靜壓導軌和塑料導軌。在減小摩擦阻力的同時，還必須考慮傳動部件要有適當?shù)淖枘?，以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。</p><p>　　(2).減少運動慣量</p><p>　　運動部件的慣量對伺服機構的啟動和制動特性都有影響，尤其是處于高速運轉的零、部件，其慣量的影響更大。因此，在滿足部件強度和剛度的前提下，盡可能減小運動部件的質量，減小旋轉零件的直徑和質

44、量，以減小運動部件的慣量。</p><p>　　(3).高的傳動精度與定位精度</p><p>　　數(shù)控機床的進給傳動裝置的傳動精度和定位精度對零件的加工精度起著關鍵性的作用，對采用進步電動機驅動的開環(huán)控制系統(tǒng)尤其如此。因此，傳動精度和定位精度是數(shù)控機床最重要也是最具有該類機床特征的指標，無論對點位，直線控制系統(tǒng)，還是輪廓控制，該項精度都很重要。設計中，通過在進給傳動鏈中加入減速齒輪，以減

45、小脈沖當量（即伺服系統(tǒng)接收一個指令脈沖驅動工作臺移動的距離），預緊傳動滾珠絲杠，消除齒輪，蝸輪等傳動的間隙等辦法，可達到提高傳動精度的定位精度的目的。由此可見，機床本身的精度，尤其是伺服傳動鏈和伺服執(zhí)行機構的精度，是影響工作精度的主要因素。</p><p>　　(4).寬的進給調速范圍</p><p>　　伺服進給系統(tǒng)在承擔全部工作負載的條件下，應具有很寬的調速范圍，以適應各種工件材料，尺

46、寸和刀具等變化的需要，工作進給速度范圍可達3~6000 mm/min（調速范圍1：2000）。為了完成精密定位，伺服系統(tǒng)的低速趨進速度達0.1mm/min；為了縮短輔助時間，提高加工效率，快速移動速度應高達15m/min。如此寬的調速范圍是伺服系統(tǒng)設計的一個難題。在多坐標聯(lián)動的數(shù)控機床上，合成速度維持常數(shù)，是保證表面粗糙度要求的重要條件；為保證較高的輪廓精度，各坐標方面的運動速度也要配合適當，這是對數(shù)控機床和伺服進給系統(tǒng)提出的共同要求。

47、</p><p>　　(5).響應速度要快</p><p>　　快響應特性是指進給系統(tǒng)對指令輸入信號的響應速度及瞬態(tài)過程結束的迅速程度，即跟蹤指令信號的響應要快；定位速度和輪廓切削進給速度要滿足要求；工作臺應能在規(guī)定的速度范圍內靈敏而精確地跟蹤指令，進行單步或連續(xù)移動，在運行時不出現(xiàn)丟步或多步現(xiàn)象。進給系統(tǒng)響應速度的大小不僅影響機床的加工效率，而且影響加工精度。設計中應使機床工作臺及其傳動

48、機構的剛度、間隙、摩擦以及轉動慣量盡可能達到最佳值，以提高伺服進給系統(tǒng)的快速響應性。</p><p><b>　　(6).無間隙傳動</b></p><p>　　進給系統(tǒng)的傳動間隙一般指反向間隙，即反向死區(qū)誤差，它存在于整個傳動鏈的各傳動副中，直接影響數(shù)控機床的加工精度。因此，應盡量消除傳動間隙，減小反向死區(qū)誤差。設計中可采用消除間隙的聯(lián)軸節(jié)及有消除間隙措施的傳動副等

49、方法。</p><p>　　(7).穩(wěn)定性好、壽命長</p><p>　　穩(wěn)定性是伺服進給系統(tǒng)能夠正常工作的最基本的條件，特別是在低速進給情況下不產生爬行，并能適應外加負載的變化而不發(fā)生共振。穩(wěn)定性與系統(tǒng)的慣性、剛性、阻尼及增益等都有關系，適當選擇各項參數(shù)，并能達到最佳的工作性能，是伺服系統(tǒng)設計的目標。所謂進給系統(tǒng)的壽命，主要是指其保持數(shù)控機床傳動精度和定位精度的時間長短，即各傳動部件應選

50、擇合適的材料及合理的加工工藝與熱處理方法，對于滾珠絲杠及傳動齒輪，必須具有一定的耐磨性和適宜的潤滑方式，以延長其壽命。</p><p>　　(8).使用維護方便</p><p>　　數(shù)控機床屬于精度自動控制機床，主要用于單件、中小批量、高精度及復雜的生產加工，機床的開機效率相應就高，因而進給系統(tǒng)的結構設計應便于維護和保養(yǎng)、最大限度地減小維修工作量，以提高機床的利用率。</p>

51、<p>　　1.5 數(shù)控機床進給系統(tǒng)總體設計方案</p><p>　　圖1-2 進給系統(tǒng)的結構簡圖</p><p>　　Fig.1-2 Feed system structure diagram </p><p>　　上圖為此次設計FXK5045數(shù)控立式銑床進給系統(tǒng)的機械結構簡圖。</p><p>　　伺服電機通過同步齒形帶和滾珠

52、絲杠相聯(lián)，編碼器固定在滾珠絲杠的右端將工作臺的實際位移信號傳遞給控制系統(tǒng)，屬于開環(huán)控制。同步帶連接方式隔離了電機的振動和發(fā)熱，使電動機安裝位置更加機動，但機械結構環(huán)節(jié)增加了。</p><p>　　方案具體的設計過程如下：</p><p>　　圖1-3 數(shù)控機床進給傳動系統(tǒng)工作原理圖</p><p>　　Fig.1-3 CNC machine tool drive s

53、ystem to work diagram</p><p>　　(1).指令脈沖驅動步進電動機；</p><p>　　(2).步進電機驅動電路帶動功率步進電動機運轉；</p><p>　　(3).功率步進電動機作為動力源，帶動齒形皮帶輪動力的輸送；</p><p>　　(4).齒形皮帶輪帶動滾珠絲杠降速轉動；</p><p

54、>　　(5).滾珠絲杠的轉動使數(shù)控機床工作臺橫向移動。</p><p><b>　　1.6本章小結</b></p><p>　　在本章的設計中，讓我明白了數(shù)控機床進給傳動的三大部分：升降臺傳動系統(tǒng)，床鞍傳動系統(tǒng)以及工作臺傳動系統(tǒng)，并對三者各自的基本情況和運動規(guī)律作了一個簡要的敘述。對所設計的數(shù)控銑床FXK5045也有了一定的認識，其中包括FXK5045的基本性能

55、參數(shù)，還有此機床進給傳動部分所各自具備的用途，以及擅長加工哪些圖形的情況都做了一一的描述。還有數(shù)控機床對進給傳動方面的要求也進行了一定的說明。對進給傳動總體設計方案的構想也有了一定的思路，并且進行設計的初步實踐中。</p><p><b>　　第二章　伺服電動機</b></p><p>　　伺服電動機(簡稱伺服電機)為數(shù)控伺服系統(tǒng)的重要組成部分，是速度和軌跡控制的執(zhí)行

56、元件。伺服系統(tǒng)的設計、調試與選用的電機及其特性有密切關系、直接影響伺服系統(tǒng)的靜、動態(tài)品質。</p><p><b>　　2.1伺服系統(tǒng)</b></p><p>　　在自動控制系統(tǒng)中，輸出量能夠以一定準確度跟隨輸入量的變化而變化的系統(tǒng)稱為伺服系統(tǒng)。數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)是指以機床移動部件的位置和速度作為控制量的自動控制系統(tǒng)。伺服系統(tǒng)由伺服驅動裝置和驅動元件（或稱執(zhí)行元件伺服

57、電機）組成，高性能的伺服系統(tǒng)還有檢測裝置，反饋實際的輸出狀態(tài)。</p><p>　　數(shù)控機床伺服系統(tǒng)的作用在于接受來自數(shù)控裝置的指令信號，驅動機床移動部件跟隨指令脈沖運動，并保證動作的快速和準確，這就要求高質量的速度和位置伺服。以上指的主要是進給伺服控制，另外還有對主運動的伺服控制，不過控制要求不如前者高。數(shù)控機床的精度和速度等技術指標往往主要取決于伺服系統(tǒng)。</p><p>　　2.1.

58、1對伺服系統(tǒng)的基本要求</p><p>　　數(shù)控機床集中了傳統(tǒng)的自動機床、精密機床和萬能機床的優(yōu)點，將高效率、高精度與高柔性集中于一體。而數(shù)控機床技術水平的提高首先依賴于進給驅動特性的改善及功能的擴大，一般對進給伺服系統(tǒng)有如下要求：</p><p><b>　　(1).正反向運行</b></p><p>　　機床在工作過程中，工作臺根據加工軌跡

59、的形狀隨時都可能要求正向或反向運行。同時應考慮正反向運行時起動與制動之間存在的電能與機械能的轉換，以實現(xiàn)可靠的快速制動。</p><p><b>　　(2).調速范圍寬</b></p><p>　　為適應不同的加工條件，如加工零件的材料、類型、大小及刀具的種類、冷卻方式等，要求伺服有很寬的調速范圍和優(yōu)異的調速特性。</p><p>　　(3).

60、高剛性與高的速度穩(wěn)定性</p><p>　　伺服在不同的負載情況下或切削條件發(fā)生變化時，應使進給速度保持恒定，要求伺服具有優(yōu)良的靜態(tài)與動態(tài)負載特性。</p><p>　　(4).快速響應及無超調</p><p>　　為了保證輪廓切削形狀精度與低的加工面表面粗糙度，要求伺服具有良好的快速響應特性，同時無超調。</p><p><b>

61、　　(5).高精度</b></p><p>　　為了滿足加工精度，要保證機床的定位精度及進給精度，亦即要求伺服具有高的靜態(tài)分辨率，動態(tài)特性至少應是一階無差系統(tǒng)。</p><p><b>　　(6).低速大扭矩</b></p><p>　　機床加工的特點多是低速時進行切削加工，要求在低速時進給驅動應保證額定扭矩輸出，亦即要求伺服具有恒

62、扭矩輸出。</p><p>　　2.1.2伺服系統(tǒng)的分類</p><p><b>　　(1).開環(huán)系統(tǒng)</b></p><p>　　圖2-1 開環(huán)系統(tǒng)構成圖</p><p>　　Fig.2-1 Open-loop systems pose a map</p><p>　　圖(2-1)是開環(huán)系統(tǒng)構成

63、圖，它主要由驅動電路，執(zhí)行元件和機床三大部分組成。常用的執(zhí)行元件是步進電機，通常稱以步進電機作為執(zhí)行元件的開環(huán)系統(tǒng)為步進式伺服系統(tǒng)，在這種系統(tǒng)中，如果是大功率驅動時，用電液脈沖馬達作為執(zhí)行元件。驅動電路的主要任務是將指令脈沖轉化為驅動執(zhí)行元件所需的信號。</p><p><b>　　(2).閉環(huán)系統(tǒng)</b></p><p>　　圖2-2 閉環(huán)系統(tǒng)構成圖</p&g

64、t;<p>　　Fig.2-2 Closed-loop systems pose a map</p><p>　　閉環(huán)系統(tǒng)主要由比較環(huán)節(jié)、驅動電路、執(zhí)行元件、機床和檢測單元五部分組成。其構成框圖如圖(2-2)所示。在閉環(huán)系統(tǒng)中，檢測元件將機床移動部件的實際位置檢測出來并轉換成電信號反饋給比較環(huán)節(jié)。常見的檢測元件有旋轉變壓器、感應同步器、光柵、磁柵和編碼盤等。通常把安裝在絲杠上的檢測元件組成的伺服系統(tǒng)

65、稱為半閉環(huán)系統(tǒng)；把安裝在工作臺上的檢測元件組成的伺服系統(tǒng)稱為閉環(huán)系統(tǒng)。由于絲杠和工作臺之間傳動誤差的存在，半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的精度要比閉環(huán)伺服系統(tǒng)的精度低一些。比較環(huán)節(jié)的作用是將指令信號和反饋信號進行比較，兩者的差值作為伺服系統(tǒng)的跟隨誤差，經驅動電路，控制執(zhí)行元件帶動工作臺繼續(xù)移動，直到跟隨誤差為零。根據進入比較環(huán)節(jié)信號的形式以及反饋檢測方式，閉環(huán)（半閉環(huán)）系統(tǒng)可分為脈沖比較伺服系統(tǒng)、相位比較伺服系統(tǒng)和幅值比較伺服系統(tǒng)三種。</p&g

66、t;<p>　　由于比較環(huán)節(jié)輸出的信號比較微弱，不足以驅動執(zhí)行元件，故需對其進行放大，驅動電路正是為此而設置的。執(zhí)行元件的作用是根據控制信號，即來自比較環(huán)節(jié)的跟隨誤差信號，將表示位移量的電信號轉化為機械位移。常用的執(zhí)行元件有直流寬調速電動機、交流電動機等。執(zhí)行元件是伺服系統(tǒng)中必不可少的一部分，驅動電路是隨執(zhí)行元件的不同而不同的。</p><p>　　2.1.3伺服系統(tǒng)的發(fā)展方向</p>

67、<p>　　隨著生產力的不斷發(fā)展，要求伺服系統(tǒng)向高精度、高速度、大功率方向發(fā)展。</p><p>　　(1).充分利用迅速發(fā)展的電子和計算機技術，采用數(shù)字式伺服系統(tǒng)，利用微機實現(xiàn)調節(jié)控制，增強軟件控制功能，排除模擬電路的非線性誤差和調整誤差以及溫度漂移等因素的影響，可大大提高伺服系統(tǒng)的性能，并為實現(xiàn)最優(yōu)控制、自適應控制創(chuàng)造條件。</p><p>　　(2).開發(fā)高精度、快速檢測

68、元件。</p><p>　　(3).開發(fā)高性能的伺服電機（執(zhí)行元件）。目前交流伺服電機的變速比已達1：10000，使用日益增多。無刷電機因無電刷和換向片零部件，加速性能要比直流伺服電機高兩倍，維護也較方便，常用于高速數(shù)控機床。</p><p>　　2.2伺服電動機的分類</p><p>　　在數(shù)控機床中常用的伺服電機有:直流伺服電動機、交流伺服電動機、步進電機和直線

69、電機等．直流伺服電機具有良好的調速性能，在70年代、80年代的數(shù)控系統(tǒng)中得到了廣泛的應用；交流伺服電動機由于結構和控制原理的發(fā)展，性能大大提高，從80年代末開始逐漸取代直流伺服電機，是目前主要使用的電動機；步進電機應用在輕載、負荷變動不大以及經濟型數(shù)控系統(tǒng)中。直線電機是一種很有發(fā)展前途的特種電機，主要應用在高速、高精度的進給伺服系統(tǒng)中。</p><p>　　2.2.1直流伺服電機</p><p

70、>　　常用的直流電動機有:永磁式直流電機、混合式直流電機、無刷直流電機和直流力矩電機等。直流進給伺服系統(tǒng)使用永磁式直流電機類型中的有槽電樞永磁直流電動機(普通型)；直流主軸伺服系統(tǒng)使用勵磁式直流電機類型中的他激直流電機。此外，永磁式直流電機還包括無槽電樞永磁直流電機、杯型電樞永磁直流電機和印刷繞組電樞永磁直流電機等。這些均為小慣量電機，適用于要求快速響應和頻繁起動的伺服系統(tǒng)，但其過載能力低，電樞慣量與機械系統(tǒng)匹配較差．普通型永磁式

71、直流電機產量大，應用廣泛。</p><p>　　2.2.2交流伺服電機</p><p>　　在交流伺服系統(tǒng)中，電動機的類型有永磁同步交流伺服電機(PMSM)和感應異步交流伺服電機(IM)，其中，永磁同步電機具備十分優(yōu)良的低速性能、可以實現(xiàn)弱磁高速控制，調速范圍寬廣、動態(tài)特性和效率都很高，已經成為伺服系統(tǒng)的主流之選。而異步伺服電機雖然結構堅固、制造簡單、價格低廉，但是在特性上和效率上存在差距

72、，只在大功率場合得到重視。</p><p><b>　　2.2.3直線電機</b></p><p>　　直線電機可以認為是旋轉電機在結構方面的一種變形，它可以看作是一臺旋轉電機沿其徑向剖開，然后拉平演變而成。近年來，隨著自動控制技術和微型計算機的高速發(fā)展，對各類自動控制系統(tǒng)的定位精度提出了更高的要求，在這種情況下，傳統(tǒng)的旋轉電機再加上一套變換機構組成的直線運動驅動裝置

73、，已經遠不能滿足現(xiàn)代控制系統(tǒng)的要求。為此，近年來世界許多國家都在研究、發(fā)展和應用直線電機，使得直線電機的應用領域越來越廣。 </p><p>　　直線電機與旋轉電機相比，主要有如下幾個特點：一是結構簡單，由于直線電機不需要把旋轉運動變成直線運動的附加裝置，因而使得系統(tǒng)本身的結構大為簡化，重量和體積大大地下降；二是定位精度高，在需要直線運動的地方，直線電機可以實現(xiàn)直接傳動，因而可以消除中間環(huán)節(jié)所帶來的各種定位誤差，

74、故定位精度高，如采用微機控制，則還可以大大地提高整個系統(tǒng)的定位精度；三是反應速度快、靈敏度高，隨動性好。直線電機容易做到其動子用磁懸浮支撐，因而使得動子和定子之間始終保持一定的空氣隙而不接觸，這就消除了定、動子間的接觸摩擦阻力，因而大大地提高了系統(tǒng)的靈敏度、快速性和隨動性；四是工作安全可靠、壽命長。直線電機可以實現(xiàn)無接觸傳遞力，機械摩擦損耗幾乎為零，所以故障少，免維修，因而工作安全可靠、壽命長。 </p><p>

75、;<b>　　2.2.4步進電機</b></p><p>　　步進電機是一種把脈沖信號轉換成角位移的電氣機械。電脈沖的數(shù)量代表了轉子的角位移量，轉子的轉速與電脈沖的頻率成正比，旋轉的方向取決于脈沖的順序，轉矩是由于磁阻作用所產生。步進電機一定要與控制脈沖聯(lián)系起來才能運行，否則無法工作。其運行形式是步進的，故稱為步進電機。對定子繞組所加電源形式既不是正弦波交流也不是恒定直流，而是電脈沖電壓、電

76、流、所以也稱為脈沖電機或脈沖馬達。步進電機用于與控制脈沖組成的開環(huán)系統(tǒng)中。</p><p>　　2.2.4.1步進電機的分類及結構</p><p>　　步進電機的分類方式很多，按作用原理分，步進電機有磁阻式(反應式)、感應子式和永磁式三大類。按輸出功率和使用場合分類，分為功率步進電機和控制步進電機；按結構分類，分為徑向式(單段式)、軸向式(多段)和印刷繞組式步進電機；按相數(shù)分類，分為三相、

77、四相、五相、六相等。</p><p>　　各種步進電機都是由定子和轉子組成，但因類型不同，結構也不完全一樣。磁阻式步進電機(以三相徑向式為例)，定子鐵心上有六個均勻分布5個齒，齒槽距相等，齒間夾角為9°。在直徑方向相對的兩個極上的線圈串聯(lián)，構成了一相勵磁繞組，共有三相(A，B，C)按徑向排列的勵磁繞組。轉子為鐵心(硅鋼)，其上無繞組，只有均布的40個齒，齒槽等寬，齒間夾角也是9°。三相定子磁極

78、和轉子上相應的齒依次錯開了1/3齒距，即3°。</p><p>　　磁阻式步進電機還有一種軸向分相的多段式結構，定子和轉子鐵心都分成多段(三、四、五、六段等)，每段為一相，依次錯開排列為A、B、C、D、E等相，每相都是獨立的。</p><p>　　感應子式步進電機分為勵磁式和永磁式兩種。感應子式步進電機的結構與磁阻式步進電機的結構相似，其定子轉子鐵心的磁場和齒槽均一樣，兩者的差別

79、是感應子式步進電機存在軸向恒定磁場。勵磁感應子式步進電機是靠轉子上的勵磁繞組產生軸向磁場。永磁感應子式步進電機的轉子由一段環(huán)形磁鋼(在轉子中部)和二段鐵心(在環(huán)形磁鋼的兩端)，軸向充磁，建立軸向磁場。軸向磁場可以改善步進電機的動態(tài)特性，發(fā)展趨勢將取代磁阻式步進電機。</p><p>　　永磁式步進電機的轉子為永久磁鐵，定子為軟磁材料。該種電機有多種結構形式，常用形式有爪極式和隱極式。爪極式步進電機結構一般采用二相

80、或者四相繞組，隱極式步進電機結構與磁阻式步進電機一樣有二、三、四、五、相等多種繞組。</p><p>　　2.2.4.2步進電機的工作原理</p><p>　　以磁阻式(反應式)步進電機為例，其工作原理是按電磁吸引的原理工作的。以下圖所示的反應式三相步進電機為例加以說明。當某一相定子繞組加上電脈沖，即通電時，該相磁極產生磁場，并對轉子產生電磁轉矩，將靠近定子通電繞組磁極的轉子上一對齒吸引過

81、來，當轉子一對齒的中心線與定子磁極中心線對齊時，磁阻最小，轉矩為零，停止轉動。如果定子繞組按順序輪流通電，A、B、C三相的三對磁極就依次產生磁場，使轉子一步步按一定方向轉動起來。</p><p>　　圖2-3　步進電機工作原理</p><p>　　Fig.2-3 Stepper Motor Principle</p><p>　　具體為，假設每個定子磁極有一個齒，轉

82、子有四個齒，首先A相通電，B、C二相斷電，轉子1、3齒按磁阻最小路徑被A相磁極產生的電磁轉矩吸引過去，當1、3齒與A相對齊時，轉動停止；此時，B相通電，A、C二相斷電，磁極B又把距它最近的一對齒2、4吸引過來，使轉子按逆時針方向轉過30°。接著C相通電，A、B二相斷電，轉子又逆時針旋轉30°，依次類推，定子按A→B→C→A…順序通電，轉子就一步步地按逆時針方向轉動，每步30°。若改變通電順序，按A→C→B→

83、A…使定子繞組通電，步進電機就按順時針方向轉動，同樣每步轉30°，這種控制方式叫單三拍方式。由于每次只有一相繞組通電，在切換瞬間失去自鎖轉矩，容易失步，此外，只有一相繞組通電吸引轉子，易在平衡位置附近產生振蕩，故實際上均不采用單三拍方式，而采用雙三拍控制方式。</p><p>　　雙三拍通電順序按AB→BC→CA→AB→…(逆時針方向)或按AC→CB→BA→AC→…(順時針方向)進行．由于雙三拍控制每次

84、有二相繞組通電，而且切換時總保持一相繞組通電，所以工作穩(wěn)定。如果按A→AB→B→BC→C→CA→A→…順序通電，就是三相六拍工作方式，每切換一次，步進電機每步按逆時針方向轉過15°。同樣，若按A→AC→C→CB→B→BA→A→…順序通電，步進電機每步按順時針方向轉過15°。對應一個指令電脈沖，轉子轉動一個固定角度，稱為步矩角。實際上，轉子有40個齒，三相單三拍工作方式，步距角為3°。三相六拍控制方式比三相三

85、拍控制方式步矩角小一半，為1.5°。</p><p>　　控制步進電機的轉動是由加到繞組的電脈沖決定的，即由指令脈沖決定的。指令脈沖數(shù)決定它的轉動步數(shù)，即角位移的大小；指令脈沖頻率決定它的轉動速度，只要改變指令脈沖頻率，就可以使步進電機的旋轉速度在很寬的范圍內連續(xù)調節(jié)；改變繞組的通電順序，可以改變它的旋轉方向?？梢姡瑢Σ竭M電機控制十分方便，一轉中沒有累計誤差，動態(tài)響應快，自起動能力強，角位移變化范圍寬。

86、步進電機的缺點是效率低，帶慣性負載能力差，低頻振蕩、失步，高頻失步，自身噪聲和振動較大。</p><p>　　2.3電動機的選擇與計算</p><p>　　進給系統(tǒng)是與控制脈沖組成的是開環(huán)系統(tǒng)，數(shù)控機床的進給傳動系統(tǒng)又需要電機的旋轉速度在很寬的范圍內連續(xù)調節(jié)，通過輸入脈沖信號來進行控制的，即電機的總轉動角度由輸入脈沖數(shù)決定，而電機的轉速由脈沖信號頻率決定?；谶@幾個方面，選用步進電動機作為

87、進給傳動系統(tǒng)的動力源。</p><p>　　2.3.1脈沖當量的選擇</p><p>　　脈沖當量：一個指令脈沖使步進電動機驅動工作臺的移動距離。</p><p>　　脈沖當量是數(shù)控機床精度的一個重要參數(shù)，系統(tǒng)根據需要選擇=0.01mm/p（輸入一個指令脈沖工作臺移動0.01毫米）。</p><p>　　初選之相步進電動機的步距角，當三相三拍

88、運行時，步距角= ，當三相六拍運行時，步距角= 。</p><p>　　選步進電動機為三相六拍運行，其每轉的脈沖數(shù)為：</p><p><b>　　(2-1)</b></p><p>　　2.3.2電機的最高轉速</p><p>　　按照步進電動機的性能要求，快速行程的步進電機轉速應嚴格控制在電機的額定轉速之內<

89、;/p><p><b>　　(2-2)</b></p><p>　　式中：n—快速行程時電機的轉速（rpm）；</p><p>　　Vmax—直線運行速度（m/min）；</p><p><b>　　i—系統(tǒng)傳動比；</b></p><p>　　Pn—絲杠導程（mm）；</

90、p><p>　　nnom—電機的額定轉速（rpm）</p><p>　　2.3.3 等效負載轉矩的計算</p><p>　　2.3.3.1 在機床位加任何負載的情況下，空載時的摩擦轉矩TLF</p><p><b>　　(2-3)</b></p><p>　　式中：u—摩擦系數(shù)；</p>

91、<p>　　w—工作臺的總重量；</p><p><b>　　Pn—絲杠導程；</b></p><p>　　i—傳動比（工作臺運動由私服電機通過兩個圓弧齒形皮帶輪，和圓弧齒形皮帶以2：3降速傳動）；</p><p><b>　　—滾珠絲桿傳動效率</b></p><p>　　2.3.3.

92、2 在機床加工過程中所產生的負載轉矩TL為：</p><p><b>　　(2-4)</b></p><p>　　式中：Fx—最大切削力（N）；</p><p>　　Fy—X方向產生的切削分力,也就是Y方向產生的切削力</p><p>　　2.3.3.3 等效轉動慣量計算</p><p>　　(1

93、).滾珠絲桿的轉動慣量Js</p><p><b>　　(2-5)</b></p><p>　　式中：—滾珠絲桿節(jié)圓直徑；</p><p>　　—滾珠絲桿的工作長度，也就是滾珠絲杠螺紋的長度</p><p>　　(2).大齒輪的轉動慣量Jg2（大齒接圓直徑135毫米 寬60毫米）</p><p>

94、<b>　　(2-6)</b></p><p>　　(3).小齒輪的轉動慣量Jg1（小齒接圓直徑90毫米 寬60毫米）</p><p><b>　　(2-7)</b></p><p>　　換算到電動機軸上總轉動慣量JL由滾珠絲桿的轉動慣量，大齒輪的轉動慣量，小齒輪的轉動慣量三者共同決定。因此，總轉動慣量JL為：</p

95、><p><b>　　(2-8)</b></p><p>　　2.3.4初選步進電動機型號</p><p>　　根據銑削時負載轉距和電動機總轉動慣量,,初步選定電動型號為FANUC ac12步進電動機。該電動機的最大靜扭距，轉子轉動慣量 JM=1.110-3kg.m2</p><p>　　為了使步進電動機具有良好的起動能力及

96、較快的響應速度應為：</p><p><b>　　及</b></p><p>　　2.3.4.1帶慣性負載的最大起動頻率的計算</p><p><b>　　(2-9)</b></p><p>　　—電動機空載起動頻率</p><p>　　2.3.4.2帶慣性負載的最大轉速&l

97、t;/p><p><b>　　(2-10)</b></p><p>　　2.3.4.3帶慣性負載起動力矩Tm電動機起動矩的情況下，根據頻率特性曲線可以查得：</p><p>　　2.3.4.4 電機帶慣性負載時的起動時間</p><p><b>　　(2-11)</b></p><p

98、><b>　　=0.0014s</b></p><p>　　FANUC ac12步進電動機的最小加、減速度時間為1秒</p><p>　　所以該電機帶慣性負載時能夠起動。</p><p>　　2.3.5電動機選型驗算</p><p>　　(1).空行程快速移動速度的驗算</p><p>　　

99、從電動機的運行矩頻率特性曲線查得fmax=6000HZ時，電動機轉矩0.9N.m >TLF=0.27N.m（空載時的摩擦轉矩）</p><p><b>　　(2-12)</b></p><p>　　(2).工作行程速度驗算</p><p>　　當TL=9.183N.m時，電動機對應頻率f=2000Hz</p><p&g

100、t;<b>　　(2-13)</b></p><p>　　以上計算，選該型號FANUC ac12步進電動機，無論是起動性能，還是空行程快速進給，還是工作行程進給速度都能滿足該機床的設計要求。</p><p><b>　　2.4本章小結</b></p><p>　　在本章的設計中，首先是對伺服系統(tǒng)的一個基本了解，其中包括對伺

101、服系統(tǒng)的基本要求和分類。在數(shù)控機床中常用的伺服電機有：直流伺服電動機、交流伺服電動機、步進電機和直線電機等，這幾類是主要的伺服電動機，對它們的基本原理作一個簡要的敘述，比較其特點，并選取步進電機作為本進給傳動系統(tǒng)的動力源。然后從機床性能要求，選取符合本設計銑床的步進電動機，其主要過程為：脈沖當量的選擇→確定電機的最高轉速→等效負載轉矩的計算→根據以上三個計算結果，初步確定選擇合適的步進電動機→對所選擇步進點動機進行驗算，看是否滿足性能要

102、求。</p><p>　　第三章 同步齒形皮帶輪傳動</p><p>　　同步齒形帶傳動是FXK5045數(shù)控機床進給傳動系統(tǒng)的重要部件之一。</p><p>　　同步齒形帶傳動是一種特殊的新型帶傳動。帶的工作面做成齒形，帶輪的輪緣表面也做成相應的齒形，帶與帶輪主要靠嚙合進行傳動。同步齒形帶一般采用細鋼絲繩作強力層，外面包覆聚氯脂或氯丁橡膠。強力層中線定為帶的節(jié)線，帶

103、線周長為公稱長度。帶的基本參數(shù)是周節(jié)p和模數(shù)m 。周節(jié)p等于相鄰兩齒對應點間沿節(jié)線量得的尺寸，模數(shù)m＝p/π，中國的同步齒形帶采用模數(shù)制，即：模數(shù)寬度齒數(shù)。</p><p>　　靠摩擦傳動的帶傳動在工作前必須有一定的預拉力F0 緊套在兩輪上，使帶與輪面之間產生一定的正壓力。當主動輪開始轉動時，帶與輪面之間便產生摩擦力，將動力和運動由主動輪傳到從動輪。這時，帶的一邊拉力增大為 F1，稱為緊邊；另一邊拉力減小為F2，

104、稱為松邊。緊邊與松邊拉力的差(F1-F2)稱為有效拉力Ft，它等于沿帶輪的接觸弧上摩擦力的總和，即所能傳遞的圓周力，表示帶傳動的承載能力。一般來說，增大預拉力可以增大摩擦力，使緊邊和松邊的拉力差增大，提高帶所能傳遞的圓周力。但在一定的預拉力條件下，緊邊和松邊的拉力差有一極限值，超過此值時帶就在輪上打滑，傳動失效。</p><p>　　圖3-1 同步齒形帶</p><p>　　Fig.3-1

105、 Synchronous belt</p><p>　　3.1同步齒形帶的特點應用和優(yōu)缺點</p><p>　　3.1.1同步齒形帶的特點和應用</p><p>　　與普通帶傳動相比，同步齒形帶傳動的特點是：</p><p>　　(1).鋼絲繩制成的強力層受載后變形極小，齒形帶的周節(jié)基本不變,帶與帶輪間無相對滑動,傳動比恒定、準確；</

106、p><p>　　(2).齒形帶薄且輕，可用于速度較高的場合，傳動時線速度可達40米／秒，傳動比可達10，傳動效率可達98％；</p><p>　　(3).結構緊湊，耐磨性好；</p><p>　　(4).由于預拉力小，承載能力也較??；</p><p>　　(5).制造和安裝精度要求甚高，要求有嚴格的中心距，故成本較高。</p>&l

107、t;p>　　這種帶薄而且輕,慣性效應較小，因而可用于高速傳動，其圓周速度v可以達到40m/s.由于不是摩擦傳動，因此小帶輪的包角可以適當減小，傳動比也可達10，傳動效率也高達98%～99%。同步齒形帶傳動主要用于要求傳動比準確的中、小功率的傳動中,如電影放映機、錄音機、醫(yī)療機械、電子計算機、儀器設備等.這種帶傳動的主要缺點是齒形帶制造復雜,安裝要求復雜且成本較高。</p><p>　　3.1.2 同步齒形帶

108、傳動的優(yōu)缺點</p><p>　　(1).工作時無滑動，有準確的傳動比</p><p>　　同步帶傳動是一種嚙合傳動，雖然同步帶是彈性體，但由于其中承受負載的承載繩具有在拉力作用下不伸長的特性，故能保持帶節(jié)距不變，使帶與輪齒槽能正確嚙合，實現(xiàn)無滑差的同步傳動，獲得精確的傳動比。</p><p>　　(2).傳動效率高，節(jié)能效果好</p><p&g

109、t;　　由于同步帶作無滑動的同步傳動，故有較高的傳動效率，一般可達0.98。它與三角帶傳動相比，有明顯的節(jié)能效果。</p><p>　　(3).傳動比范圍大，結構緊湊</p><p>　　同步帶傳動的傳動比一般可達到10左右，而且在大傳動比情況下，其結構比三角帶傳動緊湊。因為同步帶傳動是嚙合傳動，其帶輪直徑比依靠摩擦力來傳遞動力的三角帶帶輪要小得多，此外由于同步帶不需要大的張緊力，使帶輪軸

110、和軸承的尺寸都可減小。所以與三角帶傳動相比，在同樣的傳動比下，同步帶傳動具有較緊湊的結構。</p><p>　　(4).維護保養(yǎng)方便，運轉費用低</p><p>　　由于同步帶中承載繩采用伸長率很小的玻璃纖維、鋼絲等材料制成，故在運轉過程中帶伸長很小，不需要像三角帶、鏈傳動等需經常調整張緊力。此外，同步帶在運轉中也不需要任何潤滑，所以維護保養(yǎng)很方便，運轉費用比三角帶、鏈、齒輪要低得多。&l

111、t;/p><p>　　(5).惡劣環(huán)境條件下仍能正常工作</p><p>　　盡管同步帶傳動與其它傳動相比有以上優(yōu)點，但它對安裝時的中心距要求等方面極其嚴格，同時制造工藝復雜、制造成本高。</p><p>　　3.2同步齒形帶的主要參數(shù)和規(guī)格</p><p><b>　　(1).齒距 </b></p>

112、<p>　　齒距p為相鄰兩齒在節(jié)線上的距離。由于強力層在工作時長度不變，所以強力層的中心線被規(guī)定為齒形帶的節(jié)線（中性層），并以節(jié)線的周長L作為齒形帶的公稱長度。</p><p><b>　　(2).模數(shù) m</b></p><p>　　模數(shù)定義為m=p/π,使齒形帶尺寸計算的一個主要依據，根據不同的模數(shù)數(shù)值來確定帶的型號及結構參數(shù)。在60年代該種

113、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(lián)及東歐各國仍采用模數(shù)制。</p><p><b>　　(3).節(jié)距制</b></p><p>　　同步帶的主要參數(shù)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。 </p><p><b&g

114、t;　　(4).其它參數(shù)</b></p><p>　　齒形帶的其它參數(shù)和尺寸與漸開線齒條基本相同。齒形帶齒形的計算公式與漸開線齒條不同，因為齒形帶的節(jié)線在強力層上，而不在齒高中部。</p><p>　　齒形帶的標注方法是：模數(shù)寬度齒數(shù)，即mbz。</p><p>　　3.3同步齒形帶傳動設計計算</p><p>　　3.3.1失效

115、形式和計算準則</p><p>　　同步帶傳動主要失效形式有：</p><p>　　(1).承載繩斷裂 </p><p>　　原因是帶型號過小和小帶輪直徑過小等。</p><p>　　(2).爬齒和跳齒 </p><p>　　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。</p&g