第三章机械传动系统机电一体化的机械设计主要包括传动、支承、导轨等设计内容，由于机电一体化系统的机械结构要求有较小的摩擦、较高的精度和刚性，因此，在用传统的方法进行机械设计的同时，应尽量采用现代的精密机械设计方法以提高系统的性能。本章主要介绍一些目前应用较多的机电一体化机械设计的方法。无侧隙齿轮传动机构齿轮传动是机电一体化系统中常用的传动装置，它在伺服运动中的主要作用是实现伺服电机与执行机构间的力矩匹配和速度匹配，还可以实现直线运动与旋转运动的转换。由于齿轮传动的瞬时传动比为常数，传动精确度高，可做到零侧隙无回差，强度大能承受重载，结较多的机电一体化机械设计的方法。构紧凑，摩擦力小和效率高等原因，齿轮传动副成为在机电一体化机械系统中目前使用最多的传动机构。机电一体化产品往往要求传动机构具有自动变向功能，这就要求齿轮传动机构必须采取措施消除齿侧间隙，以保证机构的双向传动精度。下面介绍几种消除齿轮间隙的方法。一、直齿圆柱齿轮传动机构1、偏心轴套调整法图3-1所示为最简单的偏心轴套式消隙结构。电动机2通过偏心轴套1装在壳体上。转动偏心轴套l可以调整两啮合齿轮的中心距，从而消除直齿圆柱齿轮传动的齿侧间隙及其造成的换向死区。这种方法结构简单，但侧隙调整后不能自动补偿。2、双片薄齿轮错齿调整法两个啮合的直齿圆柱齿轮中一个采用宽齿轮，另一个由两片可以相对转动的薄片齿轮组成。装配时使一片薄齿轮的齿左侧和另一片的齿右侧分别紧贴在宽齿轮齿槽的左、右两侧，通过两薄片齿轮的错齿，消除齿侧间隙，反向时也不会出现死区。如图3-2所示，两薄片齿轮1、2上各装入有螺纹的凸耳3、4，螺钉5装在凸耳3上，螺母6、7可调节螺钉5的伸出长度。弹簧8一端勾在凸耳9上，另一端勾在螺钉5上。转动螺母7（螺母6用于锁紧）可改变弹簧8的张力大小，调节齿轮1、2的相对位置，达到错齿。这种错齿调整法的齿侧间隙可自动补偿，但结构复杂。图3-1偏心轴套式消隙结构1－偏心轴套2－电动机图3-2圆柱薄片齿轮错齿调整图3-3斜齿薄片齿轮垫片调整1、2－薄片齿轮3、4、9－凸耳1－斜齿轮2－垫片3、4－薄片斜齿轮5－螺钉6、7－螺母8－弹簧二、斜齿轮传动机构1、垫片调整法与错齿调整法基本相同，也采用两薄片齿轮与宽齿轮啮合，只是两薄片斜齿轮之间的错位由两者之间的轴向距离获得。图3-3中两薄片斜齿轮3、4中间加一垫片2，使薄片斜齿轮3、4的螺旋线错位，齿侧面相应地与宽齿轮1的左右侧面贴紧。垫片的厚度H与齿侧间隙的关系为(3-1)式中，为螺旋角。该方法结构简单，但在使用时往往需要反复测试齿轮的啮合情况，反复调节垫片的厚度才能达到要求，而且齿侧间隙不能自动补偿。2、轴向压簧调整法如图3-4所示，该方法是用弹簧3的轴向力来获得薄片斜齿轮1、2之间的错位，使其齿侧面分别紧贴宽齿轮7的齿槽的两侧面。薄片齿轮1、2用键4套在轴6上。弹簧3的轴向力用螺母5来调节，其大小必须恰当。该方法的特点是齿侧间隙可以自动补偿，但轴向尺寸较大，结构不紧凑。图3-4斜齿薄片齿轮轴向压簧调整1、2－薄片齿轮3－弹簧4－键5－螺母6－轴7－宽齿轮三、锥齿轮传动机构1、轴向压簧调整法如图3-5所示，在锥齿轮4的传动轴7上装有压簧5，其轴向力大小由螺母6调节。锥齿轮4在压簧5的作用下可轴向移动，从而消除了其与啮合的锥齿轮1之间的齿侧间隙。图3-5锥齿轮轴向压簧调整图3-6锥齿轮周向弹簧调整1、4－锥齿轮2、3－键1－大片锥齿轮2－小片锥齿轮3－锥齿轮5－压簧6－螺母7－轴4－镶块5－弹簧6－止动螺钉7－凸爪8－槽2、周向弹簧调整法如图3-6所示，将与锥齿轮3啮合的齿轮作成大小两片（1、2），在大片锥齿轮1上制有三个周向圆弧槽8，小片锥齿轮2的端面制有三个可伸入槽8的凸爪7。弹簧5装在槽8中，一端顶在凸爪7上，另一端顶在镶在槽8中的镶块4上。止动螺钉6装配时用，安装完毕将其卸下，则大小片锥齿轮1、2在弹簧力作用下错齿，从而达到消除间隙的目的。四、齿轮齿条传动机构在机电一体化产品中对于大行程传动机构往往采用齿轮齿条传动，因为其刚度、精度和工作性能不会因行程增大而明显降低，但它与其它齿轮传动一样也存在齿侧间隙，应采取消隙措施。当传动负载小时，可采用双片薄齿轮错齿调整法，使两片薄齿轮的齿侧分别紧贴齿条的齿槽两相应侧面，以消除齿侧间隙。当传动负载大时，可采用双齿轮调整法。如图3-7所示，小齿轮1、6分别与齿条7啮合，与小齿轮1、6同轴的大齿轮2、5分别与齿轮3啮合，通过预载装置4向齿轮3上预加负载，使大齿轮2、5同时向两个相反方向转动，从而带动小齿轮l、6转动，其齿便分别紧贴在齿条7上齿槽的左、右侧，消除了齿侧间隙。图3-7双齿轮调整