第4章机电一体化机械系统(终稿3)

nullnull 第四章 机械系统null机械系统是机电一体化系统的最基本要素，是由计算机协调与控制的，用于完成包括机械力、运动和能量流等动力学任务的机械及机电部件相互联系的系统。 机电一体化对机械系统的要求 1.高精度； 2.快速响应； 3.良好的稳定性。 机械传动系统的特性 转动惯量小 摩擦小 间隙小 阻尼合适 刚度大 抗振性能好null 机械系统包括传动部件、导向支撑结构和执行机构等，用于完成传递功率、运动和完成指定的动作。机电一体化机械系统设计的主要任务机电一体化机构的选型与设计 机电一体化机械系统的工程设计机电一体化机械系统主要组成第四章 机械系统设计第四章 机械系统设计4.1 机电一体化系统典型机构 4.2 机器人机构 4.3 精密齿轮传动 4.4 同步带传动 4.5 滚珠丝杠传动 4.6 导轨设计 4.7 机械系统设计综合应用实例 4.1 机电一体化系统典型机构 4.1 机电一体化系统典型机构4.1.1 基本概念与术语 4.1.2 机构设计基础 4.1.3 连杆机构 4.1.4 凸轮机构 4.1.5 齿轮机构 4.1.1 基本概念与术语 4.1.1 基本概念与术语平移 3 DOF 旋转 3 DOF 无约束 6 DOF 约束 1-5 DOF 冗余 6自由度运动空间物体的自由度（独立运动的数目）空间物体的自由度（独立运动的数目）空间物体的六个自由度 平面运动的构件有三个自由度 自由度和约束（构件独立运动所加的限制 ）自由度和约束（构件独立运动所加的限制 ） 关节有: (a) 一个自由度； (b) 两个自由度运动副运动副运动副：两构件直接接触形成的可动连接； 球面副转动副球销副平面运动副、空间运动副运动副的分类运动副的分类通常把面接触的运动副称为低副，点接触或线接触的运动副称为高副。 在平面机构中，一个低副有两个约束条件，一个高副有一个约束条件。低副高副null常见平面运动副及其自由度转动副(低副） (自由度为1） 可以绕铰链轴转动转动副null移动副(低副） (自由度为1） 可以沿导路移动移动副常见平面运动副及其自由度null 高副 齿轮副，凸轮(高副） （自由度为2） 可以沿切线移动 可以绕接触点或线转动常见平面运动副及其自由度null复合运动副：万向铰或虎克铰 常见的空间运动副球铰 4.1.2 机构设计基础4.1.2 机构设计基础运动转换器 连杆 - 复杂的运动 凸轮 - 旋转到线性 链，齿轮，滑轮 - 力或运动放大 机器人机构机构null机架 ：构件中的固定构件； 原动件 ：机构中按给定的已知运动规律独立运动的构件； 从动件 ：除原动件外其余活动构件。由两个或两个以上构件通过活动联接形成的构件系统。组成机构的各构件都在相互平行的平面内运动的机构称为平面机构，否则称为空间机构。机构及其组成nullF＜0：超静定桁架，构件间无相对运动； F=0：静定刚性桁架，构件间无相对运动； F＞0： 原动件数＜F，各构件间无确定相对运动； 原动件数>F，在机构的薄弱处易遭到破坏。 原动件数=F，机构具有确定运动。机构自由度数null曲柄滑块机构四连杆机构用国家标准规定的线条和符号表示构件与运动副、按比例表示构件的运动尺寸，反映原机构运动情况的简化图形。机构运动简图null平面高副平面运动副转动副移动副null机架 两副构件三副构件构件null颚式破碎机主体机的机构运动简图 当偏心轴2绕其轴心连续转动时，动颚3作往复摆动，从而将处于动颚板3和定颚之间的矿石轧碎。电动机工作过程：null颚式破碎机主体机的机构运动简图 当偏心轴2绕其轴心连续转动时，动颚3作往复摆动，从而将处于动颚板3和定颚之间的矿石轧碎。运动学运动学不考虑引起运动的原因—力的作用，只从几何方面研究物体在空间的位置随时间的变化规律，确定运动过程中物体的位置、速度、加速度、转动角速度和角加速度等。 运动的研究(不考虑力)动力学动力学机械动力学是研究机械在力作用下的运动和机械在运动中产生的力的科学。 动力学反问题（已知运动求力） 动力学正问题（已知力求运动） 分为和综合两个方面： 分析：研究现有机械； 综合：设计新机械使之达到给定的运动学、动力学要求。 动力学反问题：首先对机器人手部进行轨迹规划，即给定手部的运动路径及轨迹上各点的速度及加速度，然后，求出应施加于各关节处的广义驱动力的变化规律。 动力学正问题：已知各关节的驱动力矩，求解手部的真实运动。4.1.3 连杆机构4.1.3 连杆机构连杆机构：用销轴等零件将细长的杆件连接起来组成的机构称为连杆机构。由四根杆件组成的机构称为四连杆机构。 曲柄：杆与杆之间构成转动副或者滑动副，其中作为旋转运动的杆件称为曲柄， 摇杆：只能在一定角度内作往复摆动的杆称为摇杆。基本概念 null四连杆 格拉斯霍夫条件（杆长和条件） 最短和最长的总和≤另外两杆之和 曲柄存在的必要条件 最短和最长的总和>另外两杆之和 两杆都不周转的双摇杆 曲柄滑块 用曲柄和滑块来实现转动和移动相互转换的平面连杆机构 偏置曲柄机构具有急回特性 对心曲柄机构没有急回特性 常用机构null剪 刀 机以曲柄为主动件： 将曲柄的回转运动转换成从动杆的往复摆动连杆机构选型与设计null 以曲柄为主动件： 将曲柄的回转运动转换成 从动杆的往复摆动null当主动曲柄连续等速转动时， 从动曲柄一般不等速转动惯性筛null鹤式起重机 当主动摇杆摆动时，从动摇杆也随之摆动，同时在连杆上也可获得预期的运动轨迹。null摄影平台升降机构平行双曲柄机构（运动的同向性）铸造用大型造型机翻箱机构铸造用大型造型机翻箱机构null碎 石 机用电动机带动的曲柄摇杆机构： （以曲柄为主动件）4.1.4 凸轮机构4.1.4 凸轮机构凸轮机构将旋转运动转变为比较短的直线往复运动 凸轮 从动件功用基于凸轮的轮廓主动件分类盘形 圆柱形从动件分类顶尖式 滚子式 平底式盘形凸轮和平底从动件盘形凸轮和平底从动件几种常见的凸轮机构圆柱凸轮和滚子从动件圆柱凸轮和滚子从动件盘形凸轮和滚子从动件盘形凸轮和滚子从动件顶尖从动件的盘形凸轮 顶尖从动件的盘形凸轮 心形凸轮机构 心形凸轮机构 (a)心形机构 (b)机械手的驱动 凸轮机构选型与设计4.1.5 齿轮机构4.1.5 齿轮机构齿轮系是历史悠久，至今应用也是最为广泛的一种机械传动机构。 功用：是按规定的速比传递运动和动力 特点：工作可靠、传动比恒定、结构成熟，但制造复杂。 齿轮传动的类型与特点齿轮传动的类型与特点正齿轮（直齿圆柱齿轮 ） 较常见，价格低廉，高效 平行轴间传动 回转运动到回转运动 在中、低速精密传动中优先采用。 斜齿轮 平行轴间传动 回转运动到回转运动 在中、高速传动中优先采用。 圆锥齿轮 相交轴之间传输动力 适用于低速的直角传动。null齿轮齿条 旋转运动转化为直线运动 蜗轮蜗杆传动 不相交的轴 高传动比 “自锁”非反转 高摩擦损失null应用实例--变位机的旋转运动系统变位机的旋转运动系统null应用实例--机械手手腕 4.2 机器人机构 4.2 机器人机构4.2.1 仿生机器人机构 4.2.2 典型工业机器人机构 4.2.3 工业机器人机构应用实例 null 影视机器人 现实机器人4.2 机器人机构null仿生:模仿生物 仿生机器人: 模仿”生物”的某些功能做出來的机器 关键技术:仿生机器人机构的创新设计、力学和运动学控制 眼睛手机器视觉生物  机械机器手臂脚机器脚脑人工智能嘴巴人工声带4.2.1 仿生机器人机构null双足机器人nullPetman是美军仿人机器人中的佼佼者，它的职能是为美军实验防护服装。波士顿动力公司承诺说Petman能维持平衡，灵活行动。行走、匍匐、以及应对有毒物质的一系列动作对它来说都不成问题。它还能调控自身的体温、湿度和排汗量来模拟人类生理学中的自我保护功能，从而达到最佳的测试效果。 PETMAN 机器人null典型多连杆式四足机械结构nullLittleDog 机器人LittleDog由南加州大学开发，估计是目前最有思考的机器狗，他的内置处理器能够判断目前地形从而采取更正确的步伐前进。同时它最强亮点，是具有学习功能，能记住正确和错误的步伐，不会被同样的地形绊倒2次 nullBigDog 机器人 由美国武器合约商波士顿动力公司研发的一套科技含量非常高的装置——“大狗”(BigDog)运输机器人。它高约1米，重75kg采用汽油发动机驱动。有四只强有力的腿，每条腿有三个靠传动装置提供动力的关节，并有一个“弹性”关节。这些关节由一个机载计算机处理器控制。它体内装有维持机身平衡的回转仪，内力传感器等，可探测到地势变化根据情况做出调整。它的最高负载量可达340磅，以每小时4英里的速度行走，而且可在丘陵地形上攀登前行，全靠本身的立体视觉系统或远程遥控器确认路径。躯体运动形式躯体运动形式给每个液压缸加上驱动，通过活塞的往复运动使相配合关节相对转动动画nullJansen Walker仿生机械 Jansen Walker是由荷兰工艺家泰奥•扬森(Theo Jansen)利用塑胶管、塑胶瓶等普通材料创造的一种新型“生命”。该机构运用风力作为动力实现行走，并利用塑胶瓶存储风量，在没有风的情况下也可以实现行走。null四足机械步行和轮滑自动切换的轮式四足机器人 null六足和多足机械六足的蚂蚁八足的蜘蛛多足的蜈蚣nullRISE是一个攀爬机器人，它可以攀爬墙面,树木和篱笆 。RiSE 采用了粗糙的脚掌来攀爬非光滑的表面. RiSE 通过一条仿生的尾部来保持自身的平衡RISE 攀爬机器人nullRhex 机器人RHex机器人具有非凡的地形机动性。RHex能驾驭岩石、泥浆、沙子、植被、铁轨、电线杆、斜坡和楼梯。RHex有一个密封的身体,使它充分运作在潮湿的天气,可以在泥泞沼泽条件运行,并且它可以游泳和潜水。Halluc II型八足机器人Halluc II型八足机器人 Halluc II型八足机器人，它通过八条腿和八个轮子来行动。机器人通过56个发动机来驱动——每个关节有2个（每条腿有三个关节），每个轮子也有1个。这样的八足设计较之以前的机器人更为灵活，它可以用汽车、动物和昆虫三种姿势行进，来适应不同的路况，这样就能够非常轻松的越过障碍适应各种复杂的环境。null 理想 现实 串联机器人 并联机器人4.2.2 典型的工业机器人机构斯坦福臂(Scheimman Arm)斯坦福臂(Scheimman Arm)1969年美国斯坦福大学开发 除夹钳外有 6个自由度 R1、R2关节是 DC电机驱动， 采用谐波减速并设有离合器和电磁制动； 移动关节采用DC电机驱动， 通过蜗轮蜗杆和齿轮齿条减速， 把旋转运动变成直线运动 手腕部分R4、R5和R1和R2方式相似， 而R6关节负荷轻而采用齿轮传动本机构最大特点是：腕部三个关节的回转轴设计交汇成一点。4.2.2 典型的工业机器人机构SCARA 机构 SCARA 机构 日本的牧野洋开发 四个关节：3个水平关节和 1个垂直移动关节 4.2.2 典型的工业机器人机构本结构最大特点： 垂直方向上刚度大， 水平面内动作灵活， 适于精密装配作业。多关节机构 多关节机构 4.2.2 典型的工业机器人机构偏置结构、6自由度，各轴均由伺服电机驱动； 由于采用最佳关节配置，活动范围大，操作性能好平行杆型机构 平行杆型机构 4.2.2 典型的工业机器人机构并联机构 并联机构 4.2.2 典型的工业机器人机构 并联机构可以定义为动、定平台间通过两个或 以上的独立开环运动链相连接，且以并联方式驱 动的具有两个或以上自由度的闭环机构。动平台定平台驱动分支null4.2.3 工业机器人机构应用实例全线机器人焊接自动化 5-UPS/PRPU 并联机床5-UPS/PRPU 并联机床并联机床4.2.3 工业机器人机构应用实例并联机构与串联机构比较并联机构与串联机构比较优势互补并联机器人串联机器人null坦克炮塔实验台五自由度焊接机器人五自由度焊接机器人Tricept 串并混合机器人Tricept 串并混合机器人 4.3 精密齿轮传动 4.3 精密齿轮传动4.3.1 齿轮传动比的最佳匹配选择 4.3.2 齿轮传动间隙的调整方法 4.3.3 谐波齿轮传动 null 最佳总传动比的确定 首先把传动系统中的工作负载、惯性负载和摩擦负载综合为系统的总负载，方法有峰值综合和均方根综合2种方法。 负载综合时，要转化到电机轴上，成为等效峰值综合负载转矩或等效均方根综合负载转矩。 使等效负载转矩最小或负载加速度最大的总传动比，即为最佳总传动比。 4.3.1 齿轮传动比的最佳匹配选择null齿轮系统的总传动比确定后，根据对传动链的技术要求，选择传动，使驱动部件和负载之间的转矩、转速达到合理匹配。 单级传动比增大使传动系统简化，但大齿轮的尺寸增大会使整个传动系统的轮廓尺寸变大。 若总传动比较大，又不准备采用谐波、少齿差等传动，需要确定传动级数，并在各级之间分配传动比。 可按下述三种原则适当分级，并在各级之间分配传动比。 各级传动比的最佳分配原则null利用该原则所设计的齿轮传动系统，换算到电机轴上的等效转动惯量为最小。如右图，若不计轴和轴承的转动惯量，则根据系统动能不变的原则，等效到电机轴上的等效转动惯量为：因为：所以：（1）最小等效转动惯量原则null即：令 当时，， 对于级齿轮传动系作同类分析可得：null例 设有i =80,传动级数n=4的小功率传动,试 按等效转动惯量最小原则分配传动比。 解 验算I= i 1 i 2 i 3 i 4≈80。 小结小结按折算转动惯量小的原则确定级数和各级传动比时： 由高速级到低速级，各级传动比应逐级递增；而且级数越多，总折算惯量越小； 级数增加到一定数值后，总折算惯量减小并不显著； 再从结构紧凑、传动精度和经济性等方面考虑，级数太多是不合理的。 null(2)体积重量最小的原则对于小功率传动系统，因为受力不大，假若各级小齿轮的模数、齿数、齿宽相等，各级传动比应该相等； 对于大功率传动系统，按“先大后小”的原则处理，从高速级到低速级各级传动比应递减，因为高速级传递的力矩小、模数小、传动比大，体积重量不会大； 体积重量常常是精密机械设计的一个重要指标，特别是航天、航空设备上的传动装置，应采用体积重量小的原则来分配各级传动比。null为了提高机电一体化系统中齿轮传动系统传递运动的精度，应通过适当分配传动比，降低齿轮的加工误差、安装误差以及回转误差对输出转角精度的影响。设齿轮传动系统中各级齿轮的转角误差换算到末级输出轴上的总转角误差为 ，则 式中： — 第i个齿轮所具有的转角误差； —第i个齿轮的转轴至第n级输出轴的传动比。 (3)输出轴转角误差最小的原则null（3） 输出轴转角误差最小原则 以四级齿轮减速传动链为例，四级传动比分别为 i1、 i2、 i3、 i4,齿轮1~8 的转角误差依次为ΔΦ1~ΔΦ8。 传动链输出轴的 总转动角误差ΔΦmaxnull 传动链输出轴的总转动角误差ΔΦmax为   小结：为使转角误差最小，应 从输入端到输出端的各级传动比按“前小后大”原则排列； 后级齿轮的传动精度比前级齿轮传动精度对总体精度的影响大； 要提高传动精度,就应减少传动级数, 并使末级齿轮的传动比尽可能大,制造精度尽可能高。 （4） 三种原则的选择 （4） 三种原则的选择 对于传动精度要求高的降速齿轮传动链,可按输出轴转角误差最小原则设计。 对于要求运转平稳、启停频繁和动态性能好的降速传动链,可按等效转动惯量最小原则和输出轴转角误差最小原则设计。  对于要求质量尽可能小的降速传动链,可按质量最小原则设计。 null回差 齿轮传动过程中，主动轮突然改变方向时，从动轮不能马上随之反转，而是有一个滞后量； 产生回差的原因 齿轮副本身有间隙； 加工装配误差。4.3.2 齿轮传动间隙的调整方法null刚性调整法 调整后齿侧间隙不能自动补偿，齿轮周节及齿厚要严格控制，结构简单，传动刚度好。 柔性调整法 调整后齿侧间隙能自动补偿的调整法，齿轮周节及齿厚不需严格控制，结构复杂，轴向尺寸大，传动刚度差。4.3.2 齿轮传动间隙的调整方法null将相互啮合一对齿轮中一个齿轮4装在电机输出轴上，并将电机2安装在偏心套1上，通过转动偏心套的转角，就可调节两啮合齿轮的中心距，从而消除圆柱齿轮正反转时的齿侧间隙。 一、圆柱齿轮传动间隙调整方法刚性调整法a)偏心套(轴)调整法 null将齿轮设计成一定锥度，齿轮1和2相啮合，其分度圆弧齿厚沿轴线方向略有锥度，这样就可以用轴向垫片3使齿轮1沿轴向移动，从而消除两齿轮的齿侧间隙。装配时轴向垫片3的厚度应使得齿轮1和2之间既齿侧间隙小，运转又灵活。刚性调整法b)轴向垫片调整法 null这种消除齿侧间隙的方法是将其中一个做成宽齿轮，另一个用两片薄齿轮组成。采取措施使一个薄齿轮的左齿侧和另一个薄齿轮的右齿侧分别紧贴在宽齿轮齿槽的左、右两侧，以消除齿侧间隙，反向时不会出现死区。 周向弹簧式1、2-薄片齿轮 4-弹簧c)双片薄齿轮错齿调整法 实际上每个转向是单片齿轮接触，磨损较大。null可调拉簧式：在两个薄片齿轮1和2上装有凸耳3，弹簧的一端钩在凸耳3上，另一端钩在螺钉7上。弹簧4的拉力大小可用螺母5调节螺钉7的伸出长度，调整好后再用螺母6锁紧。 柔性调整法c)双片薄齿轮错齿调整法 null消除斜齿轮传动齿轮侧隙的方法与上述错齿调整法基本相同，也是用两个薄片齿轮与一个宽齿轮啮合，只是在两个薄片斜齿轮的中间隔开了一小段距离，这样它的螺旋线便错开。1、2—薄片斜齿轮； 3—垫片4—宽齿轮二、斜齿轮传动间隙调整方法 a)轴向垫片调整法null斜齿轮轴向压簧错齿消隙结构 1、2—薄片斜齿轮；3—弹簧；4—宽齿轮；5—螺母b)轴向压簧调整法null轴向压簧调整法原理如图，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l之间的齿侧间隙。三、锥齿轮传动间隙调整方法 1、4—锥齿轮； 2、3—键；5—压簧； 6—螺母；7—轴 锥齿轮轴向压簧调隙a)轴向压簧调整法null将与锥齿轮3啮合的齿轮做成大小两片(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。1—大片锥齿轮；2—小片锥齿轮； 3—锥齿轮4—镶块；5—弹簧； 6—止动螺钉；7—凸爪；8—槽b)周向弹簧调整法null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。四、齿轮齿条传动间隙调整方法null 当传动负载大时，可采用双齿轮调整法。通过预载装置4向齿轮3上齿轮齿条的双齿轮调隙机构预加负载，使大齿轮2、5同时向两个相反方何转动，从而带动小齿轮1、6转动，其齿面便分别紧贴在齿条7上齿槽的左、右侧，消除了齿侧间隙。 四、齿轮齿条传动间隙调整方法五、提高齿轮传动精度的措施五、提高齿轮传动精度的措施齿轮误差的综合 提高齿轮的制造精度 提高齿轮副的安装精度 合理布置传动链 缩短传动链 各级传动比安装前小后大分配，尤其是最后级传动比越大越好，因为其对前面误差均有缩小作用； 例如：普通滚齿机末级采用蜗轮蜗杆传动，传动比72 各级传动副的精度应“前低后高”，后级用来缩放误差的系数越来越小，最后级误差将直接反应到输出轴上。 增加齿轮的啮合齿数，以增加重合度，增加精度。 Walt Musser 多产的发明家 HDG Patent 1957 www.waltmusser.org谐波齿轮传动具有结构简单、传动比大(几十~几百)、传动精度高、回程误差小、噪声低、传动平稳、承载能力强、效率高等优点，故在工业机器人、航空、火箭等机电一体化系统中日益得到广泛的应用。谐波传动是建立在弹性变形理论基础上的一种新型传动，它的出现为机械传动技术带来了重大突破。 4.3.3 谐波齿轮传动谐波齿轮传动工作原理谐波齿轮传动工作原理谐波传动由三个主要构件所组成，即具有内齿的刚轮l、具有外齿的柔轮2和波发生器3。通常波发生器为主动件，而刚轮和柔轮之一为从动件，另一个为固定件。波发生器null刚轮柔轮波发生器波发生器旋转时，迫使柔轮变为椭圆，使长轴两端附近的齿进入啮合状态，短轴附近的齿则脱开，其余不同区段上的齿处于逐渐啮入状态或逐渐啮出状态。波发生器连续转动时，柔轮的变形部位也随之转动，使轮齿依次进入啮合，然后又依次退出啮合，从而实现啮合传动。　　 null式中： 、 、 分别为刚轮、柔轮和波形发生器的角速度； 、 分别为刚轮和柔轮的齿数。 (1) 当柔轮固定时， ，则 谐波齿轮传动的传动比计算null当柔轮固定时， 当刚轮固定时 (2) 当刚轮固定时， ，则 设 ，优点优点 高定位精度 (30 arc-sec)Harmonic Drive LLC null 30 arc-sec (0.5 arc-min)定位精度27.72 arc-sec1波发生器 旋转 = 2 个周期 null高传动比100:1 的例子 #柔轮齿数: 200 #钢轮齿数: 202 传动比 = 200 / (200 – 202) = -100单级，在线配置 30:1至160:1单级 紧凑 几何是独立的齿轮比null高定位精度的平滑运动 速度脉动～d/dt (位置误差) 振动～ d2/dt2 (位置误差) 扭矩分布在许多齿上 高达30％的齿总是接触的 载荷传输从齿到齿是光滑的平滑的运动null +/- 5 arc-sec重复精度null连续磨损补偿 高性能维护远远低于1 arc-min没有齿隙爬行@2x109 Rev.没有齿隙爬行null零齿隙 高齿轮比（低转动惯量） 高精度/重复定位精度 允许增加伺服增益谐波传动齿轮使伺服响应比直接驱动更高null目前尚无谐波减速器的国家标准，不同生产厂家标准代号也不尽相同。设计者也可根据需要单独购买不同减速比、不同输出转矩的谐波减速器中的三大构件并根据其安装尺寸与系统的机械构件相联结。 谐波齿轮传动机构的选择及计算nullAerospaceAutomationMilitaryMachine ToolsSemiconductorRobotics应用实例null火星探测漫游者四轮驱动(x6) 四轮转向(x4)机械臂(x3)null工业机器人机器人手部轴 4.4 同步带传动 4.4 同步带传动4.4.1 同步带传动概述 4.4.2 带和带轮的结构和主要参数 4.4.3 分类及应用 4.4.4 型号和标注方法 4.4.5 同步带传动的设计计算null同步带是一种兼有链、齿轮、三角胶带优点的新型传动。 1940年由美国尤尼罗尔(Unirayal)橡胶公司首先加以开发。 1946年辛加公司把同步带用于缝纫机针和缠线管的同步传动上，取得显著效益，并被逐渐引用到其他机械传动上。4.4.1 同步带传动概述null同步带传动是一种在带的工作面及带轮的外周上均制有啮合齿，由带齿与轮齿的相互啮合实现传动 。 null传动过程中无相对滑动，传动比准确，传动效率高； 工作平稳，能吸收振动； 传动比较大； 维护保养方便，运转费用低； 中心距要求严格，安装精度要求高； 制造工艺复杂，成本较高。 同步带传动的特点(相对V带和平带)null4.4.2 带和带轮的结构和主要参数1、同步带的结构12431—带背;2—承载绳（强力层）;3—带齿;4—包布层null 主要参数为节距、节线长度Lp和带宽。 · (1)节距tb：相邻两齿对应齿间沿节线度量方向所测得的间距。 tp↑，带的各部分尺寸↑，承载力↑。 (2)节线长度Lp：同步带上通过强力层中心、长度不发生变化的中心线称为节线，节线长度为带的公称带长。 (3)宽度b： b↑，带中承载绳数↑，圆周力↑。对称交错主要参数nulla)RPP同步带 b)梯形齿同步带 c)圆弧齿同步带 d)梯形齿双面同步带 e)圆弧齿双面同步带 f)交错双面齿同步带 2、常用同步带结构类型 null3、带轮材料一般采用铸铁或钢，有渐开线和直线两种带轮的参数与同步带匹配，同步带轮一般与同步带一起购买，可选用厂家提供的标准带轮。 带轮齿数：齿数少结构紧凑，但齿数太少易弯曲和疲劳破坏，按照国标GB11361-89规定，小带轮应有许用最小齿数。null按用途分 1）一般用途同步带: 齿形呈梯形， 适用于中、小功率传 动，如复印机、各种仪器、办公机械和医疗机械等。 2）高转矩同步带：齿形呈圆弧状，国外亦称为HTD (High Torque Drive)，STPD(Super Torque Positive Drive)传动，适用于大功率的场合。如运输机械、石油机械和数控机床等传动中。 3）特殊用途同步带：用于耐温、耐油、低噪声和特殊尺寸等场合。4.4.3 分类及应用null应用null应用null应用nullnullnullnull4.4.4 型号和标注方法4.4.4 型号和标注方法1）型号根据国标GB/T11616-1989、我国梯形同步带型号如表所示。2）标号2）标号 null同步带轮的标记带轮的标记由带轮齿数、带的型号和轮宽表示4.4.5 同步带传动的设计计算4.4.5 同步带传动的设计计算同步带的传动主要失效形式：同步带疲劳断裂，带齿的剪切和挤压破坏及带两侧边和带齿磨损等。 在正常的工作条件下，带传动设计主要是在不打滑的条件下限制其单位宽度拉力，以保证同步带的抗拉强度，保证同步带具有一定的疲劳强度和使用寿命。 2、设计准则1、失效形式null设计同步带传动时，给定原始数据有：传递的功率P，主、从轮的转速n1,n2，传动系统的位置和工作条件等。根据以上条件，按以下步骤进行设计计算， （1）确定带的设计功率； （2）选择带型和节距； （3）确定带轮齿数和节圆直径； （4）确定同步带的节线长度、齿数及传动中心距； （5）校验同步带和小带轮的啮合齿数； （6）确定实际所需同步带宽度； （7）带的工作能力验算。3、设计步骤设计步骤如下：设计步骤如下：1、确定带的计算功率 pj 式中，KA---工况系数，选取KA ＝ 1.4 P --- 传动功率，P=3.0 kw 所以， 2 、确定带型和节距 tb3、计算带轮节圆直径 根据带轮的最小允许齿数，当n=900～1200r/min时，z≮16,取同步传动的速比i=1,故大小带轮尺寸一致。齿数都为Z1=Z2=Z=40，带轮节圆直径为 例：一设备采用型号为MB40-Y3-4P无级变速器驱动,电动机功率3.0kw,变速器输出转速为200～1000r/min，平稳运转工况，试选择同步带规格？null根据变速器输出的最低转速，若选择H带型，则在200r/min转速下的带载功率为2.2kw左右；1000r/min下的带载功率约为7.5kw左右。若选择XH带型，则在200 ～ 1000r/min范围内，功率储备太大。 选择H带型，限定最低转速不得低于360r/min。null带轮速度为因为，vmax=35～40(m/s)，v＜vmax,故速度合格。4、确定同步带传动的中心距C根据上图的几何关系，可得，null因为，传动比i=1,故d1=d2=d,φ=0°,选择H型标准带的 节线长度Lp=1270.00(500规格)即所以满足，C＞0.7(d1+d2)=0.7×2×161.78＝226.49(mm),同时，C＜2(d1+ d2)=2×2×161.78＝647.12(mm)中心距合格。 所选同步带轮及带型为：40-H-200-AF宁波伏龙同步带有限公司 4.5 滚珠丝杠传动 4.5 滚珠丝杠传动4.5.1 滚珠丝杠副的结构组成、工作原理及特点 4.5.2 滚珠丝杠副轴向间隙的调整 4.5.3 滚珠丝杠副的主要尺寸、精度等级和标注方法 4.5.4 滚珠丝杠副的安装 4.5.5 滚珠丝杠副的设计计算双轴工作台双轴工作台null 滚珠丝杠螺母副是机电一体化系统中将回转运动转换为直线运动常用的传动装置，它以滚珠的滚动代替丝杠螺母副中的滑动，摩擦力小，具有良好的性能。组成：丝杠 螺母 滚珠 滚道（回珠器） 螺母座 4.5.1 滚珠丝杠副的结构组成、工作原理及特点 null滚珠丝杠副的工作原理滚珠丝杠副的特点是将螺旋运动变为直线运动或者将直线运动变换为螺旋运动。null当丝杠回转时，滚珠相对螺母上的滚道滚动，因此丝杠与螺母之间基本上为滚动摩擦。 为防止滚珠从螺母中滚出来，在螺母的螺旋槽两端设有回程引导装置，使滚珠能循环流动。 图中丝杠和螺母上都磨有圆弧形的螺旋槽，这两个圆弧形的螺旋槽对合起来就形成螺旋线滚道，在滚道内装有滚珠。null滚珠丝杠副中滚珠的循环方式有内循环和外循环二种。始终与丝杠保持接触的称为内循环。 内循环方式的优点是滚珠循环的回路短、流畅性好、效率高、螺母的径向尺寸也较小。 其不足之处是反向器加工困难、装配调整也不方便。结构类型丝杠螺母滚珠反向器内循环：适用于高速、高灵敏度、高刚度的精密进给系统。null滚珠丝杠副中滚珠的循环方式有内循环和外循环二种。有时与丝杠脱离接触的称为外循环；  特点： 滚珠循环回路长，流畅性差，效率低； 工艺简单，螺母的径向尺寸大，易于制造； 挡珠器刚性差，易磨损null插管式螺旋槽式端盖式外循环的三种结构形式滚珠丝杠的钢球循环机构滚珠丝杠的钢球循环机构循环弯管式也称“外循环式”为最普通的，钢球从丝杠轴上，沿弯管的牙嘴部导入，通过弯管返回，形成无限循环运动。回球器式也称“内循环式”是最紧凑的丝母，钢球通过回球器改变进行方向，返回丝杠轴的原先位置。 端盖式适用于高速进给的丝母，钢球从端盖部导入，通过丝母上的贯通孔，返回起始位置。钢板循环式是如同弯管式的，将钢球导入后沿钢板上的沟进行循环，钢板回球式与回球器式相比，较多应用于小型滚珠丝杠。滚珠丝杠副的特点滚珠丝杠副的特点1）传动效率高，摩擦损失小。滚珠丝杠副传动效率η＝ 0.92～0.96，比常规的丝杠螺母副提高3～4倍。因此，功率消耗只相当于常规的丝杠螺母副的1/4～1/3。 2）传动精度、定位精度高，无爬行现象，运动平稳。 3）能够预紧。给予适当预紧，可消除丝杠和螺母的螺纹间隙，反向时可消除空行程死区，提高接触刚度和传动精度。 4）运动具有可逆性，可以从旋转运动转换为直线运动，也可以从直线运动转换为旋转运动，即丝杠和螺母都可以作为主动件。null5）磨损小，使用寿命长。 6）制造工艺复杂。滚珠丝杠和螺母等元件的加工精度要求高，表面粗糙度也要求高，故制造成本高。 7）不能自锁。特别是对于垂直丝杠，由于自重惯力的作用，下降时当传动切断后，不能立刻停止运动，故常需添加制动装置。 null滚珠丝杠副除了对本身单一方向的传动精度有要求外，对其轴向间隙也有严格要求，以保证其反向传动精度。滚珠丝杠副的轴向间隙是承载时在滚珠与滚道型面接触点的弹性变形所引起的螺母位移量和螺母原有间隙的总和。 通常采用双螺母预紧或单螺母（大滚珠、大导程）的方法，把弹性变形控制在最小限度内，以减小或消除轴向间隙，并可以提高滚珠丝杠副的刚度。4.5.2 滚珠丝杠副轴向间隙的调整null根据垫片厚度不同分成两种形式，当垫片厚度较厚时即产生“预拉应力”，而当垫片厚度较薄时即产生“预压应力”以消除轴向间隙。 a) 双螺母垫片式预紧原理特点：结构简单，装卸方便，刚性大，工作可靠，应用最为广泛。但调整不方便，不能随时调隙预紧。nullb) 双螺母螺纹式预紧原理 通过调整端部的圆螺母，使丝杠右螺母沿轴向向右移动，产生拉伸预紧，从而消除间隙。 特点：结构紧凑，调整方便，工作可靠，应用广，但预紧量不容易控制。null为了补偿滚道的间隙，设计时将滚珠的尺寸适当增大，使其4点接触，产生预紧力，为了提高工作性能，可以在承载滚珠之间加入间隔钢球。c) 单螺母预紧原理（增大滚珠直径法）null偏置导程法原理如上图所示，仅仅是在螺母中部将其导程增加一个预压量Δ，以达到预紧的目的。d) 单螺母预紧原理（偏置导程法） null目前制造的单螺母式滚珠丝杠副的轴向间隙达0.05mm，而双螺母式的经加预紧力调整后基本上能消除轴向间隙。应用该方法消除轴向间隙时应注意以下两点： （1）预紧力大小必须合适，过小不能保证无隙传动；过大将使驱动力矩增大，效率降低，寿命缩短。预紧力应不超过最大轴向负载的1/3。 （2）要特别注意减小丝杠安装部分和驱动部分的间隙，这些间隙用预紧的方法是无法消除的，而它对传动精度有直接影响。 滚珠丝杠副的主要尺寸参数 滚珠丝杠副的主要尺寸参数公称直径 (滚珠中心圆直径)丝杠大径丝杠小径滚珠直径螺母小径螺母大径4.5.3 主要尺寸、精度等级和标注方法导程Ph ：丝杠相对螺母旋转2π弧度时，螺母上基准点的轴向位移。 滚珠丝杠副的精度等级及标注方法 滚珠丝杠副的精度等级及标注方法 （1）精度等级 根据GB/T17587.3-1998（与ISO 3408-3：1992同）标准：将滚珠丝杠副的精度分成为七个等级1、2、3、4、5、7、10，1级为最高 丝杠分为：精密定位型（P型）和传动型（T型）。任意300mm行程内行程变动量    V300p    6    8    12    16    23    52    210 （2）标注方法（各个厂家并不完全相同）（2）标注方法（各个厂家并不完全相同）FFZD8010TR-6-P2/1294×1020FFZD:内循环垫片预紧螺母式滚珠丝杆； 6:负荷滚珠总圈数 TR:梯形螺纹 P2:精密定位型，2级； 1294:丝杠全长 1020:螺纹长度 精密定位型（P型）和传动型（T型）。null（3）尺寸系列（3）尺寸系列公称直径系列（mm） 6、8、10、12、16、20、25、32、40……… 公称导程系列（mm） 1，2，2.5，3，4，5，6，8，10，12…..注意： 尽可能优先选用公称导程为4、5、6、8系列的滚珠丝杠螺母副（4）推荐采用的精度等级（4）推荐采用的精度等级数控机床、精密机床和精密仪器等用于开环和半闭环进给系统，根据定位精度和重复定位精度的要求可选用1、2、3级； 一般传动可选用4、5级； 全闭环系统可选用2、3、4级。null丝杠的轴承组合及轴承座、螺母座以及其它零件的连接刚性，对滚珠丝杠副传动系统的刚度和精度都有很大影响，需在设计、安装时认真考虑。 为了提高轴向刚度，丝杠支承常用推力轴承为主的轴承组合，仅当轴向载荷很小时，才用向心推力轴承。4.5.4 滚珠丝杠副的安装null双推—自由1．轴向刚度低，与螺母位置有关； 2．双推端可预拉伸安装； 3. 适宜中小载荷与低速，更适宜垂直安装，短丝杠。 固定端装深沟球轴承和双向止推轴承，或圆锥滚子轴承双推-自由式支承双推-自由式支承null双推—简支1．轴向刚度不高，与螺母位置有关； 2．双推端可预拉伸安装，简支端保证在丝杠受热变形时，可自由伸缩； 3. 适宜中速、精度较高的长丝杠。 固定端装深沟球轴承和双向止推轴承，承受轴向、径向载荷简支端装深沟球轴承，承受径向载荷双推-简支支承方式 双推-简支支承方式 null单推—单推1．轴向刚度较高； 2．预拉伸安装时，须加载荷较大，轴承寿命比双推-双推低； 3. 适宜中速、精度高，并可用双推—单推组合。 两端都装止推轴承，承受轴向载荷轴承的组合安装支承示例 简易单推-单推式支承轴承的组合安装支承示例 简易单推-单推式支承null双推—双推1．轴向刚度最高； 2．预拉伸安装时，须加载荷较小，轴承寿命较高； 3. 适宜高速、高刚度、高精度。两端都装止推轴承和向心球轴承，承受轴向、径向载荷四种支承方式的比较：四种支承方式的比较：制动装置制动装置由于滚珠丝杠副无自锁作用，特别对垂直安装的滚珠丝杠副，必须安装制动装置。常用的有利用电磁制动器对丝杠进行制动和利用单向超越离合防止丝杠逆转的制动装置。数控卧式铣镗床主轴箱进给丝杠的制动装置示意图。滚珠丝杠副的密封与润滑 滚珠丝杠副的密封与润滑 密封 1）丝杠的密封伸缩套筒伸缩套筒 2）润滑 2）润滑 一般采用脂润滑或滴油润滑，丝杠高速运转时采用喷雾润滑。4.5.5 滚珠丝杠副的选择方法和设计计算4.5.5 滚珠丝杠副的选择方法和设计计算1. 滚珠丝杠副结构的选择 根据防尘防护条件以及对调隙及预紧的要求，选择适当的结构型式。滚珠丝杠副的选择方法2. 滚珠丝杠副结构尺寸的选择2. 滚珠丝杠副结构尺寸的选择1）公称直径d0 公称直径应根据轴向最大载荷按滚珠丝杠副尺寸系列选择；公称直径的大小与承载能力有关，一般推荐2）基本导程Ph2）基本导程Ph Ph应按承载能力及传动精度、传动速度选取； 要求传动速度快时，可选用较大导程的滚珠丝杠副。Ph大，承载能力大 Ph小，传动精度高3. 滚珠丝杠副的设计计算-I3. 滚珠丝杠副的设计计算-I 已知条件： 最大工作载荷F（N）或平均工作载荷Fm； 使用寿命T； 丝杠的工作长度（或螺母的有效行程）L（m）； 丝杠的转速n（平均转速nm或最大转速nmax）（r/min）； 滚道硬度HRC和运转情况。1）承载能力选择1）承载能力选择 计算作用于丝杠轴向最大动载荷Q，然后根据Q值选择丝杠副的型号。式中： L----滚珠丝杠寿命系数式中： L----滚珠丝杠寿命系数 T---使用寿命时间（h） 普通机械为5000~10000， 数控机床及其它机电一体化设备及仪器装置为15000 fw---运转系数 fH----硬度系数 Pmax----最大工作载荷fw---运转系数 fH----硬度系数 Pmax----最大工作载荷 从或样本的滚珠丝杠副的尺寸系列表中可以找出相应的额定动载荷Qa的滚珠丝杠螺母副的尺寸规格和结构类型，选用时应使Qa>Q 从手册或样本的滚珠丝杠副的尺寸系列表中可以找出相应的额定动载荷Qa的滚珠丝杠螺母副的尺寸规格和结构类型，选用时应使Qa>Q 注意：注意： 当丝杠转速n<10r/min时，以最大静载荷Q0为设计依据。2）传动效率的验算2）传动效率的验算3）刚度验算3）刚度验算刚度的验算主要是确定丝杠的变形量丝杠的变形量包括：丝杠的变形量包括：① 丝杠的拉伸或压缩变形量1 ② 滚珠与螺纹滚道间接触变形2 ③ 支承滚珠丝杠的轴承的轴向接触变形3 ④ 滚珠丝杠的扭转变形引起的导程的变化量4 ⑤ 螺母座及轴承支座的变形5因此:因此: 滚珠丝杠副刚度的验算，主要是验算1 、2 、3之和不应大于机床精度要求允许变形量的一半，否则，应考虑选用较大直径的滚珠丝杠副。 在实际设计中，由于预紧的作用，可将刚度提高4倍。因此只要 在实际设计中，由于预紧的作用，可将刚度提高4倍。因此只要1 +2 +3=精度要求即可认为该丝杠刚度合格。4）稳定性验算 4）稳定性验算 对已选定尺寸的丝杠在给定的支承条件下，承受最大轴向负载时，应验算其有没有产生纵向弯曲（失稳）的危险。 产生失稳的临界负载PK可用下式计算：产生失稳的临界负载PK可用下式计算：丝杠的支承方式丝杠的支承方式临界负载PK与最大工作负载Pm之比称为稳定性安全系数nk。 临界负载PK与最大工作负载Pm之比称为稳定性安全系数nk。 [nK]---许用稳定性安全系数 一般取：[nk]=2.5~4null 设计滚珠丝杠副的已知条件：4. 滚珠丝杠副的设计计算-II工作载荷F(N)或平均工作载荷Fm(N),使用寿命 (h)，丝杠的长度（或螺母的有效行程)L(M)，丝杠的转速n（平均转速nm或最大转速nmax）（r ⁄ min），以及滚道硬度HRC和运转情况 设计步骤及方法如下： 设计步骤及方法如下：(1)丝杠副的计算载荷Fc(N) (2)计算额定动载荷 (3)根据在滚珠丝杠系列中选择所需要的规格，使所选规格的丝杠副的额定动载荷。 (4)验算传动效率、刚度及工作稳定性，如不满足要求则应另选其它型号并重新验算。 (5) 对于低速（ ）传动，只按额定静载荷计算即可。 null式中：—载荷系数，按表1选取； —硬度系数，按表2选取； —精度系数，按表3选取； —平均工作载荷（N）； —丝杠副的平均转速（r/min）； —运转寿命（h）； —计算载荷（N）。null表1表2表3例题例题试设计一数控工作台进给用滚珠丝杠副。已知平均工作载荷Fm =3800N,丝杠工作长度l =1.2m，平均转速nm =100r/min,最大速度nmax =10000r/min,使用寿命 =15000h左右，丝杠材料为CrWMn钢，滚道硬度为58~62HRC，传动精度要求高。null解：（1）求计算载荷Fc （2）根据寿命条件计算额定动载荷（3）根据必须的额定动载荷选择丝杠副尺寸， 规格如下：null考虑各种因素，选FFZD5006-5，其中： 公称直径：D0=50mm 导程：p=6mm 螺旋角：λ=arctan(6/(50π))=2°11′ 滚珠直径：d0=4mm 滚道半径：R =0.52d0=0.52×4=2.08mm 丝杠内径：d1=45.9mmnull(4) 稳定性验算： 假设为双推—简支（F—S），因为丝杠较长，所以用压杆稳定性来求临界载荷 式中：E —丝杠的弹性模量，对钢 —丝杠危险截面的轴惯性矩 —长度系数，两端用铰接时，null所以，丝杠是安全的，不会失稳。null临界转速 验证 高速运转时，需验算其是否会发生共振的最高转速，要求丝杠最高转速。 临界转速可按公式计算：§4.6 导轨设计§4.6 导轨设计4.6.1 导轨概述 4.6.2 导轨基本结构 4.6.3 导轨间隙的调整 4.6.4 导轨副的材料选择与技术要求 4.6.5 滚动导轨副null4.6.1 导轨概述各种机械运行时，由导轨副保证执行件的正确运动轨迹，并影响执行件的运动特性。导轨副包括运动导轨和支承导轨两部分。支承导轨用以支承和约束运动导轨，使之按功能要求作正确的运动。null 1) 按导轨副运动导轨的轨迹分类(a)直线运动导轨副 支承导轨约束了运动导轨的五个自由度仅保留沿给定方向的直线移动自由度。 (b)旋转运动导轨副 支承导轨约束了运动导轨的五个自由度，仅保留绕给定轴线的旋转运动自由度。 2)按导轨副导轨面间的摩擦性质分类（a）滑动摩擦导轨副； （b）滚动摩擦导轨副； （c）流体摩擦导轨副。 一、 导轨副的种类null3)按导轨副结构分类（a）开式导轨 必须借助运动件的自重或外载荷，才能保证在一定的空间位置和受力状态下，运动导轨和支承导轨的工作面保持可靠的接触，从而保证运动导轨的规定运动。 （b）闭式导轨 借助导轨副本身的封闭式结构，保证在变化的空间位置和受力状态下，运动导轨和支承导轨的工作面都能保持可靠的接触，从而保证运动导轨的规定运动。 null开式导轨闭式导轨null4)．按直线运动导轨副的基本截面形状分类null不同截面形状导轨的特点 null二、基本要求 爬行：导轨低速运动时，速度不是匀速，而是时快时慢，时走时停。 原因：静摩擦系数大于动摩擦系数。null注：“－”为支承面，“－”为导向面，“－”为压板面 不需要镶条调整间隙，接触刚度好； 导向性和精度保持性好；工艺性差，加工、检验和维修不方便。 常用于在精度要求较高的机电设备。一、双三角形导轨的组合4.6.2 导轨基本结构二、三角形－平面导轨二、三角形－平面导轨三角形导向，用矩形导轨承载，应用广泛。 但若两根导轨上载荷相等，则摩擦力不同，合力可能不通过两个导轨中心；若驱动力矩不合理，易形成力偶，因此设计时应尽量使驱动力矩通过摩擦力的合力。 三、双矩形导轨三、双矩形导轨宽式组合：两条导轨的外侧导向 窄式组合：一条导轨的两侧导向承载能力大，制造简单。 常用于在普通精度和重型机电设备。 导向方式四、燕尾导轨四、燕尾导轨结构紧凑、调整间隙方便。形状复杂、摩擦力大，运动灵活性差。null保证导轨副的导向精度 降低对导轨制造公差的要求1、目的导轨装配时 导轨磨损后2、间隙调整方法 镶条作用：调整矩形和燕尾形导轨的导向面间隙。种类平镶条 斜镶条4.6.3 导轨间隙的调整null 平镶条外形：长度方向上厚度相等，横截面为矩形、平行四边形或 直角梯形。调整方法：通过横向移动来调整间隙。特点：(a)：镶条制造容易，各处间隙不易调整均匀，刚件差； (c)：镶条刚性好，装配方便，但调整麻烦。null 斜镶条沿其长度方向有一定斜度，靠纵向位移使其两个侧面分别与动导轨和支撑导轨接触，调整导轨间隙，常用斜度在1∶100～1∶40之间。特点：在全长上两个面分别同动导轨和固定导轨均匀接触； 支承面积同调整位置无关； 刚度比平镶条高，但加工困难。b）a）null图(a)－结构简单，但螺钉凸肩和镶条凹槽之间的间隙会引起镶条在往复运动中的窜动，影响导向精度和刚度。图(b)－对图(a)的改进，为避免窜动增加了锁紧螺母3，其结构简单，应用广泛。null图(c)－通过螺母3、4调整间隙，用螺母5锁紧。工作可靠，但结构相对复杂。图(d)－是通过分别位于镶条两端的螺钉2、3调整间隙，避免了镶条l的窜动，适于镶条较短的场合。null 压板作用：用于承受颠覆力矩和调整辅助导轨面间隙。null滑动导轨常用材料有铸铁、钢、有色金属和塑料等 1)铸铁 铸铁有良好的耐磨性、抗振性和工艺性。 2)钢 镶钢导轨的耐磨性较铸铁可提高五倍以上