1、1第二章第二章 機電一體化的單元技術(shù)機電一體化的單元技術(shù) 第二章第二章 機電一體化的單元技術(shù)機電一體化的單元技術(shù) 2學習目標學習目標 熟練掌握機械系統(tǒng)的組成及基本要求、精密機械技術(shù)熟練掌握機械系統(tǒng)的組成及基本要求、精密機械技術(shù)的特點的特點, ,幾種典型機械傳動機構(gòu)的工作原理、參數(shù)選擇幾種典型機械傳動機構(gòu)的工作原理、參數(shù)選擇等。等。 掌握傳感器的工作原理、分類、特性及選用原則，掌握傳感器的工作原理、分類、特性及選用原則， 掌握伺服驅(qū)動系統(tǒng)的種類及其特點，系統(tǒng)的基本要求。掌握伺服驅(qū)動系統(tǒng)的種類及其特點，系統(tǒng)的基本要求。l重點：各種單元技術(shù)中常用元、部件的性能特點和重點：各種單元技術(shù)中常用元、部件的

2、性能特點和選型原則選型原則, 能夠針對不同的工程問題，合理應用相應能夠針對不同的工程問題，合理應用相應的單元技術(shù)。的單元技術(shù)。 第二章第二章 機電一體化的單元技術(shù)機電一體化的單元技術(shù) 32.1 概述概述 2.2 精密機械技術(shù)精密機械技術(shù) 2.3 傳感檢測技術(shù)傳感檢測技術(shù)2.4 伺服驅(qū)動技術(shù)伺服驅(qū)動技術(shù) 第二章第二章 機電一體化的單元技術(shù)機電一體化的單元技術(shù) 42.1 概述概述 機電一體化是傳統(tǒng)技術(shù)與一些新技術(shù)相結(jié)合機電一體化是傳統(tǒng)技術(shù)與一些新技術(shù)相結(jié)合而發(fā)展起來的多學科領(lǐng)域綜合交叉的技術(shù)密集而發(fā)展起來的多學科領(lǐng)域綜合交叉的技術(shù)密集型學科。型學科。 機電一體化技術(shù)所涉及的關(guān)鍵技術(shù)，除系統(tǒng)機電一體

3、化技術(shù)所涉及的關(guān)鍵技術(shù)，除系統(tǒng)總體技術(shù)外，其它單元技術(shù)已發(fā)展成為相對獨總體技術(shù)外，其它單元技術(shù)已發(fā)展成為相對獨立的學科領(lǐng)域，具有各自的知識體系。本章從立的學科領(lǐng)域，具有各自的知識體系。本章從機電一體化系統(tǒng)設(shè)計的角度，綱要性地介紹主機電一體化系統(tǒng)設(shè)計的角度，綱要性地介紹主要概念、原理、設(shè)計原則和選用方法。要概念、原理、設(shè)計原則和選用方法。第二章第二章 機電一體化的單元技術(shù)機電一體化的單元技術(shù) 52.2 精密機械技術(shù)精密機械技術(shù) 一、機電一體化中的機械系統(tǒng)組成一、機電一體化中的機械系統(tǒng)組成傳統(tǒng)的機械系統(tǒng)和機電一體化機械系統(tǒng)的主要功能都是完傳統(tǒng)的機械系統(tǒng)和機電一體化機械系統(tǒng)的主要功能都是完成一系列相

4、互協(xié)調(diào)的機械運動。但由于二者組成不同，導成一系列相互協(xié)調(diào)的機械運動。但由于二者組成不同，導致其各自實現(xiàn)運動的方式不同。致其各自實現(xiàn)運動的方式不同。傳統(tǒng)機械系統(tǒng)一般由動力件、傳統(tǒng)機械系統(tǒng)一般由動力件、傳動件和執(zhí)行件三部分加上電氣、傳動件和執(zhí)行件三部分加上電氣、液壓和機械控制等部分組成。液壓和機械控制等部分組成。第二章第二章 機電一體化的單元技術(shù)機電一體化的單元技術(shù) 6機電一體化系統(tǒng)中的機械系統(tǒng)則是由機電一體化系統(tǒng)中的機械系統(tǒng)則是由計算機協(xié)調(diào)計算機協(xié)調(diào)與控制與控制的，用于完成包括機械力、運動和能量流的，用于完成包括機械力、運動和能量流等動力學任務(wù)且機電部件信息流相互聯(lián)系的系統(tǒng)。等動力學任務(wù)且機電部

5、件信息流相互聯(lián)系的系統(tǒng)。1.組成組成 機電一體化系統(tǒng)中的機械系統(tǒng)主要包括以下五大機電一體化系統(tǒng)中的機械系統(tǒng)主要包括以下五大部分：部分： 傳動機構(gòu)傳動機構(gòu) 導向機構(gòu)導向機構(gòu) 執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行機構(gòu) 軸系軸系 機座或機架機座或機架 第二章第二章 機電一體化的單元技術(shù)機電一體化的單元技術(shù) 7第二章第二章 機電一體化的單元技術(shù)機電一體化的單元技術(shù) 82.2.機械系統(tǒng)設(shè)計要求機械系統(tǒng)設(shè)計要求機電一體化中的機械系統(tǒng)應滿足以下三方面的要求，機電一體化中的機械系統(tǒng)應滿足以下三方面的要求，以達到伺服系統(tǒng)的設(shè)計指標：以達到伺服系統(tǒng)的設(shè)計指標： 1高精度高精度 2動作響應快動作響應快 3穩(wěn)定性好穩(wěn)定性好 3.設(shè)計內(nèi)容設(shè)計

6、內(nèi)容機械本體設(shè)計機械本體設(shè)計無間隙、低慣性、低振動、低噪聲和適當阻尼比的要求無間隙、低慣性、低振動、低噪聲和適當阻尼比的要求機械傳動設(shè)計機械傳動設(shè)計機械傳動的控制機械傳動的控制第二章第二章 機電一體化的單元技術(shù)機電一體化的單元技術(shù) 9二、機械傳動機構(gòu)二、機械傳動機構(gòu) 機械傳動機構(gòu)的基本要求機械傳動機構(gòu)的基本要求 由于傳動部件直接影響機電一體化系統(tǒng)的精度、穩(wěn)定由于傳動部件直接影響機電一體化系統(tǒng)的精度、穩(wěn)定性和快速響應性，應設(shè)計和選擇滿足性和快速響應性，應設(shè)計和選擇滿足低摩擦低摩擦、無間隙無間隙、低慣量低慣量、高剛度高剛度、高諧振頻率高諧振頻率、適當?shù)倪m當?shù)淖枘岜茸枘岜纫约芭c伺以及與伺服電動機等其

7、它環(huán)節(jié)的動態(tài)性能相匹配等要求的傳動部服電動機等其它環(huán)節(jié)的動態(tài)性能相匹配等要求的傳動部件。件。 主要從以下幾個方面采取措施：主要從以下幾個方面采取措施： l采用低摩擦阻力的傳動部件和導向部件采用低摩擦阻力的傳動部件和導向部件l減小反向死區(qū)誤差減小反向死區(qū)誤差l選用最佳傳動比選用最佳傳動比l縮短傳動鏈，提高傳動與支承剛度，以減小結(jié)構(gòu)的縮短傳動鏈，提高傳動與支承剛度，以減小結(jié)構(gòu)的彈性變形彈性變形l通過剛度、質(zhì)量和摩擦系數(shù)等參數(shù)的合理匹配得到通過剛度、質(zhì)量和摩擦系數(shù)等參數(shù)的合理匹配得到適當?shù)淖枘岜冗m當?shù)淖枘岜鹊诙碌诙?機電一體化的單元技術(shù)機電一體化的單元技術(shù) 10常用傳動機構(gòu)及其傳動功能 第二章第

8、二章 機電一體化的單元技術(shù)機電一體化的單元技術(shù) 11傳動機構(gòu)的發(fā)展傳動機構(gòu)的發(fā)展 隨著機電一體化技術(shù)的發(fā)展，要求傳動機隨著機電一體化技術(shù)的發(fā)展，要求傳動機構(gòu)不斷適應新的技術(shù)要求：構(gòu)不斷適應新的技術(shù)要求：l精密化精密化l高速化高速化l小型化和輕量化小型化和輕量化第二章第二章 機電一體化的單元技術(shù)機電一體化的單元技術(shù) 12傳動機構(gòu)的設(shè)計內(nèi)容傳動機構(gòu)的設(shè)計內(nèi)容 包括系統(tǒng)設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計兩個方面包括系統(tǒng)設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計兩個方面l估算載荷估算載荷l選擇總傳動比，選擇伺服電機選擇總傳動比，選擇伺服電機l選擇傳動機構(gòu)的形式選擇傳動機構(gòu)的形式l確定傳動級數(shù)，分配各級傳動比確定傳動級數(shù)，分配各級傳動比l配置傳動鏈，

9、估算傳動鏈精度配置傳動鏈，估算傳動鏈精度l傳動機構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計傳動機構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計l計算傳動裝置的剛度和結(jié)構(gòu)固有頻率計算傳動裝置的剛度和結(jié)構(gòu)固有頻率l做必要的工藝分析和經(jīng)濟分析做必要的工藝分析和經(jīng)濟分析第二章第二章 機電一體化的單元技術(shù)機電一體化的單元技術(shù) 13機械傳動系統(tǒng)的特性機械傳動系統(tǒng)的特性機電一體化的機械系統(tǒng)應具有良好的伺服性機電一體化的機械系統(tǒng)應具有良好的伺服性能，要求機械傳動部件應有足夠的制造精度，滿足能，要求機械傳動部件應有足夠的制造精度，滿足快速穩(wěn)定和高效的要求，還應使機械傳動部分動態(tài)快速穩(wěn)定和高效的要求，還應使機械傳動部分動態(tài)特性與執(zhí)行元件的動態(tài)特性相匹配。特性與執(zhí)行元件的動態(tài)特性相

10、匹配。 機械傳動系統(tǒng)的主要特性有機械傳動系統(tǒng)的主要特性有：l轉(zhuǎn)動慣量轉(zhuǎn)動慣量l阻尼阻尼l剛度剛度l間隙間隙轉(zhuǎn)動慣量轉(zhuǎn)動慣量轉(zhuǎn)動慣量轉(zhuǎn)動慣量過大過大的不利影響：的不利影響：使機械負載增大，需要增大驅(qū)動電機的功率使機械負載增大，需要增大驅(qū)動電機的功率系統(tǒng)響應速度變慢，靈敏度降低系統(tǒng)響應速度變慢，靈敏度降低使系統(tǒng)固有頻率下降，易產(chǎn)生諧振，影響伺服使系統(tǒng)固有頻率下降，易產(chǎn)生諧振，影響伺服穩(wěn)定性和精度穩(wěn)定性和精度電氣驅(qū)動部件的諧振頻率降低、阻尼增大電氣驅(qū)動部件的諧振頻率降低、阻尼增大第二章第二章 機電一體化的單元技術(shù)機電一體化的單元技術(shù) 14第二章第二章 機電一體化的單元技術(shù)機電一體化的單元技術(shù) 15u

11、驅(qū)動系統(tǒng)實際諧振頻率隨慣性負載增大而降低驅(qū)動系統(tǒng)實際諧振頻率隨慣性負載增大而降低u設(shè)計系統(tǒng)時，將傳動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量作為選擇電動機動設(shè)計系統(tǒng)時，將傳動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量作為選擇電動機動力參數(shù)的依據(jù)。力參數(shù)的依據(jù)。驅(qū)動系統(tǒng)諧振頻率與轉(zhuǎn)動慣量的關(guān)系驅(qū)動系統(tǒng)諧振頻率與轉(zhuǎn)動慣量的關(guān)系轉(zhuǎn)動慣量轉(zhuǎn)動慣量計算計算圓柱體轉(zhuǎn)動慣量（形心軸與回轉(zhuǎn)軸重合）圓柱體轉(zhuǎn)動慣量（形心軸與回轉(zhuǎn)軸重合）齒輪、聯(lián)軸器、絲杠和軸等接近于圓柱體的零件齒輪、聯(lián)軸器、絲杠和軸等接近于圓柱體的零件都可用上式計算（或估算）其轉(zhuǎn)動慣量。都可用上式計算（或估算）其轉(zhuǎn)動慣量。第二章第二章 機電一體化的單元技術(shù)機電一體化的單元技術(shù) 16423281dlm

12、dJ計算計算等效轉(zhuǎn)動慣量等效轉(zhuǎn)動慣量Jer（動能守恒）（動能守恒）第二章第二章 機電一體化的單元技術(shù)機電一體化的單元技術(shù) 17n設(shè)系統(tǒng)運動部件的動能總和為：n設(shè)等效到執(zhí)行元件輸出軸上的總動能為：21122121jnjjmiiiwJvmE221kerkwJEnjkjjmikiierwwJwvmJ1212)()(kEE計算計算直線運動物體的轉(zhuǎn)動慣量直線運動物體的轉(zhuǎn)動慣量 折算到折算到絲杠軸絲杠軸上的等效上的等效 轉(zhuǎn)動慣量轉(zhuǎn)動慣量 折算到折算到小齒輪軸小齒輪軸上的等上的等 轉(zhuǎn)動慣量轉(zhuǎn)動慣量第二章第二章 機電一體化的單元技術(shù)機電一體化的單元技術(shù) 1820)2(LmJrer20rmJrer計算計算絲杠軸

13、折算到電機軸的等效轉(zhuǎn)動慣量絲杠軸折算到電機軸的等效轉(zhuǎn)動慣量（引申到后軸折算到前軸）（引申到后軸折算到前軸） 第二章第二章 機電一體化的單元技術(shù)機電一體化的單元技術(shù) 192iJJseri - 電機軸到絲杠軸的總傳動比JS -絲杠的轉(zhuǎn)動慣量 例例2-1已知電動機軸的轉(zhuǎn)動慣量已知電動機軸的轉(zhuǎn)動慣量J Jm m=3.2=3.21010-3-3kg.mkg.m2 2, , 工工作臺及刀架質(zhì)量作臺及刀架質(zhì)量m=600kgm=600kg，滾珠絲杠，滾珠絲杠d=50mmd=50mm，導程，導程P=8mmP=8mm，絲杠長度，絲杠長度L=1840mmL=1840mm。齒輪齒數(shù)分別為。齒輪齒數(shù)分別為Z Z1 1=

14、20=20，Z Z2 2=40=40，Z Z3 3=20=20，Z Z4 4=48=48，模數(shù)，模數(shù)m=2.5mmm=2.5mm，齒寬，齒寬b=25mmb=25mm。 計算：負載折算到電動機軸上的總等效慣量計算：負載折算到電動機軸上的總等效慣量J Je e和電機和電機 軸上總轉(zhuǎn)動慣量軸上總轉(zhuǎn)動慣量J J。 （提示：絲杠和齒輪的材料密度（提示：絲杠和齒輪的材料密度=7.8=7.810103 3kg/mkg/m3 3, ,齒輪的計算直齒輪的計算直徑按分度圓直徑計算，絲杠的計算直徑取絲杠中徑徑按分度圓直徑計算，絲杠的計算直徑取絲杠中徑48mm48mm）第二章第二章 機電一體化的單元技術(shù)機電一體化的單

15、元技術(shù) 20阻尼阻尼阻尼是系統(tǒng)的固有特性，對于一個振動系統(tǒng)，我們定阻尼是系統(tǒng)的固有特性，對于一個振動系統(tǒng)，我們定義所有消耗系統(tǒng)機械能的因素都成為阻尼義所有消耗系統(tǒng)機械能的因素都成為阻尼由于機械部件具有慣性和摩擦特性，機械傳動系統(tǒng)可由于機械部件具有慣性和摩擦特性，機械傳動系統(tǒng)可視為視為帶有阻尼的質(zhì)量帶有阻尼的質(zhì)量- -彈簧系統(tǒng)彈簧系統(tǒng)摩擦阻尼是由于機械系統(tǒng)的傳動件之間的摩擦力而產(chǎn)摩擦阻尼是由于機械系統(tǒng)的傳動件之間的摩擦力而產(chǎn)生的生的機械機械部件振動時，金屬材料的內(nèi)摩擦較小（附加的非部件振動時，金屬材料的內(nèi)摩擦較小（附加的非金屬減振材料內(nèi)摩擦較大）、運動副特別是導軌的摩金屬減振材料內(nèi)摩擦較大）、運

16、動副特別是導軌的摩擦阻尼是主要擦阻尼是主要的的摩擦阻尼可分為三類：靜摩擦阻尼、庫侖摩擦阻尼和摩擦阻尼可分為三類：靜摩擦阻尼、庫侖摩擦阻尼和黏性摩擦阻尼（黏滯摩擦阻尼）黏性摩擦阻尼（黏滯摩擦阻尼）實際應用實際應用摩擦摩擦阻尼時，一般都簡化阻尼時，一般都簡化為為黏性黏性摩擦摩擦的線性的線性阻尼阻尼第二章第二章 機電一體化的單元技術(shù)機電一體化的單元技術(shù) 21阻尼阻尼阻尼影響：阻尼影響：機械部件產(chǎn)生振動時，系統(tǒng)中阻尼越大，最大振幅越機械部件產(chǎn)生振動時，系統(tǒng)中阻尼越大，最大振幅越小，且衰減越快。但阻尼過大，系統(tǒng)失動量增大，穩(wěn)小，且衰減越快。但阻尼過大，系統(tǒng)失動量增大，穩(wěn)態(tài)誤差增大，精度降低。適當?shù)淖枘峥?/p>

17、提高系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差增大，精度降低。適當?shù)淖枘峥商岣呦到y(tǒng)的穩(wěn)定性。定性。系統(tǒng)系統(tǒng)的靜摩擦阻尼大，會使系統(tǒng)的回程誤差增大，定的靜摩擦阻尼大，會使系統(tǒng)的回程誤差增大，定位精度位精度降低。降低。系統(tǒng)的黏性系統(tǒng)的黏性摩擦摩擦阻尼越大，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差越大，精阻尼越大，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差越大，精度降低。度降低。系統(tǒng)的黏性系統(tǒng)的黏性摩擦摩擦阻尼對快速響應性不利。阻尼對快速響應性不利。若機械系統(tǒng)剛度低質(zhì)量大，則系統(tǒng)的固有頻率低，此若機械系統(tǒng)剛度低質(zhì)量大，則系統(tǒng)的固有頻率低，此時應增大系統(tǒng)的黏性摩擦阻尼，以減小振幅和加快衰時應增大系統(tǒng)的黏性摩擦阻尼，以減小振幅和加快衰減進程。減進程。第二章第二章 機電一體化的單元技術(shù)

18、機電一體化的單元技術(shù) 22阻尼阻尼計算計算機械傳動系統(tǒng)若簡化為機械傳動系統(tǒng)若簡化為二階振動系統(tǒng)二階振動系統(tǒng)，其阻尼比，其阻尼比阻尼比是一個無量綱數(shù)，它表示系統(tǒng)相對阻尼的阻尼比是一個無量綱數(shù)，它表示系統(tǒng)相對阻尼的大小。大小。第二章第二章 機電一體化的單元技術(shù)機電一體化的單元技術(shù) 2302mkB阻尼阻尼=0時，系統(tǒng)處于時，系統(tǒng)處于等幅持續(xù)振蕩狀態(tài)等幅持續(xù)振蕩狀態(tài)，因此系統(tǒng)不能沒有阻尼，任何，因此系統(tǒng)不能沒有阻尼，任何機電系統(tǒng)都具有一定的阻尼。機電系統(tǒng)都具有一定的阻尼。l稱為稱為過阻尼系統(tǒng)過阻尼系統(tǒng)；1稱為稱為臨界阻尼系統(tǒng)臨界阻尼系統(tǒng)。這兩種情況工作中。這兩種情況工作中不振蕩，但響應速度慢。不振蕩，

19、但響應速度慢。01稱為稱為欠阻尼系統(tǒng)欠阻尼系統(tǒng)。在。在值為值為0.40.7之間系統(tǒng)不但響應比臨界之間系統(tǒng)不但響應比臨界阻尼或過阻尼系統(tǒng)快，而且還能更快的達到穩(wěn)定值。但在阻尼或過阻尼系統(tǒng)快，而且還能更快的達到穩(wěn)定值。但在0.4時，時，系統(tǒng)雖然響應更快，但振系統(tǒng)雖然響應更快，但振幅增大，振幅增大，振蕩衰減的很慢。蕩衰減的很慢。在系統(tǒng)設(shè)計時，在系統(tǒng)設(shè)計時，為保證良好動態(tài)特性為保證良好動態(tài)特性，一般取，一般取0.40.7之間。之間。第二章第二章 機電一體化的單元技術(shù)機電一體化的單元技術(shù) 24二階系統(tǒng)階躍響應曲線剛度剛度剛度是使彈性物體產(chǎn)生單位變形所需要的作用力，對剛度是使彈性物體產(chǎn)生單位變形所需要的作

20、用力，對于機械傳動系統(tǒng)來說，剛度包括零件產(chǎn)生各種彈性變于機械傳動系統(tǒng)來說，剛度包括零件產(chǎn)生各種彈性變形的剛度和兩個零件接面的接觸剛度。形的剛度和兩個零件接面的接觸剛度。靜態(tài)力與變形之比為靜剛度；動態(tài)力（交變力、沖擊靜態(tài)力與變形之比為靜剛度；動態(tài)力（交變力、沖擊力）與變形之比為動剛度。力）與變形之比為動剛度。對于機械傳動系統(tǒng)，對于機械傳動系統(tǒng)，增大系統(tǒng)的傳動剛度增大系統(tǒng)的傳動剛度有以下好處有以下好處：可以減少系統(tǒng)的失動量（可以減少系統(tǒng)的失動量（傳動傳動死區(qū)），有利于提高傳死區(qū)），有利于提高傳動精度動精度。可以提高系統(tǒng)的固有頻率，有利于系統(tǒng)的抗振性可以提高系統(tǒng)的固有頻率，有利于系統(tǒng)的抗振性。可以增

21、加閉環(huán)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性可以增加閉環(huán)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。第二章第二章 機電一體化的單元技術(shù)機電一體化的單元技術(shù) 25剛度剛度拉壓剛度計算拉壓剛度計算絲杠螺母機構(gòu)的拉壓剛度由三部分組成：絲杠螺母機構(gòu)的拉壓剛度由三部分組成： 絲杠構(gòu)件的拉壓剛度絲杠構(gòu)件的拉壓剛度 K KL L 絲杠軸承的支承剛度絲杠軸承的支承剛度 K KB B 絲杠螺母間的接觸剛度絲杠螺母間的接觸剛度 K KN N第二章第二章 機電一體化的單元技術(shù)機電一體化的單元技術(shù) 26絲杠構(gòu)件的拉壓剛度絲杠構(gòu)件的拉壓剛度 K KL L (1) (1) 一端軸向支承的絲杠一端軸向支承的絲杠 (2) (2) 兩端兩端軸向支承的絲杠軸向支承的絲杠第二章

22、第二章 機電一體化的單元技術(shù)機電一體化的單元技術(shù) 27lEdKL42LEdKL42min)11(42lLlEdKLLEdKL2min絲杠軸承的絲杠軸承的支承支承剛度剛度 K KB B 與與所采用的所采用的軸承類型軸承類型、結(jié)構(gòu)有關(guān)、結(jié)構(gòu)有關(guān) 。當軸承有預緊時，其。當軸承有預緊時，其支承剛度為無預緊的支承剛度為無預緊的2 2倍倍; ;兩端軸向支承取一端軸向支承的兩端軸向支承取一端軸向支承的2 2倍倍。絲杠螺母絲杠螺母間的接觸剛度間的接觸剛度 K KN N 與絲杠螺母副的尺寸和結(jié)構(gòu)有關(guān)，預緊也可以提高軸向與絲杠螺母副的尺寸和結(jié)構(gòu)有關(guān)，預緊也可以提高軸向接觸剛度接觸剛度 以上兩個剛度數(shù)值可以從產(chǎn)品樣

23、本查得以上兩個剛度數(shù)值可以從產(chǎn)品樣本查得絲杠螺母機構(gòu)的總拉壓剛度絲杠螺母機構(gòu)的總拉壓剛度K K0 0： 第二章第二章 機電一體化的單元技術(shù)機電一體化的單元技術(shù) 28NBLKKKK11110扭轉(zhuǎn)剛度計算扭轉(zhuǎn)剛度計算第二章第二章 機電一體化的單元技術(shù)機電一體化的單元技術(shù) 29lGdKT322傳動精度傳動精度（一）傳動系統(tǒng)的誤差分析（一）傳動系統(tǒng)的誤差分析 機械系統(tǒng)傳動中，影響系統(tǒng)傳動精度的誤差可以分為機械系統(tǒng)傳動中，影響系統(tǒng)傳動精度的誤差可以分為傳動誤差和回程誤差兩種。傳動誤差和回程誤差兩種。傳動誤差傳動誤差 輸入軸輸入軸單向回轉(zhuǎn)單向回轉(zhuǎn)時，輸出軸轉(zhuǎn)角的實際值相對于理論時，輸出軸轉(zhuǎn)角的實際值相對于

24、理論值的變動量。值的變動量。 假設(shè)傳動裝置的各組成部件的制造和裝配絕對準確，假設(shè)傳動裝置的各組成部件的制造和裝配絕對準確，并忽略使用中的溫度變形和彈性變形，則輸出軸轉(zhuǎn)角與并忽略使用中的溫度變形和彈性變形，則輸出軸轉(zhuǎn)角與輸入軸轉(zhuǎn)角符合以下關(guān)系：輸入軸轉(zhuǎn)角符合以下關(guān)系：第二章第二章 機電一體化的單元技術(shù)機電一體化的單元技術(shù) 30tioi傳動精度傳動精度回程誤差回程誤差 當輸入軸由當輸入軸由正向回轉(zhuǎn)變?yōu)榉聪蚧剞D(zhuǎn)正向回轉(zhuǎn)變?yōu)榉聪蚧剞D(zhuǎn)時，輸出軸在轉(zhuǎn)角時，輸出軸在轉(zhuǎn)角上的滯后量（輸入軸固定時，輸出軸可以任意轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)上的滯后量（輸入軸固定時，輸出軸可以任意轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)角量）。角量）。 傳動鏈的傳動誤差和回程誤差

25、對機電系統(tǒng)性能的影響，傳動鏈的傳動誤差和回程誤差對機電系統(tǒng)性能的影響，隨其在系統(tǒng)中的位置的不同而不同。隨其在系統(tǒng)中的位置的不同而不同。 誤差在閉環(huán)系統(tǒng)誤差在閉環(huán)系統(tǒng)內(nèi)內(nèi)，影響穩(wěn)定性，影響穩(wěn)定性 誤差誤差在在閉環(huán)系統(tǒng)閉環(huán)系統(tǒng)外外，影響精度，影響精度第二章第二章 機電一體化的單元技術(shù)機電一體化的單元技術(shù) 31傳動精度傳動精度（二）減小傳動鏈誤差的措施（二）減小傳動鏈誤差的措施適當提高零部件本身的精度適當提高零部件本身的精度（制造、裝配精度）（制造、裝配精度） 傳動裝置的輸出軸與負載軸間的聯(lián)軸器本身精度對傳傳動裝置的輸出軸與負載軸間的聯(lián)軸器本身精度對傳動影響顯著動影響顯著合理設(shè)計傳動鏈合理設(shè)計傳動鏈

26、 合理選擇傳動形式合理選擇傳動形式 合理確定傳動級數(shù)和分配各級傳動比合理確定傳動級數(shù)和分配各級傳動比 合理布置傳動鏈合理布置傳動鏈采用消隙機構(gòu)采用消隙機構(gòu) 各種間隙（如齒輪的齒側(cè)間隙、絲杠螺母的傳動間隙、各種間隙（如齒輪的齒側(cè)間隙、絲杠螺母的傳動間隙、絲杠軸承的軸向間隙、聯(lián)軸器的扭轉(zhuǎn)間隙）絲杠軸承的軸向間隙、聯(lián)軸器的扭轉(zhuǎn)間隙）第二章第二章 機電一體化的單元技術(shù)機電一體化的單元技術(shù) 32合理選擇傳動形式合理選擇傳動形式在傳動鏈的設(shè)計中，各種不同形式的傳動能達到的精度是不同的。第二章第二章 機電一體化的單元技術(shù)機電一體化的單元技術(shù) 33傳動精度傳動精度合理選擇傳動形式合理選擇傳動形式在行星齒輪機構(gòu)

27、中：第二章第二章 機電一體化的單元技術(shù)機電一體化的單元技術(shù) 34傳動精度傳動精度漸開線行漸開線行星齒輪星齒輪少齒差行少齒差行星齒輪星齒輪擺線針輪擺線針輪行星齒輪行星齒輪合理確定傳動級數(shù)合理確定傳動級數(shù)和分配各級傳動比和分配各級傳動比滿足使用要求的條件下，應盡可能減少傳動級數(shù)對減速傳動鏈來說，各級傳動比宜從高從高速級開始逐級遞增速級開始逐級遞增，且在結(jié)構(gòu)空間允許的前提下，盡量提高末級傳動比第二章第二章 機電一體化的單元技術(shù)機電一體化的單元技術(shù) 35合理布置傳動鏈合理布置傳動鏈在減速傳動中，精度較低的傳動機構(gòu)（如圓錐齒輪機構(gòu)、蝸輪蝸桿機構(gòu)）應布置在高速軸上，這樣可減小低速軸上的誤差。第二章第二章

28、機電一體化的單元技術(shù)機電一體化的單元技術(shù) 36第二章第二章 機電一體化的單元技術(shù)機電一體化的單元技術(shù) 37三、常用傳動機構(gòu)三、常用傳動機構(gòu)1 1、絲杠螺母傳動、絲杠螺母傳動絲杠螺母機構(gòu)又稱螺旋傳動機構(gòu)它主要用來將旋轉(zhuǎn)運絲杠螺母機構(gòu)又稱螺旋傳動機構(gòu)它主要用來將旋轉(zhuǎn)運動變換為直線運動或?qū)⒅本€運動變換為旋轉(zhuǎn)運動。動變換為直線運動或?qū)⒅本€運動變換為旋轉(zhuǎn)運動。l以傳遞能量為主的（如螺旋壓力機、千斤頂?shù)龋┮詡鬟f能量為主的（如螺旋壓力機、千斤頂?shù)龋﹍有以傳遞運動為主的（如機床工作臺的進給絲杠）有以傳遞運動為主的（如機床工作臺的進給絲杠）l調(diào)整零件之間相對位置的螺旋傳動機構(gòu)調(diào)整零件之間相對位置的螺旋傳動機構(gòu)絲

29、杠螺母機構(gòu)有絲杠螺母機構(gòu)有滑動摩擦機構(gòu)滑動摩擦機構(gòu)和和滾動摩擦機構(gòu)滾動摩擦機構(gòu)第二章第二章 機電一體化的單元技術(shù)機電一體化的單元技術(shù) 38根據(jù)絲杠和螺母相對運動的組合情況，基本傳根據(jù)絲杠和螺母相對運動的組合情況，基本傳動形式有動形式有四種類型四種類型第二章第二章 機電一體化的單元技術(shù)機電一體化的單元技術(shù) 39滾珠絲杠副滾珠絲杠副（1）工作原理及組成）工作原理及組成由絲杠、由絲杠、螺母螺母、滾珠、滾珠、滾珠滾珠回程引導裝置回程引導裝置等四部分組成等四部分組成 特點：特點：傳動精度高傳動精度高軸向剛度高軸向剛度高運動平穩(wěn)運動平穩(wěn)壽命壽命長長不能自鎖不能自鎖第二章第二章 機電一體化的單元技術(shù)機電一體

30、化的單元技術(shù) 40（2）尺寸參數(shù)）尺寸參數(shù)公稱直徑公稱直徑d0（mm）基本基本導程導程l0（mm）行程行程l（mm）滾珠直徑滾珠直徑db（mm）螺旋升角螺旋升角（。）此外，還有絲杠螺紋大徑（外徑）此外，還有絲杠螺紋大徑（外徑）d，絲杠螺紋小徑，絲杠螺紋小徑（內(nèi)徑）（內(nèi)徑）d1，螺母螺紋大徑（外徑），螺母螺紋大徑（外徑）D，螺母螺紋小徑，螺母螺紋小徑D1，滾道圓弧偏心距，滾道圓弧偏心距e等參數(shù)通過計算可得。等參數(shù)通過計算可得。選擇滾珠絲杠副主要確定選擇滾珠絲杠副主要確定公稱直徑公稱直徑、基本導程基本導程、滾珠承載的列數(shù)滾珠承載的列數(shù) 第二章第二章 機電一體化的單元技術(shù)機電一體化的單元技術(shù) 41（

31、3）軸向間隙的調(diào)整和預緊）軸向間隙的調(diào)整和預緊軸向間隙軸向間隙：承載時滾珠和滾道型面接觸點的彈承載時滾珠和滾道型面接觸點的彈性變形所引起螺母軸向位移量和絲杠螺母副自性變形所引起螺母軸向位移量和絲杠螺母副自身軸向間隙的總和身軸向間隙的總和。換向時，軸向間隙引起換向時，軸向間隙引起空回空回現(xiàn)象，這種空回是現(xiàn)象，這種空回是非連續(xù)的，既影響非連續(xù)的，既影響反向傳動精度反向傳動精度，又影響，又影響系統(tǒng)系統(tǒng)穩(wěn)定性穩(wěn)定性，應予以消除。，應予以消除。消除方法：采用單螺母預緊或消除方法：采用單螺母預緊或雙螺母預緊雙螺母預緊方式方式。 第二章第二章 機電一體化的單元技術(shù)機電一體化的單元技術(shù) 42雙螺母預緊原理絲杠

32、上裝配兩個螺母，通過給兩個螺母絲杠上裝配兩個螺母，通過給兩個螺母施加預緊力施加預緊力以調(diào)整以調(diào)整螺母的軸向位置，使兩個螺母中的滾珠在承載前以一定的螺母的軸向位置，使兩個螺母中的滾珠在承載前以一定的壓力分別壓向壓力分別壓向絲杠螺紋滾道相反的側(cè)面絲杠螺紋滾道相反的側(cè)面第二章第二章 機電一體化的單元技術(shù)機電一體化的單元技術(shù) 43雙螺母預緊結(jié)構(gòu)墊片調(diào)隙法雙螺母預緊結(jié)構(gòu)墊片調(diào)隙法 雙螺母預緊結(jié)構(gòu)螺紋調(diào)隙法雙螺母預緊結(jié)構(gòu)螺紋調(diào)隙法 第二章第二章 機電一體化的單元技術(shù)機電一體化的單元技術(shù) 45雙螺母預緊結(jié)構(gòu)齒差調(diào)隙法雙螺母預緊結(jié)構(gòu)齒差調(diào)隙法 114ZZ第二章第二章 機電一體化的單元技術(shù)機電一體化的單元技術(shù)

33、4641411441)()11(ZZppZZZZpZZs兩螺母相對套筒同兩螺母相對套筒同方向方向轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)動1個齒個齒，所，所產(chǎn)生的相對軸向位產(chǎn)生的相對軸向位移為：移為：114ZZ例：若例：若Z1=99，Z4=100，n=1,p=6mm則則=0.6m（4）絲杠螺母副的選擇）絲杠螺母副的選擇1）結(jié)構(gòu)的選擇）結(jié)構(gòu)的選擇 根據(jù)防塵防護條件以及對調(diào)隙及預緊的要求，根據(jù)防塵防護條件以及對調(diào)隙及預緊的要求，選擇適當?shù)慕Y(jié)構(gòu)形式。選擇適當?shù)慕Y(jié)構(gòu)形式。2）尺寸的選擇）尺寸的選擇 主要確定主要確定公稱直徑公稱直徑d0和和基本導程基本導程l0d0應根據(jù)軸向最大載荷按滾珠絲杠副尺寸系列應根據(jù)軸向最大載荷按滾珠絲杠副尺寸系

34、列選擇選擇l0應按承載能力，傳動精度，傳動速度選取應按承載能力，傳動精度，傳動速度選取ls在允許下應盡量短，一般取在允許下應盡量短，一般取ls/d030第二章第二章 機電一體化的單元技術(shù)機電一體化的單元技術(shù) 47第二章第二章 機電一體化的單元技術(shù)機電一體化的單元技術(shù) 483) 滾珠絲杠副設(shè)計計算滾珠絲杠副設(shè)計計算已知條件：已知條件：最大工作載荷最大工作載荷Fmax或或平均工作載荷平均工作載荷Fcp（N）絲杠副使用壽命絲杠副使用壽命T（h）絲杠的工作長度絲杠的工作長度或或螺母的有效行程螺母的有效行程l（mm）絲杠轉(zhuǎn)速絲杠轉(zhuǎn)速n或或平均轉(zhuǎn)速平均轉(zhuǎn)速ncp（r/min）滾道硬度滾道硬度HRC及及絲杠

35、工況絲杠工況第二章第二章 機電一體化的單元技術(shù)機電一體化的單元技術(shù) 49滾珠絲杠副設(shè)計步驟滾珠絲杠副設(shè)計步驟 承載能力選擇，計算載荷FC FC KF KH KA Fmax KF 載荷系數(shù)，查表；KH 硬度系數(shù)，查表； KA 精度系數(shù)，查表； 驗算（穩(wěn)定性、剛度、傳動效率） 341067.1TncamFCaCaaCC 計算絲杠軸向最大動載荷 （N） 根據(jù) 查表，滿足 ），選擇合適型號的絲杠aCmax)3-2(FCoa 對于低速（n 10 r/min）或靜止狀態(tài)絲杠，只按最大靜載荷 計算即可oaC第二章第二章 機電一體化的單元技術(shù)機電一體化的單元技術(shù) 50載荷、硬度、精度系數(shù)第二章第二章 機電一體

36、化的單元技術(shù)機電一體化的單元技術(shù) 51壓桿穩(wěn)定性驗算壓桿穩(wěn)定性驗算 應保證絲杠實際承受載荷的能力Fk應不小于Fmax fk 壓桿穩(wěn)定的支承系數(shù)； E 鋼的彈性模量； I 絲杠小徑的截面慣性矩； K 壓桿穩(wěn)定安全系數(shù)。 22skkklEIfF兩端裝止推軸承和向心軸承時，一般不會發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象。第二章第二章 機電一體化的單元技術(shù)機電一體化的單元技術(shù) 52剛度驗算剛度驗算 滾珠絲杠在軸向力軸向力F的作用下將產(chǎn)生伸長或縮短，在扭矩扭矩M作用下將產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形而影響絲杠導程的變化，從而影響傳動精度和定位精度，故應驗算滿載時引起絲杠每個導導程程的變形量 （m）。0LGIMlESFlP22000L（拉壓） pL

37、lL0pLl0LL允L允L 要求 ，其中 已知或取絲杠傳動精度的1/2換算第二章第二章 機電一體化的單元技術(shù)機電一體化的單元技術(shù) 532.2.齒輪傳動齒輪傳動齒輪齒輪傳動的優(yōu)點為：瞬時傳動比為常數(shù)，并具傳動的優(yōu)點為：瞬時傳動比為常數(shù)，并具有結(jié)構(gòu)緊湊、傳動精確、強度大、能承受重載、有結(jié)構(gòu)緊湊、傳動精確、強度大、能承受重載、摩擦小、效率高。摩擦小、效率高。齒輪傳動部件是轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向的變換器。齒輪傳動部件是轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向的變換器。機電一體化系統(tǒng)中的機械傳動裝置不僅僅是用機電一體化系統(tǒng)中的機械傳動裝置不僅僅是用來解決伺服電機與負載間的來解決伺服電機與負載間的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩匹配問矩匹配問題，更

38、重要的是為了提高系統(tǒng)的伺服性能。題，更重要的是為了提高系統(tǒng)的伺服性能。第二章第二章 機電一體化的單元技術(shù)機電一體化的單元技術(shù) 54由于負載特性和工作條件的不同，最佳傳動比由于負載特性和工作條件的不同，最佳傳動比有各種各樣的選擇方法。有各種各樣的選擇方法。在伺服電機驅(qū)動負載的傳動系統(tǒng)中常用使在伺服電機驅(qū)動負載的傳動系統(tǒng)中常用使負載負載加速度最大原則加速度最大原則，以提高伺服系統(tǒng)的響應速度。，以提高伺服系統(tǒng)的響應速度。 圖2-1 伺服電機驅(qū)動齒輪系統(tǒng)的計算模型 mLJJi/mLJiJ2或或根據(jù)負載加速度最大原則確定總傳動比根據(jù)負載加速度最大原則確定總傳動比根據(jù)根據(jù)負載加速度最大負載加速度最大原則，

39、其最佳傳動比為：原則，其最佳傳動比為：mLmLFmLFJJTTTTi/)/(/2若若TLF0，則，則第二章第二章 機電一體化的單元技術(shù)機電一體化的單元技術(shù) 55第二章第二章 機電一體化的單元技術(shù)機電一體化的單元技術(shù) 563600li 開環(huán)控制系統(tǒng)開環(huán)控制系統(tǒng)傳動比傳動比i應滿足：應滿足： 步進電機步距角步進電機步距角l0 絲杠的基本導程絲杠的基本導程 系統(tǒng)脈沖當量系統(tǒng)脈沖當量按給定脈沖當量或伺服電機確定總傳動比按給定脈沖當量或伺服電機確定總傳動比第二章第二章 機電一體化的單元技術(shù)機電一體化的單元技術(shù) 57maxVlni0max閉環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)傳動比傳動比i應滿足：應滿足：nmax電機額

40、定轉(zhuǎn)速電機額定轉(zhuǎn)速 l0 絲杠的基本導程絲杠的基本導程Vmax最大移動速度最大移動速度按給定脈沖當量或伺服電機確定總傳動比按給定脈沖當量或伺服電機確定總傳動比第二章第二章 機電一體化的單元技術(shù)機電一體化的單元技術(shù) 58為保證減速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，滿足動態(tài)性為保證減速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，滿足動態(tài)性能和傳動精度的要求，其設(shè)計原則有以能和傳動精度的要求，其設(shè)計原則有以下下3種：種：等效轉(zhuǎn)動慣量最小原則等效轉(zhuǎn)動慣量最小原則重量最輕原則重量最輕原則輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則第二章第二章 機電一體化的單元技術(shù)機電一體化的單元技術(shù) 59 等效轉(zhuǎn)動慣量等效轉(zhuǎn)動慣量最小最小原則原則 小功率傳動裝置 大功

41、率傳動裝置2/212ii 3/11)2(ii 121) 12(21212nnniin), 3 , 2()2(21222/) 1(nkiinknk n級齒輪系各級傳動比通式為: (前小后大) (前小后大)第二章第二章 機電一體化的單元技術(shù)機電一體化的單元技術(shù) 60 重量最輕最小原則重量最輕最小原則 小功率傳動裝置 大功率傳動裝置niiii321. (各級相等) (前大后小)第二章第二章 機電一體化的單元技術(shù)機電一體化的單元技術(shù) 61 輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則 輸出軸上的總轉(zhuǎn)角誤差為各個齒輪轉(zhuǎn)角誤差折算到輸出輸出軸軸后的綜合 ：)/(1nklki4232211ii i二級齒輪系

42、 總轉(zhuǎn)角誤差取決于：n最末一級齒輪的轉(zhuǎn)角誤差n最末一級傳動比n傳動級數(shù)(前小后大) 第二章第二章 機電一體化的單元技術(shù)機電一體化的單元技術(shù) 62上述三項原則的選擇，應根據(jù)具體的工作條件而定：上述三項原則的選擇，應根據(jù)具體的工作條件而定： 對于以對于以提高傳動精度和減小回程誤差提高傳動精度和減小回程誤差為主的降速為主的降速齒輪傳動鏈，可按輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則設(shè)計。齒輪傳動鏈，可按輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則設(shè)計。 對于要求對于要求運動平穩(wěn)、啟停頻繁和動態(tài)性能好運動平穩(wěn)、啟停頻繁和動態(tài)性能好的伺的伺服降速傳動鏈，可按最小等效傳動慣量和輸出軸轉(zhuǎn)服降速傳動鏈，可按最小等效傳動慣量和輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則進

43、行設(shè)計。角誤差最小原則進行設(shè)計。 對于對于要求重量盡可能輕要求重量盡可能輕的降速傳動鏈，可按重量的降速傳動鏈，可按重量最輕原則進行設(shè)計。最輕原則進行設(shè)計。 對于傳動比很大的齒輪傳動鏈，應把定軸輪系和對于傳動比很大的齒輪傳動鏈，應把定軸輪系和行星輪系結(jié)合使用。對于相當大的傳動比，并且要行星輪系結(jié)合使用。對于相當大的傳動比，并且要求傳動精度高、功率大、效率高、傳動平穩(wěn)、體積求傳動精度高、功率大、效率高、傳動平穩(wěn)、體積小、重量輕等，可以選用新型的諧波齒輪傳動。小、重量輕等，可以選用新型的諧波齒輪傳動。 第二章第二章 機電一體化的單元技術(shù)機電一體化的單元技術(shù) 63第二章第二章 機電一體化的單元技術(shù)機電

44、一體化的單元技術(shù) 64第二章第二章 機電一體化的單元技術(shù)機電一體化的單元技術(shù) 65第二章第二章 機電一體化的單元技術(shù)機電一體化的單元技術(shù) 66特點：特點：承載能力承載能力有限，有限，適用于適用于負荷不大的傳動裝置負荷不大的傳動裝置中中。另外。另外彈簧彈簧的拉的拉力要足以能克服最大扭矩，否則起不到消隙力要足以能克服最大扭矩，否則起不到消隙作用作用。這種方法這種方法中中齒齒側(cè)側(cè)間間隙隙可可自動自動消除（補償消除（補償），），能能始終始終保持無間隙嚙合保持無間隙嚙合，是，是一一種種柔性調(diào)整法柔性調(diào)整法。第二章第二章 機電一體化的單元技術(shù)機電一體化的單元技術(shù) 673）諧波齒輪傳動）諧波齒輪傳動諧波齒輪

45、傳動是由美國學者麥塞爾發(fā)明的一種具諧波齒輪傳動是由美國學者麥塞爾發(fā)明的一種具有重大突破的傳動技術(shù)，其原理是依靠柔性齒輪有重大突破的傳動技術(shù)，其原理是依靠柔性齒輪所產(chǎn)生的可控制彈性變形波，引起齒間的相對位所產(chǎn)生的可控制彈性變形波，引起齒間的相對位移來傳遞動力和運動的移來傳遞動力和運動的。國內(nèi)國內(nèi)19781978年研究成功了諧波傳動減速器，并成功年研究成功了諧波傳動減速器，并成功地應用在發(fā)射機調(diào)諧機構(gòu)件中。地應用在發(fā)射機調(diào)諧機構(gòu)件中。19801980年該項成果年該項成果榮獲了電子工業(yè)部優(yōu)秀科技成果榮獲了電子工業(yè)部優(yōu)秀科技成果獎獎。第二章第二章 機電一體化的單元技術(shù)機電一體化的單元技術(shù) 68（1）工

46、作原理及結(jié)構(gòu)）工作原理及結(jié)構(gòu) 主要由波發(fā)生器、柔輪、主要由波發(fā)生器、柔輪、剛輪組成。剛輪組成。 第二章第二章 機電一體化的單元技術(shù)機電一體化的單元技術(shù) 69減速器：波發(fā)生器為主動件，剛輪和柔輪之一為從動件，減速器：波發(fā)生器為主動件，剛輪和柔輪之一為從動件，另一個為固定件。另一個為固定件。增速器：剛輪和柔輪之一為主動件，另一個為固定件，增速器：剛輪和柔輪之一為主動件，另一個為固定件，波發(fā)生器為從動件。波發(fā)生器為從動件。雙波發(fā)生器雙波發(fā)生器諧波齒輪傳動第二章第二章 機電一體化的單元技術(shù)機電一體化的單元技術(shù) 70諧波齒輪傳動第二章第二章 機電一體化的單元技術(shù)機電一體化的單元技術(shù) 71優(yōu)點：優(yōu)點：n傳

47、動比大傳動比大n承載能力大承載能力大n傳動精度高傳動精度高n齒側(cè)間隙小齒側(cè)間隙小n傳動平穩(wěn)傳動平穩(wěn)n傳動效率高傳動效率高n結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕缺點：缺點：n傳動比下限值較高傳動比下限值較高n不能做成交叉軸和相交軸不能做成交叉軸和相交軸的結(jié)構(gòu)。的結(jié)構(gòu)。n柔輪承受較大的交變載荷，柔輪承受較大的交變載荷，對柔輪材料的抗疲勞強度、對柔輪材料的抗疲勞強度、加工和熱處理要求較高，加工和熱處理要求較高，工藝復雜工藝復雜應用 機器人、機床分度機構(gòu)、雷達、航空航天設(shè)備第二章第二章 機電一體化的單元技術(shù)機電一體化的單元技術(shù) 72第二章第二章 機電一體化的單元技術(shù)機電一體化的單元技術(shù) 7

48、33.3.撓性傳動撓性傳動(1)同步帶傳動同步帶傳動 同步齒形帶，是一種新型的帶傳動。它是利用同步帶的齒形與帶輪的輪齒依次相嚙合傳遞運動或動力。特點：傳動比準確，傳動效率高、能吸振、噪音小、傳動平穩(wěn)、能高速傳動、維護保養(yǎng)方便。缺點：安裝精度要求高、中心距要求嚴格，具有一定蠕變性。第二章第二章 機電一體化的單元技術(shù)機電一體化的單元技術(shù) 741 1）同步帶）同步帶根據(jù)齒形的不同，同步齒形帶可以分成兩種： 一種是梯形齒同步帶，另一種是圓弧齒同步帶。（a）梯形齒）梯形齒（b）圓弧齒）圓弧齒（c）齒形帶的結(jié)構(gòu)）齒形帶的結(jié)構(gòu)1-強力層，強力層，2-帶齒，帶齒，3-帶背帶背第二章第二章 機電一體化的單元技術(shù)

49、機電一體化的單元技術(shù) 752 2）同步帶輪）同步帶輪同步帶輪一般由鋼、鋁合金、灰鑄鐵、黃銅和工程塑料等材料制造。其中灰鑄鐵應用最廣，小功率傳動的帶輪一般用鑄鋁或工程塑料。第二章第二章 機電一體化的單元技術(shù)機電一體化的單元技術(shù) 762 2）同步帶輪）同步帶輪3 3）同步帶傳動的設(shè)計計算步驟）同步帶傳動的設(shè)計計算步驟已知條件：已知條件：需要傳遞的名義功率需要傳遞的名義功率p pm m主從主從動輪的轉(zhuǎn)速動輪的轉(zhuǎn)速n n1 1、n n2 2或傳動比或傳動比設(shè)計步驟：設(shè)計步驟：1）確定帶的設(shè)計功率）確定帶的設(shè)計功率2）選擇帶型和節(jié)距）選擇帶型和節(jié)距3）確定帶輪齒數(shù)和節(jié)圓直徑）確定帶輪齒數(shù)和節(jié)圓直徑4）確

50、定同步帶的節(jié)線長度、）確定同步帶的節(jié)線長度、帶帶齒數(shù)及傳動中心距齒數(shù)及傳動中心距5）檢驗同步帶和小帶輪的嚙合齒數(shù)）檢驗同步帶和小帶輪的嚙合齒數(shù)6）確定實際所需同步帶寬度）確定實際所需同步帶寬度7）帶的工作能力驗算）帶的工作能力驗算第二章第二章 機電一體化的單元技術(shù)機電一體化的單元技術(shù) 77第二章第二章 機電一體化的單元技術(shù)機電一體化的單元技術(shù) 783.3.撓性傳動撓性傳動(2)鋼帶傳動鋼帶傳動特點：鋼帶與帶輪間接觸面積大、無間隙、摩擦阻力大、特點：鋼帶與帶輪間接觸面積大、無間隙、摩擦阻力大、無滑動、結(jié)構(gòu)簡單緊湊、運行可靠、噪聲低、驅(qū)動力大、無滑動、結(jié)構(gòu)簡單緊湊、運行可靠、噪聲低、驅(qū)動力大、壽命

51、長、鋼帶無蠕變。壽命長、鋼帶無蠕變。 (3)繩輪傳動繩輪傳動 優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、傳動剛度大、結(jié)構(gòu)柔軟、成本低、噪優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、傳動剛度大、結(jié)構(gòu)柔軟、成本低、噪聲低聲低缺點：帶輪大、安裝面積大、加速度不易太高，有蠕變。缺點：帶輪大、安裝面積大、加速度不易太高，有蠕變。第二章第二章 機電一體化的單元技術(shù)機電一體化的單元技術(shù) 793.3.撓性傳動撓性傳動第二章第二章 機電一體化的單元技術(shù)機電一體化的單元技術(shù) 804 4. .間歇傳動間歇傳動間歇傳動部件可將輸入的連續(xù)運動轉(zhuǎn)換為間歇間歇傳動部件可將輸入的連續(xù)運動轉(zhuǎn)換為間歇運動。運動。常用的間歇傳動：常用的間歇傳動： 1 1）棘輪傳動）棘輪傳動 2 2）

52、槽輪傳動）槽輪傳動 3 3）蝸形凸輪傳動）蝸形凸輪傳動基本要求：基本要求： 移位迅速、移位過程中無沖擊、停位準確可靠移位迅速、移位過程中無沖擊、停位準確可靠 第二章第二章 機電一體化的單元技術(shù)機電一體化的單元技術(shù) 814 4. .間歇傳動間歇傳動1 1）棘輪傳動）棘輪傳動特點：結(jié)構(gòu)簡單，制造容易。但傳動有噪聲，易特點：結(jié)構(gòu)簡單，制造容易。但傳動有噪聲，易磨損。磨損。棘爪往復一次推過的棘輪齒棘爪往復一次推過的棘輪齒數(shù)與棘輪轉(zhuǎn)角的關(guān)系如下：數(shù)與棘輪轉(zhuǎn)角的關(guān)系如下：zko/360 棘輪回棘輪回轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角k棘爪往復一次推過的棘輪齒數(shù)棘爪往復一次推過的棘輪齒數(shù)z z 棘輪齒數(shù)棘輪齒數(shù)第二章第二章 機電一體

53、化的單元技術(shù)機電一體化的單元技術(shù) 824 4. .間歇傳動間歇傳動1 1）棘輪傳動）棘輪傳動（a）外外齒齒式式（b）內(nèi)齒式內(nèi)齒式（c）端齒式端齒式第二章第二章 機電一體化的單元技術(shù)機電一體化的單元技術(shù) 834 4. .間歇傳動間歇傳動2 2）槽槽輪輪傳動傳動優(yōu)點：優(yōu)點：n結(jié)構(gòu)簡單結(jié)構(gòu)簡單n轉(zhuǎn)位迅速轉(zhuǎn)位迅速n從動件短時間內(nèi)轉(zhuǎn)從動件短時間內(nèi)轉(zhuǎn)過的角度大過的角度大n傳動效率高傳動效率高n轉(zhuǎn)位和靜止時間之轉(zhuǎn)位和靜止時間之比為恒值比為恒值缺點：缺點：n有沖擊，定位精度不高，制造裝配精度要求較高有沖擊，定位精度不高，制造裝配精度要求較高第二章第二章 機電一體化的單元技術(shù)機電一體化的單元技術(shù) 844 4.

54、.間歇傳動間歇傳動3 3）蝸形凸輪蝸形凸輪傳動傳動特點：特點：n能夠得到在實際中所能遇到的任意能夠得到在實際中所能遇到的任意的轉(zhuǎn)位時間與靜止時間之比，其工的轉(zhuǎn)位時間與靜止時間之比，其工作時間系數(shù)比槽輪機構(gòu)小作時間系數(shù)比槽輪機構(gòu)小n能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)盤所要求的各種運動規(guī)能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)盤所要求的各種運動規(guī)律律n能夠用于工位數(shù)較多的設(shè)備上能夠用于工位數(shù)較多的設(shè)備上n凸輪棱邊的定位精度已經(jīng)能滿足要凸輪棱邊的定位精度已經(jīng)能滿足要求，不需加其它定位裝置求，不需加其它定位裝置n剛度高剛度高n裝配方便裝配方便n加工工作量大，成本高加工工作量大，成本高第二章第二章 機電一體化的單元技術(shù)機電一體化的單元技術(shù) 85四、機械導向

55、機構(gòu)四、機械導向機構(gòu)功用：使運動部件沿一定的軌跡運動（功用：使運動部件沿一定的軌跡運動（導向?qū)颍ⅲ⒊惺苓\動部件上的載荷（承受運動部件上的載荷（支承支承）。）。導軌副（簡稱導軌），包括兩部分組成：導軌副（簡稱導軌），包括兩部分組成：支承導軌（靜導軌）支承導軌（靜導軌）運動導軌（動導軌）運動導軌（動導軌） 第二章第二章 機電一體化的單元技術(shù)機電一體化的單元技術(shù) 86（一）概述（一）概述導軌的基本要求導軌的基本要求導向精度高導向精度高耐磨性好耐磨性好疲勞和壓潰疲勞和壓潰足夠的剛度足夠的剛度低速運動平穩(wěn)性低速運動平穩(wěn)性結(jié)構(gòu)工藝性好結(jié)構(gòu)工藝性好對溫度的敏感性小對溫度的敏感性小第二章第二章 機電

56、一體化的單元技術(shù)機電一體化的單元技術(shù) 87導軌種類導軌種類（1）按其接觸面的摩擦性質(zhì)可分為：）按其接觸面的摩擦性質(zhì)可分為：滑動導軌、滾動導軌、流體介質(zhì)摩擦導軌滑動導軌、滾動導軌、流體介質(zhì)摩擦導軌（2）按其結(jié)構(gòu)特點可分為：）按其結(jié)構(gòu)特點可分為：開式開式-借助重力或彈簧彈力保證運動件與承導借助重力或彈簧彈力保證運動件與承導面之間的接觸面之間的接觸閉式閉式-只靠導軌本身的結(jié)構(gòu)形狀保證運動件與只靠導軌本身的結(jié)構(gòu)形狀保證運動件與承導面之間的接觸承導面之間的接觸第二章第二章 機電一體化的單元技術(shù)機電一體化的單元技術(shù) 88導軌副的設(shè)計要點導軌副的設(shè)計要點（1）根據(jù)工作條件，選擇合適的導軌類型）根據(jù)工作條件，

57、選擇合適的導軌類型（2）選擇導軌的截面形狀，以保證導向精度選擇導軌的截面形狀，以保證導向精度（3）選擇適當?shù)膶к壗Y(jié)構(gòu)及尺寸）選擇適當?shù)膶к壗Y(jié)構(gòu)及尺寸（4）選擇導軌的補償及調(diào)整裝置）選擇導軌的補償及調(diào)整裝置（5）選擇合理的耐磨涂料、潤滑方法和防護裝置）選擇合理的耐磨涂料、潤滑方法和防護裝置（6）制訂保證導軌所必需的技術(shù)條件）制訂保證導軌所必需的技術(shù)條件第二章第二章 機電一體化的單元技術(shù)機電一體化的單元技術(shù) 89（二）滾動直線導軌（二）滾動直線導軌一種以滾動體做循環(huán)運動的滾動導軌，主要由一種以滾動體做循環(huán)運動的滾動導軌，主要由導軌、滑塊、滾動體等導軌、滑塊、滾動體等組成。組成。在導軌與滑塊之間放置

58、若干在導軌與滑塊之間放置若干滾動體滾動體（滾珠、滾（滾珠、滾柱、滾針），使其摩擦性質(zhì)成為柱、滾針），使其摩擦性質(zhì)成為滾動摩擦滾動摩擦。當滑塊移動時，滑塊內(nèi)的當滑塊移動時，滑塊內(nèi)的 滾珠在導軌上的圓弧溝槽滾珠在導軌上的圓弧溝槽 滾動并形成循環(huán)。滾動并形成循環(huán)。第二章第二章 機電一體化的單元技術(shù)機電一體化的單元技術(shù) 90滾動直線導軌的特點滾動直線導軌的特點l承載能力大承載能力大l剛性強剛性強l壽命長壽命長l傳動平穩(wěn)可靠傳動平穩(wěn)可靠l具有結(jié)構(gòu)自調(diào)整能力具有結(jié)構(gòu)自調(diào)整能力第二章第二章 機電一體化的單元技術(shù)機電一體化的單元技術(shù) 91滾動直線導軌的分類滾動直線導軌的分類 1按滾動體的形狀分按滾動體的形狀分

59、：鋼珠式和滾柱式兩種鋼珠式和滾柱式兩種2按導軌截面形狀分：矩形和梯形兩種按導軌截面形狀分：矩形和梯形兩種 3按滾道溝槽形狀分按滾道溝槽形狀分：單圓弧和雙圓弧兩種，單圓單圓弧和雙圓弧兩種，單圓弧溝糟為兩點接觸，雙圓弧溝槽為四點接觸弧溝糟為兩點接觸，雙圓弧溝槽為四點接觸第二章第二章 機電一體化的單元技術(shù)機電一體化的單元技術(shù) 92（三）（三） 塑料導軌塑料導軌塑料導軌是在滑動導軌上鑲裝塑料而成的，提高了導塑料導軌是在滑動導軌上鑲裝塑料而成的，提高了導軌的抗振性、耐磨性、低速運動平穩(wěn)性。軌的抗振性、耐磨性、低速運動平穩(wěn)性。1、塑料導軌軟帶、塑料導軌軟帶n貼塑導軌，用于與鑄鐵導軌或淬硬的鋼導軌相配合的貼

60、塑導軌，用于與鑄鐵導軌或淬硬的鋼導軌相配合的動導軌上貼一層塑料導軌軟帶。動導軌上貼一層塑料導軌軟帶。n這種導軌軟帶的材料以聚四氟乙烯為基體，加入青銅這種導軌軟帶的材料以聚四氟乙烯為基體，加入青銅粉、二硫化鉬和石墨等填充劑混合燒結(jié)，并做成軟帶。粉、二硫化鉬和石墨等填充劑混合燒結(jié)，并做成軟帶。n常用有兩種：美國常用有兩種：美國Shanban公司研制的公司研制的Turcite-B和我和我國研制的國研制的FSF軟帶。軟帶。n特點特點 ：摩擦系數(shù)低而穩(wěn)定，動靜摩擦系數(shù)相近，吸收摩擦系數(shù)低而穩(wěn)定，動靜摩擦系數(shù)相近，吸收振動，耐磨性好，化學穩(wěn)定性好，維護修理方便，經(jīng)濟振動，耐磨性好，化學穩(wěn)定性好，維護修理方