新疆大学：《机电一体化技术》课程教学课件（PPT讲稿）第二章 机械系统设计

第二章机械系统设计 内容提要 机电一体化技术基础第二章机械系统设计 注：本章是本课程的重点之一，主要内容包括： 机电一体化对机械系统的要求 机械系统的三大组成 传动机构的设计 导向机构的设计 执行机构的设计

内容提要 注：本章是本课程的重点之一，主要内容包括： ❖ 机电一体化对机械系统的要求 ❖ 机械系统的三大组成 ❖ 传动机构的设计 ❖ 导向机构的设计 ❖ 执行机构的设计 第二章 机械系统设计

第二章机械系统设计 第一节概述 机电一体化技术基础第二章机械系统设计 第三节传动机构设计 第三节导向机构设计 第四节执行机构设计

➢ 第一节 概述 ➢ 第二节 传动机构设计 ➢ 第三节 导向机构设计 ➢ 第四节 执行机构设计 第二章 机械系统设计

第一节概述 ·机电一体化机械系统是由计算机信息网络协调与控 电一 制的，用于完成包括机械力、运动和能量流等动力 学任务的机械和（或）机电部件相互联系的系统。其核 心是由计算机控制的，包括机械、电力、电子、液 化技术基础第二章 压、光学等技术的同服系统，它的主要功能是完成 一系列机械运动。 每一个机械运动可单独由控制电动机、传动机构和 执行机构组成的子系统来完成，而这些子系统要由 机械系统设计 计算机协调和控制，以完成其功能要求。因此机电 一体化机械系统的设计要考虑产品的总体布局、机 构选型、结构造型的合理化和最优化

❖ 机电一体化机械系统是由计算机信息网络协调与控 制的，用于完成包括机械力、运动和能量流等动力 学任务的机械和(或)机电部件相互联系的系统。其核 心是由计算机控制的，包括机械、电力、电子、液 压、光学等技术的伺服系统，它的主要功能是完成 一系列机械运动。 ❖ 每一个机械运动可单独由控制电动机、传动机构和 执行机构组成的子系统来完成，而这些子系统要由 计算机协调和控制，以完成其功能要求。因此机电 一体化机械系统的设计要考虑产品的总体布局、机 构选型、结构造型的合理化和最优化。 第一节 概 述

第一节概述 一、 机电一体化对机械系统的基本要求 高精度精度直接影响产品的质量，尤其是机电一体化产品， 电一体化技术基础第二章机桃系统设计 基技术性能、工艺水平和功熊比背通的机械产品都有很大的 提高，因此机电一体化机械系统的高精度是其首要的要求。 2.快速响应即要求机械系统从接到指令到开始执行指令指定的 任务之间的时间间隔短。 3.良好的稳定性即要求机械系统的工作性能不受外界环境的影 响，抗干扰能力强。 此外还要求机械系统具有较大的刚度、良好的可靠性和 重量轻、体积小、筹命长

一、机电一体化对机械系统的基本要求 l. 高精度 精度直接影响产品的质量，尤其是机电一体化产品， 其技术性能、工艺水平和功能比普通的机械产品都有很大的 提高，因此机电一体化机械系统的高精度是其首要的要求。 2. 快速响应 即要求机械系统从接到指令到开始执行指令指定的 任务之间的时间间隔短。 3. 良好的稳定性 即要求机械系统的工作性能不受外界环境的影 响，抗干扰能力强。 此外还要求机械系统具有较大的刚度、良好的可靠性和 重量轻、体积小、寿命长。 第一节 概 述

第一节概述 二、机械系统的组成 电一 机电一体化机械系统应包括如下三大部分机构 1.传动机构机电一体化机械系统中的传动机构不仅 仅是转速和转矩的变换器，而是已成为伺服系统的 化技术基础第二章机械系统设计 一部分. 2.导向机构其作用是支承和导向，为机械系统中各运 动装置能安全、准确地完成其特定方向的运动提供 保障。 3.执行机构它是用以完成操作任务的

二、机械系统的组成 机电一体化机械系统应包括如下三大部分机构 1. 传动机构 机电一体化机械系统中的传动机构不仅 仅是转速和转矩的变换器，而是已成为伺服系统的 一部分. 2. 导向机构 其作用是支承和导向，为机械系统中各运 动装置能安全、准确地完成其特定方向的运动提供 保障。 3. 执行机构 它是用以完成操作任务的。 第一节 概 述

第二节传动机构设计 、传动机构性能要求 1.转动惯量小在不影响机械系统刚度的前提下，传动机构的质量 电一体化技术基础 和转动惯量应尽量减小。否则，转动惯量大会对系统造成不良影 响，机械负载增大，系统响应速度降低，灵敏度下降，系统固有 频率减小，容易产生谐振。所以在设计传动机构时应尽量减小转 动惯量。J心d州 2.刚度大刚度是使弹性体产生单位变形量所需的作用力。大刚度 二章 对机械系统而言是有利的： ①同服系统动力损失随之减小。 机械系统设计 ②机构固有频率高，超出机构的频带宽度，使之不易产生共振。 ③增加闭环伺服系统的稳定性

一、传动机构性能要求 1．转动惯量小 在不影响机械系统刚度的前提下，传动机构的质量 和转动惯量应尽量减小。否则，转动惯量大会对系统造成不良影 响，机械负载增大，系统响应速度降低，灵敏度下降，系统固有 频率减小，容易产生谐振。所以在设计传动机构时应尽量减小转 动惯量。J∝d 4 2．刚度大 刚度是使弹性体产生单位变形量所需的作用力。大刚度 对机械系统而言是有利的： ①伺服系统动力损失随之减小。 ②机构固有频率高，超出机构的频带宽度，使之不易产生共振。 ③增加闭环伺服系统的稳定性。 第二节 传动机构设计

第二节传动机构设计 、传动机构性能要求 电一 3. 阻尼合适机械系统产生振动时，系统的阻尼越大， 其最大振幅就越小且衰减也越快， 但大阻尼也会使 系统的稳态误差增大、精度降低。所以设计时，传 化技术基础第二章机械系统设计 动机构的阻尼要选择适当。 此外还要求摩擦小（提高机构的灵敏度）、抗振性 好（提高机构的稳定性）、间隙小（保证机构的传动精 度)，特别是其动态特性应与伺服电动机等其它环节 的动态特性相匹配

一、传动机构性能要求 3．阻尼合适 机械系统产生振动时，系统的阻尼越大， 其最大振幅就越小且衰减也越快，但大阻尼也会使 系统的稳态误差增大、精度降低。所以设计时，传 动机构的阻尼要选择适当。 此外还要求摩擦小(提高机构的灵敏度)、抗振性 好(提高机构的稳定性)、间隙小(保证机构的传动精 度)，特别是其动态特性应与伺服电动机等其它环节 的动态特性相匹配。 第二节 传动机构设计

第二节传动机构设计 机 二、 无侧隙齿轮传动机构 由于齿轮传动的瞬时传动比为常数，传动精确度高， 零侧隙无回差，强度大能承受重载，结构紧凑，摩 擦力小和效率高等原因，齿轮传动副成为在机电一 化技术基础第二章机械系统设计 体化机械系统中目前使用最多的传动机构 必 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

二、无侧隙齿轮传动机构 ❖ 由于齿轮传动的瞬时传动比为常数，传动精确度高， 零侧隙无回差，强度大能承受重载，结构紧凑，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。 第二节 传动机构设计

第二节传动机构设计 二、 无侧隙齿轮传动机构 机电一体化技术基础第二章机械系统设计 之

二、无侧隙齿轮传动机构 第二节 传动机构设计

第二节传动机构设计 机 (一)直齿圆柱齿轮传动机构 1.偏心轴套调整法 转动偏心轴套1可以调整两啮合齿轮的中心距，从而 体化技术基础 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 二章机械系统设计 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

(一)直齿圆柱齿轮传动机构 1. 偏心轴套调整法 ❖ 转动偏心轴套1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 第二节 传动机构设计