《机电一体化系统设计》课程教学资源（PPT课件）第三章 机电系统机械设计技术

第三章 机电系机城计术 机电一体化系统中的机械设计要遵循机电结合、机电互补 的原则,满足高精度、快速响应速度和稳定性的要求。具体包 括两大部分的内容:一是机械传动装置的设计,一是机械 结构的设计 滚珠丝杠传动 无侧隙齿轮传动 机械传动装置设计〈谐波齿轮传动 同步齿形带传动 机械设计技术 膜片弹性联轴器 导轨设计 机械结构设计支承装置 主轴组件设计

第三章 机电系统机械设计技术 机电一体化系统中的机械设计要遵循机电结合、机电互补 的原则，满足高精度、快速响应速度和稳定性的要求。具体包 括两大部分的内容：一是机械传动装置的设计，一是机械 结构的设计。 机械设计技术 机械传动装置设计 机械结构设计 滚珠丝杠传动 无侧隙齿轮传动 谐波齿轮传动 同步齿形带传动 膜片弹性联轴器 导轨设计 支承装置 主轴组件设计

.机械传动装置概述 、传动装置功能及性能要求 为能:传递运动(速度、位移)和动力(力、力矩) 增速或减速;变速; 动力机的动力传递给执 改变运动规律或形式 行机的驱动力(力矩) 机电一体化系统的传动装置是伺服系统的一部分,通过 控制装置,使机械传动部分与伺服电动机的动态特性相匹配, 并且满足传动精度、定位精度高,响应速度快,速度的稳定性 好 性能要满足以下几个方面: 1、转动惯量(J)小 转动惯量大对系统造成不良影响,使机械负载变大,系统响应 速度降低,灵敏度下降,但是J小不应影响机械系统的刚度

3.1 机械传动装置概述 一、传动装置功能及性能要求 功能：传递运动（速度、位移）和动力（力、力矩） 增速或减速；变速； 改变运动规律或形式 动力机的动力传递给执 行机的驱动力(力矩） 机电一体化系统的传动装置是伺服系统的一部分，通过 控制装置，使机械传动部分与伺服电动机的动态特性相匹配， 并且满足传动精度、定位精度高，响应速度快，速度的稳定性 好。 性能要求满足以下几个方面： 1、转动惯量（ J ）小 转动惯量大对系统造成不良影响，使机械负载变大，系统响应 速度降低，灵敏度下降，但是 J 小不应影响机械系统的刚度

2、刚度(K)大 刚度是指弹性体抵抗变形的能力,或产生单位弹性变形量所 需要的作用力。 大的刚度对机械系统是有利的,可增大机构固有频率,不易 产生共振,增加伺服系统的稳定性 3、阻尼(B)合适 =/K 系统产生振动时,B越大,振幅越小,衰减越快,但稳态误 差增大,精度降低。 阻尼比为:=B 2√mK 2>1过阻尼系统 2=1临界阻尼系统般取04<5<0.8 2<1欠阻尼系统

2、刚度（ K ）大 刚度是指弹性体抵抗变形的能力，或产生单位弹性变形量所 需要的作用力。 大的刚度对机械系统是有利的，可增大机构固有频率，不易 产生共振，增加伺服系统的稳定性。 3、阻尼（B ）合适 系统产生振动时，B 越大，振幅越小，衰减越快，但稳态误 差增大，精度降低。 阻尼比为： m K  = mK B 2  =   1  = 1   1 过阻尼系统 临界阻尼系统 欠阻尼系统 一般取 0.4    0.8

二、传动装置的类型 按工作原理分为: 啮合传动(齿轮传动、齿形带传动) 机械传动了摩擦传动(带传动、钢丝绳传动) 推动传动(凸轮连杆机构) 液压传动 流体传动了气压传动 液力传动 交流电力传动 电力传动直流电力传动 交、直流电力传动 磁力传动

二、传动装置的类型 按工作原理分为： 啮合传动(齿轮传动、齿形带传动) 摩擦传动(带传动、钢丝绳传动) 推动传动(凸轮连杆机构) 机械传动 液压传动 气压传动 液力传动 流体传动 交流电力传动 直流电力传动 交、直流电力传动 电力传动 磁力传动

按输出速废情况分为: 转速恒定传动 转速可调传动 32派磔丝杜(或蒎动螺旋)传动 、工作原理与结构形式 丝杠和螺母的螺纹滚道间置滚珠,当丝杠或螺母转动 时,滚珠沿螺纹滚道滚动,使丝杠和螺母作相对运动时为 滚动摩擦 在螺母(或丝杠)上有滚珠返回的通道,与螺纹滚道 形成循环回路,使滚珠在螺母滚道内循环。 结构形式(按浠珠的循环方式不同): 内循环类型 外循环类型

按输出速度情况分为： 转速恒定传动 转速可调传动 3.2 滚珠丝杠（或滚动螺旋）传动 一、工作原理与结构形式 丝杠和螺母的螺纹滚道间置滚珠，当丝杠或螺母转动 时，滚珠沿螺纹滚道滚动，使丝杠和螺母作相对运动时为 滚动摩擦。 在螺母（或丝杠）上有滚珠返回的通道，与螺纹滚道 形成循环回路，使滚珠在螺母滚道内循环。 结构形式（按滚珠的循环方式不同）： ➢内循环类型 ➢外循环类型

224 a 图2-56滚动螺旋传动 a)外循环b)内循环 角图位1爆母2钢球3-求器、反向器4爆 外循环:多圈一个循环,在循环过程内循环:一圈一个循环,在循环过 部分滚珠与丝杠脱离接触 程中滚珠与丝杠始终不脱离接触

外循环：多圈一个循环，在循环过程 中一部分滚珠与丝杠脱离接触 内循环：一圈一个循环，在循环过 程中滚珠与丝杠始终不脱离接触

、滚珠丝杠的特点 ten 1、传动效率高 g 77 g(2+q) 其中:中径处的螺旋升角 卯当量摩擦角(8′-12′) 般而言,摩擦系数较小=gq=0.0025-00035 因此,效率很高,可达90%-95% 2、运动具有可逆性 回转运动变直线运动 正传动 直线运动变回转运动 逆传动 3、传动精度高 轴向定位精度 精度 误差:41m/300mm 进给精度

二、滚珠丝杠的特点 1、传动效率高 3、传动精度高 精度 ( )   + = tg tg 其中： 中径处的螺旋升角 当量摩擦角 （ ） 一般而言，摩擦系数较小 因此，效率很高，可达90%-95%。 2、运动具有可逆性 回转运动变直线运动 正传动 直线运动变回转运动 逆传动 λ  8 −12  = tg = 0.0025− 0.0035 轴向定位精度 进给精度 误差：4m / 300m m

4、磨损小,使用寿命长 滚珠、滚道、丝杠、螺母都经过淬火、硬化处理HRC58-65 5、不能自锁 垂直安装时,当运动停止后,螺母在重力作用下下滑,故 需设置制动装置,如图示 ■■国

4、磨损小，使用寿命长 滚珠、滚道、丝杠、螺母都经过淬火、硬化处理HRC58-65。 5、不能自锁 垂直安装时，当运动停止后，螺母在重力作用下下滑，故 需设置制动装置，如图示

6、制造工艺复杂,成本高 轴向间隙的调整 滚珠与螺母原有的间隙 轴向间隙包括两部分 承载时滚珠与滚道弹性变形引起的间隙 当丝杠改变转动方向时,间隙会使运动产生空程,从而影响机 构的传动精度。 通常采用双螺母预紧的方法消除间隙,提高刚度。 三种结构形式 垫片调隙式 ◇螺纹调隙式 齿差调隙式 ◇变位螺距调隙式

6、制造工艺复杂，成本高 三、轴向间隙的调整 轴向间隙包括两部分 滚珠与螺母原有的间隙 承载时滚珠与滚道弹性变形引起的间隙 当丝杠改变转动方向时，间隙会使运动产生空程，从而影响机 构的传动精度。 通常采用双螺母预紧的方法消除间隙，提高刚度。 三种结构形式： ❖ 垫片调隙式 ❖ 螺纹调隙式 ❖ 齿差调隙式 ❖ 变位螺距调隙式

1、垫片调隙式 调整垫片厚度,使螺母产生轴向位移,该形式结构简单,调 整方便,应用广,但仅适用于一般精度机构 2、螺纹调隙式 通过圆螺母调整,消除间隙并产生预紧力,再用锁紧螺母锁 紧,结构紧凑,调整方便。 图2-18垫片调隙式 图2-19螺纹调隙式 1一螺母2一垫片 1、2、3-螺母4键

1、垫片调隙式 调整垫片厚度，使螺母产生轴向位移，该形式结构简单，调 整方便，应用广，但仅适用于一般精度机构。 2、螺纹调隙式 通过圆螺母调整，消除间隙并产生预紧力，再用锁紧螺母锁 紧，结构紧凑，调整方便