西安工业学院:机电系统设计_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:4m / 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
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