第章机械系统设计技术

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1、第2章机械系统设计技术机械设计概述1传动机构的设计支撑导向部件的设计执行机构的设计部件应用实例23453 本章学习目标1、了解机械设计的基本知识2、常用机械零件设计的基本理论和基本方法3、相关标准、规范的选用选择4、机械零件优化设计的思维模式 2.1机械设计概述n机电一体化对机械系统的要求Ø高精度精度直接影响产品的质量，如果机械系统的精度不能满足要求，则无论机电一体化产品其它系统工作再精确，也无法完成其预定的机械操作。Ø快速响应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。Ø良好的稳定性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。 2.1机械

2、设计概述n机械系统的组成Ø传动机构Ø导向机构Ø执行机构 2.1机械设计概述n机械系统的组成Ø传动机构传统的机械传动是一种把动力机产生的运动和动力传递给执行机构的中间装置，是一种扭矩和转速的变换器，其目的是使驱动电动机与负载之间在扭矩和转速上得到合理的匹配。在机电一体化系统中，普遍采用计算机控制和具有动力、变速与执行等多重功能的伺服电动机。 2.1机械设计概述n机械系统的组成Ø导向机构不仅要支承、固定和联接系统中的其它零部件，还要保证这些零部件之间的相互位置要求和相对运动的精度要求，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。Ø执行机构最终完成操作任

3、务的部分。执行机构根据操作指令的要求在动力源的带动下，完成预定的操作。与传统的执行机构相比，机电一体化系统的简化了机械执行机构，而充分发挥计算机的协调和控制功能。 2.1机械设计概述n机械参数对系统性能的影响Ø刚度：减小产品本体的振动，降低噪声，保证执行精度。Ø惯量：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。Ø摩擦：降低机械系统阻力，提高系统的快速响应性。Ø传动误差Ø谐振频率 2.2传动机构的设计n传动结构设计要求传动类型、传动方式、传动刚性以及传动的可靠性对系统的精度、稳定性和快速响应性有重大影响。Ø高精

4、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。如果机械系统的精度不能满足要求，则无论机电一体化产品其它系统工作怎样精确，也无法完成其预定的机械操作。Ø高刚度采用高刚性支撑或架体，以减小产品本体的振动，降低噪声；为高精度的执行机构提供良好的支撑，保证执行精度。 2.2传动机构的设计n传动结构设计要求Ø低摩擦导向和转动支撑部分采用低摩擦阻力部件，以降低机械系统阻力，提高系统的快速响应性。Ø良好的稳定性即要求机械系统的工作性能受外界环境的影响小，抗干扰能力强。Ø高速化Ø小型

5、化、轻量化 2.2传动机构的设计n机械传动装置传统的机械传动是一种把动力机产生的运动和动力传递给执行机构的中间装置。常用的机械传动部件有螺旋传动、齿轮传动、同步带、高速带传动以及各种非线性传动部件等。实质上是转矩、转速变换器，使动力元件与负载之间在转矩与转速方面得到最佳匹配。 2.2传动机构的设计n传动结构分类联轴器减速器齿轮传动滚珠丝杠传动机构带传动 2.2传动机构的设计n带传动——组成及原理主动轮、从动轮、张紧在两轮上的环型传动带。原动机驱动主动轮转动时，由于带和带轮间的摩擦（或啮合），便拖动从动轮一起转动，并传递一定动力。 2.2传动机构的设计n带传动——类型 2.

6、2传动机构的设计n带传动——特点（1）优点传动平稳，噪声小；过载时，起安全保护作用；适用于两轴中心距较大的场合；结构简单，制造、安装和维护方便，成本低。（2）缺点带在带轮上有相对滑动，不能保证准确的传动比；传动效率较低，寿命短；传动的外廓尺寸大；带传动需要张紧，支撑带轮的轴和轴承受力较大；带传动中的摩擦会产生电火花，不宜用于易燃、易爆等场合。动画动画 2.2传动机构的设计n带传动——参数及计算包角α、基准长度Ld、中心距a及带轮直径dd1、dd2。e=v1-v2´100%滑动率e：v1pdn1式中：v1为主动轮圆周速度v1=60´1000m/sd1pdn2v2=60´10

7、00m/sv2为从动轮圆周速度d2ndd2带传动的实际传动比i==1ndd1(1-e)2 2.2传动机构的设计n带传动——张紧装置 2.2传动机构的设计n同步带传动同步带传动是综合了带传动、齿轮传动、链传动特点的一种新型传动。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。 2.2传动机构的设计n同步带分类Ø按用途分一般工业用同步带传动即梯形齿同步带传动。它主要用于中、小功率的同步带传动，如各种仪器、计算