机电一体化系统中的机械设计

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1、第3章机电一体化系统中的机械设计3.1概述3.2传动部件设计3.3支撑部件设计3.4精密机械的精度设计和误差分配3.1概述为确保机械系统的传动精度和工作稳定性，通常对机电一体化系统提出以下要求：(1)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。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。(2)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。(3)低摩擦导

2、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。(4)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。3.1概述机械部分的组成机电一体化机械系统功能上可以分为传动、导向和执行三大机构。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。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

3、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。执行机构最终完成操作任务的部分。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。3.2传动部件设计一、齿轮传动二、滚珠螺旋传动三、同步带传动四、谐波齿轮传动齿轮传动方案主要包括传动比及其分配两部分。1.齿轮传动系统的总传动比根据负载特性和工作条件不同，有不同的最佳传动比选择方案，例如“负载峰值力矩最小”的最佳传动比方案、“负载均方根力矩最小”的最佳传动比方案、“转矩储备最大”的最佳传动比方案等。在伺服系统中

4、，通常采用负载角加速度最大原则选择总传动比，以提高伺服系统的响应速度。一、齿轮传动电动机驱动齿轮系统和负载的计算模型根据传动关系有：根据旋转运动方程，电动机轴上的合转矩为：则根据负载角加速度最大的原则，令解得2．传动链的级数和各级传动比的分配齿轮系统的总传动比确定后，根据对传动链的技术要求，选择传动方案，使驱动部件和负载之间的转矩、转速达到合理匹配。若总传动比较大，又不准备采用谐波、少齿差等传动，需要确定传动级数，并在各级之间分配传动比。单级传动比增大使传动系统简化，但大齿轮的尺寸增大会使整个传动系统的轮廓尺寸变大。可按下述三种原则适当分级，并在各级之间分配传动比。一、齿轮传动(

5、1)等效转动惯量最小原则利用该原则所设计的齿轮传动系统，换算到电机轴上的等效转动惯量为最小。一、齿轮传动如右图，若不计轴和轴承的转动惯量，则根据系统动能不变的原则，等效到电机轴上的等效转动惯量为：电动机驱动的两级齿轮系一、齿轮传动因为：所以：即：令可得对于n级齿轮系作同类分析可得：（K=2～n）P40例3-1确定小功率传动级数的曲线为减小齿轮系的转动惯量，过多增加传动级数n是没有意义的，反而会增大传动误差，并使结构复杂化。大功率传动装置大功率传动装置传递扭矩大，各级齿轮副的模数、齿宽、直径等参数逐级增加。传动比分配的基本原则仍为“前小后大”。根据下面两图确定传动级数及各级传动比。

6、用于大功率传动确定传动级数的曲线用于大功率传动确定第一级传动比的曲线用于大功率传动确定第一级齿轮副以后各级传动比的曲线例题3-2设有i=256的大功率传动装置，试按等效转动惯量最小原则分配传动比。解：查图3-4，得n=3，n=4，n=5，（确定传动级数）查图3-5，得=3.3。查图3-6，=3.7；=4.24；=4.95。（确定各级传动比）验算：=256.26。可用小结无论传递的功率大小如何，按等效转动惯量最小原则分配，从高速级到低速级，各级传动比总是逐级增加的，而且级数越多，总等效惯量越小。但级数增加到一定数量后，总等效惯量的减少并不明显，而从结构紧凑、传动精度和经济性等方面考

7、虑，级数不能太多。(2)质量最小原则一、齿轮传动各齿轮的质量之和为假设D1=D3，而令得同理，对于n级传动，可得如下结果：对于小功率传动系统，使各级传动比满足，即可使传动装置的质量最轻。注意：上述结论对于大功率传动系统是不适用的，因其传递扭矩大，故要考虑齿轮模数、齿轮齿宽等参数要逐级增加的情况，此时应根据经验、类比方法以及结构紧凑之要求进行综合考虑。各级传动比一般应以“前大后小”原则处理。例3-3、例3-4大功率装置各级传动比的分配二级传动比分配线图三级传动比分配线图（i<10时