机电一体化系统的机械系统

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1、第二章机电一体化系统的机械系统部件的选择与设计第一节机电一体化系统对机械系统部件的要求第二节机械传动部件的选择与设计第三节导向支承部件的选择与设计第四节旋转支承部件的选择与设计第五节轴系部件的选择与设计第六节机电一体化系统（产品）的机座或机架第一节机电一体化系统对机械系统部件的要求一、典型机电一体化系统的组成：控制部件，接口电路，功率放大器，执行元件，机械传动部件，导向支承部件，检测传感部件。二、机械系统的组成：线性传动部件；非线性传动部件；导向支承部件；旋转支承部件；轴系；机座；机架三、机械系统部件的

2、要求：较高的定位精度；良好的动态响应特性（响应速度快，稳定性好）；无间隙、低摩擦、低惯量、高刚度、高谐振频率、适当的阻尼比等。四、采取的措施：1）采用低摩擦阻力的传动部件和导向支承部件；如采用滚珠丝杠副；滚动导向副；动（静）压导向支承2）缩短传动链，提高传动与支承刚度；如采用大扭矩、宽调速的伺服电机直接与丝杠螺母副连接以减少中间传动机构；加预紧的方法提高滚珠丝杠副和滚动导轨副的传动与支承刚度。3）选用最佳传动比，以达到提高系统分辨率、减少等效到执行元件输出轴上的等效转动惯量，尽可能提高加速能力；4）缩小

3、反向死区误差，如采取消除传动间隙，减少支承变形的措施。5）改进支承及架体的结构设计以提高刚性、减少振动、降低噪声。如采用复合材料等来提高刚度和强度，减轻重量、缩小体积使结构紧密化，以确保系统的小型化、轻量化、高速化和高可靠性化第二节机械传动部件的选择与设计一、机械传动部件及其功能要求1.类型：螺旋传动，齿轮传动，同步带传动，非线性传动部件2.功能：传递转矩和转速；实质上是一种转矩、转速变化器。3.目的：使执行元件与负载之间在转矩和转速方面得到最佳匹配。4.作用：机械传动部件的传动类型、传动方式、传动刚性

4、以及传动可靠性对机电一体化系统的精度、稳定性和快速响应性有重大影响。5.设计和选择要求：传动间隙小、精度高、体积小、重量轻、运动平稳、传递转矩大。二、丝杠螺母机构（螺旋传动机构）基本形式1.传动功能：旋转运动直线运动；传递能量及运动2.分类：1)滑动丝杠螺母机构：结构简单、加工方便、制造成本低，具有自锁功能，但摩擦阻力矩大、传动效率低（30%-40%）。2)滚珠丝杠螺母机构：传动效率高、摩擦阻力矩小、轴向刚度高、运动平稳、传动精度高、不易磨损、使用寿命长；但结构复杂，制造成本高，不能自锁（具有传动的可

5、逆性，在用作升降传动机构时，需采用制动措施）。在机电一体化系统中应用广泛。3.5种基本传动形式(按丝杠和螺母相对运动的组合情况分)：1)螺母固定、丝杠转动并移动：螺母本身起着支承作用，结构简单，传动精度较高，刚性差，适用于行程较小的场合。2)丝杠转动、螺母移动：需导向装置来限制螺母的转动。结构紧凑、丝杠刚性好，使用于行程较大的场合。3)螺母转动、丝杠移动：需限制螺母移动和丝杠转动，结构复杂且占用轴向空间较大，应用较少。4)丝杠固定、螺母转动并移动：结构简单、紧凑，使用不方便。5)差动传动：多用于各种微动

6、机构三、滚珠丝杠传动部件1.简述：是一种新型螺旋传动机构；由丝杠、螺母、滚珠、反向器组成；当丝杠转动时，带动滚珠沿螺纹滚道滚动，为防止滚珠从滚道端面掉出，在螺母的螺旋槽两端设有滚珠回程引导装置构成滚珠的循环返回通道，从而形成滚珠流动的闭合通路。2.特点：如前所述3.结构类型：1)按螺纹滚道的截面形状分单圆弧型：接触角随轴向载荷大小的变化而变化。接触角增大时，传动效率、轴向刚度以及承载能力也随之增大。双圆弧型：接触角在工作过程中基本保持不变（45）。能存储一定的润滑油以减少摩擦；加工成本高2)按滚珠的

7、循环方式分类：循环方式代号特点内循环浮动反向器式(p.23图2.6)F通道流畅性好，摩擦特性好；适用于高速、高灵敏度、高刚性的精密进给系统。固定反向器式(p.23图2.5)G结构回路短，摩擦小，效率高，径向尺寸小，反向器加工困难，装配调整也不方便。外循环螺旋槽式(p.24图2.7)L工艺简单，径向尺寸小，易于制造；挡珠器刚性差，易磨损插管式埋入凸出CMCT结构简单，容易制造，但径向尺寸较大，弯管端部用作挡珠器比较容易磨损。端盖式(p.24图2.9)D结构简单，工艺性好，常以单螺母形式用作升降传动机构。应

8、用较少。4.主要尺寸参数：(p.24图2.10)1)公称直径d0（特征尺寸）：滚珠与螺纹滚道在理论接触角状态时包络滚珠球心的圆柱直径2)基本导程l0：丝杠相对于螺母旋转2弧度时，螺母上基准点的轴向位移。l0根据机电一体化产品的精度要求确定，精度要求较高时应选取较小的基本导程。3)导(行)程：丝杠相对于螺母旋转任意弧度时，螺母上基准点的轴向位移。4)滚珠的工作圈数：一般取2.5~3.5。第一、第二和第三圈滚珠分别承受轴向载荷的50%、30%