机械系统部件的选择与设计+

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1、机械系统部件的选择与设计机械系统部件的选择与设计机械系统部件认识项目项目一机械系统中的传动机构的特性项目二机械系统中的齿轮传动副项目三机械系统中的滚珠丝杠副项目四滚珠丝杠及设计计算项目五导向及支承结构机械系统部件拓展项目项目一机械执行机构机械系统部件的选择与设计机电一体化机械系统的三大结构①传动机构：考虑与伺服系统相关的精度、稳定性、快速响应等伺服特性②导向机构：考虑安全准确现象③执行机构：考虑灵敏度、精确度、重复性、可靠性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)定位精度要高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

2、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。项目一机械系统中的传动机构的特性机械系统部件的选择与设计机械系统部件的选择与设计(2)快速响应性即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，这样控制系统才能及时根据机械系统的运行状态信息，下达指令，使其准确地完成任务。(3)良好的稳定性即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。常常提出：无间隙、低摩擦、低惯量、高刚度、高谐振频率、适当的阻尼比机械系统部件的选择与设计机械系统部件的选择与

3、设计1、传动机构的种类：齿轮传动机构、滚珠丝杠副、滑动丝杠副、同步带传动副、间歇机构、绕性传动机构2、传动机构的特点：传动精度要高、响应速度要快、稳定性高传动机构的种类及特点了解项目3、传动机构的基本要求：①在不影响系统刚度的条件下，传动机构的质量和转动惯量要小；转动惯量大会对系统造成机械负载增大（T电=T负+Jε）；系统响应速度变慢，灵敏度降低；系统固有频率下降，产生谐振；使电气部分的谐振频率变低(P20)。②刚度越大，伺服系统动力损失越小；刚度越大，机器的固有频率越高，不易振动()；刚度越大，闭环系统的稳定性越高。③机械系统产生共振时，系统中阻尼越大，最大振幅就越小，且衰减越快

4、；但阻尼大会使系统损失动量，增大稳态误差，降低精度，故应选合适阻尼。④静摩擦力要小，动摩擦力要小的正斜率；或者会出现爬行。机械系统部件的选择与设计4、摩擦摩擦力可分为三种：静摩擦力、库仑摩擦力和粘性摩擦力（动摩擦力=库仑摩擦力+粘性摩擦力）。负载处于静止状态时，摩擦力为静摩擦力，随着外力的增加而增加，最大值发生在运动前的瞬间。运动一开始，静摩擦力消失，静摩擦力立即下降为库仑摩擦力，大小为一常数F=μmg，随着运动速度的增加，摩擦力成线性的增加，此时的摩擦力为粘性摩擦力（与速度成正比的阻尼称为粘性阻尼）。摩擦对机电一体化伺服系统的主要影响是：降低系统的响应速度；引起系统的动态滞后和产生系统误差

5、；在接近非线性区，即低速时产生爬行。根据经验，克服摩擦力所需的电机转矩Tf与电动机额定转矩TK的关系为0.2TK＜Tf＜0.3TK机械系统部件的选择与设计爬行就产生在这非线形区。在使用中应尽可能减小静摩擦力与动摩擦力的差值；并使动摩擦力尽可能小且为正斜率较小的变化。机械系统部件的选择与设计5、爬行当丝杠1作极低的匀速运动时，工作台2可能会出现—快一慢或跳跃式的运动，这种现象称为爬行。机械系统部件的选择与设计1）产生爬行的原因和过程匀速运动的主动件1，通过压缩弹簧推动静止的运动件3，当运动件3受到的逐渐增大的弹簧力小于静摩擦力F时，3不动。直到弹簧力刚刚大于F时，3才开始运动，动摩擦力随着动摩

6、擦系数的降低而变小，3的速度相应增大，同时弹簧相应伸长，作用在3上的弹簧力逐渐减小，3产生负加速度，速度降低，动摩擦力相应增大，速度逐渐下降，直到3停止运动，主动件1这时再重新压缩弹簧，爬行现象进入下一个周期。机械系统部件的选择与设计由上述分析可知，低速进给爬行现象的产生主要取决于下列因素：①静摩擦力与动摩擦力之差，这个差值越大，越容易产生爬行。②进给传动系统的刚度K越小、越容易产生爬行。③运动速度太低。机械系统部件的选择与设计2）不发生爬行的临界速度临界速度可按下式进行估算（m/s）式中ΔF-----静、动摩擦力之差（N）；K------传动系统的刚度（N／m）；ξ------阻尼比；m-

7、-----从动件的质量（kg）。以下两种观点有利于降低临界速度：适当的增加系统的惯性J和粘性摩擦系数f，有利于改善低速爬行现象，但惯性增加会引起伺服系统响应性能降低；增加粘性摩擦系数也会增加系统的稳态误差，设计时应优化处理。机械系统部件的选择与设计3）消除爬行现象的途径（实际做法）①提高传动系统的刚度a．在条件允许的情况下，适当提高各传动件或组件的刚度，减小各传动轴的跨度，合理布置轴上零件的位置。如适当的加粗