第1章 机械系统设计2.ppt

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1、机电一体化系统设计扬州大学机械工程学院主讲：曾励2011.9～12教学内容第0章总论第1章机械系统设计第2章检测系统设计第3章控制系统设计第4章机电一体化接口设计第5章伺服系统设计第6章典型机电一体化系统设计与分析第1章机械系统设计1.1概述1.2机械系统的结构设计1.3机械系统的主要动力参数计算1.4机械系统部件的选择计算1.5机械系统执行电动机的选择计算1.6机械系统动力学特性分析1.1概述1.传动机构：齿轮传动机构、蜗杆蜗轮传动机构、丝杠传动机构、链传动、带传动等。2.导向机构：作用是支承和导向，为各运动装置安全、准确地完成其特定方向的

2、运动提供保障。滚动导轨、滑动导轨等。3.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。电动机、液压缸、气缸、液压马达、以及各种电磁铁、或机械手等等。一、机械系统的组成1.1概述4.轴系:齿轮传动机构、蜗杆蜗轮传动机构、丝杠传动机构、链传动、带传动等。5.机座或机架伺服电动机的伺服变速功能，缩短了传动链，大大减少了传动件的数量，简化了机构，使动力件、传动件与执行件朝着合为一体的方向发展。一、机械系统的组成1.1概述1.高精度：精度直接影响产品的质量，机电一体化产品的技术性能、工艺水平和功能比普通的机械产品有很大的提高，因此机电

3、一体化机械系统的高精度是其首要的要求。2.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。3.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。此外，还要求机械系统具有刚度高、可靠性好和重量轻、体积小、寿命长。二、对机械系统的基本要求1.2机械系统的结构设计齿轮传动机构的特点：1)瞬时传动比为常数；2)传动精确度高；3)可做到零侧隙无回差；4)强度大能承受重载；5)结构紧凑；6)摩擦力小和效率高功用：转矩匹配；惯量匹配；脉冲当量匹配；降速一、无侧隙齿轮传动机构消除传动间隙作用：消除反向间隙，提高传

4、动精度方法：使啮合状态轮齿的两侧均处于接触状实现：偏心轴调整、轴向垫片调整（刚性）轴向压簧调整、周向压簧调整（柔性）径向（中心矩）调隙法；轴向调隙法；周向(切向）调隙法一、无侧隙齿轮传动机构转动偏心轴套2调整两啮合齿轮的中心距，消除齿侧间隙及其造成的换向死区。特点：结构简单，侧隙调整后不能自动补偿。(一)直齿圆柱齿轮传动机构1.偏心轴套调整法2.锥度齿轮调整法改变垫片3的厚度就能调整两个齿轮的轴向相对位置，从而消除齿侧间隙。特点:结构简单，能传递较大扭矩，传动刚度较好，但齿侧隙调整后不能自动补偿，以上两种方法又称为刚性调整法。3.双片薄齿轮错

5、齿调整法调节两薄片齿轮l、2的相对位置，达到错齿以消除齿侧间隙，反向时也不会出现死区。特点：齿侧间隙可自动补偿，但结构复杂。(二)斜齿轮传动机构1.垫片调整法在两薄片斜齿轮1、2中间加垫片3，改变两薄片斜齿轮之间的轴向距离，使薄片斜齿轮1、2的螺旋线错位。特点：1)结构简单；2)齿侧间隙不能自动补偿。3)使用时需要反复测试齿轮的啮合情况，反复调节垫片的厚度。2．轴向压簧调整法调节弹簧3的轴向力改变两薄片斜齿轮1、2之间的轴向距离达到错位的目的。特点：齿侧间隙可以自动补偿，但轴向尺寸较大，结构不紧凑。（三）锥齿轮传动机构1.轴向压簧调整法调节压

6、簧5轴向力大小，使锥齿轮4沿其轴向移动，从而消除啮合锥齿轮之间的齿侧间隙。2.周向弹簧调整法大小片锥齿轮1、2在弹簧力作用下错齿，从而消除间隙。（四）齿轮齿条传动机构用于行程较长的大型机床上，易于得到高速直线运动。1.双片簿齿轮调整法分别与齿条齿槽的左、右两侧贴紧，从而消除齿侧间隙（传动负载小时采用）。2.双厚齿轮传动的结构进给运动由轴5输入，该轴上装有两个螺旋线方向相反的斜齿轮，当在轴5上施加轴向力F时，能使斜齿轮产生微量的轴向移动。此时，轴1和轴4便以相反的方向转过微小的角度，使齿轮2和齿轮3分别与齿条齿槽的左、右两侧贴紧而消除了间隙。齿

7、轮齿条消隙结构1、4、5.轴2、3.齿轮1.2机械系统的结构设计滚珠丝杠副是在丝杆和螺母间以钢球为滚动体的螺旋传动元件。它可将旋转运动转变为直线运动，或者将直线运动转变为旋转运动。二、滚珠丝杠传动机构(4)运动平稳，滚动摩擦系数几乎与运动速度无关，摩擦阻力小，静摩擦阻力及动静摩擦阻力差值小(5)使用寿命长。寿命约为滑动丝杠副的4～l0倍以上。(6)可靠性高。润滑密封装置结构简单，维修方便。(7)不能自锁、有可逆性（一）工作原理、特点及类型当丝杠旋转时，滚珠在封闭滚道内既自转又沿滚道循环转动。因而迫使螺母(或丝杆)轴向移动。特点：(1)传动效率

8、高：0.90到0.96(2)传动精度高、刚度好，可消除间隙(3)定位精度和重复定位精度高三、滚珠丝杠传动机构1、滚珠丝杆副的组成及特点：（1）定义：滚珠丝杆副是在丝