第2章机电一体化机械系统设计ppt课件.ppt

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1、第二章机械系统设计第二节机械传动系统的特性一、对机械传动的要求1、对机械系统的要求定位精度高、响应速度快、稳定性高2、对传动系统的要求（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应尽可能小。（2）系统刚度要大。（3）合适的阻尼。（4）摩擦力要小。1、转动惯量的计算：（单位：kg·m2）(1)圆柱体转动惯量(2)直线移动工作台折算到丝杠上的转动惯量二、机械传动系统的特性(3)齿轮齿条传动时工作台折算到小齿轮轴上的转动惯量(4)工作台折算到钢带传动驱动轴上的转动惯量(5)丝杠折算到电机上的转动惯量例：丝杠传动时，传动系统折算到

2、电机轴上的总转动惯量。飞轮惯量JL飞轮惯量与转动惯量的关系：JL=GD2=4gJa、转动物体的飞轮惯量：见表2-1b、直线运动物体的飞轮惯量ωwv丝杠传动dnWV带传动2、摩擦从应用上分，摩擦力可分为三种：①静摩擦力：具有相对运动的趋势，最大值发生在相对运动的开始前的瞬间。方向：与物体相对运动的趋势是相反的。②粘性摩擦力：大小—与两物体相对运动的速度成正比方向—与运动方向相反③库仑摩擦力：是接触面对运动物体的阻力，即动摩擦力大小—常数动摩擦力=库仑摩擦力+粘性摩擦力摩擦力—速度曲线VFFV库仑摩擦力库仑摩擦力静摩擦力静摩擦力在使用中应尽可能减小静摩擦力与动摩擦

3、力的差值，并使动摩擦力尽可能小且为正斜率较小的变化。摩擦特性随材料和表面状态的不同而不同。摩擦对系统的影响：（1）降低系统的响应速度（2）引起动态滞后和系统的误差（3）引起低速爬行3、阻尼阻尼对弹性系统的振动特性主要有以下影响：（1）静摩擦阻尼↗定位精度↘产生爬行现象，降低性能（2）粘性阻尼↗稳态误差↗精度↘（3）质量大，刚度低的机械系统，可通过增大粘性摩擦阻尼减小振幅，加速振幅衰减阻尼比：在系统设计时，考虑综合性能指标，一般取ξ＝0.5~0.8之间。采用弹性模量高的材料，合理选择零件的截面形状和尺寸，对齿轮、丝杠、轴承施加预紧力等方法提高系统的刚度。对于伺服

4、机械传动系统，增大系统的传动刚度有以下好处：（1）可以减少系统的死区误差（失动量），有利于提高传动精度；（2）可以提高系统的固有频率，有利于系统的抗振性；（3）可以增加闭环控制系统的稳定性，对开环系统无影响。4．刚度—使弹性体产生单位变形量所需要的作用力。静刚度：静态力和变形之比动刚度：动态力和变形之比但是，刚度越大转动惯量越大，响应速度就会降低，所以刚度和转动惯量要合适选择。对于闭环系统，要求机械传动系统中的最低固有频率（最低共振频率）必须大于电气驱动部件的固有频率。对于机械传动系统，它的固有频率取决于系统各环节的刚度及惯量，因此在机械传动系统的结构设计中，

5、应尽量降低惯量，提高刚度，达到提高传动系统固有频率的目的。5．谐振频率单自由度直线运动弹性系统固有频率：单自由度扭转运动弹性系统固有频率：6．间隙影响：使机械传动系统产生回程误差，影响系统的精度和稳定性主要形式齿轮传动的齿侧间隙丝杠螺母的传动间隙丝杠轴承的轴向间隙联轴器的扭转间隙偏心轴套式消隙机构齿轮传动间隙的调整1．刚性消隙法在严格控制齿轮齿厚和齿距误差的条件下进行的，调整后齿侧间隙不能自动补偿，但能提高传动刚度。电机2是通过偏心轴套1装到壳体上，通过转动偏心轴套的转角，就能够方便地调整两啮合齿轮的中心距，从而消除了圆柱齿轮正、反转时的齿侧隙。锥度齿轮消隙

6、机构通过改变两齿轮的轴向相对位置消除侧隙斜齿轮消隙机构2．柔性消隙法指调整后齿侧间隙可以自动补偿。特点：对齿轮齿厚和齿距的精度要求可以适当降低，传动刚度低，结构复杂。双片齿轮错齿调整法1、2—薄片齿轮4—弹簧3、8—凸耳5、6—螺母7—调节螺钉8碟形弹簧消隙机构压力弹簧消隙机构双斜齿轮消隙机构丝杠螺母间隙的调整调整时须考虑：1、轴向间隙2、滚珠与滚道的接触弹性变形垫片间隙的调整特点：结构简单可靠，装卸方便，刚性好，调整费时且不能在工作中调整。螺纹式调隙机构特点：结构紧凑调整方便但精度不高齿差式调隙机构特点：调整准确可靠，精度高，但结构复杂。第三节机械传动装置

7、机械传动装置：转矩、转速的变换器；伺服系统的重要组成部分对机械系统要求：良好伺服性能、转动惯量小、摩擦小阻尼合理、刚性大、抗振性好、高速间隙小、小型、轻量、、低噪声、高可靠性一、齿轮传动优点：传动比为常数、传动精确、强度大、能承受重载结构紧凑、摩擦力小、效率高1、总传动比的选择输入－－高速、小转矩输出－－低速、大转矩要求：足够的强度，尽可能小的转动惯量加速度响应最大传动系统计算模型根据负载角加速度最大的原则若不计摩擦,即TLF＝0,则即：上式表明，齿轮系传动比的最佳值就是，JL换算到电动机轴上的转动惯量正好等于电动机转子的转动惯量，此时，电动机的输出转矩一半用

8、于加速负载，一半用于加速电动机转子，达