第二章 机械系统设计ppt课件.ppt

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1、第二章机械系统设计技术2.1概述一、机电一体化对机械系统的基本要求(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)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

2、能力强。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、导向机构考虑低速爬行现象3、执行机构考虑灵敏度、精确度、重复性、可靠性二、机械系统的组成2.2机械结构因素对机电系统性能的影响一、摩擦1、摩擦的非线性特性2、死区误差3、爬行现象（1）现象分析（2）产生原因a、动、静摩擦系数不等b、传动机构刚度不足c、运动件质量较大d、速度较低二、传动间隙1、死区误差2、冲击现象三、弹性变形（刚度）1、精度影响2、固有频率四、质量和转动惯量1、负载增大2、响应速度变慢3、固有频率降低2.3传动机构设计一、传动机构性能要求①转动惯量小在不影响系统

3、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；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。②刚度大什么是刚度？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，不易产生共振；刚度越大，闭环系统的稳定性越高。③阻尼合适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；但阻尼大会使系统增大稳态误差，降低精度，故应选合适阻尼。过阻尼系统临界阻尼系统欠阻尼系统一般取其他要求：摩擦小-提高机构的灵敏度抗振性好-提高机构的稳定性间隙小-保证机构的传动精度齿轮传动比的分配齿轮系统的总传动比确定

4、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。二、齿轮传动(1)最小等效转动惯量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。传动比按先小后大的次序分配。二、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：二、齿轮传动

5、因为：所以：即：令可得(2)重量最轻原则对于小功率传动系统，使各级传动比满足，即可使传动装置的重量最轻。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“先大后小”原则处理。二、齿轮传动(3)输出轴转角误差最小原则为了提高机电一体化系统中齿轮传动系统传递运动的精度，各级传动比应按“先小后大”原则分配，以便降低齿轮的加工误差、安装误差以及回转误差对输出转角精度的影响。设齿轮传动系统中各级齿轮的转角误差换算到末级输出轴上的总转角

6、误差为，则式中：—第k个齿轮所具有的转角误差；—第k个齿轮的转轴至第级输出轴的传动比。二、齿轮传动三种原则的选择：对齿轮传动装置的设计，应根据具体的工作条件综合考虑。1.传动精度要求较高时采用输出轴转角误差最小原则设计；2.对于要求运转平稳、频繁启动和动态性能好的伺服传动装置，常用最小等效转动惯量原则和输出轴转角误差最小原则设计；3.对于有质量要求的其它传动装置用重量最轻原则。（一）直齿圆柱齿轮传动机构1、偏心轴套调整法如右图所示，将相互啮合的一对齿轮中的一个齿轮4装在电机输出轴上，并将电机2安装在偏心套1(或偏心轴)上，通过转动偏心套(偏心轴

7、)的转角，就可调节两啮合齿轮的中心距，从而消除圆柱齿轮正、反转时的齿侧间隙。特点是结构简单，但其侧隙不能自动补偿。三、无侧隙齿轮传动(书P12)2、轴向垫片调整法如右图所示，齿轮1和2相啮合，其分度圆弧齿厚沿轴线方向略有锥度，这样就可以用轴向垫片3使齿轮2沿轴向移动，从而消除两齿轮的齿侧间隙。装配时轴向垫片3的厚度应使得齿轮1和2之间既齿侧间隙小，运转又灵活。特点同偏心套(轴)调整法。3、双片薄齿轮错齿调整法这种消除齿侧间隙的方法是将其中一个做成宽齿轮，另一个用两片薄齿轮组成。采取措施使一个薄齿轮的左齿侧和另一个薄齿轮的右齿侧分别紧贴在宽齿轮齿槽的左、

8、右两侧，以消除齿侧间隙，反向时不会出现死区。（二）斜齿轮传动机构1、垫片调整法与错齿调整原理基