《机械系统设计》PPT课件.ppt
机电一体化系统设计 第二章 机械系统设计,第二章 机械系统设计2.1 概述 高速加工录像 总装图 传动原理 速度控制2.1.1 机电一体化系统中对机械部分的要求 机电一体化机械系统除了应具备普通机械系统的要求外,还有如下要求：1、高精度 影响因素：间隙、刚度、导向精度等,见下图。2、快速响应 机械系统从接到指令到执行指令任务的时间应短。影响因素：摩擦、惯量、刚度、阻尼等。3、稳定性好 影响因素：温度、环境等。,机电一体化系统设计 第二章 机械系统设计,2.1.2 机械部分的组成 包括如下三大部分：1、传动机构2、导向机构3、执行机构,机电一体化系统设计 第二章 机械系统设计,2.2 传动机构设计 常用的机械传动部件有:螺旋传动、齿轮传动、同步带传动等。传动部件的实质是一种转矩、转速、方向变换器。一、对传动机构的性能要求1、惯量小2、刚度大3、阻尼合适当4、间隙小 二、齿轮传动机构间隙消除方法核心问题：采取措施，消除齿侧间隙，保证双向传动精度。（一）直齿圆柱齿轮传动 1、偏心轴套调整法,机电一体化系统设计 第二章 机械系统设计,2、双片薄齿轮错齿调整法 实质：通过同轴的两齿轮相对旋转错位消除间隙。一种齿轮消隙机构特点：1）有自动补偿功能；2）传递扭矩受弹簧力的影响；3）齿面长期工作在最大应力状态。,机电一体化系统设计 第二章 机械系统设计,（二）斜齿轮传动机构 实质：通过同轴两齿轮轴向位移（无相对转动）使轮齿错位。H轴向位移距离 齿轮螺旋升角 齿侧间隙=H Sin H=/Sin,机电一体化系统设计 第二章 机械系统设计,（三）齿轮齿条传动 当负载较小时，调整方法如图2-2；当负载较大时，调整方法如图2-7。若齿条主动，齿轮1被动。齿轮5、6、3都空套在轴上 1）齿条左移时传动链：齿条7齿轮65321 2）齿条右移时传动链：齿条7齿轮1,机电一体化系统设计 第二章 机械系统设计,三、滚珠螺旋传动设计 又称滚珠丝杠副传动机构，将旋转运动变为直线运动。（一）工作原理及结构 丝杠图片,机电一体化系统设计 第二章 机械系统设计,（二）特点1、效率高 效率8598%，而滑动丝杠为3040%。2、刚度好 通过预紧实现。3、运动平稳，无爬行现象4、使用寿命长5、精度高 由于摩擦升温小，容易获得高精度。6、传动可逆，不能自锁。7、造价相对较高,机电一体化系统设计 第二章 机械系统设计,（三）间隙调整及预紧方法 1、采用双螺母结构，调整两螺母轴向相对位置。（1）垫片调隙 两螺母轴向相对移动，无相对转动，如图 特点：预紧可靠，使用中不便调整。,机电一体化系统设计 第二章 机械系统设计,（2）双螺母螺纹预紧调隙 两螺母轴向相对移动，无相对转动，如3-27图。特点：调整方便，但不精确。,机电一体化系统设计 第二章 机械系统设计,（3）齿差预紧调隙 两螺母轴向无相对移动，但有相对转动。假想左右两螺母齿轮同向旋转一个齿，因两齿轮齿数不同，故旋转角度不同，相当于一端固定，另一端旋转了一个微小的角度。由此产生的位移为：S=（Z2-Z1）/（Z1Z2）P 若Z2-Z1=1，则：S=P/（Z1Z2）当Z1=99、Z2=100、P=6mm时，S=0.6m 注意：螺母齿轮轴向限位问题，预紧力使丝杠拉伸。,机电一体化系统设计 第二章 机械系统设计,2、采用单螺母结构预紧 单螺母增大钢球直径预紧 见图24（滚道横截面）图25（滚道纵截面）。特点：使用过程中不能调整。,机电一体化系统设计 第二章 机械系统设计,对于上述几种预紧方式，值得注意的是：（1）预紧力大小应合适，1/3最大轴向载荷;（2）支承部分的间隙不在此调整范围内。传动原理（四）滚珠丝杠副的精度、尺寸代号及标注方法 精度尺寸参数已经标准化。查厂家的产品目录，标注应按厂家的标注示例严格进行，不同的厂家标注有所不同。举例：CMD255-3-D/15001350C插管埋入式循环方式M双螺母垫片预紧D25丝杠公称直径为255-丝杠导程53-承载滚珠总圈数D-精度等级为D级15001350-丝杠全长为1500，螺纹长为1350，右旋（右旋不标）,机电一体化系统设计 第二章 机械系统设计,（五）滚珠丝杠副的安装 一般有三种支承方式。,机电一体化系统设计 第二章 机械系统设计,四、其他传动机构设计（一）谐波齿轮减速器(原理图)（结构图）柔轮和刚轮齿距P相等，齿数不同。Zg刚轮齿数，Zr柔轮齿数，Zg Zr，则有：n=Zg Zr，n为谐波发生器的波数。工作原理：若n=2，则称双波发生器，此时，当谐波发生器旋转180时，将迫使柔轮和刚轮相对移动一个齿距。若柔轮固定，则刚轮转一个角度。柔轮固定时传动比：ir=Zg/（Zg Zr）(波发生器输入,刚轮输出)刚轮固定时传动比：ig=Zr/（Zg Zr）(波发生器输入,柔轮输出),机电一体化系统设计 第二章 机械系统设计,谐波齿轮减速器传动特点：传动比大，体积小，广泛用于机器人等机电一体化产品中。（二）无键胀紧联接传动 1、锥环无键联轴器 锥环无键联轴器在伺服驱动中应用广泛。（1）结构（2）特点 1）摩擦传动，具有过载保护功能 2）联接精度高，无间隙 3）联接角度位置可调 2、多槽弹性套 胀紧联接 多槽弹性套 联接 受力变形,机电一体化系统设计 第二章 机械系统设计,2.3 导向机构设计一、功用 支承、导向，准确地完成特定方向的运动。二、类型 1、滑动导轨 2、滚动导轨 三、对导轨的基本要求 1、导向精度 直线度、平行度。2、耐磨性 精度的保持性。3、刚度 抵抗载荷的能力。4、低速运动平稳性 要求无爬行现象。5、抗疲劳、压溃能力（对滚动导轨而言）,机电一体化系统设计 第二章 机械系统设计,四、滚动导轨（一）结构 导轨图片 高速加工中心总装图已基本实现系列化，有专业厂家生产，可以外购。（二）特点1、滚动摩擦系数小，动静摩擦系数基本相同 摩擦系数一般为：0.0030.0052、定位精度高（因摩擦力小）3、可以预紧，刚度好4、磨损小，寿命长,机电一体化系统设计 第二章 机械系统设计,（三）分类1、按滚动体形状分 滚珠导轨；滚柱导轨2、按滚动体循环方式分 滚动体循环；滚动体不循环3、按导轨截面形状分 矩形导轨；梯形导轨等 其承载能力如图：（四）导轨有关计算 按参考书或有关手册中的 有关公式计算。主要是通过计算选型号。,机电一体化系统设计 第二章 机械系统设计,五、塑料导轨 1、概念 2、特点 耐磨；吸振；摩擦系数小，且动、静相近。3、应用,机电一体化系统设计 第二章 机械系统设计,2.4 机 身 主要起连接支承作用。1、结构设计 主要考虑如下问题：1）足够的刚度 2）良好的结构工艺性 3）必要的结构要素 满足走线，起重，安装等要求。4）良好的抗振性2、材料及热处理 材料：铸铁，低碳钢板焊接，花岗岩 热处理：时效处理（人工时效或自然时效）,机电一体化系统设计 第二章 机械系统设计,机电一体化系统设计 第二章 机械系统设计,
