機電一體化系統(tǒng)設(shè)計第一章

1、12機電一體化系統(tǒng)設(shè)計主要參考書主要參考書曾勵主編，機電一體化系統(tǒng)設(shè)計，高等教育出曾勵主編，機電一體化系統(tǒng)設(shè)計，高等教育出版社版社3教學內(nèi)容教學內(nèi)容4第第1 1章章 機械系統(tǒng)設(shè)計機械系統(tǒng)設(shè)計2021-11-115 傳統(tǒng)機械系統(tǒng)組成：傳統(tǒng)機械系統(tǒng)組成： 動力件、傳動件、執(zhí)行件、動力件、傳動件、執(zhí)行件、電氣、機械控制電氣、機械控制現(xiàn)代機械：現(xiàn)代機械：由計算機信息網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)與控制的、用于完由計算機信息網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)與控制的、用于完成包括機械力、運動和能量流等動力學任務(wù)的機械和成包括機械力、運動和能量流等動力學任務(wù)的機械和( (或或) )機電部件一體化的機械系統(tǒng)機電部件一體化的機械系統(tǒng) ，是機電一體化機械，是

2、機電一體化機械系統(tǒng)。核心是由計算機控制的、包括機、電、液、光系統(tǒng)。核心是由計算機控制的、包括機、電、液、光等技術(shù)的伺服系統(tǒng)。等技術(shù)的伺服系統(tǒng)。一、機械系統(tǒng)的定義一、機械系統(tǒng)的定義67 三、機械系統(tǒng)的組成三、機械系統(tǒng)的組成 8 進給系統(tǒng)的機械傳動結(jié)構(gòu)進給系統(tǒng)的機械傳動結(jié)構(gòu)）9工作臺導軌副10 3、主要要求、主要要求(1) 減小摩擦力 采用摩擦力及動靜摩擦力差值較小的傳動件及導軌. (2) 提高傳動精度和剛度 消除傳動間隙,增加傳動系統(tǒng)剛度.(3) 減小運動慣量 快速響應(yīng).減小運動部件質(zhì)量.11第二節(jié)第二節(jié) 常用傳動支承系統(tǒng)設(shè)計常用傳動支承系統(tǒng)設(shè)計 121314一、無側(cè)隙齒輪傳動機構(gòu)一、無側(cè)隙齒輪

3、傳動機構(gòu)15消除傳動間隙消除傳動間隙作用：消除反向間隙，提高傳動精度作用：消除反向間隙，提高傳動精度方法：使嚙合狀態(tài)輪齒的兩側(cè)均處于接觸狀方法：使嚙合狀態(tài)輪齒的兩側(cè)均處于接觸狀實現(xiàn)：偏心軸調(diào)整、軸向墊片調(diào)整實現(xiàn)：偏心軸調(diào)整、軸向墊片調(diào)整 （剛性）（剛性） 軸向壓簧調(diào)整、周向壓簧調(diào)整（柔性）軸向壓簧調(diào)整、周向壓簧調(diào)整（柔性）徑向（中心矩）調(diào)隙法；軸向調(diào)隙法；周向徑向（中心矩）調(diào)隙法；軸向調(diào)隙法；周向(切向）調(diào)隙法切向）調(diào)隙法16171819202122232425 262728293031圖圖2.9 滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)原理示意圖滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)原理示意圖 特點：特點： (1)(1)傳動效率高：傳動

4、效率高： 0.900.90到到0.960.96 ；(2)(2)傳動精度高、剛度好：可消除間隙；傳動精度高、剛度好：可消除間隙；(3)(3)定位精度和重復(fù)定位精度高定位精度和重復(fù)定位精度高；(4)(4)運動平穩(wěn)運動平穩(wěn)；(5)(5)摩擦阻力小摩擦阻力小: :靜摩擦阻力及動靜摩擦靜摩擦阻力及動靜摩擦阻力差值小阻力差值小；(6)(6)不能自鎖、有可逆性不能自鎖、有可逆性。32333435363738圖圖2.12 2.12 內(nèi)循環(huán)方式原理圖內(nèi)循環(huán)方式原理圖1. 1.凸鍵凸鍵 2 2、3.3.反向器反向器 394041424344451. 1.同同F(xiàn)-SF-S的的1 12.2.若軸承無間隙，絲杠的軸向剛

5、度為一端固定若軸承無間隙，絲杠的軸向剛度為一端固定的的4 4倍倍3.3.絲杠不會受壓，無壓桿穩(wěn)定問題，固有頻率絲杠不會受壓，無壓桿穩(wěn)定問題，固有頻率比一端固定高比一端固定高4.4.可以預(yù)拉伸，預(yù)拉伸后可減少絲杠自重的下可以預(yù)拉伸，預(yù)拉伸后可減少絲杠自重的下垂和熱補償膨脹，但需一套預(yù)拉伸機構(gòu)，結(jié)構(gòu)垂和熱補償膨脹，但需一套預(yù)拉伸機構(gòu)，結(jié)構(gòu)及工藝都比較困難及工藝都比較困難5.5.要進行預(yù)拉伸的絲杠，其目標行程應(yīng)略小于要進行預(yù)拉伸的絲杠，其目標行程應(yīng)略小于公稱行程，減少量等于拉伸量公稱行程，減少量等于拉伸量兩端固定兩端固定(F-F)(F-F) 1. 1.需保持螺母與兩端支承同軸，故結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，需保持螺

6、母與兩端支承同軸，故結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，工藝較困難工藝較困難2.2.絲杠的軸向剛度和絲杠的軸向剛度和F-OF-O相同相同3.3.壓桿穩(wěn)定性和臨界轉(zhuǎn)速比同長度的壓桿穩(wěn)定性和臨界轉(zhuǎn)速比同長度的F-OF-O型高型高4.4.絲杠有熱膨脹的余地絲杠有熱膨脹的余地5.5.適用于較長的臥式安裝絲杠適用于較長的臥式安裝絲杠 一端固定一端固定一端游動一端游動(F-S)(F-S) 1. 1.結(jié)構(gòu)簡單結(jié)構(gòu)簡單2.2.絲杠的軸向剛度比兩端固定低絲杠的軸向剛度比兩端固定低3.3.絲杠的壓桿穩(wěn)定性和臨界轉(zhuǎn)速都較低絲杠的壓桿穩(wěn)定性和臨界轉(zhuǎn)速都較低4.4.設(shè)計時盡量使絲杠受拉伸設(shè)計時盡量使絲杠受拉伸5.5.適用于較短和豎直的絲杠適用

7、于較短和豎直的絲杠 一端固定一端固定一端自由一端自由(F-O)(F-O) 支承形式支承形式 簡簡 圖圖 特特 點點 4647484950工作時：在線圈7作用下，使齒輪8與內(nèi)齒輪9脫開，彈簧受壓縮；當停機或停電時：7失電，在彈簧恢復(fù)力作用下，齒輪8、9嚙合，齒輪9與電機端蓋為一體，故與電機軸聯(lián)接的絲杠得到制動。 515253.hL54555657585960616263工作臺導軌副64數(shù)控機床常用導軌形式數(shù)控機床常用導軌形式塑料導軌：滑動摩擦滾動導軌：滾動摩擦靜壓導軌：液體摩擦65摩擦系數(shù)?。ㄝ^高的靈敏度），動靜摩擦系數(shù)之差?。ǖ退倨椒€(wěn)性好）666768滾動導軌塊滾動導軌塊鑲鋼導軌鑲鋼導軌滾動導

8、軌塊滾動導軌塊上導軌上導軌下導軌下導軌6970717273 滾動導軌組件滾動導軌組件結(jié)構(gòu)、形式結(jié)構(gòu)、形式直 線 滾 動 導 軌直 線 滾 動 導 軌74弧 形 滾 動 導 軌弧 形 滾 動 導 軌75兩維直線滾動導軌兩維直線滾動導軌76直 線 滾 動 導 軌 單 元直 線 滾 動 導 軌 單 元77組成結(jié)構(gòu)組成結(jié)構(gòu)787980 安裝組合形式 標準組合81 倒裝組合82 側(cè)裝組合之一83 側(cè)裝組合之二84 混裝組合85 導軌防護專用軟式防護罩大型軟式防護罩疊層式護罩86878889909192圓 柱 滾 動 導 軌圓 柱 滾 動 導 軌939495 塑料導軌的特點塑料導軌的特點摩擦系數(shù)較小，0.

9、040.06動靜摩擦系數(shù)之差小，且摩 擦系數(shù)曲線具有上揚特性 剛度高，承載能力強加工工藝簡單價格低 應(yīng)用應(yīng)用 數(shù)控化改造機床、重型數(shù)控機床（最高速度：vmax=30 m/min）fv塑料-鋼滑動摩擦鋼-鋼滑動摩擦96979899tvFtTWjNjjiMii11tTWLD100jNjjiMiiLvFTT11nvFnnTTjNjjiMiiL1121101jjNjjMiiiiLnvFiTT1121MiiiiLiTT1jjNjjLnvFT121102103 上圖104105L106L107NjjjiMiivmJE12212121221LDJE 108DEE 2121NjjjiMiiLvmJJ109VM

10、mGm2122211DmmDrrDDDevmiJiJJJ222212122364DmmDrrDDDenvGiGDiGDGDGDmvmmmG110111dtdJTTDDeDeDDmDmmDeiTT112dtdnGDTTDDeDeD3752DDn260DeDegJgmRRmgGD44)2(222113GDD2GD21GD2miiD1iDm22112211DmmDDDmmDDDeiJiJJJJJJ22212122DmmDDDeiGDiGDGDGDDmi2DGD21GD2mGD1Di114115116 上圖117118119L120121L122 2.2.滿足伺服驅(qū)動要求的總傳動比確定滿足伺服驅(qū)動要求

11、的總傳動比確定 (1)開環(huán)進給系統(tǒng)的傳動計算開環(huán)進給系統(tǒng)的傳動計算 齒輪副的傳動比齒輪副的傳動比 式中，式中，為步進電動機的脈沖當量為步進電動機的脈沖當量 ；為為 步進電動機的步距角步進電動機的步距角 ； 為為 絲杠導程絲杠導程 。hPu0360hP123 (2)閉環(huán)進給系統(tǒng)的傳動計算閉環(huán)進給系統(tǒng)的傳動計算電動機至工作臺的關(guān)系為電動機至工作臺的關(guān)系為 式中式中, 工作臺的移動速度（工作臺的移動速度（mm/min）, ； n為伺服電為伺服電動機的轉(zhuǎn)速動機的轉(zhuǎn)速(r/min), ；為脈沖頻率為脈沖頻率(次次s)； 為絲為絲杠導程杠導程(mm)；為伺服電動機每轉(zhuǎn)所需的脈沖數(shù)。為伺服電動機每轉(zhuǎn)所需的脈

12、沖數(shù)。hnPvu vmfn/60fhPmf6012412522414221214122212121iiiJiJiiJJiiJiJiJJJAAAADCBAL4122121212221211111iiiiJiiiiJAA126.01iJL0222161iii12214121412iiii6122121)2()2(iii127128129130以 131132133134JJJQQQTTQQJJ.JT J.TT.J135LMJJJMJLJJLJ136141LMJJ131LMJJ41LMJJ137uTPFTph0max2maxFhP0pTu138acpfatnJTTT602max0maxmaxnactMactt