機(jī)械電子學(xué)第二章 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、考慮與伺服系統(tǒng)相關(guān)的精度、穩(wěn)定性、快速響應(yīng)等伺服特性考慮低速爬行現(xiàn)象考慮靈敏度、精確度、重復(fù)性、可靠性 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小 在不影響系統(tǒng)剛度的條件下，傳動(dòng)在不影響系統(tǒng)剛度的條件下，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量要小；轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大會(huì)對(duì)系機(jī)構(gòu)的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量要??；轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成機(jī)械負(fù)載增大；系統(tǒng)響應(yīng)速度變慢，靈敏統(tǒng)造成機(jī)械負(fù)載增大；系統(tǒng)響應(yīng)速度變慢，靈敏度降低；系統(tǒng)固有頻率下降，產(chǎn)生諧振。度降低；系統(tǒng)固有頻率下降，產(chǎn)生諧振。 剛度大剛度大 什么是剛度？剛度越大，伺服系統(tǒng)動(dòng)力什么是剛度？剛度越大，伺服系統(tǒng)動(dòng)力損失越?。粍偠仍酱?，機(jī)器的固有頻率越高，不損失越?。粍偠仍酱?，機(jī)器的固有頻率越高，不易產(chǎn)生

2、共振；剛度越大，閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性越高。易產(chǎn)生共振；剛度越大，閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性越高。 阻尼合適阻尼合適 機(jī)械系統(tǒng)產(chǎn)生共振時(shí)，系統(tǒng)中阻尼越機(jī)械系統(tǒng)產(chǎn)生共振時(shí)，系統(tǒng)中阻尼越大，最大振幅就越小，且衰減越快；但阻尼大會(huì)大，最大振幅就越小，且衰減越快；但阻尼大會(huì)使系統(tǒng)增大穩(wěn)態(tài)誤差，降低精度，故應(yīng)選合適阻使系統(tǒng)增大穩(wěn)態(tài)誤差，降低精度，故應(yīng)選合適阻尼。尼。mKB2111過(guò)阻尼系統(tǒng)臨界阻尼系統(tǒng)欠阻尼系統(tǒng)一般取8 . 04 . 0JJ23i電動(dòng)機(jī)1J4i12J2221421321iiJiJJJJme413132dgBJJ42232dgBJ44432dgBJ4141212iddJJ41424344141434)/(

3、iiiddddJJJJ 4112iJJ4114214)/( iiJiJJ)11 (41221211iiiiJJme01iJem21412iiniiii321max)/(1maxnkknkikkni12341233 4 5 6 712345678rgHgHrHrgzzigrHgzrz0rrgHgHHrgzzi0grggrHgzzzzz1rgggHHgzzzi0grgHHrHrgzzi0rgrrgHrzzzzz1grrrHHrzzzi200rz202gz101Hgi100Hri最大回差減速比機(jī)型（指柔輪內(nèi)徑，單位為mm)單級(jí)、臥式安裝通用諧波減器1CP2CTACPKP1ACTKT21CFDFRTK

4、FAC/21許FF1C當(dāng)輸入轉(zhuǎn)速當(dāng)輸入轉(zhuǎn)速1500轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)/分鐘，傳動(dòng)比和輸出力矩相同的情況下分鐘，傳動(dòng)比和輸出力矩相同的情況下 諧波齒輪傳動(dòng)的缺點(diǎn)：諧波齒輪傳動(dòng)的缺點(diǎn)：1、柔輪周期性變形，易疲勞破壞；、柔輪周期性變形，易疲勞破壞；2、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和啟動(dòng)力矩大，不適宜于小功率、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和啟動(dòng)力矩大，不適宜于小功率傳動(dòng)；傳動(dòng)；3、不能用于傳動(dòng)比較小場(chǎng)合（、不能用于傳動(dòng)比較小場(chǎng)合（i 小于小于35）；）；4、散熱差、散熱差250（帶長(zhǎng)）（帶長(zhǎng)） H 150（帶寬）（帶寬）1）按螺紋滾道截面形狀分類(lèi)：）按螺紋滾道截面形狀分類(lèi)： 單圓弧型和雙圓弧型兩類(lèi)單圓弧型和雙圓弧型兩類(lèi)bba) 單圓弧型滾道bb) 雙圓弧

5、型滾道b24315浮動(dòng)式反向器內(nèi)循環(huán)方式浮動(dòng)式反向器內(nèi)循環(huán)方式14324螺旋槽式外循環(huán)螺旋槽式外循環(huán)a、墊片調(diào)隙式、墊片調(diào)隙式b、螺紋調(diào)隙式、螺紋調(diào)隙式c、齒差調(diào)隙式、齒差調(diào)隙式5、滾珠絲杠副的主要尺寸、精度等級(jí)和標(biāo)注方法、滾珠絲杠副的主要尺寸、精度等級(jí)和標(biāo)注方法固定可以用深溝球軸承和雙向推力軸承組合或用圓錐滾子軸承兩端都裝止推軸承，承受軸向載荷兩端都裝止推軸承和向心球軸軸承，承受軸向、徑向載荷固定端裝深溝球軸承和雙向推力軸承，承受徑向、軸向載荷，簡(jiǎn)支端用深溝球軸承徑向約束1軸向剛度較高；軸向剛度較高；2預(yù)拉伸安裝時(shí)，須加載荷較大，軸承壽命比方案預(yù)拉伸安裝時(shí)，須加載荷較大，軸承壽命比方案 2低

6、；低；3適宜中速、精度高，并可用雙推適宜中速、精度高，并可用雙推單推組合。單推組合。 1軸向剛度最高；軸向剛度最高；2預(yù)拉伸安裝時(shí)，須加載荷較小，軸承壽命較高預(yù)拉伸安裝時(shí)，須加載荷較小，軸承壽命較高3適宜高速、高剛度、高精度。適宜高速、高剛度、高精度。1軸向剛度低，與螺母位置有關(guān)；軸向剛度低，與螺母位置有關(guān)；2雙推端可預(yù)拉伸安裝；雙推端可預(yù)拉伸安裝；3適宜中小載荷與低速，更適宜垂直安裝，短適宜中小載荷與低速，更適宜垂直安裝，短絲杠。絲杠。 123451234678、滾珠絲杠副的選擇、滾珠絲杠副的選擇1）滾珠絲杠副結(jié)構(gòu)的選擇）滾珠絲杠副結(jié)構(gòu)的選擇 根據(jù)防塵防護(hù)條件以及對(duì)調(diào)隙及預(yù)緊的要求，根據(jù)防塵

7、防護(hù)條件以及對(duì)調(diào)隙及預(yù)緊的要求，可選擇適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)型式。例如：可選擇適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)型式。例如： 當(dāng)允許有間隙存在時(shí)當(dāng)允許有間隙存在時(shí)(如垂直運(yùn)動(dòng)如垂直運(yùn)動(dòng))可選用具可選用具有單圓弧形螺紋滾道的單螺母滾珠絲杠副；有單圓弧形螺紋滾道的單螺母滾珠絲杠副； 當(dāng)必須有預(yù)緊或在使用過(guò)程中因磨損而需要當(dāng)必須有預(yù)緊或在使用過(guò)程中因磨損而需要定期調(diào)整時(shí)，應(yīng)采用雙螺母螺紋預(yù)緊或齒差預(yù)緊定期調(diào)整時(shí)，應(yīng)采用雙螺母螺紋預(yù)緊或齒差預(yù)緊式結(jié)構(gòu)；式結(jié)構(gòu)； 當(dāng)具備良好的防塵條件，且只需在裝配時(shí)調(diào)當(dāng)具備良好的防塵條件，且只需在裝配時(shí)調(diào)整間隙及預(yù)緊力時(shí)，可采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的雙螺母墊整間隙及預(yù)緊力時(shí)，可采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的雙螺母墊片調(diào)整預(yù)緊式結(jié)構(gòu)。

8、片調(diào)整預(yù)緊式結(jié)構(gòu)。2）滾珠絲杠副結(jié)構(gòu)尺寸的選擇）滾珠絲杠副結(jié)構(gòu)尺寸的選擇 公稱(chēng)直徑公稱(chēng)直徑d0應(yīng)根據(jù)軸向最大載荷按滾珠絲杠副尺應(yīng)根據(jù)軸向最大載荷按滾珠絲杠副尺寸系列選樣；螺紋長(zhǎng)度寸系列選樣；螺紋長(zhǎng)度LS在允許的情況下要盡量短，在允許的情況下要盡量短，一般取一般取LSd0小于小于30為宜；基本導(dǎo)程為宜；基本導(dǎo)程L0 （或螺距（或螺距t）的大小應(yīng)根據(jù)機(jī)電一體化系統(tǒng)的承載能力、傳動(dòng)精度的大小應(yīng)根據(jù)機(jī)電一體化系統(tǒng)的承載能力、傳動(dòng)精度要求確定。要求確定。L0大承載能力也大，大承載能力也大，L0小傳動(dòng)精度較高。小傳動(dòng)精度較高。要求傳動(dòng)速度快時(shí)，可選用大導(dǎo)程滾珠絲扛副。要求傳動(dòng)速度快時(shí)，可選用大導(dǎo)程滾珠絲扛

9、副。 滾珠的工作圈（或列）數(shù)和工作滾珠的數(shù)量滾珠的工作圈（或列）數(shù)和工作滾珠的數(shù)量N由由試驗(yàn)可知：第一、第二和第三圈（或列）分別承受軸試驗(yàn)可知：第一、第二和第三圈（或列）分別承受軸向載荷的向載荷的50、30和和20左右。因此，工作圈（或左右。因此，工作圈（或列）數(shù)一般取列）數(shù)一般取2.53.5。滾珠總數(shù)。滾珠總數(shù)N一般不超過(guò)一般不超過(guò)150個(gè)。個(gè)。矩形對(duì)稱(chēng)三角形不對(duì)稱(chēng)三角形燕尾槽圓形凸形凹形壓 板三 角 形 導(dǎo) 軌V 形 導(dǎo) 軌1）雙三角形組合導(dǎo)軌組合雙三角形組合導(dǎo)軌組合L1L1L13 輔 助 導(dǎo) 向 面2 導(dǎo) 向 面2133211 承 載 面231a)c)b)a)b)c)1 234箭頭粗細(xì)表

10、示受力大小矩形導(dǎo)軌 梯形導(dǎo)軌圓柱形滾動(dòng)直線(xiàn)導(dǎo)軌圓柱形滾動(dòng)直線(xiàn)導(dǎo)軌執(zhí)行元件電磁式電磁鐵及其他電動(dòng)機(jī)液壓馬達(dá)液壓式油 缸氣壓馬達(dá)氣壓式氣 缸其 他與材料有關(guān)直流伺服電機(jī)雙金屬片壓電元件狀態(tài)記憶金屬其他電機(jī)交流伺服電機(jī)步進(jìn)電機(jī)微動(dòng)機(jī)構(gòu)微動(dòng)機(jī)構(gòu)1、手動(dòng)機(jī)械式、手動(dòng)機(jī)械式2、熱變形式、熱變形式3、磁致伸縮式、磁致伸縮式4、壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)、壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)定位機(jī)構(gòu)定位機(jī)構(gòu)-分度機(jī)構(gòu)分度機(jī)構(gòu)摩擦驅(qū)動(dòng)原理摩擦驅(qū)動(dòng)原理 摩擦驅(qū)動(dòng)是通過(guò)摩擦把伺服電動(dòng)機(jī)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)摩擦驅(qū)動(dòng)是通過(guò)摩擦把伺服電動(dòng)機(jī)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成從動(dòng)桿的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)無(wú)間隙傳動(dòng)，其工作換成從動(dòng)桿的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)無(wú)間隙傳動(dòng)，其工作原理如圖所示。從微觀上看，壓緊輪與從動(dòng)桿之間原理如圖所示。從微觀上看，壓緊輪與從動(dòng)桿之間的油膜處于液體潤(rùn)滑狀態(tài)，潤(rùn)滑油的剪斷特性決定的油膜處于液體潤(rùn)滑狀態(tài)，潤(rùn)滑油的剪斷特性決定牽引系統(tǒng)。因而要選擇系數(shù)較高的潤(rùn)滑油。壓緊輪牽引系統(tǒng)。因而要選擇系數(shù)較高的潤(rùn)滑油。壓緊輪滾動(dòng)時(shí)實(shí)現(xiàn)進(jìn)給，進(jìn)給分辨率取決于伺服電動(dòng)機(jī)回滾動(dòng)時(shí)實(shí)現(xiàn)進(jìn)給，進(jìn)給分辨率取決于伺服電動(dòng)機(jī)回轉(zhuǎn)一周的步進(jìn)數(shù)。采用摩擦驅(qū)動(dòng)進(jìn)給的一個(gè)重要問(wèn)轉(zhuǎn)一周的步進(jìn)數(shù)。采用摩擦驅(qū)動(dòng)進(jìn)給的一個(gè)重要問(wèn)題是預(yù)壓，若預(yù)壓力過(guò)小，則接觸面有可能產(chǎn)生滑題是預(yù)壓，若預(yù)壓力過(guò)