機(jī)電一體化培訓(xùn)-機(jī)械傳動(dòng)

1、機(jī) 電 一 體 化 技 術(shù)機(jī) 械 傳 動(dòng)概 述機(jī)電一體化設(shè)備進(jìn)給傳動(dòng)方案雙矩形導(dǎo)軌導(dǎo)向方式低速爬行現(xiàn)象進(jìn)給傳動(dòng)“滾動(dòng)化”的必要性直線滾動(dòng)導(dǎo)軌圓形導(dǎo)軌滾動(dòng)導(dǎo)軌塊和直線軸承導(dǎo)軌滾珠絲杠螺母副滾珠花鍵支承部件滾珠絲杠與進(jìn)給電機(jī)的連接直線電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量機(jī)械傳動(dòng)傳統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)是一種把動(dòng)力機(jī)產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳遞給執(zhí)行機(jī)構(gòu)的中間裝置，是一種轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的變換器，其目的是使驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)與負(fù)載之間在轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速上得到合理的匹配。在機(jī)電一體化系統(tǒng)中，伺服電動(dòng)機(jī)的伺服變速功能在很大程度上代替了機(jī)械傳動(dòng)中的變速機(jī)構(gòu)，大大簡(jiǎn)化了傳動(dòng)鏈。機(jī)電一體化系統(tǒng)中的機(jī)械傳動(dòng)裝置已成為伺服系統(tǒng)的組成部分。機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)應(yīng)具有良好的伺服性

2、能，要求機(jī)械傳動(dòng)部件轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、摩擦小、阻尼合理、剛度大、抗振性好、間隙小，并滿足小型、輕量、高速、低噪聲和高可靠性等要求。機(jī)電一體化技術(shù)機(jī) 械 傳 動(dòng)概述機(jī)電一體化設(shè)備進(jìn)給傳動(dòng)方案機(jī)電一體化技術(shù)機(jī) 械 傳 動(dòng)概述旋轉(zhuǎn)編碼器伺服電機(jī)聯(lián)軸器減速器旋轉(zhuǎn)編碼器聯(lián)軸器 旋轉(zhuǎn)編碼器絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)齒輪齒條傳動(dòng)蝸輪蝸桿傳動(dòng)光電編碼器旋轉(zhuǎn)變壓器直線編碼器光柵磁柵感應(yīng)同步器雙矩形導(dǎo)軌導(dǎo)向方式導(dǎo)向面窄式導(dǎo)向窄式導(dǎo)向采用一根導(dǎo)軌的兩側(cè)進(jìn)行導(dǎo)向?qū)蛎鎸捠綄?dǎo)向?qū)捠綄?dǎo)向分別采用兩根導(dǎo)軌的一個(gè)側(cè)面機(jī)電一體化技術(shù)機(jī) 械 傳 動(dòng)導(dǎo)軌進(jìn)行導(dǎo)向?yàn)樘岣邔?dǎo)軌的耐磨性，常采用鑲鋼導(dǎo)軌，經(jīng)過(guò)處理后，耐磨性可比灰鑄鐵提高510倍。鑲鋼導(dǎo)軌一般

3、采用螺栓或焊接的方式固定在基礎(chǔ)件上。低速爬行現(xiàn)象在低速進(jìn)給運(yùn)動(dòng)時(shí)，速度有時(shí)為0.05mm/min，微小位移達(dá)0.001mm/次，這時(shí)，運(yùn)動(dòng)部件的速度如下圖曲線所示。運(yùn)動(dòng)部件不是連續(xù)的勻速運(yùn)動(dòng)，而是時(shí)走時(shí)停，這種現(xiàn)象稱為爬行。產(chǎn)生的爬行的原因主要是由摩擦系數(shù)隨相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度不同而造成的。為避免爬行現(xiàn)象的出現(xiàn)，可同時(shí)采取幾項(xiàng)措施，包括：采用滾動(dòng)導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌、卸荷導(dǎo)軌、塑料導(dǎo)軌等。機(jī)電一體化技術(shù)機(jī) 械 傳 動(dòng)導(dǎo)軌壓板塑料導(dǎo)軌移動(dòng)部件床身墊片tv常用的塑料導(dǎo)軌材料有：塑料導(dǎo)軌軟帶、金屬塑料復(fù)合導(dǎo)軌板和塑料涂層?！皾L動(dòng)化”是滾珠絲杠和滾動(dòng)導(dǎo)軌。機(jī)電一體化設(shè)備為獲得高的加工精度，要求進(jìn)給運(yùn)動(dòng)有：高的傳動(dòng)精

4、度、高的靈敏度、高的穩(wěn)定性。普通滑動(dòng)導(dǎo)軌和絲杠存在著摩擦力大，低速爬行，高速振動(dòng)，靈敏度低缺點(diǎn)，因此，不適宜應(yīng)用在機(jī)電一體化設(shè)備的進(jìn)給傳動(dòng)中。滾動(dòng)絲杠和滾動(dòng)導(dǎo)軌具有：摩擦力小傳動(dòng)靈活無(wú)爬行、傳動(dòng)效率高。預(yù)緊后可消除間隙，提高傳動(dòng)剛度。進(jìn)給傳動(dòng)“滾動(dòng)化”的必要性機(jī)電一體化技術(shù)機(jī) 械 傳 動(dòng)導(dǎo)軌滑塊（通過(guò)安裝孔用螺栓固定在移動(dòng)部件上）安裝孔機(jī)電一體化技術(shù)機(jī) 械 傳 動(dòng)導(dǎo)軌安裝孔滾珠導(dǎo)軌（通過(guò)安裝孔用螺栓固定在床身上）直線滾動(dòng)導(dǎo)軌由專業(yè)生產(chǎn)廠家生產(chǎn)。 一條導(dǎo)軌上有兩個(gè)支承滑塊，支承滑塊固定在運(yùn)動(dòng)部件上，導(dǎo)軌整體安裝在機(jī)床的基礎(chǔ)件上。當(dāng)滑塊移動(dòng)時(shí)，滑塊內(nèi)的滾珠在導(dǎo)軌上的圓弧溝槽滾動(dòng)并形成循環(huán)。直線滾動(dòng)

5、導(dǎo)軌在制造時(shí)已消除了間隙，因而剛度和精度都較高。滾動(dòng)導(dǎo)軌由于滑動(dòng)件與支承件之間是滾動(dòng)摩擦，因此，摩擦系數(shù)小，且動(dòng)、靜摩擦系數(shù)差別小，低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，無(wú)爬行，運(yùn)動(dòng)靈活，定位精度高。直線滾動(dòng)導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)組成機(jī)電一體化技術(shù)機(jī) 械 傳 動(dòng)導(dǎo)軌安裝方式移動(dòng)部件滑塊導(dǎo)軌床身機(jī)電一體化技術(shù)機(jī) 械 傳 動(dòng)導(dǎo)軌直線滾動(dòng)導(dǎo)軌形式機(jī)電一體化技術(shù)機(jī) 械 傳 動(dòng)導(dǎo)軌直線滾動(dòng)導(dǎo)軌形式機(jī)電一體化技術(shù)機(jī) 械 傳 動(dòng)導(dǎo)軌直線滾動(dòng)導(dǎo)軌形式機(jī)電一體化技術(shù)機(jī) 械 傳 動(dòng)導(dǎo)軌弧形滾動(dòng)導(dǎo)軌X-Y十字工作臺(tái)機(jī)電一體化技術(shù)機(jī) 械 傳 動(dòng)導(dǎo)軌線性球軸承座圓形導(dǎo)軌機(jī)電一體化技術(shù)機(jī) 械 傳 動(dòng)導(dǎo)軌圓形導(dǎo)軌又稱直線運(yùn)動(dòng)球軸承，這種軸承只能在導(dǎo)軌軸上作直線

6、往復(fù)運(yùn)動(dòng)，而不能旋轉(zhuǎn)。滾珠與導(dǎo)軌軸外圓柱面為點(diǎn)接觸，因而許用載荷較小，但運(yùn)動(dòng)輕便靈活、精度較高、價(jià)格低、維護(hù)方便，廣泛應(yīng)用于機(jī)床、測(cè)量裝置、電子儀器、輸送機(jī)械、醫(yī)療診斷儀器等輕載設(shè)備和裝置。在軸承外套筒和擋圈上開(kāi)有軸向切口，能任意調(diào)整軸承與導(dǎo)軌間的間隙可調(diào)式線性球軸承開(kāi)放式線性球軸承在軸承外套筒和擋圈上開(kāi)有軸向扇形切口，軸承與導(dǎo)軌間的間隙可調(diào)封閉式線性球軸承軸承與導(dǎo)軌間的間隙不可調(diào)直線軸承導(dǎo)軌滾動(dòng)導(dǎo)軌塊和直線軸承導(dǎo)軌機(jī)電一體化技術(shù)機(jī) 械 傳 動(dòng)導(dǎo)軌滾動(dòng)導(dǎo)軌塊直線軸承導(dǎo)軌安裝滾動(dòng)導(dǎo)軌塊安裝絲杠發(fā)蘭螺母滾珠絲杠螺母副將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成直線運(yùn)動(dòng)，用較小的驅(qū)動(dòng)力矩就可獲得較大的軸向牽引力。數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系

7、統(tǒng)采用滾珠絲杠螺母副的目的在于：由于絲杠和螺母之間有滾珠，因此摩擦系數(shù)小，且動(dòng) 靜摩擦系數(shù)相差小，低速無(wú)爬行。在施加預(yù)緊后，軸向剛度好，定位精度高。進(jìn)給電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲杠旋轉(zhuǎn)時(shí)，和運(yùn)動(dòng)部件固定在一起的螺母作直線運(yùn)動(dòng)，螺母內(nèi)的滾珠在絲杠帶圓弧的螺旋滾道內(nèi)滾動(dòng)，并在螺母內(nèi)不斷循環(huán)。按照滾珠的循環(huán)方式，滾珠絲杠螺母副分成內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)兩大類。機(jī)電一體化技術(shù)機(jī) 械 傳 動(dòng)絲杠滾珠絲杠螺母副組成帶圓弧的螺旋滾道螺母內(nèi)循環(huán)：滾珠在循環(huán)過(guò)程中，滾珠始終保持和絲杠接觸，這種方外循環(huán)：滾珠在循環(huán)過(guò)程中，滾珠在換向時(shí)與絲杠脫離接觸。機(jī)電一體化技術(shù)機(jī) 械 傳 動(dòng)絲杠外循環(huán)式結(jié)構(gòu)緊湊。由于絲杠與螺母之間存在間隙，因此，當(dāng)絲

8、杠由正轉(zhuǎn)變?yōu)榉崔D(zhuǎn)的瞬時(shí)，螺母必須先克服該間隙才能運(yùn)動(dòng)，則該間隙稱反向間隙。反向間隙的存在降低了運(yùn)動(dòng)精度和絲杠螺母副的剛度，間隙消除的方法采用雙螺母，通過(guò)調(diào)整兩個(gè)螺母之間的微量軸向位移，消除間隙。通常采用墊法調(diào)隙式、螺紋調(diào)隙式和齒差調(diào)隙式。滾珠循環(huán)方式內(nèi)循環(huán)反向器插管滾珠絲杠螺母副類型單螺母內(nèi)循環(huán)式雙螺母消隙內(nèi)循環(huán)式單螺母外循環(huán)式雙螺母外循環(huán)墊片消隙式機(jī)電一體化技術(shù)機(jī) 械 傳 動(dòng)絲杠滾珠絲杠支承一端固定一端自由機(jī)電一體化技術(shù)機(jī) 械 傳 動(dòng)絲杠機(jī)電一體化技術(shù)機(jī) 械 傳 動(dòng)絲杠一端固定一端移動(dòng)機(jī)電一體化技術(shù)機(jī) 械 傳 動(dòng)絲杠兩端固定 =AE絲杠預(yù)緊機(jī)電一體化技術(shù)機(jī) 械 傳 動(dòng)絲杠預(yù)緊墊片F(xiàn)預(yù)緊螺母千

9、分表絲杠彈性模量變形量 預(yù)緊力F預(yù)緊力的大小是通過(guò)測(cè)量絲杠的變形量來(lái)獲得的。絲杠截面積預(yù)緊就是傳動(dòng)部件在承載前，在裝配或調(diào)試階段預(yù)先施加載荷使之產(chǎn)生微量變形。預(yù)緊能消除傳動(dòng)間隙，減小承載傳動(dòng)時(shí)的變形，提高傳動(dòng)剛度；預(yù)緊還能抵消傳動(dòng)時(shí)的熱變形，提高傳動(dòng)精度。預(yù)緊的外施力要適當(dāng)，過(guò)大的話會(huì)增加附加摩擦力矩，不利于快速性的提高。機(jī) 械 傳 動(dòng)機(jī)電一體化技術(shù)花鍵軸的外圓上均布3條凸起的軌道，在外筒內(nèi)有循環(huán)的滾珠。外筒和花鍵軸之間既可以軸帶筒，也可以筒帶軸作回轉(zhuǎn)移動(dòng)，又可以作靈活、輕便的相對(duì)的直線運(yùn)動(dòng)，所以滾珠花鍵即是一種傳動(dòng)裝置，又是一種直線運(yùn)動(dòng)支承?？捎糜跈C(jī)器人、機(jī)床、機(jī)電一體化設(shè)備和自動(dòng)搬運(yùn)車等各

10、種機(jī)械。花鍵軸外筒支承部件滾珠花鍵花鍵軸機(jī)電一體化技術(shù)機(jī) 械 傳 動(dòng)支承部件密珠軸承密珠軸承是一種新型的滾動(dòng)摩擦支承，由內(nèi)、外圈和密集的滾珠組成。滾珠在尼龍保持架的空隙中以近似與多頭螺旋線的形式徑向軸承推力軸承滾珠排列方式密珠軸承排列，滾珠的密集具有誤差平均效應(yīng)，有利于提高回轉(zhuǎn)軸的精度。精密分度頭主軸系統(tǒng)保持架機(jī)電一體化技術(shù)機(jī) 械 傳 動(dòng)支承部件空氣靜壓軸承圓柱徑向和端面推力空氣靜壓軸承徑向軸承的軸套為外鼓形，可自動(dòng)調(diào)整定心。方法是先通氣使軸套自動(dòng)將位置調(diào)好后再固定。這樣可提高前后軸套的同軸度，從而保證轉(zhuǎn)軸的回轉(zhuǎn)精度。雙半球空氣軸承主軸轉(zhuǎn)軸前后軸承均為半球狀，既是徑向軸承又是止推力軸承，由于軸

11、承的球形氣浮面具有自動(dòng)調(diào)心作用，因此可以提高前后軸承的同軸度，以提高轉(zhuǎn)軸的回轉(zhuǎn)精度。機(jī) 械 傳 動(dòng)傳動(dòng)部件同步齒形帶同步齒形帶傳動(dòng)是綜合了帶傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)特點(diǎn)的一種新型傳動(dòng)。帶的工作表面制有帶齒，它與有相應(yīng)齒形的帶輪相嚙合，用來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。與一般帶傳動(dòng)相比較，同步齒形帶傳動(dòng)具有如下特點(diǎn)：傳動(dòng)比準(zhǔn)確，傳動(dòng)效率高；工作平穩(wěn)，能吸收振動(dòng)；不需潤(rùn)滑，維護(hù)保養(yǎng)方便；中心距要求嚴(yán)格，安裝精度要求高。同步帶的齒形一般為梯形，材料為聚氨酯橡膠和氯丁橡膠，帶輪材料一般采用鋼、塑料或輕合金。機(jī)電一體化技術(shù)同步齒形帶的主要參數(shù)是帶齒的節(jié)距pbpb機(jī) 械 傳 動(dòng)傳動(dòng)部件諧波齒輪變速器組成及工作原理諧波齒輪

12、傳動(dòng)是一種新型傳動(dòng)裝置，主要有波形發(fā)生器、柔輪和剛輪組成。柔輪具有外齒，剛輪具有內(nèi)齒，剛輪的齒數(shù)zg比柔輪的齒數(shù)zr略多。柔輪的輪緣極簿，剛度很小，在未裝配前，柔輪是圓形的，由于波形發(fā)生器的直徑比柔輪內(nèi)圓的直徑略大，所以當(dāng)波形發(fā)生器裝入柔輪的內(nèi)圓時(shí)，就迫使柔輪變形，呈橢圓形。波發(fā)生器有滾輪式、凸輪式和偏心盤式。當(dāng)波發(fā)生器轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，柔輪和剛輪上的齒依次進(jìn)入嚙合，柔輪的旋轉(zhuǎn)方向與波發(fā)生器的旋轉(zhuǎn)方向相反。諧波齒輪傳動(dòng)既可以做成減速器，也可以做成增速器。波形發(fā)生器、柔輪和剛輪三者任意一個(gè)固定，其余二個(gè)一個(gè)為主動(dòng)，另一個(gè)為從動(dòng)，應(yīng)用廣泛的是剛輪固定，波發(fā)生器主動(dòng)，柔輪從動(dòng)的形式。單級(jí)減速的減速比i7550

13、0（izr/zgzr）。機(jī)電一體化技術(shù)與一般齒輪傳動(dòng)相比，諧波齒輪傳動(dòng)具有：傳動(dòng)比大、承載能力大、傳動(dòng)精度高、傳動(dòng)平穩(wěn)無(wú)沖擊的特點(diǎn)。波發(fā)生器柔輪剛輪柔性軸承機(jī)電一體化技術(shù)機(jī) 械 傳 動(dòng)傳動(dòng)部件波發(fā)生器它與輸入軸相聯(lián)，對(duì)柔輪的齒圈的變形起產(chǎn)生和控制的作用。它由一個(gè)橢圓形凸輪和一個(gè)薄壁的柔性軸承組成。柔性軸承不同于普通軸承它的外環(huán)很薄容易產(chǎn)生徑向變形在未裝入凸輪之前環(huán)是圓形的，裝 上 之 后 為 橢 圓 形 。柔輪有薄壁杯形薄壁圓筒形或平嵌式等多種。薄壁圓筒形柔輪的開(kāi)口端部外面有齒圈它隨波發(fā)生器的轉(zhuǎn)動(dòng)而變形筒底部分與輸出軸聯(lián)接。剛輪它是一個(gè)剛性的內(nèi)齒輪。雙波諧波傳動(dòng)的剛輪通常比柔輪多2齒。諧波齒輪

14、減速器多以剛輪固定，外部與箱體聯(lián)接。波發(fā)生器輸入軸剛輪軸承柔輪輸出軸柔輪 外齒圈波發(fā)生器內(nèi)齒圈剛輪機(jī)電一體化技術(shù)機(jī) 械 傳 動(dòng)傳動(dòng)部件諧波齒輪變速器在機(jī)器人中的應(yīng)用伺服電機(jī)滾珠絲杠伺服電機(jī)聯(lián)軸器聯(lián)軸器座機(jī)電一體化技術(shù)機(jī) 械 傳 動(dòng)傳動(dòng)方式滾珠絲杠與進(jìn)給電機(jī)的連接伺服電機(jī)同步齒形帶機(jī) 械 傳 動(dòng)機(jī)電一體化技術(shù)直線永磁同步電動(dòng)機(jī)是在定子側(cè)，沿全行程方向的一條直線，一塊接一塊交替地安裝N、S永磁體，而動(dòng)子下方的全長(zhǎng)上，對(duì)應(yīng)地安裝含鐵心的通電繞組，動(dòng)子必須帶電纜一起運(yùn)動(dòng)。當(dāng)動(dòng)子的三相繞組中通入三相對(duì)稱正弦電流后，產(chǎn)生氣隙磁場(chǎng)。當(dāng)三相電流隨時(shí)間變化時(shí)，氣隙磁場(chǎng)將按A、B、C相序沿直線運(yùn)動(dòng)，該磁場(chǎng)稱為行波

15、磁場(chǎng)。永磁體的勵(lì)磁磁場(chǎng)與行波磁場(chǎng)相互作用便會(huì)產(chǎn)生電磁推力。在電磁推力的作用下，由于定子固定不動(dòng)，那么動(dòng)子就會(huì)沿行波磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)的相反方向作直線運(yùn)動(dòng)。傳動(dòng)方式直線電機(jī)機(jī)電一體化技術(shù)機(jī) 械 傳 動(dòng)傳動(dòng)方式直線電機(jī)在進(jìn)給運(yùn)動(dòng)中的應(yīng)用1直線電機(jī)磁鐵組件2直線電機(jī)滑塊組件3工作臺(tái)4滑座5直線光柵掃描頭6直線滾動(dòng)導(dǎo)軌7直線光柵進(jìn)給驅(qū)動(dòng)采用直線電機(jī)與旋轉(zhuǎn)電機(jī)傳動(dòng)方式的最大區(qū)別是取消了電動(dòng)機(jī)到工作臺(tái)之間的一切中間環(huán)節(jié)，減少了傳動(dòng)鏈。其優(yōu)點(diǎn)是，響應(yīng)快（加速度一般可達(dá)510g）、傳動(dòng)剛度高、定位精度高。轉(zhuǎn)動(dòng)慣量1.圓柱體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量mdJ214mdJ =機(jī)電一體化技術(shù)機(jī) 械 傳 動(dòng)特性 L J = (m1 2 ) 2 m1m2J工件工作臺(tái)L導(dǎo)程2+ m + J sJs絲杠慣量絲杠2.直線運(yùn)動(dòng)物體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量絲杠慣量折算到絲杠軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J機(jī)電一體化技術(shù)機(jī) 械 傳 動(dòng)特性m1m2r工件齒條齒輪JJcJ = (m1 + m2 )r 2 + J c齒輪慣量機(jī)電一體化技術(shù)折算到齒輪軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J機(jī) 械 傳 動(dòng)特性齒輪齒條傳動(dòng)( )J =