機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì) 爬行 滾珠絲杠 同步帶 滾動(dòng)導(dǎo)軌

機(jī)電一體化系統(tǒng)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)

與一般機(jī)械系統(tǒng)比較，機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)的要求：①定位精度要高②響應(yīng)速度要快③穩(wěn)定性高

傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的基本要求1.低慣量。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??；轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成機(jī)械負(fù)載增大（T電=T負(fù)+Jε）；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；使電氣部分的諧振頻率變低。2.高剛度。剛度越大，伺服系統(tǒng)動(dòng)力損失越小；剛度越大，機(jī)器的固有頻率越高，不易振動(dòng)()；剛度越大，閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性越高。

3.合適阻尼。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)使系統(tǒng)損失動(dòng)量，增大穩(wěn)態(tài)誤差，降低精度，故應(yīng)選合適阻尼。4.摩擦小。靜摩擦力要小，動(dòng)摩擦力要小的正斜率；否則會(huì)出現(xiàn)爬行。

當(dāng)絲杠1作極低的勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，工作臺(tái)2可能會(huì)出現(xiàn)—快一慢或跳躍式的運(yùn)動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為爬行。

5.間隙小。對(duì)于系統(tǒng)閉環(huán)以外的間隙，對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性無影響，但影響到伺服精度。對(duì)于系統(tǒng)閉環(huán)內(nèi)的間隙，在控制系統(tǒng)有效控制范圍內(nèi)對(duì)系統(tǒng)精度、穩(wěn)定性影響較小，但反饋通道上的間隙要比前向通道上的間隙對(duì)系統(tǒng)影響較大。

1）產(chǎn)生爬行的原因和過程

勻速運(yùn)動(dòng)的主動(dòng)件1，通過壓縮彈簧推動(dòng)靜止的運(yùn)動(dòng)件3，當(dāng)運(yùn)動(dòng)件3受到的逐漸增大的彈簧力小于靜摩擦力F時(shí)，3不動(dòng)。直到彈簧力剛剛大于F時(shí)，3才開始運(yùn)動(dòng)，動(dòng)摩擦力隨著動(dòng)摩擦系數(shù)的降低而變小，3的速度相應(yīng)增大，同時(shí)彈簧相應(yīng)伸長(zhǎng)，作用在3上的彈簧力逐漸減小，3產(chǎn)生負(fù)加速度，速度降低，動(dòng)摩擦力相應(yīng)增大，速度逐漸下降，直到3停止運(yùn)動(dòng)，主動(dòng)件1這時(shí)再重新壓縮彈簧，爬行現(xiàn)象進(jìn)入下一個(gè)周期。

由上述分析可知，低速進(jìn)給爬行現(xiàn)象的產(chǎn)生主要取決于下列因素：

①靜摩擦力與動(dòng)摩擦力之差，這個(gè)差值越大，越容易產(chǎn)生爬行。②進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度K越小、越容易產(chǎn)生爬行。③運(yùn)動(dòng)速度太低。

2）消除爬行現(xiàn)象的途徑（實(shí)際做法）①提高傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度a．在條件允許的情況下，適當(dāng)提高各傳動(dòng)件或組件的剛度，減小各傳動(dòng)軸的跨度，合理布置軸上零件的位置。如適當(dāng)?shù)募哟謧鲃?dòng)絲杠的直徑，縮短傳動(dòng)絲杠的長(zhǎng)度，減少和消除各傳動(dòng)副之間的間隙。b．盡量縮短傳動(dòng)鏈，減小傳動(dòng)件數(shù)和彈性變形量。c．合理分配傳動(dòng)比，使多數(shù)傳動(dòng)件受力較小，變形也小。d．對(duì)于絲杠螺母機(jī)構(gòu)，應(yīng)采用整體螺母結(jié)構(gòu)，以提高絲杠螺母的接觸剛度和傳動(dòng)剛度。②減少摩擦力的變化a．用滾動(dòng)摩擦、流體摩擦代替滑動(dòng)摩擦，如采用滾珠絲杠、靜壓螺母、滾動(dòng)導(dǎo)軌和靜壓導(dǎo)軌等。從根本上改變摩擦面間的摩擦性質(zhì)，基本上可以消除爬行。b．選擇適當(dāng)?shù)哪Σ粮辈牧?，降低摩擦系?shù)。c．降低作用在導(dǎo)軌面的正壓力，如減輕運(yùn)動(dòng)部件的重量，采用各種卸荷裝置，以減少摩擦阻力。d．提高導(dǎo)軌的制造與裝配質(zhì)量，采用導(dǎo)軌油等都可以減少摩擦力的變化。

機(jī)電一體化傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的種類齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、滾珠絲杠副、滑動(dòng)絲杠副、同步帶傳動(dòng)副、間歇機(jī)構(gòu)、撓性傳動(dòng)機(jī)構(gòu)直線運(yùn)動(dòng)常用傳動(dòng)形式滾珠絲杠傳動(dòng)齒輪齒條傳動(dòng)特點(diǎn)：高效率、可逆性；零背隙、高剛性高導(dǎo)程精度；低啟動(dòng)扭矩、順暢性；滾珠絲杠傳動(dòng)滾珠絲杠安裝方式滾珠絲杠副的安裝方式一般叫做滾珠絲杠副的支承形式，通常有兩大類（絲杠旋轉(zhuǎn)類和螺母旋轉(zhuǎn)類）共五種典型的支承形式，支承形式不同，所容許的軸向載荷和容許的回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速也有所不同，應(yīng)根據(jù)工況適當(dāng)選擇。絲杠旋轉(zhuǎn)類兩側(cè)固定式用于高轉(zhuǎn)速、高精度的場(chǎng)合。由于此形式結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，調(diào)整較難，因此一般僅在定位要求很高時(shí)采用。固定-游動(dòng)式

適用于中轉(zhuǎn)速、高精度的場(chǎng)合。此形式結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，效果良好，應(yīng)用廣泛。支撐-支撐式

適用于中轉(zhuǎn)速，中精度的場(chǎng)合。此形式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，受力情況較差，應(yīng)用較少。固定-自由式適用于低轉(zhuǎn)速，中精度，軸向長(zhǎng)度短的場(chǎng)合。此形式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，受力情況差，但在行程小、轉(zhuǎn)速低時(shí)也經(jīng)常用到。螺母旋轉(zhuǎn)類螺母旋轉(zhuǎn)型，顧名思義，絲杠兩端固定不動(dòng)（拉伸狀態(tài)），螺母相對(duì)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)與絲杠產(chǎn)生相對(duì)軸向移動(dòng)。由于“螺母旋轉(zhuǎn)型”的絲杠不轉(zhuǎn)，因此回避了絲杠的極限轉(zhuǎn)速和壓桿穩(wěn)定性的約束，并且沒有絲杠旋轉(zhuǎn)慣性力，從而可以實(shí)現(xiàn)相對(duì)更高的轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度，同時(shí)也放寬了對(duì)絲杠直徑的抗彎要求。體積小、精度高組裝容易高剛性低噪音絲杠的選擇與設(shè)計(jì)預(yù)壓預(yù)壓的目的在于消除軸向背隙且降低因軸向力造成的彈性位移，亦可改善滾珠絲杠剛性（避免失步）。預(yù)壓方式拉伸式預(yù)壓壓縮式預(yù)壓齒輪傳動(dòng)間隙調(diào)整直齒圓柱齒輪傳動(dòng)副（1）偏心套調(diào)整法2）錐度齒輪調(diào)整法

（3）.雙片齒輪錯(cuò)齒調(diào)整法2．斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)副

（1）軸向墊片調(diào)整法

（2）軸向壓簧調(diào)整法3.齒輪齒條傳動(dòng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（減速）常見傳動(dòng)形式同步帶傳動(dòng)減速器同步齒形帶，

是一種新型的帶傳動(dòng)。

（一）同步齒形帶的特點(diǎn)：

1、傳動(dòng)過程中無相對(duì)滑動(dòng)，因而可以保持恒定的傳動(dòng)比，傳動(dòng)精度較高。

2、同步帶傳動(dòng)工作平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)緊湊，無噪音，有良好的減振性能，無需潤(rùn)滑。

3、同步帶無需特別緊張，故作用在軸和軸承上的載荷較小，傳動(dòng)效率較高。

4、同步帶傳動(dòng)的缺點(diǎn)是制造工藝較復(fù)雜，傳遞功率較小，壽命較低。同步齒形帶的結(jié)構(gòu)

根據(jù)齒形的不同，同步齒形帶可以分成兩種。一種是梯形齒同步帶，另一種是圓弧齒同步帶。

1、梯形齒應(yīng)力集中在齒根部位，與帶輪是圓弧形接觸，當(dāng)小帶輪直徑較小時(shí)，將使梯形齒同步帶的齒形變形，影響與帶輪齒的嚙合，易產(chǎn)生噪聲和振動(dòng)，這對(duì)于速度較高的主傳動(dòng)來說是很不利的。因此，梯形齒同步帶在數(shù)控機(jī)床特別是加工中心的主傳動(dòng)中很少使用，一般僅在轉(zhuǎn)速不高的運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)或小功率傳動(dòng)的動(dòng)力傳動(dòng)中使用。

2、圓弧齒同步齒形帶克服了梯形齒同步帶的缺點(diǎn)，均化了應(yīng)力，改善了嚙合。因此，在加工中心上，無論是主傳動(dòng)還是伺服進(jìn)給傳動(dòng)，當(dāng)需要用帶傳動(dòng)時(shí)，總是優(yōu)先考慮采用圓弧齒同步齒形帶。

對(duì)齒形帶的要求：

1、有高的抗剪強(qiáng)度和耐磨性；

2、有高的耐油性和耐熱性；

3、背帶有良好的韌性和耐彎曲疲勞能力；機(jī)電一體化系統(tǒng)常用減速器減速器要求高精度低背隙高剛度重量輕高效率常用減速器行星減速器諧波減速器RV減速器渦輪蝸桿減速器少齒差傳動(dòng)在某些機(jī)電一體化系統(tǒng)中（如機(jī)器人），需要減速器在保證體積小的同時(shí)，能夠有更大的減速比；此時(shí)，需要采用少齒差傳動(dòng)。常用的少齒差傳動(dòng)減速器有：諧波減速器RV減速器諧波減速器特點(diǎn)傳動(dòng)比大；傳動(dòng)精度高；齒輪側(cè)隙??；傳動(dòng)平穩(wěn)；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單

RV零部件齒輪軸：齒輪軸用來傳遞輸入功率，且與漸開線行星輪互相嚙合。行星輪：它與轉(zhuǎn)臂（曲柄軸）固聯(lián)，兩個(gè)行星輪均勻地分布在一個(gè)圓周上，起功率分流的作用，即將輸入功率分成兩路傳遞給擺線針輪行星機(jī)構(gòu)。轉(zhuǎn)臂（曲柄軸）H：轉(zhuǎn)臂是擺線輪的旋轉(zhuǎn)軸。它的一端與行星輪相聯(lián)接，另一端與支撐圓盤相聯(lián)接，它可以帶動(dòng)擺線輪產(chǎn)生公轉(zhuǎn)，而且又支撐擺線輪產(chǎn)生自轉(zhuǎn)。擺線輪（RV齒輪）：為了實(shí)現(xiàn)徑向力的平衡在該傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中，一般應(yīng)采用兩個(gè)完全相同的擺線輪，分別安裝在曲柄軸上，且兩擺線輪的偏心位置相互成180°。針輪：針輪與機(jī)架固連在一起而成為針輪殼體，在針輪上安裝有30個(gè)針齒。剛性盤與輸出盤：輸出盤是RV型傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與外界從動(dòng)工作機(jī)相聯(lián)接的構(gòu)件，輸出盤與剛性盤相互聯(lián)接成為一個(gè)整體，而輸出運(yùn)動(dòng)或動(dòng)力。在剛性盤上均勻分布兩個(gè)轉(zhuǎn)臂的軸承孔，而轉(zhuǎn)臂的輸出端借助于軸承安裝在這個(gè)剛性盤上。

RV減速器傳動(dòng)原理第一級(jí)減速的形成執(zhí)行電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)由齒輪軸傳遞給兩個(gè)漸開線行星輪，進(jìn)行第一級(jí)減速。2.第二級(jí)減速的形成行星輪的旋轉(zhuǎn)通過曲柄軸帶動(dòng)相距180°的擺線輪，從而生成擺線輪的公轉(zhuǎn)；同時(shí)由于擺線輪在公轉(zhuǎn)過程中會(huì)受到固定于針齒殼上的針齒的作用力而形成與擺線輪公轉(zhuǎn)方向相反的力矩，也造就了擺線輪的自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，這樣完成了第二級(jí)減速。運(yùn)動(dòng)的輸出通過兩個(gè)曲柄軸使擺線輪與剛性盤構(gòu)成平行四邊形的等角速度輸出機(jī)構(gòu)，將擺線輪的轉(zhuǎn)動(dòng)等速傳遞給剛性盤及輸出盤。

RV減速器特點(diǎn)長(zhǎng)期使用不需再加潤(rùn)滑劑壽命長(zhǎng)剛度好減速比大低振動(dòng)高精度保養(yǎng)便利高傳動(dòng)效率，約為0.8。

滾動(dòng)導(dǎo)軌優(yōu)點(diǎn)滾動(dòng)導(dǎo)軌分類滾動(dòng)導(dǎo)軌選擇步驟額定負(fù)荷額定靜負(fù)荷額定動(dòng)負(fù)荷工作負(fù)荷靜壓導(dǎo)軌將具有一定壓力的潤(rùn)滑油，經(jīng)節(jié)流器輸入到導(dǎo)軌面上的油腔，即可形成承載油膜，使導(dǎo)軌面之間處于純液體摩擦狀態(tài)。優(yōu)點(diǎn)：導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)速度的變化對(duì)油膜厚度的影響很??；缺點(diǎn)：導(dǎo)軌自身結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜；需要增加一套供油系統(tǒng)；對(duì)潤(rùn)滑油的清潔程度要求很高。主要應(yīng)用：精密機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和低速運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌開式靜壓導(dǎo)軌：壓力油經(jīng)節(jié)流器進(jìn)入導(dǎo)軌的各個(gè)油腔，使運(yùn)動(dòng)部件浮起，導(dǎo)軌面被油膜隔開，油腔中的油不斷地通過封油邊而流回油箱。當(dāng)動(dòng)導(dǎo)軌受到