第2章機電一體化單元技術課件

第二章機電一體化的單元技術

第二章機電一體化的單元技術

目錄2.1

概述2.2

精密機械技術2.3

傳感檢測技術2.4

伺服驅動技術

第二章機電一體化的單元技術

機電一體化是傳統(tǒng)技術與一些新技術相結合而發(fā)展起來的多學科領域綜合交叉的技術密集型學科。

其所涉及的關鍵技術，除系統(tǒng)總體技術外，其它單元技術已發(fā)展成為相對獨立的學科領域，具有各自的知識體系。主要從機電一體化系統(tǒng)設計的角度，介紹主要概念、原理、設計原則和選用方法。

2.1概述第二章機電一體化的單元技術

一、機電一體化中的機械系統(tǒng)組成

傳統(tǒng)的機械系統(tǒng)和機電一體化機械系統(tǒng)的主要功能都是完成一系列相互協(xié)調的機械運動。但由于二者組成不同，導致其各自實現(xiàn)運動的方式不同。2.2精密機械技術傳統(tǒng)機械系統(tǒng)一般由動力件、傳動件和執(zhí)行件三部分加上電氣、液壓和機械控制等部分組成。機電一體化系統(tǒng)中的機械系統(tǒng)則是由計算機協(xié)調與控制的，用于完成包括機械力、運動和能量流等動力學任務且機電部件信息流相互聯(lián)系的系統(tǒng)。第二章機電一體化的單元技術

1.組成

機電一體化系統(tǒng)中的機械系統(tǒng)主要包括以下五大部分：

傳動機構：主要完成轉速、轉矩的匹配，并且要求有良好的伺服性能。

導向機構：主要起支承和導向作用，為機械裝置中各運動部件安全、準確地完成特定運動作保障。

執(zhí)行機構：完成具體的動作，要求有高的靈敏度、精確度和良好的重復性、可靠性。

軸系

機座或機架

第二章機電一體化的單元技術

第二章機電一體化的單元技術

2.機械系統(tǒng)設計要求

機電一體化中的機械系統(tǒng)應滿足以下三方面的要求，以達到伺服系統(tǒng)的設計指標：1．高精度2．動作響應快3．穩(wěn)定性好

簡單而言，就是“穩(wěn)、準、快”，此外，還要求有較大的剛度、良好的可靠性、重量輕、體積小、壽命長等等措施：考慮到以上要求，在設計和制造機械裝置時，通常采用精密機械技術。機械本體設計無間隙、低慣性、低振動、低噪聲和適當阻尼比的要求機械傳動設計3.設計內容第二章機電一體化的單元技術

二、機械傳動機構機械傳動機構的基本要求

由于傳動部件直接影響機電一體化系統(tǒng)的精度、穩(wěn)定性和快速響應性，應設計和選擇滿足低摩擦、無間隙、低慣量、高剛度、高諧振頻率、適當?shù)淖枘岜纫约芭c伺服電動機等其它環(huán)節(jié)的動態(tài)性能相匹配等要求的傳動部件。措施采用低摩擦阻力的傳動部件和導向部件減小反向死區(qū)誤差選用最佳傳動比縮短傳動鏈，提高傳動與支承剛度，以減小結構的彈性變形通過剛度、質量和摩擦系數(shù)等參數(shù)的合理匹配得到適當?shù)淖枘岜鹊诙聶C電一體化的單元技術

傳動機構的發(fā)展

隨著機電一體化技術的發(fā)展，要求傳動機構不斷適應新的技術要求：精密化高速化小型化和輕量化第二章機電一體化的單元技術

傳動機構的設計內容

包括系統(tǒng)設計和結構設計兩個方面估算載荷選擇總傳動比，選擇伺服電機選擇傳動機構的形式確定傳動級數(shù)，分配各級傳動比配置傳動鏈，估算傳動鏈精度傳動機構結構設計計算傳動裝置的剛度和結構固有頻率做必要的工藝分析和經(jīng)濟分析第二章機電一體化的單元技術

機械傳動系統(tǒng)的特性

機電一體化的機械系統(tǒng)應具有良好的伺服性能，要求機械傳動部件應有足夠的制造精度，滿足快速穩(wěn)定和高效的要求，還應使機械傳動部分動態(tài)特性與執(zhí)行元件的動態(tài)特性相匹配。

機械傳動系統(tǒng)的主要特性有：轉動慣量阻尼剛度間隙轉動慣量轉動慣量過大的不利影響：使機械負載增大，需要增大驅動電機的功率系統(tǒng)響應速度變慢，靈敏度降低使系統(tǒng)固有頻率下降，易產(chǎn)生諧振，影響伺服穩(wěn)定性和精度電氣驅動部件的諧振頻率降低、阻尼增大第二章機電一體化的單元技術

第二章機電一體化的單元技術

驅動系統(tǒng)實際諧振頻率隨慣性負載增大而降低設計系統(tǒng)時，將傳動系統(tǒng)的轉動慣量作為選擇電動機動力參數(shù)的依據(jù)。驅動系統(tǒng)諧振頻率與轉動慣量的關系轉動慣量圓柱體轉動慣量（形心軸與回轉軸重合）齒輪、聯(lián)軸器、絲杠和軸等接近于圓柱體的零件都可用上式計算（或估算）其轉動慣量。第二章機電一體化的單元技術

直線運動物體的轉動慣量

折算到絲杠軸上的等效

轉動慣量

折算到小齒輪軸上的等轉動慣量第二章機電一體化的單元技術

絲杠軸折算到電機軸的等效轉動慣量（引申到后軸折算到前軸）

第二章機電一體化的單元技術

i-電機軸到絲杠軸的總傳動比JS-絲杠的轉動慣量阻尼是系統(tǒng)的固有特性，對于一個振動系統(tǒng)，我們定義所有消耗系統(tǒng)機械能的因素都稱為阻尼由于機械部件具有慣性和摩擦特性，機械傳動系統(tǒng)可視為帶有阻尼的質量-彈簧系統(tǒng)摩擦阻尼是由于機械系統(tǒng)的傳動件之間的摩擦力而產(chǎn)生的第二章機電一體化的單元技術

阻尼機械部件振動時，金屬材料的內摩擦較小（附加的非金屬減振材料內摩擦較大）、導軌的摩擦阻尼是主要的摩擦阻尼可分為三類：靜摩擦阻尼、庫侖摩擦阻尼和黏性摩擦阻尼（黏滯摩擦阻尼）實際應用摩擦阻尼時，一般都簡化為黏性摩擦的線性阻尼阻尼阻尼影響：機械部件產(chǎn)生振動時，系統(tǒng)中阻尼越大，最大振幅越小，且衰減越快。但阻尼過大，系統(tǒng)失動量增大，穩(wěn)態(tài)誤差增大，精度降低。適當?shù)淖枘峥商岣呦到y(tǒng)的穩(wěn)定性。系統(tǒng)的靜摩擦阻尼大，會使系統(tǒng)的回程誤差增大，定位精度降低。第二章機電一體化的單元技術

阻尼系統(tǒng)的黏性摩擦阻尼越大，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差越大，精度降低。系統(tǒng)的黏性摩擦阻尼對快速響應性不利。若機械系統(tǒng)剛度低質量大，則系統(tǒng)的固有頻率低，此時應增大系統(tǒng)的黏性摩擦阻尼，以減小振幅和加快衰減進程。阻尼機械傳動系統(tǒng)若簡化為二階振動系統(tǒng)，其阻尼比第二章機電一體化的單元技術

ξ=0時，系統(tǒng)處于等幅持續(xù)振蕩狀態(tài)，因此系統(tǒng)不能沒有阻尼，任何機電系統(tǒng)都具有一定的阻尼。ξ＞l稱為過阻尼系統(tǒng)；ξ＝1稱為臨界阻尼系統(tǒng)。這兩種情況工作中不振蕩，但響應速度慢。第二章機電一體化的單元技術

二階系統(tǒng)階躍響應曲線阻尼0＜ξ＜1稱為欠阻尼系統(tǒng)。在ξ值為0.4~0.7之間系統(tǒng)不但響應比臨界阻尼或過阻尼系統(tǒng)快，而且還能更快的達到穩(wěn)定值。但在ξ＜0.4時，系統(tǒng)雖然響應更快，但振幅增大，振蕩衰減的很慢。在系統(tǒng)設計時，為保證良好動態(tài)特性，一般取ξ＝0.4~0.7之間。二階系統(tǒng)階躍響應曲線剛度是使彈性物體產(chǎn)生單位變形所需要的作用力，對于機械傳動系統(tǒng)來說，剛度包括零件產(chǎn)生各種彈性變形的剛度和兩個零件接面的接觸剛度。靜態(tài)力與變形之比為靜剛度；動態(tài)力（交變力、沖擊力）與變形之比為動剛度。第二章機電一體化的單元技術

剛度對于機械傳動系統(tǒng)，增大系統(tǒng)的傳動剛度有以下好處：減少系統(tǒng)的失動量（傳動死區(qū)），有利于提高傳動精度。提高系統(tǒng)的固有頻率，有利于系統(tǒng)的抗振性。增加閉環(huán)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。剛度絲杠螺母機構的拉壓剛度由三部分組成：

絲杠構件的拉壓剛度KL

絲杠軸承的支承剛度KB

絲杠螺母間的接觸剛度KN第二章機電一體化的單元技術

剛度絲杠構件的拉壓剛度KL

(1)一端軸向支承的絲杠

(2)兩端軸向支承的絲杠第二章機電一體化的單元技術

絲杠軸承的支承剛度KB

與所采用的軸承類型、結構有關

。當軸承有預緊時，其支承剛度為無預緊的2倍;兩端軸向支承取一端軸向支承的2倍。絲杠螺母間的接觸剛度KN

與絲杠螺母副的尺寸和結構有關，預緊也可以提高軸向接觸剛度

以上兩個剛度數(shù)值可以從產(chǎn)品樣本查得

第二章機電一體化的單元技術

絲杠螺母機構的總拉壓剛度K0：扭轉剛度計算第二章機電一體化的單元技術

傳動精度（一）傳動系統(tǒng)的誤差分析

機械系統(tǒng)傳動中，影響系統(tǒng)傳動精度的誤差可以分為傳動誤差和回程誤差兩種。傳動誤差

輸入軸單向回轉時，輸出軸轉角的實際值相對于理論值的變動量。

假設傳動裝置的各組成部件的制造和裝配絕對準確，并忽略使用中的溫度變形和彈性變形，則輸出軸轉角與輸入軸轉角符合以下關系：第二章機電一體化的單元技術

傳動精度回程誤差

當輸入軸由正向回轉變?yōu)榉聪蚧剞D時，輸出軸在轉角上的滯后量（輸入軸固定時，輸出軸可以任意轉動的轉角量）。

傳動鏈的傳動誤差和回程誤差對機電系統(tǒng)性能的影響，隨其在系統(tǒng)中的位置的不同而不同。

誤差在閉環(huán)系統(tǒng)內，影響穩(wěn)定性誤差在閉環(huán)系統(tǒng)外，影響精度第二章機電一體化的單元技術

傳動精度（二）減小傳動鏈誤差的措施適當提高零部件本身的精度（制造、裝配精度）

傳動裝置的輸出軸與負載軸間的聯(lián)軸器本身精度對傳動影響顯著第二章機電一體化的單元技術

（二）減小傳動鏈誤差的措施合理設計傳動鏈合理選擇傳動形式合理確定傳動級數(shù)和分配各級傳動比合理布置傳動鏈合理選擇傳動形式在傳動鏈的設計中，各種不同形式的傳動能達到的精度是不同的。第二章機電一體化的單元技術

傳動精度合理選擇傳動形式在行星齒輪機構中：第二章機電一體化的單元技術

傳動精度漸開線行星齒輪少齒差行星齒輪擺線針輪行星齒輪合理確定傳動級數(shù)

和分配各級傳動比滿足使用要求的條件下，應盡可能減少傳動級數(shù)對減速傳動鏈來說，各級傳動比宜從高速級開始逐級遞增，且在結構空間允許的前提下，盡量提高末級傳動比第二章機電一體化的單元技術

合理布置傳動鏈在減速傳動中，精度較低的傳動機構（如圓錐齒輪機構、蝸輪蝸桿機構）應布置在高速軸上，這樣可減小低速軸上的誤差。第二章機電一體化的單元技術

（二）減小傳動鏈誤差的措施采用消隙機構各種間隙（如齒輪的齒側間隙、絲杠螺母的傳動間隙、絲杠軸承的軸向間隙、聯(lián)軸器的扭轉間隙）為滿足機械裝置有良好的伺服性能，傳動系統(tǒng)應具有：轉動慣量小：前提是？大的轉動慣量會帶來：⑴機械負載增大⑵響應速度慢⑶靈敏度下降足夠的剛度：剛度？大的剛度會：⑴能量損失?、茩C械裝置固有頻率高，不易共振⑶能增加閉環(huán)伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性阻尼適中：大的阻尼會：⑴振幅小，衰減快⑵穩(wěn)態(tài)誤差增大，精度降低相互矛盾，尋找最優(yōu)或最佳平衡點，這就是設計的主要任務！第二章機電一體化的單元技術

三、常用傳動機構

1、絲杠螺母傳動

絲杠螺母機構又稱螺旋傳動機構它主要用來將旋轉運動變換為直線運動或將直線運動變換為旋轉運動。以傳遞能量為主的（如螺旋壓力機、千斤頂?shù)龋┯幸詡鬟f運動為主的（如機床工作臺的進給絲杠）調整零件之間相對位置的螺旋傳動機構絲杠螺母機構有滑動摩擦機構和滾動摩擦機構第二章機電一體化的單元技術

根據(jù)絲杠和螺母相對運動的組合情況，基本傳動形式有四種類型第二章機電一體化的單元技術

滾珠絲杠副（1）工作原理及組成將旋轉運動轉變?yōu)橹本€運動或將直線運動轉變?yōu)樾D運動，它是傳統(tǒng)滑動絲杠的進一步延伸發(fā)展。1—絲杠2—端蓋3—滾珠4—螺母由絲杠、螺母、滾珠、滾珠回程引導裝置等四部分組成第二章機電一體化的單元技術

滾珠絲杠副特點：傳動精度高軸向剛度高運動平穩(wěn)壽命長不能自鎖滾珠絲杠的結構及工作原理根據(jù)滾珠的循環(huán)方式：內循環(huán)式：反向器外循環(huán)式：插管式、端蓋式、螺旋槽式內循環(huán)變位導程預緊螺母式滾珠絲杠副內循環(huán)墊片預緊螺母式滾珠絲杠副內循環(huán)螺紋預緊螺母式滾珠絲杠副

滾珠絲杠的結構及工作原理第二章機電一體化的單元技術

（2）尺寸參數(shù)公稱直徑d0（mm）基本導程l0（mm）行程l（mm）滾珠直徑db（mm）螺旋升角λ（。）此外，還有絲杠螺紋大徑（外徑）d，絲杠螺紋小徑（內徑）d1，螺母螺紋大徑（外徑）D，螺母螺紋小徑D1，滾道圓弧偏心距e等參數(shù)通過計算可得。選擇滾珠絲杠副主要確定公稱直徑、基本導程、滾珠承載的列數(shù)

第二章機電一體化的單元技術

（3）軸向間隙的調整和預緊軸向間隙：承載時滾珠和滾道型面接觸點的彈性變形所引起螺母軸向位移量和絲杠螺母副自身軸向間隙的總和。換向時，軸向間隙引起空回現(xiàn)象，這種空回是非連續(xù)的，既影響反向傳動精度，又影響系統(tǒng)穩(wěn)定性，應予以消除。消除方法：采用單螺母預緊或雙螺母預緊方式。第二章機電一體化的單元技術

雙螺母預緊原理絲杠上裝配兩個螺母，通過給兩個螺母施加預緊力以調整螺母的軸向位置，使兩個螺母中的滾珠在承載前以一定的壓力分別壓向絲杠螺紋滾道相反的側面第二章機電一體化的單元技術

雙螺母預緊結構－墊片調隙法雙螺母預緊結構－螺紋調隙法

第二章機電一體化的單元技術

雙螺母預緊結構－齒差調隙法（4）絲杠螺母副的選擇1）結構的選擇

根據(jù)防塵防護條件以及對調隙及預緊的要求，選擇適當?shù)慕Y構形式。第二章機電一體化的單元技術

第二章機電一體化的單元技術

2）尺寸的選擇

主要確定公稱直徑d0和基本導程l0d0應根據(jù)軸向最大載荷按滾珠絲杠副尺寸系列選擇l0應按承載能力，傳動精度，傳動速度選取ls在允許下應盡量短，一般取ls/d0<303)滾珠絲杠副選擇滾珠絲杠副的特點優(yōu)點：傳動效率高：滾動摩擦，傳動效率90%～98%，為滑動絲杠的2～4倍；驅動力矩為滑動絲杠的1/3左右，發(fā)熱率低。傳動靈敏平穩(wěn)：摩擦阻力小、靈敏度好、啟動時無顫動、低速時無爬行，可μ級控制微量進給。定位精度高：發(fā)熱率低，溫升小，采取預拉伸、預緊等措施消除軸向間隙。傳動可逆性：旋轉運動——直線運動，能高效地將扭力轉化為推力，或將推力轉化為扭力。使用壽命長：壽命遠高于滑動絲杠(精度保持性好)。同步性能好：采用多套滾珠絲杠副方案驅動同一裝置或多個相同部件時，可獲得很好的同步性。優(yōu)點：滾珠絲杠副的特點缺點：不能自鎖（垂直配置需制動裝置）制造工藝復雜，成本高應用：滾珠絲杠副因優(yōu)良的摩擦特性使其廣泛的運用于各種工業(yè)設備、精密儀器、精密數(shù)控機床、加工中心等。尤其是近年來，滾珠絲杠副作為數(shù)控機床直線驅動執(zhí)行單元，在機床行業(yè)得到廣泛運用，極大的推動了機床行業(yè)的數(shù)控化發(fā)展。第二章機電一體化的單元技術

2.齒輪傳動

齒輪傳動的優(yōu)點為：瞬時傳動比為常數(shù)，并具有結構緊湊、傳動精確、強度大、能承受重載、摩擦小、效率高。齒輪傳動部件是轉矩、轉速和轉向的變換器。2.齒輪傳動機電一體化系統(tǒng)中的機械傳動裝置不僅僅是用來解決伺服電機與負載間的轉速、轉矩匹配問題，更重要的是為了提高系統(tǒng)的伺服性能。第二章機電一體化的單元技術

1）齒輪傳動比的最佳選擇及其分配原則

（1）齒輪傳動系統(tǒng)最佳總傳動比的選擇

由于負載特性和工作條件的不同，最佳傳動比有各種各樣的選擇方法。在伺服電機驅動負載的傳動系統(tǒng)中常用使負載加速度最大原則，以提高伺服系統(tǒng)的響應速度。

圖2-1伺服電機驅動齒輪系統(tǒng)的計算模型或①根據(jù)負載加速度最大原則確定總傳動比根據(jù)負載加速度最大原則，其最佳傳動比為：若TLF＝0，則第二章機電一體化的單元技術

第二章機電一體化的單元技術

開環(huán)控制系統(tǒng)傳動比i應滿足：α

－步進電機步距角l0－

絲杠的基本導程

δ－系統(tǒng)脈沖當量②按給定脈沖當量或伺服電機確定總傳動比第二章機電一體化的單元技術

閉環(huán)控制系統(tǒng)傳動比i應滿足：nmax

－電機額定轉速l0－

絲杠的基本導程Vmax－最大移動速度②按給定脈沖當量或伺服電機確定總傳動比按上述公式確定總傳動比時，還需要進行轉動慣量方面的驗算，以保證折算到電機軸上的負載轉動慣量不至于過大，以獲得較大的加速能力。第二章機電一體化的單元技術

（2）各級傳動比的分配原則為保證減速系統(tǒng)結構緊湊，滿足動態(tài)性能和傳動精度的要求，其設計原則有以下3種：等效轉動慣量最小原則重量最輕原則輸出軸轉角誤差最小原則第二章機電一體化的單元技術

①等效轉動慣量最小原則

小功率傳動裝置

大功率傳動裝置

n級齒輪系各級傳動比通式為:

(前小后大)

(前小后大)第二章機電一體化的單元技術

②

重量最輕最小原則

小功率傳動裝置大功率傳動裝置

(各級相等)

(前大后小)第二章機電一體化的單元技術

③輸出軸轉角誤差最小原則

輸出軸上的總轉角誤差為各個齒輪轉角誤差折算到輸出軸后的綜合：二級齒輪系總轉角誤差取決于：最末一級齒輪的轉角誤差最末一級傳動比傳動級數(shù)(前小后大)

第二章機電一體化的單元技術

上述三項原則的選擇，應根據(jù)具體的工作條件而定：①對于以提高傳動精度和減小回程誤差為主的降速齒輪傳動鏈，可按輸出軸轉角誤差最小原則設計。②對于要求運動平穩(wěn)、啟停頻繁和動態(tài)性能好的伺服降速傳動鏈，可按最小等效傳動慣量和輸出軸轉角誤差最小原則進行設計。③對于要求重量盡可能輕的降速傳動鏈，可按重量最輕原則進行設計。④對于傳動比很大的齒輪傳動鏈，應把定軸輪系和行星輪系結合使用。對于相當大的傳動比，并且要求傳動精度高、功率大、效率高、傳動平穩(wěn)、體積小、重量輕等，可以選用新型的諧波齒輪傳動。第二章機電一體化的單元技術

2）齒輪傳動的消隙機構

圓柱齒輪傳動側隙調整法：

（1）偏心套（軸）調整法

（2）軸向墊片調整法

（3）雙片薄齒輪錯齒調整法第二章機電一體化的單元技術

（1）偏心套（軸）調整法

特點：結構簡單，其側隙不能自動補償。第二章機電一體化的單元技術

（2）軸向墊片調整法

(錐度齒輪)

特點：結構簡單，其側隙不能自動補償。第二章機電一體化的單元技術

（3）雙片薄齒輪錯齒調整法特點：承載能力有限，適用于負荷不大的傳動裝置中。另外彈簧的拉力要足以能克服最大扭矩，否則起不到消隙作用。這種方法中齒側間隙可自動消除（補償），能始終保持無間隙嚙合，是一種柔性調整法。第二章機電一體化的單元技術

3）諧波齒輪傳動諧波齒輪傳動是由美國學者麥塞爾發(fā)明的一種具有重大突破的傳動技術，其原理是依靠柔性齒輪所產(chǎn)生的可控制彈性變形波，引起齒間的相對位移來傳遞動力和運動的。3）諧波齒輪傳動國內1978年研究成功了諧波傳動減速器，并成功地應用在發(fā)射機調諧機構件中。1980年該項成果榮獲了電子工業(yè)部優(yōu)秀科技成果獎。第二章機電一體化的單元技術

（1）工作原理及結構

主要由波發(fā)生器、柔輪、剛輪組成。

第二章機電一體化的單元技術

減速器：波發(fā)生器為主動件，剛輪和柔輪之一為從動件，另一個為固定件。增速器：剛輪和柔輪之一為主動件，另一個為固定件，波發(fā)生器為從動件。雙波發(fā)生器諧波齒輪傳動第二章機電一體化的單元技術

優(yōu)點：傳動比大承載能力大傳動精度高齒側間隙小傳動平穩(wěn)傳動效率高結構簡單、體積小、重量輕缺點：傳動比下限值較高不能做成交叉軸和相交軸的結構。柔輪承受較大的交變載荷，對柔輪材料的抗疲勞強度、加工和熱處理要求較高，工藝復雜應用

機器人、機床分度機構、雷達、航空航天設備第二章機電一體化的單元技術

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3.撓性傳動

(1)同步帶傳動

同步齒形帶，是一種新型的帶傳動。它是利用同步帶的齒形與帶輪的輪齒依次相嚙合傳遞運動或動力。特點：傳動比準確，傳動效率高、能吸振、噪音小、傳動平穩(wěn)、能高速傳動、維護保養(yǎng)方便。缺點：安裝精度要求高、中心距要求嚴格，具有一定蠕變性。第二章機電一體化的單元技術

1）同步帶根據(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。

（a）梯形齒

（b）圓弧齒

（c）齒形帶的結構1-強力層，2-帶齒，3-帶背第二章機電一體化的單元技術

2）同步帶輪同步帶輪一般由鋼、鋁合金、灰鑄鐵、黃銅和工程塑料等材料制造。其中灰鑄鐵應用最廣，小功率傳動的帶輪一般用鑄鋁或工程塑料。第二章機電一體化的單元技術

2）同步帶輪第二章機電一體化的單元技術

3.撓性傳動

(2)鋼帶傳動特點：鋼帶與帶輪間接觸面積大、無間隙、摩擦阻力大、無滑動、結構簡單緊湊、運行可靠、噪聲低、驅動力大、壽命長、鋼帶無蠕變。第二章機電一體化的單元技術

3.撓性傳動(3)繩輪傳動

優(yōu)點：結構簡單、傳動剛度大、結構柔軟、成本低、噪聲低缺點：帶輪大、安裝面積大、加速度不易太高，有蠕變。第二章機電一體化的單元技術

4.間歇傳動

間歇傳動部件可將輸入的連續(xù)運動轉換為間歇運動。常用的間歇傳動：

1）棘輪傳動

2）槽輪傳動

3）蝸形凸輪傳動基本要求：

移位迅速、移位過程中無沖擊、停位準確可靠

第二章機電一體化的單元技術

4.間歇傳動

1）棘輪傳動特點：結構簡單，制造容易。但傳動有噪聲，易磨損。棘爪往復一次推過的棘輪齒數(shù)與棘輪轉角的關系如下：λ

－棘輪回轉角k－棘爪往復一次推過的棘輪齒數(shù)z－棘輪齒數(shù)第二章機電一體化的單元技術

4.間歇傳動

1）棘輪傳動

（a）外齒式

（b）內齒式（c）端齒式第二章機電一體化的單元技術

4.間歇傳動

2）槽輪傳動優(yōu)點：結構簡單轉位迅速從動件短時間內轉

過的角度大傳動效率高轉位和靜止時間之

比為恒值缺點：有沖擊，定位精度不高，制造裝配精度要求較高第二章機電一體化的單元技術

4.間歇傳動

3）蝸形凸輪傳動特點：能夠得到在實際中所能遇到的任意的轉位時間與靜止時間之比，其工作時間系數(shù)比槽輪機構小能夠實現(xiàn)轉盤所要求的各種運動規(guī)律能夠用于工位數(shù)較多的設備上凸輪棱邊的定位精度已經(jīng)能滿足要求，不需加其它定位裝置剛度高裝配方便加工工作量大，成本高第二章機電一體化的單元技術

四、機械導向機構功用：使運動部件沿一定的軌跡運動（導向），并承受運動部件上的載荷（支承）。導軌副（簡稱導軌），包括兩部分組成：支承導軌（靜導軌）運動導軌（動導軌）第二章機電一體化的單元技術

（一）概述導軌的基本要求導向精度高耐磨性好疲勞和壓潰足夠的剛度低速運動平穩(wěn)性結構工藝性好對溫度的敏感性小第二章機電一體化的單元技術

導軌種類

（1）按其接觸面的摩擦性質可分為：

滑動導軌、滾動導軌、流體介質摩擦導軌

（2）按其結構特點可分為：

開式---借助重力或彈簧彈力保證運動件與承導面之間的接觸

閉式---只靠導軌本身的結構形狀保證運動件與承導面之間的接觸第二章機電一體化的單元技術

導軌副的設計要點（1）根據(jù)工作條件，選擇合適的導軌類型（2）選擇導軌的截面形狀，以保證導向精度（3）選擇適當?shù)膶к壗Y構及尺寸（4）選擇導軌的補償及調整裝置（5）選擇合理的耐磨涂料、潤滑方法和防護裝置（6）制訂保證導軌所必需的技術條件第二章機電一體化的單元技術

（二）滾動直線導軌

一種以滾動體做循環(huán)運動的滾動導軌，主要由導軌、滑塊、滾動體等組成。在導軌與滑塊之間放置若干滾動體（滾珠、滾柱、滾針），使其摩擦性質成為滾動摩擦。當滑塊移動時，滑塊內的

滾珠在導軌上的圓弧溝槽

滾動并形成循環(huán)。第二章機電一體化的單元技術

滾動直線導軌的特點

承載能力大剛性強壽命長傳動平穩(wěn)可靠具有結構自調整能力第二章機電一體化的單元技術

滾動直線導軌的分類1．按滾動體的形狀分：鋼珠式和滾柱式兩種2．按導軌截面形狀分：矩形和梯形兩種3．按滾道溝槽形狀分：單圓弧和雙圓弧兩種，單圓弧溝糟為兩點接觸，雙圓弧溝槽為四點接觸第二章機電一體化的單元技術

（三）塑料導軌

塑料導軌是在滑動導軌上鑲裝塑料而成的，提高了導軌的抗振性、耐磨性、低速運動平穩(wěn)性。1、塑料導軌軟帶貼塑導軌，用于與鑄鐵導軌或淬硬的鋼導軌相配合的動導軌上貼一層塑料導軌軟帶。這種導軌軟帶的材料以聚四氟乙烯為基體，加入青銅粉、二硫化鉬和石墨等填充劑混合燒結，并做成軟帶。常用有兩種：美國Shanban公司研制的Turcite-B和我國研制的FSF軟帶。特點：摩擦系數(shù)低而穩(wěn)定，動靜摩擦系數(shù)相近，吸收振動，耐磨性好，化學穩(wěn)定性好，維護修理方便，經(jīng)濟性好、結構簡單第二章機電一體化的單元技術

2、金屬塑料復合導軌板金屬塑料復合導軌板一般采用粘接的方法安裝在動導軌表面。該導軌板分為三層：

內層—鋼背，保證承載能力

中間層—多孔，提高導熱性外層—自潤滑塑料層以英國Glacier公司的DU和DX具有代表性。特點：摩擦特性優(yōu)良、耐磨損第二章機電一體化的單元技術

3、塑料涂層摩擦副的兩配對表面中，若有一個摩擦面磨損嚴重，則可把磨損部分切除，凃敷配置好的膠狀塑料涂層，利用模具或另一摩擦表面使涂層成形，固化后的塑料涂層即成為摩擦副中配對面之一，與另一金屬配對面組成新的摩擦副。此法可用于機械設備中導軌、滑動軸承、蝸桿、齒條等各種摩擦副的修理。也可用于設備改裝中改善導軌的運動特性。第二章機電一體化的單元技術

五、機械執(zhí)行機構

機械執(zhí)行機構的基本要求

慣量小、動力大體積小、重量輕

便于維修、安裝

易于計算機控制第二章機電一體化的單元技術

（一）微動執(zhí)行機構熱變形式磁致伸縮式

第二章機電一體化的單元技術

（二）工業(yè)機械手末端執(zhí)行器

工業(yè)機械手是一種自動控制、可重復編程、多自由度的操作機，是能搬運物料、工件或操作工具以及完成其他各種作業(yè)的機電設備。工業(yè)機械手的末端執(zhí)行器裝在機械手腕的前端，是直接執(zhí)行操作功能的機構。末端執(zhí)行器分為三大類：機械夾持器特種末端執(zhí)行器萬能手（或靈巧手）

第二章機電一體化的單元技術

圓弧平行開合型機械夾持器常用壓縮空氣作為動力源，經(jīng)傳動機構實現(xiàn)手指的運動。手指運動軌跡分為：圓弧開合型、圓弧平行開合型和直線平行開合型機械夾持器圓弧開合型第二章機電一體化的單元技術

真空吸附手特種末端執(zhí)行器提供工業(yè)機器人完成某類特定的作業(yè)。如真空吸附手、電磁吸附手特種末端執(zhí)行器電磁吸附手第二章機電一體化的單元技術

靈巧手是一種模仿人手制作的多關節(jié)的機器人末端執(zhí)行器。靈巧手第二章機電一體化的單元技術

七、軸系

軸系由軸、軸承及安裝在軸上的傳動件組成。軸系的主要作用是傳遞扭矩及傳動精確的回轉運動，承受外力或外力矩。1.軸系設計的基本要求

軸系分為主軸軸系和中間傳動軸軸系。對中間傳動軸軸系一般要求不高。而對于完成主要作用的主軸軸系的旋轉精度、剛度、熱變形及抗振性等的要求較高。七、軸系

第二章機電一體化的單元技術

（1）回轉精度回轉精度是指在裝配后，在無負載、低速旋轉的條件下，軸前端的徑向跳動和軸向竄動量?；剞D精度大小取決于軸系各組成零件及支承部件的制造精度與裝配調整精度。主軸的回轉誤差對加工或測量的精度影響很大。在工作轉速下，其回轉精度取決于其轉速、軸承性能以及軸系的動平衡狀態(tài)。第二章機電一體化的單元技術

（2）剛度軸系的剛度反映了軸系組件抵抗靜、動載荷變形的能力。主軸組件的剛度包括主軸、軸承和支座的剛度。若軸系受軸上傳動件的切向力和徑向力的作用，產(chǎn)生扭矩和彎矩，故其強度和剛度應按彎扭合成進行驗算。第二章機電一體化的單元技術

（3）抗振性抗振性是指設備工作時，軸系抵抗振動保持平穩(wěn)地運轉的工作能力。主軸組件在工作中發(fā)生振動的大小是以在同樣力的作用下主軸端部測得的最大振幅來衡量。軸系的振動表現(xiàn)為強迫振動和自激振動。它直接影響回轉精度及軸承壽命等。對高速運動的軸系必須以提高剛度（動、靜）、增大軸系阻尼比等措施來提高軸系的動態(tài)性能。第二章機電一