機電一體化系統(tǒng)中的機械傳動資料PPT學(xué)習(xí)教案

1、會計學(xué)1機電一體化系統(tǒng)中的機械傳動資料機電一體化系統(tǒng)中的機械傳動資料 與一般機械系統(tǒng)比較，機電一體化機械系統(tǒng)的要求： 定位精度要高 響應(yīng)速度要快 穩(wěn)定性高 常常提出：無間隙、低摩擦、低慣量、高剛度、高諧振頻率、適當?shù)淖枘岜鹊?頁/共64頁機電一體化機械系統(tǒng)的三大結(jié)構(gòu) 傳動機構(gòu)：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 導(dǎo)向機構(gòu)：考慮低速爬行現(xiàn)象 執(zhí)行機構(gòu)：考慮靈敏度、精確度、重復(fù)性、可靠性第2頁/共64頁2.2傳動機構(gòu)1、傳動機構(gòu)的種類：齒輪傳動機構(gòu)、滾珠絲杠副、滑動絲杠副、同步帶傳動副、間歇機構(gòu)、繞性傳動機構(gòu)2、傳動機構(gòu)的特點：傳動精度要高、 響應(yīng)速度要快、穩(wěn)定性高第3頁/共64

2、頁3、傳動機構(gòu)的基本要求： 在不影響系統(tǒng)剛度的條件下，傳動機構(gòu)的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動慣量要??；轉(zhuǎn)動慣量大會對系統(tǒng)造成機械負載增大（T電=T負+J）；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P20。 剛度越大，伺服系統(tǒng)動力損失越??；剛度越大，機器的固有頻率越高，不易振動( )；剛度越大，閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性越高。 機械系統(tǒng)產(chǎn)生共振時，系統(tǒng)中阻尼越大，最大振幅就越小，且衰減越快；但阻尼大會使系統(tǒng)損失動量，增大穩(wěn)態(tài)誤差，降低精度，故應(yīng)選合適阻尼。 靜摩擦力要小，動摩擦力要小的正斜率；或者會出現(xiàn)爬行。JKn第4頁/共64頁4、摩擦摩擦力可分為三種： 靜摩擦力、庫侖摩擦力和粘

3、性摩擦力（動摩擦力=庫侖摩擦力+粘性摩擦力）。 負載處于靜止狀態(tài)時，摩擦力為靜摩擦力，隨著外力的增加而增加，最大值發(fā)生在運動前的瞬間。運動一開始，靜摩擦力消失，靜摩擦力立即下降為庫侖摩擦力，大小為一常數(shù)F=mg，隨著運動速度的增加，摩擦力成線性的增加，此時的摩擦力為粘性摩擦力（與速度成正比的阻尼稱為粘性阻尼）。 摩擦對機電一體化伺服系統(tǒng)的主要影響是：降低系統(tǒng)的響應(yīng)速度；引起系統(tǒng)的動態(tài)滯后和產(chǎn)生系統(tǒng)誤差；在接近非線性區(qū)，即低速時產(chǎn)生爬行。 根據(jù)經(jīng)驗，克服摩擦力所需的電機轉(zhuǎn)矩Tf與電動機額定轉(zhuǎn)矩TK的關(guān)系為0.2TKTf0.3 TK第5頁/共64頁 爬行就產(chǎn)生在這非線形區(qū)。 在使用中應(yīng)盡可能減小靜

4、摩擦力與動摩擦力的差值；并使動摩擦力盡可能小且為正斜率較小的變化 。第6頁/共64頁5、爬行 當絲杠1作極低的勻速運動時，工作臺2可能會出現(xiàn)快一慢或跳躍式的運動，這種現(xiàn)象稱為爬行。 第7頁/共64頁1）產(chǎn)生爬行的原因和過程 勻速運動的主動件1，通過壓縮彈簧推動靜止的運動件3，當運動件3受到的逐漸增大的彈簧力小于靜摩擦力F時，3不動。直到彈簧力剛剛大于F時，3才開始運動，動摩擦力隨著動摩擦系數(shù)的降低而變小，3的速度相應(yīng)增大，同時彈簧相應(yīng)伸長，作用在3上的彈簧力逐漸減小，3產(chǎn)生負加速度，速度降低，動摩擦力相應(yīng)增大，速度逐漸下降，直到3停止運動，主動件1這時再重新壓縮彈簧，爬行現(xiàn)象進入下一個周期。第

5、8頁/共64頁 由上述分析可知，低速進給爬行現(xiàn)象的產(chǎn)生主要取決于下列因素： 靜摩擦力與動摩擦力之差，這個差值越大，越容易產(chǎn)生爬行。 進給傳動系統(tǒng)的剛度K越小、越容易產(chǎn)生爬行。 運動速度太低。 第9頁/共64頁2）不發(fā)生爬行的臨界速度 臨界速度可按下式進行估算（m/s）式中 F-靜、動摩擦力之差（N）； K-傳動系統(tǒng)的剛度（Nm）； -阻尼比； m-從動件的質(zhì)量（kg）。 以下兩種觀點有利于降低臨界速度： 適當?shù)脑黾酉到y(tǒng)的慣性J和粘性摩擦系數(shù)f，有利于改善低速爬行現(xiàn)象，但慣性增加會引起伺服系統(tǒng)響應(yīng)性能降低；增加粘性摩擦系數(shù)也會增加系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，設(shè)計時應(yīng)優(yōu)化處理。KmFVK4第10頁/共64頁3

6、）消除爬行現(xiàn)象的途徑（實際做法） 提高傳動系統(tǒng)的剛度a在條件允許的情況下，適當提高各傳動件或組件的剛度，減小各傳動軸的跨度，合理布置軸上零件的位置。如適當?shù)募哟謧鲃咏z杠的直徑，縮短傳動絲杠的長度，減少和消除各傳動副之間的間隙。b盡量縮短傳動鏈，減小傳動件數(shù)和彈性變形量。c合理分配傳動比，使多數(shù)傳動件受力較小，變形也小。d對于絲杠螺母機構(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剛度。 減少摩擦力的變化a用滾動摩擦、流體摩擦代替滑動摩擦，如采用滾珠絲杠、靜壓螺母、滾動導(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?shù)哪Σ粮辈牧?，降低摩擦系?shù)。c降低作用在

7、導(dǎo)軌面的正壓力，如減輕運動部件的重量，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。第11頁/共64頁6、阻尼 在系統(tǒng)設(shè)計時，考慮綜合性能指標，一般取0.5 0.8之間。 7剛度 采用彈性模量高的材料，合理選擇零件的截面形狀和尺寸，對齒輪、絲杠、軸承施加預(yù)緊力等方法提高系統(tǒng)的剛度。 對于伺服機械傳動系統(tǒng)，增大系統(tǒng)的傳動剛度有以下好處： （1）可以減少系統(tǒng)的死區(qū)誤差（失動量），有利于提高傳動精度； （2）可以提高系統(tǒng)的固有頻率，有利于系統(tǒng)的抗振性； （3）可以增加閉環(huán)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 第12頁/共64頁8諧振頻率 對于閉環(huán)系統(tǒng)，要求機械傳動系

8、統(tǒng)中的最低固有頻率（最低共振頻率）必須大于電氣驅(qū)動部件的固有頻率。 對于機械傳動系統(tǒng)，它的固有頻率取決于系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的剛度及慣量，因此在機械傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，應(yīng)盡量降低慣量，提高剛度，達到提高傳動系統(tǒng)固有頻率的目的。 一般要求機械傳動系統(tǒng)最低固有頻率WOI300rads，其他機械系統(tǒng)WOI600rads。第13頁/共64頁9間隙 對于系統(tǒng)閉環(huán)以外的間隙，對系統(tǒng)穩(wěn)定性無影響，但影響到伺服精度。 對于系統(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系統(tǒng)影響較大。第14頁/共64頁221mRJ 22LmJ第15頁/共64頁2RmJ2um

9、J第16頁/共64頁2iJJS第17頁/共64頁第18頁/共64頁第19頁/共64頁第20頁/共64頁mLJJi 第21頁/共64頁2iJJLm第22頁/共64頁第23頁/共64頁3/ 13/ 12121)2()2()2(iiii2/212ii 第24頁/共64頁121)12(21212nnniin)2(221222/)1(nKiinKnK第25頁/共64頁第26頁/共64頁第27頁/共64頁第28頁/共64頁第29頁/共64頁第30頁/共64頁31313131313/iTTbbDDmm1211iii1212ii2/1111) 1122(12iiii1212ii2/1123) 1122(12iii第31頁/共64頁第32頁/共64頁84764354432321iiiiiii第33頁/共64頁第34頁/共64頁第35頁/共64頁第36頁/共64頁第37頁/共64頁第38頁/共64頁第39頁/共64頁第40頁/共64頁第41頁/共64頁第42頁/共64頁第43頁/共64頁第44頁/共64頁第45頁/共64頁第46頁/共64頁第47頁/共64頁第48頁/