第二章 機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械系統(tǒng)

1、教材：機(jī)電一體化概論 第2版馮細(xì)香 主編機(jī)電一體化技術(shù)常用的機(jī)械系統(tǒng)機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)的組成及特點(diǎn)機(jī)電一體化先進(jìn)機(jī)械構(gòu)件1：機(jī)電一體化中的機(jī)械系統(tǒng)由哪些機(jī)構(gòu)組成？2：對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的要求？高精度高精度快速響應(yīng)性快速響應(yīng)性良好的穩(wěn)定性良好的穩(wěn)定性 般由減速裝置、絲杠螺母副、蝸輪蝸桿副等各種線性傳動(dòng)部件以及連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)等非線性傳動(dòng)部件、導(dǎo)向支撐部件、旋轉(zhuǎn)支撐部件、軸系及架體等機(jī)構(gòu)組成 1：機(jī)械運(yùn)動(dòng)的分類？2：機(jī)電一體化中常見哪些機(jī)械運(yùn)動(dòng)？直線運(yùn)動(dòng)擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)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(jī)構(gòu) 考慮低速爬行現(xiàn)象。執(zhí)行機(jī)構(gòu) 考慮靈敏度、精確度、重復(fù)性和可靠性

2、。1、主要機(jī)械零部件分為三類：緊固型零部件、傳動(dòng)零部件、支撐零部件2、這些零部件組成三大機(jī)械結(jié)構(gòu)：1：機(jī)械零部件的分類？2：機(jī)械機(jī)構(gòu)的分類？1：常見的傳動(dòng)方式的分類、優(yōu)缺點(diǎn)常見的機(jī)械傳動(dòng)方式：齒輪傳動(dòng)、帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)各傳動(dòng)方式的優(yōu)缺點(diǎn)：略常用齒輪傳動(dòng)常用齒輪傳動(dòng)平平行行軸軸齒齒輪輪 常用齒輪傳動(dòng)常用齒輪傳動(dòng)特特殊殊齒齒輪輪 l 結(jié)構(gòu)：剛輪1、柔輪2（可以彈性形變）、波發(fā)生器3l 工作原理：波發(fā)生器為主動(dòng)件，剛輪和柔輪之一為從動(dòng)件，之一為固定件。當(dāng)波發(fā)生器轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，柔輪變形為橢圓，在橢圓的長(zhǎng)軸兩端產(chǎn)生局部齒的嚙合，隨著波發(fā)生器連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，嚙合位置發(fā)生變化，使兩輪產(chǎn)生相對(duì)位移，從而傳遞運(yùn)動(dòng)。1：諧波齒

3、輪的工作原理？2：諧波齒輪的優(yōu)點(diǎn)？l 工作原理： 波發(fā)生器為主動(dòng)件，剛輪和柔輪之一為從動(dòng)件，之一為固定件。當(dāng)波發(fā)生器轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，柔輪變形為橢圓，在橢圓的長(zhǎng)軸兩端產(chǎn)生，隨著波發(fā)生器連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，嚙合位置發(fā)生變化，使兩輪產(chǎn)生相對(duì)位移，從而傳遞運(yùn)動(dòng)。l 優(yōu)點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、齒輪側(cè)隙小、傳動(dòng)比大（幾十至幾百）、 傳動(dòng)精度高、回程誤差小、噪聲低、傳動(dòng)平穩(wěn)、 承載能力強(qiáng)、效率高l 應(yīng)用： 在工業(yè)機(jī)器人、航空、火箭等機(jī)電一體化系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。l 缺點(diǎn)：傳遞功率小同同步步帶帶傳傳動(dòng)動(dòng)1：同步帶與普通帶傳送的區(qū)別？2：同步帶傳送的優(yōu)缺點(diǎn)？常用同步帶常用同步帶主要用于中、小功率的同步帶傳動(dòng)，如各種儀器、計(jì)算機(jī)、輕工機(jī)械

4、中均采用這種同步帶傳動(dòng) 常用同步帶常用同步帶主要用于重型機(jī)械的傳動(dòng)中，如運(yùn)輸機(jī)械(飛機(jī)、汽車)、石油機(jī)械和機(jī)床、發(fā)電機(jī)等的傳動(dòng) n同步帶傳送特點(diǎn)：n工作時(shí)無(wú)滑動(dòng)，有準(zhǔn)確的傳動(dòng)比 嚙合傳動(dòng)n傳動(dòng)效率高，節(jié)能效果好 0.98n傳動(dòng)比范圍大，結(jié)構(gòu)緊湊 10n維護(hù)保養(yǎng)方便，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低 承載繩采用玻璃纖維、鋼絲等材質(zhì) 不需要任何潤(rùn)滑n惡劣環(huán)境條件下仍能正常工作n安裝時(shí)對(duì)中心距要求等方面極其嚴(yán)格，同時(shí)制造工藝復(fù)雜，制造成本高n機(jī)電一體化系統(tǒng)對(duì)齒形同步帶的要求：n高的抗剪強(qiáng)度和耐磨性n有高的耐油性和耐熱性n背帶有良好的韌性和耐彎曲疲勞能力n同步帶的失效形式同步帶的失效形式n承載繩斷裂n帶型號(hào)過(guò)小n小帶輪直徑

5、過(guò)小n爬齒和跳齒n所傳圓周力過(guò)大n帶與帶輪的節(jié)距差值過(guò)大n帶的初拉力過(guò)小n帶齒的磨損n帶齒和齒輪的嚙合干涉n帶的張緊力過(guò)大n其他失效方式n由制造安裝誤差引起的帶輪棱邊磨損n由于節(jié)距差值太大、嚙合齒數(shù)過(guò)少引起的帶齒剪切破壞n帶背龜裂n承載繩抽出n包布層脫落1.諧波齒輪傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)有哪些？常應(yīng)用于哪些場(chǎng)合？2.常用同步帶有哪些種類？同步帶傳送具有哪些特點(diǎn)？l結(jié)構(gòu)：絲杠、螺母（內(nèi)滾道、外滾道、滾珠等）l工作原理： 在絲杠和螺母滾道之間放入適量滾珠，使螺紋間產(chǎn)生滾動(dòng)摩擦。在絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，滾珠滾動(dòng)，帶動(dòng)螺母螺旋前進(jìn)或后退，常用作直線運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)。絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)螺母左右移動(dòng)結(jié)構(gòu)細(xì)說(shuō)：1、絲杠，主動(dòng)2、螺母，內(nèi)含內(nèi)滾道

6、3、滾珠，利用滾動(dòng)摩擦傳遞絲杠動(dòng)力4、外滾道，也叫返向器，連接滾珠循環(huán)的兩端，使?jié)L道構(gòu)成封閉回路，從而運(yùn)行更平穩(wěn)。有些已改進(jìn)為內(nèi)循環(huán)式。5、防塵器，避免灰塵和切屑物進(jìn)入。1.傳動(dòng)效率高 90%95%2.運(yùn)動(dòng)平穩(wěn) 啟動(dòng)無(wú)沖擊3.工作壽命長(zhǎng) 高硬度、高精度，壽命為410倍4.定位精度和重復(fù)定位精度高 摩擦小、溫升小、無(wú)爬行，無(wú)間隙5.同步性好 同時(shí)傳動(dòng)幾個(gè)部件6.可靠性高 潤(rùn)滑密封裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便7.不能自鎖 需附加自鎖或制動(dòng)裝置8.制造工藝復(fù)雜 制造精度要求高，成本較高n滾珠絲杠的預(yù)緊n什么是預(yù)緊？n傳動(dòng)精度 軸向間隙 滾珠間隙n為什么要預(yù)緊？n怎么預(yù)緊?n常見預(yù)緊方式：1、雙螺母預(yù)緊基本

7、消除基本消除軸向間隙2、單螺母預(yù)緊間隙可達(dá)0.05mm雙螺母預(yù)緊原理 單螺母預(yù)緊原理 l按照滾珠絲杠副的精度標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了6個(gè)等級(jí)：C、D、E、F、G、H，其中C最高，H最低。l數(shù)控機(jī)床、精密機(jī)床、精密儀器等常用C、D、E等級(jí)。l一般動(dòng)力傳動(dòng)，精度偏低，可選用F、G。l絲杠的軸承組合及軸承座、螺母座以及其他零件的連接剛性，對(duì)滾珠絲杠副傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度和精確度都有很大影響。（1 1）兩端裝止推軸承）兩端裝止推軸承（）兩端裝止推軸承及向心球軸承）兩端裝止推軸承及向心球軸承（）一端裝止推軸承，一端裝向心球軸承）一端裝止推軸承，一端裝向心球軸承（）一端裝止推軸承）一端裝止推軸承軸向剛度最高，軸承壽命高，適

8、合高速、軸向剛度最高，軸承壽命高，適合高速、高剛度、高高剛度、高精精度的精密傳動(dòng)場(chǎng)合度的精密傳動(dòng)場(chǎng)合軸向剛度較高，軸承壽命較高，適合中速、軸向剛度較高，軸承壽命較高，適合中速、精度高的傳動(dòng)場(chǎng)合精度高的傳動(dòng)場(chǎng)合軸向剛度不高，適合中速、精度較高的軸向剛度不高，適合中速、精度較高的長(zhǎng)絲杠長(zhǎng)絲杠傳動(dòng)，為普通機(jī)械常用傳動(dòng)，為普通機(jī)械常用軸向剛度低，適合中小載荷、低速的傳軸向剛度低，適合中小載荷、低速的傳動(dòng)場(chǎng)合，適宜垂直安裝，段絲杠，為普動(dòng)場(chǎng)合，適宜垂直安裝，段絲杠，為普通機(jī)械常用通機(jī)械常用 雙 向 螺 旋 和 建 筑 用 長(zhǎng) 螺 桿 雙 向 螺 旋 如 圖2.6所 示 ， 在 螺 桿 或 中 空 的 螺

9、 母 兩 端 分 別 制 成 左 旋 螺 紋 和 右 旋 螺 紋 ， 將 螺 桿 或 螺 母 向一 個(gè) 方 向 轉(zhuǎn) 動(dòng) 時(shí) ， 兩 端 將 同 時(shí) 縮 進(jìn) 或 者 同 時(shí) 伸 出 ， 這 種 機(jī) 構(gòu) 稱 為 雙 向 螺 旋 機(jī) 構(gòu) 。 由 于 雙 向 螺 旋 機(jī) 構(gòu) 的 結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn) 單 ， 所 以 在 機(jī) 械 手 上 應(yīng) 用 很 多 。 建 筑 用 長(zhǎng) 螺 桿 應(yīng) 用 于 簡(jiǎn) 單 的 機(jī) 器 人 上 ， 可 以 組 成 大 移 動(dòng) 量 的 機(jī) 構(gòu) ， 非 常 方 便 ， 如 圖2.7所 示 。 圖2.6 雙 向 螺 旋 圖2.7 建 筑 用 長(zhǎng) 螺 桿 雙向螺紋結(jié)構(gòu)雙向螺紋結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，機(jī)械手簡(jiǎn)單，

10、機(jī)械手上應(yīng)用很多上應(yīng)用很多 雙向螺旋和建筑用長(zhǎng)螺桿 雙向螺旋如圖 2.6 所示，在螺桿或中空的螺母兩端分別制成左旋螺紋和右旋螺紋，將螺桿或螺母向一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，兩端將同時(shí)縮進(jìn)或者同時(shí)伸出，這種機(jī)構(gòu)稱為雙向螺旋機(jī)構(gòu)。由于雙向螺旋機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所以在機(jī)械手上應(yīng)用很多。 建筑用長(zhǎng)螺桿應(yīng)用于簡(jiǎn)單的機(jī)器人上，可以組成大移動(dòng)量的機(jī)構(gòu)，非常方便，如圖2.7 所示。 圖 2.6 雙向螺旋 圖 2.7 建筑用長(zhǎng)螺桿 用于簡(jiǎn)單的機(jī)用于簡(jiǎn)單的機(jī)器人上，可以器人上，可以組成大移動(dòng)量組成大移動(dòng)量的機(jī)構(gòu)，非常的機(jī)構(gòu)，非常方便方便支撐件的作用？支撐件的作用：支撐作用基準(zhǔn)定位支撐零件主要有：滑動(dòng)軸承、滾動(dòng)軸承、彈簧n什么是

11、彈簧？n是根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合和目的的不同，將彈性材料制成適當(dāng)形狀來(lái)充分利用其彈性的特殊零件。n彈簧的功能：n吸收能量，起到緩沖、防振的作用 電梯緩沖器n進(jìn)行力的測(cè)量 秤n利用變形儲(chǔ)能，來(lái)緩慢釋放能量 槍發(fā)射簧n復(fù)位 按鈕彈簧減震器電梯緩沖器設(shè)計(jì)要領(lǐng)：防止緊急斷電時(shí)，被抓物體意外下落而造成事故。設(shè)計(jì)要領(lǐng)：防止意外斷電時(shí)，機(jī)械手臂下墜。n什么是聯(lián)軸器？n將兩旋轉(zhuǎn)軸直接連接起來(lái)，并起到相互傳遞力矩作用的機(jī)械零件n種類（按兩軸軸線位置分類）n剛性聯(lián)軸器n彈性聯(lián)軸器n萬(wàn)向聯(lián)軸器l什么是剛性聯(lián)軸器？l所傳動(dòng)的兩軸軸線一致l連接方法：l將聯(lián)軸器的半盤分別固定在兩個(gè)軸端上，再用螺栓將兩個(gè)法蘭盤連接在一起形成固定的連

12、接方式，來(lái)傳遞扭矩。夾緊環(huán)聯(lián)軸器l什么是彈性聯(lián)軸器？l所傳動(dòng)的兩軸軸線對(duì)中調(diào)整困難l特點(diǎn)：l聯(lián)軸器內(nèi)部有彈性部分，常用于電動(dòng)機(jī)軸的連接彈性聯(lián)軸器連接電動(dòng)機(jī)與減速器 l什么是萬(wàn)向聯(lián)軸器？l當(dāng)被連接兩軸相交成一定角度，可使用萬(wàn)向聯(lián)軸器來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)和功率n一般哪些情況會(huì)使用制動(dòng)器？n制動(dòng)器的分類？n機(jī)械制動(dòng)器：螺旋式自動(dòng)加載制動(dòng)，盤式制動(dòng)，閘瓦式制動(dòng)，電磁制動(dòng)n電氣制動(dòng)器：利用電動(dòng)機(jī)電能回饋，將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔馨l(fā)電。電氣制動(dòng)不能達(dá)到完全停止的制動(dòng)效果，要保持靜止，必須采用機(jī)械制動(dòng)。盤式制動(dòng)盤式制動(dòng)鼓式制動(dòng)（內(nèi)漲式）鼓式制動(dòng)（內(nèi)漲式）原理剎車片摩擦制動(dòng)盤剎車蹄摩擦制動(dòng)鼓內(nèi)壁優(yōu)點(diǎn)1. 散熱好，可連續(xù)、高頻

13、率剎車（易于ABS）2. 反應(yīng)速度快，剎車力較平均，剎車力度容易控制3. 排水較佳，可降低因水或泥沙造成的剎車不良4. 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修成本低1. 剎車力度大，制動(dòng)效果明顯2. 自動(dòng)煞緊3. 方便安裝手剎裝置4. 制造成本低缺點(diǎn)1. 剎車力較低2. 無(wú)自動(dòng)煞緊作用3. 需要較大的踩踏力量和油壓4. 手剎車裝置不易安裝5. 剎車片磨損大，更換頻率高1. 不易散熱2. 制動(dòng)裝置受熱，制動(dòng)效果受影響3. 剎車反應(yīng)較慢，剎車的踩踏力道較不易控制，不利于做高頻率的剎車動(dòng)作4. 零件多，結(jié)構(gòu)略復(fù)雜，維修成本高n軸承的分類？n滑動(dòng)軸承n滾動(dòng)軸承n隨著機(jī)床精度要求的提高和變速范圍的擴(kuò)大，滾動(dòng)軸承應(yīng)用越來(lái)越廣。n

14、滑動(dòng)軸承具有工作平穩(wěn)和抗振性好的特點(diǎn)，是滾動(dòng)軸承所難以代替的。n滾動(dòng)軸承的潤(rùn)滑方式？l什么是非標(biāo)滾動(dòng)軸承？l適應(yīng)軸承精度要求較高、結(jié)構(gòu)尺寸小或因特殊要求而未能采用標(biāo)準(zhǔn)軸承而需自行設(shè)計(jì)的情形。微型滾動(dòng)軸承 l什么是靜壓軸承？l利用外部供油/氣裝置將具有一定壓力的液/氣通過(guò)孔進(jìn)入軸套油/氣腔，將軸浮起而形成壓力油/氣膜，以承受載荷。l是滑動(dòng)軸承的一種，l有液體靜壓軸承和氣體靜壓軸承l(wèi)靜壓軸承的特點(diǎn)：l承載能力與滑動(dòng)表面的線速度無(wú)關(guān)l低、中速，大載荷，高精度l剛度大、精度高、抗振性好，摩擦阻力小l什么是磁懸浮軸承？l利用磁場(chǎng)力無(wú)機(jī)械摩擦、無(wú)潤(rùn)滑地將軸懸浮在空間的一種新型軸承磁力軸承 l特點(diǎn)l無(wú)摩擦、高速l一般需要配備輔助軸承l(wèi)上海磁懸浮列車l無(wú)輪機(jī)車l運(yùn)營(yíng)速度430km/h，僅次于飛機(jī)n導(dǎo)軌副包括運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌和支撐導(dǎo)軌兩部分各種機(jī)械運(yùn)行時(shí)，由導(dǎo)軌副保證執(zhí)行件的正確運(yùn)動(dòng)軌跡，并影響執(zhí)行件的運(yùn)動(dòng)特性。 按導(dǎo)軌副運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的軌跡分類 直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌副 旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌副 按導(dǎo)軌副導(dǎo)軌面間的摩擦性質(zhì)分類 滑動(dòng)摩擦導(dǎo)軌副 流體摩擦導(dǎo)軌副 滾動(dòng)摩擦導(dǎo)軌副 按導(dǎo)軌副結(jié)構(gòu)分類 開式導(dǎo)軌 閉式導(dǎo)軌 按直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌副的基本截面形狀分類 矩形導(dǎo)軌 燕尾型導(dǎo)軌 三角形導(dǎo)軌 圓形導(dǎo)軌 矩 形 對(duì)稱三角形 不對(duì)稱三角形 燕 尾 槽 圓形 窄式組合，兩導(dǎo)向側(cè)面間的距離小，導(dǎo)向面間隙較小。承受力矩時(shí)產(chǎn)生的摩擦