機械電子學第二章 機械系統(tǒng)設計

1、考慮與伺服系統(tǒng)相關的精度、穩(wěn)定性、快速響應等伺服特性考慮低速爬行現(xiàn)象考慮靈敏度、精確度、重復性、可靠性 轉動慣量小轉動慣量小 在不影響系統(tǒng)剛度的條件下，傳動在不影響系統(tǒng)剛度的條件下，傳動機構的質(zhì)量和轉動慣量要小；轉動慣量大會對系機構的質(zhì)量和轉動慣量要小；轉動慣量大會對系統(tǒng)造成機械負載增大；系統(tǒng)響應速度變慢，靈敏統(tǒng)造成機械負載增大；系統(tǒng)響應速度變慢，靈敏度降低；系統(tǒng)固有頻率下降，產(chǎn)生諧振。度降低；系統(tǒng)固有頻率下降，產(chǎn)生諧振。 剛度大剛度大 什么是剛度？剛度越大，伺服系統(tǒng)動力什么是剛度？剛度越大，伺服系統(tǒng)動力損失越小；剛度越大，機器的固有頻率越高，不損失越小；剛度越大，機器的固有頻率越高，不易產(chǎn)生

2、共振；剛度越大，閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性越高。易產(chǎn)生共振；剛度越大，閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性越高。 阻尼合適阻尼合適 機械系統(tǒng)產(chǎn)生共振時，系統(tǒng)中阻尼越機械系統(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；但阻尼大會大，最大振幅就越小，且衰減越快；但阻尼大會使系統(tǒng)增大穩(wěn)態(tài)誤差，降低精度，故應選合適阻使系統(tǒng)增大穩(wěn)態(tài)誤差，降低精度，故應選合適阻尼。尼。mKB2111過阻尼系統(tǒng)臨界阻尼系統(tǒng)欠阻尼系統(tǒng)一般取8 . 04 . 0JJ23i電動機1J4i12J2221421321iiJiJJJJme413132dgBJJ42232dgBJ44432dgBJ4141212iddJJ41424344141434)/(

3、iiiddddJJJJ 4112iJJ4114214)/( iiJiJJ)11 (41221211iiiiJJme01iJem21412iiniiii321max)/(1maxnkknkikkni12341233 4 5 6 712345678rgHgHrHrgzzigrHgzrz0rrgHgHHrgzzi0grggrHgzzzzz1rgggHHgzzzi0grgHHrHrgzzi0rgrrgHrzzzzz1grrrHHrzzzi200rz202gz101Hgi100Hri最大回差減速比機型（指柔輪內(nèi)徑，單位為mm)單級、臥式安裝通用諧波減器1CP2CTACPKP1ACTKT21CFDFRTK

4、FAC/21許FF1C當輸入轉速當輸入轉速1500轉轉/分鐘，傳動比和輸出力矩相同的情況下分鐘，傳動比和輸出力矩相同的情況下 諧波齒輪傳動的缺點：諧波齒輪傳動的缺點：1、柔輪周期性變形，易疲勞破壞；、柔輪周期性變形，易疲勞破壞；2、轉動慣量和啟動力矩大，不適宜于小功率、轉動慣量和啟動力矩大，不適宜于小功率傳動；傳動；3、不能用于傳動比較小場合（、不能用于傳動比較小場合（i 小于小于35）；）；4、散熱差、散熱差250（帶長）（帶長） H 150（帶寬）（帶寬）1）按螺紋滾道截面形狀分類：）按螺紋滾道截面形狀分類： 單圓弧型和雙圓弧型兩類單圓弧型和雙圓弧型兩類bba) 單圓弧型滾道bb) 雙圓弧

5、型滾道b24315浮動式反向器內(nèi)循環(huán)方式浮動式反向器內(nèi)循環(huán)方式14324螺旋槽式外循環(huán)螺旋槽式外循環(huán)a、墊片調(diào)隙式、墊片調(diào)隙式b、螺紋調(diào)隙式、螺紋調(diào)隙式c、齒差調(diào)隙式、齒差調(diào)隙式5、滾珠絲杠副的主要尺寸、精度等級和標注方法、滾珠絲杠副的主要尺寸、精度等級和標注方法固定可以用深溝球軸承和雙向推力軸承組合或用圓錐滾子軸承兩端都裝止推軸承，承受軸向載荷兩端都裝止推軸承和向心球軸軸承，承受軸向、徑向載荷固定端裝深溝球軸承和雙向推力軸承，承受徑向、軸向載荷，簡支端用深溝球軸承徑向約束1軸向剛度較高；軸向剛度較高；2預拉伸安裝時，須加載荷較大，軸承壽命比方案預拉伸安裝時，須加載荷較大，軸承壽命比方案 2低

6、；低；3適宜中速、精度高，并可用雙推適宜中速、精度高，并可用雙推單推組合。單推組合。 1軸向剛度最高；軸向剛度最高；2預拉伸安裝時，須加載荷較小，軸承壽命較高預拉伸安裝時，須加載荷較小，軸承壽命較高3適宜高速、高剛度、高精度。適宜高速、高剛度、高精度。1軸向剛度低，與螺母位置有關；軸向剛度低，與螺母位置有關；2雙推端可預拉伸安裝；雙推端可預拉伸安裝；3適宜中小載荷與低速，更適宜垂直安裝，短適宜中小載荷與低速，更適宜垂直安裝，短絲杠。絲杠。 123451234678、滾珠絲杠副的選擇、滾珠絲杠副的選擇1）滾珠絲杠副結構的選擇）滾珠絲杠副結構的選擇 根據(jù)防塵防護條件以及對調(diào)隙及預緊的要求，根據(jù)防塵

7、防護條件以及對調(diào)隙及預緊的要求，可選擇適當?shù)慕Y構型式。例如：可選擇適當?shù)慕Y構型式。例如： 當允許有間隙存在時當允許有間隙存在時(如垂直運動如垂直運動)可選用具可選用具有單圓弧形螺紋滾道的單螺母滾珠絲杠副；有單圓弧形螺紋滾道的單螺母滾珠絲杠副； 當必須有預緊或在使用過程中因磨損而需要當必須有預緊或在使用過程中因磨損而需要定期調(diào)整時，應采用雙螺母螺紋預緊或齒差預緊定期調(diào)整時，應采用雙螺母螺紋預緊或齒差預緊式結構；式結構； 當具備良好的防塵條件，且只需在裝配時調(diào)當具備良好的防塵條件，且只需在裝配時調(diào)整間隙及預緊力時，可采用結構簡單的雙螺母墊整間隙及預緊力時，可采用結構簡單的雙螺母墊片調(diào)整預緊式結構。

8、片調(diào)整預緊式結構。2）滾珠絲杠副結構尺寸的選擇）滾珠絲杠副結構尺寸的選擇 公稱直徑公稱直徑d0應根據(jù)軸向最大載荷按滾珠絲杠副尺應根據(jù)軸向最大載荷按滾珠絲杠副尺寸系列選樣；螺紋長度寸系列選樣；螺紋長度LS在允許的情況下要盡量短，在允許的情況下要盡量短，一般取一般取LSd0小于小于30為宜；基本導程為宜；基本導程L0 （或螺距（或螺距t）的大小應根據(jù)機電一體化系統(tǒng)的承載能力、傳動精度的大小應根據(jù)機電一體化系統(tǒng)的承載能力、傳動精度要求確定。要求確定。L0大承載能力也大，大承載能力也大，L0小傳動精度較高。小傳動精度較高。要求傳動速度快時，可選用大導程滾珠絲扛副。要求傳動速度快時，可選用大導程滾珠絲扛

9、副。 滾珠的工作圈（或列）數(shù)和工作滾珠的數(shù)量滾珠的工作圈（或列）數(shù)和工作滾珠的數(shù)量N由由試驗可知：第一、第二和第三圈（或列）分別承受軸試驗可知：第一、第二和第三圈（或列）分別承受軸向載荷的向載荷的50、30和和20左右。因此，工作圈（或左右。因此，工作圈（或列）數(shù)一般取列）數(shù)一般取2.53.5。滾珠總數(shù)。滾珠總數(shù)N一般不超過一般不超過150個。個。矩形對稱三角形不對稱三角形燕尾槽圓形凸形凹形壓 板三 角 形 導 軌V 形 導 軌1）雙三角形組合導軌組合雙三角形組合導軌組合L1L1L13 輔 助 導 向 面2 導 向 面2133211 承 載 面231a)c)b)a)b)c)1 234箭頭粗細表

10、示受力大小矩形導軌 梯形導軌圓柱形滾動直線導軌圓柱形滾動直線導軌執(zhí)行元件電磁式電磁鐵及其他電動機液壓馬達液壓式油 缸氣壓馬達氣壓式氣 缸其 他與材料有關直流伺服電機雙金屬片壓電元件狀態(tài)記憶金屬其他電機交流伺服電機步進電機微動機構微動機構1、手動機械式、手動機械式2、熱變形式、熱變形式3、磁致伸縮式、磁致伸縮式4、壓電執(zhí)行機構、壓電執(zhí)行機構定位機構定位機構-分度機構分度機構摩擦驅動原理摩擦驅動原理 摩擦驅動是通過摩擦把伺服電動機的回轉運動轉摩擦驅動是通過摩擦把伺服電動機的回轉運動轉換成從動桿的直線運動，實現(xiàn)無間隙傳動，其工作換成從動桿的直線運動，實現(xiàn)無間隙傳動，其工作原理如圖所示。從微觀上看，壓緊輪與從動桿之間原理如圖所示。從微觀上看，壓緊輪與從動桿之間的油膜處于液體潤滑狀態(tài)，潤滑油的剪斷特性決定的油膜處于液體潤滑狀態(tài)，潤滑油的剪斷特性決定牽引系統(tǒng)。因而要選擇系數(shù)較高的潤滑油。壓緊輪牽引系統(tǒng)。因而要選擇系數(shù)較高的潤滑油。壓緊輪滾動時實現(xiàn)進給，進給分辨率取決于伺服電動機回滾動時實現(xiàn)進給，進給分辨率取決于伺服電動機回轉一周的步進數(shù)。采用摩擦驅動進給的一個重要問轉一周的步進數(shù)。采用摩擦驅動進給的一個重要問題是預壓，若預壓力過小，則接觸面有可能產(chǎn)生滑題是預壓，若預壓力過