機電一體化培訓-機械傳動

1、機 電 一 體 化 技 術(shù)機 械 傳 動概 述機電一體化設(shè)備進給傳動方案雙矩形導軌導向方式低速爬行現(xiàn)象進給傳動“滾動化”的必要性直線滾動導軌圓形導軌滾動導軌塊和直線軸承導軌滾珠絲杠螺母副滾珠花鍵支承部件滾珠絲杠與進給電機的連接直線電機轉(zhuǎn)動慣量機械傳動傳統(tǒng)的機械傳動是一種把動力機產(chǎn)生的運動和動力傳遞給執(zhí)行機構(gòu)的中間裝置，是一種轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的變換器，其目的是使驅(qū)動電動機與負載之間在轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速上得到合理的匹配。在機電一體化系統(tǒng)中，伺服電動機的伺服變速功能在很大程度上代替了機械傳動中的變速機構(gòu)，大大簡化了傳動鏈。機電一體化系統(tǒng)中的機械傳動裝置已成為伺服系統(tǒng)的組成部分。機電一體化機械系統(tǒng)應(yīng)具有良好的伺服性

2、能，要求機械傳動部件轉(zhuǎn)動慣量小、摩擦小、阻尼合理、剛度大、抗振性好、間隙小，并滿足小型、輕量、高速、低噪聲和高可靠性等要求。機電一體化技術(shù)機 械 傳 動概述機電一體化設(shè)備進給傳動方案機電一體化技術(shù)機 械 傳 動概述旋轉(zhuǎn)編碼器伺服電機聯(lián)軸器減速器旋轉(zhuǎn)編碼器聯(lián)軸器 旋轉(zhuǎn)編碼器絲杠螺母傳動齒輪齒條傳動蝸輪蝸桿傳動光電編碼器旋轉(zhuǎn)變壓器直線編碼器光柵磁柵感應(yīng)同步器雙矩形導軌導向方式導向面窄式導向窄式導向采用一根導軌的兩側(cè)進行導向?qū)蛎鎸捠綄驅(qū)捠綄蚍謩e采用兩根導軌的一個側(cè)面機電一體化技術(shù)機 械 傳 動導軌進行導向為提高導軌的耐磨性，常采用鑲鋼導軌，經(jīng)過處理后，耐磨性可比灰鑄鐵提高510倍。鑲鋼導軌一般

3、采用螺栓或焊接的方式固定在基礎(chǔ)件上。低速爬行現(xiàn)象在低速進給運動時，速度有時為0.05mm/min，微小位移達0.001mm/次，這時，運動部件的速度如下圖曲線所示。運動部件不是連續(xù)的勻速運動，而是時走時停，這種現(xiàn)象稱為爬行。產(chǎn)生的爬行的原因主要是由摩擦系數(shù)隨相對運動速度不同而造成的。為避免爬行現(xiàn)象的出現(xiàn)，可同時采取幾項措施，包括：采用滾動導軌、靜壓導軌、卸荷導軌、塑料導軌等。機電一體化技術(shù)機 械 傳 動導軌壓板塑料導軌移動部件床身墊片tv常用的塑料導軌材料有：塑料導軌軟帶、金屬塑料復(fù)合導軌板和塑料涂層?！皾L動化”是滾珠絲杠和滾動導軌。機電一體化設(shè)備為獲得高的加工精度，要求進給運動有：高的傳動精

4、度、高的靈敏度、高的穩(wěn)定性。普通滑動導軌和絲杠存在著摩擦力大，低速爬行，高速振動，靈敏度低缺點，因此，不適宜應(yīng)用在機電一體化設(shè)備的進給傳動中。滾動絲杠和滾動導軌具有：摩擦力小傳動靈活無爬行、傳動效率高。預(yù)緊后可消除間隙，提高傳動剛度。進給傳動“滾動化”的必要性機電一體化技術(shù)機 械 傳 動導軌滑塊（通過安裝孔用螺栓固定在移動部件上）安裝孔機電一體化技術(shù)機 械 傳 動導軌安裝孔滾珠導軌（通過安裝孔用螺栓固定在床身上）直線滾動導軌由專業(yè)生產(chǎn)廠家生產(chǎn)。 一條導軌上有兩個支承滑塊，支承滑塊固定在運動部件上，導軌整體安裝在機床的基礎(chǔ)件上。當滑塊移動時，滑塊內(nèi)的滾珠在導軌上的圓弧溝槽滾動并形成循環(huán)。直線滾動

5、導軌在制造時已消除了間隙，因而剛度和精度都較高。滾動導軌由于滑動件與支承件之間是滾動摩擦，因此，摩擦系數(shù)小，且動、靜摩擦系數(shù)差別小，低速運動平穩(wěn)，無爬行，運動靈活，定位精度高。直線滾動導軌結(jié)構(gòu)組成機電一體化技術(shù)機 械 傳 動導軌安裝方式移動部件滑塊導軌床身機電一體化技術(shù)機 械 傳 動導軌直線滾動導軌形式機電一體化技術(shù)機 械 傳 動導軌直線滾動導軌形式機電一體化技術(shù)機 械 傳 動導軌直線滾動導軌形式機電一體化技術(shù)機 械 傳 動導軌弧形滾動導軌X-Y十字工作臺機電一體化技術(shù)機 械 傳 動導軌線性球軸承座圓形導軌機電一體化技術(shù)機 械 傳 動導軌圓形導軌又稱直線運動球軸承，這種軸承只能在導軌軸上作直線

6、往復(fù)運動，而不能旋轉(zhuǎn)。滾珠與導軌軸外圓柱面為點接觸，因而許用載荷較小，但運動輕便靈活、精度較高、價格低、維護方便，廣泛應(yīng)用于機床、測量裝置、電子儀器、輸送機械、醫(yī)療診斷儀器等輕載設(shè)備和裝置。在軸承外套筒和擋圈上開有軸向切口，能任意調(diào)整軸承與導軌間的間隙可調(diào)式線性球軸承開放式線性球軸承在軸承外套筒和擋圈上開有軸向扇形切口，軸承與導軌間的間隙可調(diào)封閉式線性球軸承軸承與導軌間的間隙不可調(diào)直線軸承導軌滾動導軌塊和直線軸承導軌機電一體化技術(shù)機 械 傳 動導軌滾動導軌塊直線軸承導軌安裝滾動導軌塊安裝絲杠發(fā)蘭螺母滾珠絲杠螺母副將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變成直線運動，用較小的驅(qū)動力矩就可獲得較大的軸向牽引力。數(shù)控機床進給系

7、統(tǒng)采用滾珠絲杠螺母副的目的在于：由于絲杠和螺母之間有滾珠，因此摩擦系數(shù)小，且動 靜摩擦系數(shù)相差小，低速無爬行。在施加預(yù)緊后，軸向剛度好，定位精度高。進給電機驅(qū)動絲杠旋轉(zhuǎn)時，和運動部件固定在一起的螺母作直線運動，螺母內(nèi)的滾珠在絲杠帶圓弧的螺旋滾道內(nèi)滾動，并在螺母內(nèi)不斷循環(huán)。按照滾珠的循環(huán)方式，滾珠絲杠螺母副分成內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)兩大類。機電一體化技術(shù)機 械 傳 動絲杠滾珠絲杠螺母副組成帶圓弧的螺旋滾道螺母內(nèi)循環(huán)：滾珠在循環(huán)過程中，滾珠始終保持和絲杠接觸，這種方外循環(huán)：滾珠在循環(huán)過程中，滾珠在換向時與絲杠脫離接觸。機電一體化技術(shù)機 械 傳 動絲杠外循環(huán)式結(jié)構(gòu)緊湊。由于絲杠與螺母之間存在間隙，因此，當絲

8、杠由正轉(zhuǎn)變?yōu)榉崔D(zhuǎn)的瞬時，螺母必須先克服該間隙才能運動，則該間隙稱反向間隙。反向間隙的存在降低了運動精度和絲杠螺母副的剛度，間隙消除的方法采用雙螺母，通過調(diào)整兩個螺母之間的微量軸向位移，消除間隙。通常采用墊法調(diào)隙式、螺紋調(diào)隙式和齒差調(diào)隙式。滾珠循環(huán)方式內(nèi)循環(huán)反向器插管滾珠絲杠螺母副類型單螺母內(nèi)循環(huán)式雙螺母消隙內(nèi)循環(huán)式單螺母外循環(huán)式雙螺母外循環(huán)墊片消隙式機電一體化技術(shù)機 械 傳 動絲杠滾珠絲杠支承一端固定一端自由機電一體化技術(shù)機 械 傳 動絲杠機電一體化技術(shù)機 械 傳 動絲杠一端固定一端移動機電一體化技術(shù)機 械 傳 動絲杠兩端固定 =AE絲杠預(yù)緊機電一體化技術(shù)機 械 傳 動絲杠預(yù)緊墊片F(xiàn)預(yù)緊螺母千

9、分表絲杠彈性模量變形量 預(yù)緊力F預(yù)緊力的大小是通過測量絲杠的變形量來獲得的。絲杠截面積預(yù)緊就是傳動部件在承載前，在裝配或調(diào)試階段預(yù)先施加載荷使之產(chǎn)生微量變形。預(yù)緊能消除傳動間隙，減小承載傳動時的變形，提高傳動剛度；預(yù)緊還能抵消傳動時的熱變形，提高傳動精度。預(yù)緊的外施力要適當，過大的話會增加附加摩擦力矩，不利于快速性的提高。機 械 傳 動機電一體化技術(shù)花鍵軸的外圓上均布3條凸起的軌道，在外筒內(nèi)有循環(huán)的滾珠。外筒和花鍵軸之間既可以軸帶筒，也可以筒帶軸作回轉(zhuǎn)移動，又可以作靈活、輕便的相對的直線運動，所以滾珠花鍵即是一種傳動裝置，又是一種直線運動支承。可用于機器人、機床、機電一體化設(shè)備和自動搬運車等各

10、種機械?；ㄦI軸外筒支承部件滾珠花鍵花鍵軸機電一體化技術(shù)機 械 傳 動支承部件密珠軸承密珠軸承是一種新型的滾動摩擦支承，由內(nèi)、外圈和密集的滾珠組成。滾珠在尼龍保持架的空隙中以近似與多頭螺旋線的形式徑向軸承推力軸承滾珠排列方式密珠軸承排列，滾珠的密集具有誤差平均效應(yīng)，有利于提高回轉(zhuǎn)軸的精度。精密分度頭主軸系統(tǒng)保持架機電一體化技術(shù)機 械 傳 動支承部件空氣靜壓軸承圓柱徑向和端面推力空氣靜壓軸承徑向軸承的軸套為外鼓形，可自動調(diào)整定心。方法是先通氣使軸套自動將位置調(diào)好后再固定。這樣可提高前后軸套的同軸度，從而保證轉(zhuǎn)軸的回轉(zhuǎn)精度。雙半球空氣軸承主軸轉(zhuǎn)軸前后軸承均為半球狀，既是徑向軸承又是止推力軸承，由于軸

11、承的球形氣浮面具有自動調(diào)心作用，因此可以提高前后軸承的同軸度，以提高轉(zhuǎn)軸的回轉(zhuǎn)精度。機 械 傳 動傳動部件同步齒形帶同步齒形帶傳動是綜合了帶傳動、齒輪傳動和鏈傳動特點的一種新型傳動。帶的工作表面制有帶齒，它與有相應(yīng)齒形的帶輪相嚙合，用來傳遞運動和動力。與一般帶傳動相比較，同步齒形帶傳動具有如下特點：傳動比準確，傳動效率高；工作平穩(wěn)，能吸收振動；不需潤滑，維護保養(yǎng)方便；中心距要求嚴格，安裝精度要求高。同步帶的齒形一般為梯形，材料為聚氨酯橡膠和氯丁橡膠，帶輪材料一般采用鋼、塑料或輕合金。機電一體化技術(shù)同步齒形帶的主要參數(shù)是帶齒的節(jié)距pbpb機 械 傳 動傳動部件諧波齒輪變速器組成及工作原理諧波齒輪

12、傳動是一種新型傳動裝置，主要有波形發(fā)生器、柔輪和剛輪組成。柔輪具有外齒，剛輪具有內(nèi)齒，剛輪的齒數(shù)zg比柔輪的齒數(shù)zr略多。柔輪的輪緣極簿，剛度很小，在未裝配前，柔輪是圓形的，由于波形發(fā)生器的直徑比柔輪內(nèi)圓的直徑略大，所以當波形發(fā)生器裝入柔輪的內(nèi)圓時，就迫使柔輪變形，呈橢圓形。波發(fā)生器有滾輪式、凸輪式和偏心盤式。當波發(fā)生器轉(zhuǎn)動時，柔輪和剛輪上的齒依次進入嚙合，柔輪的旋轉(zhuǎn)方向與波發(fā)生器的旋轉(zhuǎn)方向相反。諧波齒輪傳動既可以做成減速器，也可以做成增速器。波形發(fā)生器、柔輪和剛輪三者任意一個固定，其余二個一個為主動，另一個為從動，應(yīng)用廣泛的是剛輪固定，波發(fā)生器主動，柔輪從動的形式。單級減速的減速比i7550

13、0（izr/zgzr）。機電一體化技術(shù)與一般齒輪傳動相比，諧波齒輪傳動具有：傳動比大、承載能力大、傳動精度高、傳動平穩(wěn)無沖擊的特點。波發(fā)生器柔輪剛輪柔性軸承機電一體化技術(shù)機 械 傳 動傳動部件波發(fā)生器它與輸入軸相聯(lián)，對柔輪的齒圈的變形起產(chǎn)生和控制的作用。它由一個橢圓形凸輪和一個薄壁的柔性軸承組成。柔性軸承不同于普通軸承它的外環(huán)很薄容易產(chǎn)生徑向變形在未裝入凸輪之前環(huán)是圓形的，裝 上 之 后 為 橢 圓 形 。柔輪有薄壁杯形薄壁圓筒形或平嵌式等多種。薄壁圓筒形柔輪的開口端部外面有齒圈它隨波發(fā)生器的轉(zhuǎn)動而變形筒底部分與輸出軸聯(lián)接。剛輪它是一個剛性的內(nèi)齒輪。雙波諧波傳動的剛輪通常比柔輪多2齒。諧波齒輪

14、減速器多以剛輪固定，外部與箱體聯(lián)接。波發(fā)生器輸入軸剛輪軸承柔輪輸出軸柔輪 外齒圈波發(fā)生器內(nèi)齒圈剛輪機電一體化技術(shù)機 械 傳 動傳動部件諧波齒輪變速器在機器人中的應(yīng)用伺服電機滾珠絲杠伺服電機聯(lián)軸器聯(lián)軸器座機電一體化技術(shù)機 械 傳 動傳動方式滾珠絲杠與進給電機的連接伺服電機同步齒形帶機 械 傳 動機電一體化技術(shù)直線永磁同步電動機是在定子側(cè)，沿全行程方向的一條直線，一塊接一塊交替地安裝N、S永磁體，而動子下方的全長上，對應(yīng)地安裝含鐵心的通電繞組，動子必須帶電纜一起運動。當動子的三相繞組中通入三相對稱正弦電流后，產(chǎn)生氣隙磁場。當三相電流隨時間變化時，氣隙磁場將按A、B、C相序沿直線運動，該磁場稱為行波

15、磁場。永磁體的勵磁磁場與行波磁場相互作用便會產(chǎn)生電磁推力。在電磁推力的作用下，由于定子固定不動，那么動子就會沿行波磁場運動的相反方向作直線運動。傳動方式直線電機機電一體化技術(shù)機 械 傳 動傳動方式直線電機在進給運動中的應(yīng)用1直線電機磁鐵組件2直線電機滑塊組件3工作臺4滑座5直線光柵掃描頭6直線滾動導軌7直線光柵進給驅(qū)動采用直線電機與旋轉(zhuǎn)電機傳動方式的最大區(qū)別是取消了電動機到工作臺之間的一切中間環(huán)節(jié)，減少了傳動鏈。其優(yōu)點是，響應(yīng)快（加速度一般可達510g）、傳動剛度高、定位精度高。轉(zhuǎn)動慣量1.圓柱體轉(zhuǎn)動慣量mdJ214mdJ =機電一體化技術(shù)機 械 傳 動特性 L J = (m1 2 ) 2 m1m2J工件工作臺L導程2+ m + J sJs絲杠慣量絲杠2.直線運動物體的轉(zhuǎn)動慣量絲杠慣量折算到絲杠軸上的總轉(zhuǎn)動慣量J機電一體化技術(shù)機 械 傳 動特性m1m2r工件齒條齒輪JJcJ = (m1 + m2 )r 2 + J c齒輪慣量機電一體化技術(shù)折算到齒輪軸上的總轉(zhuǎn)動慣量J機 械 傳 動特性齒輪齒條傳動( )J =