機(jī)電一體化技術(shù)及應(yīng)用 課件 第1-3章 緒論、機(jī)械技術(shù)、伺服傳動(dòng)技術(shù)

第三節(jié)機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)第二節(jié)機(jī)電一體化系統(tǒng)的基本組成第一節(jié)

機(jī)電一體化的含義及主要內(nèi)容第一章緒論1.1機(jī)電一體化的含義及主要內(nèi)容機(jī)電一體化是以大規(guī)模集成電路（LSI）和微型電子計(jì)算機(jī)為代表的微電子技術(shù)向機(jī)械工業(yè)滲透過(guò)程中逐漸形成的一個(gè)新概念，是各種相關(guān)技術(shù)有機(jī)結(jié)合的一種新形式。它打破了傳統(tǒng)的機(jī)械工程、電子工程、信息工程、控制工程等學(xué)科的劃分，形成了一種融機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、控制技術(shù)、信息技術(shù)等多種技術(shù)為一體的新興交叉學(xué)科。機(jī)電一體化的含義最早起源于日本，首次由日本《機(jī)械設(shè)計(jì)》雜志副刊于1971年提出Mechatronics（機(jī)械電子學(xué)，機(jī)電一體化），詞首取自Mechanics（機(jī)械學(xué)），詞尾取自Electronics（電子學(xué)）

東京大學(xué)名譽(yù)教授渡邊茂——

機(jī)電一體化是機(jī)械工程中采用微電子技術(shù)的體現(xiàn)1984年日本《機(jī)械設(shè)計(jì)》副刊—

機(jī)電一體化就是利用微電子技術(shù)，最大限度地發(fā)揮機(jī)械能力的一種技術(shù)富士通法納克公司技術(shù)管理部長(zhǎng)小島利夫——

機(jī)電一體化是將機(jī)械學(xué)與電子學(xué)有機(jī)結(jié)合而提供的更為優(yōu)越的一種技術(shù)1981年日本振興協(xié)會(huì)經(jīng)濟(jì)研究所——

機(jī)電一體化乃是機(jī)械的主功能、動(dòng)力功能、信息功能和控制功能上引進(jìn)微電子技術(shù)，并將機(jī)械裝置與電子裝置用相關(guān)軟件有機(jī)結(jié)合而構(gòu)成系統(tǒng)的總稱(chēng)。1984年美國(guó)機(jī)械工程師協(xié)會(huì)（ASME）專(zhuān)家組提交給美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)的報(bào)告中提出了關(guān)于“現(xiàn)代機(jī)械系統(tǒng)”的定義——由計(jì)算機(jī)信息網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)與控制的，用于完成包括機(jī)械力、運(yùn)動(dòng)和能量流等動(dòng)力學(xué)任務(wù)的機(jī)械和（或）機(jī)電部件相互聯(lián)系的系統(tǒng)。從技術(shù)層面——機(jī)電一體化是按系統(tǒng)工程的觀點(diǎn)，將機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、信息技術(shù)、控制技術(shù)等相關(guān)技術(shù)進(jìn)行有機(jī)地綜合，以實(shí)現(xiàn)機(jī)電系統(tǒng)整體最優(yōu)化的技術(shù)和方法?！坝袡C(jī)地綜合”——表明機(jī)電一體化并非將相關(guān)的多學(xué)科技術(shù)簡(jiǎn)單地拼湊在一起，而是體現(xiàn)了相互交叉、滲透復(fù)合的設(shè)計(jì)思想“整體最優(yōu)化”——凸顯了機(jī)電一體化的基本目標(biāo)，即機(jī)電一體化系統(tǒng)應(yīng)從整體上（包括功能、效率、能耗、精度、可靠性、適應(yīng)性等方面）達(dá)到綜合最優(yōu)化。機(jī)電一體化包括——

①機(jī)電一體化技術(shù)：包括機(jī)電一體化技術(shù)原理和使機(jī)電一體化產(chǎn)品（或系統(tǒng)）得以實(shí)現(xiàn)、使用和發(fā)展的技術(shù)②機(jī)電一體化產(chǎn)品：機(jī)械系統(tǒng)和微電子系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合，從而具有更強(qiáng)的功能和更新的性能的新產(chǎn)品機(jī)電一體化產(chǎn)品分為——1）機(jī)械電子化產(chǎn)品：在機(jī)械產(chǎn)品的基礎(chǔ)上采用微電子技術(shù)，使產(chǎn)品在質(zhì)量、性能、功能、效率、節(jié)能等方面有所提高，甚至使產(chǎn)品結(jié)構(gòu)發(fā)生質(zhì)的變化，具有新的功能，機(jī)電一體化產(chǎn)品的初級(jí)形式。

①機(jī)械本身的主要功能被電子取代，如自動(dòng)照相機(jī)。

②機(jī)械式信息處理機(jī)構(gòu)被電子元件取代，如電子鐘表。③機(jī)械式控制機(jī)構(gòu)被電子式機(jī)構(gòu)取代，如自動(dòng)縫紉機(jī)。④采用微電子技術(shù)而使控制功能增強(qiáng)，如銀行自動(dòng)柜員機(jī)（ATM）和數(shù)控機(jī)床。機(jī)電一體化產(chǎn)品分為——

2）機(jī)電有機(jī)結(jié)合產(chǎn)品：機(jī)械技術(shù)與電子技術(shù)相融合的產(chǎn)品，開(kāi)辟了單靠機(jī)械技術(shù)或單靠電子技術(shù)都無(wú)法達(dá)到的新領(lǐng)域，屬于機(jī)電一體化產(chǎn)品的高級(jí)形式。如工業(yè)機(jī)器人和自動(dòng)售貨機(jī)等。1.2機(jī)電一體化系統(tǒng)的基本組成機(jī)電一體化系統(tǒng)包括機(jī)械本體、動(dòng)力部分、檢測(cè)裝置、控制器和執(zhí)行元件等五大組成部分。各部分之間通過(guò)接口實(shí)現(xiàn)物質(zhì)、能量和信息的傳遞和交換，從而有機(jī)融合成一個(gè)完整的系統(tǒng)。動(dòng)力部分控制器執(zhí)行元件檢測(cè)裝置機(jī)械本體能量流信息流物質(zhì)流1.2機(jī)電一體化系統(tǒng)的基本組成機(jī)械本體：機(jī)電一體化系統(tǒng)的基本支持體，包括機(jī)械傳動(dòng)裝置和機(jī)械結(jié)構(gòu)裝置（包括機(jī)身、機(jī)架、連接緊固件等）。

功能：使構(gòu)造系統(tǒng)的各子系統(tǒng)、零部件按照一定的時(shí)間和空間關(guān)系安置在一定的位置上，并保持特定的關(guān)系。動(dòng)力部分：包括電源、液源和氣源

功能：按照機(jī)電一體化系統(tǒng)的功能要求為系統(tǒng)提供能量和動(dòng)力，從而保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。機(jī)電一體化的顯著特征之一是用盡可能小的動(dòng)力輸入獲得盡可能大的動(dòng)力輸出。

1.2機(jī)電一體化系統(tǒng)的基本組成檢測(cè)裝置：實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化系統(tǒng)自動(dòng)控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，包括各類(lèi)傳感器、變速器、儀器儀表等功能：檢測(cè)在運(yùn)行過(guò)程中系統(tǒng)本身和外界環(huán)境的各種參數(shù)和狀態(tài)的變化，將其轉(zhuǎn)變?yōu)榭勺R(shí)別信號(hào)，并傳送給控制器，經(jīng)過(guò)信息處理后生成相應(yīng)的控制信息。機(jī)電一體化系統(tǒng)對(duì)檢測(cè)裝置的要求是檢測(cè)精度高、抗干擾能力強(qiáng)、體積小、便于安裝和維護(hù)、價(jià)格低廉。

1.2機(jī)電一體化系統(tǒng)的基本組成控制器：機(jī)電一體化系統(tǒng)的核心部分，通常由電子電路（邏輯電路、A/D與D/A轉(zhuǎn)換、I/O接口）、計(jì)算機(jī)（單片機(jī)、PLC或數(shù)控裝置）組成功能：將來(lái)自各傳感器的檢測(cè)信息和外部輸入命令進(jìn)行處理，按照一定的程序發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)，通過(guò)輸出接口送往執(zhí)行元件，從而控制整個(gè)系統(tǒng)有目的地運(yùn)行，并達(dá)到預(yù)期的控制目標(biāo)。機(jī)電一體化系統(tǒng)要求控制器具有較快的信息處理速度、較強(qiáng)的抗干擾能力、較好的可靠性、完善的自診斷功能，實(shí)現(xiàn)信息處理智能化。

1.2機(jī)電一體化系統(tǒng)的基本組成執(zhí)行元件：電氣式（如電動(dòng)機(jī)、電磁鐵）、液壓式（液壓缸、液壓馬達(dá)）、氣動(dòng)式（氣缸、氣動(dòng)馬達(dá)）功能：將輸入的各種形式的能量（電能、液壓能、氣壓能）轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，以驅(qū)動(dòng)機(jī)械本體的運(yùn)動(dòng)，完成驅(qū)動(dòng)或操作功能。機(jī)電一體化系統(tǒng)要求執(zhí)行元件效率高、響應(yīng)速度快、維修方便、對(duì)外部環(huán)境中水、油、溫度、塵埃等都能很好地適應(yīng)，盡可能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的組件化、標(biāo)準(zhǔn)化和系列化。

應(yīng)用領(lǐng)域典型產(chǎn)品工業(yè)生產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人，計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)床（CNC），虛擬軸機(jī)床，電火花線(xiàn)切割機(jī)床，加工中心（MC），柔性制造系統(tǒng)（FMS），數(shù)字化工廠（DF），計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS），光電跟蹤切割機(jī)，模塊化生產(chǎn)加工系統(tǒng)（MPS）交通運(yùn)輸汽車(chē)（無(wú)級(jí)變速裝置、防抱死制動(dòng)系統(tǒng)（ABS）、電子點(diǎn)火裝置、安全氣囊），自動(dòng)駕駛汽車(chē)，自動(dòng)引導(dǎo)車(chē)（AGV）貯存銷(xiāo)售倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)器人，自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)，自動(dòng)售貨機(jī)，自動(dòng)售票機(jī)）1.3機(jī)電一體化的典型

應(yīng)用領(lǐng)域社會(huì)服務(wù)服務(wù)機(jī)器人（送貨機(jī)器人、餐廳機(jī)器人，辦公自動(dòng)化（OA）設(shè)備（復(fù)印機(jī)、打印機(jī)、傳真機(jī)、掃描儀），醫(yī)療器械（CT機(jī)、X射線(xiàn)機(jī)、核磁共振成像、微創(chuàng)手術(shù)器），金融服務(wù)（ATM機(jī)），文教、體育、娛樂(lè)用機(jī)電一體化產(chǎn)品(教育機(jī)器人、答題卡自動(dòng)閱卷機(jī)、娛樂(lè)機(jī)器人、足球機(jī)器人、電子玩具、虛擬現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)中心、4D影院、智能跑步機(jī))家庭日用微波爐，全自動(dòng)洗衣機(jī)，數(shù)碼相機(jī)，變頻空調(diào)，全自動(dòng)洗碗機(jī)，掃地機(jī)器人，擦窗機(jī)器人科學(xué)研究三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x，掃描隧道顯微鏡，3D打印機(jī)，三維激光掃描儀民用飛機(jī)，自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門(mén)，音樂(lè)噴泉，立體車(chē)庫(kù)國(guó)防軍事雷達(dá)跟蹤系統(tǒng)、電磁炮航空航天各種航天器（空間探測(cè)器、宇宙飛船、航天飛機(jī)）上海通用汽車(chē)凱迪拉克工廠里的工業(yè)機(jī)器人特大型立式車(chē)銑中心上海洋山港自動(dòng)化碼頭的AGV百度Apollo自動(dòng)駕駛出租車(chē)Robotaxi1.4機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)1.智能化機(jī)電一體化的一個(gè)重要發(fā)展方向。機(jī)電一體化的智能化就是將人工智能、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊控制等現(xiàn)代控制理論和技術(shù)應(yīng)用到機(jī)電一體化系統(tǒng)（或產(chǎn)品）中，使其具有一定的智能，以期達(dá)到更高的控制目標(biāo)。重要應(yīng)用——機(jī)器人和數(shù)控機(jī)床的智能化智能機(jī)器人通過(guò)視覺(jué)、觸覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)等各類(lèi)傳感器檢測(cè)工作狀態(tài)，根據(jù)實(shí)際變化過(guò)程反饋信息并做出相應(yīng)的判斷和決定。數(shù)控機(jī)床的智能化體現(xiàn)在利用多種傳感器對(duì)切削前后和加工過(guò)程中的各種參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)作出判斷，自動(dòng)對(duì)異?，F(xiàn)象進(jìn)行調(diào)整與補(bǔ)償。

2.輕量化和微型化對(duì)于機(jī)電一體化產(chǎn)品而言，除了機(jī)械主體部分，其他部分均涉及電子技術(shù)，電子設(shè)備正朝著小型化、輕量化、多功能、高可靠方向發(fā)展，因此機(jī)電一體化中具有智能、動(dòng)力、運(yùn)動(dòng)、感知特征的組成部分也逐漸向輕量化、小型化方向發(fā)展。

3.標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化極大地促進(jìn)了機(jī)電一體化新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，是機(jī)電一體化發(fā)展的重要趨勢(shì)。機(jī)電一體化產(chǎn)品中普遍使用的產(chǎn)品單元（如驅(qū)動(dòng)單元、運(yùn)動(dòng)控制單元等）可以進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)和生產(chǎn)。在新產(chǎn)品研發(fā)過(guò)程中，用戶(hù)選擇標(biāo)準(zhǔn)模塊，不但可以降低產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)成本，提高產(chǎn)品的可靠性，而且還可以使產(chǎn)品的研制周期大為縮短。

4.系統(tǒng)化系統(tǒng)化一方面表現(xiàn)為機(jī)電一體化系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)進(jìn)一步采用開(kāi)放式和模式化的總線(xiàn)結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)可靈活組態(tài)，任意組合；另一方面表現(xiàn)為通信功能大大加強(qiáng)。典型應(yīng)用——DNC（Distributed

Numerical

Control，分布式數(shù)控）

5.綠色化綠色化主要是指產(chǎn)品使用時(shí)不污染生態(tài)環(huán)境，報(bào)廢后能回收利用。綠色產(chǎn)品是指在其設(shè)計(jì)、制造、使用和銷(xiāo)毀的生命過(guò)程中，要符合特定的環(huán)境保護(hù)和人類(lèi)健康的要求，力求對(duì)生態(tài)環(huán)境無(wú)害或危害極小，而資源利用率最高。

6.人格化包括兩層含義：①機(jī)電一體化產(chǎn)品的最終使用對(duì)象是人，如何賦予機(jī)電一體化產(chǎn)品以人類(lèi)的智能、情感和人性顯得越來(lái)越重要，特別是家用機(jī)器人，其發(fā)展的最高境界就是人機(jī)一體化；②模仿自然界中的生物機(jī)理研制各種機(jī)電一體化產(chǎn)品。事實(shí)上，許多機(jī)電一體化產(chǎn)品都是受到動(dòng)物的啟發(fā)研制出來(lái)的。如：蒼蠅復(fù)眼——“蠅眼”航空照相機(jī)、蝙蝠——雷達(dá)、人——仿生搓洗洗衣機(jī)、蜻蜓——直升飛機(jī)第三節(jié)支承部件第二節(jié)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)第一節(jié)機(jī)械系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立第二章機(jī)械技術(shù)2.1機(jī)械系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立2.1.1機(jī)械系統(tǒng)中的基本物理量及其等效換算1．質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的等效換算等效換算原則：換算前后動(dòng)能不變

2.1.1機(jī)械系統(tǒng)中的基本物理量及其等效換算2．剛度系數(shù)的等效換算等效換算原則：換算前后勢(shì)能不變。3．阻尼系數(shù)的等效換算等效換算原則：換算前后粘性阻尼力做功相等。

建模步驟（1）將各物理量向電機(jī)軸換算，計(jì)算等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、等效粘性阻尼系數(shù)及等效扭轉(zhuǎn)剛度；（2）建立動(dòng)力學(xué)方程；（3）計(jì)算G(S)。2.1.2機(jī)械系統(tǒng)建模常用機(jī)械傳動(dòng)部件包括—線(xiàn)性傳動(dòng)部件齒輪傳動(dòng)（諧波齒輪）螺旋傳動(dòng)（滑動(dòng)絲杠，滾動(dòng)絲杠）帶傳動(dòng)（同步帶）蝸輪蝸桿非線(xiàn)性傳動(dòng)部件連桿機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)2.2傳動(dòng)機(jī)構(gòu)2.2.1傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的功能及要求傳統(tǒng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)：轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速變換器—將執(zhí)行元件產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳遞給負(fù)載，使執(zhí)行元件與負(fù)載之間在轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速方面得到最佳匹配（將執(zhí)行元件輸出的高轉(zhuǎn)速、低轉(zhuǎn)矩變換成負(fù)載所需要的低轉(zhuǎn)速、高轉(zhuǎn)矩）。機(jī)電一體化系統(tǒng)中的機(jī)械傳動(dòng)部件—除轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速變換器外，成為伺服系統(tǒng)的組成部分，并對(duì)伺服系統(tǒng)的伺服特性有很大影響，特別是其傳動(dòng)類(lèi)型、傳動(dòng)方式、傳動(dòng)精度、動(dòng)態(tài)特性及傳動(dòng)可靠性（均為機(jī)械傳動(dòng)技術(shù)性能的決定因素）對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)的精度、穩(wěn)定性和快速響應(yīng)性有著重大的影響。2.2.1傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的功能及要求機(jī)電一體化對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的要求—①低間隙影響—使傳動(dòng)機(jī)構(gòu)在反向運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生空程，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性和精度

措施—采取消隙機(jī)構(gòu)，以縮小甚至消除反向死區(qū)誤②低摩擦影響—摩擦?xí)鸬退倥佬?，降低工作精度、縮短使用壽命

措施—采用低摩擦阻力的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，如滾珠絲杠副、滾動(dòng)導(dǎo)軌、塑料導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌、動(dòng)壓導(dǎo)軌、靜壓軸承、動(dòng)壓軸承③低慣量

影響—慣量影響精度、穩(wěn)定性、動(dòng)態(tài)響應(yīng)

措施—合理選擇傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比，以減小等效到執(zhí)行元件輸出軸上的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量2.2.1傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的功能及要求機(jī)電一體化對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的要求—④高剛度⑤高諧振頻率影響—較低的剛度和諧振頻率易使系統(tǒng)產(chǎn)生諧振，影響穩(wěn)定性措施—

★利用預(yù)緊的方法提高滾珠絲杠副的傳動(dòng)剛度；

★采用直接驅(qū)動(dòng)技術(shù)，通過(guò)大扭矩、寬調(diào)速的直流或交流伺服電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以減少中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，縮短傳動(dòng)鏈長(zhǎng)度；

★絲杠支承方式采用兩端軸向固定或預(yù)拉伸支承結(jié)構(gòu)。2.2.1傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的功能及要求⑥適當(dāng)?shù)淖枘岜扔绊憽枘岜炔划?dāng)，系統(tǒng)易產(chǎn)生振動(dòng)，影響穩(wěn)定性、靈敏度

措施—大小要適當(dāng)。一般取0.4≤ζ≤0.8。1．齒輪傳動(dòng)比的最佳匹配選擇（1）負(fù)載峰值轉(zhuǎn)矩最小方案折算到電機(jī)軸上的負(fù)載峰值轉(zhuǎn)矩為。令，可得等效負(fù)載峰值轉(zhuǎn)矩最小的最佳傳動(dòng)比。（2）負(fù)載均方根轉(zhuǎn)矩最小方案折算到電機(jī)軸上的負(fù)載均方根轉(zhuǎn)矩為。令，可得等效負(fù)載均方根轉(zhuǎn)矩最小的最佳傳動(dòng)比

。（3）轉(zhuǎn)矩儲(chǔ)備最大方案電機(jī)輸出的額定轉(zhuǎn)矩和等效負(fù)載峰值轉(zhuǎn)矩之差為電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩儲(chǔ)備，即。令，可得轉(zhuǎn)矩儲(chǔ)備最大的最佳傳動(dòng)比。

2.2.2齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比及傳動(dòng)級(jí)數(shù)確定2.2.2齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比及傳動(dòng)級(jí)數(shù)確定（4）負(fù)載角加速度最大方案iJLJmTmTcθLθmTfiJLJmTmTcθLθmTf按動(dòng)力學(xué)第二定律，電機(jī)軸上的加速度轉(zhuǎn)矩為:整理得令，即可得到負(fù)載角加速度最大時(shí)的傳動(dòng)比i為：令，則或【結(jié)論】使齒輪系“負(fù)載加速度最大”的傳動(dòng)比的最佳值是換算到電機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量恰好等于電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。?！菊f(shuō)明】a.利用上述幾種方案選擇的最佳總傳動(dòng)比均是針對(duì)某一方面而言，故其結(jié)果不同。b.在實(shí)際工程中，為提高抗干擾力矩的能力，常選用較大的傳動(dòng)比。c.在具體選擇時(shí)，除考慮伺服電機(jī)與負(fù)載的最佳匹配外，還要考慮總傳動(dòng)比對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、精確度、快速性的影響。對(duì)于步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，步進(jìn)電機(jī)步距角，系統(tǒng)脈沖當(dāng)量(一個(gè)脈沖所產(chǎn)生的工作臺(tái)直線(xiàn)位移量)，絲杠基本導(dǎo)程，則iJLJmTmTcθLθmTf2.傳動(dòng)級(jí)數(shù)及各級(jí)傳動(dòng)比的最佳分配原則總傳動(dòng)比較大時(shí)：采用單級(jí)傳動(dòng)—系統(tǒng)簡(jiǎn)化，但大齒輪的尺寸增大使得整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)的輪廓尺寸變大，并使小齒輪磨損加劇。采用多級(jí)傳動(dòng)—結(jié)構(gòu)緊湊，需確定傳動(dòng)級(jí)數(shù)，并合理分配各級(jí)傳動(dòng)比。（1）等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量最小原則說(shuō)明

對(duì)于伺服傳動(dòng)系統(tǒng)，要求起動(dòng)、停止、逆轉(zhuǎn)快。當(dāng)轉(zhuǎn)矩一定時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量越小、角加速度越大，則運(yùn)轉(zhuǎn)越靈敏、響應(yīng)越快。由于大功率傳動(dòng)裝置和小功率傳動(dòng)裝置所傳遞的轉(zhuǎn)矩在數(shù)量級(jí)上不同，因此方法也有所不同，應(yīng)分別考慮。1）小功率傳動(dòng)裝置假設(shè)傳動(dòng)效率為100%；各主動(dòng)齒輪1、3的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量相同；各齒輪均為同寬度同材料的實(shí)心圓柱體；軸和軸承的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量不計(jì)。i24123i1齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)等效到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：

令

或得當(dāng)時(shí)，

或?qū)τ趎級(jí)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)，有

（k=2，3，4….n）令，則【結(jié)論】a)按等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量最小原則確定級(jí)數(shù)和分配各級(jí)傳動(dòng)比時(shí)，無(wú)論傳遞功率大小，由高速級(jí)到低速級(jí)，各級(jí)傳動(dòng)比的分配次序是“先小后大”。b)級(jí)數(shù)越多，總等效慣量越小，但級(jí)數(shù)增加到一定數(shù)值后，總等效慣量的減小并不顯著，但從結(jié)構(gòu)緊湊性、復(fù)雜性、傳動(dòng)精度（齒隙影響）和經(jīng)濟(jì)性等方面考慮，級(jí)數(shù)太多并不合理。因此，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)統(tǒng)一考慮。c)越接近高速級(jí)的軸，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量對(duì)總等效慣量的影響越大，尤其是電機(jī)軸及其后一級(jí)軸的慣量。

（2）重量最輕原則

1）小功率傳動(dòng)裝置假設(shè)主動(dòng)小齒輪模數(shù)、齒數(shù)相同，齒寬相等；軸和軸承重量予以忽略；齒輪為實(shí)心圓柱體，則齒輪系的重量之和W為1234i1i2【結(jié)論】1.對(duì)于小功率傳動(dòng)裝置，使各級(jí)傳動(dòng)比彼此相等，可使傳動(dòng)裝置重量最輕。

2.這一結(jié)論是在假設(shè)各主動(dòng)小齒輪模數(shù)、齒數(shù)均相等的條件下導(dǎo)出的。若大齒輪模數(shù)、齒數(shù)彼此相等，則各級(jí)傳動(dòng)副中心距也相等。這種曲回式齒輪傳動(dòng)鏈可以做到結(jié)構(gòu)緊湊。2）

大功率傳動(dòng)裝置

【結(jié)論】對(duì)于大功率傳動(dòng)裝置，按“重量最輕”原則，從高速級(jí)到低速級(jí)各級(jí)傳動(dòng)比一般按“先大后小”原則處理。（3）輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則假設(shè)各齒輪轉(zhuǎn)角誤差大致相同，均為，總傳動(dòng)化i=300。①各級(jí)傳動(dòng)比取成遞減，如i1=8、i2=5、i3=3、i4=2.5，則總轉(zhuǎn)角誤差為：

②各級(jí)傳動(dòng)比取成遞增，如i1=2.5、i2=3、i3=5、i4=8，則總轉(zhuǎn)角誤差為:③各級(jí)傳動(dòng)比取成遞增，提高末級(jí)傳動(dòng)化，如i1=2、i2=3、i3=4、i4=12.5，則總轉(zhuǎn)角誤差為：【結(jié)論】

①按“先小后大”次序分配各級(jí)傳動(dòng)比，可使總轉(zhuǎn)角誤差較小，提高傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)精度。②最末一級(jí)齒輪的轉(zhuǎn)角誤差和傳動(dòng)比對(duì)總轉(zhuǎn)角誤差影響較大——應(yīng)加大末級(jí)傳動(dòng)比，應(yīng)盡量提高其加工、制造、安裝精度。③傳動(dòng)級(jí)數(shù)越少，則總轉(zhuǎn)角誤差越小——為減少總轉(zhuǎn)角誤差，傳動(dòng)級(jí)數(shù)應(yīng)盡量取小一些?！痉峙湓瓌t的選用要點(diǎn)】要求體積小、重量輕的齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)（如航空器）—“重量最輕”原則；要求運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、起停頻繁和動(dòng)態(tài)性能好的伺服系統(tǒng)的齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)（如數(shù)控機(jī)床）—“等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量最小”和“輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小”原則；以提高傳動(dòng)精度和減小回程誤差為主的齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)—“輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小”原則。2.2.3諧波齒輪傳動(dòng)發(fā)展與應(yīng)用諧波傳動(dòng)是50年代中期隨空間技術(shù)發(fā)展而迅速發(fā)展起來(lái)的新型機(jī)械傳動(dòng)，其傳動(dòng)原理由美國(guó)學(xué)者C.W.Musser于1959年提出。諧波傳動(dòng)已成功應(yīng)用于空間技術(shù)、能源、通訊、機(jī)床、儀器儀表、機(jī)器人、汽車(chē)、造船、紡織、冶金、印刷機(jī)械、醫(yī)療機(jī)械等。諧波齒輪傳動(dòng)與小齒差行星齒輪傳動(dòng)十分相似。1.諧波齒輪傳動(dòng)的基本構(gòu)件諧波齒輪傳動(dòng)由波形發(fā)生器、剛輪、柔輪組成。三個(gè)構(gòu)件中任一個(gè)皆可為主動(dòng)，其余兩個(gè)，一個(gè)從動(dòng)，一個(gè)固定。雙滾輪和柔性軸承凸輪波形發(fā)生器雙波發(fā)生器（剛輪和柔輪齒數(shù)相差2）和三波發(fā)生器（齒數(shù)差為3），其中雙波傳動(dòng)最常用。雙滾輪式波形發(fā)生器波形發(fā)生器分類(lèi)柔輪的外齒與剛輪的內(nèi)齒齒形為三角形或漸形線(xiàn)，周節(jié)相同，但齒數(shù)不同，剛輪齒數(shù)比柔輪齒數(shù)多2～3個(gè)齒。剛輪的剛度較大，不易發(fā)生變形。柔輪的剛度小，未裝配前為薄圓筒形。若剛輪固定，將波形發(fā)生器裝入柔輪。由于波形發(fā)生器的長(zhǎng)徑比柔輪內(nèi)徑略大，故二者裝配在一起時(shí)，柔輪被迫產(chǎn)生彈性變形而由原來(lái)的圓筒形變?yōu)闄E圓形。因此，柔輪長(zhǎng)軸兩端的輪齒與剛輪的輪齒完全嚙合；柔輪短軸兩端的輪齒與剛輪的輪齒完全脫開(kāi)；柔輪長(zhǎng)軸與短軸之間的齒則逐步嚙入和嚙出。諧波齒輪傳動(dòng)的工作原理當(dāng)波形發(fā)生器連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，柔輪的長(zhǎng)短軸發(fā)生變化，從而產(chǎn)生徑向變形。柔輪上任何一點(diǎn)的徑向變形量在柔輪圓周的展開(kāi)圖上是一諧波，故這種傳動(dòng)稱(chēng)為諧波傳動(dòng)。諧波齒輪傳動(dòng)正是依靠柔輪的這種可控彈性變形波引起剛輪和柔輪之間產(chǎn)生相對(duì)位移，從而傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)。諧波齒輪傳動(dòng)的工作原理【結(jié)論】a)諧波齒輪傳動(dòng)是在波形發(fā)生器的作用下，迫使柔輪輪齒與剛輪輪齒互相不斷產(chǎn)生嚙入、嚙合、嚙出、脫開(kāi)的錯(cuò)齒運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)到傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的目的。b)當(dāng)剛輪固定時(shí)，柔輪（輸出）的回轉(zhuǎn)方向和波形發(fā)生器（輸入）相反。c)當(dāng)柔輪固定時(shí)，剛輪（輸出）的回轉(zhuǎn)方向和波形發(fā)生器（輸入）相同。

①傳動(dòng)比大單級(jí)傳動(dòng)：50~500；多級(jí)和復(fù)式傳動(dòng)：可達(dá)30000以上②可用于減速及增速減速：波形發(fā)生器為輸入；增速：波形發(fā)生器為輸出③承載能力大同時(shí)嚙合的齒數(shù)多（30~40%），齒與齒之間面接觸④傳動(dòng)精度高嚙合齒數(shù)較多，誤差得到均化；齒側(cè)間隙可調(diào)整到最小，甚至無(wú)側(cè)隙嚙合。3.諧波齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)⑤傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲低齒的嚙入和嚙出按正弦規(guī)律變化，且嚙入和嚙出時(shí)，齒輪的兩側(cè)都參加工作，無(wú)突變載荷和沖擊。⑥傳動(dòng)效率高單級(jí)傳動(dòng)的效率為69%~96%。⑦結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，零件少，體積小，重量輕在傳動(dòng)比和承載能力相同的條件下，可比一般齒輪傳動(dòng)的零件少一半，體積、重量可減少1/2~1/3。⑧成本高柔輪材料性能要求高，而且柔輪和波形發(fā)生器制造工藝復(fù)雜4.諧波齒輪的傳動(dòng)比計(jì)算輸入輸出固定傳動(dòng)比輸出與輸入的關(guān)系轉(zhuǎn)動(dòng)方向轉(zhuǎn)動(dòng)速度波形發(fā)生器剛輪柔輪相同減速波形發(fā)生器柔輪剛輪相反減速柔輪波形發(fā)生器剛輪相反增速剛輪波形發(fā)生器柔輪相同增速5.諧波齒輪減速器SJ2604-85“單級(jí)諧波齒輪減速器”標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了10個(gè)機(jī)型、43個(gè)品種以柔輪內(nèi)徑表示機(jī)型號(hào)：25~50為小機(jī)型，柔輪和輸出軸做成一體60~200為大機(jī)型，柔輪和輸出軸組裝為一體小機(jī)型大機(jī)型型號(hào)示例：

XBD100-125-250-IIXBD：產(chǎn)品代號(hào)，表示臥式雙軸伸型諧波減速器100：柔輪內(nèi)徑為100mm125：傳動(dòng)比為125（每種機(jī)型有35種傳動(dòng)比）250：輸出轉(zhuǎn)矩為250N·mII：精度等級(jí)II級(jí)

同步帶傳動(dòng)是一種效率最高的新型傳動(dòng)方式，兼有齒輪傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)、帶傳動(dòng)三者之長(zhǎng)。帶的工作表面制有等間距的齒形，與外周有相應(yīng)齒形的帶輪嚙合，用來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，可在許多領(lǐng)域里替代傳統(tǒng)的鏈傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)和帶傳動(dòng)。已廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、汽車(chē)、飛機(jī)、紡織、輕工、化工、冶金、礦山、軍工、儀表、食品、機(jī)床、農(nóng)業(yè)機(jī)械、商業(yè)機(jī)械和辦公機(jī)械傳動(dòng)中。2.2.4同步帶傳動(dòng)1.同步帶的分類(lèi)同步帶梯形齒同步帶弧形齒同步帶單面帶雙面帶對(duì)稱(chēng)齒雙面同步帶交錯(cuò)齒雙面同步帶圓弧齒帶平頂圓弧齒帶凹頂拋物線(xiàn)齒帶（1）按齒形分類(lèi)RPP同步帶梯形齒同步帶圓弧齒同步帶梯形齒雙面同步帶圓弧齒雙面同步帶交錯(cuò)雙面齒同步帶同步帶節(jié)距制同步帶（主要參數(shù)：帶齒節(jié)距）模數(shù)制同步帶（主要參數(shù)：模數(shù)）（2）按規(guī)格制度分類(lèi)MXL（最輕型）XXL（超輕型）XL（特輕型）L（輕型）H（重型）XH（特重型）XXH（超重型）型號(hào)MXLXXLXLLHXHXXH節(jié)距/mm2.0323.1755.0809.52512.70022.22531.750同步帶結(jié)構(gòu)1—帶背；2—承載繩；3—帶齒；

4—包布層2.同步帶的結(jié)構(gòu)

與一般帶傳動(dòng)相比，具有以下特點(diǎn)：①準(zhǔn)確同步不打滑，可獲得精確的傳動(dòng)比；②傳動(dòng)比范圍大（一般可達(dá)10）；③允許的線(xiàn)速度高（可達(dá)50m/s）；④帶輪直徑較V型帶傳動(dòng)小得多，無(wú)需大的張緊力，軸和軸承上所受載荷小，使帶輪軸和軸承的尺寸都可減小，故結(jié)構(gòu)較為緊湊；⑤傳動(dòng)效率高（可達(dá)98%）；⑥傳動(dòng)平穩(wěn)，具有緩沖、減振能力，噪音小；⑦無(wú)需潤(rùn)滑，沒(méi)有污染；⑧中心距要求嚴(yán)格，安裝精度要求高；⑨帶和帶輪制造工藝復(fù)雜，制造成本高。3.同步帶的特點(diǎn)螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)（絲杠螺母副傳動(dòng)機(jī)構(gòu)），用于運(yùn)動(dòng)形式的變換：將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€(xiàn)運(yùn)動(dòng)或?qū)⒅本€(xiàn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。分為滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，后者結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，具有自鎖功能，但是摩擦阻力大，傳動(dòng)效率低。2.2.5滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)1.滾珠絲杠副的組成及特點(diǎn)組成—絲杠、螺母、滾珠及回珠引導(dǎo)裝置（反向器）絲杠和螺母上均制有半圓弧形溝狀螺旋滾道，它們套裝在一起便形成滾珠的螺旋滾道。工作時(shí)，螺母與需作直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的零部件相連。絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，滾珠沿螺旋滾道滾動(dòng)，并帶動(dòng)螺母直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。滾動(dòng)數(shù)圈后，滾珠從滾道的一端滾出，并沿回珠引導(dǎo)裝置返回另一端，重新進(jìn)入滾道，從而構(gòu)成閉合循環(huán)回路。特點(diǎn)(1)傳動(dòng)效率高：85%～98%(滑動(dòng)絲杠副的3~4倍(2)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)：摩擦阻力??；低速無(wú)爬行(3)軸向剛度高：經(jīng)預(yù)緊可消除軸向間隙(4)高耐用性：使用壽命為滑動(dòng)絲杠的4～10倍(5)同步性好：用幾套相同的滾珠絲杠副同時(shí)傳動(dòng)幾個(gè)相同的運(yùn)動(dòng)部件，可得到較好的同步運(yùn)動(dòng)。(6)傳動(dòng)具有可逆性：既可以將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€(xiàn)運(yùn)動(dòng)，又可將直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)榛剞D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)(7)不能自鎖：垂直傳動(dòng)時(shí)須設(shè)自鎖或制動(dòng)裝置(超越離合器)(8)成本高：價(jià)格以mm計(jì)2.滾珠絲杠副的主要尺寸參數(shù)d0—公稱(chēng)直徑l0—基本導(dǎo)程d—絲杠螺紋大徑d1—絲杠螺紋小徑D—螺母螺紋大徑D1—螺母螺紋小徑D1d1Dd0d

滾珠絲杠

螺母

滾珠2.滾珠絲杠副的主要尺寸參數(shù)公稱(chēng)直徑d0—滾珠與螺紋滾道在理論接觸角狀態(tài)時(shí)包絡(luò)滾珠球心的圓柱直徑。滾珠絲杠副的特征尺寸，應(yīng)在標(biāo)注中標(biāo)出基本導(dǎo)程l0—絲杠相對(duì)于螺母旋轉(zhuǎn)2π弧度時(shí)，螺母上基準(zhǔn)點(diǎn)的軸向位移。根據(jù)系統(tǒng)的精度要求確定。D1d1Dd0d

滾珠絲杠

螺母

滾珠絲杠螺紋外徑（大徑）d絲杠螺紋底徑（小徑）d1螺母螺紋底徑（大徑）D螺母螺紋內(nèi)徑（小徑）D1絲杠螺紋全長(zhǎng)lsD1d1Dd0d

滾珠絲杠

螺母

滾珠3.滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)型式（1）螺紋滾道法向截面形狀單圓弧型雙圓弧型（2）滾珠的循環(huán)方式內(nèi)循環(huán)：在循環(huán)過(guò)程中滾珠始終與絲杠表面接觸；螺母徑向尺寸小，反向器加工、裝配、調(diào)整困難

★浮動(dòng)反向器式（F）★固定反向器式（G）外循環(huán)：：滾珠在循環(huán)返回時(shí)，離開(kāi)絲杠表面而在螺母體內(nèi)或體外作循環(huán)運(yùn)動(dòng)

★螺旋槽式（L）★埋入插管式（CM）★凸出插管式（CT）★端蓋式（D）插管循環(huán)插管循環(huán)4.滾珠絲杠副支承方式的選擇①單推―單推式②雙推―雙推式③雙推―簡(jiǎn)支式④雙推―自由式①單推—單推特點(diǎn)：a.絲杠兩端均為單向止推軸承+向心軸承；b.可進(jìn)行預(yù)拉伸安裝,軸向剛度較高；c.預(yù)拉伸安裝時(shí),預(yù)加載荷較大，軸承壽命低于雙推—雙推方案；d.適用于中速場(chǎng)合。②雙推—雙推（兩端固定）特點(diǎn)：a.絲杠兩端為雙向止推軸承+向心軸承；b.軸向剛度最高；c.預(yù)拉伸安裝時(shí)，預(yù)加載荷小、軸承壽命高；d.適用于高剛度、高速度、高精度的傳動(dòng)；e.結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工藝?yán)щy、成本最高。預(yù)拉伸及調(diào)整較單推-單推方式案復(fù)雜。③雙推—簡(jiǎn)支(一端固定、一端游動(dòng)）特點(diǎn)：a.絲杠一端為雙向止推軸承，一端為1或2個(gè)向心球軸承；b.軸向剛度不高；c.雙推端預(yù)拉伸安裝時(shí)預(yù)加載荷較小，軸承壽命較高；d.適用于中速、精度較高的長(zhǎng)絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)。④雙推—自由（一端固定、一端自由）特點(diǎn)：a.絲杠一端為雙向止推軸承、另一端懸空呈自由狀態(tài)；b.軸向剛度、臨界轉(zhuǎn)速、壓桿穩(wěn)定性和承載能力低；c.適于中小載荷、低速場(chǎng)合，尤其適合短絲杠或垂直安裝的絲杠。2.2.6傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的間隙調(diào)整1.齒輪機(jī)構(gòu)的間隙調(diào)整（1）圓柱齒輪傳動(dòng)①偏心套調(diào)整法

②軸向墊片調(diào)整法③雙片薄齒輪錯(cuò)齒調(diào)整法（2）斜齒輪傳動(dòng)①墊片調(diào)整法

②軸向壓簧調(diào)整法（3）齒輪齒條傳動(dòng)①雙片薄齒輪錯(cuò)齒調(diào)整法②雙傳動(dòng)鏈消隙法偏心套調(diào)整法：電動(dòng)機(jī)1通過(guò)偏心軸套2裝在減速箱3上。齒輪4安裝在電動(dòng)機(jī)輸出軸上。轉(zhuǎn)動(dòng)偏心軸套，可以調(diào)節(jié)兩嚙合齒輪的中心距，從而消除齒輪的齒側(cè)間隙。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但齒側(cè)隙調(diào)整后不能自動(dòng)補(bǔ)償。

1—電動(dòng)機(jī)；2—偏心套；3—減速箱；4、5—齒輪（1）圓柱齒輪傳動(dòng)間隙調(diào)整軸向墊片調(diào)整法：齒輪1、2的節(jié)圓直徑制成沿齒寬方向有較小錐度。利用墊片可以使齒輪1相對(duì)于齒輪2作軸向移動(dòng)，從而消除兩齒輪的齒側(cè)間隙。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但裝配時(shí)需要反復(fù)調(diào)試，齒側(cè)隙調(diào)整后不能自動(dòng)補(bǔ)償。

雙片薄齒輪錯(cuò)齒調(diào)整法：在一對(duì)嚙合的直齒圓柱齒輪中，一個(gè)為寬齒輪，另一個(gè)為兩個(gè)套裝在一起的薄片齒輪（齒數(shù)相同，可相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)）。裝配后，薄片齒輪在彈簧的作用下相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)并錯(cuò)齒，齒輪1的左齒面和齒輪2的右齒面分別與寬齒輪的左、右齒面接觸，實(shí)現(xiàn)消隙。特點(diǎn)：齒側(cè)間隙能夠自動(dòng)補(bǔ)償，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜

周向彈簧式：由于周向圓槽及彈簧的尺寸不能太大，故僅用于讀數(shù)裝置或傳動(dòng)力矩很小的機(jī)械裝置，而不適用于驅(qū)動(dòng)裝置。可調(diào)拉簧式：在簡(jiǎn)易數(shù)控機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)中步進(jìn)電機(jī)和長(zhǎng)絲杠之間的齒輪傳動(dòng)常采用這種方式。薄片齒輪周向拉簧錯(cuò)齒調(diào)整可調(diào)拉簧式墊片調(diào)整法：結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，但調(diào)整起來(lái)比較費(fèi)時(shí)，齒側(cè)隙不能自動(dòng)補(bǔ)償

（2）斜齒輪傳動(dòng)間隙調(diào)整軸向壓簧調(diào)整法：齒側(cè)隙可以自動(dòng)補(bǔ)償，但軸向尺寸較大，結(jié)構(gòu)不緊湊

雙片薄齒輪錯(cuò)齒調(diào)整法（3）齒輪齒條傳動(dòng)間隙調(diào)整雙傳動(dòng)鏈消隙法2.滾珠絲杠副的間隙調(diào)整①雙螺母螺紋預(yù)緊②雙螺母齒差預(yù)緊③雙螺母墊片預(yù)緊④雙螺母彈簧預(yù)緊⑤單螺母變位導(dǎo)程預(yù)緊⑥單螺母滾珠過(guò)盈預(yù)緊①雙螺母螺紋預(yù)緊：松開(kāi)鎖緊螺母5，并旋轉(zhuǎn)調(diào)整圓螺母4，使絲杠副右螺母6沿軸向向右移動(dòng)，產(chǎn)生拉伸預(yù)緊，達(dá)到消隙預(yù)緊目的。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)整方便，但預(yù)緊量不易掌握，無(wú)法精確定量地調(diào)整。②雙螺母齒差預(yù)緊：左右螺母3外齒輪相差一個(gè)或多個(gè)齒。先取下內(nèi)齒輪2，兩個(gè)螺母相對(duì)螺母座同（反）方向轉(zhuǎn)動(dòng)一定齒數(shù)后，內(nèi)齒輪復(fù)位固定。兩個(gè)螺母間產(chǎn)生相對(duì)軸向位移，從而消除間隙并預(yù)緊。

當(dāng)兩個(gè)螺母按同方向轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒時(shí)，其相對(duì)軸向位移為特點(diǎn)：可實(shí)現(xiàn)定量調(diào)整即精密微調(diào)（0.002mm），調(diào)整方便，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工工藝和裝配性能較差，宜用于高精度的傳動(dòng)和定位機(jī)構(gòu)中。

（其中，Z2=Z1+1）③雙螺母墊片預(yù)緊：用螺栓連接兩螺母的凸緣，凸緣間加墊片。通過(guò)調(diào)整或修磨墊片厚度，使兩螺母產(chǎn)生相對(duì)軸向移動(dòng)，以消隙預(yù)緊。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝卸方便，剛度高，工作可靠，應(yīng)用最廣泛。使用過(guò)程中不能隨時(shí)預(yù)緊，只能裝配時(shí)進(jìn)行調(diào)整，且不很準(zhǔn)確，適用于一般精度

的機(jī)構(gòu)中。特點(diǎn)：在使用過(guò)程中自動(dòng)消除間隙，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，軸向剛度低，適用輕載場(chǎng)合。④雙螺母彈簧預(yù)緊特點(diǎn)：在使用中不能調(diào)整，且制造困難。⑤單螺母變位導(dǎo)程預(yù)緊特點(diǎn):

結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單，但預(yù)緊力不可太大，且預(yù)緊力不能調(diào)整。⑥單螺母滾珠過(guò)盈預(yù)緊2.3支承部件1、滾動(dòng)軸承（1）新型標(biāo)準(zhǔn)滾動(dòng)軸承1）空心圓錐滾子軸承(Gamet)軸承特點(diǎn)：熱變形小，抗振性好。2.3.1回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)支承部件2）陶瓷滾動(dòng)軸承結(jié)構(gòu)與一般的滾動(dòng)軸承相同目前常用的陶瓷材料為Si3N4特點(diǎn)：熱變形小、硬度高、耐磨、耐高溫、耐腐蝕，主要用于中、高速主軸的支承。（2）非標(biāo)準(zhǔn)滾動(dòng)軸承1）微型滾動(dòng)軸承2）密珠軸承新型滾動(dòng)摩擦支承，由內(nèi)外圈和密集于二者之間并具有過(guò)盈配合的滾珠組成。滾珠在尼龍保持架中以近似于多頭螺旋線(xiàn)的形式排列。特點(diǎn):主軸回轉(zhuǎn)精度高；剛度好；磨損?。粔勖L(zhǎng)。密珠軸承在數(shù)字式光柵分度頭主軸部件中的應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)：阻尼性能好、支承精度高、抗振性好、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)分類(lèi)：按介質(zhì)的不同—分為液體滑動(dòng)軸承、氣體滑動(dòng)軸承按油（氣）膜壓強(qiáng)的形成方法—分為靜壓軸承、動(dòng)壓軸承、動(dòng)靜壓軸承。2.滑動(dòng)軸承（1）靜壓軸承

利用外部供油（氣）裝置將具有一定壓力的液（氣）體通過(guò)油（氣）孔送入軸套油（氣）腔，將軸浮起而形成壓力油（氣）膜，以承受載荷。優(yōu)點(diǎn)：①剛度大，摩擦阻力小，精度高，抗振性好。②承載能力與滑動(dòng)表面的線(xiàn)速度無(wú)關(guān)，故廣泛用于中低速、重載、高精度的機(jī)械設(shè)備，當(dāng)用于極低速場(chǎng)合時(shí)能克服低速爬行現(xiàn)象。分類(lèi)：①按介質(zhì)分液體靜壓軸承氣體靜壓軸承②按承受載荷方向分向心軸承推力軸承向心推力軸承1）液體靜壓軸承①液體靜壓系統(tǒng)組成②液體靜壓軸承的工作原理節(jié)流器作用①調(diào)節(jié)支承中各油腔壓力，使軸受載而偏離中心時(shí)能自動(dòng)地部分恢復(fù)。②使油膜具有一定的剛度，以適應(yīng)載荷的變化。2）氣體靜壓軸承：一般使用空氣為潤(rùn)滑劑特點(diǎn)：a.氣體粘度極低，內(nèi)摩擦很小，故摩擦損失小，不易發(fā)熱，因此較適合于極高轉(zhuǎn)速和高精度場(chǎng)合。b.以空氣為潤(rùn)滑劑，不污染環(huán)境，且潤(rùn)滑劑循環(huán)系統(tǒng)簡(jiǎn)單。c.承載能力低。d.所用氣體必須嚴(yán)格過(guò)濾。（2）動(dòng)壓軸承工作原理—在軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，油（氣）被帶入軸與軸承間所形成的楔形間隙中。由于間隙逐漸變窄，使壓強(qiáng)升高，形成油（氣）楔，將軸浮起，以承受載荷。特點(diǎn)—承載能力與滑動(dòng)表面的線(xiàn)速度成正比，故適用于速度很高、且速度變化不大場(chǎng)合。（3）動(dòng)靜壓軸承工作特性分為：★靜壓起動(dòng)、動(dòng)壓工作★動(dòng)靜壓混合（機(jī)電一體化系統(tǒng)中多用）特點(diǎn)：綜合了動(dòng)壓軸承和靜壓軸承的優(yōu)點(diǎn)，工作性能良好（如動(dòng)靜壓軸承用于磨床，磨削外圓時(shí)表面粗糙度可達(dá)Ra0.012，磨削平面時(shí)達(dá)Ra0.025）。3.磁懸浮軸承（激勵(lì)磁力軸承、磁軸承）①工作原理利用磁場(chǎng)力將軸無(wú)機(jī)械摩擦、無(wú)潤(rùn)滑地懸浮在空間。②特點(diǎn)無(wú)機(jī)械接觸部分，無(wú)磨損，無(wú)需潤(rùn)滑和密封，因而轉(zhuǎn)速高（最高可達(dá)60000r/min），功耗小，使用壽命長(zhǎng)，可靠性高。③應(yīng)用真空超凈室，機(jī)床，透平機(jī)械和離心機(jī)等。

2.3.2直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)支承部件組成：承導(dǎo)件(支承導(dǎo)軌)運(yùn)動(dòng)件(運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌)承導(dǎo)件用來(lái)支承和約束運(yùn)動(dòng)件，使之按功能要求作正確的運(yùn)動(dòng)。

1.導(dǎo)軌副的種類(lèi)（1）按接觸面的摩擦性質(zhì)可分為

★滑動(dòng)摩擦導(dǎo)軌金屬—金屬導(dǎo)軌

塑料導(dǎo)軌

★滾動(dòng)摩擦導(dǎo)軌

★流體摩擦導(dǎo)軌

靜壓導(dǎo)軌動(dòng)壓導(dǎo)軌靜動(dòng)壓導(dǎo)軌（2）按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為

①開(kāi)式導(dǎo)軌：必須借助于運(yùn)動(dòng)件的自重或外載荷，才能保證在一定的空間位置和受力狀態(tài)下，運(yùn)動(dòng)件和承導(dǎo)件的工作面保持可靠接觸，從而保證運(yùn)動(dòng)件的規(guī)定運(yùn)動(dòng)。

②閉式導(dǎo)軌：借助于導(dǎo)軌副本身的封閉式結(jié)構(gòu)，保證在變化的空間位置和受力狀態(tài)下，運(yùn)動(dòng)件和承導(dǎo)件的工作面都能保持可靠的接觸，從而保證運(yùn)動(dòng)件的規(guī)定運(yùn)動(dòng)。開(kāi)式圓柱面導(dǎo)軌閉式圓柱面導(dǎo)軌閉式燕尾導(dǎo)軌閉式直角導(dǎo)軌開(kāi)式V形導(dǎo)軌開(kāi)式滾珠導(dǎo)軌閉式滾珠導(dǎo)軌開(kāi)式滾柱導(dǎo)軌（3）按導(dǎo)軌副的基本截面形狀可分為三角形導(dǎo)軌、矩形導(dǎo)軌、燕尾形導(dǎo)軌、圓形導(dǎo)軌三角形導(dǎo)軌特點(diǎn)①摩擦阻力大；②導(dǎo)向精度高；在垂直載荷的作用下，磨損量能自動(dòng)補(bǔ)償，不會(huì)產(chǎn)生間隙。③頂角由載荷大小及導(dǎo)向要求而定,頂角越小，導(dǎo)向精度越高，但摩擦力增大，因此小頂角用于輕載精密機(jī)械，大頂角用于大型機(jī)械。④工藝性差，檢修困難。矩形導(dǎo)軌特點(diǎn)①承載能力大；②精度保持性好；③導(dǎo)向精度沒(méi)有三角形導(dǎo)軌高；磨損量不能自動(dòng)補(bǔ)償。④在材料、載荷、寬度相同情況下，摩擦阻力小于三角形導(dǎo)軌；⑤結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工維修較方便。燕尾形導(dǎo)軌特點(diǎn)①磨損后不能自動(dòng)補(bǔ)償間隙；②可承受顛覆力矩；③在承受顛覆力矩的條件下高度較?。虎芗庸ぞS修較困難。圓形導(dǎo)軌特點(diǎn)①制造方便，工藝性好；②磨損后難于調(diào)整、補(bǔ)償間隙；③可同時(shí)作直線(xiàn)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；④多用于只承受軸向載荷的場(chǎng)合。（1）金屬—金屬導(dǎo)軌機(jī)電一體化產(chǎn)品中較少使用（靜摩擦系數(shù)較大，動(dòng)摩擦系數(shù)隨速度而變化，且靜摩擦系數(shù)和動(dòng)摩擦系數(shù)的差值較大，容易出現(xiàn)低速爬行現(xiàn)象）

低速爬行：指在低速運(yùn)行時(shí)，運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌不是作勻速運(yùn)動(dòng)而是時(shí)走時(shí)?；蚝隹旌雎默F(xiàn)象。

低速爬行的主要原因：①摩擦面的靜摩擦系數(shù)大于動(dòng)摩擦系數(shù)，低速范圍內(nèi)的動(dòng)摩擦系數(shù)隨運(yùn)動(dòng)速度的變化而變化；②傳動(dòng)系統(tǒng)剛性不足。2.滑動(dòng)導(dǎo)軌低速爬行的影響：①限制機(jī)電一體化系統(tǒng)的運(yùn)行精度；②降低低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性。低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性：低速運(yùn)動(dòng)（0.05mm/min）或微量位移（0.001mm/次）時(shí)不出現(xiàn)爬行現(xiàn)象。為防止爬行現(xiàn)象而采取的措施：①改善摩擦性能（如貼塑導(dǎo)軌）；②變滑動(dòng)摩擦為滾動(dòng)摩擦（如滾動(dòng)導(dǎo)軌）；④在普通滑動(dòng)導(dǎo)軌上使用含有防爬行的極性添加劑的導(dǎo)軌油。⑤提高傳動(dòng)系統(tǒng)剛度（縮短傳動(dòng)鏈、減少傳動(dòng)副數(shù)）。

（2）塑料導(dǎo)軌：在滑動(dòng)導(dǎo)軌上鑲裝塑料而成

特點(diǎn)：耐磨性好；運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性好，無(wú)低速爬行現(xiàn)象；定位精度較高；抗振性能好；工藝簡(jiǎn)單，成本低；使用維護(hù)方便。用作導(dǎo)軌的塑料有：以聚四氟乙烯為基體的塑料、環(huán)氧樹(shù)脂涂料。聚四氟乙烯(PTFE):現(xiàn)有材料中干摩擦系數(shù)最小的一種，但純PTFE的機(jī)械強(qiáng)度低，剛性差，耐磨性差，需加入填加劑（增加耐磨性）。常用塑料導(dǎo)軌材料：

貼塑導(dǎo)軌軟帶金屬塑料復(fù)合導(dǎo)軌板塑料涂層1）貼塑導(dǎo)軌軟帶：以聚四氟乙烯為基體，添加合金粉和氧化物等所構(gòu)成的高分子復(fù)合材料，并制成軟帶狀。美國(guó)Shamban公司在60年代最先開(kāi)發(fā)制造，型號(hào)為T(mén)urcite-B；廣州機(jī)床研究所于1982年成功研制TSF貼塑導(dǎo)軌軟帶。將貼塑導(dǎo)軌軟帶粘貼在金屬導(dǎo)軌上所形成的導(dǎo)軌稱(chēng)為貼塑導(dǎo)軌。粘貼形式：平面式（多用于機(jī)械設(shè)備的導(dǎo)軌維修）埋頭式（多用于新設(shè)備）2）金屬塑料復(fù)合導(dǎo)軌內(nèi)層為鋼板，保證導(dǎo)軌板的機(jī)械強(qiáng)度和承載能力。在鋼板上鍍燒結(jié)成球狀的青銅顆粒，形成多孔的中間層，再在中間層上真空浸漬聚四氟乙烯等塑料填料。當(dāng)青銅與配合面摩擦而發(fā)熱時(shí)，熱膨脹系數(shù)遠(yuǎn)大于金屬的塑料從顆粒的孔隙中擠出，向摩擦表面轉(zhuǎn)移，形成厚約0.01～0.05mm的自潤(rùn)滑塑料層（即外層）。特點(diǎn)：適用于潤(rùn)滑不良或無(wú)法潤(rùn)滑的導(dǎo)軌面上；重復(fù)定位精度高；微量進(jìn)給時(shí)無(wú)爬行。復(fù)合導(dǎo)軌板的安裝：粘貼在動(dòng)導(dǎo)軌上或同時(shí)用螺釘緊固。3）塑料涂層常用塑料涂層材料：環(huán)氧涂料和含氟涂料摩擦副的兩配對(duì)面中，若只有一摩擦面磨損嚴(yán)重，則可把磨損部分切除，涂敷塑料涂層，利用模具或另一摩擦面使其成形，固化后的塑料涂層即成為摩擦副中配對(duì)面之一，與另一金屬配對(duì)面組成新的摩擦副。應(yīng)用機(jī)械設(shè)備中摩擦副的修理設(shè)備改造：改善導(dǎo)軌的低速穩(wěn)定性新產(chǎn)品設(shè)計(jì)3、滾動(dòng)導(dǎo)軌

在兩導(dǎo)軌面之間放入滾珠、滾柱、滾針等滾動(dòng)體，形成滾動(dòng)摩擦。特點(diǎn)①摩擦系數(shù)?。?.003~0.005)，運(yùn)動(dòng)靈活；②不易產(chǎn)生爬行；③可以預(yù)緊，剛度高；④定位精度高，微量移動(dòng)準(zhǔn)確；⑤壽命長(zhǎng)；⑥潤(rùn)滑方便；⑦由專(zhuān)業(yè)廠生產(chǎn)，外購(gòu)選用

滾珠導(dǎo)軌滾柱導(dǎo)軌滾針導(dǎo)軌4、靜壓導(dǎo)軌在兩個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)軌面之間，通入具有一定壓力的液壓油或氣體，并且在工作過(guò)程中，使其油腔或氣腔的壓力隨外載荷的變化而改變，從而使導(dǎo)軌面之間始終處于流體摩擦狀態(tài)下運(yùn)行。分類(lèi)（1）按承受力的方向閉式靜壓導(dǎo)軌開(kāi)式靜壓導(dǎo)軌（2）按工作介質(zhì)液體靜壓導(dǎo)軌氣體靜壓導(dǎo)軌液體靜壓導(dǎo)軌工作原理第五節(jié)伺服系統(tǒng)中的檢測(cè)元件第四節(jié)伺服系統(tǒng)中的執(zhí)行元件第三節(jié)機(jī)械結(jié)構(gòu)因素對(duì)伺服系統(tǒng)性能的影響第二節(jié)伺服系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)第一節(jié)伺服系統(tǒng)概述第三章伺服傳動(dòng)技術(shù)第六節(jié)電氣伺服系統(tǒng)第七節(jié)電液伺服系統(tǒng)3.1伺服系統(tǒng)概述伺服系統(tǒng):以位移、速度（加速度）或力（力矩）等機(jī)械參量為被控量，在控制命令的指揮下，控制執(zhí)行元件工作，使機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件按照控制命令的要求進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，具有良好的動(dòng)態(tài)性能，從而使機(jī)械設(shè)備獲得精確的位置、速度或力輸出的自動(dòng)控制系統(tǒng)。大多數(shù)伺服系統(tǒng)具有檢測(cè)反饋環(huán)節(jié)，因而伺服系統(tǒng)也是一種反饋控制系統(tǒng)。其基本設(shè)計(jì)思想是系統(tǒng)實(shí)時(shí)檢測(cè)在各種外部干擾作用下被控對(duì)象輸出量的變化，與指令值進(jìn)行比較，并利用二者的偏差值進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，以消除偏差，使被控對(duì)象輸出量能夠迅速、準(zhǔn)確地響應(yīng)輸入指令值的變化。+輸出量輸入指令控制器功率放大器執(zhí)行元件被控對(duì)象檢測(cè)反饋元件比較元件3.1.1伺服系統(tǒng)的構(gòu)成1.比較元件將輸入的指令信號(hào)與系統(tǒng)的反饋信號(hào)進(jìn)行比較，以獲得控制系統(tǒng)動(dòng)作的偏差信號(hào)。通常由專(zhuān)門(mén)的電子電路或計(jì)算機(jī)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。2.控制器對(duì)比較元件輸出的偏差信號(hào)進(jìn)行變換、處理，按照一定的控制算法生成相應(yīng)的控制信號(hào)。通常由計(jì)算機(jī)或控制電路組成。3.功率放大器對(duì)控制信號(hào)進(jìn)行放大，從而指揮執(zhí)行元件按要求動(dòng)作。主要采用各種電力電子器件構(gòu)成。+輸出量輸入指令控制器功率放大器執(zhí)行元件被控對(duì)象檢測(cè)反饋元件比較元件3.1.1伺服系統(tǒng)的構(gòu)成4.執(zhí)行元件在控制信號(hào)的作用下，將輸入的各種形式的能量轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，以驅(qū)動(dòng)被控對(duì)象工作。機(jī)電一體化產(chǎn)品中多采用伺服電動(dòng)機(jī)（包括交流伺服電動(dòng)機(jī)、直流伺服電動(dòng)機(jī)）和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)為執(zhí)行元件。5.被控對(duì)象伺服系統(tǒng)中被控制的機(jī)構(gòu)或裝置，完成系統(tǒng)目的之主體。包括機(jī)械負(fù)載和機(jī)械傳動(dòng)裝置等。6.檢測(cè)反饋元件對(duì)系統(tǒng)的被控制量進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，將其轉(zhuǎn)換成比較元件所需要的量綱并反饋到比較元件。一般包括傳感器及其轉(zhuǎn)換放大電路等。3.1.2伺服系統(tǒng)的類(lèi)型1.按控制方式的不同可分為★開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)★全閉環(huán)伺服系統(tǒng)★半閉環(huán)伺服系統(tǒng)2.按執(zhí)行元件的不同可分為★電氣伺服系統(tǒng)★液壓伺服系統(tǒng)★氣動(dòng)伺服系統(tǒng)★電液伺服系統(tǒng)（1）開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)（無(wú)法測(cè)出和補(bǔ)償系統(tǒng)誤差；抗干擾能力差）1.按控制方式的不同分類(lèi)如簡(jiǎn)易數(shù)控機(jī)械、機(jī)械手、小型工作臺(tái)、線(xiàn)切割機(jī)和繪圖儀等。取決于步進(jìn)電機(jī)最高運(yùn)行頻率（2）全閉環(huán)伺服系統(tǒng)（工作臺(tái)）設(shè)計(jì)、控制、調(diào)試難度大，制造成本高（3）半閉環(huán)伺服系統(tǒng)伺服傳動(dòng)系統(tǒng)執(zhí)行元件系統(tǒng)特點(diǎn)電氣伺服系統(tǒng)直流伺服系統(tǒng)交流伺服系統(tǒng)

步進(jìn)伺服系統(tǒng)直流伺服電機(jī)交流伺服電機(jī)步進(jìn)電機(jī)宜于微機(jī)控制，能實(shí)現(xiàn)定位伺服，過(guò)載性差，體積小，動(dòng)力較大，無(wú)污染，應(yīng)用廣泛。液壓伺服系統(tǒng)液壓缸液壓馬達(dá)工作平穩(wěn)，響應(yīng)速度快，輸出力矩大，特別是低速運(yùn)行時(shí)的性能更具優(yōu)勢(shì)；設(shè)備復(fù)雜（包括泵、閥、過(guò)濾器、管路等），體積大，維修費(fèi)用高，液壓油易泄漏而造成環(huán)境污染。氣動(dòng)伺服系統(tǒng)氣缸氣動(dòng)馬達(dá)氣源方便，無(wú)泄漏污染，功率小，成本低，設(shè)備復(fù)雜（同上），由于空氣具有可壓縮性，故定位精度不高（動(dòng)作不夠平穩(wěn)），難于實(shí)現(xiàn)伺服。

電液伺服系統(tǒng)電液伺服馬達(dá)電液步進(jìn)電機(jī)數(shù)字式液壓執(zhí)行元件。電液相結(jié)合，信號(hào)處理部分（信號(hào)檢測(cè)反饋，信號(hào)放大變換）采用電氣元件，功率輸出部分使用液壓元件，充分發(fā)揮電氣、液壓兩方面的優(yōu)點(diǎn)；結(jié)構(gòu)緊湊，響應(yīng)速度快，輸出轉(zhuǎn)矩比電動(dòng)機(jī)大，可直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載，過(guò)載能力強(qiáng)，定位精度高，適于重載的高加減速驅(qū)動(dòng)。2.按執(zhí)行元件的不同分類(lèi)3.1.3伺服系統(tǒng)的基本要求穩(wěn)定性當(dāng)作用在系統(tǒng)上的擾動(dòng)信號(hào)消失后系統(tǒng)能夠恢復(fù)到原來(lái)的穩(wěn)定狀態(tài)下運(yùn)行或當(dāng)給系統(tǒng)輸入一個(gè)新的指令信號(hào)后系統(tǒng)能夠達(dá)到新的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)的能力。精度系統(tǒng)輸出復(fù)現(xiàn)輸入指令的精確程度，以動(dòng)態(tài)誤差、穩(wěn)態(tài)誤差和靜態(tài)誤差來(lái)表現(xiàn)。快速響應(yīng)性動(dòng)態(tài)響應(yīng)過(guò)程中系統(tǒng)輸出能夠快速跟隨輸入指令信號(hào)變化以及動(dòng)態(tài)響應(yīng)過(guò)程迅速結(jié)束的能力，衡量系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的重要指標(biāo)。3.2機(jī)械結(jié)構(gòu)因素對(duì)伺服系統(tǒng)性能的影響3.2.1阻尼的影響取0.4≤ζ≤0.8，可保證系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。3.2.2摩擦的影響1．引起動(dòng)態(tài)滯后和系統(tǒng)誤差2.引起低速爬行為改善伺服系統(tǒng)低速爬行現(xiàn)象，應(yīng)盡量減小靜摩擦和動(dòng)、靜摩擦之差值、適當(dāng)增加系統(tǒng)的慣量J和粘性阻尼系數(shù)B，但增加J將降低系統(tǒng)的響應(yīng)性能，增加B將增加系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。產(chǎn)生低速爬行的臨界轉(zhuǎn)速3.2.3結(jié)構(gòu)彈性變形的影響1．結(jié)構(gòu)諧振的影響

結(jié)構(gòu)諧振（機(jī)械諧振）：由于機(jī)械傳動(dòng)裝置（系統(tǒng)）的彈性變形而產(chǎn)生的振動(dòng)。說(shuō)明（1）如果系統(tǒng)要求不太高、且頻帶較窄，只要傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度足夠大，則結(jié)構(gòu)諧振問(wèn)題并不突出。（2）系統(tǒng)的精度和響應(yīng)快速性的提高，必然導(dǎo)致系統(tǒng)頻帶寬度的提高，應(yīng)注意諧振發(fā)生。（3）為避免伺服系統(tǒng)發(fā)生結(jié)構(gòu)諧振，機(jī)械裝置的固有頻率必須遠(yuǎn)離伺服系統(tǒng)的帶寬。（4）伺服系統(tǒng)性能的提高，特別是系統(tǒng)帶寬的提高受到機(jī)械固有頻率的限制。（5）對(duì)于精密機(jī)械設(shè)計(jì)，應(yīng)盡可能提高固有頻率。2．減小或消除結(jié)構(gòu)諧振的措施（1）提高機(jī)械系統(tǒng)固有頻率，使之處在伺服系統(tǒng)的通頻帶之外1）提高傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度

a.采用彈性模量較高的材料；合理選擇構(gòu)件截面幾何形狀和尺寸。b.增加對(duì)機(jī)械系統(tǒng)固有頻率有較大影響的薄弱環(huán)節(jié)的剛度（軸承和絲杠：預(yù)緊安裝；末級(jí)輸出軸：加大末級(jí)軸剛度，增大末級(jí)減速比）c.取消齒輪傳動(dòng)裝置2）

減小負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量將有利于提高伺服系統(tǒng)的快速性和固有頻率，卻將導(dǎo)致傳動(dòng)剛度降低。在不影響剛度條件下，盡量降低各部件的質(zhì)量和慣量。（2）提高機(jī)械阻尼，抑制諧振1）采用粘性聯(lián)軸器如在伺服電動(dòng)機(jī)和減速器之間設(shè)置液體粘性聯(lián)軸器，由于液體的粘性，可使系統(tǒng)的阻尼系數(shù)提高一個(gè)數(shù)量級(jí)。2）采用阻尼器在負(fù)載端設(shè)置液壓或電磁阻尼器，可明顯提高系統(tǒng)阻尼。3）采用結(jié)構(gòu)阻尼較大的結(jié)構(gòu)或材料螺栓聯(lián)接的結(jié)構(gòu)阻尼>焊接間斷焊縫的阻尼>連續(xù)焊縫大灰鑄鐵阻尼系數(shù)>>鋼3.2.4慣量的影響轉(zhuǎn)動(dòng)慣量對(duì)伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性、精度以及動(dòng)態(tài)響應(yīng)均有影響。慣量增大，系統(tǒng)的固有頻率下降，易產(chǎn)生諧振，限制了伺服帶寬，導(dǎo)致伺服精度和響應(yīng)速度降低。慣量增大，阻尼比減小，系統(tǒng)振蕩加劇，穩(wěn)定性變差。在不影響系統(tǒng)剛度的情況下，應(yīng)盡可能減小慣量，只有在改善低速爬行時(shí)才可以適當(dāng)增大慣量。3.2.5傳動(dòng)間隙的影響1．機(jī)械傳動(dòng)間隙（齒隙）

理想齒輪傳動(dòng)：輸入輸出間呈線(xiàn)性關(guān)系實(shí)際齒輪傳動(dòng)：輸入輸出間呈滯環(huán)特性

當(dāng)主動(dòng)輪轉(zhuǎn)角時(shí)，。當(dāng)時(shí)（轉(zhuǎn)過(guò)a），兩齒輪嚙合，從動(dòng)輪按線(xiàn)性關(guān)系跟隨主動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)主動(dòng)輪轉(zhuǎn)至b點(diǎn)時(shí)需換向。由于齒隙，從動(dòng)輪并不立即反向轉(zhuǎn)動(dòng)，直至主動(dòng)輪轉(zhuǎn)過(guò)2Δ后（c點(diǎn)），兩個(gè)齒輪在另一側(cè)齒面接觸，從動(dòng)輪才反轉(zhuǎn)，兩齒輪轉(zhuǎn)角恢復(fù)線(xiàn)性關(guān)系。當(dāng)?shù)竭_(dá)e點(diǎn)，由于，主動(dòng)輪將繼續(xù)反轉(zhuǎn)到d點(diǎn)。3.2.5傳動(dòng)間隙的影響結(jié)論齒隙使傳動(dòng)裝置在主動(dòng)輪（輸入軸）可逆運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，造成從動(dòng)輪（輸出軸）轉(zhuǎn)角的滯后，即空程誤差（回差）。末級(jí)齒輪的傳動(dòng)間隙影響最大，應(yīng)盡可能提高其加工精度和裝配精度。如三級(jí)齒輪傳動(dòng)，換算到輸出軸的總間隙為應(yīng)盡可能提高末級(jí)齒輪的加工精度和裝配精度（1）閉環(huán)內(nèi)前向通道上動(dòng)力齒輪傳動(dòng)裝置G2齒隙：影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。（2）閉環(huán)內(nèi)反饋數(shù)據(jù)通道中齒輪傳動(dòng)裝置G3齒隙：既影響系統(tǒng)穩(wěn)定性，又影響系統(tǒng)的精度。（3）閉環(huán)前數(shù)據(jù)輸入通道上齒輪傳動(dòng)裝置G1齒隙：影響系統(tǒng)的精度。（4）閉環(huán)后位置輸出通道上齒輪傳動(dòng)裝置G4齒隙：影響系統(tǒng)的精度。2．傳動(dòng)間隙對(duì)伺服系統(tǒng)性能的影響3.3伺服系統(tǒng)中的執(zhí)行元件3.3.1執(zhí)行元件的種類(lèi)及其特點(diǎn)執(zhí)行元件特點(diǎn)電氣式直流伺服電機(jī)交流伺服電機(jī)步進(jìn)電機(jī)宜于微機(jī)控制，能實(shí)現(xiàn)定位伺服，過(guò)載性差，體積小，動(dòng)力較大，無(wú)污染，應(yīng)用廣泛。液壓式液壓缸液壓馬達(dá)工作平穩(wěn)，響應(yīng)速度快，輸出力矩大，特別是低速運(yùn)行時(shí)的性能更具優(yōu)勢(shì)；設(shè)備復(fù)雜（包括泵、閥、過(guò)濾器、管路等），體積大，維修費(fèi)用高，液壓油易泄漏而造成環(huán)境污染。氣動(dòng)式氣缸氣動(dòng)馬達(dá)氣源方便，無(wú)泄漏污染，功率小，成本低，設(shè)備復(fù)雜（同上），由于空氣具有可壓縮性，故定位精度不高（動(dòng)作不夠平穩(wěn)），難于實(shí)現(xiàn)伺服。

電液式電液伺服馬達(dá)電液步進(jìn)電機(jī)數(shù)字式液壓執(zhí)行元件。電液相結(jié)合，信號(hào)處理部分（信號(hào)檢測(cè)反饋，信號(hào)放大變換）采用電氣元件，功率輸出部分使用液壓元件，充分發(fā)揮電氣、液壓兩方面的優(yōu)點(diǎn)；結(jié)構(gòu)緊湊，響應(yīng)速度快，輸出轉(zhuǎn)矩比電動(dòng)機(jī)大，可直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載，過(guò)載能力強(qiáng)，定位精度高，適于重載的高加減速驅(qū)動(dòng)。各種執(zhí)行元件的特點(diǎn)電液速度控制系統(tǒng)3.3.2執(zhí)行元件的基本要求1．慣量小、動(dòng)力大為使伺服系統(tǒng)具有良好的快速響應(yīng)性能和足夠的負(fù)載能力，執(zhí)行元件應(yīng)具有較小慣量，能輸出較大功率，并且在加/減速時(shí)動(dòng)力大。2．體積小、重量輕—易于安裝、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊3.宜于計(jì)算機(jī)控制—最方便實(shí)行計(jì)算機(jī)控制的是電動(dòng)式執(zhí)行元件4.便于維修（盡量少維修，最好不維修）

無(wú)刷直流伺服電動(dòng)機(jī)和交流伺服電動(dòng)機(jī)能實(shí)現(xiàn)無(wú)維修，有刷直流伺服電動(dòng)機(jī)必須定期維修（存在電刷）。3.3.3新型執(zhí)行元件1.壓電式驅(qū)動(dòng)器利用壓電材料逆壓電效應(yīng)來(lái)驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)作微量位移。逆壓電效應(yīng)(conversepiezoelectriceffect)：壓電材料（壓電陶瓷）在外界電場(chǎng)作用下產(chǎn)生應(yīng)變，其應(yīng)變大小與電場(chǎng)強(qiáng)度成正比，應(yīng)變方向取決于電場(chǎng)方向。優(yōu)點(diǎn)：

①位移量大(數(shù)厘米）；

②移動(dòng)精度和分辨率高；

③動(dòng)作快（20mm/min)；

④結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸小，易于遙控。2.磁致伸縮驅(qū)動(dòng)器利用磁致伸縮效應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)微量位移。磁致伸縮效應(yīng)(magnetostrictiveeffect)：某些材料在磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生應(yīng)變，其應(yīng)變大小與磁場(chǎng)強(qiáng)度成正比。特點(diǎn)：①重復(fù)精度高，無(wú)間隙；②剛性好，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，工作穩(wěn)定性好；③結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊；④進(jìn)給量有限：理想鐵磁材料7μm/100mm,適用于精確位移調(diào)整、切削刀具的磨損補(bǔ)償、溫度變形補(bǔ)償及自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)為實(shí)現(xiàn)較大距離的微量進(jìn)給，常采用粗位移和微位移分離的傳動(dòng)方式。精密坐標(biāo)調(diào)整用磁致伸縮傳動(dòng)原理圖3.電熱式驅(qū)動(dòng)器

利用電熱元件（金屬棒）通電后產(chǎn)生的熱變形來(lái)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的直線(xiàn)位移，通過(guò)控制電熱器（電阻絲）的加熱電流來(lái)改變位移量。特點(diǎn)：剛度高、無(wú)間隙；位移量小（物體的線(xiàn)膨脹量有限），存在熱慣性，且難于精確控制冷卻速度（傳動(dòng)桿內(nèi)腔中通入壓縮空氣或乳化液進(jìn)行冷卻使之復(fù)位），故只能用于行程較短、工作頻率不高的場(chǎng)合。電阻絲傳動(dòng)桿運(yùn)動(dòng)件外圓磨床砂輪架熱變形進(jìn)給機(jī)構(gòu)3.4伺服系統(tǒng)中的檢測(cè)元件3.4.1伺服系統(tǒng)中檢測(cè)元件的種類(lèi)伺服系統(tǒng)中常用直線(xiàn)位移檢測(cè)傳感器類(lèi)型測(cè)量范圍/mm線(xiàn)性度分辨力特點(diǎn)系統(tǒng)類(lèi)型測(cè)量方式光電編碼器1～10000.5%～1%±1個(gè)二進(jìn)制數(shù)精度高，數(shù)字式，非接觸式，功耗小，壽命長(zhǎng)，可靠性高全閉環(huán)半閉環(huán)直接測(cè)量，間接測(cè)量光柵30～3000精度0.5～3μm/m0.1～10μm精度最高，易數(shù)字化，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)環(huán)境要求較高，高精度檢測(cè)中常用閉環(huán)直接測(cè)量磁柵1000～2×104精度1～2μm/m1μm制造簡(jiǎn)單，使用方便，磁信號(hào)可重新錄制，可用于大型機(jī)床中檢測(cè)大位移；需要采用磁屏蔽和防塵措施開(kāi)環(huán)全閉環(huán)直接測(cè)量3.5伺服系統(tǒng)中的檢測(cè)元件3.5.1伺服系統(tǒng)中檢測(cè)元件的種類(lèi)伺服系統(tǒng)中常用直線(xiàn)位移檢測(cè)傳感器類(lèi)型測(cè)量范圍/mm線(xiàn)性度分辨力特點(diǎn)系統(tǒng)類(lèi)型測(cè)量方式光電編碼器1～10000.5%～1%±1個(gè)二進(jìn)制數(shù)精度高，數(shù)字式，非接觸式，功耗小，壽命長(zhǎng)，可靠性高全閉環(huán)半閉環(huán)直接測(cè)量，間接測(cè)量光柵30～3000精度0.5～3μm/m0.1～10μm精度最高，易數(shù)字化，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)環(huán)境要求較高，高精度檢測(cè)中常用閉環(huán)直接測(cè)量磁柵1000～2×104精度1～2μm/m1μm制造簡(jiǎn)單，使用方便，磁信號(hào)可重新錄制，可用于大型機(jī)床中檢測(cè)大位移；需要采用磁屏蔽和防塵措施開(kāi)環(huán)全閉環(huán)直接測(cè)量

伺服系統(tǒng)中常用直線(xiàn)位移檢測(cè)傳感器（續(xù)）類(lèi)型測(cè)量范圍/mm線(xiàn)性度分辨力特點(diǎn)系統(tǒng)類(lèi)型測(cè)量方式感應(yīng)同步器200～4×104精度2.5μm/m0.1μm結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)態(tài)范圍寬，精度高；體積大，安裝不方便，在機(jī)床加工中應(yīng)用廣泛開(kāi)環(huán)，全閉環(huán)直接測(cè)量旋轉(zhuǎn)變壓器

對(duì)環(huán)境要求低，有標(biāo)準(zhǔn)系列，使用方便，抗干擾能力強(qiáng)，性能穩(wěn)定開(kāi)環(huán)間接測(cè)量

伺服系統(tǒng)中常用角位移檢測(cè)傳感器類(lèi)型測(cè)量