機電一體化系統(tǒng)設計完整全套教學課件

第

一

章

緒

論全套PPT課件機電一體化系統(tǒng)設計第1章緒論第2章機械系統(tǒng)設計第3章伺服系統(tǒng)與執(zhí)行元件

第4章檢測技術與信號處理第5章控制系統(tǒng)設計及控制技術

第6章機電1體化系統(tǒng)建模第7章機電1體化系統(tǒng)設計方法

第8章設計工具及應用本課件是可編輯的正常PPT

課件1

概述2

機電一體化系統(tǒng)組成3

機電一體化系統(tǒng)應用的技術

機電一體化技術發(fā)展歷史與趨勢本章內容CONTENTS1

.

1

概

述1.1.1機電一體化概念·

機電一體化：機電一體化(mechatronics)一詞來取自于機械學(Mechatronics)

單詞的前半部分和電子學

(Electronics)

單詞后半部分組合構成。·

機

電

一

體

化

技

術：

是設計與制造機電一體化系統(tǒng)所運用到的機械學與電子學的相關知識，具體包括機械技術、計算機技術、信息技術、自動控制技術、檢測技術、接口技術以及系統(tǒng)技術等。本課件是可編輯的正常PPT課件31.1.1機電一體化概念·機電一體化系統(tǒng)：是從系統(tǒng)角度來描述機電一體化的組成與結構，能夠完成一種或者多種功能的基本模塊或單元按照一定的次序組合在一起的系統(tǒng)?！C電一體化產品：是運用機電一體化技術設計制造的，滿足人們某種需求的物品，它具有機電一體化技術的基本特征，是機電一體化系統(tǒng)的物理表現(xiàn)形式。本課件是可編輯的正常PPT課件

4本件是編的正?；t釋

51.1.2機電一體化產品分類(c)掃地機器人?(f)

盾構隧道掘進機(b)

工業(yè)機器人(d)紙幣清分機(a)

數(shù)控機床(e)

高鐵1.1.2機電一體化產品分類1.按照服務行業(yè)性質分類(1)工業(yè)生產類：該類產品主要用于工業(yè)生產設備，例如生產制造設備、檢測設備、搬運設備等。例如，用于工業(yè)生產的數(shù)控機床、包裝機

、塑料成形機、激光加工機；用于生產搬運的工業(yè)機器人、

AGV運輸小車;用于生產檢測設備的三坐標測量機、激光干涉儀、掃描探針顯微鏡。(2)農林漁牧業(yè)類：以機、電、液相結合為技術特征的現(xiàn)代農業(yè)生產設

備已經替代了過去傳統(tǒng)的生產工具，這些現(xiàn)代化機械的應用提高了勞動效率。例如用于農業(yè)作物種植、采摘、收割設備、施肥機械、農藥噴灑機械;用于林業(yè)移栽、采伐機械等。本課件是可編輯的正常PPT

課件

61.1.2機電一體化產品分類(3)家庭服務類：家庭服務類機電一體化產品可分為制冷、電熱、電動

、電子電器類等，常見的產品有手機、電視機、洗衣機、冰箱、熱水器、

炊具、洗碗機、血壓測量儀、跑步機、多功能按摩椅、掃地機器人等。(4)社會服務類：社會服務類機電一體化產品包括服務于政府、銀行、

學校、餐飲、旅游等服務行業(yè)的機電一體化產品，例如打印機、自動售貨

機、服務機器人、點鈔捆鈔一體機、ATM存取一體機、物流分撿機器人。(5)交通運輸類：主要包括鐵路及城軌、道路、水路，航空、管道等運

輸設備。鐵道設備有高鐵機車、自動鋪軌機、信號管制等；水路交通設備

有衛(wèi)星通訊、定位技術設備；航空交通設備有飛機控制、雷達、通訊等。本課件是可編輯的正常PPT課件

71.1.2機電一體化產品分類(6)道路、橋梁及建筑類：道路、橋梁及建筑類機械多為大型機電一體化產品，多數(shù)是電液控制方式為主。例如用于隧道開挖的盾構掘進機，它是集光、機、電、液、傳感、信息技術于一體的機電一體化產品。(7)航空、航天及武器裝備類：該類產品有戰(zhàn)斗機、飛船、坦克、火炮

、火箭等。例如戰(zhàn)斗機就是由多系統(tǒng)構成，采用分布式控制的復雜機電一體化產品。它的飛行控制系統(tǒng)十分復雜，其控制對象包括主翼、水平尾翼

、垂直尾翼、進氣口、發(fā)動機、起落架、雷達、駕駛員座艙、火控系統(tǒng)

、通訊系統(tǒng)、機關炮、導彈發(fā)射吊架等多個子功能系統(tǒng)。本課件是可編輯的正常PPT

課件

81.1.2機電一體化產品分類2.按機電融合方式分類(1)功能改進型：功能改進型是原有的產品基礎上對產品的功能進行改

進。這類產品是由于技術的發(fā)展采用了微電子、計算機控制等裝置替換產

品原來的機械結構、控制方式等，使它成為新一代產品。根據(jù)改進的方

式不同又分為功能附加和功能替換性產品兩種類型。(a)

功能附加產品。它是在原有機械產品基礎上采用電子技術使產品功

能提升或功能增強。例如，利用老機床改造的經濟型數(shù)控機床、電子秤、帶有數(shù)顯功能的萬用表與千分尺、全自動洗衣機等都屬于這一類。本課件是可編輯的正常PPT課件

91.1.2機電一體化產品分類(b)

功能替代型產品。它是采用計算機控制技術及裝置取代原產品中的

機械或電氣控制方式，使產品結構簡化、性能提高、柔性增加。功能替代

型產品的具體替換方式有以下幾種方式。①在原有機械系統(tǒng)的基礎上采用微型計算機控制裝置，使系統(tǒng)的性能提

高，功能增強。例如模糊控制洗衣機。②用電子裝置局部替代機械傳動裝置和機械控制裝置，簡化結構，增強

控制靈活性。例如，數(shù)控機床的進給系統(tǒng)采用伺服系統(tǒng)。③用電子裝置完全替代原來執(zhí)行信息處理功能的機構。例如，石英電子

鐘表、電子秤、按鍵式電話等。本課件是可編輯的正常PPT課件

101.1.2機電一體化產品分類(2)創(chuàng)新型：創(chuàng)新型機電一體化產品是指在工作原理、主結構上自主創(chuàng)新和開發(fā)的新產品。它是根據(jù)產品的功能、性能要求及技術規(guī)范，采

用機電一體化技術進行專門設計或采用具有特定用途的集成電路來實現(xiàn)

產品中的控制和信息處理等功能，因而使產品結構新穎、體積縮小、功

能增強，成本進一步降低。例如，生產機械中的激光快速成形機，信息機械中的傳真機、打印機、復印機，檢測機械中的CT掃描診斷儀、掃描隧道顯微鏡等。本課件是可編輯的正常PPT課件

111.1.2機電一體化產品分類3.按控制方式分類(1)半自動型：是指工作時，需要人為參與操作才能夠完成它的全部

工作，即當其中一個工作步驟完成時，需要手動操作才能進行下一步

工作。例如洗衣機。(2)全自動型：是指工作時不需人為與操作就可以完成全部工作。例

如加工某零件，它的加工過程由加工中心自動完成，但是如果它的上

料、下料工序由人工完成，那么由加工中心組成的加工單元只能稱為

半自動加工單元。如果在加工中心基礎上再配置機器人完成它的上下

料，則稱為全自動加工單元。本課件是可編輯的正常PPT課件

121.1.3機電一體化產品的特征機電一體化產品與傳統(tǒng)的機械產品相比在控制方式、結構組成、功

能方面有著自身的特點，它除了具有產品的基本屬性之外，還要具有以

下特征。(1)具有機電一體化系統(tǒng)的基本組成單元典型的機電一體化產品應該包括機械單元、控制單元、檢測單元、

伺服驅動單元、執(zhí)行機構五個基本組成部分。例如，數(shù)控機床包括了床

身、主軸、導軌、傳動機構等機械單元；由計算機、控制軟件及接口組

成的數(shù)控系統(tǒng)；由光柵、編碼器等組成的檢測單元，由伺服驅動器、電

機構成的伺服控制單元；由工作臺、主軸、機械手等構成的執(zhí)行機構。本課件是可編輯的正常PPT課件

131.1.3機電一體化產品的特征(2)采用計算機控制方式機電一體化產品的控制方式與傳統(tǒng)機械有所不同，其控制方式從過

去的凸輪控制、繼電器控制、接觸器控制方式轉變?yōu)橐杂嬎銠C為核心的

控制方式。計算機控制成為機電一體化系統(tǒng)的主要特征之一。用于機電

一體化產品控制的計算機類型主要有單片機、單板機、PLC、總線式工控

機、工業(yè)平板電腦等。機電一體化產品功能的實現(xiàn)需要一套專用控制程序，由它控制產品

的運行，實現(xiàn)所需的功能?，F(xiàn)在機電一體化產品的大多數(shù)功能趨向于采

用軟件方式實現(xiàn)，可以減少產品功能實現(xiàn)對自身硬件性能的依賴性。本課件是可編輯的正常PPT

課件

141.2機電一體化系統(tǒng)組成機電一體化系統(tǒng)包括：機械單元、控制單元、檢測單元、伺服驅動

單元、執(zhí)行單元五個組成部分。機械單元本課降是句編轟的簽華系統(tǒng)鎳盛伺服驅動單元執(zhí)行

單元檢測

單元控制單元151.2機電一體化系統(tǒng)組成機電一體化系統(tǒng)的內部功能，包括主功能、動力功能、檢測功能、控

制功能和構造功能。主功能(變換、傳遞、存儲)檢測功能動力功能

控制功能本課件是編的正系能物質

信

息

能量物質

信息

能量信

息

輸出構造功能信息

輸入廢物

排出干擾

輸入能量輸入161.2機電一體化系統(tǒng)組成1.機械單元機械單元，也稱機械本體，在機電一體化系統(tǒng)中的主要功能是起

著支撐、導向、傳動、連接等作用。機械單元包括機身、框架、傳動裝

置(齒輪、渦輪蝸桿、絲杠螺母、棘輪等)、軸、導軌等。各個零部

件按照一定的關系裝配一起，傳遞系統(tǒng)的運動與動力，并且能夠滿足幾何與運動精度等要求。隨著機電一體化系統(tǒng)的功能、性能等要求提高，

對機械單元的結構、強度、剛度、重量、可靠性等提出更高的要求，例

如要求結構新穎美觀，在滿足強度與剛度條件下盡可能減輕重量，工

作穩(wěn)定可靠等。本課件是可編輯的正常PPT課件171.2機電一體化系統(tǒng)組成2.控制單元控制單元是機電一體化系統(tǒng)的核心單元，包括硬件與軟件兩部分。

硬件部分由控制計算機、接口、邏輯電路等組成，軟件包括系統(tǒng)軟件與

應用軟件。控制單元功能主要是信息處理與控制兩部分，具體工作過程

是將來外部傳感器的檢測信息和外部輸入命令進行集中、存儲、分析、

加工，根據(jù)信息處理結果，按照一定的程序發(fā)出相應的控制信號，通過

輸出接口送往驅動單元，控制整個系統(tǒng)有目的地運行，并達到預期的性

能。對控制單元的要求主要有工作可靠性、信息處理速度、控制精確度

等。本課件是可編輯的正常PPT課件181.2機電一體化系統(tǒng)組成3.檢測單元檢測單元是利用傳感器將外部的位移、角度、力、速度、加速度等

檢測信號轉換成電阻、電壓、電流、頻率等電信號，即引起電阻、電流

、電壓的變化。通過相應的信號檢測裝置將其反饋給信息處理與控制裝

置。檢測單元通常由傳感器、信號轉換、信息處理幾部分組成，信息處

理一般由系統(tǒng)的控制計算機完成，如果處理信息量較大時也可以用一個

單獨的計算機承擔。本課件是可編輯的正常PPT課件191.2機電一體化系統(tǒng)組成4.伺服驅動單元伺服驅動單元由動力和驅動部分組成，其功能是在控制信息作用下

,驅動執(zhí)行機構完成各種動作和功能。機電一體化系統(tǒng)一方面要求驅動

單元具有高效率和快速響應等特性，同時又要求其對水、油、溫度、塵

埃等外部環(huán)境的適應性和可靠性。由于空間、動作范圍狹窄等限制，還

需考慮維修方便性和標準化。5.執(zhí)行單元執(zhí)行單元是根據(jù)控制單元輸出的信息和控制指令完成所要求的動作

,一般采用機械、電磁、液壓、氣壓等方式，將輸入的各種形式的能量

轉換為機械能。執(zhí)行機構的速度、位置、工作力矩的控制應滿足系統(tǒng)工本課件是可編輯的正常PPT課件作要求。201.3機電一體化系統(tǒng)應用的技術1.機械技術機械技術是指用于機電一體化系統(tǒng)的機械設計與制造技術，在機電

一體化系統(tǒng)中主要指機械系統(tǒng)的設計、分析及制造技術。機械結構是機

電一體化系統(tǒng)的重要載體，對整個系統(tǒng)的體積、重量、抗振性、穩(wěn)定性

、可靠性、運動精度等技術指標有著較大的影響。機械技術的應用目標在于如何與機電一體化的技術相適應，利用高

新技術實現(xiàn)結構、材料、性能以及功能上的變更，滿足減少重量，縮小

體

積

，提高強度、剛度和精度，改善性能，增加功能等要求。本課件是可編輯的正常PPT課件

211.3機電一體化系統(tǒng)應用的技術3.信息處理技術信息是對客觀世界中各種事物的運動狀態(tài)和變化的反映，是客觀事

物之間相互聯(lián)系和相互作用的表征，表現(xiàn)的是客觀事物運動狀態(tài)和變化

的實質內容。信息處理技術是對信息進行處理的技術，包括信息收集、

交換、存儲、傳輸、顯示、識別、提取、控制、加工和利用等技術，現(xiàn)

階段主要是指采用計算機進行信息處理的技術。4.傳感與檢測技術傳感與檢測是機電一體化系統(tǒng)獲取外界信息，進行信息處理的一個

重要步驟，是實現(xiàn)系統(tǒng)自動控制、自動調節(jié)的關鍵環(huán)節(jié)。在機電一體化

系統(tǒng)中，利用傳感與檢測技術獲取實時、準確、可靠的外部信息是控制

單元進行正確分析、、判斷、決策的基礎本課件是可編輯的正常PPT課件221.3機電一體化系統(tǒng)應用的技術5.伺服驅動技術伺服驅動技術是能夠精確地跟隨或復現(xiàn)某個過程的反饋的技術。

能

夠運用伺服技術實現(xiàn)伺服控制功能的系統(tǒng)稱為伺服系統(tǒng)，它是實現(xiàn)電信

號到機械動作的轉換裝置或部件，對系統(tǒng)的動態(tài)性能、控制質量和功能

具有決定性的影響。6.系統(tǒng)總體技術系統(tǒng)總體技術是一種從整體目標出發(fā)，用系統(tǒng)的觀點和全局角度，

將總體分解成相互有機聯(lián)系的若干單元，找出能完成各個功能的技術方

案，再把功能和技術方案進行分析、評價和優(yōu)選的綜合應用技術。本課件是可編輯的正常PPT課件

231.3機電一體化系統(tǒng)應用的技術7.系統(tǒng)集成技術系統(tǒng)集成(System

Integration),

就是通過結構化的綜合布線系

統(tǒng)、計算機網絡技術、接口技術，采用技術整合、功能整合、數(shù)據(jù)整合

、模式整合、業(yè)務整合等技術手段，將各個分離的設備、軟件和信息數(shù)

據(jù)等要素集成到相互關聯(lián)的、統(tǒng)一和協(xié)調的系統(tǒng)之中，使系統(tǒng)整體的功

能、性能符合使用要求，使資源達到充分共享，實現(xiàn)集中、高效、便利

的管理。系統(tǒng)集成技術是機電一體化系統(tǒng)集成中采用的集成方式、網絡通訊

、信息接口等相關技術。本課件是可編輯的正常PPT課件

241.4機電一體化技術發(fā)展歷史與趨勢1.4.1

機電一體化技術發(fā)展歷史1.技術發(fā)展初期從二十世紀初到六十年末為技術發(fā)展初期，機械、電子產品有了較

大的發(fā)展。美國、英國、德國、日本等國家發(fā)明了數(shù)控機床、工業(yè)機器

人、電視機、收音機、電風扇、冰箱、攪拌式洗衣機、吸塵器、熱水器

等機電產品。該時期的機電產品控制方式主要采用凸輪控制、電氣控制

和數(shù)字邏輯控制方式，其中邏輯控制技術發(fā)展迅速。美國在數(shù)控機床、機器人、家電、集成電路制造等技術方面走在世

界前列。例如，1918年KE-LVZNATOR公司制造了世界上第一臺機械制冷式

家用自動電冰箱，1947年惠而浦公司推出第一臺自動洗衣機，1952年帕

森斯公司和麻省理工學院共同研制成功了世界上第一臺數(shù)控銑床，本課件是可編輯的正常PPT課件

25.4.1.機電一體化技術發(fā)展歷史英國延續(xù)了工業(yè)革命以來的發(fā)明，在家用電器、機床等領域做出了重要貢獻。例如，1925年約翰·洛吉·

貝爾德制造出了第一臺能傳輸圖像

的機械式電視機，1928年開發(fā)出第一臺彩色電視機；1968年柔性制造系

統(tǒng)

FMS。德國在機械、光學、電子學領域也有許多重要發(fā)明。例如，1935年

德國發(fā)明了?？怂_克圖單鏡頭反光照相機，1936年弗勞伊瑪研制出了磁

帶錄音機，1934年坎貝爾發(fā)明了磁懸浮列車，1936年漢斯發(fā)明了噴氣發(fā)

動機。日本在二戰(zhàn)之前的機電產品發(fā)展主要是家電業(yè)，涌現(xiàn)出了東芝、日

立、松下以及夏普等一批著名的家電企業(yè)。收音機、電風扇、冰箱、洗

衣機、吸塵器以及熱水器等機電產品在三十年代得到普及。本課件是可編輯的正常PPT

課件

261.4.1

機電一體化技術發(fā)展歷史2.蓬勃發(fā)展期從二十世紀七十年代到二十世紀末為蓬勃發(fā)展期。隨著電子技術與

傳統(tǒng)工業(yè)關系的不斷緊密化，人們開始研究簡單的機械電子交叉技術，

從而奠定了機電一體化的基礎。1989年，在日本東京召開了第一屆先進

國際機電一體化學術會議，從此機電一體化正式走上舞臺，機電一體化

技術進入蓬勃發(fā)展期。在二十世紀世紀末，憑借計算機信息化和電子技

術的發(fā)展，機電一體化技術快速成長，發(fā)展為集光、電、機、通信等于一體的現(xiàn)代化技術。本課件是可編輯的正常PPT課件

271.4.1

機電一體化技術發(fā)展歷史3.高速發(fā)展時期自從進入二十一世紀，機電一體化技術進了高速發(fā)展時期，

一些新型學科和技術不斷融合到機電一體化技術之中，極大豐富了機電一體化

技術內容，也促使機電一體化技術向高速、高精度、柔性化、智能化、

網絡化方向發(fā)展。在數(shù)控機床領域，數(shù)控機床和加工中心已經成為制造業(yè)的主要加工

設備，數(shù)控機床向功能復合化、高速化、高精度、控制智能化方向發(fā)

展。在機器人領域，工業(yè)機器人、服務機器人、仿生機器人等機器人技

術得到發(fā)展迅速。本課件是可編輯的正常PPT課件

281.4.2機電一體化技術發(fā)展趨勢1.智能化智能控制是以控制理論、計算機科學、人工智能、運籌學等學科為

基礎，其中應用較多的有模糊邏輯、神經網絡、專家系統(tǒng)、遺傳算法等

理論，以及自適應控制、自組織控制和自學習控制等技術。智能控制是

控制理論發(fā)展的高級階段，主要用來解決那些用傳統(tǒng)方法難以解決的復

雜系統(tǒng)的控制問題。本課件是可編輯的正常PPT課件291.4.2機電一體化技術發(fā)展趨勢2.模塊化模塊化是指在解決一個復雜問題時自頂向下逐層把系統(tǒng)劃分成若干

模塊，并使模塊之間通過標準化接口進行信息溝通的動態(tài)整合過程，在

機電一體化系統(tǒng)中主要是指結構的模塊化。優(yōu)點：采用模塊化結構可以使一個復雜系統(tǒng)變?yōu)槿舾蓚€功能單一的模

塊

，有利于復雜系統(tǒng)的實現(xiàn)。由于模塊由專業(yè)廠家生產與制造，

模塊的

制造時間會更短、性能更好、可靠性更高。在機電一體化系統(tǒng)設計中，

采用模塊化的結構方便系統(tǒng)功能的擴展，可以使機電一體化技術向著多

功能和多層次結構方向發(fā)展。本課件是可編輯的正常PPT課件

301.4.2機電一體化技術發(fā)展趨勢3

.

網絡化機電一體化系統(tǒng)的外部通訊從過去串行通訊以主的方式轉向網絡為

主的通訊方式。由于網絡傳輸速率提高，單位時間內傳輸?shù)男畔⒘看螅?/p>

過去由于傳輸速率限制不能實現(xiàn)的機電一體化系統(tǒng)的潛在功能都能夠被

挖掘出來，特別是以第五代網絡通訊基礎的移動互聯(lián)網、物聯(lián)網技術發(fā)

展。采用網絡通訊可以獲得較高的數(shù)據(jù)傳送速率，數(shù)據(jù)傳送更可靠、更

安全。新開發(fā)的數(shù)控機床、工業(yè)機器人、智能家具的控制器都增加了網絡通訊功能，利用它在可以在不同設備、系統(tǒng)模塊、終端設備與主機之間進行高速傳輸信息，實現(xiàn)遠程控制、故障診斷、工作過程監(jiān)控等功能。

本課件是可編輯的正常PPT課件

311.4.2機電一體化技術發(fā)展趨勢4

.

微型化在空間技術、國防、汽車、醫(yī)療等應用領域，為了方便攜帶或由于

使用空間限制需要一些微型化的機電一體化系統(tǒng)。微型機電一體化系統(tǒng)

一般是指幾何尺寸為1cm

以下的機電一體化系統(tǒng)。這一類產品有其自身優(yōu)

點，由于它體積小、耗能少，能靈活攜帶，在應用上非常方便，例如微

照相機、微陀螺儀、微麥克風等。微機電一體化系統(tǒng)是集微傳感器、微執(zhí)行器、微機械結構、微處理

器、接口、通信等于一體的微型器件。隨著微電子技術、微細加工技術

、微檢測技術發(fā)展及應用需求擴大，微型化成為了機電一體化系統(tǒng)發(fā)展

的一個重要趨勢。本課件是可編輯的正常PPT課件

321.4.2機電一體化技術發(fā)展趨勢5.輕量化輕量化是指在滿足機械強度、剛度性能前提下盡可能減輕機電一體化系統(tǒng)的的重量。機電一體化系統(tǒng)的輕量化可以節(jié)省材料、節(jié)約能源，提高

系統(tǒng)的運動性能。由于材料技術的發(fā)展，出現(xiàn)了一些高強度、高剛度、高

耐腐蝕性、高耐磨性的高分子材料、合金材料、復合材料，這些新材料的運用可以大幅減輕重量。例如，現(xiàn)代汽車工業(yè)由于大量使用新型材料，從而使汽車的重量比過

去大大減輕，節(jié)能效率提高、運動性能更好。本課件是可編輯的正常PPT課件331.4.2機電一體化技術發(fā)展趨勢6.綠色化綠色主要是指在設計、制造、使用和銷毀的生命環(huán)節(jié)中對可持續(xù)發(fā)展

觀的落實和響應，能以人們的健康生活為出發(fā)點設計相應的產品，對生態(tài)

環(huán)境無害或危害極少，堅持資源分類并進行回收，從而提高資源利用率。因此保護環(huán)境資源、回歸自然也便成為了機電一體化系統(tǒng)研發(fā)的目

標和要求之一。本課件是可編輯的正常PPT課件34課后作業(yè)：1-1解釋機電一體化、機電一體化技術、機電一體化系統(tǒng)、機電一體化產

品概念。1-2機電一體化系統(tǒng)具有哪些基本特征?1-3請舉一例說明該機電一體化系統(tǒng)的結構或功能單元分別對應于機電一

體化系統(tǒng)的哪一個組成部分?1-4機電一體化系統(tǒng)設計需要應用哪些關鍵技術?它們的作用是什么?1-5機電一體化技術發(fā)展分為哪幾個階段?在每一個階段有哪些典型產

品?1-6機電一體化技術有哪些發(fā)展趨勢?它們能夠滿足什么樣的社會需求?本課件是可編輯的正常PPT課件

35第二章機械系統(tǒng)設計機電一體化系統(tǒng)設計本課件是可編輯的正常PPT

課件1

概述2

功能原理設計3

總體布局設計4

傳動鏈設計5

傳動裝置設計與選擇6

主軸部件設計7

導向與支承部件設計8

支承件設計本章內容CONTENTS2.1概述機

械是機電一體化系統(tǒng)的一個重要組成部分，它

主

要

起傳

動、導向、執(zhí)行、支撐等作用。機械系統(tǒng)與機電一體系統(tǒng)的伺服驅動、檢測以

及控制系統(tǒng)通過接口連接成一個整體，相互分工協(xié)作，共同實現(xiàn)產品功

能。與傳統(tǒng)的機械產品相比，機電一體化系統(tǒng)對它的機械結構、傳動精

度、工作可靠性等有更高的要求。本課件是可編輯的正常PPT課件382.1.1機械系統(tǒng)對機電一體化系統(tǒng)的影響·

穩(wěn)定性影響：穩(wěn)定性是機電一體化系統(tǒng)的核心指標，一個高性能的機

電一體化系統(tǒng)必須是一個穩(wěn)定系統(tǒng)。機械單元的結構、剛度、阻尼、

摩擦等對機電一體化系統(tǒng)的穩(wěn)定性都會產生影響?！?/p>

運動精度影響：運動精度是機電一體化系統(tǒng)的重要技術指標。機械系

統(tǒng)的機械結構變形、傳動間隙、零件制造精度對運動精度直接產生影

響。為了提高運動精度

，在機械系統(tǒng)設計中要盡可能減少傳動鏈的長

度，提高傳動零件的制造精度，消除傳動間隙，提高支承件的剛度以

減少系統(tǒng)的變形。本課件是可編輯的正常PPT課件392.1.1機械系統(tǒng)對機電一體化系統(tǒng)的影響·

動態(tài)特性影響：系統(tǒng)運行時輸出量與輸入量之間的關系稱動態(tài)特性。在

傳動系統(tǒng)中，如果傳動形式選擇不合適，傳

動比分配不當，轉動慣量匹

配不合理都會動使系統(tǒng)運動滯后，響應速度慢，影響系統(tǒng)的動態(tài)響應特

性?！?/p>

能耗影響：一個好的機電一體化系統(tǒng)應該是能夠充分利用外部輸入的能

量、盡可能減少系統(tǒng)本身能量消耗。外部輸入能量作用分為三個方面：

一是帶動負載運行，二是為自身運動提供動能，三是轉化為熱能、光能

、聲能等形式消耗掉。機械系統(tǒng)的摩擦、傳動間隙、阻尼、結構變形等

因素都會影響系統(tǒng)中的能量分配。機械傳動、執(zhí)行機構等運動部件重量

越輕，自身消耗的能量越小，所需輸入功率就越小，在相同輸入功率下輸出功率越高，掩課性罷題編輯的正常PPT課件

402.1.2機械系統(tǒng)組成·

傳動機構：主要功能是用來完成轉速與轉矩的匹配，傳遞能量和運動，

它包括軸、軸承、齒輪、帶輪、絲杠螺母、蝸輪蝸桿、連軸器等零件?！?/p>

導向機構：主要起支承和導向作用，它限制運動部件，使其按照給定的

運動要求和方向運動?！?/p>

執(zhí)行機構：功能是根據(jù)操作指令完成預定的動作。執(zhí)行機構需要具有高的

靈敏度、精確度和良好的重復性、可靠性?！?/p>

支撐與連接機構：主要作用是支承其他零部件的重量和載荷，同時保證

各零部件之間的相對位置。本課件是可編輯的正常PPT課件

412.1.3設計要求·

功能要求：根據(jù)功能多少把產品可分為單一功能和多功能產品，其功能越

多，結構越復雜，設計制造越困難，成本越高，開發(fā)周期越長?！?/p>

性能要求：機械系統(tǒng)中的性能指標有運動速度、運動范圍、精度、加速性

能、產品重量、體積、負載能力等。性能指標決定了機械系統(tǒng)的結構設計

、材料選擇等。·

使用要求：包括產品使用環(huán)境溫度、濕度、電磁干擾、噪聲、供電、腐蝕

等，還包括產品使用過程中的安全要求、可靠性要求、維修方便要求?！?/p>

成本要求：在滿足功能與性能指標前提條件下盡可能降低產品成本?！?/p>

經濟性要求：指使用經濟性，它是指單位時間內生產的價值與同時間內使

用費用的差值，使犀繅澤是越痛輯意著除諫癢更多的價值。

422.2功能原理設計機電一體化系統(tǒng)或產品實現(xiàn)一定的功能，這些功能是工作原理的指

導下通過機械、液壓、電磁等行機構實現(xiàn)的。機械系統(tǒng)設計需要遵循機

械的工作原理，主要為機構學與機械動力學知識。功能原理設計是機械

系統(tǒng)目標設定后進行產品設計的第一步，是產品的工作原理和結構原理

的開發(fā)階段，它從質的方面保證了整個設計水平，因此，特別需要創(chuàng)新

思維，以設計出具有市場競爭力的新穎產品，是任何其它系統(tǒng)所不能替

代的。本課件是可編輯的正常PPT課件432.2.1功能分類動作功能：

根據(jù)動作復雜程度可分為簡單動作功能和復雜動作功能。

簡單動作功能由兩個或兩個以上具有特殊幾何形狀的構件實現(xiàn)運動或

鎖合動作。簡單動作一般是一次性動作。復雜動作功能不僅實現(xiàn)連續(xù)

的傳動，而且可實現(xiàn)復雜的運動規(guī)律和運動轉變，這類功能主要來自

基本機構以及基本機構的組合。工藝功能：工藝功能是對某物體施行某種加工工藝，主要執(zhí)行構件是

工作臺或工作頭。工藝功能與動作功能的區(qū)別是其工作頭對物體進行

的加工作用。本課件是可編輯的正常PPT課件

442.2.2功能分解為了便于設計，可以將機械的總功能分解為若干復雜程度較低的分功

能或功能元，并形成機械的工藝動作過程。圖2-1所示為沖壓金屬片的總

功能，它分解為送料、沖制、退回等子功能。圖2-1金屬片沖壓功能分解示意圖將功能進行適當?shù)姆纸庥兄诋a品的改進設計和創(chuàng)新設計。

本課件是可編輯的正常PPT課件送

料沖

制退回452.2.3功能求解對技術系統(tǒng)(產品)進行功能分解后，尋求每個分功能或功能元

的解，是方案設計中重要的搜索階段。為方便設計人員進行功能原理構思，可把有關的功能元按一定的分

類原則用矩陣表示，形成解法目錄。表2-1為數(shù)控機床設計用的功能技術矩陣。借助功能技術矩陣，將機床的功能元和相應的功能元解分別以

縱橫坐標列出，取每個功能元的一個功能元解進行組合即構成產品的一

個原理解，即工作原理，將各功能元解組合可得到系統(tǒng)的多個原理解。對這些系統(tǒng)總方案進行篩選，根據(jù)不相容性和設計約束條件，將不可行

方案和不理想方案刪去，再選擇幾種較好的方案進行比較，就可以確定實現(xiàn)總功能的最佳原理方案。本課件是可編輯的正常PPT課件46功能分解實現(xiàn)技術方法控制功能CNCPLC運動控制卡單片機DSP驅動功能步進電機交流伺服電

機直流伺服電

機直線電機磁致驅動摩擦驅動框架功能立式框架臥式框架龍門式單臂式傳動功能齒輪傳動滾珠絲杠螺旋機構撓性機構棘輪機構曲柄滑塊移動功能滾動導軌滑動導軌直絲導軌回轉導軌測量功能刻度尺同步感應器光柵旋轉編碼器磁尺旋轉變壓器換刀功能立式刀架臥式刀架斗笠式刀庫盤式刀庫鏈式刀庫2.2.3功能求解表2-1功能技術矩陣本課件是可編輯的止吊PPI課件

472.2.3功能求解功能求解可概括為三個基本步驟：(

1

)

確

定設計產品的功能。根據(jù)設計對象的用途和要求，合理表述

機構的功能目標或原理。(2)確定技術原理。為實現(xiàn)功能目標而選擇的技術原理決定了機械

的總體、品質、性能和操作方法。在滿足機械功能的前提下選擇合適

的技術原理，可得到合理的機構和機器方案。(3)分功能的細分和設計。設計時，要進行分功能的細分和設計，

從而得出基本功能結構。本課件是可編輯的正常PPT課件482.3總體布局設計2.3.1設計要求總體設計是機械系統(tǒng)內部設計的主要任務之一，也是構形設計的依據(jù)?？傮w設計對機械的性能、尺寸、外形、重量及生產成本有重大影響。運動連續(xù)性：工藝過程的連續(xù)和流暢就是要使機械系統(tǒng)的能量流、物質流、信息流流動途徑合理，不產生阻塞和干涉，這是總體設計的最基本要求。精度和動態(tài)特性：對于機床精密機械，為了保證被加工工件的精度及所需的性能指標，總體設計時應充分考慮精度、剛

度、抗振性及熱穩(wěn)定性的要求。系列化：機械設計時應盡可能提高產品標準化因數(shù)和重復因數(shù)，以提高產品的標準化程度。本課件是可編輯的正常PPT課件

492.3.1

設計要求結構緊湊：緊湊的結構不僅可節(jié)省空間、減少零部件，便于安裝調試

,往往還會帶來良好的造型條件。為使結構緊湊，應注意利用機械的

內部空間。操作維修方便：在總體布置時應使操作位置、修理位置和信息源的數(shù)

目盡量減少并適當集中，使操作、觀察、調整、維修等省力、便于識

別，以適應人的生理機能。外形美觀：機械設計時應盡可能提高產品標準化因數(shù)和重復因數(shù)，以

提高產品的標準化程度。為此，總體布置時應使各零部件的組合勻稱

協(xié)調，形體的比例與尺度具有比率美，前后左右的輕重配置對稱和諧,并有穩(wěn)定感和安全感。本課件是可編輯的正常PPT課件502.3.2應用舉例如圖2-2所示的兩種布局形式是臥式加工中心最基本也是常用的布局形式。圖2-2臥式加工中心布局形式本課件是可編輯的正常PPT

課件(a)

(b)512.3.2應用舉例立式加工中心是加工中心中數(shù)量最多的一種，應用范圍也最為廣泛，

常用的布局形式如圖2-3所示。(a)(b)圖2-3立式加工中心常用的布局形式本課件是可編輯的正常PPT

課件(c)522.4傳動鏈設計機械傳動是一種把動力輸出裝置產生的運動和動力傳遞給執(zhí)行機構

的中間裝置，是一種扭矩和轉速的變換器，其目的是在動力機與負載之

間使扭矩得到合理的匹配，并可通過機構變換實現(xiàn)對輸出的速度調節(jié)。2.4.1

運動基本形式目錄設計是機械傳動系統(tǒng)方案設計常采用的一種設計方法，設計目錄

分為對象目錄、解法目錄、工作方法目錄三種類型在機械設計中，還沒有

一個比較完整的、標準化或系統(tǒng)化的設計目錄，用戶可以借助于已有的設

計資料自行編制設計目錄。本課件是可編輯的正常PPT課件

53實現(xiàn)功能基本機構12345運動形式變換運動縮放運動軸線變換運動方向切換間隙運動1凸輪機構凸輪擺動機構增大行程機構直動凸輪機構圓柱凸輪機構圓柱凸輪機構2螺旋機構螺旋機構螺旋機構蝸輪蝸桿機構螺旋槽凸輪機構凸輪蝸桿機構3連桿機構曲柄滑塊機構杠桿機構曲柄滑塊機構曲柄滑塊機構六桿機構4齒輪機構齒輪齒條圓柱齒輪傳動圓錐齒輪不完全齒輪不完全齒輪5撓性機構鏈條擺動機構帶輪減速機構平帶傳動機構鏈條往復機構鏈條停歇機構6其它機構棘輪機構滾輪機構雙面滾輪機構齒輪曲柄滑塊槽輪機構2.4.1

運動基本形式表2-2機械傳動設計目錄本課件是可編輯的正常PPT

課件542.4.2復雜運動實現(xiàn)方式機構常用的組合方式如圖2-4所示，有串聯(lián)、并聯(lián)、復合、閉

環(huán)等方式，基本運動形式通過組合構成復雜的運動形式。當組合方式定之后

,也就確了系統(tǒng)的機械傳動設計方案。C1C1

C2C3C2C3(a)串聯(lián)結構

(b)并聯(lián)結構C1

C2

C1

C2C3

C3(c)復合結構本課件是圖編的西常紀BT課件(d)

閉環(huán)結構552.4.2復雜運動實現(xiàn)方式機電一體化系統(tǒng)中常見的傳動機構組合形式如圖2-5所示。本課件是奇編輯的正常PPT課件傳動機構(b)

滾珠絲杠垂直傳動

(c)齒輪齒條傳動(h)

運輸帶傳動56(a)

滾珠絲杠水平傳動(e)回轉工作臺傳動(d)滾動進給2.4.3齒輪傳動鏈設計齒輪傳動鏈的設計步驟一般為：首先確定傳動系統(tǒng)的總傳動比，

其次確定傳動鏈齒輪傳動級數(shù)以及每一級傳動比。(1)總傳動比確定傳動裝置為機電一體化系統(tǒng)輸入與輸出之間的中間環(huán)節(jié)，要確定傳

動裝置總傳動比首先要知道系統(tǒng)輸入與輸出條件，例如系統(tǒng)的負載、工

作速度，電機的轉子慣量、扭矩、轉速等。傳動裝置在滿足伺服電機與

負載的力矩、轉速匹配同時，應具有較高的響應速度，即加減速要求。

因此，在伺服系統(tǒng)中通常采用角加速度最大原則確定系統(tǒng)的總傳動比，

以提高伺服系統(tǒng)的響應速度。本課件是可編輯的正常PPT課件572.4.3齒輪傳動鏈設計下面通過一般齒輪傳動模型以系統(tǒng)響應速度為設計目標確定系統(tǒng)的

總傳比，傳動裝置簡化模型如圖2-6所示，M為電動機，G

為齒輪傳動裝

置(

減

速

器

)

,L

為

負

載

。Jm為電動機轉子的轉動慣量；Jg

為齒輪傳動

的轉動慣量；

JL為負載的轉動慣量；φm為電動機的角位移；

TLF為摩擦

力矩；為齒輪系G

的總傳動比。本課件是可編輯的置常作化酸果件582.4.3齒輪傳動鏈設計根據(jù)輸入與輸出之間的角度、角速度以及角加速度傳動關系，則有式中：φm、φm、φ?-分別為電動機轉動角度，角速度，角加速度；φ、-分別為負載的轉動角度，角速度，角加速度。Tr換算到電動機軸上的負載摩擦轉矩為Tp/i;J換算到電動機軸

上的轉動慣量為J/i2。設

Tm為電動機的驅動轉矩，在忽略傳動裝置慣量的前提下，則電動機軸上的合力矩Ta為本課件是可編輯的正常PPT課件

592.4.3齒輪傳動鏈設計對上式進行整理，則有若要使負載角加速度φ最大，根據(jù)極值求解方法，對φL求導

,

并

令dφ/di=0,

求出傳動比i,為本課件是可編輯的正常PPT

課件602.4.3齒輪傳動鏈設計若不計系統(tǒng)摩擦，Tp=0,

則上式表明，在不考慮系統(tǒng)摩擦和傳動齒輪裝置轉到慣量的情況下

,齒輪傳動裝置的傳動比由J

與

Jm決定，考慮電動機動啟動特性，一般要求JL/Jm≤4,則傳動比i≤2,否則會系統(tǒng)的啟動性能會變差。本課件是可編輯的正常PPT

課件612.4.3齒輪傳動鏈設計傳動鏈級數(shù)和各級傳動比確定：既要滿足總傳動比要求，又要使結構

緊湊，常采用多級齒輪副、蝸輪蝸桿等傳動機構組成傳動鏈。傳動級數(shù)和各級傳動設計常用設計原則有轉動慣量最小原則、質量最小原則、輸出軸

轉角誤差最小原則。在設計齒輪傳動裝置時，應根據(jù)具體工作條件綜合考慮選擇傳動比設計方案。對于齒輪傳動系統(tǒng)設計考慮以下原則：(1)對于傳動精度要求高的降速齒輪傳動鏈，可按輸出軸轉角誤差最小

的原則設計。若為增速傳動，則應在開始幾級就增速。(2)對于要求運轉平穩(wěn)、啟停頻繁和動態(tài)性能好的降速傳動鏈，可按等

效轉動慣量最小原則和輸出軸轉角誤差最小的原則設計。(3)對于要求質量盡可能小的降速傳動鏈，可按質量最小原則設計。本課件是可編輯的正常PPT課件

622.4.3齒輪傳動鏈設計下面介紹根據(jù)三種原則確定齒輪傳動級數(shù)與各級傳動比的方案。(1)轉動慣量最小原則轉動慣量最小原則是傳動系統(tǒng)中的轉動慣量值最小，它實際上追求的

動態(tài)特性，轉動慣量越小，系統(tǒng)啟動性能越好。齒輪系傳遞的功率不同，其傳動比的分配也有所不同。根據(jù)系統(tǒng)傳遞

的功率分為小功能率傳動和大功率傳動兩種情況討論。(2)

質

量最小原則質量方面的限制常常是伺服系統(tǒng)設計應考慮的重要問題，特別是用于

航空、航天的傳動裝置，按“質量最小”的原則來確定各級傳動比就顯得

十分必要。(3)

輸出軸轉角誤差最小原則_本課件是可編輯的正常PPT課件632.4.3齒輪傳動鏈設計下面介紹根據(jù)三種原則確定齒輪傳動級數(shù)與各級傳動比的方案。(1)轉動慣量最小原則轉動慣量最小原則是傳動系統(tǒng)中的轉動慣量值最小，它實際上追求的動態(tài)特性，轉動慣量越小，系統(tǒng)啟動性能越好。齒輪系傳遞的功率不同，其傳動比的分配也有所不同。根據(jù)系統(tǒng)傳遞

的功率分為小功能率傳動和大功率傳動兩種情況討論。(a)

小功率傳動裝置對于小功率傳動裝置，如果已經確定了齒輪傳動級數(shù)，可按公式(2-

5)、(2-6)確定各級傳動比，設齒輪傳動級數(shù)為n級。本課件是可編輯的正常PPT課件64第一級傳動比值為第二級以后各級傳動比為本課件是可編輯的正常PPT課件(2-5)(2-6)652.4.3齒輪傳動鏈設計2.4.3齒輪傳動鏈設計例2-1設一個小功率傳動齒輪傳動系統(tǒng)，總傳動比i=40,傳動級數(shù)n=

3,試按等效轉動慣量最小原則分配傳動比。解：根據(jù)轉動慣量最小原則，根據(jù)公式(2-5)、(2-6)確定齒輪系各級

傳動比為計算得到的系統(tǒng)總傳動為i=i·iz

·

i=39.989

。在具體實施時，根據(jù)計算結果

對各級傳動比值進行微調，使i=i·i?·i=40。本課件是可編輯的正常PPT課件

662.4.3齒輪傳動鏈設計對于已知總傳動比而沒有確定傳動級數(shù)情況下，如圖2-7所示，根據(jù)齒

輪系中折算到電動機軸上的等效轉動慣量與第一級主動齒輪的轉動慣量之

比為和總傳動比確定傳動級數(shù)。例如，齒輪系的總傳比i=10,

計算得到的轉動慣量比Je1J?=10,由圖2-7可知，傳動級數(shù)選擇n=2比較合適。一般來說，一級齒輪傳動比最大值應小于10,二級齒輪的傳動比應小于100。(b)

大功率傳動裝置大功率傳動裝置傳遞的扭矩大，各級齒輪副的模數(shù)、齒寬、直徑等參數(shù)

逐級增加，各級齒輪的轉動慣量差別很大。確定大功率傳動裝置的傳動級數(shù)

及各級傳動比可依據(jù)圖2-8、圖2-9、圖2-10來進行。傳動比分配的基本原則

仍應為“前小后大”本課件是可編輯的正常PPT課件

67圖2-7小功率傳動裝置確定傳動級數(shù)曲線圖2-8大功率傳動裝置確定傳動級數(shù)曲線本課件是可編輯的正常PPT

課件

682.4.3齒輪傳動鏈設計轉動慣量比J/J?總傳動比i轉

動

慣

量比

」/

710050總傳動比i2.4.3齒輪傳動鏈設計例2-2

設有某系統(tǒng)的總傳比=256的大功率傳動裝置，試按等效轉動慣量

最小原則分配傳動比。解

：根據(jù)圖2-8,傳動級數(shù)可以選擇n=3

、4

、5級，如果n=3,J

。1J?=70;n=4

,J。/J?=35;n=5,J

。/J?=26?？紤]到值的大小和傳動裝置結構緊湊性，在此選n=4。根據(jù)圖2-9,首先確定第一級傳動比i=3.3,

再在圖2-10中的在橫坐

標上3.3處作垂直線與A

線交于第一點，在縱坐標-1軸上查得

i

=3.7。通過該點作水平線與B曲線相交得第二點i?=4.24

。由第二點作垂線與A曲

線相交得第三點=4.95。計算總傳動比為i=i

·

·

i

·

i4=256.26,滿足設計要

求。本課件是可編輯的正常PPT課件

69100

10

100

1000總傳動比i圖2-9大功率傳動裝置第一級傳動比曲線圖2-10大功率傳動裝置各級傳動比曲線2.4.3齒輪傳動鏈設計本課件是可編輯的正常PPT

課件i-70·2.4.3齒輪傳動鏈設計(2)質量最小原則(a)

大功率傳動裝置對于大功率傳動裝置的傳動級數(shù)確定主要考慮結構的緊湊性。在給定

總傳動比的情況下，傳動級數(shù)過少會使大齒輪尺寸過大，導致傳動裝置體

積和質量增大；傳動級數(shù)過多會增加軸、軸承等輔助構件，導致傳動裝置

質量增加。設計時應綜合考慮系統(tǒng)的功能要求和環(huán)境因素，通常情況下傳

動級數(shù)要盡量地少。大功率減速傳動裝置按“質量最小原則”確定的各級傳動比表現(xiàn)為“

前大后小”的傳動比分配方式。減速齒輪傳動的后級齒輪比前級齒輪的轉

矩要大得多，同樣傳動比的情況下齒厚、質量也大得多，因此減小后級傳動比就相應減少了大齒輪的齒數(shù)和質量。本課件是可編輯的正常PPT課件

712.4.3齒輪傳動鏈設計大功率減速傳動裝置的各級傳動比可以按圖2-11

和圖2-12選擇。當傳動

比小于10,根據(jù)圖2-11確定，當傳動比大于100時按圖2-12確定。例2-3根據(jù)質量最小原則求下列條件的傳動比：(

1

)

設n=2,i=40,求各級傳動比；(2)如果設n=3,i=202,求

各

級傳動比。解：(1)根據(jù)圖2-11可得i≈9.1;i?

≈4.4。(2)根據(jù)圖2-12可得i≈12;i?

≈5;i?

≈3.4。本課件是可編輯的正常PPT課件

72i圖2-11大功率傳動裝置兩級傳動比曲線(i<10時，使用圖中的虛線)圖2-12大功率傳動裝置三級傳動比曲線(i<100時，使用圖中的虛線)2.4.3齒輪傳動鏈設計本課件是可編輯的正常PPT

課件1

2

345

7

10732.4.3齒輪傳動鏈設計(b)小功率傳動裝置對于小功率傳動裝置，按“質量

最小”原則來確定傳動比時，通常選擇相等的各級傳動比。在假設各級主動小齒輪的模數(shù)、齒數(shù)均相等這樣的

特殊條件下，各大齒輪的分度圓直徑

均相等，因而每級齒輪副的中心距也

相等。這樣便可設計成如圖2-13所示

的回曲式齒輪傳動鏈；其總傳動比可

以非常大，而且這種結構十分緊湊。12電

機圖2-13回曲式齒輪傳動鏈本課件是可編輯的正常PPT

課件

7418H1410H615

h11

h7h3h16H12841713952.4.3齒輪傳動鏈設計(3)輸出軸轉角誤差最小原則以四級齒輪減速傳動鏈為例，設四級傳動比分別為i、i?、i

?、i,齒輪l～8的轉角誤差依次為。該傳動鏈輸出軸的總轉動角誤差為(2-7)由上式可以看出，如果從輸入端到輸出端的各級傳動比按“前小后大”原

則排列，則總轉角誤差較小，而且低速級的誤差在總誤差中占的比重很大

。因此，要提高傳動精度就應減少傳動級數(shù)，并使末級齒輪的傳動比盡可

能大，制造精度盡量高。本課件是可編輯的正常PPT課件

752.5傳動裝置設計與選擇2.5.1齒輪傳動裝置齒輪傳動特點：(1)傳動精度高。這不但對精密機械與儀器是關鍵要求，也是高速重載下

減輕動載荷、實現(xiàn)平穩(wěn)傳動的重要條件。(2)適用范圍寬。齒輪傳動傳遞的功率范圍極寬；圓周速度可以很低，也

可高達150m/s。(3)可以實現(xiàn)平行軸、相交軸、交錯軸等空間任意兩軸間的傳動。(4)傳動效率較高，

一般為0.94～0.99。(5)制造和安裝要求較高，因而成本也較高，工作可靠，使用壽命長。(6)對環(huán)境條件要求較嚴，除少數(shù)低速、低精度的情況以外，

一般需要安

置在箱罩中防塵防墀課件霆哥編輯的正常PPT課件

762.5.1

齒輪傳動裝置齒輪傳動間隙調整：

齒輪傳動間隙直接會影響傳動系統(tǒng)的

精度，也會影響

閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，在精密傳動系統(tǒng)中需要采用一些措施盡可能消除齒輪

傳動間隙，提高系統(tǒng)的傳動精度。下面介紹幾種圓柱齒輪的齒側間隙常用

的調整方法。(1)

中心距調整法

中心距調整法就是通過改變兩齒輪中心距的方法使

兩齒輪的嚙合間隙的一種方法。(2)

墊片調整法

墊片調整法是通過調整兩齒之間的軸向安裝位置從而

對兩齒輪之間的間隙進行調整的一種方法。(3)薄片齒輪調整法

薄片齒輪調整法將兩個嚙合齒輪中的一個齒輪設

計成兩個薄片齒輪，通過調節(jié)兩個薄片齒輪之間的安裝位置來調節(jié)兩薄片齒輪與其嚙合齒輪本課禪編輯的正常PPT課件

772.5.2滾珠絲杠傳動滾珠絲杠主要功能是將旋轉運動轉換成線性運動，或將扭矩轉換成

軸向反復作用力，同時兼具高精度、可逆性和高效率的特點。由于具有

很小的摩擦阻力，滾珠絲杠被廣泛應用于各種制造裝備和精密儀器。滾珠絲杠傳動特點：(1)摩擦系數(shù)小、傳動效率高(2)傳動精度高(3)運動平穩(wěn)好(4)軸向剛度高(5)不能自鎖，具有傳動的可逆性本課件是可編輯的正常PPT課件

782.5.2滾珠絲杠傳動滾珠絲杠結構形式：

常用的循環(huán)方式有外循環(huán)和內循環(huán)兩種形式。滾珠在

循環(huán)過程中有時與絲杠脫離接觸的稱為外循環(huán)，始終與絲杠保持接觸的稱

為內循環(huán)。滾珠每一個循環(huán)閉路稱為列，每個滾珠循環(huán)閉路內所含導程數(shù)

稱為圈數(shù)。內循環(huán)滾珠絲杠副的每個螺母有2列、3列、4列、5列等幾種，

每列只有一圈；外循環(huán)每列有1.5圈、2.5圈和3.5圈等幾種。(1)外循環(huán)外循環(huán)是滾珠在循環(huán)過程結束后通過螺母外表面的螺旋槽或插管返回

絲杠螺母間重新進入循環(huán)。外循環(huán)滾珠絲杠螺母副，按照滾珠循環(huán)時的返

回方式，主要有端蓋式、插管式和螺旋槽式。本課件是可編輯的正常PPT課件

791-彎管；2-壓板；3-擋珠器；4-滾珠；5-滾道

1-套筒；2-螺母；3-滾珠；4-擋珠器；5-滾道圖2-19插管式外循環(huán)結構圖2-20螺旋槽外循環(huán)結構2.5.2滾珠絲杠傳動本課件是可編輯的正常PPT

課件802.5.2滾珠絲杠傳動(2)內循環(huán)內循環(huán)根據(jù)返向器的定位方式，可分為固

定

式和

浮

動

式兩種。1-絲杠；2-螺母；3-滾珠；4-反向器

1-反向器；2-彈簧套；3-絲杠；4-碟簧片圖2-21固定式內循環(huán)結構

圖2-22浮動式內循環(huán)結構本課件是可編輯的正常PPT

課件812.5.2滾珠絲杠傳動滾珠絲杠選用：(1)滾珠絲杠參數(shù)

滾珠絲杠的主要參數(shù)有：外徑(公稱直徑):內徑、

中徑、螺距、導程、線數(shù)、螺旋升角、牙型角、行程等。(2)滾珠絲杠材料

滾珠絲杠用途不同，材料選用也不同，其材料與精

度、負載、使用環(huán)境等有關。低精度、輕載荷滾珠絲杠可選用非合金(碳

素)結構鋼(如45、50鋼)制造，經正火、調質處理；高精度、重載荷滾

珠絲杠多選用低合金工具鋼(如9Mn2V、CrWMn

鋼)和滾動軸承鋼(如GCr15、GCr15SiMn

鋼)制造。(3)滾珠絲杠精度

滾珠絲杠精度等級劃分的基本原則是在傳動中實際

移動距離和理想移動距離的偏差，偏差越小，精度越高。本課件是可編輯的正常PPT課件

822.5.2滾珠絲杠傳動滾珠絲杠支撐支承形式：數(shù)控機床的進給系統(tǒng)要獲得較高傳動剛度，除了加強滾珠絲杠副本身的剛度外，絲杠的正確安裝及支承也是不可忽視的。滾珠絲杠在機床上的常用的支承形式如圖2-23所示。(c)

雙推一簡支

(d)雙推一自由本課件是可編輯框常PP

課件(a)單推一單推

(b)

雙推一雙推832.5.2滾珠絲杠傳動滾珠絲杠選型計算：絲杠選用時需要進行必要的計算，計算內容包括允許的軸向負載，允

許轉速，基本額定載荷，絲杠導程、長度、軸徑、導程角，基本額定壽命

,驅動力矩等。下面介紹它們的計算方法。(1)絲杠允許的軸向負載計算(2)絲杠允許轉速(3)絲杠導程、絲杠長度、軸徑、導程角(4)基本額定載荷(5)基本額定壽命(6)絲杠驅動扭矩本課件是可編輯的正常PPT課件

842.5.2滾珠絲杠傳動滾珠絲杠選型步驟：(1)根據(jù)負載確定直徑。(2)根據(jù)直線速度和旋轉速度確定滾珠絲杠導程。(3)根據(jù)實際需要確定滾珠絲杠長度。(4)根據(jù)實際需要確定滾珠絲杠精度。(5)以安裝條件和尺寸結構等確定滾珠絲杠螺母形式。(6)咨詢所選產品廠家的價格、付款條件和交貨時間。(7)選擇確定安裝方式(端部)。(8)考慮導向件和安裝能力。(9)根據(jù)以上已確定條件繪出滾珠絲杠圖紙(主要是端部安裝尺寸,并要求尺寸和公差

)

。本課件是可編輯的正常PPT

課件852.5.3蝸輪蝸桿傳動傳動原理：蝸輪蝸桿傳動由蝸桿和蝸輪組

成，如圖2-24

(a)

所示，用于傳遞空間交錯兩軸之間的運動和動力，交錯角一般為90,傳動中一般蝸

桿是主動件，蝸輪是從動件。蝸輪及蝸桿機構常被用于兩軸交錯、傳動比大、傳動功率不大或間歇工作的場合。圖2-24(b)

所示為數(shù)控回轉工作臺(a)

蝸輪與蝸桿

(b)

數(shù)控回轉工作臺圖2-24,蝸輪蝸枉傳動本課件是可編輯的正常PPT

課件,它內部采用了1:90蝸桿蝸輪傳動。862.5.3蝸輪蝸桿傳動蝸輪蝸桿傳動特點：(1)可以得到很大的傳動比，一般為80～100,最大達1000。(2)兩輪嚙合齒面間為線接觸，其承載能力大大高于交錯軸斜齒輪機構。(3)蝸桿傳動相當于螺旋傳動，為多齒嚙合傳動，故傳動平穩(wěn)、噪音很小。(4)具有自鎖性。當蝸桿的導程角小于嚙合輪齒間的當量摩擦角時，機構具

有自鎖性，可實現(xiàn)反向自鎖，即只能蝸桿帶動蝸輪，而不能由蝸輪帶動蝸桿。(5)傳動效率較低，磨損較嚴重。蝸輪蝸桿嚙合傳動時，嚙合輪齒間的相對

滑動速度大，故摩擦損耗大、效率低。本課件是可編輯的正常PPT課件872.5.3蝸輪蝸桿傳動蝸輪傳動的精度等級：蝸輪蝸桿傳動的制造精度分12個等級，1級最高，12級最低，常用6-

9級。當v>5m/s時，常用6級精度；如中等精度的機床分度機構、發(fā)動機

調節(jié)機構；當v≤7.5m/s

時，常用7級精度；如一般動力傳動機構；當v≤3m/s時，常用8級精度；工作時間較短的低速傳動；當v更低時

,常用9級精度，例如手動機械等。本課件是可編輯的正常PPT課件882.5.3蝸輪蝸桿傳動蝸輪蝸桿傳動主要參數(shù)：蝸輪蝸桿副主要參數(shù)有：減速比、轉速、允許轉矩、傳動間隙。蝸桿選擇因素主要有精度等級，材料及執(zhí)處理，軸向模數(shù)、頭數(shù)、

導程角、螺旋方向、形狀；尺寸參數(shù)有全長、軸長、頸長、齒寬、分度圓直徑等。蝸輪選擇因素主要有：精度等級，材料及執(zhí)處理，端面模數(shù)、齒數(shù)

、配對頭數(shù)、螺旋角、螺旋方向、形狀；尺寸參數(shù)有：孔徑、輪轂徑、

輪轂徑、頸長、齒寬、分度圓直徑、齒頂圓直徑等。本課件是可編輯的正常PPT課件892.5.4同步齒形傳動傳動原理：同步帶傳動是由一根內周表面設有等間距齒形的環(huán)行帶

及具有相應吻合的輪所組成，如圖2-25所示，它由主動輪、從動輪、同步

齒形帶組成。它綜合了帶傳動、鏈傳動和齒輪傳動各自的優(yōu)點，轉動時通

過帶齒與輪的齒槽相嚙合來傳遞動力。1一主動輪；2一從動輪；3一傳動帶圖2-25同步齒形帶傳動本課件是可編輯的正常PPT課件902.5.4同步齒形傳動傳動特點：(1)傳動準確，工作時無滑動，具有恒定的傳動比；(2)傳動平穩(wěn)，具有緩沖、減振能力，噪聲低；(3)動效率高，可達0.98,節(jié)能效果明顯；維護保養(yǎng)方便，不需潤

滑，維護費用低；(4)速比范圍大，一般可達10,線速度可達50m/s,

具有較大的功

率傳遞范圍，可達幾瓦到幾百千瓦；(5)可用于長距離傳動，中心距可達10m

以上。本課件是可編輯的正常PPT

課件

912.5.4同步齒形傳動主要參數(shù)：如圖2-26所示，同步齒形帶的結構由帶背、張力繩芯、齒帶、包布組成。它的主要參數(shù)有：(1)節(jié)距

(2)節(jié)線長度(3)寬度b(4)帶輪節(jié)圓直徑

(5)帶輪齒數(shù)1-帶背；2-繩芯；3-齒帶；4-包布圖2-26同步齒形帶結構本課件是可編輯的正常PPT課件922.5.4同步齒形傳動同步齒形帶分類：

同步帶齒形有梯形齒和弧齒兩種類型，弧齒又有圓

弧齒、平頂圓弧齒和凹頂拋物線齒。(1)梯形齒同步帶梯形齒同步帶分單面有齒和雙面有齒兩種，簡稱為單面帶和雙面

帶。雙面帶又按齒的排列方式分為對稱齒型和交錯齒型。梯形齒同步

帶有兩種尺寸制：節(jié)距制和模數(shù)制。(2)弧齒同步帶弧齒同步帶除了齒形為曲線形外，其結構與梯形齒同步帶基本相

同，帶的節(jié)距相當，其齒高、齒根厚和齒根圓角半徑等均比梯形齒大

。帶齒受載后，應力分布狀態(tài)較好，平緩了齒根的應力集中，提高了齒的承載能力。本課件是可編輯的正常PPT課件932.5.5精密減速器減速器是一種由封閉在剛性殼體內的齒輪傳動、蝸桿傳動、齒輪-蝸

桿傳動所組成的獨立部件，常用作原動件與工作機之間的減速傳動裝置,在原動機和工作機或執(zhí)行機構之間起匹配轉速和傳遞轉矩的作用。在機電一體化系統(tǒng)中采用減速器一般為精密減速器。精密減速器是一種精密傳遞動力與運動一種減速器，其利用齒輪、蝸

輪蝸桿、諧波傳動等傳動機構，將電機的轉速減速到所要轉速，并得到

較大轉矩的裝置。精密減速器是一種相對精密的機械，使用目的是降低轉速，增加轉矩。根據(jù)精度可分為標準精度和高精度。精密減速機具有傳動比大、范圍廣、精度高、空回小、承載能力大、效率高、體積小、重量輕、傳動平穩(wěn)、噪聲小、可向密封空間傳遞運動、輸出剛度大，回差小等特點。本課件是可編輯的正常PPT課件942.5.5精密減速器精密減速器類型有行星減速器、諧波減速器等。1.行星輪減速器如圖所示2-27所示，簡單的行星齒輪機構通常稱

為三構件機構。這三構件如果要確定相互間的運動關系，

一般情況下首

先需要固定其中的一個構件，然后確定誰是主動件，并確定主動件的轉

速和旋轉方向，結果被動件的轉速、旋轉方向就確定了。1-輸入軸；2-齒輪圈；3-太陽輪；4-星輪；5-輸出軸；6-軸承本課件是耐編輯的速常PPT課件952.5.5精密減速器2.諧波減速器傳動原理：諧波齒輪減速器是一種由固定的內齒剛輪、

柔輪、和使柔輪發(fā)生徑向變形的波發(fā)生器組成，它是利用柔性齒輪產生可

控制的彈性變形波，引起剛輪與柔輪的齒間相對錯齒來傳遞動力和運動。

諧波傳動主要包括三個基本條件：波發(fā)生器、柔輪和剛輪，三個組件可任

意組合，

一個固定，其余兩個一個做主動，

一個做從動，可實現(xiàn)減速或增

速(固定傳動比),也可變換成兩個輸入、

一個輸出，組成差動傳動。1-剛輪：2-柔輪：3-本課售波編的正原理課件

962.6主軸部件設計2.6.1主軸設

計

要

求

：主要考慮旋轉精度、剛度、運動速度、主軸溫升與熱變形

等問題。①旋轉精度。主軸旋轉時在影響加工精度的方向上出現(xiàn)的徑向和軸向跳

動，主要決定于主軸和軸承的制造和裝配質量。②

動、靜剛度。主要決定于主軸的彎曲剛度、軸承的剛度和阻尼。③運動速度。允許的最高轉速和轉速范圍，主要決定于軸承的結構和潤

滑，以及散熱條件。④溫升與熱變形。一般滑動軸承的溫升小于30℃,工作溫度小于60℃,

一般滾動軸承的溫升小于40℃,工作溫度小于70℃。本課件是可編輯的正常PPT課件

972.6.1主軸主軸傳動是通常采用機械傳動或采用無傳動結構。按主軸自身結構以及

傳動方式可分為齒輪式傳動主軸、皮帶式傳動主軸、直連式主軸、內藏式

主軸等形式，如圖2-32所示。齒輪式主軸如圖2-32(a)所示，最大之優(yōu)點為可傳進高扭力，重切削能力優(yōu)良，其缺點為轉速受限于齒輪設計不易提升等。皮帶式主軸如圖2-

32(b)