机械电子学第二章 机械系统设计

1、考虑与伺服系统相关的精度、稳定性、快速响应等伺服特性考虑低速爬行现象考虑灵敏度、精确度、重复性、可靠性 转动惯量小转动惯量小 在不影响系统刚度的条件下，传动在不影响系统刚度的条件下，传动机构的质量和转动惯量要小；转动惯量大会对系机构的质量和转动惯量要小；转动惯量大会对系统造成机械负载增大；系统响应速度变慢，灵敏统造成机械负载增大；系统响应速度变慢，灵敏度降低；系统固有频率下降，产生谐振。度降低；系统固有频率下降，产生谐振。 刚度大刚度大 什么是刚度？刚度越大，伺服系统动力什么是刚度？刚度越大，伺服系统动力损失越小；刚度越大，机器的固有频率越高，不损失越小；刚度越大，机器的固有频率越高，不易产生

2、共振；刚度越大，闭环系统的稳定性越高。易产生共振；刚度越大，闭环系统的稳定性越高。 阻尼合适阻尼合适 机械系统产生共振时，系统中阻尼越机械系统产生共振时，系统中阻尼越大，最大振幅就越小，且衰减越快；但阻尼大会大，最大振幅就越小，且衰减越快；但阻尼大会使系统增大稳态误差，降低精度，故应选合适阻使系统增大稳态误差，降低精度，故应选合适阻尼。尼。mKB2111过阻尼系统临界阻尼系统欠阻尼系统一般取8 . 04 . 0JJ23i电动机1J4i12J2221421321iiJiJJJJme413132dgBJJ42232dgBJ44432dgBJ4141212iddJJ41424344141434)/(

3、iiiddddJJJJ 4112iJJ4114214)/( iiJiJJ)11 (41221211iiiiJJme01iJem21412iiniiii321max)/(1maxnkknkikkni12341233 4 5 6 712345678rgHgHrHrgzzigrHgzrz0rrgHgHHrgzzi0grggrHgzzzzz1rgggHHgzzzi0grgHHrHrgzzi0rgrrgHrzzzzz1grrrHHrzzzi200rz202gz101Hgi100Hri最大回差减速比机型（指柔轮内径，单位为mm)单级、卧式安装通用谐波减器1CP2CTACPKP1ACTKT21CFDFRTK

4、FAC/21许FF1C当输入转速当输入转速1500转转/分钟，传动比和输出力矩相同的情况下分钟，传动比和输出力矩相同的情况下 谐波齿轮传动的缺点：谐波齿轮传动的缺点：1、柔轮周期性变形，易疲劳破坏；、柔轮周期性变形，易疲劳破坏；2、转动惯量和启动力矩大，不适宜于小功率、转动惯量和启动力矩大，不适宜于小功率传动；传动；3、不能用于传动比较小场合（、不能用于传动比较小场合（i 小于小于35）；）；4、散热差、散热差250（带长）（带长） H 150（带宽）（带宽）1）按螺纹滚道截面形状分类：）按螺纹滚道截面形状分类： 单圆弧型和双圆弧型两类单圆弧型和双圆弧型两类bba) 单圆弧型滚道bb) 双圆弧

5、型滚道b24315浮动式反向器内循环方式浮动式反向器内循环方式14324螺旋槽式外循环螺旋槽式外循环a、垫片调隙式、垫片调隙式b、螺纹调隙式、螺纹调隙式c、齿差调隙式、齿差调隙式5、滚珠丝杠副的主要尺寸、精度等级和标注方法、滚珠丝杠副的主要尺寸、精度等级和标注方法固定可以用深沟球轴承和双向推力轴承组合或用圆锥滚子轴承两端都装止推轴承，承受轴向载荷两端都装止推轴承和向心球轴轴承，承受轴向、径向载荷固定端装深沟球轴承和双向推力轴承，承受径向、轴向载荷，简支端用深沟球轴承径向约束1轴向刚度较高；轴向刚度较高；2预拉伸安装时，须加载荷较大，轴承寿命比方案预拉伸安装时，须加载荷较大，轴承寿命比方案 2低

6、；低；3适宜中速、精度高，并可用双推适宜中速、精度高，并可用双推单推组合。单推组合。 1轴向刚度最高；轴向刚度最高；2预拉伸安装时，须加载荷较小，轴承寿命较高预拉伸安装时，须加载荷较小，轴承寿命较高3适宜高速、高刚度、高精度。适宜高速、高刚度、高精度。1轴向刚度低，与螺母位置有关；轴向刚度低，与螺母位置有关；2双推端可预拉伸安装；双推端可预拉伸安装；3适宜中小载荷与低速，更适宜垂直安装，短适宜中小载荷与低速，更适宜垂直安装，短丝杠。丝杠。 123451234678、滚珠丝杠副的选择、滚珠丝杠副的选择1）滚珠丝杠副结构的选择）滚珠丝杠副结构的选择 根据防尘防护条件以及对调隙及预紧的要求，根据防尘

7、防护条件以及对调隙及预紧的要求，可选择适当的结构型式。例如：可选择适当的结构型式。例如： 当允许有间隙存在时当允许有间隙存在时(如垂直运动如垂直运动)可选用具可选用具有单圆弧形螺纹滚道的单螺母滚珠丝杠副；有单圆弧形螺纹滚道的单螺母滚珠丝杠副； 当必须有预紧或在使用过程中因磨损而需要当必须有预紧或在使用过程中因磨损而需要定期调整时，应采用双螺母螺纹预紧或齿差预紧定期调整时，应采用双螺母螺纹预紧或齿差预紧式结构；式结构； 当具备良好的防尘条件，且只需在装配时调当具备良好的防尘条件，且只需在装配时调整间隙及预紧力时，可采用结构简单的双螺母垫整间隙及预紧力时，可采用结构简单的双螺母垫片调整预紧式结构。

8、片调整预紧式结构。2）滚珠丝杠副结构尺寸的选择）滚珠丝杠副结构尺寸的选择 公称直径公称直径d0应根据轴向最大载荷按滚珠丝杠副尺应根据轴向最大载荷按滚珠丝杠副尺寸系列选样；螺纹长度寸系列选样；螺纹长度LS在允许的情况下要尽量短，在允许的情况下要尽量短，一般取一般取LSd0小于小于30为宜；基本导程为宜；基本导程L0 （或螺距（或螺距t）的大小应根据机电一体化系统的承载能力、传动精度的大小应根据机电一体化系统的承载能力、传动精度要求确定。要求确定。L0大承载能力也大，大承载能力也大，L0小传动精度较高。小传动精度较高。要求传动速度快时，可选用大导程滚珠丝扛副。要求传动速度快时，可选用大导程滚珠丝扛

9、副。 滚珠的工作圈（或列）数和工作滚珠的数量滚珠的工作圈（或列）数和工作滚珠的数量N由由试验可知：第一、第二和第三圈（或列）分别承受轴试验可知：第一、第二和第三圈（或列）分别承受轴向载荷的向载荷的50、30和和20左右。因此，工作圈（或左右。因此，工作圈（或列）数一般取列）数一般取2.53.5。滚珠总数。滚珠总数N一般不超过一般不超过150个。个。矩形对称三角形不对称三角形燕尾槽圆形凸形凹形压 板三 角 形 导 轨V 形 导 轨1）双三角形组合导轨组合双三角形组合导轨组合L1L1L13 辅 助 导 向 面2 导 向 面2133211 承 载 面231a)c)b)a)b)c)1 234箭头粗细表

10、示受力大小矩形导轨 梯形导轨圆柱形滚动直线导轨圆柱形滚动直线导轨执行元件电磁式电磁铁及其他电动机液压马达液压式油 缸气压马达气压式气 缸其 他与材料有关直流伺服电机双金属片压电元件状态记忆金属其他电机交流伺服电机步进电机微动机构微动机构1、手动机械式、手动机械式2、热变形式、热变形式3、磁致伸缩式、磁致伸缩式4、压电执行机构、压电执行机构定位机构定位机构-分度机构分度机构摩擦驱动原理摩擦驱动原理 摩擦驱动是通过摩擦把伺服电动机的回转运动转摩擦驱动是通过摩擦把伺服电动机的回转运动转换成从动杆的直线运动，实现无间隙传动，其工作换成从动杆的直线运动，实现无间隙传动，其工作原理如图所示。从微观上看，压紧轮与从动杆之间原理如图所示。从微观上看，压紧轮与从动杆之间的油膜处于液体润滑状态，润滑油的剪断特性决定的油膜处于液体润滑状态，润滑油的剪断特性决定牵引系统。因而要选择系数较高的润滑油。压紧轮牵引系统。因而要选择系数较高的润滑油。压紧轮滚动时实现进给，进给分辨率取决于伺服电动机回滚动时实现进给，进给分辨率取决于伺服电动机回转一周的步进数。采用摩擦驱动进给的一个重要问转一周的步进数。采用摩擦驱动进给的一个重要问题是预压，若预压力过小，则接触面有可能产生滑题是预压，若预压力过