第二章 机电一体化系统的机械系统

1、教材：机电一体化概论 第2版冯细香 主编机电一体化技术常用的机械系统机电一体化机械系统的组成及特点机电一体化先进机械构件1：机电一体化中的机械系统由哪些机构组成？2：对机械系统的要求？高精度高精度快速响应性快速响应性良好的稳定性良好的稳定性 般由减速装置、丝杠螺母副、蜗轮蜗杆副等各种线性传动部件以及连杆机构、凸轮机构等非线性传动部件、导向支撑部件、旋转支撑部件、轴系及架体等机构组成 1：机械运动的分类？2：机电一体化中常见哪些机械运动？直线运动摆动运动旋转运动传动机构 考虑与伺服系统相关的精度、稳定性、快速响应等伺服特性。导向机构 考虑低速爬行现象。执行机构 考虑灵敏度、精确度、重复性和可靠性

2、。1、主要机械零部件分为三类：紧固型零部件、传动零部件、支撑零部件2、这些零部件组成三大机械结构：1：机械零部件的分类？2：机械机构的分类？1：常见的传动方式的分类、优缺点常见的机械传动方式：齿轮传动、带传动、链传动各传动方式的优缺点：略常用齿轮传动常用齿轮传动平平行行轴轴齿齿轮轮 常用齿轮传动常用齿轮传动特特殊殊齿齿轮轮 l 结构：刚轮1、柔轮2（可以弹性形变）、波发生器3l 工作原理：波发生器为主动件，刚轮和柔轮之一为从动件，之一为固定件。当波发生器转动时，柔轮变形为椭圆，在椭圆的长轴两端产生局部齿的啮合，随着波发生器连续转动，啮合位置发生变化，使两轮产生相对位移，从而传递运动。1：谐波齿

3、轮的工作原理？2：谐波齿轮的优点？l 工作原理： 波发生器为主动件，刚轮和柔轮之一为从动件，之一为固定件。当波发生器转动时，柔轮变形为椭圆，在椭圆的长轴两端产生，随着波发生器连续转动，啮合位置发生变化，使两轮产生相对位移，从而传递运动。l 优点： 结构简单、齿轮侧隙小、传动比大（几十至几百）、 传动精度高、回程误差小、噪声低、传动平稳、 承载能力强、效率高l 应用： 在工业机器人、航空、火箭等机电一体化系统中得到广泛应用。l 缺点：传递功率小同同步步带带传传动动1：同步带与普通带传送的区别？2：同步带传送的优缺点？常用同步带常用同步带主要用于中、小功率的同步带传动，如各种仪器、计算机、轻工机械

4、中均采用这种同步带传动 常用同步带常用同步带主要用于重型机械的传动中，如运输机械(飞机、汽车)、石油机械和机床、发电机等的传动 n同步带传送特点：n工作时无滑动，有准确的传动比 啮合传动n传动效率高，节能效果好 0.98n传动比范围大，结构紧凑 10n维护保养方便，运转费用低 承载绳采用玻璃纤维、钢丝等材质 不需要任何润滑n恶劣环境条件下仍能正常工作n安装时对中心距要求等方面极其严格，同时制造工艺复杂，制造成本高n机电一体化系统对齿形同步带的要求：n高的抗剪强度和耐磨性n有高的耐油性和耐热性n背带有良好的韧性和耐弯曲疲劳能力n同步带的失效形式同步带的失效形式n承载绳断裂n带型号过小n小带轮直径

5、过小n爬齿和跳齿n所传圆周力过大n带与带轮的节距差值过大n带的初拉力过小n带齿的磨损n带齿和齿轮的啮合干涉n带的张紧力过大n其他失效方式n由制造安装误差引起的带轮棱边磨损n由于节距差值太大、啮合齿数过少引起的带齿剪切破坏n带背龟裂n承载绳抽出n包布层脱落1.谐波齿轮传动的优点有哪些？常应用于哪些场合？2.常用同步带有哪些种类？同步带传送具有哪些特点？l结构：丝杠、螺母（内滚道、外滚道、滚珠等）l工作原理： 在丝杠和螺母滚道之间放入适量滚珠，使螺纹间产生滚动摩擦。在丝杠转动时，滚珠滚动，带动螺母螺旋前进或后退，常用作直线运动的驱动。丝杠转动螺母左右移动结构细说：1、丝杠，主动2、螺母，内含内滚道

6、3、滚珠，利用滚动摩擦传递丝杠动力4、外滚道，也叫返向器，连接滚珠循环的两端，使滚道构成封闭回路，从而运行更平稳。有些已改进为内循环式。5、防尘器，避免灰尘和切屑物进入。1.传动效率高 90%95%2.运动平稳 启动无冲击3.工作寿命长 高硬度、高精度，寿命为410倍4.定位精度和重复定位精度高 摩擦小、温升小、无爬行，无间隙5.同步性好 同时传动几个部件6.可靠性高 润滑密封装置结构简单，维修方便7.不能自锁 需附加自锁或制动装置8.制造工艺复杂 制造精度要求高，成本较高n滚珠丝杠的预紧n什么是预紧？n传动精度 轴向间隙 滚珠间隙n为什么要预紧？n怎么预紧?n常见预紧方式：1、双螺母预紧基本

7、消除基本消除轴向间隙2、单螺母预紧间隙可达0.05mm双螺母预紧原理 单螺母预紧原理 l按照滚珠丝杠副的精度标准，规定了6个等级：C、D、E、F、G、H，其中C最高，H最低。l数控机床、精密机床、精密仪器等常用C、D、E等级。l一般动力传动，精度偏低，可选用F、G。l丝杠的轴承组合及轴承座、螺母座以及其他零件的连接刚性，对滚珠丝杠副传动系统的刚度和精确度都有很大影响。（1 1）两端装止推轴承）两端装止推轴承（）两端装止推轴承及向心球轴承）两端装止推轴承及向心球轴承（）一端装止推轴承，一端装向心球轴承）一端装止推轴承，一端装向心球轴承（）一端装止推轴承）一端装止推轴承轴向刚度最高，轴承寿命高，适

8、合高速、轴向刚度最高，轴承寿命高，适合高速、高刚度、高高刚度、高精精度的精密传动场合度的精密传动场合轴向刚度较高，轴承寿命较高，适合中速、轴向刚度较高，轴承寿命较高，适合中速、精度高的传动场合精度高的传动场合轴向刚度不高，适合中速、精度较高的轴向刚度不高，适合中速、精度较高的长丝杠长丝杠传动，为普通机械常用传动，为普通机械常用轴向刚度低，适合中小载荷、低速的传轴向刚度低，适合中小载荷、低速的传动场合，适宜垂直安装，段丝杠，为普动场合，适宜垂直安装，段丝杠，为普通机械常用通机械常用 图 2.6 双向螺旋 图 2.7 建筑用长螺杆 双向螺纹结构双向螺纹结构简单，机械手简单，机械手上应用很多上应用很

9、多 图 2.6 双向螺旋 图 2.7 建筑用长螺杆 用于简单的机用于简单的机器人上，可以器人上，可以组成大移动量组成大移动量的机构，非常的机构，非常方便方便支撑件的作用？支撑件的作用：支撑作用基准定位支撑零件主要有：滑动轴承、滚动轴承、弹簧n什么是弹簧？n是根据应用场合和目的的不同，将弹性材料制成适当形状来充分利用其弹性的特殊零件。n弹簧的功能：n吸收能量，起到缓冲、防振的作用 电梯缓冲器n进行力的测量 秤n利用变形储能，来缓慢释放能量 枪发射簧n复位 按钮弹簧减震器电梯缓冲器设计要领：防止紧急断电时，被抓物体意外下落而造成事故。设计要领：防止意外断电时，机械手臂下坠。n什么是联轴器？n将两旋

10、转轴直接连接起来，并起到相互传递力矩作用的机械零件n种类（按两轴轴线位置分类）n刚性联轴器n弹性联轴器n万向联轴器l什么是刚性联轴器？l所传动的两轴轴线一致l连接方法：l将联轴器的半盘分别固定在两个轴端上，再用螺栓将两个法兰盘连接在一起形成固定的连接方式，来传递扭矩。夹紧环联轴器l什么是弹性联轴器？l所传动的两轴轴线对中调整困难l特点：l联轴器内部有弹性部分，常用于电动机轴的连接弹性联轴器连接电动机与减速器 l什么是万向联轴器？l当被连接两轴相交成一定角度，可使用万向联轴器来传递运动和功率n一般哪些情况会使用制动器？n制动器的分类？n机械制动器：螺旋式自动加载制动，盘式制动，闸瓦式制动，电磁制

11、动n电气制动器：利用电动机电能回馈，将机械能转变为电能发电。电气制动不能达到完全停止的制动效果，要保持静止，必须采用机械制动。盘式制动盘式制动鼓式制动（内涨式）鼓式制动（内涨式）原理刹车片摩擦制动盘刹车蹄摩擦制动鼓内壁优点1. 散热好，可连续、高频率刹车（易于ABS）2. 反应速度快，刹车力较平均，刹车力度容易控制3. 排水较佳，可降低因水或泥沙造成的刹车不良4. 结构简单，维修成本低1. 刹车力度大，制动效果明显2. 自动煞紧3. 方便安装手刹装置4. 制造成本低缺点1. 刹车力较低2. 无自动煞紧作用3. 需要较大的踩踏力量和油压4. 手刹车装置不易安装5. 刹车片磨损大，更换频率高1.

12、不易散热2. 制动装置受热，制动效果受影响3. 刹车反应较慢，刹车的踩踏力道较不易控制，不利于做高频率的刹车动作4. 零件多，结构略复杂，维修成本高n轴承的分类？n滑动轴承n滚动轴承n随着机床精度要求的提高和变速范围的扩大，滚动轴承应用越来越广。n滑动轴承具有工作平稳和抗振性好的特点，是滚动轴承所难以代替的。n滚动轴承的润滑方式？l什么是非标滚动轴承？l适应轴承精度要求较高、结构尺寸小或因特殊要求而未能采用标准轴承而需自行设计的情形。微型滚动轴承 l什么是静压轴承？l利用外部供油/气装置将具有一定压力的液/气通过孔进入轴套油/气腔，将轴浮起而形成压力油/气膜，以承受载荷。l是滑动轴承的一种，l

13、有液体静压轴承和气体静压轴承l静压轴承的特点：l承载能力与滑动表面的线速度无关l低、中速，大载荷，高精度l刚度大、精度高、抗振性好，摩擦阻力小l什么是磁悬浮轴承？l利用磁场力无机械摩擦、无润滑地将轴悬浮在空间的一种新型轴承磁力轴承 l特点l无摩擦、高速l一般需要配备辅助轴承l上海磁悬浮列车l无轮机车l运营速度430km/h，仅次于飞机n导轨副包括运动导轨和支撑导轨两部分各种机械运行时，由导轨副保证执行件的正确运动轨迹，并影响执行件的运动特性。 按导轨副运动导轨的轨迹分类 直线运动导轨副 旋转运动导轨副 按导轨副导轨面间的摩擦性质分类 滑动摩擦导轨副 流体摩擦导轨副 滚动摩擦导轨副 按导轨副结构分类 开式导轨 闭式导轨 按直线运动导轨副的基本截面形状分类 矩形导轨 燕尾型导轨 三角形导轨 圆形导轨 矩 形 对称三角形 不对称三角形 燕 尾 槽 圆形 窄式组合，两导向侧面间的距离小，导向面间隙较小。承受力矩时产生的摩擦力矩较大，可能产生自锁。宽式组合，两导向侧面间的