机电一体化系统设计第一章

1、12机电一体化系统设计主要参考书主要参考书曾励主编，机电一体化系统设计，高等教育出曾励主编，机电一体化系统设计，高等教育出版社版社3教学内容教学内容4第第1 1章章 机械系统设计机械系统设计2022-6-55 传统机械系统组成：传统机械系统组成： 动力件、传动件、执行件、动力件、传动件、执行件、电气、机械控制电气、机械控制现代机械：现代机械：由计算机信息网络协调与控制的、用于完由计算机信息网络协调与控制的、用于完成包括机械力、运动和能量流等动力学任务的机械和成包括机械力、运动和能量流等动力学任务的机械和( (或或) )机电部件一体化的机械系统机电部件一体化的机械系统 ，是机电一体化机械，是机电

2、一体化机械系统。核心是由计算机控制的、包括机、电、液、光系统。核心是由计算机控制的、包括机、电、液、光等技术的伺服系统。等技术的伺服系统。一、机械系统的定义一、机械系统的定义67 三、机械系统的组成三、机械系统的组成 8 进给系统的机械传动结构进给系统的机械传动结构）9工作台导轨副10 3、主要要求、主要要求(1) 减小摩擦力 采用摩擦力及动静摩擦力差值较小的传动件及导轨. (2) 提高传动精度和刚度 消除传动间隙,增加传动系统刚度.(3) 减小运动惯量 快速响应.减小运动部件质量.11第二节第二节 常用传动支承系统设计常用传动支承系统设计 121314一、无侧隙齿轮传动机构一、无侧隙齿轮传动

3、机构15消除传动间隙消除传动间隙作用：消除反向间隙，提高传动精度作用：消除反向间隙，提高传动精度方法：使啮合状态轮齿的两侧均处于接触状方法：使啮合状态轮齿的两侧均处于接触状实现：偏心轴调整、轴向垫片调整实现：偏心轴调整、轴向垫片调整 （刚性）（刚性） 轴向压簧调整、周向压簧调整（柔性）轴向压簧调整、周向压簧调整（柔性）径向（中心矩）调隙法；轴向调隙法；周向径向（中心矩）调隙法；轴向调隙法；周向(切向）调隙法切向）调隙法16171819202122232425 262728293031图图2.9 滚珠丝杠副的结构原理示意图滚珠丝杠副的结构原理示意图 特点：特点： (1)(1)传动效率高：传动效率

4、高： 0.900.90到到0.960.96 ；(2)(2)传动精度高、刚度好：可消除间隙；传动精度高、刚度好：可消除间隙；(3)(3)定位精度和重复定位精度高定位精度和重复定位精度高；(4)(4)运动平稳运动平稳；(5)(5)摩擦阻力小摩擦阻力小: :静摩擦阻力及动静摩擦静摩擦阻力及动静摩擦阻力差值小阻力差值小；(6)(6)不能自锁、有可逆性不能自锁、有可逆性。32333435363738图图2.12 2.12 内循环方式原理图内循环方式原理图1. 1.凸键凸键 2 2、3.3.反向器反向器 394041424344451. 1.同同F-SF-S的的1 12.2.若轴承无间隙，丝杠的轴向刚度为

5、一端固定若轴承无间隙，丝杠的轴向刚度为一端固定的的4 4倍倍3.3.丝杠不会受压，无压杆稳定问题，固有频率丝杠不会受压，无压杆稳定问题，固有频率比一端固定高比一端固定高4.4.可以预拉伸，预拉伸后可减少丝杠自重的下可以预拉伸，预拉伸后可减少丝杠自重的下垂和热补偿膨胀，但需一套预拉伸机构，结构垂和热补偿膨胀，但需一套预拉伸机构，结构及工艺都比较困难及工艺都比较困难5.5.要进行预拉伸的丝杠，其目标行程应略小于要进行预拉伸的丝杠，其目标行程应略小于公称行程，减少量等于拉伸量公称行程，减少量等于拉伸量两端固定两端固定(F-F)(F-F) 1. 1.需保持螺母与两端支承同轴，故结构较复杂，需保持螺母与

6、两端支承同轴，故结构较复杂，工艺较困难工艺较困难2.2.丝杠的轴向刚度和丝杠的轴向刚度和F-OF-O相同相同3.3.压杆稳定性和临界转速比同长度的压杆稳定性和临界转速比同长度的F-OF-O型高型高4.4.丝杠有热膨胀的余地丝杠有热膨胀的余地5.5.适用于较长的卧式安装丝杠适用于较长的卧式安装丝杠 一端固定一端固定一端游动一端游动(F-S)(F-S) 1. 1.结构简单结构简单2.2.丝杠的轴向刚度比两端固定低丝杠的轴向刚度比两端固定低3.3.丝杠的压杆稳定性和临界转速都较低丝杠的压杆稳定性和临界转速都较低4.4.设计时尽量使丝杠受拉伸设计时尽量使丝杠受拉伸5.5.适用于较短和竖直的丝杠适用于较

7、短和竖直的丝杠 一端固定一端固定一端自由一端自由(F-O)(F-O) 支承形式支承形式 简简 图图 特特 点点 4647484950工作时：在线圈7作用下，使齿轮8与内齿轮9脱开，弹簧受压缩；当停机或停电时：7失电，在弹簧恢复力作用下，齿轮8、9啮合，齿轮9与电机端盖为一体，故与电机轴联接的丝杠得到制动。 515253.hL54555657585960616263工作台导轨副64数控机床常用导轨形式数控机床常用导轨形式塑料导轨：滑动摩擦滚动导轨：滚动摩擦静压导轨：液体摩擦65摩擦系数小（较高的灵敏度），动静摩擦系数之差小（低速平稳性好）666768滚动导轨块滚动导轨块镶钢导轨镶钢导轨滚动导轨块

8、滚动导轨块上导轨上导轨下导轨下导轨6970717273 滚动导轨组件滚动导轨组件结构、形式结构、形式直 线 滚 动 导 轨直 线 滚 动 导 轨74弧 形 滚 动 导 轨弧 形 滚 动 导 轨75两维直线滚动导轨两维直线滚动导轨76直 线 滚 动 导 轨 单 元直 线 滚 动 导 轨 单 元77组成结构组成结构787980 安装组合形式 标准组合81 倒装组合82 侧装组合之一83 侧装组合之二84 混装组合85 导轨防护专用软式防护罩大型软式防护罩叠层式护罩86878889909192圆 柱 滚 动 导 轨圆 柱 滚 动 导 轨939495 塑料导轨的特点塑料导轨的特点摩擦系数较小，0.04

9、0.06动静摩擦系数之差小，且摩 擦系数曲线具有上扬特性 刚度高，承载能力强加工工艺简单价格低 应用应用 数控化改造机床、重型数控机床（最高速度：vmax=30 m/min）fv塑料-钢滑动摩擦钢-钢滑动摩擦96979899tvFtTWjNjjiMii11tTWLD100jNjjiMiiLvFTT11nvFnnTTjNjjiMiiL1121101jjNjjMiiiiLnvFiTT1121MiiiiLiTT1jjNjjLnvFT121102103 上图104105L106L107NjjjiMiivmJE12212121221LDJE 108DEE 2121NjjjiMiiLvmJJ109VMmG

10、m2122211DmmDrrDDDevmiJiJJJ222212122364DmmDrrDDDenvGiGDiGDGDGDmvmmmG110111dtdJTTDDeDeDDmDmmDeiTT112dtdnGDTTDDeDeD3752DDn260DeDegJgmRRmgGD44)2(222113GDD2GD21GD2miiD1iDm22112211DmmDDDmmDDDeiJiJJJJJJ22212122DmmDDDeiGDiGDGDGDDmi2DGD21GD2mGD1Di114115116 上图117118119L120121L122 2.2.满足伺服驱动要求的总传动比确定满足伺服驱动要求的总

11、传动比确定 (1)开环进给系统的传动计算开环进给系统的传动计算 齿轮副的传动比齿轮副的传动比 式中，式中，为步进电动机的脉冲当量为步进电动机的脉冲当量 ；为为 步进电动机的步距角步进电动机的步距角 ； 为为 丝杠导程丝杠导程 。hPu0360hP123 (2)闭环进给系统的传动计算闭环进给系统的传动计算电动机至工作台的关系为电动机至工作台的关系为 式中式中, 工作台的移动速度（工作台的移动速度（mm/min）, ； n为伺服电为伺服电动机的转速动机的转速(r/min), ；为脉冲频率为脉冲频率(次次s)； 为丝为丝杠导程杠导程(mm)；为伺服电动机每转所需的脉冲数。为伺服电动机每转所需的脉冲数

12、。hnPvu vmfn/60fhPmf6012412522414221214122212121iiiJiJiiJJiiJiJiJJJAAAADCBAL4122121212221211111iiiiJiiiiJAA126.01iJL0222161iii12214121412iiii6122121)2()2(iii127128129130以 131132133134JJJQQQTTQQJJ.JT J.TT.J135LMJJJMJLJJLJ136141LMJJ131LMJJ41LMJJ137uTPFTph0max2maxFhP0pTu138acpfatnJTTT602max0maxmaxnactMactt