机电一体化技术-机械传动培训课程

机电一体化技术机械传动概述机电一体化设备进给传动方案双矩形导轨导向方式低速爬行现象进给传动“滚动化”的必要性直线滚动导轨圆形导轨滚动导轨块和直线轴承导轨滚珠丝杠螺母副滚珠花键支承部件滚珠丝杠与进给电机的连接直线电机转动惯量机械传动

传统的机械传动是一种把动力机产生的运动和动力传递给执行机构的中间装置，是一种转矩和转速的变换器，其目的是使驱动电动机与负载之间在转矩和转速上得到合理的匹配。 在机电一体化系统中，伺服电动机的伺服变速功能在很大程度上代替了机械传动中的变速机构，大大简化了传动链。机电一体化系统中的机械传动装置已成为伺服系统的组成部分。 机电一体化机械系统应具有良好的伺服性能，要求机械传动部件转动惯量小、摩擦小、阻尼合理、刚度大、抗振性好、间隙小，并满足小型、轻量、高速、低噪声和高可靠性等要求。机电一体化技术机械传动概述机电一体化设备进给传动方案机电一体化技术机械传动概述旋转编码器伺服电机联轴器 减速器旋转编码器联轴器旋转编码器丝杠螺母传动齿轮齿条传动蜗轮蜗杆传动光电编码器旋转变压器直线编码器 光栅磁栅感应同步器双矩形导轨导向方式

导向面 窄式导向窄式导向采用一根导轨的两侧进行导向

导向面 宽式导向宽式导向分别采用两根导轨的一个侧面机电一体化技术机械传动导轨

进行导向 为提高导轨的耐磨性，常采用镶钢导轨，经过处理后，耐磨性可比灰铸铁提高5~10倍。镶钢导轨一般采用螺栓或焊接的方式固定在基础件上。低速爬行现象

在低速进给运动时，速度有时为0.05mm/min，微小位移达0.001mm/次，这时，运动部件的速度如下图曲线所示。运动部件不是连续的匀速运动，而是时走时停，这种现象称为爬行。产生的爬行的原因主要是由摩擦系数随相对运动速度不同而造成的。为避免爬行现象的出现，可同时采取几项措施，包括：采用滚动导轨、静压导轨、卸荷导轨、塑料导轨等。机电一体化技术机械传动导轨压板塑料导轨移动部件床身垫片tv

常用的塑料导轨材料有： 塑料导轨软带、金属塑料复合导轨板和塑料涂层。

“滚动化”是滚珠丝杠和滚动导轨。 机电一体化设备为获得高的加工精度，要求进给运动有：高的传动精度、高的灵敏度、高的稳定性。 普通滑动导轨和丝杠存在着摩擦力大，低速爬行，高速振动，灵敏度低缺点，因此，不适宜应用在机电一体化设备的进给传动中。 滚动丝杠和滚动导轨具有：摩擦力小﹑传动灵活﹑无爬行、传动效率高。 预紧后可消除间隙，提高传动刚度。进给传动“滚动化”的必要性机电一体化技术机械传动导轨滑块（通过安装孔用螺栓固定在移动部件上） 安装孔机电一体化技术机械传动导轨

安装孔 滚珠 导轨（通过安装孔用 螺栓固定在床身上） 直线滚动导轨由专业生产厂家生产。一条导轨上有两个支承滑块，支承滑块固定在运动部件上，导轨整体安装在机床的基础件上。当滑块移动时，滑块内的滚珠在导轨上的圆弧沟槽滚动并形成循环。直线滚动导轨在制造时已消除了间隙，因而刚度和精度都较高。 滚动导轨由于滑动件与支承件之间是滚动摩擦，因此，摩擦系数小，且动、静摩擦系数差别小，低速运动平稳，无爬行，运动灵活，定位精度高。直线滚动导轨

结构组成机电一体化技术机械传动导轨安装方式

移动部件 滑块 导轨 床身机电一体化技术机械传动导轨直线滚动导轨形式机电一体化技术机械传动导轨直线滚动导轨形式机电一一体化化技术术机械械传传动动导轨直线滚滚动导导轨形形式机电一一体化化技术术机械械传传动动导轨弧形滚滚动导导轨X-Y十字工作台台机电一一体化化技术术机械械传传动动导轨线性球球轴承承座圆形导导轨机电一一体化化技术术机械械传传动动导轨圆形导导轨又又称直直线运运动球球轴承承，这这种轴轴承只只能在在导轨轴轴上作作直线线往复复运动动，而而不能能旋转转。滚滚珠与与导轨轨轴外圆圆柱面面为点点接触触，因因而许许用载载荷较较小，，但运运动轻轻便灵活、精度度较高、价格格低、维护方方便，广泛应应用于机床、测量装装置、电子仪仪器、输送机机械、医疗诊诊断仪器等轻载设备备和装置。在轴承外套筒筒和挡圈上开有轴轴向切口，能任意调调整轴承与导轨间的间间隙可调式线性球球轴承开放式线性球球轴承在轴承外套筒筒和挡圈上开有轴向扇扇形切口，轴轴承与导轨间的的间隙可调封闭式线性球球轴承轴承与导轨间间的间隙不可调调直线轴承导轨轨滚动导轨块和和直线轴承导导轨机电一体化技技术机械传动动导轨滚动导轨块直线轴承导轨轨安装滚动导轨块安安装丝杠发兰螺母滚珠丝杠螺母副将将旋转运动转转变成直线运动，用用较小的驱动动力矩就可获得较大的的轴向牵引力力。数控机床进给系统统采用滚珠丝丝杠螺母副的目的在于于：由于丝杠杠和螺母之间有滚珠，，因此摩擦系系数小，且动静摩擦擦系数相差小小，低速无爬行。在施加加预紧后，轴轴向刚度好，定位精度度高。进给电机驱动动丝杠旋转时时，和运动部件固固定在一起的的螺母作直线运动，螺螺母内的滚珠珠在丝杠带圆弧的螺旋旋滚道内滚动动，并在螺母内不断循循环。按照滚滚珠的循环方式，滚珠珠丝杠螺母副副分成内循环和外循环环两大类。机电一体化技技术机械传动动丝杠滚珠丝杠螺母母副组成带圆弧的螺旋滚道螺母内循环：滚珠在循环过过程中，滚珠始终保持持和丝杠接接触，这种种方外循环：滚珠在循环环过程中，，滚珠在换向时与与丝杠脱离离接触。机电一体化化技术机械传传动丝杠外循环式结构紧凑凑。由于丝杠与与螺母之间间存在间隙隙，因此，，当丝杠由由正转变为为反转的瞬瞬时，螺母必须先先克服该间间隙才能运运动，则该该间隙称反反向间隙。。反向间隙隙的存在降降低了运动精精度和丝杠杠螺母副的的刚度，间间隙消除的的方法采用用双螺母，，通过调整整两个螺母之之间的微量量轴向位移移，消除间间隙。通常常采用垫法法调隙式、、螺纹调隙隙式和齿差调调隙式。滚珠循环方方式内循环反向器插管滚珠丝杠螺螺母副类型型单螺母内循循环式双螺母消隙隙内循环式式单螺母外循循环式双螺母外循循环垫片消消隙式机电一体化化技术机械传传动丝杠滚珠丝杠支支承一端固定一一端自由机电一体化化技术机械传传动丝杠机电一体化化技术机械传传动丝杠一端固定一一端移动机电一体化化技术机械械传传动动丝杠两端端固固定定δ=AE丝杠预紧紧机电一体体化技术术机械传传动动丝杠预紧垫片片F预紧螺母母千分表δ丝杠弹性性模量变形量预预紧力力F预紧力的的大小是是通过测测量丝杠的的变形量量来获得得的。丝杠截面面积预紧就是是传动部件在在承载前前，在装配或或调试阶阶段预先施加加载荷使使之产生微量量变形。。预紧能消除除传动间间隙，减小小承载传传动时的变形形，提高高传动刚度；；预紧还还能抵消传动动时的热热变形，提高高传动精精度。预紧的外外施力要要适当，过大大的话会会增加附加摩摩擦力矩矩，不利于快快速性的的提高。机械传传动动机电一体体化技术术花键轴的的外圆上上均布3条凸起的的轨道，在在外筒内内有循环环的滚珠珠。外筒和花键键轴之间间既可以以轴带筒筒，也可以筒带带轴作回回转移动动，又可可以作灵活、轻轻便的相相对的直直线运动动，所以滚珠花花键即是是一种传传动装置置，又是一种直直线运动动支承。。可用于于机器人、机床床、机电电一体化化设备和和自动搬运车车等各各种机机械。。花键轴轴外筒支承部部件滚珠花花键花键轴轴机电一一体化化技术术机械械传传动动支承部件密珠轴承密珠轴承是是一种新型的滚动动摩擦支承，由内、、外圈和密集的滚珠珠组成。滚珠在尼龙龙保持架的空隙中以以近似与多头螺旋线线的形式径向轴承推力轴承滚珠排列方方式密珠轴承排列，滚珠珠的密集具有误差平平均效应，有利于于提高回转轴的精度度。精密分度头头主轴系统统保持架机电一体化化技术机械传传动支承部件空气静压轴轴承圆柱径向和和端面推力力空气静压压轴承径向轴承承的轴套套为外鼓鼓形，可自动调调整定心心。方法法是先通通气使轴套自自动将位位置调好好后再固固定。这样可提提高前后后轴套的的同轴度度，从而保证证转轴的的回转精精度。双半球空空气轴承承主轴转轴前后轴承均均为半球球状，既既是径向向轴承又是止止推力轴轴承，由由于轴承承的球形气浮浮面具有有自动调调心作用用，因此可以以提高前前后轴承承的同轴轴度，以提提高转轴轴的回转转精度。。机械传传动动传动部件件同步齿形形带同步齿形形带传动动是综合合了带传传动、齿轮传动动和链传传动特点点的一种种新型传传动。带的工作作表面制制有带齿齿，它与与有相应应齿形的带轮轮相啮合合，用来来传递运运动和动动力。与一般带带传动相相比较，，同步齿齿形带传传动具有如下下特点：：传动比比准确，，传动效效率高；工作作平稳，，能吸收收振动；；不需润润滑，维护护保养方方便；中中心距要要求严格格，安装精度度要求高高。同步带的的齿形一一般为梯梯形，材材料为聚氨酯橡橡胶和氯氯丁橡胶胶，带轮轮材料一一般采用钢、、塑料或或轻合金金。机电一体体化技术术同步齿形形带的主主要参数数是带齿齿的节距距pbpb机械传传动动传动部件件谐波齿轮轮变速器器组成及工工作原理理谐波齿轮轮传动是是一种新新型传动动装置，，主要有波形形发生器器、柔轮轮和刚轮轮组成。。柔轮具具有外齿，刚刚轮具有有内齿，，刚轮的的齿数zg比柔轮的的齿数zr略多。柔柔轮的轮轮缘极簿簿，刚度度很小，，在未装配前前，柔轮轮是圆形形的，由由于波形形发生器器的直径比柔柔轮内圆圆的直径径略大，，所以当当波形发发生器装入柔柔轮的内内圆时，，就迫使使柔轮变变形，呈呈椭圆形。波波发生器器有滚轮轮式、凸凸轮式和和偏心盘盘式。当波发发生器器转动动时，，柔轮轮和刚刚轮上上的齿齿依次次进入啮合合，柔柔轮的的旋转转方向向与波波发生生器的的旋转转方向相反反。谐谐波齿齿轮传传动既既可以以做成成减速速器，，也可以做做成增增速器器。波波形发发生器器、柔柔轮和和刚轮轮三者任意意一个个固定定，其其余二二个一一个为为主动动，另另一个为从从动，，应用用广泛泛的是是刚轮轮固定定，波波发生生器主动，，柔轮轮从动动的形形式。。单级级减速速的减减速比比i＝75～500（i＝zr/zg－zr）。机电一一体化化技术术与一般般齿轮轮传动动相比比，谐谐波齿轮传传动具具有：：传动动比大大、承承载能力大大、传传动精精度高高、传传动平平稳无冲击击的特特点。。波发生生器柔轮刚轮柔性轴轴承机电一一体化化技术术机械械传传动动传动部部件波发生生器﹕它与输输入轴轴相联联，对对柔轮轮的齿圈圈的变变形起起产生生和控控制的的作用用。它由一一个椭椭圆形形凸轮轮和一一个薄薄壁的的柔性轴承承组成成。柔柔性轴轴承不不同于于普通通轴承﹐它的外外环很很薄﹐容易产产生径径向变变形﹐在未装装入凸凸轮之之前环环是圆圆形的的，装上上之之后后为为椭椭圆圆形形。。柔轮﹕有薄壁壁杯形形﹑薄壁圆圆筒形形或平平嵌式等等多种种。薄薄壁圆圆筒形形柔轮轮的开开口端部外外面有有齿圈圈﹐它随波波发生生器的的转动而变变形﹐筒底部部分与与输出出轴联联接。。刚轮﹕它是一一个刚刚性的的内齿齿轮。。双波波谐波传传动的的刚轮轮通常常比柔柔轮多多2齿。谐谐波齿轮轮减速速器多多以刚刚轮固固定，，外部部与箱体联联接。。波发生生器输入轴轴刚轮轴承柔轮输出轴轴柔轮外齿圈圈波发生生器内齿圈圈刚轮机电一一体化化技术术机械械传传动动传动部部件谐波齿齿轮变变速器器在机机器人人中的的应用用伺服电电机滚珠丝丝杠伺服电电机联轴器器联轴器器座机电一一体化化技术术机械械传传动动传动方方式滚珠丝杠杠与进给给电机的的连接伺服电机机同步齿形形带机械传传动动机电一体体化技术术直线永磁磁同步电电动机是是在定子侧，沿沿全行程程方向的的一条直直线，一块块接一块块交替地地安装N、S永磁体，，而动子子下方的的全长上上，对应地安安装含铁铁心的通通电绕组组，动子必须须带电缆缆一起运动。。当动子的三相相绕组中中通入三三相对称称正弦电流后后，产生生气隙磁磁场。当当三相电流随随时间变变化时，，气隙磁磁场将按A、B、C相序沿直直线运动动，该磁场称称为行波波磁场。。永磁体体的励磁磁场场与行波波磁场相相互作用用便会产生电电磁推力力。在电电磁推力力的作用下，，由于定定子固定定不动，，那么动子就就会沿行行波磁场场运动的的相反方向作作直线运运动。传动方式式直线电机机机电一体体化技术术机械传传动动传动方式式直线电机机在进给给运动中中的应用用1—直线电机机磁铁组组件2—直线电机机滑块组组件3—工作台4—滑座5—直线光栅栅扫描头头6—直线滚动动导轨7—直线光栅栅进给驱动采采用直线线电机与与旋转电电机传动动方式的的最大区区别是取取消了电电动机到到工作台之之间的一一切