机电一体化技术及应用 课件 第1-3章 绪论、机械技术、伺服传动技术

第三节机电一体化技术的发展趋势第二节机电一体化系统的基本组成第一节

机电一体化的含义及主要内容第一章绪论1.1机电一体化的含义及主要内容机电一体化是以大规模集成电路（LSI）和微型电子计算机为代表的微电子技术向机械工业渗透过程中逐渐形成的一个新概念，是各种相关技术有机结合的一种新形式。它打破了传统的机械工程、电子工程、信息工程、控制工程等学科的划分，形成了一种融机械技术、微电子技术、控制技术、信息技术等多种技术为一体的新兴交叉学科。机电一体化的含义最早起源于日本，首次由日本《机械设计》杂志副刊于1971年提出Mechatronics（机械电子学，机电一体化），词首取自Mechanics（机械学），词尾取自Electronics（电子学）

东京大学名誉教授渡边茂——

机电一体化是机械工程中采用微电子技术的体现1984年日本《机械设计》副刊—

机电一体化就是利用微电子技术，最大限度地发挥机械能力的一种技术富士通法纳克公司技术管理部长小岛利夫——

机电一体化是将机械学与电子学有机结合而提供的更为优越的一种技术1981年日本振兴协会经济研究所——

机电一体化乃是机械的主功能、动力功能、信息功能和控制功能上引进微电子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机结合而构成系统的总称。1984年美国机械工程师协会（ASME）专家组提交给美国国家科学基金会的报告中提出了关于“现代机械系统”的定义——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（或）机电部件相互联系的系统。从技术层面——机电一体化是按系统工程的观点，将机械技术、微电子技术、信息技术、控制技术等相关技术进行有机地综合，以实现机电系统整体最优化的技术和方法。“有机地综合”——表明机电一体化并非将相关的多学科技术简单地拼凑在一起，而是体现了相互交叉、渗透复合的设计思想“整体最优化”——凸显了机电一体化的基本目标，即机电一体化系统应从整体上（包括功能、效率、能耗、精度、可靠性、适应性等方面）达到综合最优化。机电一体化包括——

①机电一体化技术：包括机电一体化技术原理和使机电一体化产品（或系统）得以实现、使用和发展的技术②机电一体化产品：机械系统和微电子系统有机结合，从而具有更强的功能和更新的性能的新产品机电一体化产品分为——1）机械电子化产品：在机械产品的基础上采用微电子技术，使产品在质量、性能、功能、效率、节能等方面有所提高，甚至使产品结构发生质的变化，具有新的功能，机电一体化产品的初级形式。

①机械本身的主要功能被电子取代，如自动照相机。

②机械式信息处理机构被电子元件取代，如电子钟表。③机械式控制机构被电子式机构取代，如自动缝纫机。④采用微电子技术而使控制功能增强，如银行自动柜员机（ATM）和数控机床。机电一体化产品分为——

2）机电有机结合产品：机械技术与电子技术相融合的产品，开辟了单靠机械技术或单靠电子技术都无法达到的新领域，属于机电一体化产品的高级形式。如工业机器人和自动售货机等。1.2机电一体化系统的基本组成机电一体化系统包括机械本体、动力部分、检测装置、控制器和执行元件等五大组成部分。各部分之间通过接口实现物质、能量和信息的传递和交换，从而有机融合成一个完整的系统。动力部分控制器执行元件检测装置机械本体能量流信息流物质流1.2机电一体化系统的基本组成机械本体：机电一体化系统的基本支持体，包括机械传动装置和机械结构装置（包括机身、机架、连接紧固件等）。

功能：使构造系统的各子系统、零部件按照一定的时间和空间关系安置在一定的位置上，并保持特定的关系。动力部分：包括电源、液源和气源

功能：按照机电一体化系统的功能要求为系统提供能量和动力，从而保证系统的正常运行。机电一体化的显著特征之一是用尽可能小的动力输入获得尽可能大的动力输出。

1.2机电一体化系统的基本组成检测装置：实现机电一体化系统自动控制的关键环节，包括各类传感器、变速器、仪器仪表等功能：检测在运行过程中系统本身和外界环境的各种参数和状态的变化，将其转变为可识别信号，并传送给控制器，经过信息处理后生成相应的控制信息。机电一体化系统对检测装置的要求是检测精度高、抗干扰能力强、体积小、便于安装和维护、价格低廉。

1.2机电一体化系统的基本组成控制器：机电一体化系统的核心部分，通常由电子电路（逻辑电路、A/D与D/A转换、I/O接口）、计算机（单片机、PLC或数控装置）组成功能：将来自各传感器的检测信息和外部输入命令进行处理，按照一定的程序发出相应的控制信号，通过输出接口送往执行元件，从而控制整个系统有目的地运行，并达到预期的控制目标。机电一体化系统要求控制器具有较快的信息处理速度、较强的抗干扰能力、较好的可靠性、完善的自诊断功能，实现信息处理智能化。

1.2机电一体化系统的基本组成执行元件：电气式（如电动机、电磁铁）、液压式（液压缸、液压马达）、气动式（气缸、气动马达）功能：将输入的各种形式的能量（电能、液压能、气压能）转换成机械能，以驱动机械本体的运动，完成驱动或操作功能。机电一体化系统要求执行元件效率高、响应速度快、维修方便、对外部环境中水、油、温度、尘埃等都能很好地适应，尽可能实现产品的组件化、标准化和系列化。

应用领域典型产品工业生产工业机器人，计算机数控机床（CNC），虚拟轴机床，电火花线切割机床，加工中心（MC），柔性制造系统（FMS），数字化工厂（DF），计算机集成制造系统（CIMS），光电跟踪切割机，模块化生产加工系统（MPS）交通运输汽车（无级变速装置、防抱死制动系统（ABS）、电子点火装置、安全气囊），自动驾驶汽车，自动引导车（AGV）贮存销售仓储机器人，自动化立体仓库，自动售货机，自动售票机）1.3机电一体化的典型

应用领域社会服务服务机器人（送货机器人、餐厅机器人，办公自动化（OA）设备（复印机、打印机、传真机、扫描仪），医疗器械（CT机、X射线机、核磁共振成像、微创手术器），金融服务（ATM机），文教、体育、娱乐用机电一体化产品(教育机器人、答题卡自动阅卷机、娱乐机器人、足球机器人、电子玩具、虚拟现实体验中心、4D影院、智能跑步机)家庭日用微波炉，全自动洗衣机，数码相机，变频空调，全自动洗碗机，扫地机器人，擦窗机器人科学研究三坐标测量仪，扫描隧道显微镜，3D打印机，三维激光扫描仪民用飞机，自动旋转门，音乐喷泉，立体车库国防军事雷达跟踪系统、电磁炮航空航天各种航天器（空间探测器、宇宙飞船、航天飞机）上海通用汽车凯迪拉克工厂里的工业机器人特大型立式车铣中心上海洋山港自动化码头的AGV百度Apollo自动驾驶出租车Robotaxi1.4机电一体化技术的发展趋势1.智能化机电一体化的一个重要发展方向。机电一体化的智能化就是将人工智能、神经网络、模糊控制等现代控制理论和技术应用到机电一体化系统（或产品）中，使其具有一定的智能，以期达到更高的控制目标。重要应用——机器人和数控机床的智能化智能机器人通过视觉、触觉和听觉等各类传感器检测工作状态，根据实际变化过程反馈信息并做出相应的判断和决定。数控机床的智能化体现在利用多种传感器对切削前后和加工过程中的各种参数进行监测，并通过计算机系统作出判断，自动对异常现象进行调整与补偿。

2.轻量化和微型化对于机电一体化产品而言，除了机械主体部分，其他部分均涉及电子技术，电子设备正朝着小型化、轻量化、多功能、高可靠方向发展，因此机电一体化中具有智能、动力、运动、感知特征的组成部分也逐渐向轻量化、小型化方向发展。

3.标准化和模块化标准化和模块化极大地促进了机电一体化新产品的开发，是机电一体化发展的重要趋势。机电一体化产品中普遍使用的产品单元（如驱动单元、运动控制单元等）可以进行模块化设计和生产。在新产品研发过程中，用户选择标准模块，不但可以降低产品的开发成本，提高产品的可靠性，而且还可以使产品的研制周期大为缩短。

4.系统化系统化一方面表现为机电一体化系统的体系结构进一步采用开放式和模式化的总线结构，系统可灵活组态，任意组合；另一方面表现为通信功能大大加强。典型应用——DNC（Distributed

Numerical

Control，分布式数控）

5.绿色化绿色化主要是指产品使用时不污染生态环境，报废后能回收利用。绿色产品是指在其设计、制造、使用和销毁的生命过程中，要符合特定的环境保护和人类健康的要求，力求对生态环境无害或危害极小，而资源利用率最高。

6.人格化包括两层含义：①机电一体化产品的最终使用对象是人，如何赋予机电一体化产品以人类的智能、情感和人性显得越来越重要，特别是家用机器人，其发展的最高境界就是人机一体化；②模仿自然界中的生物机理研制各种机电一体化产品。事实上，许多机电一体化产品都是受到动物的启发研制出来的。如：苍蝇复眼——“蝇眼”航空照相机、蝙蝠——雷达、人——仿生搓洗洗衣机、蜻蜓——直升飞机第三节支承部件第二节传动机构第一节机械系统数学模型的建立第二章机械技术2.1机械系统数学模型的建立2.1.1机械系统中的基本物理量及其等效换算1．质量和转动惯量的等效换算等效换算原则：换算前后动能不变

2.1.1机械系统中的基本物理量及其等效换算2．刚度系数的等效换算等效换算原则：换算前后势能不变。3．阻尼系数的等效换算等效换算原则：换算前后粘性阻尼力做功相等。

建模步骤（1）将各物理量向电机轴换算，计算等效转动惯量、等效粘性阻尼系数及等效扭转刚度；（2）建立动力学方程；（3）计算G(S)。2.1.2机械系统建模常用机械传动部件包括—线性传动部件齿轮传动（谐波齿轮）螺旋传动（滑动丝杠，滚动丝杠）带传动（同步带）蜗轮蜗杆非线性传动部件连杆机构凸轮机构2.2传动机构2.2.1传动机构的功能及要求传统的传动机构：转矩、转速变换器—将执行元件产生的运动和动力传递给负载，使执行元件与负载之间在转矩和转速方面得到最佳匹配（将执行元件输出的高转速、低转矩变换成负载所需要的低转速、高转矩）。机电一体化系统中的机械传动部件—除转矩、转速变换器外，成为伺服系统的组成部分，并对伺服系统的伺服特性有很大影响，特别是其传动类型、传动方式、传动精度、动态特性及传动可靠性（均为机械传动技术性能的决定因素）对机电一体化系统的精度、稳定性和快速响应性有着重大的影响。2.2.1传动机构的功能及要求机电一体化对机械系统的要求—①低间隙影响—使传动机构在反向运动时产生空程，影响系统的稳定性和精度

措施—采取消隙机构，以缩小甚至消除反向死区误②低摩擦影响—摩擦会引起低速爬行，降低工作精度、缩短使用寿命

措施—采用低摩擦阻力的传动机构，如滚珠丝杠副、滚动导轨、塑料导轨、静压导轨、动压导轨、静压轴承、动压轴承③低惯量

影响—惯量影响精度、稳定性、动态响应

措施—合理选择传动机构的传动比，以减小等效到执行元件输出轴上的等效转动惯量2.2.1传动机构的功能及要求机电一体化对机械系统的要求—④高刚度⑤高谐振频率影响—较低的刚度和谐振频率易使系统产生谐振，影响稳定性措施—

★利用预紧的方法提高滚珠丝杠副的传动刚度；

★采用直接驱动技术，通过大扭矩、宽调速的直流或交流伺服电动机直接驱动执行机构，以减少中间传动机构，缩短传动链长度；

★丝杠支承方式采用两端轴向固定或预拉伸支承结构。2.2.1传动机构的功能及要求⑥适当的阻尼比影响—阻尼比不当，系统易产生振动，影响稳定性、灵敏度

措施—大小要适当。一般取0.4≤ζ≤0.8。1．齿轮传动比的最佳匹配选择（1）负载峰值转矩最小方案折算到电机轴上的负载峰值转矩为。令，可得等效负载峰值转矩最小的最佳传动比。（2）负载均方根转矩最小方案折算到电机轴上的负载均方根转矩为。令，可得等效负载均方根转矩最小的最佳传动比

。（3）转矩储备最大方案电机输出的额定转矩和等效负载峰值转矩之差为电动机的转矩储备，即。令，可得转矩储备最大的最佳传动比。

2.2.2齿轮传动的传动比及传动级数确定2.2.2齿轮传动的传动比及传动级数确定（4）负载角加速度最大方案iJLJmTmTcθLθmTfiJLJmTmTcθLθmTf按动力学第二定律，电机轴上的加速度转矩为:整理得令，即可得到负载角加速度最大时的传动比i为：令，则或【结论】使齿轮系“负载加速度最大”的传动比的最佳值是换算到电机轴上的负载转动惯量恰好等于电机转子的转动惯量。。【说明】a.利用上述几种方案选择的最佳总传动比均是针对某一方面而言，故其结果不同。b.在实际工程中，为提高抗干扰力矩的能力，常选用较大的传动比。c.在具体选择时，除考虑伺服电机与负载的最佳匹配外，还要考虑总传动比对系统的稳定性、精确度、快速性的影响。对于步进电机驱动系统，步进电机步距角，系统脉冲当量(一个脉冲所产生的工作台直线位移量)，丝杠基本导程，则iJLJmTmTcθLθmTf2.传动级数及各级传动比的最佳分配原则总传动比较大时：采用单级传动—系统简化，但大齿轮的尺寸增大使得整个传动系统的轮廓尺寸变大，并使小齿轮磨损加剧。采用多级传动—结构紧凑，需确定传动级数，并合理分配各级传动比。（1）等效转动惯量最小原则说明

对于伺服传动系统，要求起动、停止、逆转快。当转矩一定时，转动惯量越小、角加速度越大，则运转越灵敏、响应越快。由于大功率传动装置和小功率传动装置所传递的转矩在数量级上不同，因此方法也有所不同，应分别考虑。1）小功率传动装置假设传动效率为100%；各主动齿轮1、3的转动惯量相同；各齿轮均为同宽度同材料的实心圆柱体；轴和轴承的转动惯量不计。i24123i1齿轮传动系统等效到电机轴上的转动惯量为：

令

或得当时，

或对于n级齿轮传动系统，有

（k=2，3，4….n）令，则【结论】a)按等效转动惯量最小原则确定级数和分配各级传动比时，无论传递功率大小，由高速级到低速级，各级传动比的分配次序是“先小后大”。b)级数越多，总等效惯量越小，但级数增加到一定数值后，总等效惯量的减小并不显著，但从结构紧凑性、复杂性、传动精度（齿隙影响）和经济性等方面考虑，级数太多并不合理。因此，设计时应统一考虑。c)越接近高速级的轴，其转动惯量对总等效惯量的影响越大，尤其是电机轴及其后一级轴的惯量。

（2）重量最轻原则

1）小功率传动装置假设主动小齿轮模数、齿数相同，齿宽相等；轴和轴承重量予以忽略；齿轮为实心圆柱体，则齿轮系的重量之和W为1234i1i2【结论】1.对于小功率传动装置，使各级传动比彼此相等，可使传动装置重量最轻。

2.这一结论是在假设各主动小齿轮模数、齿数均相等的条件下导出的。若大齿轮模数、齿数彼此相等，则各级传动副中心距也相等。这种曲回式齿轮传动链可以做到结构紧凑。2）

大功率传动装置

【结论】对于大功率传动装置，按“重量最轻”原则，从高速级到低速级各级传动比一般按“先大后小”原则处理。（3）输出轴转角误差最小原则假设各齿轮转角误差大致相同，均为，总传动化i=300。①各级传动比取成递减，如i1=8、i2=5、i3=3、i4=2.5，则总转角误差为：

②各级传动比取成递增，如i1=2.5、i2=3、i3=5、i4=8，则总转角误差为:③各级传动比取成递增，提高末级传动化，如i1=2、i2=3、i3=4、i4=12.5，则总转角误差为：【结论】

①按“先小后大”次序分配各级传动比，可使总转角误差较小，提高传动装置的运动精度。②最末一级齿轮的转角误差和传动比对总转角误差影响较大——应加大末级传动比，应尽量提高其加工、制造、安装精度。③传动级数越少，则总转角误差越小——为减少总转角误差，传动级数应尽量取小一些。【分配原则的选用要点】要求体积小、重量轻的齿轮传动系统（如航空器）—“重量最轻”原则；要求运转平稳、起停频繁和动态性能好的伺服系统的齿轮传动系统（如数控机床）—“等效转动惯量最小”和“输出轴转角误差最小”原则；以提高传动精度和减小回程误差为主的齿轮传动系统—“输出轴转角误差最小”原则。2.2.3谐波齿轮传动发展与应用谐波传动是50年代中期随空间技术发展而迅速发展起来的新型机械传动，其传动原理由美国学者C.W.Musser于1959年提出。谐波传动已成功应用于空间技术、能源、通讯、机床、仪器仪表、机器人、汽车、造船、纺织、冶金、印刷机械、医疗机械等。谐波齿轮传动与小齿差行星齿轮传动十分相似。1.谐波齿轮传动的基本构件谐波齿轮传动由波形发生器、刚轮、柔轮组成。三个构件中任一个皆可为主动，其余两个，一个从动，一个固定。双滚轮和柔性轴承凸轮波形发生器双波发生器（刚轮和柔轮齿数相差2）和三波发生器（齿数差为3），其中双波传动最常用。双滚轮式波形发生器波形发生器分类柔轮的外齿与刚轮的内齿齿形为三角形或渐形线，周节相同，但齿数不同，刚轮齿数比柔轮齿数多2～3个齿。刚轮的刚度较大，不易发生变形。柔轮的刚度小，未装配前为薄圆筒形。若刚轮固定，将波形发生器装入柔轮。由于波形发生器的长径比柔轮内径略大，故二者装配在一起时，柔轮被迫产生弹性变形而由原来的圆筒形变为椭圆形。因此，柔轮长轴两端的轮齿与刚轮的轮齿完全啮合；柔轮短轴两端的轮齿与刚轮的轮齿完全脱开；柔轮长轴与短轴之间的齿则逐步啮入和啮出。谐波齿轮传动的工作原理当波形发生器连续转动时，柔轮的长短轴发生变化，从而产生径向变形。柔轮上任何一点的径向变形量在柔轮圆周的展开图上是一谐波，故这种传动称为谐波传动。谐波齿轮传动正是依靠柔轮的这种可控弹性变形波引起刚轮和柔轮之间产生相对位移，从而传递动力和运动。谐波齿轮传动的工作原理【结论】a)谐波齿轮传动是在波形发生器的作用下，迫使柔轮轮齿与刚轮轮齿互相不断产生啮入、啮合、啮出、脱开的错齿运动，从而达到传递动力和运动的目的。b)当刚轮固定时，柔轮（输出）的回转方向和波形发生器（输入）相反。c)当柔轮固定时，刚轮（输出）的回转方向和波形发生器（输入）相同。

①传动比大单级传动：50~500；多级和复式传动：可达30000以上②可用于减速及增速减速：波形发生器为输入；增速：波形发生器为输出③承载能力大同时啮合的齿数多（30~40%），齿与齿之间面接触④传动精度高啮合齿数较多，误差得到均化；齿侧间隙可调整到最小，甚至无侧隙啮合。3.谐波齿轮传动的特点⑤传动平稳，噪声低齿的啮入和啮出按正弦规律变化，且啮入和啮出时，齿轮的两侧都参加工作，无突变载荷和冲击。⑥传动效率高单级传动的效率为69%~96%。⑦结构简单，零件少，体积小，重量轻在传动比和承载能力相同的条件下，可比一般齿轮传动的零件少一半，体积、重量可减少1/2~1/3。⑧成本高柔轮材料性能要求高，而且柔轮和波形发生器制造工艺复杂4.谐波齿轮的传动比计算输入输出固定传动比输出与输入的关系转动方向转动速度波形发生器刚轮柔轮相同减速波形发生器柔轮刚轮相反减速柔轮波形发生器刚轮相反增速刚轮波形发生器柔轮相同增速5.谐波齿轮减速器SJ2604-85“单级谐波齿轮减速器”标准规定了10个机型、43个品种以柔轮内径表示机型号：25~50为小机型，柔轮和输出轴做成一体60~200为大机型，柔轮和输出轴组装为一体小机型大机型型号示例：

XBD100-125-250-IIXBD：产品代号，表示卧式双轴伸型谐波减速器100：柔轮内径为100mm125：传动比为125（每种机型有35种传动比）250：输出转矩为250N·mII：精度等级II级

同步带传动是一种效率最高的新型传动方式，兼有齿轮传动、链传动、带传动三者之长。带的工作表面制有等间距的齿形，与外周有相应齿形的带轮啮合，用来传递运动和动力，可在许多领域里替代传统的链传动、齿轮传动和带传动。已广泛应用于机械制造、汽车、飞机、纺织、轻工、化工、冶金、矿山、军工、仪表、食品、机床、农业机械、商业机械和办公机械传动中。2.2.4同步带传动1.同步带的分类同步带梯形齿同步带弧形齿同步带单面带双面带对称齿双面同步带交错齿双面同步带圆弧齿带平顶圆弧齿带凹顶抛物线齿带（1）按齿形分类RPP同步带梯形齿同步带圆弧齿同步带梯形齿双面同步带圆弧齿双面同步带交错双面齿同步带同步带节距制同步带（主要参数：带齿节距）模数制同步带（主要参数：模数）（2）按规格制度分类MXL（最轻型）XXL（超轻型）XL（特轻型）L（轻型）H（重型）XH（特重型）XXH（超重型）型号MXLXXLXLLHXHXXH节距/mm2.0323.1755.0809.52512.70022.22531.750同步带结构1—带背；2—承载绳；3—带齿；

4—包布层2.同步带的结构

与一般带传动相比，具有以下特点：①准确同步不打滑，可获得精确的传动比；②传动比范围大（一般可达10）；③允许的线速度高（可达50m/s）；④带轮直径较V型带传动小得多，无需大的张紧力，轴和轴承上所受载荷小，使带轮轴和轴承的尺寸都可减小，故结构较为紧凑；⑤传动效率高（可达98%）；⑥传动平稳，具有缓冲、减振能力，噪音小；⑦无需润滑，没有污染；⑧中心距要求严格，安装精度要求高；⑨带和带轮制造工艺复杂，制造成本高。3.同步带的特点螺旋传动机构（丝杠螺母副传动机构），用于运动形式的变换：将旋转运动转变为直线运动或将直线运动转变为旋转运动。分为滚动螺旋传动机构和滑动螺旋传动机构，后者结构简单，成本低，具有自锁功能，但是摩擦阻力大，传动效率低。2.2.5滚动螺旋传动1.滚珠丝杠副的组成及特点组成—丝杠、螺母、滚珠及回珠引导装置（反向器）丝杠和螺母上均制有半圆弧形沟状螺旋滚道，它们套装在一起便形成滚珠的螺旋滚道。工作时，螺母与需作直线运动的零部件相连。丝杠转动，滚珠沿螺旋滚道滚动，并带动螺母直线运动。滚动数圈后，滚珠从滚道的一端滚出，并沿回珠引导装置返回另一端，重新进入滚道，从而构成闭合循环回路。特点(1)传动效率高：85%～98%(滑动丝杠副的3~4倍(2)运动平稳：摩擦阻力小；低速无爬行(3)轴向刚度高：经预紧可消除轴向间隙(4)高耐用性：使用寿命为滑动丝杠的4～10倍(5)同步性好：用几套相同的滚珠丝杠副同时传动几个相同的运动部件，可得到较好的同步运动。(6)传动具有可逆性：既可以将回转运动变为直线运动，又可将直线运动变为回转运动(7)不能自锁：垂直传动时须设自锁或制动装置(超越离合器)(8)成本高：价格以mm计2.滚珠丝杠副的主要尺寸参数d0—公称直径l0—基本导程d—丝杠螺纹大径d1—丝杠螺纹小径D—螺母螺纹大径D1—螺母螺纹小径D1d1Dd0d

滚珠丝杠

螺母

滚珠2.滚珠丝杠副的主要尺寸参数公称直径d0—滚珠与螺纹滚道在理论接触角状态时包络滚珠球心的圆柱直径。滚珠丝杠副的特征尺寸，应在标注中标出基本导程l0—丝杠相对于螺母旋转2π弧度时，螺母上基准点的轴向位移。根据系统的精度要求确定。D1d1Dd0d

滚珠丝杠

螺母

滚珠丝杠螺纹外径（大径）d丝杠螺纹底径（小径）d1螺母螺纹底径（大径）D螺母螺纹内径（小径）D1丝杠螺纹全长lsD1d1Dd0d

滚珠丝杠

螺母

滚珠3.滚珠丝杠副的结构型式（1）螺纹滚道法向截面形状单圆弧型双圆弧型（2）滚珠的循环方式内循环：在循环过程中滚珠始终与丝杠表面接触；螺母径向尺寸小，反向器加工、装配、调整困难

★浮动反向器式（F）★固定反向器式（G）外循环：：滚珠在循环返回时，离开丝杠表面而在螺母体内或体外作循环运动

★螺旋槽式（L）★埋入插管式（CM）★凸出插管式（CT）★端盖式（D）插管循环插管循环4.滚珠丝杠副支承方式的选择①单推―单推式②双推―双推式③双推―简支式④双推―自由式①单推—单推特点：a.丝杠两端均为单向止推轴承+向心轴承；b.可进行预拉伸安装,轴向刚度较高；c.预拉伸安装时,预加载荷较大，轴承寿命低于双推—双推方案；d.适用于中速场合。②双推—双推（两端固定）特点：a.丝杠两端为双向止推轴承+向心轴承；b.轴向刚度最高；c.预拉伸安装时，预加载荷小、轴承寿命高；d.适用于高刚度、高速度、高精度的传动；e.结构复杂、工艺困难、成本最高。预拉伸及调整较单推-单推方式案复杂。③双推—简支(一端固定、一端游动）特点：a.丝杠一端为双向止推轴承，一端为1或2个向心球轴承；b.轴向刚度不高；c.双推端预拉伸安装时预加载荷较小，轴承寿命较高；d.适用于中速、精度较高的长丝杠传动系统。④双推—自由（一端固定、一端自由）特点：a.丝杠一端为双向止推轴承、另一端悬空呈自由状态；b.轴向刚度、临界转速、压杆稳定性和承载能力低；c.适于中小载荷、低速场合，尤其适合短丝杠或垂直安装的丝杠。2.2.6传动机构的间隙调整1.齿轮机构的间隙调整（1）圆柱齿轮传动①偏心套调整法

②轴向垫片调整法③双片薄齿轮错齿调整法（2）斜齿轮传动①垫片调整法

②轴向压簧调整法（3）齿轮齿条传动①双片薄齿轮错齿调整法②双传动链消隙法偏心套调整法：电动机1通过偏心轴套2装在减速箱3上。齿轮4安装在电动机输出轴上。转动偏心轴套，可以调节两啮合齿轮的中心距，从而消除齿轮的齿侧间隙。特点：结构简单，但齿侧隙调整后不能自动补偿。

1—电动机；2—偏心套；3—减速箱；4、5—齿轮（1）圆柱齿轮传动间隙调整轴向垫片调整法：齿轮1、2的节圆直径制成沿齿宽方向有较小锥度。利用垫片可以使齿轮1相对于齿轮2作轴向移动，从而消除两齿轮的齿侧间隙。特点：结构简单，但装配时需要反复调试，齿侧隙调整后不能自动补偿。

双片薄齿轮错齿调整法：在一对啮合的直齿圆柱齿轮中，一个为宽齿轮，另一个为两个套装在一起的薄片齿轮（齿数相同，可相对转动）。装配后，薄片齿轮在弹簧的作用下相对转动并错齿，齿轮1的左齿面和齿轮2的右齿面分别与宽齿轮的左、右齿面接触，实现消隙。特点：齿侧间隙能够自动补偿，但结构较复杂

周向弹簧式：由于周向圆槽及弹簧的尺寸不能太大，故仅用于读数装置或传动力矩很小的机械装置，而不适用于驱动装置。可调拉簧式：在简易数控机床进给传动中步进电机和长丝杠之间的齿轮传动常采用这种方式。薄片齿轮周向拉簧错齿调整可调拉簧式垫片调整法：结构比较简单，但调整起来比较费时，齿侧隙不能自动补偿

（2）斜齿轮传动间隙调整轴向压簧调整法：齿侧隙可以自动补偿，但轴向尺寸较大，结构不紧凑

双片薄齿轮错齿调整法（3）齿轮齿条传动间隙调整双传动链消隙法2.滚珠丝杠副的间隙调整①双螺母螺纹预紧②双螺母齿差预紧③双螺母垫片预紧④双螺母弹簧预紧⑤单螺母变位导程预紧⑥单螺母滚珠过盈预紧①双螺母螺纹预紧：松开锁紧螺母5，并旋转调整圆螺母4，使丝杠副右螺母6沿轴向向右移动，产生拉伸预紧，达到消隙预紧目的。特点：结构简单、调整方便，但预紧量不易掌握，无法精确定量地调整。②双螺母齿差预紧：左右螺母3外齿轮相差一个或多个齿。先取下内齿轮2，两个螺母相对螺母座同（反）方向转动一定齿数后，内齿轮复位固定。两个螺母间产生相对轴向位移，从而消除间隙并预紧。

当两个螺母按同方向转过一个齿时，其相对轴向位移为特点：可实现定量调整即精密微调（0.002mm），调整方便，但结构复杂，加工工艺和装配性能较差，宜用于高精度的传动和定位机构中。

（其中，Z2=Z1+1）③双螺母垫片预紧：用螺栓连接两螺母的凸缘，凸缘间加垫片。通过调整或修磨垫片厚度，使两螺母产生相对轴向移动，以消隙预紧。特点：结构简单，装卸方便，刚度高，工作可靠，应用最广泛。使用过程中不能随时预紧，只能装配时进行调整，且不很准确，适用于一般精度

的机构中。特点：在使用过程中自动消除间隙，结构复杂，轴向刚度低，适用轻载场合。④双螺母弹簧预紧特点：在使用中不能调整，且制造困难。⑤单螺母变位导程预紧特点:

结构最简单，但预紧力不可太大，且预紧力不能调整。⑥单螺母滚珠过盈预紧2.3支承部件1、滚动轴承（1）新型标准滚动轴承1）空心圆锥滚子轴承(Gamet)轴承特点：热变形小，抗振性好。2.3.1回转运动支承部件2）陶瓷滚动轴承结构与一般的滚动轴承相同目前常用的陶瓷材料为Si3N4特点：热变形小、硬度高、耐磨、耐高温、耐腐蚀，主要用于中、高速主轴的支承。（2）非标准滚动轴承1）微型滚动轴承2）密珠轴承新型滚动摩擦支承，由内外圈和密集于二者之间并具有过盈配合的滚珠组成。滚珠在尼龙保持架中以近似于多头螺旋线的形式排列。特点:主轴回转精度高；刚度好；磨损小；寿命长。密珠轴承在数字式光栅分度头主轴部件中的应用优点：阻尼性能好、支承精度高、抗振性好、运动平稳分类：按介质的不同—分为液体滑动轴承、气体滑动轴承按油（气）膜压强的形成方法—分为静压轴承、动压轴承、动静压轴承。2.滑动轴承（1）静压轴承

利用外部供油（气）装置将具有一定压力的液（气）体通过油（气）孔送入轴套油（气）腔，将轴浮起而形成压力油（气）膜，以承受载荷。优点：①刚度大，摩擦阻力小，精度高，抗振性好。②承载能力与滑动表面的线速度无关，故广泛用于中低速、重载、高精度的机械设备，当用于极低速场合时能克服低速爬行现象。分类：①按介质分液体静压轴承气体静压轴承②按承受载荷方向分向心轴承推力轴承向心推力轴承1）液体静压轴承①液体静压系统组成②液体静压轴承的工作原理节流器作用①调节支承中各油腔压力，使轴受载而偏离中心时能自动地部分恢复。②使油膜具有一定的刚度，以适应载荷的变化。2）气体静压轴承：一般使用空气为润滑剂特点：a.气体粘度极低，内摩擦很小，故摩擦损失小，不易发热，因此较适合于极高转速和高精度场合。b.以空气为润滑剂，不污染环境，且润滑剂循环系统简单。c.承载能力低。d.所用气体必须严格过滤。（2）动压轴承工作原理—在轴旋转时，油（气）被带入轴与轴承间所形成的楔形间隙中。由于间隙逐渐变窄，使压强升高，形成油（气）楔，将轴浮起，以承受载荷。特点—承载能力与滑动表面的线速度成正比，故适用于速度很高、且速度变化不大场合。（3）动静压轴承工作特性分为：★静压起动、动压工作★动静压混合（机电一体化系统中多用）特点：综合了动压轴承和静压轴承的优点，工作性能良好（如动静压轴承用于磨床，磨削外圆时表面粗糙度可达Ra0.012，磨削平面时达Ra0.025）。3.磁悬浮轴承（激励磁力轴承、磁轴承）①工作原理利用磁场力将轴无机械摩擦、无润滑地悬浮在空间。②特点无机械接触部分，无磨损，无需润滑和密封，因而转速高（最高可达60000r/min），功耗小，使用寿命长，可靠性高。③应用真空超净室，机床，透平机械和离心机等。

2.3.2直线运动支承部件组成：承导件(支承导轨)运动件(运动导轨)承导件用来支承和约束运动件，使之按功能要求作正确的运动。

1.导轨副的种类（1）按接触面的摩擦性质可分为

★滑动摩擦导轨金属—金属导轨

塑料导轨

★滚动摩擦导轨

★流体摩擦导轨

静压导轨动压导轨静动压导轨（2）按结构特点可分为

①开式导轨：必须借助于运动件的自重或外载荷，才能保证在一定的空间位置和受力状态下，运动件和承导件的工作面保持可靠接触，从而保证运动件的规定运动。

②闭式导轨：借助于导轨副本身的封闭式结构，保证在变化的空间位置和受力状态下，运动件和承导件的工作面都能保持可靠的接触，从而保证运动件的规定运动。开式圆柱面导轨闭式圆柱面导轨闭式燕尾导轨闭式直角导轨开式V形导轨开式滚珠导轨闭式滚珠导轨开式滚柱导轨（3）按导轨副的基本截面形状可分为三角形导轨、矩形导轨、燕尾形导轨、圆形导轨三角形导轨特点①摩擦阻力大；②导向精度高；在垂直载荷的作用下，磨损量能自动补偿，不会产生间隙。③顶角由载荷大小及导向要求而定,顶角越小，导向精度越高，但摩擦力增大，因此小顶角用于轻载精密机械，大顶角用于大型机械。④工艺性差，检修困难。矩形导轨特点①承载能力大；②精度保持性好；③导向精度没有三角形导轨高；磨损量不能自动补偿。④在材料、载荷、宽度相同情况下，摩擦阻力小于三角形导轨；⑤结构简单，加工维修较方便。燕尾形导轨特点①磨损后不能自动补偿间隙；②可承受颠覆力矩；③在承受颠覆力矩的条件下高度较小；④加工维修较困难。圆形导轨特点①制造方便，工艺性好；②磨损后难于调整、补偿间隙；③可同时作直线和旋转运动；④多用于只承受轴向载荷的场合。（1）金属—金属导轨机电一体化产品中较少使用（静摩擦系数较大，动摩擦系数随速度而变化，且静摩擦系数和动摩擦系数的差值较大，容易出现低速爬行现象）

低速爬行：指在低速运行时，运动导轨不是作匀速运动而是时走时停或忽快忽慢的现象。

低速爬行的主要原因：①摩擦面的静摩擦系数大于动摩擦系数，低速范围内的动摩擦系数随运动速度的变化而变化；②传动系统刚性不足。2.滑动导轨低速爬行的影响：①限制机电一体化系统的运行精度；②降低低速运动平稳性。低速运动平稳性：低速运动（0.05mm/min）或微量位移（0.001mm/次）时不出现爬行现象。为防止爬行现象而采取的措施：①改善摩擦性能（如贴塑导轨）；②变滑动摩擦为滚动摩擦（如滚动导轨）；④在普通滑动导轨上使用含有防爬行的极性添加剂的导轨油。⑤提高传动系统刚度（缩短传动链、减少传动副数）。

（2）塑料导轨：在滑动导轨上镶装塑料而成

特点：耐磨性好；运动平稳性好，无低速爬行现象；定位精度较高；抗振性能好；工艺简单，成本低；使用维护方便。用作导轨的塑料有：以聚四氟乙烯为基体的塑料、环氧树脂涂料。聚四氟乙烯(PTFE):现有材料中干摩擦系数最小的一种，但纯PTFE的机械强度低，刚性差，耐磨性差，需加入填加剂（增加耐磨性）。常用塑料导轨材料：

贴塑导轨软带金属塑料复合导轨板塑料涂层1）贴塑导轨软带：以聚四氟乙烯为基体，添加合金粉和氧化物等所构成的高分子复合材料，并制成软带状。美国Shamban公司在60年代最先开发制造，型号为Turcite-B；广州机床研究所于1982年成功研制TSF贴塑导轨软带。将贴塑导轨软带粘贴在金属导轨上所形成的导轨称为贴塑导轨。粘贴形式：平面式（多用于机械设备的导轨维修）埋头式（多用于新设备）2）金属塑料复合导轨内层为钢板，保证导轨板的机械强度和承载能力。在钢板上镀烧结成球状的青铜颗粒，形成多孔的中间层，再在中间层上真空浸渍聚四氟乙烯等塑料填料。当青铜与配合面摩擦而发热时，热膨胀系数远大于金属的塑料从颗粒的孔隙中挤出，向摩擦表面转移，形成厚约0.01～0.05mm的自润滑塑料层（即外层）。特点：适用于润滑不良或无法润滑的导轨面上；重复定位精度高；微量进给时无爬行。复合导轨板的安装：粘贴在动导轨上或同时用螺钉紧固。3）塑料涂层常用塑料涂层材料：环氧涂料和含氟涂料摩擦副的两配对面中，若只有一摩擦面磨损严重，则可把磨损部分切除，涂敷塑料涂层，利用模具或另一摩擦面使其成形，固化后的塑料涂层即成为摩擦副中配对面之一，与另一金属配对面组成新的摩擦副。应用机械设备中摩擦副的修理设备改造：改善导轨的低速稳定性新产品设计3、滚动导轨

在两导轨面之间放入滚珠、滚柱、滚针等滚动体，形成滚动摩擦。特点①摩擦系数小（0.003~0.005)，运动灵活；②不易产生爬行；③可以预紧，刚度高；④定位精度高，微量移动准确；⑤寿命长；⑥润滑方便；⑦由专业厂生产，外购选用

滚珠导轨滚柱导轨滚针导轨4、静压导轨在两个相对运动的导轨面之间，通入具有一定压力的液压油或气体，并且在工作过程中，使其油腔或气腔的压力随外载荷的变化而改变，从而使导轨面之间始终处于流体摩擦状态下运行。分类（1）按承受力的方向闭式静压导轨开式静压导轨（2）按工作介质液体静压导轨气体静压导轨液体静压导轨工作原理第五节伺服系统中的检测元件第四节伺服系统中的执行元件第三节机械结构因素对伺服系统性能的影响第二节伺服系统的动态性能指标第一节伺服系统概述第三章伺服传动技术第六节电气伺服系统第七节电液伺服系统3.1伺服系统概述伺服系统:以位移、速度（加速度）或力（力矩）等机械参量为被控量，在控制命令的指挥下，控制执行元件工作，使机械运动部件按照控制命令的要求进行运动，具有良好的动态性能，从而使机械设备获得精确的位置、速度或力输出的自动控制系统。大多数伺服系统具有检测反馈环节，因而伺服系统也是一种反馈控制系统。其基本设计思想是系统实时检测在各种外部干扰作用下被控对象输出量的变化，与指令值进行比较，并利用二者的偏差值进行自动调节，以消除偏差，使被控对象输出量能够迅速、准确地响应输入指令值的变化。+输出量输入指令控制器功率放大器执行元件被控对象检测反馈元件比较元件3.1.1伺服系统的构成1.比较元件将输入的指令信号与系统的反馈信号进行比较，以获得控制系统动作的偏差信号。通常由专门的电子电路或计算机软件来实现。2.控制器对比较元件输出的偏差信号进行变换、处理，按照一定的控制算法生成相应的控制信号。通常由计算机或控制电路组成。3.功率放大器对控制信号进行放大，从而指挥执行元件按要求动作。主要采用各种电力电子器件构成。+输出量输入指令控制器功率放大器执行元件被控对象检测反馈元件比较元件3.1.1伺服系统的构成4.执行元件在控制信号的作用下，将输入的各种形式的能量转换成机械能，以驱动被控对象工作。机电一体化产品中多采用伺服电动机（包括交流伺服电动机、直流伺服电动机）和步进电动机为执行元件。5.被控对象伺服系统中被控制的机构或装置，完成系统目的之主体。包括机械负载和机械传动装置等。6.检测反馈元件对系统的被控制量进行实时测量，将其转换成比较元件所需要的量纲并反馈到比较元件。一般包括传感器及其转换放大电路等。3.1.2伺服系统的类型1.按控制方式的不同可分为★开环伺服系统★全闭环伺服系统★半闭环伺服系统2.按执行元件的不同可分为★电气伺服系统★液压伺服系统★气动伺服系统★电液伺服系统（1）开环伺服系统（无法测出和补偿系统误差；抗干扰能力差）1.按控制方式的不同分类如简易数控机械、机械手、小型工作台、线切割机和绘图仪等。取决于步进电机最高运行频率（2）全闭环伺服系统（工作台）设计、控制、调试难度大，制造成本高（3）半闭环伺服系统伺服传动系统执行元件系统特点电气伺服系统直流伺服系统交流伺服系统

步进伺服系统直流伺服电机交流伺服电机步进电机宜于微机控制，能实现定位伺服，过载性差，体积小，动力较大，无污染，应用广泛。液压伺服系统液压缸液压马达工作平稳，响应速度快，输出力矩大，特别是低速运行时的性能更具优势；设备复杂（包括泵、阀、过滤器、管路等），体积大，维修费用高，液压油易泄漏而造成环境污染。气动伺服系统气缸气动马达气源方便，无泄漏污染，功率小，成本低，设备复杂（同上），由于空气具有可压缩性，故定位精度不高（动作不够平稳），难于实现伺服。

电液伺服系统电液伺服马达电液步进电机数字式液压执行元件。电液相结合，信号处理部分（信号检测反馈，信号放大变换）采用电气元件，功率输出部分使用液压元件，充分发挥电气、液压两方面的优点；结构紧凑，响应速度快，输出转矩比电动机大，可直接驱动负载，过载能力强，定位精度高，适于重载的高加减速驱动。2.按执行元件的不同分类3.1.3伺服系统的基本要求稳定性当作用在系统上的扰动信号消失后系统能够恢复到原来的稳定状态下运行或当给系统输入一个新的指令信号后系统能够达到新的稳定运行状态的能力。精度系统输出复现输入指令的精确程度，以动态误差、稳态误差和静态误差来表现。快速响应性动态响应过程中系统输出能够快速跟随输入指令信号变化以及动态响应过程迅速结束的能力，衡量系统动态性能的重要指标。3.2机械结构因素对伺服系统性能的影响3.2.1阻尼的影响取0.4≤ζ≤0.8，可保证系统具有良好的稳定性和动态响应特性。3.2.2摩擦的影响1．引起动态滞后和系统误差2.引起低速爬行为改善伺服系统低速爬行现象，应尽量减小静摩擦和动、静摩擦之差值、适当增加系统的惯量J和粘性阻尼系数B，但增加J将降低系统的响应性能，增加B将增加系统的稳态误差。产生低速爬行的临界转速3.2.3结构弹性变形的影响1．结构谐振的影响

结构谐振（机械谐振）：由于机械传动装置（系统）的弹性变形而产生的振动。说明（1）如果系统要求不太高、且频带较窄，只要传动系统的刚度足够大，则结构谐振问题并不突出。（2）系统的精度和响应快速性的提高，必然导致系统频带宽度的提高，应注意谐振发生。（3）为避免伺服系统发生结构谐振，机械装置的固有频率必须远离伺服系统的带宽。（4）伺服系统性能的提高，特别是系统带宽的提高受到机械固有频率的限制。（5）对于精密机械设计，应尽可能提高固有频率。2．减小或消除结构谐振的措施（1）提高机械系统固有频率，使之处在伺服系统的通频带之外1）提高传动系统的刚度

a.采用弹性模量较高的材料；合理选择构件截面几何形状和尺寸。b.增加对机械系统固有频率有较大影响的薄弱环节的刚度（轴承和丝杠：预紧安装；末级输出轴：加大末级轴刚度，增大末级减速比）c.取消齿轮传动装置2）

减小负载的转动惯量将有利于提高伺服系统的快速性和固有频率，却将导致传动刚度降低。在不影响刚度条件下，尽量降低各部件的质量和惯量。（2）提高机械阻尼，抑制谐振1）采用粘性联轴器如在伺服电动机和减速器之间设置液体粘性联轴器，由于液体的粘性，可使系统的阻尼系数提高一个数量级。2）采用阻尼器在负载端设置液压或电磁阻尼器，可明显提高系统阻尼。3）采用结构阻尼较大的结构或材料螺栓联接的结构阻尼>焊接间断焊缝的阻尼>连续焊缝大灰铸铁阻尼系数>>钢3.2.4惯量的影响转动惯量对伺服系统的稳定性、精度以及动态响应均有影响。惯量增大，系统的固有频率下降，易产生谐振，限制了伺服带宽，导致伺服精度和响应速度降低。惯量增大，阻尼比减小，系统振荡加剧，稳定性变差。在不影响系统刚度的情况下，应尽可能减小惯量，只有在改善低速爬行时才可以适当增大惯量。3.2.5传动间隙的影响1．机械传动间隙（齿隙）

理想齿轮传动：输入输出间呈线性关系实际齿轮传动：输入输出间呈滞环特性

当主动轮转角时，。当时（转过a），两齿轮啮合，从动轮按线性关系跟随主动轮转动。当主动轮转至b点时需换向。由于齿隙，从动轮并不立即反向转动，直至主动轮转过2Δ后（c点），两个齿轮在另一侧齿面接触，从动轮才反转，两齿轮转角恢复线性关系。当到达e点，由于，主动轮将继续反转到d点。3.2.5传动间隙的影响结论齿隙使传动装置在主动轮（输入轴）可逆运转时，造成从动轮（输出轴）转角的滞后，即空程误差（回差）。末级齿轮的传动间隙影响最大，应尽可能提高其加工精度和装配精度。如三级齿轮传动，换算到输出轴的总间隙为应尽可能提高末级齿轮的加工精度和装配精度（1）闭环内前向通道上动力齿轮传动装置G2齿隙：影响系统的稳定性。（2）闭环内反馈数据通道中齿轮传动装置G3齿隙：既影响系统稳定性，又影响系统的精度。（3）闭环前数据输入通道上齿轮传动装置G1齿隙：影响系统的精度。（4）闭环后位置输出通道上齿轮传动装置G4齿隙：影响系统的精度。2．传动间隙对伺服系统性能的影响3.3伺服系统中的执行元件3.3.1执行元件的种类及其特点执行元件特点电气式直流伺服电机交流伺服电机步进电机宜于微机控制，能实现定位伺服，过载性差，体积小，动力较大，无污染，应用广泛。液压式液压缸液压马达工作平稳，响应速度快，输出力矩大，特别是低速运行时的性能更具优势；设备复杂（包括泵、阀、过滤器、管路等），体积大，维修费用高，液压油易泄漏而造成环境污染。气动式气缸气动马达气源方便，无泄漏污染，功率小，成本低，设备复杂（同上），由于空气具有可压缩性，故定位精度不高（动作不够平稳），难于实现伺服。

电液式电液伺服马达电液步进电机数字式液压执行元件。电液相结合，信号处理部分（信号检测反馈，信号放大变换）采用电气元件，功率输出部分使用液压元件，充分发挥电气、液压两方面的优点；结构紧凑，响应速度快，输出转矩比电动机大，可直接驱动负载，过载能力强，定位精度高，适于重载的高加减速驱动。各种执行元件的特点电液速度控制系统3.3.2执行元件的基本要求1．惯量小、动力大为使伺服系统具有良好的快速响应性能和足够的负载能力，执行元件应具有较小惯量，能输出较大功率，并且在加/减速时动力大。2．体积小、重量轻—易于安装、系统结构紧凑3.宜于计算机控制—最方便实行计算机控制的是电动式执行元件4.便于维修（尽量少维修，最好不维修）

无刷直流伺服电动机和交流伺服电动机能实现无维修，有刷直流伺服电动机必须定期维修（存在电刷）。3.3.3新型执行元件1.压电式驱动器利用压电材料逆压电效应来驱动运动机构作微量位移。逆压电效应(conversepiezoelectriceffect)：压电材料（压电陶瓷）在外界电场作用下产生应变，其应变大小与电场强度成正比，应变方向取决于电场方向。优点：

①位移量大(数厘米）；

②移动精度和分辨率高；

③动作快（20mm/min)；

④结构简单，尺寸小，易于遥控。2.磁致伸缩驱动器利用磁致伸缩效应来实现微量位移。磁致伸缩效应(magnetostrictiveeffect)：某些材料在磁场作用下产生应变，其应变大小与磁场强度成正比。特点：①重复精度高，无间隙；②刚性好，转动惯量小，工作稳定性好；③结构简单、紧凑；④进给量有限：理想铁磁材料7μm/100mm,适用于精确位移调整、切削刀具的磨损补偿、温度变形补偿及自动调节系统为实现较大距离的微量进给，常采用粗位移和微位移分离的传动方式。精密坐标调整用磁致伸缩传动原理图3.电热式驱动器

利用电热元件（金属棒）通电后产生的热变形来驱动执行机构的直线位移，通过控制电热器（电阻丝）的加热电流来改变位移量。特点：刚度高、无间隙；位移量小（物体的线膨胀量有限），存在热惯性，且难于精确控制冷却速度（传动杆内腔中通入压缩空气或乳化液进行冷却使之复位），故只能用于行程较短、工作频率不高的场合。电阻丝传动杆运动件外圆磨床砂轮架热变形进给机构3.4伺服系统中的检测元件3.4.1伺服系统中检测元件的种类伺服系统中常用直线位移检测传感器类型测量范围/mm线性度分辨力特点系统类型测量方式光电编码器1～10000.5%～1%±1个二进制数精度高，数字式，非接触式，功耗小，寿命长，可靠性高全闭环半闭环直接测量，间接测量光栅30～3000精度0.5～3μm/m0.1～10μm精度最高，易数字化，结构复杂，对环境要求较高，高精度检测中常用闭环直接测量磁栅1000～2×104精度1～2μm/m1μm制造简单，使用方便，磁信号可重新录制，可用于大型机床中检测大位移；需要采用磁屏蔽和防尘措施开环全闭环直接测量3.5伺服系统中的检测元件3.5.1伺服系统中检测元件的种类伺服系统中常用直线位移检测传感器类型测量范围/mm线性度分辨力特点系统类型测量方式光电编码器1～10000.5%～1%±1个二进制数精度高，数字式，非接触式，功耗小，寿命长，可靠性高全闭环半闭环直接测量，间接测量光栅30～3000精度0.5～3μm/m0.1～10μm精度最高，易数字化，结构复杂，对环境要求较高，高精度检测中常用闭环直接测量磁栅1000～2×104精度1～2μm/m1μm制造简单，使用方便，磁信号可重新录制，可用于大型机床中检测大位移；需要采用磁屏蔽和防尘措施开环全闭环直接测量

伺服系统中常用直线位移检测传感器（续）类型测量范围/mm线性度分辨力特点系统类型测量方式感应同步器200～4×104精度2.5μm/m0.1μm结构简单，动态范围宽，精度高；体积大，安装不方便，在机床加工中应用广泛开环，全闭环直接测量旋转变压器

对环境要求低，有标准系列，使用方便，抗干扰能力强，性能稳定开环间接测量

伺服系统中常用角位移检测传感器类型测量