第二机械系统设计(补)精要.ppt

返回目录 回看 结束放映 ----第四章---- * 第二章 机械系统部件的选择与设计 第一节 机械系统部件的设计要求 第二节 机械系统传动部件的选择与设计 第三节 机械系统导向支承部件的选择与设计 第四节 机械系统旋转支承部件的类型与选择 第五节 机械系统轴系部件的选择与设计 第六节 机电一体化系统的机座或机架设计 习题与思考题 * 为保证机电一体化系统具有良好的伺服特性，不仅要满足系统的静态特性，还必须进行动态分析与设计。动态设计过程首先是针对静态设计的系统建立数学模型，然后用控制理论的方法分析系统的频率特性，找出并通过调节相关机械参数改变系统的伺服性能。 一、数学模型的建立 二、力学性能参数对系统性能的影响 三、传动间隙对系统性能的影响 第七节（补） 力学系统性能分析 * 一、数学模型的建立 机械系统数学模型的建立是通过折算的办法将复杂的结构装置转换成等效的简单函数关系，数学表达式一般是线性微分方程（通常简化成二阶微分方程。） 机械系统的数学模型分析的是输入（如电机转子运动）和输出（如工作台运动）之间的相对关系。 第七节（补） 力学系统性能分析 * 一、数学模型的建立 等效折算过程是将复杂结构关系的机械系统的惯量、弹性模量和阻尼等力学性能参数归一处理，从而通过数学模型来反映各环节的机械参数对系统整体的影响。 下面以数控机床进给传动系统为例，来介绍建立数学模型的方法。在图所示的数控机床进给传动系统中，电机通过两级减速齿轮及丝杠螺母副驱动工作台作直线运动。 第七节（补） 力学系统性能分析 * 一、数学模型的建立 设J1为轴Ⅰ部件和电机转子构成的转动惯量； J2、J3为轴Ⅱ 、Ⅲ部件构成的转动惯量； K1、K2、K3分别为轴Ⅰ 、Ⅱ 、Ⅲ的扭转刚度系数； K为丝杠螺母副及螺母底座部分的轴向刚度系数； m为工作台质量； C为工作台导轨粘性阻尼系数； T1、T2、T3分别为轴Ⅰ 、Ⅱ 、Ⅲ的输入转矩。 第七节（补） 力学系统性能分析 * 1、转动惯量的折算 为系统各环节的转动惯量（或质量）折算到轴Ⅰ上的总等效转动惯量。 2、粘性阻尼系数的折算 机械系统工作过程中，相互运动的元件间存在着阻力。考虑到其他各环节的摩擦损失比工作台导轨的摩擦损失小得多，故只计工作台导轨的粘性阻尼系数C。 C ′为工作台导轨折算到轴Ⅰ上的粘性阻尼系数。 第七节（补） 力学系统性能分析 * 3、弹性变形系数的折算 机械系统中各元件在工作时受力或力矩的作用，将产生轴向伸长、压缩或扭转等弹性变形，这些变形将影响到整个系统的精度和动态特性。 建模时要将其折算成相应的扭转刚度系数或轴向刚度系数。K ∑为折算到轴Ⅰ上的总扭转刚度系数。 第七节（补） 力学系统性能分析 * 4、建立系统的数学模型 该系统的传递函数为： （输入量为轴Ⅰ的输入转角Xi，输出量为工作台的线位移X0） 第七节（补） 力学系统性能分析 系统的固有频率。 系统的阻尼比。 * 4、建立系统的数学模型 第七节（补） 力学系统性能分析 这两个特征参量，它们是由惯量（质量）、摩擦 阻力系数、弹性变形系数等结构参数决定的。 * 二、力学性能参数对系统性能的影响 机械传动系统的性能与系统本身的阻尼比ξ、固有频率ωn有关。ωn、ξ又与机械系统的结构参数密切相关。因此，机械系统的结构参数对伺服系统性能有很大影响。 1、阻尼的影响 一般的机械系统均可简化为二阶系统，系统中阻尼的影响可以由二阶系统单位阶跃响应曲线来说明。如图所示，阻尼比不同的系统，其时间响应特性也不同。 第七节（补） 力学系统性能分析 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 ?nt c(t) 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 ?=0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 1.0 2.0 二阶系统的单位阶跃响应： * 1、阻尼的影响 阻尼比不同的系统，其时间响应特性也不同。 （1）当阻尼比ξ＝0时，系统处于等幅持续振荡状态，因此系统不能无阻尼。 （2）当ξ≥ 1时