机械系统设计..pptx

第三章机械系统设计 赵建村指导教师：于金目录1.概述2. 常用传动机构的设计与选用3. 导向支承机构设计4. 执行机构设计 5. 机械设计实例 3.1概述机械系统组成：1 传动机构2 导向支撑机构3 执行机构机电一体化对机械系统的基本要求1 高精度2 低惯性3稳定性4较大的刚度、良好的可靠性、体积小、寿命长等3.2 常用传动机构的设计与选用常用的传动机构：1 同步带2 精密齿轮3 谐波齿轮4 滚珠丝杠3.2.1同步带传动机构设计3.2.1.1同步带传动特点结构特点是在带的工作面及带轮外周上制成齿形，通过带齿与轮齿的啮合实现运动和动力传递与变换，同步带内采用了承载后无弹性伸长的材料做强力层，以保持带的节距不变，使主动带轮、从动带轮能做无滑差的同步传动。同步带传动特点缺点：1 安装要求高2 帯与带轮需要加工成齿形，制造工艺复杂等Diagram优点： 1 传动比准确2传动效率高3传动平稳4使用范围广5维护保养方便3.2.1 同步带传动机构设计3.2.1.2同步带的分类按用途分为：一般用同步带传动（梯形齿） 高转矩同步带传动（圆弧齿） 特殊用途同步带传动按尺寸规格分：模数制 节距制 3.2.1.3 同步带及带轮结构（1） 同步带的结构 a 强力层 它是带的抗拉元件，用来传递动力并保证带的节距不变，故多采用有较高抗拉强度，较小伸长率的材料制造，目前采用的有钢丝、尼龙、玻璃纤维等 b 带齿与带背 带齿为啮合元件，带背用来连接带齿、强力层，并在工作中承受弯曲。因此要求有较好的抗剪切、抗弯曲能力以及较高的耐磨性与弹性。常用的材料有氯丁橡胶，聚氨酯橡胶等 c 包布层在氯丁橡胶制成的同步带上，其齿面覆盖一层包步，以增加带齿的耐磨性及带的抗拉强度，其材料多用尼龙帆布、锦纶布等制成。（2）带轮结构 a 带轮的齿数 带轮齿数和带轮的节距控制带轮的直径 b 带轮的节线与节圆直径 同步带上通过强力层中心、长度不发生变化的线成为节线。 当同步带包绕在带轮上时。带轮上与带的节线相切、并与节线作纯滚动的圆称为带轮的节圆。 在节圆上度量所得的相邻两齿对应点的距离称为节距（Pb）。三者关系：Z—带轮齿数d—带轮节圆直径Pb—节距 c 带轮齿顶圆 d0=d-2a d 带轮宽度（3） 带轮的标记3.2.1.4 同步带传动设计计算 同步带传动计算主要是限制单位宽度拉力，以保证带的使用寿命，当啮合齿数少时，需考虑带齿的剪切和磨损。主要是根据同步带传动所需传递的名义功率、主动带轮转速、传动比、对传动中心距的要求、传动的工作条件等确定同步带的型号、节距、带长、中心距、带宽及主动、从动轮齿数、直径等参数。（1）设计功率的确定 按照传动使用的原动机与工作机，考虑到不同的运转时间，将所传递的 名义功率诚意相应的修正系数极为设计功率（2）确定带的型号与节距 根据设计功率和小带轮转速，有同步带选型图确定所需带的型号。然后 查出对应的同步带节距。（3）确定带轮的直径和帯节线长 1 选择带轮齿数Z1、Z2 2 计算带轮节圆直径 3 确定同步带的节线长度 4计算精确中心距 5 计算小带轮啮合齿数（4）确定带宽 1 ） 确定同步带额定功率 2 ） 确定实际所需带宽（5）带的工作能力检验 3.2.2 精密齿轮传动机构设计 机电一体化齿轮传动系统，要研究它的动力学特性，从而获得高精度、高稳定性、高速性、高可靠性和低噪声的齿轮传动系统。 1.总传动比的确定 齿轮传动机构总传动比应满足伺服电机与负载之间的 位移及转矩、转速的匹配要求。由于负载特性和工作条件不同，齿轮传动机构的最佳总传动比有不同的原则。 两个原则： 按负载加速度最大原则确定总传动比 按给定脉冲当量或伺服电机确定总传动比（1）按负载加速度最大原则确定传动比 用于伺服系统的齿轮系是一种力矩变换器，其输入是电机的高速低转矩，输出为低速高转矩，并借此驱动负载。因此，不但要求齿轮系在传动转矩时有足够的强度；还要求其转动惯量尽量小，以便在获得同一 加速度时转矩要小。即在同一驱动功率时，其加速度响应最大。设齿轮系的传动效率为η，传动比i＞1，即式中 ——分别为电机的转角、角速度、角加速度； ——分别为负载的转角、角速度、角加速度。令Tc和Tf 换算到电机轴上分别为Tc/i 和Tf /i，JL换算到电机轴上Jl/i2令简化之，令η=1， 上式表明：齿轮系传动比的最佳值就是将负载转动惯量 换算到电机轴上的惯量恰好等于电机转子惯量 ，这就能达到惯性负载和力矩源的最佳匹配。 左图表示上述计算模型的物理意义。用于加速惯性负载的力矩，就是电机力矩与摩擦力矩之差。 事实上，考虑工程实际中的各种意外因素，实际传动比可能比计算值低，这样获得的负载加速度就不会超过其最大值。另外，为减小作用于负载的干扰力矩，