机电一体化第二章..ppt

1- 第2章 机械系统设计 学习目标 1 了解机械系统部件的种类及其各自的类型 2 掌握常用的机械传动部件的特点及选型设计 3 掌握常用的导向支承部件的选择与设计 2.1 　概 述 机电一体化系统的机械系统的主要功能是： 完成一系列机械运动，每一个机械运动可单独由控制电动机、传动机构和执行机构组成的子系统来完成，而这些子系统要由计算机协调和控制，以完成整个系统的功能要求。 其设计要从系统的角度进行合理化和最优化设计。除了考虑一般机械设计要求外，还必须考虑机械结构因素与整个伺服系统的性能参数及电气参数的匹配，以获得良好的伺服性能。 除要求具有较高的定位精度之外，还应具有良好的动态响应特性，就是说响应要快、稳定性要好。 第2章 机械系统设计 典型的机电一体化系统，通常由控制部件、接口电路、功率放大电路、执行元件、机械传动部件、导向支承部件，以及检测传感部件等部分组成。 机械系统一般由减速装置、丝杠螺母副、蜗轮蜗杆副等各种线性传动部件及连杆机构、凸轮机构等非线性传动部件、导向支承部件、轴系及机架或箱体等组成。 2.1.1 机械系统的组成 概括地讲，机电一体化机械系统主要包括传动机构,导向机构,执行机构这三大机构。　 　　2. 导向机构 　　其作用是支承和导向，为机械系统中各运动装置能安全、准确地完成其特定方向的运动提供保障，一般指导轨、轴承等。 为确保机械系统的传动精度和工作稳定性，提出无间隙、低摩擦、低惯量、高刚度、高谐振频率、适当的阻尼比等要求。采取措施： 1)低摩擦 采用低摩擦阻力的传动部件和导向支承部件； 2)短传动链 缩短传动链，提高传动与支承刚度； 3)最佳传动比 选用最佳传动比，以达到提高系统分辨率、减少等效到执行元件输出轴上的等效转动惯量，尽可能提高加速能力； 4)反向死区误差小 缩小反向死区误差，如采取消除传动间隙、减少支承变形的措施； 5)高刚性 改进支承及架体的结构设计以提高刚性、减少振动、降低噪声。 常用的机械传动部件有螺旋传动、齿轮传动、同步带传动、高速带传动、各种非线性传动部件等。 主要功能是传递转矩和转速；实质上是一种转矩、转速变换器。 目的是使执行元件与负载之间在转矩与转速方面得到最佳匹配。 其传动类型、传动方式、传动刚性以及传动的可靠性对机电一体化系统的精度、稳定性和快速响应性有重大影响。 应设计和选择传动间隙小、精度高、体积小、重量轻、运动平稳、传递转矩大的传动部件。 随着机电一体化技术的发展，要求传动机构不断适应新的技术要求。 1) 精密化—根据其性能的需要提出适当的精密度要求。 2) 高速化—机械传动机构应能适应高速运动的要求。 3) 小型化、轻量化——提高运动灵敏度(快速响应性)、 减小冲击、降低能耗。 高精度，高响应速度，稳定性好及足够的功率。 1)传动精度—由传动部件的制造误差，装配误差，传动间隙和弹性变形引起。 2)响应速度—对于伺服系统来说，数据的运算和处理速度远比机械装置的运动速度快，机械系统的响应主要取决于加速度，从传动机构角度看，主要减小摩擦力矩，减小电动机的负载和转动惯量，提高传动效率。 3)稳定性——稳态误差小，动态特性好，提高传动系统的的固有频率同时提高系统的阻尼。 表2-1 传动机构及其功能 基本功能 运动的变换 动力的变换 传动机构 形式 行程 方向 速度 大小 形式 丝杠螺母 √ √ √ 齿轮 √ √ √ 齿轮齿条 √ √ 链轮链条 √ 带、带轮 √ √ 缆绳、绳轮 √ √ √ √ √ 杠杆机构 √ √ √ 连杆机构 √ √ √ 凸轮机构 √ √ √ √ 摩擦轮 √ √ √ 万向节 √ 软轴 √ 蜗轮蜗杆 √ √ √ 间歇机构 √ 在机械传动中，从驱动元件，传动部件到执行机构，系统各部分的惯性都是考虑的。惯性不但影响传动系统的启停特性，也影响控制的快速性，位置偏差和速度偏差。 丝杠螺母的分类 丝杠螺母的分类 丝杠螺母的分类 丝杠螺母的分类 丝杠螺母的分类 螺母本身就起着支承作用，从而简化了结构，消除了螺杆与轴承之间可能产生的轴向窜动，容易获得较高的传动精度。缺点是所占轴向尺寸较大(螺杆行程的两倍加上螺母高度)，刚性较差。因此该形式仅适用于行程短的情况。　　 适用于工作行程较长的情况。 　 滑动螺旋传动的特点