机电一体化系统设计第一章..ppt

机电一体化系统设计 机电一体化系统设计 教学内容 第1章 机械系统设计 传统机械系统组成： 动力件、传动件、执行件、电气、机械控制 1.高精度 ：精度直接影响产品的质量，机电一体化产品的技术性能、工艺水平和功能比普通的机械产品有很大的提高，因此机电一体化机械系统的高精度是其首要的要求。 1.传动机构 ：如，齿轮传动机构、蜗杆蜗轮传动机构、丝杠传动机构、链传动、带传动等。 要求：满足整个机械系统良好的伺服性能；要满足传动精度的要求；满足小型、轻量、高速、低噪声和高可靠性的要求。 3、主要要求 (1) 减小摩擦力 采用摩擦力及动静摩擦力差值较小的传动件及导轨. (2) 提高传动精度和刚度 消除传动间隙,增加传动系统刚度. (3) 减小运动惯量 快速响应.减小运动部件质量. 滚动导轨块 安装组合形式 标准组合 倒装组合 侧装组合之一 侧装组合之二 混装组合 导轨防护 什么是塑料导轨 金属对塑料型式的滑动导轨， 在短导轨面上附有一层塑料，长导轨面仍为淬火磨削面； 分类：贴塑导轨（聚四氟乙烯软带）、涂塑导轨（环氧树脂） 塑料导轨的特点 摩擦系数较小，0.04～0.06 动静摩擦系数之差小，且摩 擦系数曲线具有上扬特性 刚度高，承载能力强 加工工艺简单 价格低 应用 数控化改造机床、重型数控机床（最高速度：vmax=30 m/min） 第三节 机械系统的载荷 一、机械载荷的类型 1.按零件发生变形的不同分 拉伸(压缩)载荷、弯曲载荷和扭转载荷。 2.按载荷的作用方式分 直接作用载荷——载荷以力或力矩的形式直接作用在机械上，如由工作阻力产生的载荷、惯性载荷、风载荷、驱动力、制动力等。 间接作用载荷——以变形的形式间接作用在机械上，如温度、地震的作用引起的载荷。对于绝大多数的机械来说，直接作用载荷是主要载荷。 3.按载荷是否随时间变化分 静载荷 动载荷 3.按载荷是否随时间变化分 (1)周期载荷 这种载荷的大小是随时间作周期性变化的，它可用幅值、频率和相位三个要素来描述。以正弦规律变化的载荷是最简单的一种周期载荷，又称简谐载荷，见图1.26a和图1.26b。 3.按载荷是否随时间变化分 载荷历程：工程上常把动载荷的载荷值随时间变化的规律，即载荷－时间历程。对于一般机械承受的动载荷主要有周期载荷、冲击载荷和随机载荷等几种。 图1.26　各种载荷－时间历程 ａ）简谐载荷　ｂ）复杂周期载荷　ｃ）冲击载荷　ｄ）随机载荷 3.按载荷是否随时间变化分 (2)冲击载荷 这种载荷的特点是载荷作用时间短，而且幅值较大，见图1.26c。例如，锻锤在锤打坯料时所受的载荷就属于冲击载荷。 图1.26　各种载荷－时间历程 ａ）简谐载荷　ｂ）复杂周期载荷　ｃ）冲击载荷　ｄ）随机载荷 （一）等效负载转矩的计算原理 负载转矩的计算方法也要折算到电动机轴上。设计算模型及条件与图1.34所示相同，经过时间t后系统克服所受的力和转矩作的总功应为 经过转化后电动机所做的总功为 图1.34 系统转动惯量及转距计算 二、机械系统载荷的计算 根据系统在转化前后相同时间内所作的功应相等的原则，即，则可得等效负载转矩为 或表示为 图1.34 系统转动惯量及转距计算 考虑零件的转动和移动效率后等效负载转矩为 纯旋转机械系统 纯移动机械系统 图1.34 系统转动惯量及转距计算 （二）系统的综合负载转矩计算 把机械系统中的工作载荷、惯性载荷和摩擦载荷转化到电机轴上，综合为系统的总载荷。 峰值综合 若各种载荷为非随机性载荷，将各载荷的峰值取代数和。——等效峰值综合负载转矩 方和根综合若各种载荷为随机性载荷，取各载荷的方和根。——等效方和根综合负载转矩。 系统的计算模型如图所示。 1)滑动导轨副 ①普通导轨副； ②液体（气体）静压导轨副； ③塑料导轨副。 2)滚动导轨副 两导轨表面之间为滚动摩擦，导向面之间放置滚珠、滚柱或滚针等滚动体来实现两导轨无滑动地相对运动。 数控机床常用导轨形式 塑料导轨：滑动摩擦 滚动导轨：滚动摩擦 静压导轨：液体摩擦 4.对导向机构的要求 1）一定的导向精度 指动导轨沿支承导轨运动的直线度或圆度。 影响因素：导轨的几何精度、接触精度、结构形式、刚度、热变形、装配质量以及液体动压和静压导轨的油膜厚度、油膜刚度等。 2）良好的摩擦特性 摩擦系数小（较高的灵敏度），动静摩擦系数之差小（低速平稳性好）；力求减少磨损量，并在磨损后能自动补偿或便于调整。 3）阻尼特性好（高速时不振动