第1章 概论.ppt

机械技术 机械传动系统 机电一体化系统控制的对象：机械 机械传动系统组成： 由减速装置、丝杠螺母副、齿轮系及涡轮蜗杆副等各种线性传动部件，连杆机构、凸轮机构等非线性传动部件，导向支承部件，旋转支承部件，轴系及架体等机构组成。 机电一体化的机械系统 机电一体化系统的核心：由计算机控制的机械、电子、电力电子、液压、光学等技术的伺服系统。 伺服电机：具有动力、变速与执行等多种功能。 机电一体化的机械系统特点：每个机械系统可由单独的控制电机、传动部件和执行机构组成的若干子系统组成。使系统的总体布局、机械选型和结构造型更加合理和多样化。 机电一体化系统的控制模型 机械传动要满足伺服控制的要求 定位精度高：属于静态特性 准 机械传动的精度与制造安装精度有关，也与系统的刚度、阻尼有关。 稳定性好：属于动态特性 稳 影响因素有：传动部件的传动惯量J、刚度K、阻尼f、固有谐振频率?n 。 响应快速：属于动态特性 快 影响参数是阻尼比?和固有频率?n 其它： 小型、轻量、高速、低冲击振动、低噪声、高可靠性 传动机构动力学特性的主要影响因素 负载的变化：工作负载、惯性负载、摩擦负载 传动系统的惯性：影响系统启停、快速性、位移偏差、速度偏差等。 传动系统的固有频率：固有频率与传动系统的质量、综合刚度有关，提高固有频率可减少系统的传动误差。 传动系统中的摩擦与润滑：摩擦力影响传动机构的传动精度和运动平稳性。 传动系统中的间隙：传动间隙（齿轮传动的齿侧间隙、丝杠螺母的传动间隙、丝杠轴承的轴向间隙、联轴器的扭转间隙）会产生回程误差，影响传动精度和运动平稳性。 机电一体化系统对机械系统的要求 机械传动部件有足够的精度：精度高 低惯量:保证系统的快速性 低摩擦：系统稳态误差小 阻尼适当:?=0.707最佳 高刚度:刚度越大系统越稳定 传动间隙小:系统的精度高、稳定性好 转动惯量 转动惯量大，产生的不利影响有： 机械负载增加，功率消耗大； 响应速度慢、灵敏度降低； 系统固有频率下降，容易产生谐振； 电气驱动部件的谐振频率降低，阻尼增大。 阻尼对机械系统的动态特性的影响 静摩擦阻尼越大，回程误差越大，定位精度低，易产生爬行，降低机械性能。 粘性阻尼摩擦越大，稳态误差越大，精度低，对系统的快速响应不利。 系统刚度K低而质量m大，则系统的固有频率?n较低，增大粘性摩擦阻尼可以减少振幅和振动。 阻尼比?1过阻尼，响应慢；?1欠阻尼，振荡幅度大， 一般选?=0.4～0.8 刚度对系统的影响 刚度K ：使弹性体产生变形量所需的作用力。 系统的刚度越大，传动部件的变形越小； 系统的刚度越大，固有频率越高； 刚度对开环伺服系统的稳定性没有影响，提高刚度可增加闭环系统的稳定性。 转动惯量的计算 圆柱体： 齿轮齿条传动或带传动折算惯量： 齿轮传动： 丝杠螺母传动： m- 质量，Lo-丝杠导程，i-传动比 惯量计算 求右图所示传动机构电机轴上的总等效惯量J。 等效惯量分为以下几个部分来计算： 1.电机轴上的元件： 2.中间轴上的元件： 3.负载轴上的元件： 总的折算惯量为： 提高机械传动精度和工作稳定性的措施 缩短传动链，简化主传动系统的机械结构，如伺服电机直接与丝杠螺母副联接。 采用摩擦系数很低的传动部件和导向支承部件，如滚珠丝杠副、滚动导向支承、塑料滑动导轨。 提高传动与支承刚度，如丝杠的支承设计中采用两端轴向预紧等。 执行机构的功能 夹持机构：夹持工件的机械手 搬运：上下料机构、工位的工件传递 分度与转位：齿轮加工的分度，机床刀架转位 检测：对工件尺寸、形状及性能进行检测 施力：执行系统对工件对象施加力或力矩 执行机构可采用的机械机构的性能特点 常见执行机构的性能特点 齿轮传动 机械中应用最广的传动机构之一。 优点：瞬时传动比为常数、传动精确、做到零侧隙、结构紧凑、摩擦力小、传动效率高、传动平稳、承载能力大等。 缺点：制造安装精度要求高，需要专用的加工设备和检测设备。 滚珠丝杠传动 滚珠丝杠副是由丝杠、螺母、滚珠等零件组成的机械元件，旋转运动?直线运动 。 特点： 传动效率高（90%），定位精度高，传动可逆性，系统刚度好，使用寿命长 ，同步性能好。 缺点： 不能自锁：特别是垂直安装的丝杠，需要制动装置。 制造工艺复杂：零件加工精度、表面粗糙度要求高，制造成本高。 同步带传动 特点：同步带传动具有带传动、链传动和齿轮传动的优点，既可以实现转动型传动又可以实现直线型传动。 优点：无滑动、传动比准确、传动效率高、耐磨性好、不需要润滑油、寿命长。 缺点：安装要求高，中心距要求严格；带与带轮制造工艺复杂，成本高。 应用：广泛应用于