机电一体化系统设计机械系统设计概要1.ppt

机械系统设计 * 2.电动机的最大静力矩确定 根据电动机实际启动情况(空载或有载)，计算出启动时的负载转矩，然后按表1.8选取启动时所需步进电动机的最大静转矩 。 根据步进电机正常工作时的受力情况，计算出（切削时的）负载力矩T，然后按下式计算正常运行时所需步进电机的最大转矩： ………… ………… ………… 步进电动机的最大静转矩应满足： …………与………之间的比例关系 机械系统设计 * 表1.9 轴承的轴向接触刚度计算公式 丝杠螺母机构刚度的组成：主要由丝杠本身的拉压刚度、丝杠螺母间的接触刚度以及轴承和轴承座组成的支承刚度三部分组成。由于丝杠本身的扭转刚度与拉压刚度相比要大得多，故有时将其忽略不计。在设计时，通常将丝杠螺母机构的总刚度均匀分配给三个组成部分，即使每部分的刚度对总刚度的贡献各占1／3。 四、传动系统刚度计算 机械系统设计 * 1.轴承座支承刚度 采用不同类型的支承轴承时，支承刚度也不同，一般可按表1.9所列公式计算。 对于推力球轴承及推力角接触球轴承，当预紧力为最大轴向载荷的1／3时，轴承刚度增加1倍且呈线性关系，对于圆锥滚子轴承，当预紧力为最大轴向载荷的1／2.2时，轴承刚度增加1倍且呈线性关系。 表1.9 轴承的轴向接触刚度计算公式 机械系统设计 * 2.丝杠螺母副轴向接触刚度 可直接从丝杠螺母副的产品样本中查得 。有预紧承和五预紧的计算公式见表1.10所列公式计算。 表1.10 滚动丝杠螺母副轴向接触刚度计算公式 机械系统设计 * 3.丝杠螺母副的拉压刚度 丝杠本身的拉压刚度主要与其几何尺寸和轴向支承形式有关，可按表1.11所列公式计算。 表1.11 丝杠拉压刚度的计算公式 机械系统设计 * 4.丝杠螺母副的综合拉压刚度 丝杠的综合拉压刚度与轴向支承形式及是否预紧有关，可按表1.12所列公式计算。 表1.12 丝杠传动的综合拉压刚度计算公式 机械系统设计 * 1.死区误差 死区误差，又叫失动量，指启动或反向时，系统的输入运动与输出运动之间的差值。 产生死区误差的主要原因：●传动机构中的间隙；●导轨运动副间的摩擦力；●电气系统和执行元件的启动死区(又称不灵敏区，很小常忽略)。 1）传动机构中的间隙 由传动间隙所引起的工作台等效死区误差为 ………… …………………… 式中，＾为丝杠导程；＾为第i个传动副的间隙量；＾为第i个传动副至丝杠的传动比。 五、传动系统的误差分析 机械系统设计 * 2）摩擦力引起的死区误差 由拉压弹性变形所引起的摩擦死区误差 为 …… …… ………… 式中，■为导轨静摩擦力；■为丝杠螺母机构的综合拉压刚度。 假设静摩擦力主要由工作台重力引起，则工作台反向时的最大反向死区误差 (mm)可按下式求得 …… ……… ……… 式中， m为工作台质量；g为重力加速度，■■■■；■为导轨静摩擦系数；■为丝杠-工作台系统的纵振固有频率。 机械系统设计 * 2.系统刚度引起的定位误差 2）摩擦力引起的死区误差 当工作台处于不同位置时，丝杠螺母机构的综合拉压刚度是变化的。空载条件下，由单一刚度变化所引起的整个行程范围内的最大定位误差计算： …… …… …… 式中，＾为工作台重力引起的静摩擦力；＾＾、＾＾分别是在工作台行程范围内丝杠的最小和最大综合拉压刚度。 * 机械系统设计 * 动载荷：包括惯性载荷、振动载荷和冲击载荷。 1.负载转动惯量计算 利用动能相等原则进行等效计算，如图1.34所示，系统运动部件能量总和为 电动机轴的能量 图1.34 传动系统的转动惯量及转距的计算 （三）惯性动载荷的分析计算 机械系统设计 * 根据能量守恒定律则 故可得负载转动惯为 图1.34 传动系统的转动惯量及转距的计算 机械系统设计 * 如果系统如图1.28所示由旋转、平移运动构件所组成，则系统折算到驱动装置轴上的等效转动惯量或飞轮矩为 式中，V为移动部件的速度；Mm为移动部件质量；Gm21为移动部件的重力。 图1.28 带有移动、平移部件的系统 机械系统设计 * 2.多轴惯性载荷分析 惯性载荷：机械在启动、制动期间或工作阻力突然改变时，机械的运转速度必然要发生变化，此时，机械的动力系统不仅要克服工作机构的阻力及机械传动副中的摩擦力，而且还要克服动力系统、传动系统和工作机构各运动构件因惯性而产生的附加作用力或力矩。 图1.27 多轴驱动系