1、機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第二章 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第二章第二章 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1 概述概述 高速加工錄像高速加工錄像 總裝圖總裝圖 傳動(dòng)原理傳動(dòng)原理 速度控制速度控制2.1.1 機(jī)電一體化系統(tǒng)中對(duì)機(jī)械部分的要求機(jī)電一體化系統(tǒng)中對(duì)機(jī)械部分的要求 機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)除了應(yīng)具備普通機(jī)械系統(tǒng)的要求外機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)除了應(yīng)具備普通機(jī)械系統(tǒng)的要求外,還有如下要求：還有如下要求： 1、高精度、高精度 影響因素：間隙、剛度、導(dǎo)向精度等影響因素：間隙、剛度、導(dǎo)向精度等, 見(jiàn)下圖。見(jiàn)下圖。 2、快速響應(yīng)、快速響應(yīng) 機(jī)械系統(tǒng)從接到指令到執(zhí)行指令任務(wù)的時(shí)間應(yīng)短。機(jī)械系統(tǒng)從接到指令到執(zhí)行指令任務(wù)的時(shí)間應(yīng)短。 影

2、響因素：摩擦、慣量、剛度、阻尼等。影響因素：摩擦、慣量、剛度、阻尼等。 3、穩(wěn)定性好、穩(wěn)定性好 影響因素：溫度、環(huán)境等。影響因素：溫度、環(huán)境等。 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第二章 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1.2 機(jī)械部分的組成機(jī)械部分的組成 包括如下三大部分：包括如下三大部分：1、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)2、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)3、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第二章 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.2 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 常用的機(jī)械傳動(dòng)部件有常用的機(jī)械傳動(dòng)部件有: 螺旋傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、同步帶傳動(dòng)等。螺旋傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、同步帶傳動(dòng)等。 傳動(dòng)部件的實(shí)質(zhì)是一種轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、方向變換器。傳動(dòng)部件的實(shí)質(zhì)是一種轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、方向變

3、換器。一、對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的性能要求一、對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的性能要求1、慣量小、慣量小2、剛度大、剛度大3、阻尼合適當(dāng)、阻尼合適當(dāng)4、間隙小、間隙小 二、齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)間隙消除方法二、齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)間隙消除方法核心問(wèn)題：采取措施，消除齒側(cè)間隙，核心問(wèn)題：采取措施，消除齒側(cè)間隙， 保證雙向傳動(dòng)精度。保證雙向傳動(dòng)精度。（一）直齒圓柱齒輪傳動(dòng)（一）直齒圓柱齒輪傳動(dòng) 1、偏心軸套調(diào)整法、偏心軸套調(diào)整法機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第二章 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)2、雙片薄齒輪錯(cuò)齒調(diào)整法、雙片薄齒輪錯(cuò)齒調(diào)整法 實(shí)質(zhì)：通過(guò)同軸的兩齒輪相對(duì)旋轉(zhuǎn)錯(cuò)位消除間隙。實(shí)質(zhì)：通過(guò)同軸的兩齒輪相對(duì)旋轉(zhuǎn)錯(cuò)位消除間隙。一種齒輪消隙機(jī)構(gòu)一種齒輪消隙機(jī)構(gòu)特點(diǎn)：特點(diǎn)：1

4、）有自動(dòng)補(bǔ)償功能；）有自動(dòng)補(bǔ)償功能；2）傳遞扭矩受彈簧力的影響；）傳遞扭矩受彈簧力的影響；3）齒面長(zhǎng)期工作在最大應(yīng)力狀態(tài)。）齒面長(zhǎng)期工作在最大應(yīng)力狀態(tài)。機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第二章 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)（二）斜齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)（二）斜齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 實(shí)質(zhì)：通過(guò)同軸兩齒輪軸向位實(shí)質(zhì)：通過(guò)同軸兩齒輪軸向位移（無(wú)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)）使輪齒錯(cuò)位。移（無(wú)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)）使輪齒錯(cuò)位。 H軸向位移距離軸向位移距離 齒輪螺旋升角齒輪螺旋升角 齒側(cè)間隙齒側(cè)間隙 =H Sin H= / Sin 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第二章 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)（三）齒輪齒條傳動(dòng)（三）齒輪齒條傳動(dòng) 當(dāng)負(fù)載較小時(shí)，調(diào)整方法如圖當(dāng)負(fù)載較小時(shí)，調(diào)整方法如圖2-2； 當(dāng)負(fù)載較大時(shí)

5、，調(diào)整方法如圖當(dāng)負(fù)載較大時(shí)，調(diào)整方法如圖2-7。 若齒條主動(dòng)，齒輪若齒條主動(dòng)，齒輪1被動(dòng)。被動(dòng)。 齒輪齒輪5、6、3都空套在軸上都空套在軸上 1）齒條左移時(shí)傳動(dòng)鏈：）齒條左移時(shí)傳動(dòng)鏈： 齒條齒條7齒輪齒輪65321 2）齒條右移時(shí)傳動(dòng)鏈：）齒條右移時(shí)傳動(dòng)鏈： 齒條齒條7齒輪齒輪1機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第二章 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)三、三、 滾珠螺旋傳動(dòng)設(shè)計(jì)滾珠螺旋傳動(dòng)設(shè)計(jì) 又稱滾珠絲杠副傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)。又稱滾珠絲杠副傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)。 （一）工作原理及結(jié)構(gòu)（一）工作原理及結(jié)構(gòu) 絲杠圖片絲杠圖片機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第二章 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)（二）特點(diǎn)（二）特點(diǎn)1、效率高、效率高

6、效率效率8598%，而滑動(dòng)絲杠為而滑動(dòng)絲杠為3040 %。2、剛度好剛度好 通過(guò)預(yù)緊實(shí)現(xiàn)。通過(guò)預(yù)緊實(shí)現(xiàn)。3、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，無(wú)爬行現(xiàn)象、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，無(wú)爬行現(xiàn)象4、使用壽命長(zhǎng)、使用壽命長(zhǎng)5、精度高、精度高 由于摩擦升溫小，容易獲得高精度。由于摩擦升溫小，容易獲得高精度。6、傳動(dòng)可逆，不能自鎖。、傳動(dòng)可逆，不能自鎖。7、造價(jià)相對(duì)較高、造價(jià)相對(duì)較高機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第二章 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)（三）間隙調(diào)整及預(yù)緊方法（三）間隙調(diào)整及預(yù)緊方法 1、采用雙螺母結(jié)構(gòu)，調(diào)整兩螺母軸向相對(duì)位置。、采用雙螺母結(jié)構(gòu)，調(diào)整兩螺母軸向相對(duì)位置。 （1）墊片調(diào)隙）墊片調(diào)隙 兩螺母軸向相對(duì)移動(dòng)，無(wú)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖兩螺母軸向相對(duì)移動(dòng)，無(wú)相

7、對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖 特點(diǎn)：預(yù)緊可靠，使用中不便調(diào)整。特點(diǎn)：預(yù)緊可靠，使用中不便調(diào)整。機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第二章 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)（2）雙螺母螺紋預(yù)緊調(diào)隙）雙螺母螺紋預(yù)緊調(diào)隙 兩螺母軸向相對(duì)移動(dòng)，無(wú)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，如兩螺母軸向相對(duì)移動(dòng)，無(wú)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，如3-27圖。圖。 特點(diǎn)：調(diào)整方便，但不精確。特點(diǎn)：調(diào)整方便，但不精確。機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第二章 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)（3）齒差預(yù)緊調(diào)隙）齒差預(yù)緊調(diào)隙 兩螺母軸向無(wú)相對(duì)移動(dòng)，但有相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。兩螺母軸向無(wú)相對(duì)移動(dòng)，但有相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。 假想左右兩螺母齒輪同向旋轉(zhuǎn)一個(gè)齒，因兩齒輪齒數(shù)不同，故旋轉(zhuǎn)角度假想左右兩螺母齒輪同向旋轉(zhuǎn)一個(gè)齒，因兩齒輪齒數(shù)不同，故旋轉(zhuǎn)角度不同，相當(dāng)于一端固定，另一

8、端旋轉(zhuǎn)了一個(gè)微小的角度。由此產(chǎn)生的位移為：不同，相當(dāng)于一端固定，另一端旋轉(zhuǎn)了一個(gè)微小的角度。由此產(chǎn)生的位移為： S=S=（Z Z2 2-Z-Z1 1）/ /（Z Z1 1Z Z2 2） P P 若若Z Z2 2-Z-Z1 1 =1 =1，則：，則： S=P /S=P /（Z Z1 1Z Z2 2） 當(dāng)當(dāng)Z Z1 1 =99=99、Z Z2 2=100=100、P=6mmP=6mm時(shí)，時(shí)， S=0.6S=0.6 m m 注意：螺母齒輪軸向限位問(wèn)題，預(yù)緊力使絲杠拉伸。注意：螺母齒輪軸向限位問(wèn)題，預(yù)緊力使絲杠拉伸。機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第二章 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)2、采用單螺母結(jié)構(gòu)預(yù)緊、采用單螺母結(jié)構(gòu)預(yù)緊 單

9、螺母增大鋼球直徑預(yù)緊單螺母增大鋼球直徑預(yù)緊 見(jiàn)圖見(jiàn)圖24（滾道橫截面）（滾道橫截面） 圖圖25 （滾道縱截面）（滾道縱截面） 。 特點(diǎn)：使用過(guò)程中不能調(diào)整。特點(diǎn)：使用過(guò)程中不能調(diào)整。機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第二章 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì) 對(duì)于上述幾種預(yù)緊方式，值得注意的是：對(duì)于上述幾種預(yù)緊方式，值得注意的是： （1）預(yù)緊力大小應(yīng)合適，）預(yù)緊力大小應(yīng)合適，1/ 3最大軸向載荷最大軸向載荷; （2）支承部分的間隙不在此調(diào)整范圍內(nèi)。）支承部分的間隙不在此調(diào)整范圍內(nèi)。 傳動(dòng)原理傳動(dòng)原理（四）滾珠絲杠副的精度、尺寸代號(hào)及標(biāo)注方法（四）滾珠絲杠副的精度、尺寸代號(hào)及標(biāo)注方法 精度尺寸參數(shù)已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化。精度尺寸參數(shù)已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化

10、。 查廠家的產(chǎn)品目錄，標(biāo)注應(yīng)按廠家的標(biāo)注示查廠家的產(chǎn)品目錄，標(biāo)注應(yīng)按廠家的標(biāo)注示例嚴(yán)格進(jìn)行例嚴(yán)格進(jìn)行 ，不同的廠家標(biāo)注有所不同。，不同的廠家標(biāo)注有所不同。舉例：舉例：CMD255-3-D/15005-3-D/150013501350CC插管埋入式循環(huán)方式插管埋入式循環(huán)方式MM雙螺母墊片預(yù)緊雙螺母墊片預(yù)緊D25D25絲杠公稱直徑為絲杠公稱直徑為25255-5-絲杠導(dǎo)程絲杠導(dǎo)程5 53-3-承載滾珠總?cè)?shù)承載滾珠總?cè)?shù)D-D-精度等級(jí)為精度等級(jí)為D D級(jí)級(jí)150015001350-1350-絲杠全長(zhǎng)為絲杠全長(zhǎng)為15001500，螺紋長(zhǎng)為，螺紋長(zhǎng)為13501350，右旋（右旋不標(biāo)），右旋（右旋不標(biāo)）

11、機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第二章 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)（五）滾珠絲杠副的安裝（五）滾珠絲杠副的安裝 一般有三種支承方式。一般有三種支承方式。機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第二章 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)四、四、 其他傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)其他傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)（一）諧波齒輪減速器（一）諧波齒輪減速器 ( 原理圖原理圖) （結(jié)構(gòu)圖）（結(jié)構(gòu)圖） 柔輪和剛輪齒距柔輪和剛輪齒距P相等，齒數(shù)不同。相等，齒數(shù)不同。 Zg剛輪齒數(shù)，剛輪齒數(shù)，Zr柔輪齒數(shù)，柔輪齒數(shù)， Zg Zr， 則有：則有： n= Zg Zr ， n為諧波發(fā)生器的波數(shù)。為諧波發(fā)生器的波數(shù)。 工作原理：若工作原理：若n=2，則稱雙波發(fā)生器，此時(shí)，當(dāng)諧波發(fā)生器旋轉(zhuǎn)則稱雙波發(fā)生器，此時(shí)，當(dāng)諧波發(fā)

12、生器旋轉(zhuǎn)180時(shí)，時(shí)，將迫使柔輪和剛輪相對(duì)移動(dòng)一個(gè)齒距。若柔輪固定，則剛輪轉(zhuǎn)一個(gè)角度。將迫使柔輪和剛輪相對(duì)移動(dòng)一個(gè)齒距。若柔輪固定，則剛輪轉(zhuǎn)一個(gè)角度。 柔輪固定時(shí)傳動(dòng)比：柔輪固定時(shí)傳動(dòng)比：ir = Zg /（ Zg Zr） (波發(fā)生器輸入波發(fā)生器輸入, 剛輪輸出剛輪輸出) 剛輪固定時(shí)傳動(dòng)比：剛輪固定時(shí)傳動(dòng)比：ig = Zr /（ Zg Zr） (波發(fā)生器輸入波發(fā)生器輸入, 柔輪輸出柔輪輸出)機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第二章 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì) 諧波齒輪減速器傳動(dòng)特點(diǎn)：傳動(dòng)比大，體積小，廣泛用于機(jī)器人等機(jī)電諧波齒輪減速器傳動(dòng)特點(diǎn)：傳動(dòng)比大，體積小，廣泛用于機(jī)器人等機(jī)電一體化產(chǎn)品中。一體化產(chǎn)品中。（二）無(wú)鍵脹

13、緊聯(lián)接傳動(dòng)二）無(wú)鍵脹緊聯(lián)接傳動(dòng) 1、錐環(huán)無(wú)鍵聯(lián)軸器、錐環(huán)無(wú)鍵聯(lián)軸器 錐環(huán)無(wú)鍵聯(lián)軸器在伺服驅(qū)動(dòng)中應(yīng)用廣泛。錐環(huán)無(wú)鍵聯(lián)軸器在伺服驅(qū)動(dòng)中應(yīng)用廣泛。（1）結(jié)構(gòu)）結(jié)構(gòu)（2）特點(diǎn)）特點(diǎn) 1）摩擦傳動(dòng)，具有過(guò)載保護(hù)功能）摩擦傳動(dòng)，具有過(guò)載保護(hù)功能 2）聯(lián)接精度高，無(wú)間隙）聯(lián)接精度高，無(wú)間隙 3）聯(lián)接角度位置可調(diào)）聯(lián)接角度位置可調(diào) 2、多槽彈性套、多槽彈性套 脹緊聯(lián)接脹緊聯(lián)接 多槽彈性套多槽彈性套 聯(lián)接聯(lián)接 受力變形受力變形機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第二章 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.3 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)一、功用一、功用 支承、導(dǎo)向，準(zhǔn)確地完成特定方向的運(yùn)動(dòng)。支承、導(dǎo)向，準(zhǔn)確地完成特定方向的運(yùn)動(dòng)。二、類型二、類型 1、

14、滑動(dòng)導(dǎo)軌、滑動(dòng)導(dǎo)軌 2、滾動(dòng)導(dǎo)軌、滾動(dòng)導(dǎo)軌 三、對(duì)導(dǎo)軌的基本要求三、對(duì)導(dǎo)軌的基本要求 1、導(dǎo)向精度、導(dǎo)向精度 直線度、平行度。直線度、平行度。 2、耐磨性、耐磨性 精度的保持性。精度的保持性。 3、剛度、剛度 抵抗載荷的能力。抵抗載荷的能力。 4、低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性、低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性 要求無(wú)爬行現(xiàn)象。要求無(wú)爬行現(xiàn)象。 5、抗疲勞、壓潰能力（對(duì)滾動(dòng)導(dǎo)軌而言）、抗疲勞、壓潰能力（對(duì)滾動(dòng)導(dǎo)軌而言）機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第二章 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)四、滾動(dòng)導(dǎo)軌四、滾動(dòng)導(dǎo)軌（一）結(jié)構(gòu)（一）結(jié)構(gòu) 導(dǎo)軌圖片導(dǎo)軌圖片 高速加工中心總裝圖高速加工中心總裝圖已基本實(shí)現(xiàn)系列化，有專業(yè)廠家生產(chǎn)，可以外購(gòu)。已基本實(shí)現(xiàn)系列化，有專業(yè)廠家

15、生產(chǎn)，可以外購(gòu)。（二）特點(diǎn)（二）特點(diǎn)1、滾動(dòng)摩擦系數(shù)小，動(dòng)靜摩擦系數(shù)基本相同、滾動(dòng)摩擦系數(shù)小，動(dòng)靜摩擦系數(shù)基本相同 摩擦系數(shù)一般為：摩擦系數(shù)一般為：0.0030.0052、定位精度高（因摩擦力?。⒍ㄎ痪雀撸ㄒ蚰Σ亮π。?、可以預(yù)緊，剛度好、可以預(yù)緊，剛度好4、磨損小，壽命長(zhǎng)、磨損小，壽命長(zhǎng)（三）安裝及調(diào)整（三）安裝及調(diào)整機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第二章 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)（四）分類（四）分類1、按滾動(dòng)體形狀分、按滾動(dòng)體形狀分 滾珠導(dǎo)軌；滾柱導(dǎo)軌滾珠導(dǎo)軌；滾柱導(dǎo)軌2、按滾動(dòng)體循環(huán)方式分、按滾動(dòng)體循環(huán)方式分 滾動(dòng)體循環(huán)；滾動(dòng)體不循環(huán)滾動(dòng)體循環(huán)；滾動(dòng)體不循環(huán)3、按導(dǎo)軌截面形狀分、按導(dǎo)軌截面形狀分 矩形導(dǎo)軌；梯形導(dǎo)軌等矩形導(dǎo)軌；梯形導(dǎo)軌等 其承載能力如圖：其承載能力如圖：（五）導(dǎo)軌有關(guān)計(jì)算（五）導(dǎo)軌有關(guān)計(jì)算 按參考書(shū)或有關(guān)手冊(cè)中的按參考書(shū)或有關(guān)手冊(cè)中的 有關(guān)公式計(jì)算。有關(guān)公式計(jì)算。 主要是通過(guò)計(jì)算選型號(hào)。主要是通過(guò)計(jì)算選型號(hào)。 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第二章 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì) 五、塑料導(dǎo)軌五、塑料導(dǎo)軌 1、概念、概念 2、特點(diǎn)、特點(diǎn) 耐磨；吸振；摩擦系數(shù)小，且動(dòng)、靜相近。耐磨；吸振；摩擦系數(shù)小，且動(dòng)、靜相近。 3、應(yīng)用、應(yīng)用機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第二章 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.4 機(jī)機(jī) 身身 主要起連接支承作用。主要起連接支承作用。1、結(jié)構(gòu)