第2章 机电一体化的单元技术2.1-2.2.1-2.2.ppt

1,第二章机电一体化的单元技术,第二章机电一体化的单元技术,2,学习目标,熟练掌握机械系统的组成及基本要求、精密机械技术的特点,几种典型机械传动机构的工作原理、参数选择等。掌握传感器的工作原理、分类、特性及选用原则，掌握伺服驱动系统的种类及其特点，系统的基本要求。重点：各种单元技术中常用元、部件的性能特点和选型原则,能够针对不同的工程问题，合理应用相应的单元技术。,第二章机电一体化的单元技术,3,目录,2.1概述2.2精密机械技术2.3传感检测技术2.4伺服驱动技术,第二章机电一体化的单元技术,4,2.1概述,机电一体化是传统技术与一些新技术相结合而发展起来的多学科领域综合交叉的技术密集型学科。机电一体化技术所涉及的关键技术，除系统总体技术外，其它单元技术已发展成为相对独立的学科领域，具有各自的知识体系。本章从机电一体化系统设计的角度，纲要性地介绍主要概念、原理、设计原则和选用方法。,第二章机电一体化的单元技术,5,2.2精密机械技术,一、机电一体化中的机械系统组成传统的机械系统和机电一体化机械系统的主要功能都是完成一系列相互协调的机械运动。但由于二者组成不同，导致其各自实现运动的方式不同。传统机械系统一般由动力件、传动件和执行件三部分加上电气、液压和机械控制等部分组成。,第二章机电一体化的单元技术,6,机电一体化系统中的机械系统则是由计算机协调与控制的，用于完成包括机械力、运动和能量流等动力学任务且机电部件信息流相互联系的系统。1.组成机电一体化系统中的机械系统主要包括以下五大部分：传动机构导向机构执行机构轴系机座或机架,第二章机电一体化的单元技术,7,第二章机电一体化的单元技术,8,2.机械系统设计要求机电一体化中的机械系统应满足以下三方面的要求，以达到伺服系统的设计指标：1高精度2动作响应快3稳定性好3.设计内容机械本体设计无间隙、低惯性、低振动、低噪声和适当阻尼比的要求机械传动设计机械传动的控制,第二章机电一体化的单元技术,9,二、机械传动机构,机械传动机构的基本要求由于传动部件直接影响机电一体化系统的精度、稳定性和快速响应性，应设计和选择满足低摩擦、无间隙、低惯量、高刚度、高谐振频率、适当的阻尼比以及与伺服电动机等其它环节的动态性能相匹配等要求的传动部件。主要从以下几个方面采取措施：采用低摩擦阻力的传动部件和导向部件减小反向死区误差选用最佳传动比缩短传动链，提高传动与支承刚度，以减小结构的弹性变形通过刚度、质量和摩擦系数等参数的合理匹配得到适当的阻尼比,第二章机电一体化的单元技术,10,常用传动机构及其传动功能,第二章机电一体化的单元技术,11,传动机构的发展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：精密化高速化小型化和轻量化,第二章机电一体化的单元技术,12,传动机构的设计内容包括系统设计和结构设计两个方面估算载荷选择总传动比，选择伺服电机选择传动机构的形式确定传动级数，分配各级传动比配置传动链，估算传动链精度传动机构结构设计计算传动装置的刚度和结构固有频率做必要的工艺分析和经济分析,第二章机电一体化的单元技术,13,机械传动系统的特性机电一体化的机械系统应具有良好的伺服性能，要求机械传动部件应有足够的制造精度，满足快速稳定和高效的要求，还应使机械传动部分动态特性与执行元件的动态特性相匹配。机械传动系统的主要特性有：转动惯量阻尼刚度间隙,第二章机电一体化的单元技术,14,转动惯量,转动惯量过大的不利影响：使机械负载增大，需要增大驱动电机的功率系统响应速度变慢，灵敏度降低使系统固有频率下降，易产生谐振，影响伺服稳定性和精度电气驱动部件的谐振频率降低、阻尼增大,第二章机电一体化的单元技术,15,驱动系统实际谐振频率随惯性负载增大而降低设计系统时，将传动系统的转动惯量作为选择电动机动力参数的依据。,驱动系统谐振频率与转动惯量的关系,第二章机电一体化的单元技术,16,转动惯量,计算圆柱体转动惯量（形心轴与回转轴重合）齿轮、联轴器、丝杠和轴等接近于圆柱体的零件都可用上式计算（或估算）其转动惯量。,第二章机电一体化的单元技术,17,计算等效转动惯量Jer（动能守恒）,设系统运动部件的动能总和为：设等效到执行元件输出轴上的总动能为：,第二章机电一体化的单元技术,18,计算直线运动物体的转动惯量折算到丝杠轴上的等效转动惯量折算到小齿轮轴上的等转动惯量,第二章机电一体化的单元技术,19,计算丝杠轴折算到电机轴的等效转动惯量（引申到后轴折算到前轴）,i-电机轴到丝杠轴的总传动比JS-丝杠的转动惯量,第二章机电一体化的单元技术,20,例2-1已知电动机轴的转动惯量Jm=3.210-3kg.m2,工作台及刀架质量m=600kg，滚珠丝杠d=50mm，导程P=8mm，丝杠长度L=1840mm。齿轮齿数分别为Z1=20，Z2=40，Z3=20，Z4=48，模数m=2.5mm，齿宽b=25mm。计算：负载折算到电动机轴上的总等效惯量Je和电机轴上总转动惯量J。（提示：丝杠和齿轮的材料密度=7.8103kg/m3,齿轮的计算直径按分度圆直径计算，丝杠的计算直径取丝杠中径48mm）,第二章机电一体化的单元技术,21,阻尼,阻尼是系统的固有特性，对于一个振动系统，我们定义所有消耗系统机械能的因素都成为阻尼由于机械部件具有惯性和摩擦特性，机械传动系统可视为带有阻尼的质量-弹簧系统摩擦阻尼是由于机械系统的传动件之间的摩擦力而产生的机械部件振动时，金属材料的内摩擦较小（附加的非金属减振材料内摩擦较大）、运动副特别是导轨的摩擦阻尼是主要的摩擦阻尼可分为三类：静摩擦阻尼、库仑摩擦阻尼和黏性摩擦阻尼（黏滞摩擦阻尼）实际应用摩擦阻尼时，一般都简化为黏性摩擦的线性阻尼,第二章机电一体化的单元技术,22,阻尼,阻尼影响：机械部件产生振动时，系统中阻尼越大，最大振幅越小，且衰减越快。但阻尼过大，系统失动量增大，稳态误差增大，精度降低。适当的阻尼可提高系统的稳定性。系统的静摩擦阻尼大，会使系统的回程误差增大，定位精度降低。系统的黏性摩擦阻尼越大，系统的稳态误差越大，精度降低。系统的黏性摩擦阻尼对快速响应性不利。若机械系统刚度低质量大，则系统的固有频率低，此时应增大系统的黏性摩擦阻尼，以减小振幅和加快衰减进程。,第二章机电一体化的单元技术,23,阻尼,计算机械传动系统若简化为二阶振动系统，其阻尼比阻尼比是一个无量纲数，它表示系统相对阻尼的大小。,第二章机电一体化的单元技术,24,阻尼,=0时，系统处于等幅持续振荡状态，因此系统不能没有阻尼，任何机电系统都具有一定的阻尼。l称为过阻尼系统；1称为临界阻尼系统。这两种情况工作中不振荡，但响应速度慢。01称为欠阻尼系统。在值为0.40.7之间系统不但响应比临界阻尼或过阻尼系统快，而且还能更快的达到稳定值。但在0.4时，系统虽然响应更快，但振幅增大，振荡衰减的很慢。在系统设计时，为保证良好动态特性，一般取0.40.7之间。,二阶系统阶跃响应曲线,第二章机电一体化的单元技术,25,刚度,刚度是使弹性物体产生单位变形所需要的作用力，对于机械传动系统来说，刚度包括零件产生各种弹性变形的刚度和两个零件接面的接触刚度。静态力与变形之比为静刚度；动态力（交变力、冲击力）与变形之比为动刚度。对于机械传动系统，增大系统的传动刚度有以下好处：可以减少系统的失动量（传动死区），有利于提高传动精度。可以提高系统的固有频率，有利于系统的抗振性。可以增加闭环控制系统的稳定性。,第二章机电一体化的单元技术,26,刚度,拉压刚度计算丝杠螺母机构的拉压刚度由三部分组成：丝杠构件的拉压刚度KL丝杠轴承的支承刚度KB丝杠螺母间的接触刚度KN,第二章机电一体化的单元技术,27,丝杠构件的拉压刚度KL(1)一端轴向支承的丝杠(2)两端轴向支承的丝杠,第二章机电一体化的单元技术,28,丝杠轴承的支承刚度KB与所采用的轴承类型、结构有关。当轴承有预紧时，其支承刚度为无预紧的2倍;两端轴向支承取一端轴向支承的2倍。丝杠螺母间的接触刚度KN与丝杠螺母副的尺寸和结构有关，预紧也可以提高轴向接触刚度以上两个刚度数值可以从产品样本查得丝杠螺母机构的总拉压刚度K0：,第二章机电一体化的单元技术,29,扭转刚度计算,第二章机电一体化的单元技术,30,传动精度,（一）传动系统的误差分析机械系统传动中，影响系统传动精度的误差可以分为传动误差和回程误差两种。传动误差输入轴单向回转时，输出轴转角的实际值相对于理论值的变动量。假设传动装置的各组成部件的制造和装配绝对准确，并忽略使用中的温度变形和弹性变形，则输出轴转角与输入轴转角符合以下关系：,第二章机电一体化的单元技术,31,传动精度,回程误差当输入轴由正向回转变为反向回转时，输出轴在转角上的滞后量（输入轴固定时，输出轴可以任意转动的转角量）。传动链的传动误差和回程误差对机电系统性能的影响，随其在系统中的位置的不同而不同。误差在闭环系统内，影响稳定性误差在闭环系统外，影响精度,第二章机电一体化的单元技术,32,传动精度,（二）减小传动链误差的措施适当提高零部件本身的精度（制造、装配精度）传动装置的输出轴与负载轴间的联轴器本身精度对传动影响显著合理设计传动链合理选择传动形式合理确定传动级数和分配各级传动比合理布置传动链采用消隙机构各种间隙（如齿轮的齿侧间隙、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）,第二章机电一体化的单元技术,33,合理选择传动形式,在传动链的设计中，各种不同形式的传动能达到的精度是不同的。,传动精度,第二章机电一体化的单元技术,34,合理选择传动形式,在行星齿轮机构中：,传动精度,渐开线行星齿轮,少齿差行星齿轮,摆线针轮行星齿轮,第二章机电一体化的单元技术,35,合理确定传动级数和分配各级传动比,满足使用要求的条件下，应尽可能减少传动级数对减速传动链来说，各级传动比宜从高速级开始逐级递增，且在结构空间允许的前提下，尽量提高末级传动比,第二章机电一体化的单元技术,36,合理布置传动链,在减速传动中，精度较低的传动机构（如圆锥齿轮机构、蜗轮蜗杆机构）应布置在高速轴上，这样可减小低速轴上的误差。,第二章机电一体化的单元技术,37,三、常用传动机构1、丝杠螺母传动,丝杠螺母机构又称螺旋传动机构它主要用来将旋转运动变换为直线运动或将直线运动变换为旋转运动。以传递能量为主的（如螺旋压力机、千斤顶等）有以传递运动为主的（如机床工作台的进给丝杠）调整零件之间相对位置的螺旋传动机构丝杠螺母机构有滑动摩擦机构和滚动摩擦机构,第二章机电一体化的单元技术,38,根据丝杠和螺母相对运动的组合情况，基本传动形式有四种类型,第二章机电一体化的单元技术,39,滚珠丝杠副,（1）工作原理及组成由丝杠、螺母、滚珠、滚珠回程引导装置等四部分组成,特点：传动精度高轴向刚度高运动平稳寿命长不能自锁,第二章机电一体化的单元技术,40,（2）尺寸参数公称直径d0（mm）基本导程l0（mm）行程l（mm）滚珠直径db（mm）螺旋升角（。）,此外，还有丝杠螺纹大径（外径）d，丝杠螺纹小径（内径）d1，螺母螺纹大径（外径）D，螺母螺纹小径D1，滚道圆弧偏心距e等参数通过计算可得。,选择滚珠丝杠副主要确定公称直径、基本导程、滚珠承载的列数,第二章机电一体化的单元技术,41,（3）轴向间隙的调整和预紧轴向间隙：承载时滚珠和滚道型面接触点的弹性变形所引起螺母轴向位移量和丝杠螺母副自身轴向间隙的总和。换向时，轴向间隙引起空回现象，这种空回是非连续的，既影响反向传动精度，又影响系统稳定性，应予以消除。消除方法：采用单螺母预紧或双螺母预紧方式。,第二章机电一体化的单元技术,42,双螺母预紧原理,丝杠上装配两个螺母，通过给两个螺母施加预紧力以调整螺母的轴向位置，使两个螺母中的滚珠在承载前以一定的压力分别压向丝杠螺纹滚道相反的侧面,第二章机电一体化的单元技术,43,双螺母预紧结构垫片调隙法,双螺母预紧结构螺纹调隙法,第二章机电一体化的单元技术,45,双螺母预紧结构齿差调隙法,第二章机电一体化的单元技术,46,两螺母相对套筒同方向转动1个齿，所产生的相对轴向位移为：,例：若Z1=99，Z4=100，n=1,p=6mm,则=0.6m,第二章机电一体化的单元技术,47,（4）丝杠螺母副的选择1）结构的选择根据防尘防护条件以及对调隙及预紧的要求，选择适当的结构形式。2）尺寸的选择主要确定公称直径d0和基本导程l0d0应根据轴向最大载荷按滚珠丝杠副尺寸系列选择l0应按承载能力，传动精度，传动速度选取ls在允许下应尽量短，一般取ls/d030,第二章机电一体化的单元技术,48,3)滚珠丝杠副设计计算已知条件：最大工作载荷Fmax或平均工作载荷Fcp（N）丝杠副使用寿命T（h）丝杠的工作长度或螺母的有效行程l（mm）丝杠转速n或平均转速ncp（r/min）滚道硬度HRC及丝杠工况,第二章机电一体化的单元技术,49,滚珠丝杠副设计步骤,承载能力选择，计算载荷FCFCKFKHKAFmaxKF载荷系数，查表；KH硬度系数，查表；KA精度系数，查表；验算（稳定性、刚度、传动效率）,计算丝杠轴向最大动载荷（N）,根据查表，满足），选择合适型号的丝杠,对于低速（n10r/min）或静止状态丝杠，只按最大静载荷计算即可,第二章机电一体化的单元技术,50,载荷、硬度、精度系数,第二章机电一体化的单元技术,51,压杆稳定性验算,应保证丝杠实际承受载荷的能力Fk应不小于Fmaxfk压杆稳定的支承系数；E钢的弹性模量；I丝杠小径的截面惯性矩；K压杆稳定安全系数。,两端装止推轴承和向心轴承时，一般不会发生失稳现象。,第二章机电一体化的单元技术,52,刚度验算,滚珠丝杠在轴向力F的作用下将产生伸长或缩短，在扭矩M作用下将产生扭转变形而影响丝杠导程的变化，从而影响传动精度和定位精度，故应验算满载时引起丝杠每个导程的变形量（m）。,（拉压）,要求，其中已知或取丝杠传动精度的1/2,换算,第二章机电一体化的单元技术,53,2.齿轮传动,齿轮传动的优点为：瞬时传动比为常数，并具有结构紧凑、传动精确、强度大、能承受重载、摩擦小、效率高。齿轮传动部件是转矩、转速和转向的变换器。机电一体化系统中的机械传动装置不仅仅是用来解决伺服电机与负载间的转速、转矩匹配问题，更重要的是为了提高系统的伺服性能。,第二章机电一体化的单元技术,54,1）齿轮传动比的最佳选择及其分配原则（1）齿轮传动系统最佳总传动比的选择,由于负载特性和工作条件的不同，最佳传动比有各种各样的选择方法。在伺服电机驱动负载的传动系统中常用使负载加速度最大原则，以提高伺服系统的响应速度。,第二章机电一体化的单元技术,55,图2-1伺服电机驱动齿轮系统的计算模型,或,根据负载加速度最大原则确定总传动比根据负载加速度最大原则，其最佳传动比为：,若TLF0，则,第二章机电一体化的单元技术,56,开环控制系统传动比i应满足：,步进电机步距角l0丝杠的基本导程系统脉冲当量,按给定脉冲当量或伺服电机确定总传动比,第二章机电一体化的单元技术,57,闭环控制系统传动比i应满足：,nmax电机额定转速l0丝杠的基本导程Vmax最大移动速度,按给定脉冲当量或伺服电机确定总传动比,按上述公式确定总传动比时，还需要进行转动惯量方面的验算，以保证折算到电机轴上的负载转动惯量不至于过大，以获得较大的加速能力。,第二章机电一体化的单元技术,58,（2）各级传动比的分配原则,为保证减速系统结构紧凑，满足动态性能和传动精度的要求，其设计原则有以下3种：等效转动惯量最小原则重量最轻原则输出轴转角误差最小原则,第二章机电一体化的单元技术,59,等效转动惯量最小原则小功率传动装置大功率传动装置,n级齿轮系各级传动比通式为:,(前小后大),(前小后大),第二章机电一体化的单元技术,60,重量最轻最小原则小功率传动装置大功率传动装置,(各级相等),(前大后小),第二章机电一体化的单元技术,61,输出轴转角误差最小原则,输出轴上的总转角误差为各个齿轮转角误差折算到输出轴后的综合：,二级齿轮系,总转角误差取决于：最末一级齿轮的转角误差最末一级传动比传动级数,(前小后大),第二章机电一体化的单元技术,62,上述三项原则的选择，应根据具体的工作条件而定：对于以提高传动精度和减小回程误差为主的降速齿轮传动链，可按输出轴转角误差最小原则设计。对于要求运动平稳、启停频繁和动态性能好的伺服降速传动链，可按最小等效传动惯量和输出轴转角误差最小原则进行设计。对于要求重量尽可能轻的降速传动链，可按重量最轻原则进行设计。对于传动比很大的齿轮传动链，应把定轴轮系和行星轮系结合使用。对于相当大的传动比，并且要求传动精度高、功率大、效率高、传动平稳、体积小、重量轻等，可以选用新型的谐波齿轮传动。,第二章机电一体化的单元技术,63,2）齿轮传动的消隙机构圆柱齿轮传动侧隙调整法：（1）偏心套（轴）调整法（2）轴向垫片调整法（3）双片薄齿轮错齿调整法,第二章机电一体化的单元技术,64,（1）偏心套（轴）调整法,特点：结构简单，其侧隙不能自动补偿。,第二章机电一体化的单元技术,65,（2）轴向垫片调整法(锥度齿轮),特点：结构简单，其侧隙不能自动补偿。,第二章机电一体化的单元技术,66,（3）双片薄齿轮错齿调整法,特点：承载能力有限，适用于负荷不大的传动装置中。另外弹簧的拉力要足以能克服最大扭矩，否则起不到消隙作用。这种方法中齿侧间隙可自动消除（补偿），能始终保持无间隙啮合，是一种柔性调整法。,第二章机电一体化的单元技术,67,3）谐波齿轮传动谐波齿轮传动是由美国学者麦塞尔发明的一种具有重大突破的传动技术，其原理是依靠柔性齿轮所产生的可控制弹性变形波，引起齿间的相对位移来传递动力和运动的。国内1978年研究成功了谐波传动减速器，并成功地应用在发射机调谐机构件中。1980年该项成果荣获了电子工业部优秀科技成果奖。,第二章机电一体化的单元技术,68,（1）工作原理及结构主要由波发生器、柔轮、刚轮组成。,第二章机电一体化的单元技术,69,减速器：波发生器为主动件，刚轮和柔轮之一为从动件，另一个为固定件。增速器：刚轮和柔轮之一为主动件，另一个为固定件，波发生器为从动件。,双波发生器,第二章机电一体化的单元技术,70,谐波齿轮传动,第二章机电一体化的单元技术,71,谐波齿轮传动,优点：传动比大承载能力大传动精度高齿侧间隙小传动平稳传动效率高结构简单、体积小、重量轻,缺点：传动比下限值较高不能做成交叉轴和相交轴的结构。柔轮承受较大的交变载荷，对柔轮材料的抗疲劳强度、加工和热处理要求较高，工艺复杂,第二章机电一体化的单元技术,72,应用机器人、机床分度机构、雷达、航空航天设备,第二章机电一体化的单元技术,73,3.挠性传动,(1)同步带传动同步齿形带，是一种新型的带传动。它是利用同步带的齿形与带轮的轮齿依次相啮合传递运动或动力。特点：传动比准确，传动效率高、能吸振、噪音小、传动平稳、能高速传动、维护保养方便。缺点：安装精度要求高、中心距要求严格，具有一定蠕变性。,第二章机电一体化的单元技术,74,1）同步带根据齿形的不同，同步齿形带可以分成两种：一种是梯形齿同步带，另一种是圆弧齿同步带。,（a）梯形齿（b）圆弧齿（c）齿形带的结构1-强力层，2-带齿，3-带背,第二章机电一体化的单元技术,75,2）同步带轮同步带轮一般由钢、铝合金、灰铸铁、黄铜和工程塑料等材料制造。其中灰铸铁应用最广，小功率传动的带轮一般用铸铝或工程塑料。,第二章机电一体化的单元技术,76,2）同步带轮,第二章机电一体化的单元技术,77,3）同步带传动的设计计算步骤,已知条件：需要传递的名义功率pm主从动轮的转速n1、n2或传动比设计步骤：1）确定带的设计功率2）选择带型和节距3）确定带轮齿数和节圆直径4）确定同步带的节线长度、带齿数及传动中心距5）检验同步带和小带轮的啮合齿数6）确定实际所需同步带宽度7）带的工作能力验算,第二章机电一体化的单元技术,78,3.挠性传动,(2)钢带传动特点：钢带与带轮间接触面积大、无间隙、摩擦阻力大、无滑动、结构简单紧凑、运行可靠、噪声低、驱动力大、寿命长、钢带无蠕变。(3)绳轮传动优点：结构简单、传动刚度大、结构柔软、成本低、噪声低缺点：带轮大、安装面积大、加速度不易太高，有蠕变。,第二章机电一体化的单元技术,79,3.挠性传动,第二章机电一体化的单元技术,80,4.间歇传动,间歇传动部件可将输入的连续运动转换为间歇运动。常用的间歇传动：1）棘轮传动2）槽轮传动3）蜗形凸轮传动基本要求：移位迅速、移位过程中无冲击、停位准确可靠,第二章机电一体化的单元技术,81,4.间歇传动,1）棘轮传动特点：结构简单，制造容易。但传动有噪声，易磨损。棘爪往复一次推过的棘轮齿数与棘轮转角的关系如下：,棘轮回转角k棘爪往复一次推过的棘轮齿数z棘轮齿数,第二章机电一体化的单元技术,82,4.间歇传动,1）棘轮传动,（a）外齿式（b）内齿式（c）端齿式,第二章机电一体化的单元技术,83,4.间歇传动,2）槽轮传动,优点：结构简单转位迅速从动件短时间内转过的角度大传动效率高转位和静止时间之比为恒值,缺点：有冲击，定位精度不高，制造装配精度要求较高,第二章机电一体化的单元技术,84,4.间歇传动,3）蜗形凸轮传动,特点：能够得到在实际中所能遇到的任意的转位时间与静止时间之比，其工作时间系数比槽轮机构小能够实现转盘所要求的各种运动规律能够用于工位数较多的设备上凸轮棱边的定位精度已经能满足要求，不需加其它定位装置刚度高装配方便加工工作量大，成本高,第二章机电一体化的单元技术,85,四、机械导向机构,功用：使运动部件沿一定的轨迹运动（导向），并承受运动部件上的载荷（支承）。导轨副（简称导轨），包括两部分组成：支承导轨（静导轨）运动导轨（动导轨）,第二章机电一体化的单元技术,86,（一）概述导轨的基本要求导向精度高耐磨性好疲劳和压溃足够的刚度低速运动平稳性结构工艺性好对温度的敏感性小,第二章机电一体化的单元技术,87,导轨种类（1）按其接触面的摩擦性质可分为：滑动导轨、滚动导轨、流体介质摩擦导轨（2）按其结构特点可分为：开式-借助重力或弹簧弹力保证运动件与承导面之间的接触闭式-只靠导轨本身的结构形状保证运动件与承导面之间的接触,第二章机电一体化的单元技术,88,导轨副的设计要点（1）根据工作条件，选择合适的导轨类型（2）选择导轨的截面形状，以保证导向精度（3）选择适当的导轨结构及尺寸（4）选择导轨的补偿及调整装置（5）选择合理的耐磨涂料、润滑方法和防护装置（6）制订保证导轨所必需的技术条件,第二章机电一体化的单元技术,89,（二）滚动直线导轨,一种以滚动体做循环运动的滚动导轨，主要由导轨、滑块、滚动体等组成。在导轨与滑块之间放置若干滚动体（滚珠、滚柱、滚针），使其摩擦性质成为滚动摩擦。当滑块移动时，滑块内的滚珠在导轨上的圆弧沟槽滚动并形成循环。,第二章机电一体化的单元技术,90,滚动直线导轨的特点承载能力大刚性强寿命长传动平稳可靠具有结构自调整能力,第二章机电一体化的单元技术,91,滚动直线导轨的分类,1按滚动体的形状分：钢珠式和滚柱式两种2按导轨截面形状分：矩形和梯形两种3按滚道沟槽形状分：单圆弧和双圆弧两种，单圆弧沟糟为两点接触，双圆弧沟槽为四点接触,第二章机电一体化的单元技术,92,（三）塑料导轨,塑料导轨是在滑动导轨上镶装塑料而成的，提高了导轨的抗振性、耐磨性、低速运动平稳性。1、塑料导轨软带贴塑导轨，用于与铸铁导轨或淬硬的钢导轨相配合的动导轨上贴一层塑料导轨软带。这种导轨软带的材料以聚四氟乙烯为基体，加入青铜粉、二硫化钼和石墨等填充剂混合烧结，并做成软带。常用有两种：美国Shanban公司研制的Turcite-B和我国研制的FSF软带。特点：摩擦系数低而稳定，动静摩擦系数相近，吸收振动，耐磨性好，化学稳定性好，维护修理方便，经济性好、结构简单,第二章机电一体化的单元技术,93,2、金属塑料复合导轨板金属塑料复合导轨板一般采用粘接的方法安装在动导轨表面。该导轨板分为三层：内层钢背，保证承载能力中间层多孔，提高导热性外层自润滑塑料层以英国Glacier公司的DU和DX具有代表性。特点：摩擦特性优良、耐磨损,第二章机电一体化的单元技术,94,3、塑料涂层摩擦副的两配对表面中，若有一个摩擦面磨损严重，则可把磨损部分切除，凃敷配置好的胶状塑料涂层，利用模具或另一摩擦表面使涂层成形，固化后的塑料涂层即成为摩擦副中配对面之一，与另一金属配对面组成新的摩擦副。此法可用于机械设备中导轨、滑动轴承、蜗杆、齿条等各种摩擦副的修理。也可用于设备改装中改善导轨的运动特性。,第二章机电一体化的单元技术,95,五、机械执行机构,机械执行机构的基本要求惯量小、动力大体积小、重量轻便于维修、安装易于计算机控制,第二章机电一体化的单元技术,96,（一）微动执行机构热变形式磁致伸缩式,第二章机电一体化的单元技术,97,（二）工业机械手末端执行器,工业机械手是一种自动控制、可重复编程、多自由度的操作机，是能搬运物料、工件或操作工具以及完成其他各种作业的机电设备。工业机械手的末端执行器装在机械手腕的前端，是直接执行操作功能的机构。末端执行器分为三大类：机械夹持器特种末端执行器万能手（或灵巧手）,第二章机电一体化的单元技术,98,圆弧平行开合型,机械夹持器常用压缩空气作为动力源，经传动机构实现手指的运动。手指运动轨迹分为：圆弧开合型、圆弧平行开合型和直线平行开合型,机械夹持器,圆弧开合型,第二章机电一体化的单元技术,99,真空吸附手,特种末端执行器提供工业机器人完成某类特定的作业。如真空吸附手、电磁吸附手,特种末端执行器,电磁吸附手,第二章机电一体化的单元技术,灵巧手是一种模仿人手制作的多关节的机器人末端执行器。,灵巧手,第二章机电一体化的单元技术,101,七、轴系,轴系由轴、轴承及安装在轴上的传动件组成。轴系的主要作用是传递扭矩及传动精确的回转运动，承受外力或外力矩。1.轴系设计的基本要求轴系分为主轴轴系和中间传动轴轴系。对中间传动轴轴系一般要求不高。而对于完成主要作用的主轴轴系的旋转精度、刚度、热变形及抗振性等的要求较高。,第二章机电一体化的单元技术,102,（1）回转精度回转精度是指在装配后，在无负载、低速旋转的条件下，轴前端的径向跳动和轴向窜动量。回转精度大小取决于轴系各组成零件及支承部件的制造精度与装配调整精度。主轴的回转误差对加工或测量的精度影响很大。在工作转速下，其回转精度取决于其转速、轴承性能以及轴系的动平衡状态。,第二章机电一体化的单元技术,103,（2）刚度轴系的刚度反映了轴系组件抵抗静、动载荷变形的能力。主轴组件的刚度包括主轴、轴承和支座的刚度。若轴系受轴上传动件的切向力和径向力的作用，产生扭矩和弯矩，故其强度和刚度应按弯扭合成进行验算。,第二章机电一体化的单元技术,104,（3）抗振性抗振性是指设备工作时，轴系抵抗振动保持平稳地运转的工作能力。主轴组件在工作中发生振动的大小是以在同样力的作用下主轴端部测得的最大振幅来衡量。轴系的振动表现为强迫振动和自激振动。它直接影响回转精度及轴承寿命等。对高速运动的轴系必须以提高刚度（动、静）、增大轴系阻尼比等措施来提高轴系的动态性能。,第二章机电一体化的单元技术,105,（4）热变形热变形是指因各相对处的摩擦等损耗而发热造成温升，使轴系在形状和位置上产生畸变。轴系的受热会使轴伸长或使轴系零件间隙发生变化，影响整个传动系统的传动精度、回转精度及位置精度。减少热变形措施：将热源与主轴组件分离减少热源的发生量采用冷却散热装置,第二章机电一体化的单元技术,106,（5）轴上传动件的布