机电一体化机械受控模块

1、会计学1机电一体化机械受控模块机电一体化机械受控模块第1页/共119页第2页/共119页第3页/共119页第4页/共119页第5页/共119页最小等效转动惯量原则最小等效转动惯量原则44311421JJiJJi，222412131111222221211122111241112212421121()1(1)J01 20122JJJiJJJJi JJiiiiiiJJiiiiiiiii 令可解得：设各齿轮材料相同，厚度相同，齿轮1和3一样大，则有第6页/共119页第7页/共119页第8页/共119页第9页/共119页第10页/共119页 通过双齿轮中间加入弹性元件，使双齿轮分别贴紧其啮合齿轮的两侧

2、，以消除齿轮的间隙。第11页/共119页 通过双齿轮中间加入弹性元件，使双齿轮分别贴紧其啮合齿轮的两侧，以消除齿轮的间隙。第12页/共119页 通过双齿轮中间加入弹性元件，使双齿轮分别贴紧其啮合齿轮的两侧，以消除齿轮的间隙。第13页/共119页 通过双齿轮中间加入弹性元件，使双齿轮分别贴紧其啮合齿轮的两侧，以消除齿轮的间隙。第14页/共119页12,.,n 第15页/共119页 滚珠丝杠副滚珠丝杠副是一种新型螺旋传动机构，其螺杆和螺是一种新型螺旋传动机构，其螺杆和螺母的螺纹滚道间置滚珠，当螺杆或螺母传动时，滚动沿母的螺纹滚道间置滚珠，当螺杆或螺母传动时，滚动沿螺纹滚道滚动，使螺杆和螺母作相对运

3、动时为滚动摩擦，螺纹滚道滚动，使螺杆和螺母作相对运动时为滚动摩擦，提高了传动效率和传动精度。提高了传动效率和传动精度。 第16页/共119页第17页/共119页第18页/共119页第19页/共119页第20页/共119页滚珠丝杠副的结构类型滚珠循环方式滚道截面形状单圆弧型：双圆弧型:内循环：外循环：丝杆和螺母的滚道都是一个半圆弧丝杆和螺母的滚道分别由两个1/4圆弧滚珠循环时始终与丝杆表面保持接触滚珠循环时离开丝杆表面，在螺母体内或体外循环第21页/共119页第22页/共119页第23页/共119页滚珠丝杠内循环方式滚珠丝杠内循环的反向器第24页/共119页n而外循环方式中滚道循环道路长，在高频

4、浮动中达到回珠圆弧槽进出口自动而外循环方式中滚道循环道路长，在高频浮动中达到回珠圆弧槽进出口自动对接，通道流畅，摩擦小，更适合于高速高灵敏度高刚性的精密进给系统。对接，通道流畅，摩擦小，更适合于高速高灵敏度高刚性的精密进给系统。 滚珠丝杠外循环结构图第25页/共119页常用的双螺母消除轴向间隙的结构型式有以下三种。(a)垫片调隙式垫片调隙式 通常用螺钉来连接滚珠丝杠两个螺母的凸缘，并在凸缘间加垫片。调整垫片的厚度使螺母产生轴向位移，以达到消除间隙和产生预拉紧力的目的。 这种结构的特点是构造简单、可靠性好、刚度高以及装卸方便。但调整费时，并且在工作中不能随意调整，除非更换厚度不同的垫片。4321

5、 图7-18 双螺母垫片调隙式结构1、2-单螺母 3-螺母座 4-调整垫片双螺母垫片调隙式结构 第26页/共119页图7-19 双螺母螺纹调隙式结构1、2-单螺母 3-平键 4-调整螺母1234双螺母螺纹调隙式结构 第27页/共119页 (c)齿差调隙式齿差调隙式在两个螺母的凸缘上各制有圆柱齿轮，两者齿数相差一个齿，并装入内齿圈中，内齿圈用螺钉或定位销固定在套筒上。调整时，先取下两端的内齿圈，当两个滚珠螺母相对于套筒同方向转动相同齿数时，一个滚珠螺母对另一个滚珠螺母产生相对角位移，从而使滚珠螺母对于滚珠丝杠的螺旋滚道相对移动，达到消除间隙并施加预紧力的目的。图7-20 双螺母齿差调隙式结构 1

6、、2-单螺母 3、4-内齿轮z13z2124双螺母齿差调隙式结构 第28页/共119页第29页/共119页第30页/共119页第31页/共119页第32页/共119页第33页/共119页第34页/共119页标准轴承向心推力轴承： 既能承受径向载荷又能承受轴向载荷向心轴承： 只能承受径向载荷推力轴承： 只能承受轴向载荷按承受载荷的类型：标准轴承按滚珠的类型：球轴承：圆锥滚子轴承：圆柱滚子轴承：滚针轴承：滚珠为小钢球（有单列和双列）滚珠为短圆柱体（有单列和双列）滚珠为圆锥体（有单列和双列）滚珠为针形（有单列和双列）第35页/共119页第36页/共119页第37页/共119页第38页/共119页第3

7、9页/共119页刚轮刚轮1 1是刚性的内齿轮。 柔轮柔轮2 2是薄壳形元件，具有弹性的外齿轮。谐波发生器谐波发生器3 3是凸轮（通常为椭圆形）及薄壁轴承组成，随着凸轮转动，薄壁轴承的外环作椭圆形变形运动（弹性范围内）。 第40页/共119页第41页/共119页第42页/共119页第43页/共119页第44页/共119页22dTkd消除传动间隙的措施第45页/共119页谐波齿轮谐波齿轮行星轮系行星轮系波发生器波发生器转臂（转臂（H）柔轮柔轮行星轮行星轮刚轮刚轮太阳轮太阳轮()RHRHGHGHHGRHRHRGGHGHRziz1.刚轮固定刚轮固定 波发生器输入，柔轮输出；柔轮输入，波发生器输出2.柔

8、轮固定柔轮固定 波发生器输入，刚轮输出；刚轮输入，波发生器输出3.波发生器固定波发生器固定 柔轮输入，刚轮输出；刚轮输入，柔轮输出第46页/共119页第47页/共119页XBD 100-125-250-表示柔轮小径为表示柔轮小径为100mm，传动比为，传动比为125，输出，输出转矩为转矩为250Nm，精度等级为普通级，卧式双轴伸出型谐波减速器，精度等级为普通级，卧式双轴伸出型谐波减速器。第48页/共119页第49页/共119页圆柱滚子轴承推力球轴承角接触球轴承圆锥滚子轴承调心球轴承深沟球轴承深沟球轴承第50页/共119页液体动压支承工作原理：液体动压支承工作原理：若两平面之间的油液成楔形，两者

9、相对运动时将产生压力，从而可以若两平面之间的油液成楔形，两者相对运动时将产生压力，从而可以承载承载第51页/共119页 1轴的启动阶段轴的启动阶段轴静止时，轴处于轴承孔的最下方、最稳定位置，自然形成一弯曲的楔形轴静止时，轴处于轴承孔的最下方、最稳定位置，自然形成一弯曲的楔形，开始转动并转速很低时，完全是金属直接接触，轴承对轴颈的摩擦力方，开始转动并转速很低时，完全是金属直接接触，轴承对轴颈的摩擦力方向与轴颈表面圆周速度方向相反，迫使轴颈向右滚动而偏移。向与轴颈表面圆周速度方向相反，迫使轴颈向右滚动而偏移。 3液体动力润滑运转阶段液体动力润滑运转阶段当转速当转速n增加到一定值时，轴颈带入足够油量

10、把两摩擦表面分开，形增加到一定值时，轴颈带入足够油量把两摩擦表面分开，形成承载油膜，这时，油层内的压力已能支承外载荷成承载油膜，这时，油层内的压力已能支承外载荷,达到平衡的轴颈开达到平衡的轴颈开始按液体摩擦状态工作，即进入稳定运转阶段。始按液体摩擦状态工作，即进入稳定运转阶段。 当转速继续升高当转速继续升高,油油膜承载能力进一步提高时，轴颈又抬起，当转速膜承载能力进一步提高时，轴颈又抬起，当转速n趋向无穷大时；时趋向无穷大时；时两轴心重合，轴颈轴心轨迹为半圆形两轴心重合，轴颈轴心轨迹为半圆形。2不稳定运转阶段不稳定运转阶段 随着转速的提高，带人楔形中的油量也逐渐增加，油膜承载面积加大随着转速的

11、提高，带人楔形中的油量也逐渐增加，油膜承载面积加大，因而摩擦阻力逐渐减少，于是轴颈又向左下方移动。，因而摩擦阻力逐渐减少，于是轴颈又向左下方移动。第52页/共119页第四节第四节 轴系轴系 1. 1.液体动压轴承液体动压轴承球头浮动式球头浮动式根据形成油楔的结构不同，液体动压支承可分为：球头浮动式球头浮动式薄壁弹性变形式薄壁弹性变形式加工形成式加工形成式第53页/共119页 1. 1.液体动压轴承液体动压轴承薄壁弹性变形式薄壁弹性变形式第54页/共119页气体动压支承技术是利用气体动压支承技术是利用空气空气作润滑剂的一种轴承。它通过作润滑剂的一种轴承。它通过空气的弹性空气的弹性起支承作用，可避

12、起支承作用，可避免固体面之间的直接接触。其免固体面之间的直接接触。其原理和液体动压支承基本相同，原理和液体动压支承基本相同，在轴颈和轴瓦之间形成气楔。在轴颈和轴瓦之间形成气楔。第55页/共119页液体静压轴承是依靠外界供给液体静压轴承是依靠外界供给压力以产生压力油膜压力以产生压力油膜 ,支承主轴支承主轴使其承载。使其承载。 液体静压支承液体静压支承特点：精度高、刚度大、抗震特点：精度高、刚度大、抗震性好、摩擦力矩小。性好、摩擦力矩小。用于中低速重载高精度机械设用于中低速重载高精度机械设备。备。第56页/共119页气模压力有外部气源提供。外部的压缩空气由气源经节流器，气模压力有外部气源提供。外部

13、的压缩空气由气源经节流器，进入轴承间隙，然后连续排入大气。它是通过负载使轴承产进入轴承间隙，然后连续排入大气。它是通过负载使轴承产生气动补偿力来获得承载能力和刚度生气动补偿力来获得承载能力和刚度第57页/共119页 气膜压力有外部气源提供。外部的压缩空气由气源经气膜压力有外部气源提供。外部的压缩空气由气源经节流器，进入轴承间隙，然后连续排入大气。它是通过负载节流器，进入轴承间隙，然后连续排入大气。它是通过负载使轴承产生气动补偿力来获得承载能力和刚度使轴承产生气动补偿力来获得承载能力和刚度第58页/共119页 导轨副组成1-支承件 2-运动件 第59页/共119页第60页/共119页导轨类型导轨

14、类型优点优点缺点缺点滑动导轨滑动导轨导轨机构简单，阻尼系数大，刚度大；易产生低速爬行现象，易磨损滚动导轨滚动导轨摩擦系数小，不存在低速爬行现象；刚度系数小，阻尼系数小，可能引起振荡。液体静压导轨液体静压导轨无磨损，无静摩擦，无低速爬行现象，阻尼系数大，设计制造使用均复杂气浮导轨气浮导轨无磨损，无静摩擦，无低速爬行现象，无需回行管路，不产生污染刚度小，阻尼系数小，容易引起振荡。磁浮轨道磁浮轨道配对导轨面具有相同极性装置，利用同性相斥的原理，使两导轨面脱离接触，无摩擦，刚度和承载能力可调使用时发热较厉害，需很好的冷却和防护，防止含铁尘埃粉末落入导轨面，技术复杂，成本较高。 按导轨面的摩擦性质分：按

15、导轨面的摩擦性质分：第61页/共119页第62页/共119页三角形和矩形组合：这种组合形式以三角导轨为导向面，导向精度较高，而平导轨的工艺性好，因此应用最广。矩形和矩形组合：承载面和导向面分开，因而制造和调整简单。导向面的间隙用镶条调整，接触刚度低。第63页/共119页导轨副的组合形式（1）双三角形导轨 （ 2）矩形和矩形组合（3）三角形和矩形组合 （4）三角形和平面导轨组合 （5）燕尾形导轨及其组合 第64页/共119页第五节第五节 导轨及支承件导轨及支承件第65页/共119页第66页/共119页第67页/共119页第68页/共119页第69页/共119页第70页/共119页第71页/共11

16、9页第72页/共119页第73页/共119页第74页/共119页第75页/共119页第76页/共119页第77页/共119页第78页/共119页第五节第五节 导轨及支承件导轨及支承件3. 滚动导轨滚动导轨第79页/共119页第五节第五节 导轨及支承件导轨及支承件特点特点 滚珠与动静导轨之间为滚珠与动静导轨之间为点接触点接触优点优点 结构简单、制造容易、成本低结构简单、制造容易、成本低 缺点缺点 刚度差、抗震性差、承载力低刚度差、抗震性差、承载力低应用应用 轻载、小力矩轻载、小力矩 第80页/共119页滚柱导轨介绍滚柱导轨介绍特点特点 滚珠与动静导轨之间为滚珠与动静导轨之间为线接触线接触优点优点

17、 承载力是滚珠的承载力是滚珠的20302030倍倍 刚度、抗震性均优于滚珠刚度、抗震性均优于滚珠缺点缺点 滚柱体对导轨不平度敏感、易滚柱体对导轨不平度敏感、易 由于不平而产生侧向偏移和侧由于不平而产生侧向偏移和侧 向滑动，使导轨磨损加剧和降向滑动，使导轨磨损加剧和降 低精度。低精度。应用应用 适用于载荷较大的场合适用于载荷较大的场合 第81页/共119页第五节第五节 导轨及支承件导轨及支承件第82页/共119页第五节第五节 导轨及支承件导轨及支承件第83页/共119页第五节第五节 导轨及支承件导轨及支承件0(9.5(4.5rPPzPdPPzql对滚珠导轨）对于滚柱导轨）第84页/共119页第五

18、节第五节 导轨及支承件导轨及支承件2 ( (HrHPKd fPKl df对于滚珠导轨）对于滚柱导轨）校核每个滚动体所承受的最大载荷Pmax是否超过许用值Pmax / 2PPPK滚动体截面当量许用应力，查表2-6fH导轨硬度修正系数，查表2-7第85页/共119页（3）计算支承导轨的长度）计算支承导轨的长度L 0/ 2LLl（4）必要条件下还应校验滚动导轨的刚度，及计算滚动体的变形）必要条件下还应校验滚动导轨的刚度，及计算滚动体的变形第86页/共119页第五节第五节 导轨及支承件导轨及支承件第87页/共119页第五节第五节 导轨及支承件导轨及支承件4. 阻尼及其影响阻尼及其影响影响导轨阻尼系数的

19、因素：影响导轨阻尼系数的因素： 表面压力大小表面压力大小 润滑类型润滑类型 摩擦类型摩擦类型第88页/共119页第五节第五节 导轨及支承件导轨及支承件4. 阻尼及其影响阻尼及其影响影响导轨阻尼系数的因素：影响导轨阻尼系数的因素： 表面压力大小表面压力大小 润滑类型润滑类型 摩擦类型摩擦类型阻尼小阻尼小启动跟随快启动跟随快阻尼大阻尼大抗振性能好抗振性能好第89页/共119页第90页/共119页第91页/共119页第92页/共119页第93页/共119页（1）刚度高）刚度高（2）移动部件质量轻，可获得很高的动态特性容易）移动部件质量轻，可获得很高的动态特性容易实现高速、高加速度运动。实现高速、高加

20、速度运动。（3）不存在累计误差，可获得较高的运动精度）不存在累计误差，可获得较高的运动精度（4）零件标准化程度高，易于模块化设计）零件标准化程度高，易于模块化设计（5）作业空间与机器尺寸比较小）作业空间与机器尺寸比较小优点优点缺点缺点（1）灵活性较差，运动平台倾斜角度较小）灵活性较差，运动平台倾斜角度较小（2）在作业空间内部存在杆件干涉和奇异位形的危险）在作业空间内部存在杆件干涉和奇异位形的危险第94页/共119页)(tfkxxcxm )(tTkcJ 第95页/共119页2211221122221122221 111221122drsdrsM dM dJJP dsPdsm vmv（对于转动情况

21、）（对于移动情况）能量方程式能量方程式2222drdrddJMMJdtddvdm vPPmdtds（对于转动情况）（对于移动情况）力和力矩方程式第96页/共119页第97页/共119页211112222222222121221212112222222122122;/()()ccccdJTTdtddJBTTdtdtTiTiJdB dTJTidtidtiddi JJBiTTdtdt 不考虑刚度不考虑刚度注意转动惯量、阻尼系数的折算注意转动惯量、阻尼系数的折算第98页/共119页转动惯量、阻尼系数的折算转动惯量、阻尼系数的折算第99页/共119页考虑刚度考虑刚度从动轴刚度为从动轴刚度为K2，则由于从动则由于从动轴的变形所引起的弹性力：轴的变形所引起的弹性力：122()Ki折算到主动轴上为：折算到主动轴上为：212()KiiK2第100页/共119页考