机电一体化 教学课件2章

1）机电一体化的机械系统与一般机械系统相比，具有一定的特殊要求：（1）较高的定位精度。（2）良好的动态响应特性。——响应快、稳定性好。2.1机械系统的选择与设计要求第2.2节机械传动部件的选择与设计

2.1.1机械传动部件及其主要功能

常用传动部件：螺旋传动、齿轮传动、同步齿形传动、高速带传动，其它非线性传动元件。

主要功能：传递力/转矩和速度/转速——力/转矩、速度/转速变换器。

主要作用或目的——使执行元件与负载之间在转矩和转速方面达到合理（最佳）的匹配。

基本要求——传动间隙小、精度高、体积小、重量轻、运动平稳、传动转矩大。

机电一体化机械传动部件的发展方向——精密化，高速化，小型化，轻量化。2.1.2丝杠螺母机构传动形式与特点（1）丝杠螺母机构的主要构成丝杠、丝杠螺母和减摩介质或滚动体（回珠装置）。

功能：实现旋转运动与直线运动之间相互转换或调整。

作用：用于机构之间能量的传递和运动形式的传递。

分类：滑动和滚动丝杠螺母机构。

滑动丝杠螺母机构：结构简单、加工方便、成本低，且有自锁功能，但摩擦阻力较大、传动效率低(30%~40%)。

滚动丝杠螺母机构：结构复杂、成本高、无自锁功能，但摩擦阻力小、传动效率高（92%~98%）、传动精度高。（2）丝杠螺母传动的类型与特点2.1.3滚珠丝杠传动部件

（1）滚珠丝杠副的组成由带螺旋槽的丝杆、螺母、滚动元件滚珠/滚柱、回珠装置等组成。各元件的作用：（3）滚珠丝杠副的典型结构类型

主要按螺纹滚道截面形状、滚珠的循环方式、消除轴向间隙的调整与预紧方式三种形式进行分类。1）按螺纹滚道截面形状分类：分单圆弧型和双圆弧型两类。2）按滚珠的循环方式分类：

内循环方式和外循环方式两类。

a）内循环方式浮动式反向器内循环方式b）外循环方式端盖式外循环插管式外循环3）消除轴向间隙的调整与预紧方式（3）选择滚珠丝杠副支承方式

为了提高滚珠丝杠传动副的支承刚度，从而提高传动精度，滚珠丝杠副支承方式具有下属四种方式。a）单推——单推式结构形式b）双推——简支式结构形式c）双推——自由式结构形式d）双推——双推式结构形式（4）滚珠丝杠副的制动装置

作用：在垂直安装或在高速移动定位时，防止滚珠丝杠副逆转发生不安全事故或定位不可靠（无自锁能力）。

常用：超越离合器、双推式电磁离合器（制动器）。

超越离合器双推式电磁离合器（5）滚珠丝杠副的润滑与密封

润滑：主要有脂润滑和滴油润滑。

密封：接触式密封（动或静密封）和非接触式密封（迷宫式密封）。

防尘与防护：折叠式防尘套、伸缩式防尘套、伸缩挡板防尘装置等。（6）滚珠丝杠副的选择方法

（1）滚珠丝杠副结构形式确定依据预紧条件和防尘条件决定滚珠丝杠副的结构形式。

单圆弧螺纹滚道的单螺母丝杠副——以动力传动为主，允许传动存在一定间隙，且垂直安装。常用在高精度压力设备上（导向精度由导轨保证）。

单圆弧螺纹滚道的双螺母丝杠副——主要用在传递轻载荷、对传递动力的平稳性和丝杆刚度要求比高（预紧力较小）的小型设备上。

双圆弧螺纹滚道的双螺母丝杠副——主要用于重载，以传递动力和运动为主，对传递动力和运动的平稳性有较高的要求，传递精度高、丝杠刚度大，防尘效果好的高精度机器设备上。预紧原理预紧结构（2）滚珠丝杠副尺寸设计选择要点2.2.4齿轮传动部件

2、各级传动比最佳分配原则

1）重量最轻原则

•小功率传动装置各级传动比（等传动比分配，等模数原则）

•大功率传动装置各级传动比确定，应遵循“先大后小”原则，再由经验、类比方法和结构设计紧凑等方法确定。（不等传动比分配，不等模数原则）2）输出转角误差最小原则

式中：—第个齿轮所具有的转角误差；—第个齿轮的转轴至第级输出轴的传动比。3）等效转动惯量最小原则各传动轴转动惯量等效到电机轴上的等效转动惯量最小。(机械传动部分响应特性最佳原则)。

等效到电机轴上的等效转动惯量为：2）轴向垫片齿侧间隙调整法3）双片薄齿轮错齿齿侧间隙调整法4）斜齿轮传动齿侧间隙调整

1.如图所示的机电传动系统，减速机构为两级减速箱，已知齿轮齿数之比z2/z1=3,z4/z3=5,忽略效率损失，各齿轮的转动惯量为J1=20Nm2,J2=40Nm2,J3=50Nm2,J4=225Nm2,电动机的惯量J0=300Nm2,求折算到电机轴上的系统总转动惯量[J]m2.1.5挠性传动部件

在机电一体化系统中，除滚珠丝杠副、齿轮传动副外，同步齿形带传动、纲带传动、链条传动、钢丝绳/尼龙绳传动等。

特点：结构简单、可实现高速传动、传动功率较低、传动效率高、传动平稳、吸振且噪音低、维修使用方便，但安装精度要求高。应用：主要应用在高速、低载、运转平稳、低噪的环境中。同步齿形带传动

同步带是一种兼有链、齿轮、三角胶带优点的传动零件。由于同步带是一种兼有链、齿轮、三角胶带优点的传动零件。

同步带传动的优缺点：工作时无滑动，有准确的传动比传动效率高，节能效果好传动比范围大，结构紧凑维护保养方便，运转费用低恶劣环境条件下仍能正常工作同步带传动与类型第2.2节导向支承部件的选择与设计

导轨支承部件的作用：支承和限制运动部件按给定运动规律要求和规定运动方向作直线或回转运动。2.2.1导轨副的组成、种类及应满足要求组成：主要由定导轨、动导轨、辅助导轨、间隙调整元件以及工作介质/元件等组成。（1）导轨副的种类按运动方式可分为：直线运动导轨、回转运动导轨。按接触表面的摩擦性质可分为：滑动导轨、滚动导轨、流体介质摩擦导轨等。（2）常见导轨副的结构形式

导轨副的结构形式是多种多样的，依据不同的要求可设计或选用不同形式的导轨副。常见导轨副的结构形式如下。（3）导轨副应满足的基本要求

基本要求：导向精度高、刚性好、运动轻便平稳、耐磨性好，热温变形小以及结构工艺性好等。在高精度导轨副中，可采用卸荷装置等方法减小导轨面的承载载荷，提高导向精度。1）导向精度要求及影响因素

导向精度（要求）：指动导轨沿给定方向作直线运动时应保证的准确程度，主要是指动导轨沿支承导轨运动的直线度或圆度。

因此，在设计或选用导轨副时，重点考虑影响导