第二章机械系统.ppt

1、第二章为机械系统，总结了驱动机构、导向机构和执行机构的等效转动惯量和等效力矩。机械系统的基本要求是：精度高、响应快、稳定性好、刚度大、可靠性好、重量轻、寿命长、体积小、机械系统组成、驱动机构：扭矩传递和速度导向机构：支撑和限位执行机构：用于完成操作任务。2.刚度大3、阻尼适当4、摩擦小5、抗振性好6、稳定性高6、间隙小6、传动机构类型：齿轮传动副、滚珠丝杠传动系统、同步齿形带、谐波齿轮减速器、软轴传动、联轴器、滚珠花键等机构。学习要领：各种驱动器的工作原理、特点(优缺点)、典型结构和设计选择方法。图a偏心套间隙消除机构1偏心套2电机3减速箱4 5减速齿轮，图b圆柱齿轮轴向垫片间隙消除机构1，2

2、齿轮3垫片，图c锥齿轮轴向压缩弹簧间隙调节机构1，4锥齿轮2，3键5压缩弹簧6螺母7轴，图2-16滚珠丝杠副1螺母2滚珠3返回导向装置4螺杆，工作过程动态演示。滚动丝杠副根据螺纹滚道的截面形状分为单圆弧型和双圆弧型，根据消除轴向间隙的调整方法分为内循环和外循环，包括双螺母螺纹预紧间隙调整、双螺母齿差预紧间隙调整、双螺母垫片预紧间隙调整、弹簧自动预紧型、结构型、外循环滚珠丝杠(插管型)、外循环滚珠丝杠(插管型)， 内循环式内循环滚珠丝杠，带端盖循环的滚珠丝杠，带端盖循环的滚珠丝杠，不同螺纹滚道的截面形状，带浮动反向器的内循环滚珠丝杠副1。 反向器2。弹簧套筒3。螺钉4。弓形板簧，插管外循环滚珠丝

3、杠副1。针脚2。按压板3。螺纹滚道4。球，端盖式外循环滚珠丝杠副1。螺母2。套筒(带球回程)、双螺母螺纹预紧间隙调整型、双螺母齿差预紧间隙调整型、双螺母垫片预紧间隙调整型、弹簧自动预紧型、滚动螺旋副传动效率高。90%-95%，运动是可逆的。正反转效率基本相同，系统刚度良好。由于可以预紧，所以无爬行，传动精度高。制造精度高，工艺复杂。成本高，无法自我锁定。重力下滑，使用寿命长。它比滑行、双推自由泳(P17)单端拉伸高5-6倍，轴向刚度低，适用于中小负荷、低速和短行程。双推简支单端拉伸轴向刚度低，适用于中速精度高的场合。双推双推式具有较高的轴向刚度，适用于高速、高刚度和高精度。超越离合器1外环2星

4、轮3滚柱4活动销5弹簧功能：单向运动传动，电磁摩擦制动装置示意功能：易于实现自动控制(显示了用于垂直轴的滚珠丝杠的自锁模式。)，滚珠丝杠副的主要尺寸参数，同步带传动，特点，能轻松实现远心距的传动；工作平稳，吸收振动；无润滑、无油、无水、耐高温、耐腐蚀、维修方便；强度高、厚度小、重量轻；中心距严格，安装精度高；制造过程复杂，成本高。同步带传动，梯形齿同步带结构1-带背2-载绳3-布面4-带齿，同步带主要参数，谐波齿轮传动，谐波齿轮传动，优点及大传动比。单级50-5000，可达30000以上，承载能力大。同时，啮合齿数为30%-40%，传动精度高。啮合齿数大，误差均匀，运动或动力可传递到密封空间。

5、传输是稳定的。无冲击振动，传动效率高。单级为69%-96%，简单st软轴传动、滚珠花键机构、机械系统导向机构、导轨组成及分类导轨根据其接触面的摩擦特性可分为滑动导轨、滚动导轨和流体介质摩擦导轨。根据结构特点，可分为开放式导轨和封闭式导轨。根据导轨之间的摩擦力，常用的导轨有滑动导轨和滚动导轨。对导轨的基本要求，(1)导向精度，(2)刚度，(3)耐磨性，(4)运动的灵活性和低速运动的稳定性，直线运动导轨的几何精度，塑料导轨，塑料带(塑料附着导轨)，金属塑料复合导轨板的塑料涂层，软带的粘接形式，金属塑料复合导轨，滚动导轨，小摩擦系数(0.003)动、静摩擦系数基本相同，起动阻力小， 不易出现爬行现象

6、，可预紧，刚性高，使用寿命长，精度高，润滑方便，一次加油，可长期使用。滚动导轨、滚动导轨副、滚动导轨副、导轨滚动轴承的工作过程、优点、结构形式的动态演示，2。机械系统致动器，磁致伸缩工业机器人末端执行器热变化形式致动器分类，图2-42微运动机构热变化形式原理，2。机械系统执行机构呈热变化形式，传动杆受热拉伸，伸长量L(mm)为：传动杆长度L(m)；t1加热后的温度()；t0加热前的温度()；加热前后温差()，图2-44磁致伸缩原理，2。机械系统执行机构是磁致伸缩的，伸缩杆的变形L(m)为：L=L，材料磁致伸缩系数(m/m)；l伸缩杆(m)的磁化部分长度为100毫米，磁致伸缩只能拉伸7m。磁致伸

7、缩精密坐标工作台，工业机器人末端执行器，1。机械抓手弧开合式、弧平行开合式、直线平行开合式2、专用末端执行器真空吸附手、电磁吸附手3、万能手(或灵巧手)、弧开合式抓手、动作过程演示、弧平行开合式抓手、专用末端执行器(a)真空吸附手(b)喷枪(c)气囊膨胀手(d)电弧焊枪(e)电磁吸附手(f)点焊机， 负压真空吸附手、磁性粉末袋吸附手、灵巧手、模拟人手的多指多关节机器人末端执行器、等效转动惯量，它是表示刚体转动惯量的物理量，与刚体质量有关，转换为特定轴(电机轴)上的总负载惯性矩Jd (kg m2)，惯性矩：等效惯性矩：惯性匹配原则，电机轴上的总等效惯性矩Jd和电机轴本身的惯性矩Jm应控制在适当的

8、范围内：比值过大，系统的动态特性受到负载变化的干扰；这个比例太小，不经济，而且是一个很大的马拉小车。通过减速传动比I与丝杠导程p的合理匹配，惯性匹配趋于合理。对于等效转动惯量的计算，系统运动部件的总能量为：等效计算原理：等效前后系统的总能量保持不变，等效轴转动惯量为Jk。等效惯性矩的计算(课本P35)。该系统由M个旋转部件和N个运动部件组成，等效于电机轴的等效转动惯量为：其中，Ji为第I个旋转部件的转动惯量(kg . m2)；Ni是它的旋转速度；Nk是电机轴的转速(r/min)；Vj是jth移动部件的移动速度(米/分钟)；Mj为其质量(Kg)，系统在t时间内克服扭矩和力所做的功如下：如果等效于

9、kth轴的等效扭矩为：等效扭矩计算表明系统由m个旋转部件和n个移动部件组成，等效于电机轴的等效扭矩Tk为：Ti为第I个旋转部件的负载扭矩(n . m)；Fj是作用在jth运动部件上的负载力(n)和启动时的加速扭矩，其中Tamax是相当于电机轴的加速扭矩，单位为n . m:Jk是相当于电机轴的总惯性矩，单位为kg.m2Nmax是电机轴启动后达到的最高转速，单位为r/min。t为启动过程所需时间，单位为S注：系统制动所需制动力矩的计算方法同上。系统带负载启动所需的扭矩。当系统带负载启动时，电机的要求转矩TM是等效负载转矩Tk和加速转矩Tamax之和，即：例如，如数控机床的进给伺服系统所示，已知齿轮

10、1的齿数Z1是25。转动惯量J1=0.0003Kg.m2，齿数Z2=50，转动惯量J2=0.0048Kg.m2，滚珠丝杠转动惯量JBOY3乐队=0.003Kg.m2，螺距P=10mm，电机转动惯量JM=0.0016 Kg.m2，工作台质量m=100Kg，驱动系统众所周知，切削进给过程中沿进给方向的阻力为100Kg，电机达到最高速度500 r/min时的启动加速时间为50 ms(2)当系统空载启动并切削进给时，传递到电机轴的等效扭矩是多少？工作台最大移动速度为：v=n1z1p/z2=500250.01/50=2.5m/min。齿轮2的转速为n2=n1Z1/Z2=50025/50=250转/分钟。

11、等效惯性矩为3360j1=jmj1 (j2j3) (N2/n1) 2m。42=0.0016 0.0003(0.0048 0.003)(250/500)2 100(2.5/500)2/42=0.0016 0.0003 0.00195 0.00063=0.0039kg-m2，(2)摩擦阻力F=100*9.8*0.02/0.8=24.5 (N)，等效扭矩T负载F500N工作台沿移动方向的移动；电机转子的转动惯量jm0.04km2。齿轮z1和轴I的转动惯量JL为Jl0.003 kgm2，齿轮z2和轴的转动惯量J为J20.032 kgm2，轴上的负载扭矩TP为2 nm。计算电机的等效转动惯量和换算成铀的

12、等效扭矩(即摩擦阻力)。等效惯性矩由解(1)计算，其中m=2且n=1、因此转换到电机轴的总等效惯性矩Jr为0.075 kgm2，等效扭矩由解(2)计算，其中m=1且n=1。例2-3图2-46示出了数控车床的鞍座驱动系统，最快进给速度vmax=1.5m/min，工作台和刀架的总重量mA=300kg，驱动系统的总效率=0.8，滚珠丝杠导程Pz0=25mm，步进电机的步进角=1.5，工作台和导轨之间的摩擦系数f=0.02，步进电机的启动加速时间为已知系统参数和步进电机特性见表2-2和表2-3。计算等效转动惯量和转换到电机轴上的等效转矩，结合步进电机的起动转矩-频率特性，分析步进电机在这种情况下能否起动。求解： (1)的nmax、(2)的JP、(3)的Tmax、(4)的Tf，其中m=0n=1 FJ=3009 . 80 . 02/0.8n=73.5 nvj/NK=1步进电机的实际负载扭矩为3.57牛米，频率为1250赫兹。由于步进电机的启动转矩大于实际负载转矩，所以当快速启动进给系统时，步进电机可以平稳启动而不会失步。1.什么是机电一体化？机电一体化系统的基本要素是什么？2.简述机电一体化系统的常见关键技术。常用的机械传动机构有哪些？每一个的特点是什么？4.滑动导轨和滚动导轨的特点是什么？众所周知，齿轮1的齿数Z1为2