机电一体化技术（第2版）[袁中凡等][电子教案]第2章.ppt

1、china_,第2章 机械系统设计技术,china_,第2章 机械系统设计技术,机械设计概述,1,传动机构的设计,2,支撑导向部件的设计,3,执行机构的设计,4,部件应用实例,5,china_,本章学习目标,1、了解机械设计的基本知识 2、常用机械零件设计的基本理论和基本方法 3、相关标准、规范的选用选择 4、机械零件优化设计的思维模式,china_,2.1 机械设计概述,2.1.1 机电一体化对机械系统的要求 （1）采用低摩擦阻力的传动部件和导向支撑部件，如采用滚珠丝杠副、滚动导向支撑、动（静）压导向支撑等。 （2）缩短传动链，提高传动与支撑刚度，如用加预紧的方法提高滚珠丝杠副和滚动导轨副的

2、传动与支撑刚度；采用大扭矩、宽调速的直流或交流伺服电机直接与丝杠螺母副连接并减少中间传动机构；丝杠的支撑设计中采用两端轴向预紧或预拉伸支撑结构等。 （3）选用最佳传动比，以达到提高系统分辨率、减少执行元件输出轴上的等效转动惯量，尽可能提高加速能力。 （4）缩小反向死区误差，如采取消除传动间隙、减少支撑变形的措施。 （5）改进支撑及架体的结构设计以提高刚性，减小振动，降低噪声。如选用复合材料等来提高刚度和强度，减小质量、缩小体积使结构紧密化，以确保系统的小型化、轻量化、高速化和高可靠性。,china_,2.1 机械设计概述,2.1.2 机械系统的组成,传动机构 导向机构 执行机构,china_,

3、2.1.3 机械参数对系统性能的影响,1. 刚度 2. 惯量 3. 摩擦 4. 传动误差 5. 谐振频率,china_,2.2 传动机构的设计,2.2.1 机械传动装置 常用的机械传动部件有螺旋传动、齿轮传动、同步带、高速带传动以及各种非线性传动部件等，其主要功能是传递转矩和转速。 2.2.1.1、带传动 1、组成：主动轮 、从动轮、张紧在两轮上的环型传动带。 2、原理：原动机驱动主动轮转动时，由于带和带轮间的摩擦（或啮合），便拖动从动轮一起转动，并传递一定动力。,china_,3、类型,china_,4、特点,（1）优点 带具有良好的弹性，可以缓和冲击，吸收振动，传动平稳，噪声小；过载时，带

4、在带轮上打滑，可防止其他零件损坏，起安全保护作用；适用于两轴中心距较大的场合；结构简单，制造、安装和维护方便，成本低。 （2）缺点 带在带轮上有相对滑动，不能保证准确的传动比；传动效率较低，带的寿命较短；传动的外廓尺寸大；带传动需要张紧，支撑带轮的轴和轴承受力较大；带传动中的摩擦会产生电火花，不宜用于易燃、易爆等场合。,china_,5、主要参数：包角、基准长度Ld、中心距a及带轮直 径dd1、dd2 。6、滑动率和传动比的计算滑动率式中v1为主动轮圆周速度 v2为从动轮圆周速度 带传动的实际传动比,china_,2.2.1.2 谐波齿轮传动,1、特点：结构简单、传动比大（几十到几百）、传动精

5、度高、回程误差小、噪声低、传动平稳、承载能力强、效率高 。 2、工作原理：谐波齿轮传动与少齿差行星齿轮传动十分相似。它是依靠柔性齿轮产生的可控变形波引起齿间的相对错齿来传递动力和运动的，因此它与一般齿轮传动具有本质上的差别 ，如下图所示，谐波齿轮传动由波形发生器3（H）和刚轮l、柔轮2组成 。 3、应用领域：工业机器人、航空、火箭等机电一体化系统。,china_,china_,2.2.1.3 滚珠螺旋传动,滚珠丝杠副 ：应用十分广泛。 1、组成：滚珠丝杠副是在丝杠和螺母间以钢球为滚动体的螺旋传动部件，它可将旋转运动变为直线运动，或相反 。 d0公称直径；Dpw节圆直径；接触角；Ph导程； 螺旋

6、角,china_,2.2.1.3 滚珠螺旋传动,2、滚珠的循环方式 滚珠丝杠副中滚珠的循环方式有内循环和外循环两种,china_,2.3 支撑导向部件的设计,组成：导向支撑部件、轴系支撑部件、旋转支撑部件和机座机架 。 2.3.1 导向支撑部件 1、导轨副组成：主要由承导件1和运动件2两部分组成。,china_,2、导轨副的分类,china_,3、导轨副间隙的调整,常用的调整方法有压板法和镶条法两种 。 对燕尾形导轨可采用镶条（垫片）方法同时调整垂直和水平两个方向的间隙。 对矩形导轨可采用修刮压板、调整垫片的厚度或调整螺钉的方法进行间隙的调整。,china_,2.3.2 轴系支撑部件,轴系支撑

7、机构由轴及安装在轴上的齿轮、带轮等传动部件组成。,china_,2.3.2.1 轴,1、轴的分类：转轴 、芯轴 、传动轴 。 2、轴上零件常用的轴向固定方法 ：轴肩和轴环、套筒 、圆螺母 、弹性挡圈 、轴端挡圈 。 3、 轴的周向固定 ：紧定螺钉固定 、销钉固定、过盈配合固定 。,china_,2.3.2.2 轴毂联结,轴毂联结主要是使轴上零件与轴周向固定以传递转矩。 常用：键联结、过盈联结、无键联结、销联结、螺纹联结 。,china_,2.3.2.3 轴承,轴承是机械传动中的关键部件，在机械零件设计时，要能够根据轴承手册选用合理的轴承。 轴承可分为滑动摩擦轴承（简称滑动轴承）和滚动摩擦轴承（

8、简称滚动轴承）。 1、滑动轴承的失效形式 ：磨粒磨损 、疲劳剥落 、刮伤 、腐蚀 、胶合 。 2、滚动轴承的失效形式：疲劳点蚀 、塑性变形 、滚动轴承的密封 。 3、轴承的润滑非常重要。,china_,2.3.3 旋转支撑部件,1、旋转支撑的种类及基本要求 方向和置中精度、摩擦阻力矩的大小、许用载荷、对温度变化的敏感性、耐磨性以及磨损后补偿的可能性、抗振性及成本 。 2、圆柱支撑,china_,2.3.3 旋转支撑部件,china_,2.3.4 机架与机座,1机座机架的作用及基本要求 刚度与抗振性 热变形 稳定性,china_,2.4 执行机构设计,2.4.1 微动机构 1、定义：微动机构是一

9、种能在一定范围内精确、微量地移动到给定位置或实现特定的进给运动的机构。 2、特点：灵敏度高，最小移动量达到使用要求；传动灵活、平稳，无空程与爬行，制动后能保持稳定的位置；抗干扰能力强，响应快速；结构工艺性良好。,china_,2.4 执行机构设计,举例：万能工具显微镜工作台的微动机构 （手动机械式）,china_,2.4.2 定位机构,定位机构是机电一体化机械系统中一种确保移动件占据准确位置的执行机构，通常采用分度机构和锁紧机构组合的形式来实现精确定位的要求 。,china_,2.5 部件应用实例,2.5.1 齿轮变速机构电机的选择 要求：1、根据课本的内容，了解电机选择的关联参数。 2、根据相关参数，学会使用机械设计手册进行查询。 3、让同学了解常用的标准（不同行业、不同企业、不同国家采用的标准不同）,china_,2.5.2 数控机床回转刀架,数控机床自动回转刀架是在一定空间范围内，能使刀架执行自动松开、转位、精密定位等一系列动作的机构。 数控车床的刀架是机床的重要组成部分，其结构直接影响机床的切削性能和工作效率. 回转刀架分度准确，定位可靠，重复定位精度高，转位速度快，夹紧性好，可以保证数控车床的高精度和高效率,china_,作业题,1机