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1、機 電 一 體 化 系 統(tǒng) 設 計 第 二 章 機 械 系 統(tǒng) 設 計 第 二 章 機 械 系 統(tǒng) 設 計2.1 概 述 高 速 加 工 錄 像 總 裝 圖 傳 動 原 理 速 度 控 制2.1.1 機 電 一 體 化 系 統(tǒng) 中 對 機 械 部 分 的 要 求 機 電 一 體 化 機 械 系 統(tǒng) 除 了 應 具 備 普 通 機 械 系 統(tǒng) 的 要 求 外 ,還 有 如 下 要 求 ： 1、 高 精 度 影 響 因 素 ： 間 隙 、 剛 度 、 導 向 精 度 等 , 見 下 圖 。 2、 快 速 響 應 機 械 系 統(tǒng) 從 接 到 指 令 到 執(zhí) 行 指 令 任 務 的 時 間 應 短 。
2、 影 響 因 素 ： 摩 擦 、 慣 量 、 剛 度 、 阻 尼 等 。 3、 穩(wěn) 定 性 好 影 響 因 素 ： 溫 度 、 環(huán) 境 等 。 機 電 一 體 化 系 統(tǒng) 設 計 第 二 章 機 械 系 統(tǒng) 設 計2.1.2 機 械 部 分 的 組 成 包 括 如 下 三 大 部 分 ：1、 傳 動 機 構2、 導 向 機 構3、 執(zhí) 行 機 構 機 電 一 體 化 系 統(tǒng) 設 計 第 二 章 機 械 系 統(tǒng) 設 計2.2 傳 動 機 構 設 計 常 用 的 機 械 傳 動 部 件 有 : 螺 旋 傳 動 、 齒 輪 傳 動 、 同 步 帶 傳 動 等 。 傳 動 部 件 的 實 質 是 一
3、種 轉 矩 、 轉 速 、 方 向 變 換 器 。一 、 對 傳 動 機 構 的 性 能 要 求1、 慣 量 小2、 剛 度 大3、 阻 尼 合 適 當4、 間 隙 小 二 、 齒 輪 傳 動 機 構 間 隙 消 除 方 法核 心 問 題 ： 采 取 措 施 ， 消 除 齒 側 間 隙 ， 保 證 雙 向 傳 動 精 度 。（ 一 ） 直 齒 圓 柱 齒 輪 傳 動 1、 偏 心 軸 套 調 整 法 機 電 一 體 化 系 統(tǒng) 設 計 第 二 章 機 械 系 統(tǒng) 設 計2、 雙 片 薄 齒 輪 錯 齒 調 整 法 實 質 ： 通 過 同 軸 的 兩 齒 輪 相 對 旋 轉 錯 位 消 除 間
4、隙 。 一 種 齒 輪 消 隙 機 構特 點 ：1） 有 自 動 補 償 功 能 ；2） 傳 遞 扭 矩 受 彈 簧 力 的 影 響 ；3） 齒 面 長 期 工 作 在 最 大 應 力 狀 態(tài) 。 機 電 一 體 化 系 統(tǒng) 設 計 第 二 章 機 械 系 統(tǒng) 設 計（ 二 ） 斜 齒 輪 傳 動 機 構 實 質 ： 通 過 同 軸 兩 齒 輪 軸 向 位移 （ 無 相 對 轉 動 ） 使 輪 齒 錯 位 。 H軸 向 位 移 距 離 齒 輪 螺 旋 升 角 齒 側 間 隙 =H Sin H= / Sin 機 電 一 體 化 系 統(tǒng) 設 計 第 二 章 機 械 系 統(tǒng) 設 計（ 三 ） 齒 輪
5、 齒 條 傳 動 當 負 載 較 小 時 ， 調 整 方 法 如 圖 2-2； 當 負 載 較 大 時 ， 調 整 方 法 如 圖 2-7。 若 齒 條 主 動 ， 齒 輪 1被 動 。 齒 輪 5、 6、 3都 空 套 在 軸 上 1） 齒 條 左 移 時 傳 動 鏈 ： 齒 條 7齒 輪 65321 2） 齒 條 右 移 時 傳 動 鏈 ： 齒 條 7齒 輪 1 機 電 一 體 化 系 統(tǒng) 設 計 第 二 章 機 械 系 統(tǒng) 設 計三 、 滾 珠 螺 旋 傳 動 設 計 又 稱 滾 珠 絲 杠 副 傳 動 機 構 ， 將 旋 轉 運 動 變 為 直 線 運 動 。 （ 一 ） 工 作 原
6、理 及 結 構 絲 杠 圖 片 機 電 一 體 化 系 統(tǒng) 設 計 第 二 章 機 械 系 統(tǒng) 設 計（ 二 ） 特 點1、 效 率 高 效 率 8598%， 而 滑 動 絲 杠 為 3040 %。2、 剛 度 好 通 過 預 緊 實 現 。3、 運 動 平 穩(wěn) ， 無 爬 行 現 象4、 使 用 壽 命 長5、 精 度 高 由 于 摩 擦 升 溫 小 ， 容 易 獲 得 高 精 度 。6、 傳 動 可 逆 ， 不 能 自 鎖 。7、 造 價 相 對 較 高 機 電 一 體 化 系 統(tǒng) 設 計 第 二 章 機 械 系 統(tǒng) 設 計（ 三 ） 間 隙 調 整 及 預 緊 方 法 1、 采 用 雙
7、螺 母 結 構 ， 調 整 兩 螺 母 軸 向 相 對 位 置 。 （ 1） 墊 片 調 隙 兩 螺 母 軸 向 相 對 移 動 ， 無 相 對 轉 動 ， 如 圖 特 點 ： 預 緊 可 靠 ， 使 用 中 不 便 調 整 。 機 電 一 體 化 系 統(tǒng) 設 計 第 二 章 機 械 系 統(tǒng) 設 計（ 2） 雙 螺 母 螺 紋 預 緊 調 隙 兩 螺 母 軸 向 相 對 移 動 ， 無 相 對 轉 動 ， 如 3-27圖 。 特 點 ： 調 整 方 便 ， 但 不 精 確 。 機 電 一 體 化 系 統(tǒng) 設 計 第 二 章 機 械 系 統(tǒng) 設 計（ 3） 齒 差 預 緊 調 隙 兩 螺 母 軸
8、 向 無 相 對 移 動 ， 但 有 相 對 轉 動 。 假 想 左 右 兩 螺 母 齒 輪 同 向 旋 轉 一 個 齒 ， 因 兩 齒 輪 齒 數 不 同 ， 故 旋 轉 角 度不 同 ， 相 當 于 一 端 固 定 ， 另 一 端 旋 轉 了 一 個 微 小 的 角 度 。 由 此 產 生 的 位 移 為 ： S=（ Z2-Z1） /（ Z1Z2） P 若 Z2-Z1 =1， 則 ： S=P /（ Z1Z2） 當 Z1 =99、 Z2=100、 P=6mm時 ， S=0.6m 注 意 ： 螺 母 齒 輪 軸 向 限 位 問 題 ， 預 緊 力 使 絲 杠 拉 伸 。 機 電 一 體 化 系
9、 統(tǒng) 設 計 第 二 章 機 械 系 統(tǒng) 設 計2、 采 用 單 螺 母 結 構 預 緊 單 螺 母 增 大 鋼 球 直 徑 預 緊 見 圖 24（ 滾 道 橫 截 面 ） 圖 25 （ 滾 道 縱 截 面 ） 。 特 點 ： 使 用 過 程 中 不 能 調 整 。 機 電 一 體 化 系 統(tǒng) 設 計 第 二 章 機 械 系 統(tǒng) 設 計 對 于 上 述 幾 種 預 緊 方 式 ， 值 得 注 意 的 是 ： （ 1） 預 緊 力 大 小 應 合 適 ， 1/ 3最 大 軸 向 載 荷 ; （ 2） 支 承 部 分 的 間 隙 不 在 此 調 整 范 圍 內 。 傳 動 原 理（ 四 ） 滾 珠
10、 絲 杠 副 的 精 度 、 尺 寸 代 號 及 標 注 方 法 精 度 尺 寸 參 數 已 經 標 準 化 。 查 廠 家 的 產 品 目 錄 ， 標 注 應 按 廠 家 的 標 注 示例 嚴 格 進 行 ， 不 同 的 廠 家 標 注 有 所 不 同 。舉 例 ： CMD25 5-3-D/1500 1350C 插 管 埋 入 式 循 環(huán) 方 式M 雙 螺 母 墊 片 預 緊D25 絲 杠 公 稱 直 徑 為 25 5-絲 杠 導 程 53-承 載 滾 珠 總 圈 數D-精 度 等 級 為 D級1500 1350-絲 杠 全 長 為 1500， 螺 紋 長 為 1350， 右 旋 （ 右 旋
11、 不 標 ） 機 電 一 體 化 系 統(tǒng) 設 計 第 二 章 機 械 系 統(tǒng) 設 計（ 五 ） 滾 珠 絲 杠 副 的 安 裝 一 般 有 三 種 支 承 方 式 。 機 電 一 體 化 系 統(tǒng) 設 計 第 二 章 機 械 系 統(tǒng) 設 計四 、 其 他 傳 動 機 構 設 計（ 一 ） 諧 波 齒 輪 減 速 器 ( 原 理 圖 ) （ 結 構 圖 ） 柔 輪 和 剛 輪 齒 距 P相 等 ， 齒 數 不 同 。 Zg剛 輪 齒 數 ， Zr柔 輪 齒 數 ， Zg Zr， 則 有 ： n= Zg Zr ， n為 諧 波 發(fā) 生 器 的 波 數 。 工 作 原 理 ： 若 n=2， 則 稱 雙
12、 波 發(fā) 生 器 ， 此 時 ， 當 諧 波 發(fā) 生 器 旋 轉 180時 ，將 迫 使 柔 輪 和 剛 輪 相 對 移 動 一 個 齒 距 。 若 柔 輪 固 定 ， 則 剛 輪 轉 一 個 角 度 。 柔 輪 固 定 時 傳 動 比 ： i r = Zg /（ Zg Zr） (波 發(fā) 生 器 輸 入 , 剛 輪 輸 出 ) 剛 輪 固 定 時 傳 動 比 ： ig = Zr /（ Zg Zr） (波 發(fā) 生 器 輸 入 , 柔 輪 輸 出 ) 機 電 一 體 化 系 統(tǒng) 設 計 第 二 章 機 械 系 統(tǒng) 設 計 諧 波 齒 輪 減 速 器 傳 動 特 點 ： 傳 動 比 大 ， 體 積
13、小 ， 廣 泛 用 于 機 器 人 等 機 電一 體 化 產 品 中 。（ 二 ） 無 鍵 脹 緊 聯(lián) 接 傳 動 1、 錐 環(huán) 無 鍵 聯(lián) 軸 器 錐 環(huán) 無 鍵 聯(lián) 軸 器 在 伺 服 驅 動 中 應 用 廣 泛 。（ 1） 結 構（ 2） 特 點 1） 摩 擦 傳 動 ， 具 有 過 載 保 護 功 能 2） 聯(lián) 接 精 度 高 ， 無 間 隙 3） 聯(lián) 接 角 度 位 置 可 調 2、 多 槽 彈 性 套 脹 緊 聯(lián) 接 多 槽 彈 性 套 聯(lián) 接 受 力 變 形 機 電 一 體 化 系 統(tǒng) 設 計 第 二 章 機 械 系 統(tǒng) 設 計2.3 導 向 機 構 設 計一 、 功 用 支 承
14、 、 導 向 ， 準 確 地 完 成 特 定 方 向 的 運 動 。二 、 類 型 1、 滑 動 導 軌 2、 滾 動 導 軌 三 、 對 導 軌 的 基 本 要 求 1、 導 向 精 度 直 線 度 、 平 行 度 。 2、 耐 磨 性 精 度 的 保 持 性 。 3、 剛 度 抵 抗 載 荷 的 能 力 。 4、 低 速 運 動 平 穩(wěn) 性 要 求 無 爬 行 現 象 。 5、 抗 疲 勞 、 壓 潰 能 力 （ 對 滾 動 導 軌 而 言 ） 機 電 一 體 化 系 統(tǒng) 設 計 第 二 章 機 械 系 統(tǒng) 設 計四 、 滾 動 導 軌（ 一 ） 結 構 導 軌 圖 片 高 速 加 工 中
15、 心 總 裝 圖已 基 本 實 現 系 列 化 ， 有 專 業(yè) 廠 家 生 產 ， 可 以 外 購 。（ 二 ） 特 點1、 滾 動 摩 擦 系 數 小 ， 動 靜 摩 擦 系 數 基 本 相 同 摩 擦 系 數 一 般 為 ： 0.0030.0052、 定 位 精 度 高 （ 因 摩 擦 力 小 ）3、 可 以 預 緊 ， 剛 度 好4、 磨 損 小 ， 壽 命 長 機 電 一 體 化 系 統(tǒng) 設 計 第 二 章 機 械 系 統(tǒng) 設 計（ 三 ） 分 類1、 按 滾 動 體 形 狀 分 滾 珠 導 軌 ； 滾 柱 導 軌2、 按 滾 動 體 循 環(huán) 方 式 分 滾 動 體 循 環(huán) ； 滾 動
16、 體 不 循 環(huán)3、 按 導 軌 截 面 形 狀 分 矩 形 導 軌 ； 梯 形 導 軌 等 其 承 載 能 力 如 圖 ：（ 四 ） 導 軌 有 關 計 算 按 參 考 書 或 有 關 手 冊 中 的 有 關 公 式 計 算 。 主 要 是 通 過 計 算 選 型 號 。 機 電 一 體 化 系 統(tǒng) 設 計 第 二 章 機 械 系 統(tǒng) 設 計 五 、 塑 料 導 軌 1、 概 念 2、 特 點 耐 磨 ； 吸 振 ； 摩 擦 系 數 小 ， 且 動 、 靜 相 近 。 3、 應 用 機 電 一 體 化 系 統(tǒng) 設 計 第 二 章 機 械 系 統(tǒng) 設 計2.4 機 身 主 要 起 連 接 支 承 作 用 。1、 結 構 設 計 主 要 考 慮 如 下 問 題 ： 1） 足 夠 的 剛 度 2） 良 好 的 結 構 工 藝 性 3） 必 要 的 結 構 要 素 滿 足 走 線 ， 起 重 ， 安 裝 等 要 求 。 4） 良 好 的 抗 振 性2、 材 料 及 熱 處 理 材 料 ： 鑄 鐵 ， 低 碳 鋼 板 焊 接 ， 花 崗 巖 熱 處 理 ： 時 效 處 理 （ 人 工 時 效 或 自 然 時 效 ） 機 電 一 體 化 系 統(tǒng) 設 計 第 二 章 機 械 系 統(tǒng) 設 計 機 電 一 體 化 系 統(tǒng) 設 計 第 二 章 機 械 系 統(tǒng) 設 計
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