机电一体化系统设计-全套PPT课件.pptx

1.3机电一体化关键技术;1.1机电一体化概念;;1.3机电一体化关键技术;复习思考题

1.1机电一体化系统由哪些部分构成？

1.2机电一体化关键技术有哪些？;2.3导向与支承机构;2.1概述;2.1.1机电一体化产品对机械系统部件的基本要求

1）高精度

机电一体化产品的精度将直接影响着产品的性能和可靠性。而与普通机械产品相比，机电一体化产品的使用功能、技术性能和工艺水平都有着很大的提高。如果机械系统精度不能满足要求，即便其它组成部分的工作性能很精确，也不可能完成预定的机械操作。因此，机电一体化产品中的机械系统的高精度是首要的、基本的要求。

2）快速响应特性

快速响应是控制系统的一项重要指标，这就对作为机电一体化伺服系统一部分的机械系统提出了低惯性的要求，具体可分为机械本体的重量轻、转动惯量小和低阻尼特性等。

3）高稳定性

这是对机械系统的抗干扰能力提出要求，即要求机械系统的工作性能不受外界环境的影响。;2.1.2机电一体化产品机械系统的基本组成及其功能

一个典型的机电一体化产品，通常由数字控制部件、接口与功率放大电路、机械系统部件、执行元件（步进电机、伺服电机等），以及传感检测元件等组成。其中，按照具体功能及其实现方法的不同，可将机械系统部件分为机械传动机构、导向与支承机构，以及机械执行机构。;2.2机械传动机构;基本功能

常用机构;2.2.1齿轮传动机构及其设计

齿轮传动机构的特点：

恒定传动比，能传递任意夹角两轴间的运动、并且结构紧凑、传递动力大、传动效率高、工作平稳、可靠性高。;控制齿轮副侧隙的几种常用方法：

1）直齿圆柱齿轮传动机构回差调整方法

（1）偏心轴套调整法

（2）轴向垫片调整法

（3）双片薄齿轮错齿调整法;2）斜齿轮传动机构回差调整方法

（1）垫片调整法

（2）轴向压簧调整法;3）锥齿轮传动机构回差调整方法

（1）轴向压簧调整法

（2）周向弹簧调整法;谐波齿轮传动特点：

谐波齿轮传动具有结构简单、传动比大（几十~几百）、传动精度高、回程误差小、噪声小、传动平稳、承载能力大、效率高和可靠性高，以及无需???封元件就可向密闭空间传递运动等优点，现已在空间技术、军事工业、工业机器人等机电一体化产品中得到了日益广泛的应用。;2.2.2丝杆螺母机构及其选用

丝杆螺母机构主要用来将旋转运动变为直线运动。

丝杆螺母机构有滑动摩擦和滚动摩擦之分。

滑动丝杆螺母:

机构结构简单、加工方便、制造成本低、具有自锁功能。但其摩擦阻力大、传动效率低（30%~40％）。

滚动丝杠螺母:

机构虽然结构复杂、制造成本高，但其最大优点是摩擦阻力小、传动效率高（92％~98％)，因此在机电一体化产品设计中得到广泛应用。;;2.2.3同步带传动

同步带传动的主要优点：

（1）同步带属于啮合传动，传动过程中无相对滑动，传动比恒定。

（2）传动效率高，效率可达98%，节能效果显著。

（3）传动平稳，具有缓冲、减振能力，噪声低。

（4）速比范围可达10，线速度可达50m/s，具有较大的功率传递范围，可达几瓦到几百千瓦。

（5）耐油、耐磨性好，抗老化性能好，维护保养方便，能在高温、灰尘、水及腐蚀介质等恶劣环境中使用，且不需要润滑。

（6）可用于长距离传动，中心距可达10m以上。;2.3导向与支承机构;2.3.1回转运动支承

回转运动支承的作用是支承作回转运动的主轴、传动轴或丝杠。随着刀具材料和加工自动化的发展，主轴的转速越来越高，变速范围也越来越大。因此，机电一体化系统对回转运动支承的精度、承载能力、刚度、抗振性、寿命、转速等提出了更高的要求。

回转运动支承种类：

滚动轴承、滑动轴承、空气静压轴承、陶瓷滚动轴承、自调磁力悬浮轴承等。;2.3.2直线运动支承

直线运动支承主要是指直线运动导轨副，其作用是支承和限制运动部件按确定的运动方向和规定的运动要求往复移动。

在导轨副中，运动的导轨叫做动导轨，不动的导轨叫做支承导轨。

滑动导轨：

普通滑动导轨、液体动压导轨和液体静压导轨。

滚动导轨：

滚珠导轨、滚柱导轨和滚针导轨。

;导轨副应满足的基本要求：

导向精度高、刚度好、运动轻便平稳、热变形小、耐磨性好等。对精度要求高的直线运动导轨副，可分设承载面和导向面，特别是当运动部件较重时，可设置卸荷机构。

导轨副的材料及选择：

铸铁、钢、有色金属和塑料。

导轨副材料的搭配：

在导轨副中，动导轨和支承导轨应分别采用不同的材料，提高耐磨性和防止咬焊撕伤。一般动导轨采用较软的材料，以方便维修。

若选用相同的材料，则应采取不同的热处理方式使两者具有不同的硬度。典型搭配如动导轨采用不