精密机械技术专项课程ppt(共143页)

由于传动部件直接影响着机电一体化系统的精度、 稳定性和快速响应性，因此，应设计和选择满足传 动间隙小、精度高、低摩擦、体积小、重量轻、运 动平稳、响应速度快、传递转矩大、谐振频率高以 及与伺服电动机等其他环节的动态性能相匹配等要 求的传动部件。主要有以下五方面基本要求。
2.2.1 机械传动机构的基本要求
机械传动机构的基本要求
1)系统传动部件的静摩擦力应尽可能小，动摩擦力 应是尽可能小的正斜率，若为负斜率则易产生爬行， 精度降低，寿命减小。
• 因此，要求较高的机电一体化系统经常采用低摩擦阻力的 传动部件和导向支承部件，如采用滚珠丝杠副、滚动导向 支承、动(静)压导向支承等。
2)缩短传动链，提高传动与支承刚度，如
丝杠基本传动形式的5种类型
1)螺母固定、丝杠转动并移动。如图1，该传动形式因螺母本身 起着支承作用，消除了丝杠轴承可能产生的附加轴向窜动，结构 较简单，可获得较高的传动精度。但其轴向尺寸不易太长，刚性 较差。只适用于行程较小的场合。
2)丝杠转动、螺母移动。如图2，该形式需要限制螺母的转动， 故需导向装置。其特点是结构紧凑、丝杠刚性较好。适用于工作 行程较大的场合。
滚珠丝杠的组成特点
滚珠丝杠副由带螺旋槽的丝杠与螺母及中间传动元件滚 珠组成。图为滚珠丝杠螺母机构示意图，它由丝杠、螺 母、滚珠和反向器(滚珠循环装置)4部分组成。丝杠转 动时，带动滚珠沿螺纹滚道滚动，为防止滚珠从滚道端 面掉出，在螺母的螺旋槽两端设有滚珠回程引导装置构 成滚珠的循环返回通道，从而形成滚珠流动闭合通路。
机电一体化中的机械系统需使伺服马达和负载之间 的转速与转矩得到匹配。也就是在满足伺服系统高 精度、高响应速度、良好稳定性的前提下，还应该 具有较大的刚度、较高的可靠性和重量轻、体积小、 寿命长等特点。
2.1.2 机电一体化系统对机械技 术的特殊要求
基于以上原因，机电一体化中的机械系统除了满 足一般机械设计的要求以外，还必须满足机电一 体化系统的各种特殊要求。总体上讲，这些要求 主要可归纳为以下3个方面： • 1．高精度 • 2．小惯量 • 3．大刚度
• 用预紧的方法提高滚珠丝杠副和滚动导轨副的传动与支承 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，以减少中间传动机构；
• 丝杠的支承设计采用两端轴向预紧或预拉伸支承结构等。
3)选用最佳传动比，以达到减少等效到执行元件输 出轴上的等效转动惯量，尽可能提高加速能力的目 的。
2.2.2 丝杠螺母传动
丝杠螺母机构（螺旋传动机构）：主要用来将旋转 运动变换为直线运动或将直线运动变换为旋转运动。 有以传递能量为主的(如螺旋压力机、千斤顶等)；也有以传 递运动为主的(如机床工作台的进给丝杠)；还有调整零件之 间相对位置的螺旋传动机构等。
丝杠螺母机构分为滑动摩擦机构和滚动摩擦机构。 滑动丝杠螺母机构结构简单、加工方便、制造成本 低、具有自锁功能，但其摩擦阻力矩大、传动效率 低(30％～40％)。滚珠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矩小、传动 效率高(92％～98％)，因此在机电一体化系统中得 到广泛应用。
2.1.3 精密机械系统设计过程中的特点
机电一体化机械系统设计与传统的机械系统设计 一样有传动设计和结构设计两部分，只是由于机 电一体化的特征决定了在机械系统设计过程中有 它自身的特点。 • 1)机械传动设计的特点 • 2)机械结构设计的特点
2.2 精密机械传动机构
常用机械传动机构－－螺旋传动、齿轮传动、同步 带传动、高速带传动、各种非线性传动等。
2)高速化。产品工作效率的高低，直接与机械传动部 件的运动速度相关。因此，传动机构应能适应高速运 动的要求。
3)小型化、轻量化。随着机电一体化系统精密化、高 速化的发展，必然要求传动机构的小型化、轻量化， 以提高运动灵敏度(快速响应性)、减小冲击、降低能 耗。为了与微电子部件微型化相适应，也要尽可能做 到使传动部件短、小、轻、薄。
3)螺母转动、丝杠移动。如图3，该形式需要限制螺母移动和丝 杠的转动，由于结构较复杂且占用轴向空间较大，故应用较少。
4)丝杠固定、螺母转动并移动。如图4，该传动方式结构简单、 紧凑，但在多数情况下使用极不方便，故很少应用。
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4)缩小反向死区误差，如采取消除传动间隙、减少 支承变形等。
5)适当的阻尼比，机械零件产生共振时，系统中阻 尼越大，最大振幅就越小，且衰减越快；但大阻尼 也会使系统的失动量和反转误差增大、稳态误差增 大，精度降低。所以在设计时要注意传动机构的阻 尼应合适。
对机械传动结构的新技术要求
1)精密化。对某种特定的机电一体化系统(或产品)来 说，应根据其性能需要提出适当的精密度要求。虽说 不是越精密越好，但由于要适应产品高定位精度等性 能要求，对传动机构的精密度要求也越来越高。
传统机械系统和机电一体化系统对比
两类系统的主要功能都是完成一系列的机械运动，但 由于组成的不同，导致运动实现的方式也不同。
传统机械系统一般是由动力件、传动件、执行件三 部分加上电器、液压和机械控制等部分组成，而机电 一体化中的机械系统由计算机协调与控制，用于完成 包括机械力、运动和能量流等动力学任务的机械或机 电部件相互联系的系统组成。其核心是由计算机控制 的，包括机、电、液、光、磁等技术的伺服系统。
精密机械技术
2.1 机电一体化中的机械系统
机电一体化系统中的机械系统是由计算机协调 与控制，用于完成一系列机械运动的机械和机电部 件相互联系的系统。
概括地讲，机电一体化系统中机械系统主要包 括以下五大部分： • 1)传动机构(传递能量和运动) • 2)导向机构 (支承和限制运动部件，获得给定运动方向) • 3)执行机构(按指令要求，完成预定操作) • 4)轴 系(传递转矩获得回转运动，承受外力) • 5)机座或机架 (支承、承重、保证相对位置、作基准) 传统机械系统和机电一体化系统对比