091125第4章机电一体化机械系统设计.pptx
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机电一体化系统设计课件(第4章)
机电一体化系统设计课件(第4章)
• 机电一体化系统概述 • 机电一体化系统设计基础 • 机电一体化系统硬件设计 • 机电一体化系统软件设计
01 机电一体化系统概述
机电一体化的定义与特点
总结词
机电一体化的定义、特点
详细描述
机电一体化是将机械技术、电子技术、计算机技术等有机地结合在一起，实现 机械装置的高效、精确、自动化控制的一门技术。其主要特点包括系统化、模 块化、智能化、微型化等。
详细设计
对各组成部分进行详细设计， 包括机械结构、控制系统、传 感器等。
试制与测试
根据优化后的设计，试制样机 并进行各种工况下的测试，确 保满足设计要求。
机电一体化系统设计的关键技术
机械与控制系统集成设计
如何实现机械结构与控制系统的有效 集成，是机电一体化设计的关键。
传感器技术
传感器是实现系统感知外界信息的重 要元件，其性能直接影响系统的控制 精度和稳定性。
伺服驱动系统设计实例
通过实例讲解伺服驱动系统设计的具体方法和步骤。
04 机电一体化系统软件设计
嵌入式系统软件设计
1 2 3
嵌入式系统软件概述
嵌入式系统软件是指嵌入到硬件中，用于实现特 定功能的软件。它通常具有实时性、可靠性和专 用性的特点。
嵌入式系统软件开发流程
包括需求分析、设计、编码、测试和部署等阶段 。在开发过程中，需要考虑到硬件资源的限制和 实时性的要求。
详细介绍常用机械零件， 如轴、轴承、联轴器、齿 轮等的设计计算和选用原 则。
机械结构布局设计
探讨机械结构布局的基本 原则和优化方法，以及提 高机械系统性能的措施。
控制系统设计
控制系统概述
介绍控制系统的基本组成 和工作原理。
• 机电一体化系统概述 • 机电一体化系统设计基础 • 机电一体化系统硬件设计 • 机电一体化系统软件设计
01 机电一体化系统概述
机电一体化的定义与特点
总结词
机电一体化的定义、特点
详细描述
机电一体化是将机械技术、电子技术、计算机技术等有机地结合在一起，实现 机械装置的高效、精确、自动化控制的一门技术。其主要特点包括系统化、模 块化、智能化、微型化等。
详细设计
对各组成部分进行详细设计， 包括机械结构、控制系统、传 感器等。
试制与测试
根据优化后的设计，试制样机 并进行各种工况下的测试，确 保满足设计要求。
机电一体化系统设计的关键技术
机械与控制系统集成设计
如何实现机械结构与控制系统的有效 集成，是机电一体化设计的关键。
传感器技术
传感器是实现系统感知外界信息的重 要元件，其性能直接影响系统的控制 精度和稳定性。
伺服驱动系统设计实例
通过实例讲解伺服驱动系统设计的具体方法和步骤。
04 机电一体化系统软件设计
嵌入式系统软件设计
1 2 3
嵌入式系统软件概述
嵌入式系统软件是指嵌入到硬件中，用于实现特 定功能的软件。它通常具有实时性、可靠性和专 用性的特点。
嵌入式系统软件开发流程
包括需求分析、设计、编码、测试和部署等阶段 。在开发过程中，需要考虑到硬件资源的限制和 实时性的要求。
详细介绍常用机械零件， 如轴、轴承、联轴器、齿 轮等的设计计算和选用原 则。
机械结构布局设计
探讨机械结构布局的基本 原则和优化方法，以及提 高机械系统性能的措施。
控制系统设计
控制系统概述
介绍控制系统的基本组成 和工作原理。
机电一体化系统设计课件
机电一体化系统设计课件1. 简介机电一体化系统是将机械、电子和控制工程相结合，形成一个协同工作的系统。
本课件将介绍机电一体化系统的设计原理、组成部分以及常见应用。
机电一体化系统设计的原理是通过集成机械、电子和控制工程的知识，实现系统的自动化和优化。
设计原理包括以下几个方面：2.1 机械设计机械设计是机电一体化系统设计的基础。
在机械设计中，需要考虑系统的运动学、动力学和机构设计等问题。
通过合理的机械设计，可以实现系统的精确运动和高效能力。
电子设计是机电一体化系统设计的重要组成部分。
在电子设计中，需要考虑系统的传感器、执行器、电路和电源等问题。
通过合理的电子设计，可以实现系统的自动化和智能化。
2.3 控制工程设计控制工程设计是机电一体化系统设计的关键。
在控制工程设计中，需要考虑系统的控制算法、控制器和通信接口等问题。
通过合理的控制工程设计，可以实现系统的稳定性和可靠性。
机电一体化系统由机械部分、电子部分和控制部分组成。
下面将分别介绍这三个部分的组成部分：3.1 机械部分机械部分包括结构、传动、执行和传感器等部件。
结构部件负责支撑和固定系统的其他部件，传动部件负责将能量和动力从一个部件传递到另一个部件，执行部件负责完成系统的特定任务，传感器部件负责感知系统的状态和环境。
电子部分包括电路、传感器、执行器和通信接口等组件。
电路负责系统的信号处理和控制算法的实现，传感器负责感知系统的状态和环境，执行器负责执行系统的动作，通信接口负责系统的数据传输。
3.3 控制部分控制部分包括控制算法、控制器和人机接口等组成部分。
控制算法负责分析系统的状态和环境，并根据预设条件进行控制决策，控制器负责实施控制算法，人机接口负责人机交互和系统监控。
4. 常见应用机电一体化系统在众多领域均有应用，下面介绍其中几个常见的应用：4.1 自动化生产线机电一体化系统被广泛应用于自动化生产线中。
通过集成机械、电子和控制工程的知识，可以实现生产线的自动化和流程优化。
机电一体化系统设计ppt课件
资金是运动的价值，资金的价值是随 时间变 化而变 化的， 是时间 的函数 ，随时 间的推 移而增 值，其 增值的 这部分 资金就 是原有 资金的 时间价 值
3、有源接口：含有有源要素，可以主动进 行匹配的接口。如电磁离合器、放大器、 光电耦合器等
4、智能接口：带有微处理器，可以进行程 序编制或可适应性地改变接口条件。如自 动变速装置、通用输入/输出集成电路， STD总线等
资金是运动的价值，资金的价值是随 时间变 化而变 化的， 是时间 的函数 ，随时 间的推 移而增 值，其 增值的 这部分 资金就 是原有 资金的 时间价 值
1.2.2 机电一体化系统的功能构成
构成功能的目的：处理工业三大要素 信息、能量、物质 功能构成
1、变换（加工、处理）功能 2、传递（移动、输送）功能 3、储存（保持、积蓄、记录）功能
2.2机电一体化系统设计与现代设计方法
设计程序 ①明确设计思想 ②分析综合要求 ③划分功能模块 ④决定性能参数 ⑤调研类似产品 ⑥拟定总体方案 ⑦方案对比定型 ⑧编写总体设计论证书
资金是运动的价值，资金的价值是随 时间变 化而变 化的， 是时间 的函数 ，随时 间的推 移而增 值，其 增值的 这部分 资金就 是原有 资金的 时间价 值
资金是运动的价值，资金的价值是随 时间变 化而变 化的， 是时间 的函数 ，随时 间的推 移而增 值，其 增值的 这部分 资金就 是原有 资金的 时间价 值
3、信息接口：受规格、标准、法律、语言、 符号等逻辑、软件约束的接口。如RS232， GB，ISO，ASCII，FORTRAN，C++等
4、环境接口：对周围环境条件（温度、湿 度、磁场、振动、水、气、灰、火、放射） 有保护作用的接口。如防尘接头，防水开 关等
第4章机电一体化机械系统设计
了补偿热变形的影响，行程偏差C=δt并取负值。 • 预拉伸——固定-固定安装方式时，还可以采
用预拉伸丝杠的方法来进一步补偿热变形，预 拉伸力Ft：
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•E——弹性模量 2.1×105Mpa（即2.1×105N/mm2）；
•d2——丝杠底径（mm）；
•Δt——温升（一般取2～4℃）
第4章机电一体化机械系统设计
091125第4章机电一体 化机械系统设计
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2020/11/26
第4章机电一体化机械系统设计
（l） 传动机构
• 功能——是传递动力和运动 • 作用——机械传动部件对伺服系统的伺服特性有很大影
响，特别是其传动类型、传动方式、传动刚性以及传动 的可靠性对系统的精度、稳定性和快速性有很大影响。
• （4） 轴系
• 作用——传递转矩及精确的回转运动，它直接 承受外力（力矩）
• （5） 机座机架
• 作用——承重、支撑、保证各零部件相对位置 的基准作用。
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第4章机电一体化机械系统设计
4.1.2 机电一体化机械系统设计
特点
• 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
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第4章机电一体化机械系统设计
4.2.2 无侧隙齿轮传动机构
• 齿轮传动消齿侧间隙的方法： • 中心距调整法 • 双圆柱薄齿轮错齿消隙法 • 齿轮增宽消隙法等。
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第4章机电一体化机械系统设计
中 心 距 调 节 消 隙 法
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•结构简单，但需反复调试
第4章机电一体化机械系统设计
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第4章机电一体化机械系统设计
用预拉伸丝杠的方法来进一步补偿热变形，预 拉伸力Ft：
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•E——弹性模量 2.1×105Mpa（即2.1×105N/mm2）；
•d2——丝杠底径（mm）；
•Δt——温升（一般取2～4℃）
第4章机电一体化机械系统设计
091125第4章机电一体 化机械系统设计
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2020/11/26
第4章机电一体化机械系统设计
（l） 传动机构
• 功能——是传递动力和运动 • 作用——机械传动部件对伺服系统的伺服特性有很大影
响，特别是其传动类型、传动方式、传动刚性以及传动 的可靠性对系统的精度、稳定性和快速性有很大影响。
• （4） 轴系
• 作用——传递转矩及精确的回转运动，它直接 承受外力（力矩）
• （5） 机座机架
• 作用——承重、支撑、保证各零部件相对位置 的基准作用。
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第4章机电一体化机械系统设计
4.1.2 机电一体化机械系统设计
特点
• 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
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第4章机电一体化机械系统设计
4.2.2 无侧隙齿轮传动机构
• 齿轮传动消齿侧间隙的方法： • 中心距调整法 • 双圆柱薄齿轮错齿消隙法 • 齿轮增宽消隙法等。
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第4章机电一体化机械系统设计
中 心 距 调 节 消 隙 法
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•结构简单，但需反复调试
第4章机电一体化机械系统设计
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第4章机电一体化机械系统设计
《机电一体化》课件
认识机电一体化与工业自动化的关系 与人工智能、大数 据和云计算等技术相结合，推动 智能制造的发展。
自动化仓储
机电一体化在仓储和物流领域的 应用将实现更高效的货物管理和 分发。
智能城市
机电一体化将在智能城市建设中 发挥重要作用，提供高效的能源 管理和智能化的城市基础设施。
课程总结和收获
了解机电一体化的定义和发展历程 掌握机电一体化的优势和应用领域 拓宽视野，为未来的职业发展做好准备
2
第二阶段：集成时代
20世纪80年代，随着计算机技术的发展，机电一体化进入了集成时代，涉及更 多领域的应用。
3
第三阶段：智能化时代
21世纪初，随着人工智能、机器学习和物联网等技术的发展，机电一体化进入 了智能化时代。
机电一体化与工业自动化的关系
互为基石
机电一体化和工业自动化相互依存，共同构建了现代工业生产的基础。
紧密合作
机电一体化技术为工业自动化提供了更大的灵活性和效率。
相辅相成
工业自动化推动了机电一体化的发展，而机电一体化则为工业自动化带来了更高的标准。
机电一体化的优势和应用领域
优势
• 提高生产效率 • 降低人工成本 • 优化产品质量
应用领域
• 制造业 • 能源行业 • 交通运输 • 农业和食品加工
机电一体化的未来发展趋势
2 提升生产效率
3 推动创新与发展
通过整合不同领域的技术， 机电一体化能够提高生产 效率、降低成本并改善产 品质量。
机电一体化在工业领域的 广泛应用推动了技术和工 程领域的创新与发展。
机电一体化的发展历程
1
第一阶段：起步时期
20世纪60年代初，机电一体化开始萌芽，主要应用于机床、车床和自动化生产 线。
机电一体化系统设计-概论PPT课件
出版社） • 张君安主编。机电一体化系统设计（兵器工业出版社） • 张立勋等主编。机电一体化系统设计（哈尔滨工程大学出版社） • 机电一体化技术手册编委会。机电一体化技术手册（机械工业
出版社） • 张建民 等主编. 机电一体化系统设计 (北京理工大学出版社)
可编辑课件PPT
3
第一章。机电一体化概念
可编辑课件PPT
48
• (6)环境完善性 • (7)技术经济性 • (8)结构工艺性 • (9)造型艺术性 • (10)成果规范性
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49
九 .机电一体化产品的设计开发步骤
• (1)市场调查
• 所谓市场调查就是运用科学的方法，
系统地、全面地收集有关市场需求
和经销方面的有关资料。在市场调
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54
(B)接口设计
• 对于一种产品（或系统），其各部件之 间，各子系统之间往往需要传递动力、 运动、命令或信息，这都是通过各种接 口来实现的。
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38
4. 接口技术
• 在机电一体化系统中，计算机与外部设 备（如执行机构、传感器、机械本体、 动力源和人机交互设备等）之间的连接 和信息交换环节称为接口，接口功能的 实现除硬件电路外，还应包括相应的接 口软件（驱动程序），通常通过接口硬 件和接口软件的结合来实现接口任务。
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查的基础上，通过定性的经验分析
或定量的科学计算，对市场未来的
不确定因素和条件作出预测，为企
业提供依据。
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50
(2) 初步设计
• 初步设计的主要任务是建立产品的 功能模型，提出总体方案、投资预 算，拟定实施计划等
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51
出版社） • 张建民 等主编. 机电一体化系统设计 (北京理工大学出版社)
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3
第一章。机电一体化概念
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48
• (6)环境完善性 • (7)技术经济性 • (8)结构工艺性 • (9)造型艺术性 • (10)成果规范性
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49
九 .机电一体化产品的设计开发步骤
• (1)市场调查
• 所谓市场调查就是运用科学的方法，
系统地、全面地收集有关市场需求
和经销方面的有关资料。在市场调
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54
(B)接口设计
• 对于一种产品（或系统），其各部件之 间，各子系统之间往往需要传递动力、 运动、命令或信息，这都是通过各种接 口来实现的。
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38
4. 接口技术
• 在机电一体化系统中，计算机与外部设 备（如执行机构、传感器、机械本体、 动力源和人机交互设备等）之间的连接 和信息交换环节称为接口，接口功能的 实现除硬件电路外，还应包括相应的接 口软件（驱动程序），通常通过接口硬 件和接口软件的结合来实现接口任务。
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查的基础上，通过定性的经验分析
或定量的科学计算，对市场未来的
不确定因素和条件作出预测，为企
业提供依据。
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50
(2) 初步设计
• 初步设计的主要任务是建立产品的 功能模型，提出总体方案、投资预 算，拟定实施计划等
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51
机电一体化系统设计 ppt课件
2. 快速发展阶段 ▲ 时间： 20世纪70年代到80年代
▲ 发展情况：
计算机技术、控制技术、通信技术的发展，为机电一 体化的发展奠定了技术基础，人们自觉、主动地利用３Ｃ技
术的成果创造新的机电一体化产品。Mechatronics诞生。 这一阶段，机电一体化技术和产品得到了极大发展， 各国均开始对机电一体化技术和产品给以很大的关注和支持， 其中日本在推动机电一体化技术的发展方面起了主导作用。 我国机电一体化技术的发展也始于这一阶段，80年代开 始，组织专家根据我国国情对发展机电一体化的原则、目标、 层次和途径等进行了深入而广泛的研究，制订了一系列有利 于机电一体化发展的政策法规，确定了数控机床、工业自动 化控制仪表、工业机器人、汽车电子化等15个优先发展领域 及6项共性关键技术的研究方向和课题。
机电一体化技术主要包括技术原理和使机电一体化产品 （或系统）得以实现、使用和发展的技术。
机电一体化技术是一个技术群（族）的总称，包括检测传
感技术、信息处理技术、伺服驱动技术、自动控制技术、机械 技术及系统总体技术等。
机电一体化产品（系统）
机电一体化产品有时也称为机电一体化系统，它们是 两个相近的概念，通常机电一体化产品指独立存在的机电 结合产品，而机电一体化系统主要指依附于主产品的部件 系统，这样的系统实际上也是机电一体化产品。
数 控 铣 床
数控车床
焊接机器人
汽车防抱死系统(ABS)
1.2 发展概况
在机电一体化技术的发展过程中，其不断吸取机械学、 电子学、信息科学等学科的发展成果，以实现本学科的发 展壮大。由于这些相关学科的发展都经历了较长的过程， 因此，机电一体化技术的发展经历了一个较长期的过程。 有学者将这一过程划分为萌芽阶段、快速发展阶段和智能 化阶段三个阶段。
机电一体化系统设计(最终版) PPT
在开发过程中，一方面要求设计机械系统 时应选择与控制系统的电气参数相匹配的 机械系统参数；同时也要求设计控制系统 时，应根据机械系统的固有结构参数来选 择和确定电气参数。
第二节 机电一体化系统设计 的目标与方法
机电一体化系统设计方法
取代法 整体设计法 组合法
第二节 机电一体化系统设计 的目标与方法
第二节 机电一体化系统设计
的目标与方法
机电一体化产品和系统的分类
按机电一体化产品和系统的用途分类，有产 业机械，信息机械，民用机械等；按机械和 电子的功能和含量分类，有以机械装置为主 体的机械电子产品和以电子装置为主体的电 子产品；按机电结合的程度分类，有附加型、 功能替代型和机电融合型。
第二节 机电一体化系统设计 的目标与方法
机电一体化系统设计(最终版)
机电一体化系统设计
教学目的 篇章结构 参考资料
教学目的
本课程主要讲述机电一体化实用技术，讲 述其基本理论，进行机电一体化产品系统 设计的综合知识。同时介绍机电一体化技 术的相关内容，各组成部分的特征和选型 以及相互结合技术方法，为综合应用机电 一体化各种技术奠定基础。通过课堂讲授 和实验观察，使学生了解微电子技术和计 算机应用技术与机械技术相结合的综合性 技术，掌握机电一体化的基础知识。
机械：强度高、输出功率大、承载大载荷；实 现微小复杂运动难。
电子：可实现复杂的检测和控制；但无法实现 重载运动。
第一节 机电一体化的定义
机电一体化是在以机械、电子技术和计算 机科学为主的多门学科相互渗透、相互结 合过程中逐渐形成和发展起来的一门新兴 边缘技术学科。
目前机电一体化的研究和开发主要包括计 算机数控系统、机器人、计算机辅助设计 /辅助制造系统、柔性制造系统和计算机 集成制造系统等。
第二节 机电一体化系统设计 的目标与方法
机电一体化系统设计方法
取代法 整体设计法 组合法
第二节 机电一体化系统设计 的目标与方法
第二节 机电一体化系统设计
的目标与方法
机电一体化产品和系统的分类
按机电一体化产品和系统的用途分类，有产 业机械，信息机械，民用机械等；按机械和 电子的功能和含量分类，有以机械装置为主 体的机械电子产品和以电子装置为主体的电 子产品；按机电结合的程度分类，有附加型、 功能替代型和机电融合型。
第二节 机电一体化系统设计 的目标与方法
机电一体化系统设计(最终版)
机电一体化系统设计
教学目的 篇章结构 参考资料
教学目的
本课程主要讲述机电一体化实用技术，讲 述其基本理论，进行机电一体化产品系统 设计的综合知识。同时介绍机电一体化技 术的相关内容，各组成部分的特征和选型 以及相互结合技术方法，为综合应用机电 一体化各种技术奠定基础。通过课堂讲授 和实验观察，使学生了解微电子技术和计 算机应用技术与机械技术相结合的综合性 技术，掌握机电一体化的基础知识。
机械：强度高、输出功率大、承载大载荷；实 现微小复杂运动难。
电子：可实现复杂的检测和控制；但无法实现 重载运动。
第一节 机电一体化的定义
机电一体化是在以机械、电子技术和计算 机科学为主的多门学科相互渗透、相互结 合过程中逐渐形成和发展起来的一门新兴 边缘技术学科。
目前机电一体化的研究和开发主要包括计 算机数控系统、机器人、计算机辅助设计 /辅助制造系统、柔性制造系统和计算机 集成制造系统等。
机电一体化技术ppt课件(完整版)
1. 4机电一体化系统的设计
1 .4.5机电一体化系统的设计流程 各种机电一体化系统的研究、开发、生产
及销售的过程各有其自身特点，归纳其基本规 律，机电一体化系统的设计流程如图1-6所示。
目录
第1章概论 1. 1机电一体化的定义 1. 2机电一体化系统的基本构成 1. 3机电一体化相关技术 1.4机电一体化系统的设计 1.5机电一体化技术的发展历程和发展趋势
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第2章机械技术 2.1概述 2.2机械传动 2.3支承部件 2.4导轨副
目录
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目录
第3章自动化控制技术 3. 1自动控制技术概述 3. 2 PID控制技术 3 .3模糊控制理沦 3 .4计算机控制系统 3. 5先进控制方法简介
取代法就是用电气控制取代原系统中机械 控制机构。这种方法就是改造旧产品开发新产 品或对原系统进行技术改造常用的方法。如用 电气调速控制系统取代机械式变速机构，用可 编程序控制器取代机械凸轮控制机构、中间继 电器等。这不但大大简化了机械结构和电气控 制，而且提高了系统的性能和质量。这种方法 是改造传统机械产品的常用方法。
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1. 4机电一体化系统的设计
1 .4. 2机电一体化系统开发的类型 1.开发性设计 开发性设计是一种独创性的设计方式，在 没有参考样板的情况下，通过抽象思维和理沦 分析，依据产品性能和质量要求设计出系统原 理和制造工艺。开发性设计属于产品发明专利 范畴。最初的电视机和录像机、中国的“神舟 一七号”航天飞机都属于开发性设计。 2.适应性设计 适应性设计是在参考同类产品上一的页基下础一上页 ，返回 主要原理和设计方案保持不变的情况下，通过
1. 4机电一体化系统的设计
1 .4. 4机电一体化系统设计 所谓的系统设计，就是用系统思维综合运
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（3） 摩擦小
• 大摩擦会造成动态滞后，降低系统的响应速度，导致系统 误差和低速爬行
• （4） 刚度大 • 大刚度利于：①减小机构弹性变形，从而减小伺服系统动
力损失； • ②提高机构固有频率，避开机构的伺服带宽，不易产生共
振；
• ③增加闭环伺服系统的稳定性。
（5） 阻尼适中
• 大阻尼能抑制振动的最大振幅，且使振动快速衰减， 但同时也会使系统的稳态误差增大，精度降低，因此 阻尼要适中
润滑 密封
润滑油，润 滑脂
丝杠
螺母,
结构简单，轴向刚度较两端固定低，压 杆稳定性和临界转速较低，用于较短和 竖直的丝杠
两端与螺母要同轴，结构较复杂，工艺 较困难，刚度同(F-O)相同，压杆稳定性 和临界转速较(F-O)高，用于较长的卧式 安装丝杠
特点
• 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
• 机电一体化机械系统是由计算机协调控制的，用于完 成包括机械力、运动和能量流等动力学任务的机械和 （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。
• 机电一体化中的机械系统需使伺服电机和负载之间的 转速、转矩及惯量得到匹配，即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。
• （6） 缩短传动链
• 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 计中采用两端轴向预紧或预拉伸支承结构等。
4.2.2 无侧隙齿轮传动机构
• 齿轮传动消齿侧间隙的方法： • 中心距调整法 • 双圆柱薄齿轮错齿消隙法 • 齿轮增宽消隙法等。
中
心
第4章 机电一体化机械系统设计
• 4.1 机械系统设计概述
• 4.1.1 机电一体化的机械系统主要内容
• 在构成机电一体化系统的要素中，几个部分并 不是并列的，机械部分是主体，而且系统的主 功能必须由机械装置来完成
• 构成：传动机构、 支承与导向机构、 执行机 构、 轴系、 机座机架
（l） 传动机构
4.2 机械传动机构
4.2.l 机械传动机构性能要求
• （1） 无（小）传动间隙 • 开环或闭环之外的传动间隙不影响系统稳定性，
但影响伺服精度（逆运行时的回程误差）； • 闭环之内的传动间隙不影响系统静态精度，但
影响稳定性；若闭环系统的稳定裕度较小，则 会使系统产生自激振荡。 • （2） 惯量小 • 大惯量会使系统的机械常数增大，固有频率降 低，从而使系统负载大，响应慢，灵敏度低， 易产生谐振
距
偏心轴套 电机
调
节
消
隙
法
结构简单，但需反复调试
双 薄齿轮 圆
薄齿轮
柱
薄
齿
轮
பைடு நூலகம்
错
齿
消
凸耳 凸耳 螺钉 螺母 弹簧 凸耳
隙 • 齿侧间隙可自动补偿，但结构复杂
薄斜齿轮
薄斜齿轮
齿 垫片
轮 增
H sin
宽
• 结构简单，
消
但垫片的厚
隙
度需要反复
法
斜齿轮
调整
4.2.3 丝杠螺母传动机构
• 丝杠螺母机构，可实现旋转运动直线运动运动 方式的转换：传递能量为主（如螺旋压力机、 千斤顶等）、传递运动为主的（如机床工作台 的进给丝杠）、调整零件之间相对位置为主。
机械系统设计特点
• （1） 机械传动设计的特点 • 传动链短、转动惯量小、线性传递、无间隙传
递等 • （2） 机械结构设计的特点 • 满足伺服系统对其稳、准、快的要求 • 精密化、高速化、小型化和轻量化 • 应综合考虑各个零部件的制造安装精度、结构
刚度、稳定性以及动作的灵敏性和易控性，对 具体零部件的设计提出了更高、更严的要求
⑤差动传动方式
S n (l01 l02 )
• 微动机构、快进机构
4.2.3.1 滚珠丝杠副的组成及特点
反向器
螺母
丝杠
滚珠
• 滚珠丝杠副结构
滚珠丝杠副特点：
• ① 传动效率高：92％～96％ ，耗费的能 量仅为滑动丝打的l/4～1/3
• ② 运动具有可逆性：需设置制动装置
• ③ 轴向刚度好
结构简单，容易制造，装配调整方便，适 合重载；循环回路长，螺母径向尺寸大
结构简单，刚度高，预紧可靠
结构简单，相对刚度低，预紧可靠，用于 较小直径丝杠
结构简单，相对刚度低，预紧可靠，用于 较小直径丝杠
支承方 一端固定一 式 端自由 (F-O)
一端固定一 端支承 (F-S)
支承方 两端固定
式
(F-F)
• 作用——执行机构根据操作指令的要求在动力 源的驱动下，完成预定的操作。一般要求它具 有较高的灵敏度、精确度、重复性和可靠性等。
• （4） 轴系
• 作用——传递转矩及精确的回转运动，它直接 承受外力（力矩）
• （5） 机座机架
• 作用——承重、支撑、保证各零部件相对位置 的基准作用。
4.1.2 机电一体化机械系统设计
• 功能——是传递动力和运动 • 作用——机械传动部件对伺服系统的伺服特性有很大影
响，特别是其传动类型、传动方式、传动刚性以及传动 的可靠性对系统的精度、稳定性和快速性有很大影响。
（2） 支承与导向机构
• 作用——为机械系统中各运动装置安全、准确地完成其 特定方向的运动提供支承和导向。
（3） 执行机构
• ④ 传动精度高，使用寿命长：低速时无 爬行现象，能始终保持运动的平稳性和 灵敏性；摩擦小，丝杠副工作时温升和 热变形小，可获得较高的传动精度；由 于磨损小，长期使用后仍能保持其精度， 因而寿命长
• ⑤ 制造工艺复杂
4.2.3.2 滚珠丝杠副的典型结构类型
• 滚珠丝杠副结构
螺纹 滚道 形状
滚珠 内
• 根据摩擦副不同：滑动摩擦丝杠、滚动摩擦丝 杠；
• 根据丝杠和螺母相对运动方式不同： ①螺母固 定、丝杠转动并移动 ；②丝杠转动、螺母移动 ； ③螺母转动、丝杠移动 ；④丝杠固定、螺母转 动并移动 ；⑤差动传动方式
丝杠和螺母相对运动方式
①螺母固定、丝杠 转动并移动
②丝杠转动、螺母移动
③螺母转动、丝杠移动 ④丝杠固定、螺母转动并移动
循环
滚珠 外
循环
间隙 调整
与 预紧
单圆弧形
双圆弧形
固定反向器式 浮动反向器式
螺旋槽式 插管式
双螺母垫片预 紧
单螺母变位预 紧
单螺母增大滚 珠直径预紧
接触角随轴向载荷而变化，易加工成精度 高，成本低
接触角不随轴向载荷而变化，不易加工成 精度高，成本高
循环回路短，流畅性好，效率高，螺母径 向尺寸小；反向器加工难，装配调整不 便，不适合重载