机电一体化技术与系统

5．谐波齿轮传动各构件的结构和材料 (1) 柔轮 (2) 刚轮 (3) 波发生器
图2-29 杯形柔轮
图2-30 带凸缘 环状刚轮
图2-31 双滚轮式 波发生器
图2-32 柔性轴承凸轮式波发生器 1—轮 2—柔轮 3—凸轮 4—柔性轴承
6．谐波齿轮减速器
(三) 滚珠花键传动 滚珠花键传动装置由花键轴、花键套、循环装置及滚珠等组成， 如图 2-34 所示。
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图 2-18 同步传动
3．同步带的结构、主要参数和尺寸规格 (1) 结构和材料 同步齿形带一般由带背， 承载绳、带齿组成。如图 2-19 所示。 (2) 主要参数和规格 同步带的主要参数是 带齿的节距 。如图 2-20 所示。
图2-19 梯形齿同步带构造
(3) 同步带的标记 带的标记包括长度代 号、型号、宽度代号。双面齿同步带还 应再加上符合D Ⅰ 或D Ⅱ。如图 2-21 所示。
图2-22 同步带轮
1—齿圈 2—挡圈 3—轮毂
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同步带传动的主要失效形式有三种：同步带的承载绳疲劳拉断；同步 带的打滑和跳齿；同步带齿的磨损。
设计的任务是确定带的型号、节距、节线长度、带宽、 中心距及带轮的齿数、直径等结构参数。
(1) 确定带传动的设计功率
(2) 选择带的型号和节距
(3) 带轮齿数
四、惯量的影响
惯量大，系统的机械常数大，响应慢。
五、间隙的影响
这些间隙对伺服系统性能有很大影响，下面以齿轮间隙为例进行分析。 1) 闭环之外数据传递的齿轮 响伺服精度。 2) 闭环之内传递动力的齿轮 为控制系统有自动校正作用。 3) 反馈回路上数据传递齿轮 齿隙，对系统稳定性无影响，但影 齿隙，对系统静态精度无影响，这是因 齿隙既影响稳定性，又影响精度。
三、传动链的级数和各级传动比的分配
(三) 输出轴转角误差最小原则 (四) 三种原则的选择
(四) 三种原则的选择 1) 对于传动精度要求高的降速齿轮传动链，可按输出轴转角误差最小的原 则设计。
2) 对于要求运转干稳、启停频繁和动态性能好的降速传动链，可按等效转 动惯量最小原则和输出轴转角误差最小的原则设计。
(4) 带轮的节圆直径 小带轮节圆直径： (5) 验算带速 同步带传动速度 大带轮节圆直径：
(6) 同步带节线长度
(7) 计算同步带齿数
(8) 确定传动的中心距
(9) 校验小带轮与带的啮合齿数 (10) 确定同步带宽
(11) 带的工作能力验算
(二) 谐波齿轮传动 1. 谐波齿轮传动的工作原理 谐波齿轮传动主要由波形发生器H 、柔轮 1 和刚轮 2 组成。 图 2-25 所示的波发生器有两个触头，称双波发生器。 2．谐波齿轮传动的特点 1) 传动比大 2) 承载能力大 3) 传动精度高 4) 可以向密封空间传递运动或动力 5) 传动平稳 6) 传动效率较高 7) 结构简单、体积小、质量小。
图 2-7 典型转台伺服系统框图
第三节 机械传动
一、机电一体化系统对机械传动的要求
机电一体化机械系统应具有良好的伺服性能，要求机械传动部件转动惯 量小、摩擦小、阻尼合理、刚度大、抗振性好、间隙小，并满足小型、轻量、 高速、低噪声和高可靠性等要求。
二、总传动比的确定
在伺服系统中，通常采用负载角加速度最大原则选择总传动比，以提高伺 服系统的响应速度。 (一) 等效转动惯量最小原则 (二) 质量最小原则
第二章 机械传动与支承技术
第一节 机械传动系统数学模型的建立
第二节 机械结构因素对伺服系统性能的影响 第三节 机械传动 第四节 支承部件
第一节 机械传动系统数学模型的建立
一、基本物理量的折算
1．转动惯量的折算 2．粘性阻尼系数的折算 3．弹性变形系数的折算
图2-1 数控机床进给系统
图2-2 弹性变形等效作用图
3) 对于要求质量尽可能小的降速传动链，可按质量最小原则设计。
四、机械传动装置
(一) 同步带传动 如图 2-18 所示，带的工作表面制有带齿，它与制有相应齿形的带轮 相啮合，用来传递运动和动力。 同步带传动具有如下特点：
1) 传动比准确，传动效率高；
2) 工作平稳，能吸收振动； 3) 不需润滑，耐油、水、耐高温，耐腐蚀，维护保养方便； 4) 中心距要求严格，安装精度要求高； 5) 制造工艺复杂，成本高。 2．同步带 的分类及应用 本节主要介绍梯型齿同步带传动。
单击看视频 图 2-25 谐波齿轮传动
谐波齿轮传动的缺点： 1) 柔轮和波发生器制造复杂，需专门设备，成本较高；
2) 传动比下限值较高；
3) 不能做成交叉轴和相交轴的结构。 3．谐波齿轮的传动比计算
表 2-6 单级谐波齿轮传动的传动比
4．谐波齿轮传动的齿形参数及几何尺寸计算 (1) 齿形 (2) 齿形角 (3) 齿数 (4) 谐波高度
1—带背
2—承载绳
3—包布层
4—带齿
图2-21 双面齿类型 a) DⅠ型 b) DⅡ型 图2-20 同步带主要参数
4．同步带轮 (1) 带轮的结构、材料
带轮结构如图2-22所示。
带轮材料一般采用铸铁或钢。 高速、小功率时可采用塑料或轻合金。
(2) 带轮的参数及尺寸规格
1) 齿形 2) 齿数 3) 带轮的标记 5．同步带传动的设计计算
二、建立系统的数学模型 把各种物理量都折算到电动机轴Ⅰ上后，就可以建立数学模型了。
第二节 机械结构因素对伺服系统性能的影响
一、阻尼的影响
1) 当阻尼比 时， 系统处于等幅持续振荡状态。 2) 当 时，
系统为临界阻尼或过阻尼系统。
3) 当
时，
系统为欠阻尼系统。
图2-3 二阶系统单位阶跃响应曲线
二、摩擦的影响
图2-34 滚珠花键传动 1—保持架 2—橡皮密封圈 4—外筒 5—油孔 6—负荷滚珠列 3—键槽
7—退出滚珠列 8—花键轴
第四节 支承部件
一、机电一体化系统对支承部件的要求
摩擦力可分为粘性摩擦力、库仑摩擦力和静摩擦力三种，方向均与运动 方向相反。 1．摩擦引起动态滞后和系统误差 摩擦对伺服系统的影响主要有： 2．摩擦引起的低速爬行
三、结构弹性变形
当伺服电动机带动机械负载按指令运动时，机械系统所有的元件都会因 受力而产生程度不同的弹性变形。 当机械系统的固有频率接近或落入伺服系统带宽之中时，系统将产生谐 振而无法工作。