机电一体化的机械系统资料
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i 1 j 1 m n
采用工程上常用单位时，上式改写为
1 T 2
F V / n T
i i i 1 j 1
m
n
j
nj / n
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。
G M Jm i L
m
L
JL TLF
电机、传动装置和负载的传动模型
m
Vi
2
n
nj 2 Vi 2 n J Mi ( ) J j ( ) 2 n n 4 i 1 j 1 1
m
2、等效负载力矩的计算
W 1 Fi Vi t Tj j t
i 1 j 1 m n
W T t
由于 W1=W 所以 T Fi Vi / T j j /
导向机构的作用是支承和导向,它为机械系统中各运动 装置能安全、准确地完成其特定方向的运动提供保障, 一般指导轨、轴承等。
3)执行机构 执行机构是用来完成操作任务的直接装置。 执行机构根据操作指令的要求在动力源的带动 下完成预定的操作。 4)机座或机架 支撑其他零部件的基础部件。其作用是承受其 他零部件的重量和工作载荷，同时保证各零部 件相对位置的基准作用。
令
J 0 i1
可解得：
2 i12 1 2 i2 0
i14 1 i12 i2 2 2
对于n级齿轮系,则有
由此可见 , 各级传动比分配的结果应遵循“前小后大” 原则。 2)大功率传动装置 大功率传动装置传递的扭矩大,各级齿轮副的模数、齿 宽、直径等参数逐级增加,各级齿轮的转动惯量差别很 大。传动比分配的基本原则仍应为“前小后大”。
机械传动系统的特性
转动惯量小 摩擦小 阻尼合适 刚度大 抗振性能好 间隙 小 转动惯量大会使机械负载增大、系统响应性能变慢、灵敏度降低、 固有频率下降，容易谐振。同时，使电气驱动部件谐振频率降低。 阻尼越大，最大振幅越小，衰减越快。但定位精度降低，易产生 爬行；稳态误差大，精度降低。 刚度越大,失动量越小,提高刚度可增加闭环系统的稳定性。
设有i =80,传动级数n= 4的小功率传动,试 按等效转动惯量最小原则分配传动比。 解
验算I= i 1 i 2 i 3 i 4≈80。
2.质量最小原则 1）小功率传动装置
2 i 2 V b b b b b 2 i1 2 4 4 4 4 4 i1
各级传动比的分配
1. 等效转动惯量最小原则 齿轮系传递的功率不同, 其传动比的分配也有所不同。 1） 小功率传动装置
来自百度文库
设各齿轮的材料相同， 厚度相同，则： J 3 J1 i14，J 4 J 2 i14
等效到电机轴上的总转动惯量为：
2 J2 J4 1 J i J J1 2 ( J 3 2 ) 2 J1 i12 J1 21 2 J1 2 i1 i2 i1 i1 i1 2 i 1 J J1 (1 i12 2 4 ) i1 i1
为电动机的驱动转矩 , 在忽略传动装置惯量的 前提下,根据旋转运动方程,电动机轴上的合转 矩Ta为
也随之改变。根据 若改变总传动比i,则 L / di 0 负载角加速度最大的原则,令 d , L 则解得
若不计摩擦,即TLF＝0, 则
(2-3)
传动装置总传动比i的最佳值的时刻就是JL换算到电 动机轴上的转动惯量正好等于电动机转子的转动惯 量Jm的时刻,此时,电动机的输出转矩一半用于加速 负载,一半用于加速电动机转子,达到了惯性负载和 转矩的最佳匹配。 实际设计中，要考虑传动装置的惯量影响，总传动 比要根据传动装置的惯量估算适当选择大一点。
第二章 精密机械技术
机电一体化对机械系统的基本要求
1)高精度
精度直接影响产品的质量，尤其是机电一体化产品，其技术性 能、工艺水平和功能比普通的机械产品都有很大的提高，因此
机电一体化机械系统的高精度是其首要的要求。
2)快速响应
即要求机械系统从接到指令到开始执行指令指定的任务之间的 时间间隔短，这样控制系统才能及时根据机械系统的运行状态 信息，下达指令，使其准确地完成任务。
齿轮传动系统
一、负载的等效换算
i — 移动部件的下标； j — 转动部件的下标
1、等效转动惯量的计算
n 1 m 1 E M i Vi 2 J j 2 j 2 i 1 2 j 1
1 E J 2 2
j 2 J Mi ( ) J j ( ) i 1 j 1
根据传动关系有
式中: —— 电动机的角位移、角速度、 角加速度； —— 负载的角位移、角速度、角加速 度。
Jm——电动机M的转子的转动惯量； JL——负载L的转动惯量； TLF ——摩擦阻抗转矩；
i——齿轮系G的总传动比。
TLF 换算到电动机轴上的阻抗转矩为 TLF / i ； JL 换算到电动机轴上的转动惯量为 JL/i2 。设 Tm
提高传动精度的结构措施
适当提高零部件本身的精度； 合理设计传动链，减少零部件制造、装配误差对传动精度的影响 采用消隙机构．以减少或消除空程。
传动系统的总传动比及其分配 设计机电一体化齿轮传动系统，主要是研究它的动力学 特性。 最佳总传动比 首先把传动系统中的工作负载、惯性负载和摩擦负载综 合为系统的总负载，方法有： (a) 峰值综合：若各种负载为非随机性负载，将各负载 的峰值取代数和。 (b) 均方根综合：若各种负载为随机性负载，取各负载 的均方根。 负载综合时，要转化到电机轴上，成为等效峰值综合负 载转矩或等效均方根综合负载转矩。使等效负载转矩最小 或负载加速度最大的总传动比，即为最佳总传动比。
3)良好的稳定性
即要求机械系统的工作性能不受外界环境的影响，抗干扰能力 强。
机电一体化中机械系统的组成 1)传动机构
机电一体化机械系统中的传动机构不仅仅是转速和转 矩的变换器 , 而且已成为伺服系统的一部分 , 它要根据 伺服控制的要求进行选择设计,以满足整个机械系统良 好的伺服性能。
2)导向机构
采用工程上常用单位时，上式改写为
1 T 2
F V / n T
i i i 1 j 1
m
n
j
nj / n
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。
G M Jm i L
m
L
JL TLF
电机、传动装置和负载的传动模型
m
Vi
2
n
nj 2 Vi 2 n J Mi ( ) J j ( ) 2 n n 4 i 1 j 1 1
m
2、等效负载力矩的计算
W 1 Fi Vi t Tj j t
i 1 j 1 m n
W T t
由于 W1=W 所以 T Fi Vi / T j j /
导向机构的作用是支承和导向,它为机械系统中各运动 装置能安全、准确地完成其特定方向的运动提供保障, 一般指导轨、轴承等。
3)执行机构 执行机构是用来完成操作任务的直接装置。 执行机构根据操作指令的要求在动力源的带动 下完成预定的操作。 4)机座或机架 支撑其他零部件的基础部件。其作用是承受其 他零部件的重量和工作载荷，同时保证各零部 件相对位置的基准作用。
令
J 0 i1
可解得：
2 i12 1 2 i2 0
i14 1 i12 i2 2 2
对于n级齿轮系,则有
由此可见 , 各级传动比分配的结果应遵循“前小后大” 原则。 2)大功率传动装置 大功率传动装置传递的扭矩大,各级齿轮副的模数、齿 宽、直径等参数逐级增加,各级齿轮的转动惯量差别很 大。传动比分配的基本原则仍应为“前小后大”。
机械传动系统的特性
转动惯量小 摩擦小 阻尼合适 刚度大 抗振性能好 间隙 小 转动惯量大会使机械负载增大、系统响应性能变慢、灵敏度降低、 固有频率下降，容易谐振。同时，使电气驱动部件谐振频率降低。 阻尼越大，最大振幅越小，衰减越快。但定位精度降低，易产生 爬行；稳态误差大，精度降低。 刚度越大,失动量越小,提高刚度可增加闭环系统的稳定性。
设有i =80,传动级数n= 4的小功率传动,试 按等效转动惯量最小原则分配传动比。 解
验算I= i 1 i 2 i 3 i 4≈80。
2.质量最小原则 1）小功率传动装置
2 i 2 V b b b b b 2 i1 2 4 4 4 4 4 i1
各级传动比的分配
1. 等效转动惯量最小原则 齿轮系传递的功率不同, 其传动比的分配也有所不同。 1） 小功率传动装置
来自百度文库
设各齿轮的材料相同， 厚度相同，则： J 3 J1 i14，J 4 J 2 i14
等效到电机轴上的总转动惯量为：
2 J2 J4 1 J i J J1 2 ( J 3 2 ) 2 J1 i12 J1 21 2 J1 2 i1 i2 i1 i1 i1 2 i 1 J J1 (1 i12 2 4 ) i1 i1
为电动机的驱动转矩 , 在忽略传动装置惯量的 前提下,根据旋转运动方程,电动机轴上的合转 矩Ta为
也随之改变。根据 若改变总传动比i,则 L / di 0 负载角加速度最大的原则,令 d , L 则解得
若不计摩擦,即TLF＝0, 则
(2-3)
传动装置总传动比i的最佳值的时刻就是JL换算到电 动机轴上的转动惯量正好等于电动机转子的转动惯 量Jm的时刻,此时,电动机的输出转矩一半用于加速 负载,一半用于加速电动机转子,达到了惯性负载和 转矩的最佳匹配。 实际设计中，要考虑传动装置的惯量影响，总传动 比要根据传动装置的惯量估算适当选择大一点。
第二章 精密机械技术
机电一体化对机械系统的基本要求
1)高精度
精度直接影响产品的质量，尤其是机电一体化产品，其技术性 能、工艺水平和功能比普通的机械产品都有很大的提高，因此
机电一体化机械系统的高精度是其首要的要求。
2)快速响应
即要求机械系统从接到指令到开始执行指令指定的任务之间的 时间间隔短，这样控制系统才能及时根据机械系统的运行状态 信息，下达指令，使其准确地完成任务。
齿轮传动系统
一、负载的等效换算
i — 移动部件的下标； j — 转动部件的下标
1、等效转动惯量的计算
n 1 m 1 E M i Vi 2 J j 2 j 2 i 1 2 j 1
1 E J 2 2
j 2 J Mi ( ) J j ( ) i 1 j 1
根据传动关系有
式中: —— 电动机的角位移、角速度、 角加速度； —— 负载的角位移、角速度、角加速 度。
Jm——电动机M的转子的转动惯量； JL——负载L的转动惯量； TLF ——摩擦阻抗转矩；
i——齿轮系G的总传动比。
TLF 换算到电动机轴上的阻抗转矩为 TLF / i ； JL 换算到电动机轴上的转动惯量为 JL/i2 。设 Tm
提高传动精度的结构措施
适当提高零部件本身的精度； 合理设计传动链，减少零部件制造、装配误差对传动精度的影响 采用消隙机构．以减少或消除空程。
传动系统的总传动比及其分配 设计机电一体化齿轮传动系统，主要是研究它的动力学 特性。 最佳总传动比 首先把传动系统中的工作负载、惯性负载和摩擦负载综 合为系统的总负载，方法有： (a) 峰值综合：若各种负载为非随机性负载，将各负载 的峰值取代数和。 (b) 均方根综合：若各种负载为随机性负载，取各负载 的均方根。 负载综合时，要转化到电机轴上，成为等效峰值综合负 载转矩或等效均方根综合负载转矩。使等效负载转矩最小 或负载加速度最大的总传动比，即为最佳总传动比。
3)良好的稳定性
即要求机械系统的工作性能不受外界环境的影响，抗干扰能力 强。
机电一体化中机械系统的组成 1)传动机构
机电一体化机械系统中的传动机构不仅仅是转速和转 矩的变换器 , 而且已成为伺服系统的一部分 , 它要根据 伺服控制的要求进行选择设计,以满足整个机械系统良 好的伺服性能。
2)导向机构