机电一体化 第2章+机械系统设计技术

2.2传动部件设计
随着机电一体化技术革命的发展．要求传 动机构不断适应新的技术要求。具体讲有三 个方面。 （1）精密化：对于某种特定的机电一体化产 品来说根据其性能的需要提出适当的精密度 要求； （2）高速化：产品效率的高低，直接与机械 传动部分的运动速度相关； （3）小型化、轻量化：随着机电一体化系统 （产品）的精密化、高速化的发展，必然要 求其传动机构小型化和轻量化。
（式2-2）
三、带传动的弹性滑动和传动比
由于带的弹性及其在带轮两边的拉力差引起的相对滑动现
象称为弹性滑动，其大小与带传动传递的载荷成正比。 当有效拉力F达到或超过带与小带轮之间的摩擦力总和的 极限值时，带与带轮在整个接触弧上发生相对滑动，即打 滑现象。 带传动的主要失效形式是带在带轮面上的打滑或带的疲劳 破坏。
2.2.1带传动 带传动是通过环状挠性件，在两个或多个传 动轮之间传递运动和动力的机械传动装臵， 又称为挠性件传动。具有结构简单、维护方 便和成本低廉等特点，适用于两轴中心距较 大的传动。
一、带传动的类型、结构和特点
A-A
2
α1
dd 1
1 Ld 3
β
dd2 α2
同步齿型带
平带
V带 多楔带 圆带 (a)摩擦型
2.2传动部件设计
机电一体化机械系统应具有良好的
伺服性能，从而要求传动机构满足 以下几个方面：转动惯量小、刚度 大、阻尼合适 ，此外还要求摩擦小、 抗振性好、间隙小，特别是其动态 特性与伺服电动机等其他环节的动 态特性相匹配。
2.2传动部件设计
常用的机械传动部件有螺旋传动、
齿轮传动、同步带、高速带传动 以及各种非线性传动部件等。其 主要功能是传递转矩和转速。因 此，它实质上是一种转矩、转速 变换器。
带轮相对滑动方向 C B
α1 o1n1
1 A
n2 o2 α2
2 D
传动比
带传动中，由弹性滑
动引起的从动轮圆周 速度的相对降低量称 为滑动率ε。
带传动实际传动比i：
四、带传动的张紧装臵 带传动是依靠带与带轮间的摩擦力工作的， 所以安装时，传动带必须以一定的预紧拉力 紧套在带轮上，但带不是完全弹性体，工作 一定时间后，其初拉力必将因带的塑性变形 而减小，产生松弛现象，使传动能力下降， 甚至失效，故必须适时地补充张紧。
2.1.2机械系统的组成 机电一体化机械系统应包括如下三大机构。 （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，其作用是支撑和导向，为机 械系统中各运动装臵能安全、准确地完成其 待定方向的运动提供保障。 （3）执行机构，它是用以完成操作任务的。 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。
二、带传动的主要参数 带传动的主要几何参数有包角α、基准长度Ld、 中心距a及带轮直径dd1、dd2等。对于开口传 动、主要参数间有如下近似关系： 小轮上的包角：
dd1 dd 2 1 180 2 180 57.3（式2-1） a

基准长度： (d d 1 d d 2 ) 2 Ld 2 (d d 1 d d 2 ) 2 4a
2 3(H) A D
1
2
3(H)
nr nH
nH
C
1
B (a)
(b)
谐波齿轮减速器原理
刚性轮
柔性轮
谐波发生器
谐波减速器中三大部件
2.2.3滚珠螺旋传动
滚动螺旋传动的滚动体有球和滚子两大类。
一、滚珠丝杠副的组成 滚珠丝杠副是在丝杠和螺母间以钢球为滚动体的螺旋传动部 件，它可将旋转运动变为直线运动，或相反。
（b）啮合型
（1）带传动的主要优点 带具有良好的弹性；过载时，带在带轮上打 滑，可防止其他零件损坏；适用于两轴中心 距较大的场合；结构简单，制造、安装和维 护方便，成本低。 （2）带传动的主要缺点 带在带轮上有相对滑动，不能保证准确的传 动比；传动效率较低，带的寿命较短；传动 的外廓尺寸大；带传动需要张紧，支撑带轮 的轴和轴承受力较大。
第二章 机械系统设计技术
知识点： 机械设计概述 传动部件设计 轴系设计 支撑件设计 执行机构设计
2.1机械设计概述
各种机械从构思到实现要经过设计和制造
两个不同的阶段。机械设计是机械生产的 第一道工序。 在机电产品的设计制造中，设计人员根据 市场对产品的需求和公司对产品的定位， 提出机械设计的任务，运用各种先进的设 计方法，获得一个满足使用要求的产品设 计方案，绘制出全部生产用图。
1
2
O 3 2 (a) （b） 1
a
张紧轮 浮动架 （c） (d)
2.2.2谐波齿轮传动 谐百度文库齿轮传动具有结构简单、传动比大 （几十到几百）、传动精度高、回程误差小、 噪声低、传动平稳、承载能力强、效率高等 优点。故在工业机器人、航空、火箭等机电 一体化系统中日益得到广泛的应用。
2.2.2谐波齿轮传动 谐波齿轮减速器是由波发生器凸轮（输入端），柔 性轮（输出端，齿数Z2），刚性轮（固定，齿数Z1） 组成。与普通齿轮减速机不同的是，其柔性轮是金 属弹性体，可以弹性变形。 柔性轮受椭圆型波发生器的挤压，使长轴两端的齿 与刚轮的齿完全啮合。由于柔性轮齿数比刚性轮齿 效少（一般少2个齿），所以当波发生器顺时针旋转 过一周时，柔性轮就会沿逆时针方向旋转与齿数差 相应的角度。因此，减速比可以表示为（Z1－Z2） ／Z1。也可以柔性轮固定，刚性轮作为输出端。
2.1.1机电一体化对机械系统的要求
1、要求 具有较高的定位精度，良好的动态响应特性即响 应要快、稳定性要好。 2、主要从以下几方面采取措施： （1）采用低摩擦阻力的传动部件和导向支撑部件。 （2）缩短传动链，提高传动与支撑刚度。 （3）选用最佳传动比，以达到提高系统分辨率、减 少等效到执行元件输出轴上的等效转动惯量。 （4）缩小反向死区误差，如采取消除传动间隙、减 少支撑变形的措施。 （5）改进支撑及架体的结构设计以提高刚性、减少 振动、降低噪声。