第2章机械系统设计技术PPT课件

（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。 28.092.82.0029.02020
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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，而是 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。
（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。
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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。
基准长度：
L d22(dd1dd2)(dd1 4a dd2)2 （式2-2）
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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。
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四、带传动的张紧装置
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。
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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。
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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。
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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。
平带 V带 多楔带 圆带 (a)摩擦型
同步齿型带 （b）啮合型
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（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。
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。
带轮相对滑动方向
C
B
α1 o1n1
1
n2 o2 α2
A
2
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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：
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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：
1 1 8 0 2 1 8 0 d d 1 a d d 2 5 7 .3 （式2-1）
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
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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。
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12 (a)
O
3
1
2
（b）
a
张紧轮
浮动架
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（c）
(d) 15
2.2.2谐波齿轮传动
谐波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。
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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置， 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。
ห้องสมุดไป่ตู้
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一、带传动的类型、结构和特点
A-A
β
α1 dd1
1 3
Ld
2
dd2 α2
（2）导向机构，其作用是支撑和导向，为机 械系统中各运动装置能安全、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。 28.092.82.0029.02020
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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。