(完整PPT)机电一体化技术-2.2 精密机械技术-1

2.2 精密机械技术
2、机械系统设计的基本要求和内容
1）机械系统设计要求 为确保机械系统的传动精度和工作稳定性，通
常对机电一体化系统提出以下要求：
(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。如果机械系统的 精度不能满足要求，则无论机电一体化产品其它 系统工作怎样精确，也无法完成其预定的机械操 作。
从螺纹的顶上回到A点。螺纹每一圈形成一个钢珠的循环
闭路。回珠器处于螺母之内，称为内循环。
其结构紧凑，定位可靠，刚性好，返回滚道短，不易 发生滚珠堵塞；缺点是结构复杂，制造较困难，不能用于 多头螺纹。
三、滚道法向截面的形状
(a)单圆弧型面 (b)双圆弧型面
单圆弧滚道形面成形比较简单，而且 易于得到较高的加工精度，但接触角不易 控制，它随初始间隙和轴向力大小而变化， 因而其传动效率、承载能力和轴向刚度均 不稳定。
重而自动下降，当向下驱动部件时，由于部件的自重和惯性，当 传动切断时，不能立即停止运动，必须增加制动装置。 结构复杂，制造成本高。
二、滚珠丝杠螺母副的循环方式
常用的循环方式有两种：滚珠在循环过程中有时与丝杠 脱离接触的称为外循环；始终与丝杠保持接触的称内循环 。
1．外循环
插管式 回珠器
图2-2 外循环方式
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2、机械传动系统Βιβλιοθήκη Baidu特性
（1）转动惯量： 转动惯量的影响 转动惯量的计算
（2）阻尼 （3）刚度 （4）传动精度
传动系统的误差分析 减少传动误差的措施
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3、滚珠丝杠螺母传动
滚珠丝杠螺母副
滚珠丝杠螺母副是直线运动与回转运动能相互转换的 新型传动装置。
一、 工作原理与特点
插管式 回珠器
每一列钢珠转几圈后经插管回珠器返回。插管式回珠
器位于螺母之外，称为外循环。
外循环结构制造工艺简单，其滚道接缝处很难做得平 滑，影响滚珠滚动的平稳性，甚至发生卡珠现象，噪声也 较大。
2. 内循环 B
C D 反向回珠器
A A
D
B
C
图2-3 内循环方式
钢珠从A点走向B点、C点、D点然后经返向回珠器4
在丝杠和螺母上都 有半圆弧形的螺旋槽， 当它们套装在一起时便 形成了滚珠的螺旋滚道 。螺母上有滚珠回路管 道，当丝杠旋转时，滚 珠在滚道内既自转又沿 滚道循环转动。
螺母
滚珠 丝杠
滚珠 回路
图2-1滚珠丝杠工作原理图
滚珠丝杠螺母副是数控机床中回转运动转换为直线运动常 用的传动装置。它以滚珠的滚动代替丝杠螺母副中的滑动， 摩擦力小，具有良好的性能。
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基本功能 传动机构
丝杠螺母 齿轮
齿轮齿条 链轮链条 带、带轮 杠杆机构 凸轮机构 蜗轮蜗杆 间歇机构
形式 √ √ √
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运动的变换 行程 方向
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√ √ √√
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速度
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√ √ √ √
动力的变换 大小 形式
√√ √
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√
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1)机械传动机构的基本要求 采取的措施 (1) 减少摩擦阻力 如采用滚珠丝杠螺母副、静压丝杠螺母副、滚动 导轨、静压导轨和塑料导轨。 (2) 提高传动精度和刚度、消除传动间隙 传动精度和刚度主要取决 于丝杠螺母副、蜗轮蜗杆副及其支承结构的刚度。传动间隙主要 来自传动齿轮副、蜗杆副、丝杠螺母副等 (3) 减小运动惯量 传动元件的惯量对伺服机构的启动和制动特性都 有影响。在满足部件强度和刚度的前提下，尽可能减小执行部件 的惯量。 (4)缩短传动链，提高传动与支承刚度；丝杠预紧； (5)选择最佳传动比（china-machine），提高分辨率，降低等效转 动惯量,缩小反向死区误差； (6)改进支承结构，提高刚度，减小振动和噪声
2）设计内容： (1) 机械本体设计 线性传动部件 非线性传动部件 间歇传动部件，等等
(2) 机械传动设计
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2.2.2 机械传动机构
1、机械传动机构概述 常用的机械传动部件包括：
螺旋传动 齿轮传动 同步带传动 高速带传动 各种非线性传动等
1、滚珠丝杠螺母副的组成 组成：丝杠 螺母 滚珠 滚道（回珠器） 螺母座
精度等级
滚珠丝杠副根据使用范围及要求分为七个精度等级， 即1, 2, 3, 4, 5, 7, 10级，1级最高，依次递减。在数控机 床上，X坐标可采用2, 3或4级，Z坐标可采用3, 4或5级。
滚珠丝杠副可分为定位滚珠丝杠副（P类）和传动滚珠 丝杠副(T类）。
双圆弧滚道能保持一定的接触角，传 动效率、承载能力和轴向刚度比较稳定， 螺旋槽底部不与滚珠接触，可容纳一定的 润滑油和脏物，以减小摩擦和磨损，但砂 轮成形较复杂，不易获得较高的加工精度。
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2.2.1 机械系统概述
1、机械系统的组成 包括引导和支承执行部件的导轨、丝杠螺母
副、齿轮齿条副、蜗杆蜗轮副、齿轮或齿链副及 其支承部件等。
传动部件： 1)、线性传动：齿轮、丝杠螺母、蜗轮蜗杆 2)、非线性传动：连杆机构、凸轮机构 支承部件：导向支承、旋转支承 轴系： 机架：
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2）机械传动机构的发展
精密化、高速化、小型化
3）机械传动机构的设计内容
传动机构的设计任务包括系统设计和结构设计： （1）估算载荷 （2）选择总传动比，选择伺服电动机 （3）选择传动机构的形式 （4）确定传动级数，分配各级传动比 （5）配置传动链，估算传动链精度 （6）传动机构的结构设计 （7）计算传动装置的刚度和结构固有频率 （8）做必要的工艺分析和经济分析
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(2) 快速响应性
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。
(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。
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具体精度项目分三类：行程偏差和行程变动量、跳动 和位置公差以及性能检验项目。
滚珠丝杠螺母副特点
摩擦损失小，传动效率高。 运动平稳无爬行。 可以预紧，反向时无空程。 磨损小，精度保持性好，使用寿命长。 具有运动的可逆性。 不能自锁，特别是用作垂直安装的滚珠丝杠传动，会因部件的自