第六章机械技术

第二章机械技术总结

机械系统

包括基础构件、机械框架、传动机构、执行机构等部分。

传动系统动、静特性的主要影响因素

动特性的影响因素：惯性、刚度、摩擦、间隙。

静特性的影响因素：刚度、摩擦、间隙

传动系统的主要特性参数

惯量、摩擦阻尼、传动误差

1、机电一体化系统对机械传动系统设计的要求是什么？

(1) 高精度——静特性

(2) 快速响应性——动特性

(3) 良好的稳定性——动特性

2、影响机械系统传动机构动力学特性的主要因素有哪些？

(1) 负载的变化（包括工作负载——外力、惯性负载、摩擦负载）

(2) 传动系统惯性（主要取决于机构中各部件的质量和尺寸）

(3) 传动系统的固有频率（为减少机械传动部件的扭矩反馈对电动机动态性能的影响，机械传动系统的基本固有频率应高于电气驱动部件固有频率的2—3倍，同时，传动系

统的固有频率还应远离控制系统的工作频率，以免系统产生振荡而失去稳定性。） 对于质量为m 、拉压刚度系数为K 的单自由度直线运动弹性系统，其固有频率为

m

K

n =

ω 对于转动惯量为J 、扭转刚度系数为K 的单自由度旋转运动弹性系统．其固有频率为

J

K n =

ω

(4) 传动系统中的摩擦和润滑

(5) 传动系统中的间隙 （齿轮传动啮合间隙会导致一定传动死区，在闭环系统中，传动死区还可能使系统以1—5倍的频率产生低频振荡，因此要消除间隙）

3、机械系统的主要特性参数有哪些?

(1) 转动惯量J （在不影响系统刚度的条件下，机械部分的质量和转动惯量应尽可能小）

要求会计算：（计算重点）

齿轮、丝杠 l d md mr J 42232

1

8121πρ===

m ——齿轮、丝杠质量

d ——齿轮分度圆直径、丝杠中径直径

p ——齿轮、丝杠材料密度

l ——齿轮宽度、丝杠长度

工作台及工件折算到丝杠 2

0)2(

π

L m J r = r m ——工作台及工件质量 0L ——丝杠导程 工作台及工件折算到齿轮 2

0r m J r =

r m ——工作台及工件质量 0r ——齿轮节圆半径

(2) 阻尼（适当的阻尼可以提高系统稳定性，因此要合理选用，不是越小越好）

4.0≤

≤ξ

<ξ一般取7.0

0<

1

(3) 刚度（刚度越大，固有频率越高，失动量越小，系统稳定性越好）

(4) 传动精度（机械传动系统中，影响系统传动精度的误差可分为传动误差和回程误差）

传动误差——高频分量

输入轴单项转动时，输出轴转角的实际值相对于理论值的变动量。其结果使得输出轴与输入轴之间的传动比发生变化，使得传动不准确，影响传动精度。它主要由于传动件的变形和制造误差所引起的。

回程误差——低频分量

输入轴由正向回转变为反向回转时，输出轴在转角上的滞后量。也可以理解为当输入轴固定时，输出轴可以任意转动的角度。它主要由于传动件的间的间隙而引起的。

4、减小传动误差的措施有哪些？

(1) 提高零部件本身的精度

(2) 合理设计传动链

(3) 采用消隙机构

5、螺旋传动（滚珠丝杠副）的消隙办法有哪些？

双螺母丝杠副的间隙消除常采用以下几种调整预紧方法：

（1）双螺母螺纹预紧调整式（结构紧凑，不能进行很精确的调整）

（2）双螺母垫片调整预紧式

（3）双螺母齿差预紧调整式（结构复杂，调整精度很高）

单螺母消除间隙方法：

（1）增大滚珠直径

（2）偏置导程法

6、齿轮传动装置的总传动如何确定？

齿轮传动装置的总传动比设计原则是出于使系统动作稳、准、快的考虑之上的，在具体确定系统总传动比时，可按工作时折算到电动机轴上的峰值转矩最小；等效均方根力矩最小；电机驱动负载加速度最大三种方法计算。

1．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：

(1) 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。

(2) 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。 2．总传动比分配

齿轮系统的总传动比确定后，根据对传动链的技术要求，选择传动方案，使驱动部件和负载之间的转矩、转速达到合理匹配。若总传动比较大，又不准备采用谐波、少齿差等传动，需要确定传动级数，并在各级之间分配传动比。单级传动比增大使传动系统简化，但大齿轮的尺寸增大会使整个传动系统的轮廓尺寸变大。可按下述三种原则适当分级，并在各级之间分配传动比。

7、总传动比对系统性能的影响：

①系统的稳定性。

总传动比i 偏大使得系统折算到电机轴上的等效转动惯量变小，从二阶系统传递函数可得JK

B 2=

ξ，选择大的i 可使ξ增大，系统的稳定性取决于阻尼比ξ，阻尼系数ξ增

大，振荡得到抑制，稳定性提高，但ξ＞1时影响系统的快速响应，尽量避免。

②系统的响应特性。

总传动比i 偏小时，使加速度下降；总传动比i 偏大时，则使加速度增大为一定值。因此，i 偏大使响应特性提高。

③系统的低速稳定性。

伺服电机在运行时，由于电枢反应、电刷摩擦和低速不稳定性，可能产生爬行。i 值偏大可避免爬行。

④系统的结构。

总传动比i 偏大，使的传动级数增多，结构不紧凑，传动精度、效率、刚度与系统固有频率降低。

由上可见，总传动比的选择要综合考虑。

8、各级转动比的分配

（１）最小等效转动惯量原则 （“前小后大”）

①小功率传动

各级转动比的分配按“前小后大”次序，结构较紧凑。 ②大功率传动

大功率传动比的分配次序仍为“前小后大”。

（2）重量最轻原则 （“前大后小”）

①小功率传动 ②大功率传动

由上可知，按重量最轻原则的大功率传动装置，各级传动比是“前大后小”的。 （3）输出轴转角误差最小原则 （“前小后大”）

应按“前小后大”次序分配，而且要使最末一级传动比尽可能大，同时提高最末一级