机电一体化系统设计

图2.6 锥齿轮轴向压簧调整
图2.7 锥齿轮周向弹簧调整 1.大片锥齿轮 2.小片锥齿轮 3.锥齿轮 4.镶块 5.弹簧 6.止动螺钉 7.凸爪 8.槽
（四）齿轮齿条传动机构
结构如图2.8所示。用于行程较长的大型机床上，易于得 到高速直线运动。 1.双片簿齿轮调整法 分别与齿条齿槽的左、右两侧贴紧， 从而消除齿侧间隙（传动负载小时采用）。 2.双厚齿轮传动的结构 进给运动由轴5输入，该轴上装有
1.垫片调整法 结构如图2.4所示。在两薄片斜齿轮1、2中间 加垫片3，改变两薄片斜齿轮之间的轴向距离，使薄片斜齿 轮1、2的螺旋线错位。
特点：1)结构简单；2)齿侧间隙不能自动补偿。3) 使用时需 要反复测试齿轮的啮合情况，反复调节垫片的厚度。
图2.4 斜齿薄片齿轮垫片调整
(二)斜齿轮传动机构
功用： 转矩匹配； 惯量匹配；脉冲当量匹配；降速
消除传动间隙
作用：消除反向间隙，提高传动精度 方法：使啮合状态轮齿的两侧均处于接触状 实现：偏心轴调整、轴向垫片调整 （刚性）
轴向压簧调整、周向压簧调整（柔性）
径向（中心矩）调隙法；轴向调隙法；周向(切向）调隙法
(一)直齿圆柱齿轮传动机构
1.偏心轴套调整法 结构如图2.1所示。转动偏心轴套2调整 两啮合齿轮的中心距，消除齿侧间隙及其造成的换向死区。 特点：结构简单，侧隙调整后不能自动补偿。
此外，还要求机械系统具有较大的刚度、良好的可靠性和重量轻、 体积小、寿命长。
三、机械系统的组成
1.传动机构 ：如，齿轮传动机构、蜗杆蜗轮传动机构、丝杠传动机 构、链传动、带传动等。
要求：满足整个机械系统良好的伺服性能；要满足传动精度的要求； 满足小型、轻量、高速、低噪声和高可靠性的要求。
2.导向机构 ：作用是支承和导向，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。如，滚动导轨、滑动导轨 等。
图2.1 偏心轴套式消隙结构 1.电动机 2. 偏心轴套
2.锥度齿轮调整法 结构如图2.2所示。改变垫片3 的厚度就能调整两个齿轮的轴向相对位置，从而消 除齿侧间隙。
以上两种方法的特点是结构简单，能传递较大扭矩， 传动刚度较好，但齿侧隙调整后不能自动补偿，又 称为刚性调整法。
图2.2 锥度齿轮消隙结构 1、2.齿轮 3.垫片
2.刚度大
单位变形量所需的作 用力。
①伺服系统动力损失随之减小；
②机构固有频率高，超出机构的频带宽度，使之不 易产生共振；
③增加闭环伺服系统的稳定性。
3.阻尼合适
阻尼越大，其最大振幅 就越小且衰减也越快； 阻尼大使系统的稳态误 差增大、精度降低。
一、无侧隙齿轮传动机构
齿轮传动机构的特点： 1)瞬时传动比为常数；2)传动精确度高；3)可做到零侧隙无 回差；4)强度大能承受重载；5)结构紧凑；6)摩擦力小和效 率高
3.双片薄齿轮错齿调整法 结构如图2.3所示。 调节两薄片齿轮l、2的相对位置，达到错齿以 消除齿侧间隙，反向时也不会出现死区。
特点：齿侧间隙可自动补偿，但结构复杂。
图2.3 双圆柱薄片齿轮错齿调整 1、2. 薄片齿轮 3、4、9. 凸耳 5.螺钉 6、7. 螺母 8.弹簧
(二)斜齿轮传动机构
3.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。如，电动机、液压缸、气缸、液压马达、以及各种电磁铁、 或机械手等等。
要求：具有较高的灵敏度、精确度，良好的重复性和可靠性。
进给系统的机械传动结构
1、进给系统的功用 协助完成加工表面的成形运动，传递所需的运动及动力。 2、进给系统机械部分的组成 传动机构+运动变换机构+导向机构+执行件（工作台） 传动机构: 齿轮传动、同步带传动 运动变换：丝杠螺母副、蜗杆齿条副、齿轮齿条副等 导向机构：导轨（滑动导轨、滚动导轨、静压导轨）
2．轴向压簧调整法 结构如图2.5所示。调节弹簧3的 轴向力改变两薄片斜齿轮1、2之间的轴向距离达 到错位的目的。
特点：齿侧间隙可以自动补偿，但轴向尺寸较大， 结构不紧凑。
图2.5斜齿薄片齿轮轴向压簧调整
（三）锥齿轮传动机构
1.轴向压簧调整法 结构如图2.6所示。调节压簧5轴 向力大小，使锥齿轮4沿其轴向移动，从而消除啮 合锥齿轮之间的齿侧间隙。 2.周向弹簧调整法 结构如图2.7所示。大小片锥齿 轮1、2在弹簧力作用下错齿，从而消除间隙。
工作 台
导轨 副
3、主要要求 (1) 减小摩擦力 采用摩擦力及动静摩擦力差值较小的传动件及导轨. (2) 提高传动精度和刚度 消除传动间隙,增加传动系统刚度. (3) 减小运动惯量 快速响应.减小运动部件质量.
第二节 常用传动支承系统设计
传动机构性能要求
1)具有良好的伺服性能； 2)传动部分与伺服电机的动态特性相匹配。
二、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，机电一体化产品的技术性能、 工艺水平和功能比普通的机械产品有很大的提高，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 ：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。
3.良好的稳定性：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。
机电一体化系统设计
机电一体化系统设计
主要参考书 曾励主编，机电一体化系统设计，高等教育出 版社Fra bibliotek教学内容
第0章 总 论 第1章 机械系统设计 第2章 检测系统设计 第3章 控制系统设计 第4章 伺服系统设计 第5章 计算机控制机电系统设计
第1章 机械系统设计
第一节 概述 第二节 常用传动支承系统设计 第三节 机械系统载荷的类型及确定 第四节 机械系统的参数设计
即：精度高、快速响应性和稳定性好。
对传动机构要求
1.转动惯量小
在不影响机械系统刚度 的前提下，传动机构的 质量和转动惯量应尽量 减小。
1)转动惯量大会对系统造成不良影响，机械负载增大； 2)转动惯量大系统响应速度降低，灵敏度下降； 3)转动惯量大系统固有频率减小，容易产生谐振。
刚度是使弹性体产生
第一节 概 述
一、机械系统的定义
传统机械系统组成： 动力件、传动件、执行件、 电气、机械控制
现代机械：由计算机信息网络协调与控制的、用于完 成包括机械力、运动和能量流等动力学任务的机械和 (或)机电部件一体化的机械系统 ，是机电一体化机械 系统。核心是由计算机控制的、包括机、电、液、光 等技术的伺服系统。