机电一体化系统的机械系统

外循环 螺旋槽式 ( p.24 图2.7)
插管式 埋入 凸出 端盖式 ( p.24 图2.9)
L
CM CT D
工艺简单，径向尺寸小，易于制造；挡 珠器刚性差，易磨损
结构简单，容易制造，但径向尺寸较大， 弯管端部用作挡珠器比较容易磨损。 结构简单，工艺性好，常以单螺母形式 用作升降传动机构。应用较少。
3. 5种基本传动形式(按丝杠和螺母相对运动的组合情况分)：
1)螺母固定、丝杠转动并移动：螺母本身起着支承作用，结构简 单，传动精度较高，刚性差，适用于行程较小的场合。 2)丝杠转动、螺母移动：需导向装置来限制螺母的转动。结构紧 凑、丝杠刚性好，使用于行程较大的场合。
3)螺母转动、丝杠移动：需限制螺母移动和丝杠转动，结构复杂 且占用轴向空间较大，应用较少。 4)丝杠固定、螺母转动并移动：结构简单、紧凑，使用不方便。 5)差动传动：多用于各种微动机构
4.主要尺寸参数：( p.24 图2.10) 1)公称直径d0（特征尺寸）：滚珠与螺纹滚道在理论接触角状态 时包络滚珠球心的圆柱直径 2)基本导程l0：丝杠相对于螺母旋转2弧度时，螺母上基准点 的轴向位移。 l0根据机电一体化产品的精度要求确定，精度要 求较高时应选取较小的基本导程。 3)导(行)程：丝杠相对于螺母旋转任意弧度时，螺母上基准点 的轴向位移。 4) 滚珠的工作圈数：一般取2.5~3.5。第一、第二和第三圈滚 珠分别承受轴向载荷的50%、30%和20%左右。 5)滚珠总数N：150 6)丝杠螺纹大径d、丝杠螺纹小径d1 7)螺母螺纹大径D、螺母螺纹小径D1 8)丝杠螺纹全长ls 9)滚珠直径Db
二、丝杠螺母机构（螺旋传动机构）基本形式
1.传动功能：旋转运动直线运动；传递能量及运动 2.分类：
1)滑动丝杠螺母机构：结构简单、加工方便、制造成本低，具有 自锁功能，但摩擦阻力矩大、传动效率低（30%-40%）。 2) 滚珠丝杠螺母机构：传动效率高、摩擦阻力矩小、轴向刚度 高、运动平稳、传动精度高、不易磨损、使用寿命长；但结 构复杂，制造成本高，不能自锁（具有传动的可逆性，在用 作升降传动机构时，需采用制动措施）。在机电一体化系统 中应用广泛。
第一节 机电一体化系统对机械系统部件的要求
一、典型机电一体化系统的组成： 控制部件，接口电路，功率放大器，执行元件， 机械传动部件，导向支承部件，检测传感部件。 二、机械系统的组成： 线性传动部件；非线性传动部件；导向支承部件； 旋转支承部件；轴系；机座；机架 三、机械系统部件的要求： 较高的定位精度；良好的动态响应特性（响应速 度快，稳定性好）；无间隙、低摩擦、低惯量、 高刚度、高谐振频率、适当的阻尼比等。
单螺母变位导程 B 预紧 (p.27图2.16) 单螺母无预紧方 式 不标(或 标W)
6.精度等级及标注方法 1) 精度等级： JB/T3162.2-1991: 七个等级：1，2，3，4，5，7，10 1级最高，依次递减。数控机床、精密机床和精密仪器等用于开环 和半闭环进给系统可选用1，2，3级；一般动力传动可选用4，5级； 全闭环系统可选用2，3，4级。 2) 尺寸系列：ISO/DIS 3408-2-1991 公称直径d0(mm) : 6,8,10,12,16,20,25,32,40,50,63,80,100,125,160,200 基本导程l0(mm) :1,2,2.5,3,4,5,6,8,10,12,16,20,25,32,40。尽可能优选 选用2.5, 5, 10,20, 40 3)标注方法及示例
2) 按滚珠的循环方式分类：
循环方式 内循环 浮动反向器式 ( p.23 图2.6) 固定反向器式 ( p.23 图2.5) 代号 F G 特点 通道流畅性好，摩擦特性好；适用于高 速、高灵敏度、高刚性的精密进给系统。 结构回路短，摩擦小，效率高，径向尺 寸小，反向器加工困难，装配调整也不 方便。
四、采取的措施： 1）采用低摩擦阻力的传动部件和导向支承部件；
如采用滚珠丝杠副；滚动导向副；动（静）压导向支承
2）缩短传动链，提高传动与支承刚度；
如采用大扭矩、宽调速的伺服电机直接与丝杠螺母副连接以 减少中间传动机构；加பைடு நூலகம்紧的方法提高滚珠丝杠副和滚动导 轨副的传动与支承刚度。
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，尽可能 提高加速能力； 4）缩小反向死区误差，如采取消除传动间隙，减少支 承变形的措施。 5）改进支承及架体的结构设计以提高刚性、减少振 动、降低噪声。
如采用复合材料等来提高刚度和强度，减轻重量、缩小体积 使结构紧密化，以确保系统的小型化、轻量化、高速化和高可靠 性化
第二节 机械传动部件的选择与设计
一、机械传动部件及其功能要求
1. 类型：螺旋传动，齿轮传动，同步带传动，非线性 传动部件 2.功能：传递转矩和转速；实质上是一种转矩、转速 变化器。 3.目的：使执行元件与负载之间在转矩和转速方面得 到最佳匹配。 4.作用：机械传动部件的传动类型、传动方式、传动 刚性以及传动可靠性对机电一体化系统的精度、稳 定性和快速响应性有重大影响。 5.设计和选择要求：传动间隙小、精度高、体积小、 重量轻、运动平稳、传递转矩大。
三、滚珠丝杠传动部件
1.简述：是一种新型螺旋传动机构；由丝杠、螺母、滚珠、反向 器组成；当丝杠转动时，带动滚珠沿螺纹滚道滚动，为防止 滚珠从滚道端面掉出，在螺母的螺旋槽两端设有滚珠回程引 导装置构成滚珠的循环返回通道，从而形成滚珠流动的闭合 通路。 2.特点：如前所述
3.结构类型： 1) 按螺纹滚道的截面形状分 单圆弧型：接触角随轴向载荷大小的变化而变化。接触角增 大时，传动效率、轴向刚度以及承载能力也随之增大。 双圆弧型：接触角在工作过程中基本保持不变（45）。能 存储一定的润滑油以减少摩擦；加工成本高
5.轴向间隙的调整与预紧：提高其传动刚度
预紧方式 双螺母螺纹预紧 (p.27图2.12) 双螺母齿差预紧 (p.27图2.13) 双螺母垫片预紧 (p.27图2.14) 代号 L C D 说明 结构简单，刚性好，预紧可靠，调整方 便，但不能精确定量地进行调整 调整精确方便，但结构复杂 结构简单，刚性高，预紧可靠，调整不 方便， 结构简单紧凑，但使用中不能调整，且 制造困难。