单元二机电一体化系统机械技术
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大刚度 机电一体化机械系统要有足够的刚度，弹性变形 要限制在一定范围之内。
机电一体化机械系统设计一样有传动设计和结构设计部分， 只是由于机电一体化的特征决定了在机械系统设计过程中有 它自身的特点。
机械传动设计的任务 是把动力机产生的机 械能传递到执行机构 上去，机电一体化系 统中机械传动系统的 设计就是面向机电伺 服系统的伺服机械传 动系统设计。
2.2.1 齿轮传动
• 提高传动精度的结构措施有以下几种。 • ①适当提高零部件本身的精度。 • ②合理设计传动链，减少零部件制造、
装配误差对传动精度的影响。 • ③采用消隙机构，以减少或消除空程
圆柱齿轮传动
1.偏心轴套调整法。
简单的偏心轴套式消隙结构。 电机1是通过偏心轴套2装到壳体 上，通过转动偏心轴套的转角， 就能够方便地调整两啮合齿轮的 中心距，从而消除了圆柱齿轮正、 反转时的齿侧隙。
优点:①运行平稳无噪声;②过载时将引 起带在带轮上打滑，因而可防止其他 零件损坏;③制造和安装精度不像啮合 传动那样严格;④可增加带长以适应中 心距较大的工作条件(可达15m)。 缺点:①带与带轮的弹性滑动使传动比 不准确，效率较低，寿命较短;②传递 同样大的圆周力时，外廓尺寸和轴上 的压力都比啮合传动大;③不宜用于高 温、易燃等场合。
21
图17--12电-6电动偏动机心机轴;22-套 -偏偏式心心消轴轴除套套间隙结构
圆柱齿轮传动
2
3
1
图7-27 带锥 1、度2-齿 齿轮;的3-消 热片除间隙结构
1、2-齿轮 3-垫片
(2)锥度齿轮调整法。
用带有锥度的齿轮来消除间隙的 机构。在加工齿轮1和2时，将假 想的分度圆柱面改变成带有小锥 度的圆锥面，使其齿厚在齿轮的 轴向稍有变化(其外形类似于插 齿刀)。装配时只要改变垫片3的 厚度就能调整两个齿轮的轴向相 对位置，从而消除了齿侧间隙。 但如增大圆锥面的角度，则将使 啮合条件恶化。
斜齿轮传动
t
薄片斜齿轮1 垫片
薄片斜齿轮2
宽齿轮
Δ β
左图是垫片错齿调整法，薄片 齿轮由平键和轴连接，互相不 能相对回转。斜齿轮1和2的齿 形拼装在一起加工。装配时， 将垫片厚度增加或减少△t， 然后再用螺母拧紧。这时两齿 轮的螺旋线就产生了错位，其 左右两齿面分别与宽齿轮的齿 面贴紧，从而消除了间隙。
圆柱齿轮传动
34
5 67
2
图7-28 圆柱薄片齿轮可调拉簧错齿调整法 1、2-齿轮 3、8-凸耳 4-弹簧 5、6-螺母 7-螺钉 1、2-齿轮;3、8-凸耳;4-弹簧;5、6-螺母;7-螺钉
(3)双向薄齿轮错齿调整 法。
8
采用这种消除齿侧隙的一对啮 合齿轮中，其中一个是宽齿轮， 另一个由两相同齿数的薄片齿 轮套装而成，两薄片齿轮可相 3 对回转。装配后，应使一个薄 片齿轮的齿左侧和另一个薄片 1 齿轮的齿右侧分别紧贴在宽齿 轮的齿槽左、右两侧，这样错 齿后就消除了齿侧隙，反向时 不会出现死区。
机械传动 设计
机械系统设计
综合考虑各个零部件 的制造、安装精度， 结构刚度，稳定性以 及动作的灵敏性和易
Βιβλιοθήκη Baidu机械结控性构。
设计
9
2.2 机械传动机构
机械传动机构基本要求: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。
2.2 机械传动机构
• 传统机械系统一般是由动力件、传动件、执行件三部分加上电 气、液压和机械控制等部分组成，而机电一体化中的机械系统 是由计算机协调和控制的，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)机电部件相互联系的系统组成。 其核心是由计算机控制的，包括机、电、液、光、磁等技术的 伺服系统。这就对执行器提出了更高的要求，存在机械装置、 执行器及驱动器之间的协调与匹配问题。
图7-29 垫斜片齿错齿薄调片整法齿轮垫片错齿调整法
斜齿轮传动
薄片斜齿轮2
右图是轴向压簧错齿调整法， 其特点是齿侧隙可以自动补 偿，但轴向尺寸较大，结构 不紧凑。
薄片斜齿轮1 轴向压簧
调压螺母
宽齿轮
图7-30 斜齿薄片齿轮轴向压簧错齿调
轴向压簧错齿调整法
2.2 机械传动机构
2.2.2 带传动
普通带传动
• 从总体上讲，机电一体化中的机械系统除了满足一般机械设 计的要求外，还必须满足以下几种特殊要求。
机械系统设计要求
高精度 精度是机电一体化产品的重要性能指标，对其机 械系统设计主要是执行机构的位置精度，其中包 括结构变形、轴系误差和传动误差，另外还要考 虑温度变化的影响。
小惯量 传动件本身的转动惯量会影响系统的响应速度及 系统的稳定性。
门座起重机
门座起重机主要由金属结构、 工作机构(起升、运行、变 幅及回转机构)、动力装置 和控制系统组成，门座起重 机可实现环形圆柱体空间货 物的升降、移动，并可调整 整机的工作位置，故可在较 大的作业范围内满足货物的 装卸
4
2.1 概述
机械系统
传动机构
导向机构
执行机构
传递转矩 与转速
支撑和限制运动 部件，使之按给 定的运动要求和 运动方向运动
完成操作 任务
相关知识
➢ 机构：由若干运动副组成的具有确定运动的装置。常用的 机械机构有连杆机构、凸轮机构、间歇机构。
➢机电一体化产品的运动包括沿特定轴旋转的旋转运动、沿
规定直线的直线运动以及平面运动等，比如机器人和数控机
床等。
6
机械系统设计要求
在机械系统设计时，除考虑一般机械设计要求外，还必 须考虑机械结构因素与整个伺服系统的性能参数、电气参数 的匹配，以获得良好的伺服性能。
2.2.2 带传动
带传动张紧装置
• (1)定期张紧装置:调节中心距使带重新张紧。
(a)移动式
(b)摆动式
1-滑轨;a-螺母;3-调节螺钊
2.2.2 带传动
Mechatronics
机电一体化技术
1
单元二 机电一体化机械技术
2.1 概述 2.2 机械传动结构 2.3 机械导向结构 2.4 机械的支承结构 2.5 机械执行结构
学习目标
• 1.了解机电一体化系统的功能组成、 构成要素、机械执行机构
• 2.掌握机电一体化系统的机械传动机 构、机械支承结构
• 3.重点掌握机电一体化系统的机械运 动要求、螺旋传动、机械导向结构和 支承件的设计原则
机电一体化机械系统设计一样有传动设计和结构设计部分， 只是由于机电一体化的特征决定了在机械系统设计过程中有 它自身的特点。
机械传动设计的任务 是把动力机产生的机 械能传递到执行机构 上去，机电一体化系 统中机械传动系统的 设计就是面向机电伺 服系统的伺服机械传 动系统设计。
2.2.1 齿轮传动
• 提高传动精度的结构措施有以下几种。 • ①适当提高零部件本身的精度。 • ②合理设计传动链，减少零部件制造、
装配误差对传动精度的影响。 • ③采用消隙机构，以减少或消除空程
圆柱齿轮传动
1.偏心轴套调整法。
简单的偏心轴套式消隙结构。 电机1是通过偏心轴套2装到壳体 上，通过转动偏心轴套的转角， 就能够方便地调整两啮合齿轮的 中心距，从而消除了圆柱齿轮正、 反转时的齿侧隙。
优点:①运行平稳无噪声;②过载时将引 起带在带轮上打滑，因而可防止其他 零件损坏;③制造和安装精度不像啮合 传动那样严格;④可增加带长以适应中 心距较大的工作条件(可达15m)。 缺点:①带与带轮的弹性滑动使传动比 不准确，效率较低，寿命较短;②传递 同样大的圆周力时，外廓尺寸和轴上 的压力都比啮合传动大;③不宜用于高 温、易燃等场合。
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图17--12电-6电动偏动机心机轴;22-套 -偏偏式心心消轴轴除套套间隙结构
圆柱齿轮传动
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图7-27 带锥 1、度2-齿 齿轮;的3-消 热片除间隙结构
1、2-齿轮 3-垫片
(2)锥度齿轮调整法。
用带有锥度的齿轮来消除间隙的 机构。在加工齿轮1和2时，将假 想的分度圆柱面改变成带有小锥 度的圆锥面，使其齿厚在齿轮的 轴向稍有变化(其外形类似于插 齿刀)。装配时只要改变垫片3的 厚度就能调整两个齿轮的轴向相 对位置，从而消除了齿侧间隙。 但如增大圆锥面的角度，则将使 啮合条件恶化。
斜齿轮传动
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薄片斜齿轮1 垫片
薄片斜齿轮2
宽齿轮
Δ β
左图是垫片错齿调整法，薄片 齿轮由平键和轴连接，互相不 能相对回转。斜齿轮1和2的齿 形拼装在一起加工。装配时， 将垫片厚度增加或减少△t， 然后再用螺母拧紧。这时两齿 轮的螺旋线就产生了错位，其 左右两齿面分别与宽齿轮的齿 面贴紧，从而消除了间隙。
圆柱齿轮传动
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5 67
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图7-28 圆柱薄片齿轮可调拉簧错齿调整法 1、2-齿轮 3、8-凸耳 4-弹簧 5、6-螺母 7-螺钉 1、2-齿轮;3、8-凸耳;4-弹簧;5、6-螺母;7-螺钉
(3)双向薄齿轮错齿调整 法。
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采用这种消除齿侧隙的一对啮 合齿轮中，其中一个是宽齿轮， 另一个由两相同齿数的薄片齿 轮套装而成，两薄片齿轮可相 3 对回转。装配后，应使一个薄 片齿轮的齿左侧和另一个薄片 1 齿轮的齿右侧分别紧贴在宽齿 轮的齿槽左、右两侧，这样错 齿后就消除了齿侧隙，反向时 不会出现死区。
机械传动 设计
机械系统设计
综合考虑各个零部件 的制造、安装精度， 结构刚度，稳定性以 及动作的灵敏性和易
Βιβλιοθήκη Baidu机械结控性构。
设计
9
2.2 机械传动机构
机械传动机构基本要求: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。
2.2 机械传动机构
• 传统机械系统一般是由动力件、传动件、执行件三部分加上电 气、液压和机械控制等部分组成，而机电一体化中的机械系统 是由计算机协调和控制的，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)机电部件相互联系的系统组成。 其核心是由计算机控制的，包括机、电、液、光、磁等技术的 伺服系统。这就对执行器提出了更高的要求，存在机械装置、 执行器及驱动器之间的协调与匹配问题。
图7-29 垫斜片齿错齿薄调片整法齿轮垫片错齿调整法
斜齿轮传动
薄片斜齿轮2
右图是轴向压簧错齿调整法， 其特点是齿侧隙可以自动补 偿，但轴向尺寸较大，结构 不紧凑。
薄片斜齿轮1 轴向压簧
调压螺母
宽齿轮
图7-30 斜齿薄片齿轮轴向压簧错齿调
轴向压簧错齿调整法
2.2 机械传动机构
2.2.2 带传动
普通带传动
• 从总体上讲，机电一体化中的机械系统除了满足一般机械设 计的要求外，还必须满足以下几种特殊要求。
机械系统设计要求
高精度 精度是机电一体化产品的重要性能指标，对其机 械系统设计主要是执行机构的位置精度，其中包 括结构变形、轴系误差和传动误差，另外还要考 虑温度变化的影响。
小惯量 传动件本身的转动惯量会影响系统的响应速度及 系统的稳定性。
门座起重机
门座起重机主要由金属结构、 工作机构(起升、运行、变 幅及回转机构)、动力装置 和控制系统组成，门座起重 机可实现环形圆柱体空间货 物的升降、移动，并可调整 整机的工作位置，故可在较 大的作业范围内满足货物的 装卸
4
2.1 概述
机械系统
传动机构
导向机构
执行机构
传递转矩 与转速
支撑和限制运动 部件，使之按给 定的运动要求和 运动方向运动
完成操作 任务
相关知识
➢ 机构：由若干运动副组成的具有确定运动的装置。常用的 机械机构有连杆机构、凸轮机构、间歇机构。
➢机电一体化产品的运动包括沿特定轴旋转的旋转运动、沿
规定直线的直线运动以及平面运动等，比如机器人和数控机
床等。
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机械系统设计要求
在机械系统设计时，除考虑一般机械设计要求外，还必 须考虑机械结构因素与整个伺服系统的性能参数、电气参数 的匹配，以获得良好的伺服性能。
2.2.2 带传动
带传动张紧装置
• (1)定期张紧装置:调节中心距使带重新张紧。
(a)移动式
(b)摆动式
1-滑轨;a-螺母;3-调节螺钊
2.2.2 带传动
Mechatronics
机电一体化技术
1
单元二 机电一体化机械技术
2.1 概述 2.2 机械传动结构 2.3 机械导向结构 2.4 机械的支承结构 2.5 机械执行结构
学习目标
• 1.了解机电一体化系统的功能组成、 构成要素、机械执行机构
• 2.掌握机电一体化系统的机械传动机 构、机械支承结构
• 3.重点掌握机电一体化系统的机械运 动要求、螺旋传动、机械导向结构和 支承件的设计原则