机电一体化技术(二)资料.ppt
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1、机电一体化技术机电一体化技术 3/9/20233/9/20233/9/2023开始开始 前页前页 后页后页 结束结束第二章 机械系统设计技术知识点:知识点:机械设计概述 传动部件设计 轴系设计 支撑件设计 执行机构设计3/9/20233/9/20233/9/2023开始开始 前页前页 后页后页 结束结束机电一体化机械系统应包括如下三大部分机构。(1)传动机构 机电一体化机械系统中的传动机构不仅仅是转速和转矩的变换器,而是已成为伺服系统的一部分。(2)导向机构 其作用是支承和导向,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。(3)执行机构 执行机构根据操作指令的要求在动力源
2、的带动下,完成预定的操作。3/9/20233/9/20233/9/2023开始开始 前页前页 后页后页 结束结束2.1机械设计概述机械设计概述各种机械从构思到实现要经过设计和制造两个不同的阶段。机械设计是机械生产的第一道工序。在机电产品的设计制造中,设计人员根据市场对产品的需求和公司对产品的定位,提出机械设计的任务,运用各种先进的设计方法,获得一个既满足使用要求的产品设计方案,绘制出全部生产用图。3/9/20233/9/20233/9/2023开始开始 前页前页 后页后页 结束结束2.1.1机电一体化对机械系统的要求机电一体化对机械系统的要求主要从以下几方面采取措施。(1)采用低摩擦阻力的传动
3、部件和导向支承部件。(2)缩短传动链,提高传动与支承刚度 (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。(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。3/9/20233/9/20233/9/2023开始开始 前页前页 后页后页 结束结束2.1.2机械系统的组成机械系统的组成机电一体化机械系统应包括如下三大部分机构。(1)传动机构,机电一体化机械系统中的传动机构不仅仅是转速和转矩的变换器,而是已成为伺服系统的一部分,它要根据伺服控制的要求进行选择设计,以满足整个机械系统良好的伺
4、服性能(2)导向机构,其作用是支承和导向,为机械系统中各运动装置能安全、准确地完成其待定方向的运动提供保障。(3)执行机构,它是用以完成操作任务的。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3/9/20233/9/20233/9/2023开始开始 前页前页 后页后页 结束结束2.2传动部件设计传动部件设计机电一体化机械系统应具有良好的伺服性能,从而要求传动机构满足以下几个方面: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。3/9/20233/9/20233/9/2023开始开始 前页前页 后页后页 结束
5、结束常用的机械传动部件有螺旋传动、齿轮传动、同步带、高速带传动以及各种非线性传动部件等。其主要功能是传递转矩和转速。因此,它实质上是一种转矩、转速变换器。3/9/20233/9/20233/9/2023开始开始 前页前页 后页后页 结束结束随着机电一体化技术革命的发展要求传动机构不断适应新的技术要求。具体讲有三个方面。(1)精密化:对于某种特定的机电一体化产品来说摄影其性能的需要提出适当的精密度要求(2)高速化:产品效率的高低,直接与机械传动部分的运动速度相关。(3)小型化、轻量化:随着机电一体化系统(产品)的精密化、高速化的发展,必然要求其传动机构小型化和轻量化。3/9/20233/9/20
6、233/9/2023开始开始 前页前页 后页后页 结束结束2.2.1带传动带传动带传动是通过环状挠性件,在两个或多个传动轮之间传递运动和动力的机械传动装置,又称为挠性件传动。具有结构简单、维护方便和成本低廉等特点,适用于两轴中心距较大的传动。3/9/20233/9/20233/9/2023开始开始 前页前页 后页后页 结束结束一、带传动的类型、结构和特点3/9/20233/9/20233/9/2023开始开始 前页前页 后页后页 结束结束(1)带传动的主要优点带具有良好的弹性;过载时,带在带轮上打滑,可防止其他零件损坏;适用于两轴中心距较大的场合;结构简单,制造、安装和维护方便,成本低。(2)
7、带传动的主要缺点带在带轮上有相对滑动,不能保证准确的传动比;传动效率较低,带的寿命较短;传动的外廓尺寸大;带传动需要张紧,支承带轮的轴和轴承受力较大。3/9/20233/9/20233/9/2023开始开始 前页前页 后页后页 结束结束二、带传动的主要参数带传动的主要几何参数有包角、基准长度Ld、中心距a及带轮直径dd1、dd2等。对于开口传动、主要参数间有如下近似关系:小轮上的包角 (式2-1)基准长度 (式2-2)3/9/20233/9/20233/9/2023开始开始 前页前页 后页后页 结束结束三、带传动的弹性滑动和传动比3/9/20233/9/20233/9/2023开始开始 前页前
8、页 后页后页 结束结束四、带传动的张紧装置带传动是依靠带与带轮间的摩擦力工作的,所以安装时,传动带必须以一定的预紧拉力紧套在带轮上,但V带不是完全弹性体,工作一定时间后,其初拉力必将因带的塑性变形而减小,产生松弛现象,使传动能力下降,甚至失效,故必须适时地补充张紧。3/9/20233/9/20233/9/2023开始开始 前页前页 后页后页 结束结束3/9/20233/9/20233/9/2023开始开始 前页前页 后页后页 结束结束2.2.2谐波齿轮传动谐波齿轮传动 谐波齿轮传动具有结构简单、传动比大(几十到几百)、传动精度高、回程误差小、噪声低、传动平稳、承载能力强、效率高等优点。故在工业
9、机器人、航空、火箭等机电一体化系统中日益得到广泛的应用。3/9/20233/9/20233/9/2023开始开始 前页前页 后页后页 结束结束图2-4 谐波齿轮减速器原理 3/9/20233/9/20233/9/2023开始开始 前页前页 后页后页 结束结束图2-5 谐波减速器中三大部件3/9/20233/9/20233/9/2023开始开始 前页前页 后页后页 结束结束2.2.3滚珠螺旋传动滚珠螺旋传动滚动螺旋传动的滚动体有球和滚子两大类。一、滚珠丝杠副的组成滚珠丝杠副是在丝杠和螺母间以钢球为滚动体的螺旋传动部件,它可将旋转运动变为直线运动,或相反。3/9/20233/9/20233/9/2
10、023开始开始 前页前页 后页后页 结束结束二、滚珠丝杠副的结构、及精度等级(1)螺纹滚道型面的(法向)形状及主要尺寸 3/9/20233/9/20233/9/2023开始开始 前页前页 后页后页 结束结束(2)滚珠的循环方式。滚珠丝杠副中滚珠的循环方式有内循环和外循环两种。3/9/20233/9/20233/9/2023开始开始 前页前页 后页后页 结束结束三、滚珠丝杠副的特点 (1)传动效率高 (2)运动具有可逆性 (3)系统刚度好 (4)传动精度高 (5)使用寿命长 (6)不能自锁 (7)制造工艺复杂3/9/20233/9/20233/9/2023开始开始 前页前页 后页后页 结束结束2
11、.3轴系轴系轴系由轴及安装在轴上的齿轮、带轮等传动部件组成,有主轴系和中间传动轴系。它支承着其他转功件回转并传递转矩,同时它又通过轴承和机架连接。3/9/20233/9/20233/9/2023开始开始 前页前页 后页后页 结束结束2.3.1轴轴 一、轴的分类轴按受载情况分:(1)转轴 既支承传动机件又传递动力,即承受弯矩和扭矩两种作用(2)心轴 只起支承旋转机件作用而不传递动力,即只承受弯矩作用。(3)传动轴 主要传递动力,即要承受扭矩作用。3/9/20233/9/20233/9/2023开始开始 前页前页 后页后页 结束结束二、轴的材料轴的常用材料种类很多,设计时主要根据对轴的强度、刚度、
12、耐磨性等要求,以及为实现这些要求而采用的热处理方式。三、轴的结构设计轴的结构决定于受载情况,轴上零件的布置和固定方式,轴承的类型和尺寸、轴的毛坯、制造和装配工艺及安装、运输等条件。3/9/20233/9/20233/9/2023开始开始 前页前页 后页后页 结束结束(1)轴上零件的固定零件与轴的固定或连接方式,随零件的作用而异。零件在轴上应具有确定的轴向位置,以保证它正常工作。一般情况下,应从轴向和周向加以固定。3/9/20233/9/20233/9/2023开始开始 前页前页 后页后页 结束结束图2-11 轴向固定方法3/9/20233/9/20233/9/2023开始开始 前页前页 后页后
13、页 结束结束图2-12 轴的周向固定3/9/20233/9/20233/9/2023开始开始 前页前页 后页后页 结束结束 五、轴的刚度计算 轴在载荷作用下,将产生弯曲或扭转变形。若变形量超过允许的限度,就会影响轴上零件的正常工作,甚至会破坏机器的工作性能。四、采用合理结构措施提高疲劳强度 轴的破坏多数多属于疲劳破坏。3/9/20233/9/20233/9/2023开始开始 前页前页 后页后页 结束结束2.3.2轴彀连结轴彀连结 轴彀连接主要是使轴上零件与轴周向固定以传递转矩。常用的轴彀连接有键连接、过盈连接、无键连接、销连接、螺纹连接等。其中以键应用最为广泛。图2-13 普通平键联结3/9/
14、20233/9/20233/9/2023开始开始 前页前页 后页后页 结束结束图2-14 花键联结3/9/20233/9/20233/9/2023开始开始 前页前页 后页后页 结束结束2.3.3轴承轴承轴承是支承轴的部件。根据轴承工作时的摩擦性质,轴承可分为滑动摩擦轴承(简称滑动轴承)和滚动摩擦轴承(简称滚动轴承)。图2-15 滑动轴承的摩擦状态3/9/20233/9/20233/9/2023开始开始 前页前页 后页后页 结束结束一、滑动轴承滑动轴承的类型较多,按其承受载荷方向的不同,可分为径向滑动轴承(承受径向载荷)和止推滑动轴承(承受轴向载荷)。(1)滑动袖承的失效形式 磨粒磨损 疲劳剥落
15、 刮伤 腐蚀 胶合(2)轴瓦的结构及轴承材料3/9/20233/9/20233/9/2023开始开始 前页前页 后页后页 结束结束(3)非液体摩擦滑动轴承采用润滑脂或滴油形式润滑的滑动轴承,由于接触表面间得不到足够的润滑剂,难以形成一个完整的承载油膜,轴承只能在混合摩擦润滑状态下工作(即边界润滑和液体润滑同时存在(4)液体摩擦滑动轴承液体摩擦是滑动轴承工作时的理想摩擦状态。依据轴承获得液体润滑原理的不同,可分为液体动压滑动轴承和液体静压滑动轴承。3/9/20233/9/20233/9/2023开始开始 前页前页 后页后页 结束结束图2-16 液体动压润滑轴承工作原理3/9/20233/9/20
16、233/9/2023开始开始 前页前页 后页后页 结束结束图2-17 液体静压径向滑动轴承1油腔 2油槽 3节流器 3/9/20233/9/20233/9/2023开始开始 前页前页 后页后页 结束结束二、滚动轴承 滚动轴承是依靠主要元件间的滚动接触来支承转动零件的。(1)滚动轴承的结构及滚动体图2-18 滚动轴承1外圈 2内圈 3滚动体 4保持架3/9/20233/9/20233/9/2023开始开始 前页前页 后页后页 结束结束 图2-19 滚动体滚动轴承的类型很多,按轴承承受载荷的作用方向,可分为径向接触轴承,它主要用于承受径向载荷;向心角接触轴承,能同时承受径向及单万向轴向载荷;轴向接
17、触轴承,只能承受轴向载荷。3/9/20233/9/20233/9/2023开始开始 前页前页 后页后页 结束结束(2)滚动轴承的失效形式疲劳点蚀,滚动轴承的正常失效形式是滚动体或内外圈滚道上的点蚀破坏。塑性变形,若轴承的工作转速很低(n10r/min)或仅作间歇摆动,则一般不会出现疲劳点蚀破坏。(3)滚动轴承的密封滚动轴承的密封是为了防止外部的水分、灰尘及杂物进入轴承,亦防止轴承内润滑剂的流失。3/9/20233/9/20233/9/2023开始开始 前页前页 后页后页 结束结束2.4支撑件设计支撑件设计机电系统的支承部件包括导向支承部件,旋转支承部件和机座机架。导向支承部件的作用是支承和限制
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