第二章 機電一體化系統(tǒng)的機械系統(tǒng)

1、教材：機電一體化概論 第2版馮細香 主編機電一體化技術(shù)常用的機械系統(tǒng)機電一體化機械系統(tǒng)的組成及特點機電一體化先進機械構(gòu)件1：機電一體化中的機械系統(tǒng)由哪些機構(gòu)組成？2：對機械系統(tǒng)的要求？高精度高精度快速響應(yīng)性快速響應(yīng)性良好的穩(wěn)定性良好的穩(wěn)定性 般由減速裝置、絲杠螺母副、蝸輪蝸桿副等各種線性傳動部件以及連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)等非線性傳動部件、導(dǎo)向支撐部件、旋轉(zhuǎn)支撐部件、軸系及架體等機構(gòu)組成 1：機械運動的分類？2：機電一體化中常見哪些機械運動？直線運動擺動運動旋轉(zhuǎn)運動傳動機構(gòu) 考慮與伺服系統(tǒng)相關(guān)的精度、穩(wěn)定性、快速響應(yīng)等伺服特性。導(dǎo)向機構(gòu) 考慮低速爬行現(xiàn)象。執(zhí)行機構(gòu) 考慮靈敏度、精確度、重復(fù)性和可靠性

2、。1、主要機械零部件分為三類：緊固型零部件、傳動零部件、支撐零部件2、這些零部件組成三大機械結(jié)構(gòu)：1：機械零部件的分類？2：機械機構(gòu)的分類？1：常見的傳動方式的分類、優(yōu)缺點常見的機械傳動方式：齒輪傳動、帶傳動、鏈傳動各傳動方式的優(yōu)缺點：略常用齒輪傳動常用齒輪傳動平平行行軸軸齒齒輪輪 常用齒輪傳動常用齒輪傳動特特殊殊齒齒輪輪 l 結(jié)構(gòu)：剛輪1、柔輪2（可以彈性形變）、波發(fā)生器3l 工作原理：波發(fā)生器為主動件，剛輪和柔輪之一為從動件，之一為固定件。當(dāng)波發(fā)生器轉(zhuǎn)動時，柔輪變形為橢圓，在橢圓的長軸兩端產(chǎn)生局部齒的嚙合，隨著波發(fā)生器連續(xù)轉(zhuǎn)動，嚙合位置發(fā)生變化，使兩輪產(chǎn)生相對位移，從而傳遞運動。1：諧波齒

3、輪的工作原理？2：諧波齒輪的優(yōu)點？l 工作原理： 波發(fā)生器為主動件，剛輪和柔輪之一為從動件，之一為固定件。當(dāng)波發(fā)生器轉(zhuǎn)動時，柔輪變形為橢圓，在橢圓的長軸兩端產(chǎn)生，隨著波發(fā)生器連續(xù)轉(zhuǎn)動，嚙合位置發(fā)生變化，使兩輪產(chǎn)生相對位移，從而傳遞運動。l 優(yōu)點： 結(jié)構(gòu)簡單、齒輪側(cè)隙小、傳動比大（幾十至幾百）、 傳動精度高、回程誤差小、噪聲低、傳動平穩(wěn)、 承載能力強、效率高l 應(yīng)用： 在工業(yè)機器人、航空、火箭等機電一體化系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。l 缺點：傳遞功率小同同步步帶帶傳傳動動1：同步帶與普通帶傳送的區(qū)別？2：同步帶傳送的優(yōu)缺點？常用同步帶常用同步帶主要用于中、小功率的同步帶傳動，如各種儀器、計算機、輕工機械

4、中均采用這種同步帶傳動 常用同步帶常用同步帶主要用于重型機械的傳動中，如運輸機械(飛機、汽車)、石油機械和機床、發(fā)電機等的傳動 n同步帶傳送特點：n工作時無滑動，有準確的傳動比 嚙合傳動n傳動效率高，節(jié)能效果好 0.98n傳動比范圍大，結(jié)構(gòu)緊湊 10n維護保養(yǎng)方便，運轉(zhuǎn)費用低 承載繩采用玻璃纖維、鋼絲等材質(zhì) 不需要任何潤滑n惡劣環(huán)境條件下仍能正常工作n安裝時對中心距要求等方面極其嚴格，同時制造工藝復(fù)雜，制造成本高n機電一體化系統(tǒng)對齒形同步帶的要求：n高的抗剪強度和耐磨性n有高的耐油性和耐熱性n背帶有良好的韌性和耐彎曲疲勞能力n同步帶的失效形式同步帶的失效形式n承載繩斷裂n帶型號過小n小帶輪直徑

5、過小n爬齒和跳齒n所傳圓周力過大n帶與帶輪的節(jié)距差值過大n帶的初拉力過小n帶齒的磨損n帶齒和齒輪的嚙合干涉n帶的張緊力過大n其他失效方式n由制造安裝誤差引起的帶輪棱邊磨損n由于節(jié)距差值太大、嚙合齒數(shù)過少引起的帶齒剪切破壞n帶背龜裂n承載繩抽出n包布層脫落1.諧波齒輪傳動的優(yōu)點有哪些？常應(yīng)用于哪些場合？2.常用同步帶有哪些種類？同步帶傳送具有哪些特點？l結(jié)構(gòu)：絲杠、螺母（內(nèi)滾道、外滾道、滾珠等）l工作原理： 在絲杠和螺母滾道之間放入適量滾珠，使螺紋間產(chǎn)生滾動摩擦。在絲杠轉(zhuǎn)動時，滾珠滾動，帶動螺母螺旋前進或后退，常用作直線運動的驅(qū)動。絲杠轉(zhuǎn)動螺母左右移動結(jié)構(gòu)細說：1、絲杠，主動2、螺母，內(nèi)含內(nèi)滾道

6、3、滾珠，利用滾動摩擦傳遞絲杠動力4、外滾道，也叫返向器，連接滾珠循環(huán)的兩端，使?jié)L道構(gòu)成封閉回路，從而運行更平穩(wěn)。有些已改進為內(nèi)循環(huán)式。5、防塵器，避免灰塵和切屑物進入。1.傳動效率高 90%95%2.運動平穩(wěn) 啟動無沖擊3.工作壽命長 高硬度、高精度，壽命為410倍4.定位精度和重復(fù)定位精度高 摩擦小、溫升小、無爬行，無間隙5.同步性好 同時傳動幾個部件6.可靠性高 潤滑密封裝置結(jié)構(gòu)簡單，維修方便7.不能自鎖 需附加自鎖或制動裝置8.制造工藝復(fù)雜 制造精度要求高，成本較高n滾珠絲杠的預(yù)緊n什么是預(yù)緊？n傳動精度 軸向間隙 滾珠間隙n為什么要預(yù)緊？n怎么預(yù)緊?n常見預(yù)緊方式：1、雙螺母預(yù)緊基本

7、消除基本消除軸向間隙2、單螺母預(yù)緊間隙可達0.05mm雙螺母預(yù)緊原理 單螺母預(yù)緊原理 l按照滾珠絲杠副的精度標準，規(guī)定了6個等級：C、D、E、F、G、H，其中C最高，H最低。l數(shù)控機床、精密機床、精密儀器等常用C、D、E等級。l一般動力傳動，精度偏低，可選用F、G。l絲杠的軸承組合及軸承座、螺母座以及其他零件的連接剛性，對滾珠絲杠副傳動系統(tǒng)的剛度和精確度都有很大影響。（1 1）兩端裝止推軸承）兩端裝止推軸承（）兩端裝止推軸承及向心球軸承）兩端裝止推軸承及向心球軸承（）一端裝止推軸承，一端裝向心球軸承）一端裝止推軸承，一端裝向心球軸承（）一端裝止推軸承）一端裝止推軸承軸向剛度最高，軸承壽命高，適

8、合高速、軸向剛度最高，軸承壽命高，適合高速、高剛度、高高剛度、高精精度的精密傳動場合度的精密傳動場合軸向剛度較高，軸承壽命較高，適合中速、軸向剛度較高，軸承壽命較高，適合中速、精度高的傳動場合精度高的傳動場合軸向剛度不高，適合中速、精度較高的軸向剛度不高，適合中速、精度較高的長絲杠長絲杠傳動，為普通機械常用傳動，為普通機械常用軸向剛度低，適合中小載荷、低速的傳軸向剛度低，適合中小載荷、低速的傳動場合，適宜垂直安裝，段絲杠，為普動場合，適宜垂直安裝，段絲杠，為普通機械常用通機械常用 雙 向 螺 旋 和 建 筑 用 長 螺 桿 雙 向 螺 旋 如 圖2.6所 示 ， 在 螺 桿 或 中 空 的 螺

9、 母 兩 端 分 別 制 成 左 旋 螺 紋 和 右 旋 螺 紋 ， 將 螺 桿 或 螺 母 向一 個 方 向 轉(zhuǎn) 動 時 ， 兩 端 將 同 時 縮 進 或 者 同 時 伸 出 ， 這 種 機 構(gòu) 稱 為 雙 向 螺 旋 機 構(gòu) 。 由 于 雙 向 螺 旋 機 構(gòu) 的 結(jié)構(gòu) 簡 單 ， 所 以 在 機 械 手 上 應(yīng) 用 很 多 。 建 筑 用 長 螺 桿 應(yīng) 用 于 簡 單 的 機 器 人 上 ， 可 以 組 成 大 移 動 量 的 機 構(gòu) ， 非 常 方 便 ， 如 圖2.7所 示 。 圖2.6 雙 向 螺 旋 圖2.7 建 筑 用 長 螺 桿 雙向螺紋結(jié)構(gòu)雙向螺紋結(jié)構(gòu)簡單，機械手簡單，

10、機械手上應(yīng)用很多上應(yīng)用很多 雙向螺旋和建筑用長螺桿 雙向螺旋如圖 2.6 所示，在螺桿或中空的螺母兩端分別制成左旋螺紋和右旋螺紋，將螺桿或螺母向一個方向轉(zhuǎn)動時，兩端將同時縮進或者同時伸出，這種機構(gòu)稱為雙向螺旋機構(gòu)。由于雙向螺旋機構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡單，所以在機械手上應(yīng)用很多。 建筑用長螺桿應(yīng)用于簡單的機器人上，可以組成大移動量的機構(gòu)，非常方便，如圖2.7 所示。 圖 2.6 雙向螺旋 圖 2.7 建筑用長螺桿 用于簡單的機用于簡單的機器人上，可以器人上，可以組成大移動量組成大移動量的機構(gòu)，非常的機構(gòu)，非常方便方便支撐件的作用？支撐件的作用：支撐作用基準定位支撐零件主要有：滑動軸承、滾動軸承、彈簧n什么是

11、彈簧？n是根據(jù)應(yīng)用場合和目的的不同，將彈性材料制成適當(dāng)形狀來充分利用其彈性的特殊零件。n彈簧的功能：n吸收能量，起到緩沖、防振的作用 電梯緩沖器n進行力的測量 秤n利用變形儲能，來緩慢釋放能量 槍發(fā)射簧n復(fù)位 按鈕彈簧減震器電梯緩沖器設(shè)計要領(lǐng)：防止緊急斷電時，被抓物體意外下落而造成事故。設(shè)計要領(lǐng)：防止意外斷電時，機械手臂下墜。n什么是聯(lián)軸器？n將兩旋轉(zhuǎn)軸直接連接起來，并起到相互傳遞力矩作用的機械零件n種類（按兩軸軸線位置分類）n剛性聯(lián)軸器n彈性聯(lián)軸器n萬向聯(lián)軸器l什么是剛性聯(lián)軸器？l所傳動的兩軸軸線一致l連接方法：l將聯(lián)軸器的半盤分別固定在兩個軸端上，再用螺栓將兩個法蘭盤連接在一起形成固定的連

12、接方式，來傳遞扭矩。夾緊環(huán)聯(lián)軸器l什么是彈性聯(lián)軸器？l所傳動的兩軸軸線對中調(diào)整困難l特點：l聯(lián)軸器內(nèi)部有彈性部分，常用于電動機軸的連接彈性聯(lián)軸器連接電動機與減速器 l什么是萬向聯(lián)軸器？l當(dāng)被連接兩軸相交成一定角度，可使用萬向聯(lián)軸器來傳遞運動和功率n一般哪些情況會使用制動器？n制動器的分類？n機械制動器：螺旋式自動加載制動，盤式制動，閘瓦式制動，電磁制動n電氣制動器：利用電動機電能回饋，將機械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔馨l(fā)電。電氣制動不能達到完全停止的制動效果，要保持靜止，必須采用機械制動。盤式制動盤式制動鼓式制動（內(nèi)漲式）鼓式制動（內(nèi)漲式）原理剎車片摩擦制動盤剎車蹄摩擦制動鼓內(nèi)壁優(yōu)點1. 散熱好，可連續(xù)、高頻

13、率剎車（易于ABS）2. 反應(yīng)速度快，剎車力較平均，剎車力度容易控制3. 排水較佳，可降低因水或泥沙造成的剎車不良4. 結(jié)構(gòu)簡單，維修成本低1. 剎車力度大，制動效果明顯2. 自動煞緊3. 方便安裝手剎裝置4. 制造成本低缺點1. 剎車力較低2. 無自動煞緊作用3. 需要較大的踩踏力量和油壓4. 手剎車裝置不易安裝5. 剎車片磨損大，更換頻率高1. 不易散熱2. 制動裝置受熱，制動效果受影響3. 剎車反應(yīng)較慢，剎車的踩踏力道較不易控制，不利于做高頻率的剎車動作4. 零件多，結(jié)構(gòu)略復(fù)雜，維修成本高n軸承的分類？n滑動軸承n滾動軸承n隨著機床精度要求的提高和變速范圍的擴大，滾動軸承應(yīng)用越來越廣。n

14、滑動軸承具有工作平穩(wěn)和抗振性好的特點，是滾動軸承所難以代替的。n滾動軸承的潤滑方式？l什么是非標滾動軸承？l適應(yīng)軸承精度要求較高、結(jié)構(gòu)尺寸小或因特殊要求而未能采用標準軸承而需自行設(shè)計的情形。微型滾動軸承 l什么是靜壓軸承？l利用外部供油/氣裝置將具有一定壓力的液/氣通過孔進入軸套油/氣腔，將軸浮起而形成壓力油/氣膜，以承受載荷。l是滑動軸承的一種，l有液體靜壓軸承和氣體靜壓軸承l(wèi)靜壓軸承的特點：l承載能力與滑動表面的線速度無關(guān)l低、中速，大載荷，高精度l剛度大、精度高、抗振性好，摩擦阻力小l什么是磁懸浮軸承？l利用磁場力無機械摩擦、無潤滑地將軸懸浮在空間的一種新型軸承磁力軸承 l特點l無摩擦、高速l一般需要配備輔助軸承l(wèi)上海磁懸浮列車l無輪機車l運營速度430km/h，僅次于飛機n導(dǎo)軌副包括運動導(dǎo)軌和支撐導(dǎo)軌兩部分各種機械運行時，由導(dǎo)軌副保證執(zhí)行件的正確運動軌跡，并影響執(zhí)行件的運動特性。 按導(dǎo)軌副運動導(dǎo)軌的軌跡分類 直線運動導(dǎo)軌副 旋轉(zhuǎn)運動導(dǎo)軌副 按導(dǎo)軌副導(dǎo)軌面間的摩擦性質(zhì)分類 滑動摩擦導(dǎo)軌副 流體摩擦導(dǎo)軌副 滾動摩擦導(dǎo)軌副 按導(dǎo)軌副結(jié)構(gòu)分類 開式導(dǎo)軌 閉式導(dǎo)軌 按直線運動導(dǎo)軌副的基本截面形狀分類 矩形導(dǎo)軌 燕尾型導(dǎo)軌 三角形導(dǎo)軌 圓形導(dǎo)軌 矩 形 對稱三角形 不對稱三角形 燕 尾 槽 圓形 窄式組合，兩導(dǎo)向側(cè)面間的距離小，導(dǎo)向面間隙較小。承受力矩時產(chǎn)生的摩擦