《機(jī)電一體化技術(shù)與系統(tǒng)》教學(xué)大綱教案

《機(jī)電一體化技術(shù)與系統(tǒng)》教學(xué)大綱課程編碼：課程名稱：機(jī)電一體化技術(shù)學(xué)時(shí)/學(xué)分：32/1.5先修課程：《機(jī)械原理》、《機(jī)械設(shè)計(jì)》、《電工學(xué)》、《可編程控制技術(shù)》、《液壓與氣壓傳動》。適用專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化開課教研室：機(jī)電一體化教研室一、課程性質(zhì)與任務(wù)課程任務(wù)：任務(wù)是使機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動化的學(xué)生在機(jī)電一體化技術(shù)方面具有較廣泛的知識，了解機(jī)電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）一體化系統(tǒng)構(gòu)建、設(shè)計(jì)，使學(xué)生在今后的工作中具有綜合應(yīng)用多學(xué)科知識的能力。二、課程教學(xué)基本要求要求掌握的基本知識機(jī)電一體化的一般知識。機(jī)電一體化的組成，各部分的性能、特點(diǎn)。要求掌握的基本理論和方法交流伺服電機(jī)特點(diǎn)及其調(diào)速方法，機(jī)械部件與氣液控制技術(shù)基本原理。要求掌握的基本技能一、能設(shè)計(jì)電氣電路圖（并能完成配線。二、能進(jìn)行PLC編程，能設(shè)計(jì)PLC控制電路。三、能用AUTOCAD畫機(jī)械零30%左右，期末占70%左右。三、課程教學(xué)內(nèi)容教學(xué)內(nèi)容內(nèi)容：機(jī)電一體化系統(tǒng)的意義；機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作的組織；機(jī)電一體化系統(tǒng)所代表產(chǎn)品的范圍及分類；機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢。內(nèi)容：熟悉電力電子器件，掌握整流電路的分析方法，熟悉PWM逆變原理。重點(diǎn)：整流電路的分析方法。難點(diǎn)：PWM逆變原理。3.第三章位置檢測技術(shù)內(nèi)容：熟悉包括行程開關(guān)、接近開關(guān)、光電開關(guān)檢測開關(guān)原理及功能。重點(diǎn)：在了解各種開關(guān)原理基礎(chǔ)上會進(jìn)行簡單的設(shè)計(jì)。難點(diǎn)：傳感器接口技術(shù)，以及各傳感器和plc輸入模塊連接。PLC控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)，系統(tǒng)組成與PLC型號，PLC連接技術(shù)重點(diǎn)：PLC難點(diǎn)：PLC的應(yīng)用與實(shí)踐。第五章伺服傳動技術(shù)的結(jié)構(gòu)、工作原理及使用特點(diǎn)，環(huán)形分配器；功率驅(qū)動器的種類及其工作原理。重點(diǎn):直流伺服電機(jī)特性和調(diào)速原理，直流伺服系統(tǒng)組成的基本原理，交流伺服電機(jī)特點(diǎn)及其調(diào)速方法，變頻調(diào)速裝置的基本原理。難點(diǎn)：直流伺服電機(jī)特性和調(diào)速原理，交流伺服電機(jī)特點(diǎn)及其調(diào)速方法。第六章機(jī)械傳動與支承技術(shù)內(nèi)容：同步帶傳動、諧波齒輪傳動及滾珠花鍵傳動裝置的工作原理和工作特性。熟悉新型標(biāo)準(zhǔn)與非標(biāo)準(zhǔn)滾動軸承、液體與氣體靜壓軸承、磁軸承、塑料導(dǎo)軌、滾動導(dǎo)軌和靜壓導(dǎo)軌的工作特性。重點(diǎn)：熟悉新型精密機(jī)械傳動與支承件的工作特性，并能熟練選用。難點(diǎn)：機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械系統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模、精密機(jī)械傳動件和支承件的工作特性、機(jī)械結(jié)構(gòu)參數(shù)對伺服性能的影響。第七章液壓與氣動控制技術(shù)手控制系統(tǒng)分析。重點(diǎn)：液壓控制原理及機(jī)械手液壓控制原理分析。難點(diǎn)：噴漆機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)，氣動機(jī)械手控制系統(tǒng)分析四、學(xué)時(shí)分配表環(huán)節(jié)環(huán)節(jié)講自學(xué)習(xí)題課實(shí)驗(yàn)課其它小計(jì)內(nèi)容課緒論11交流逆變技術(shù)33位置檢測技術(shù)99PLC控制系統(tǒng)88伺服傳動技術(shù)44機(jī)械傳動與支承技術(shù)44液壓與氣動控制技術(shù)33總計(jì)3232五、建議教材及參考書教材：梁景凱主編，《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》，機(jī)械工業(yè)出版社。課程定位課。是學(xué)生經(jīng)過三年基礎(chǔ)課和技術(shù)基礎(chǔ)課學(xué)習(xí)之后計(jì)課程。知識，從整體角度掌握機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的思想、原理、方法和程序。學(xué)習(xí)方法1、認(rèn)真聽課2、參考教材自學(xué)3、網(wǎng)絡(luò)自學(xué)和自測檢查3、認(rèn)真實(shí)驗(yàn)，主動參加自選實(shí)驗(yàn)4、積極參加討論和完成作業(yè)（可以網(wǎng)絡(luò)提交課程的考核辦法理論課：百分制閉卷考試70% 平時(shí)成績30%平時(shí)成績：課堂效果、作業(yè)效果、網(wǎng)上答疑、實(shí)驗(yàn)效果1章概論1.1概述1.2機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)1.3機(jī)電一體化系統(tǒng)的發(fā)展趨勢美國《技術(shù)評論》認(rèn)為，有十種新興技術(shù)在不遠(yuǎn)的將來會產(chǎn)生巨大影響：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；可注入組織工程；納米太陽能電池；機(jī)電一體化技術(shù)；分子成像；納米印刷刻蝕；軟件保證；糖原組學(xué)；量子密碼術(shù)。1.1概述引言機(jī)電一體化一般包含機(jī)電一體化技術(shù)和機(jī)電一體化產(chǎn)品(系統(tǒng))兩層含義。1控制技術(shù)等在系統(tǒng)工程基礎(chǔ)上有機(jī)地加以綜合，以實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)最佳化的一門新科學(xué)技術(shù)。電子學(xué)機(jī)械學(xué)機(jī)電一體化電子學(xué)機(jī)械學(xué)機(jī)電一體化信息科學(xué)權(quán)威定義：70年代；合成詞：Mecha—tronics。它取英語Mechanics()的前半部和Electronics（電子學(xué)）的后半部分拼成一個(gè)新詞；(ASME)由計(jì)算機(jī)信息網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)與控制的用于完成包括機(jī)械力、運(yùn)動和能量流等動力學(xué)任務(wù)的機(jī)械和(或)機(jī)電部件相互聯(lián)系的系統(tǒng)。理解：機(jī)電一體化不是機(jī)械與電子簡單的疊加，而是在信息論、控制論和系統(tǒng)論的基礎(chǔ)上建立起來的應(yīng)用技術(shù)典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品(系統(tǒng))有：數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、汽車電子化產(chǎn)品、智CAD／CAM(ABS)發(fā)展概況：20世紀(jì)60工程師們自覺或者不自覺地把機(jī)械產(chǎn)品和電子技術(shù)相結(jié)合，以提高機(jī)械產(chǎn)品的性能。但是由于電子技術(shù)的發(fā)展相對落后，使得機(jī)械與電子的結(jié)合還沒有得到廣泛的應(yīng)用。70年代到80這個(gè)時(shí)期的特點(diǎn)是：①mechatronics（機(jī)電一體化）一詞首先在日本被普遍接受，大約到20世紀(jì)80年代末期在世界范圍內(nèi)得到比較廣泛的承認(rèn)；②機(jī)電一體化技術(shù)和產(chǎn)品得到了極大發(fā)展；③各國均開始對機(jī)電一體化技術(shù)和產(chǎn)品給以很大的關(guān)注和支持。3、90年代后期為第三階段①光學(xué)、通信技術(shù)等進(jìn)入了機(jī)電一體化，微細(xì)加工技術(shù)也在機(jī)電一體化中嶄露頭腳，出現(xiàn)了光機(jī)電一體化和微機(jī)電一體化等新分支。②對機(jī)電一體化系統(tǒng)的建模設(shè)計(jì)、分析和集成方法，機(jī)電一體化的學(xué)科體系和發(fā)展趨勢都進(jìn)行了深入研究。一體化技術(shù)開辟了發(fā)展的廣闊天地。這些研究，將促使機(jī)電一體化進(jìn)一步建立完整的基礎(chǔ)和逐漸形成完整的科學(xué)體系。4、總的發(fā)展趨勢①性能上，向高精度、高效率、智能化的方向發(fā)展，以數(shù)控機(jī)床為例，控制精度0.1um，進(jìn)給速度100m/min以上，聯(lián)動軸數(shù)15軸以上，界面、通訊等長足發(fā)展；②功能上，向小型化、輕型化、多功能化方向發(fā)展。③層次上，向系統(tǒng)化、復(fù)合集成化方向發(fā)展。（）智能化（）模塊化）網(wǎng)絡(luò)化（4）微型化（5）綠色化（6）人性化機(jī)電一體化的基本組成要素1、機(jī)械本體：機(jī)身、框架、機(jī)械聯(lián)接等產(chǎn)品支持機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)構(gòu)造功能。要求：可靠、小型、美觀2、動力與驅(qū)動：要求：效率高、可靠性好3、傳感測試裝置：檢測產(chǎn)品內(nèi)部狀態(tài)和外部環(huán)境，實(shí)現(xiàn)計(jì)測功能。物理量/化學(xué)量電信號要求：體積小、精度高、抗干擾4、執(zhí)行機(jī)構(gòu)：包括機(jī)械傳動與操作機(jī)構(gòu)，接收控制信息，完成要求的動作，實(shí)現(xiàn)主功能。要求：高性能、高精度、高效率、控制及信息處理單元處理、運(yùn)算、決策，實(shí)現(xiàn)控制功能。計(jì)算機(jī)PLC D/A 光耦要求：高可靠性、柔性、智能化能源部分能源部分信息輸入信息處理與控制驅(qū)動部分執(zhí)行元件機(jī)械本體檢測部分以上這五部分通常稱為機(jī)電一體化的五大組成要素。在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的這些稱為四大原則。1、接口耦合與能量轉(zhuǎn)換：變換、放大、耦合、能量轉(zhuǎn)換23機(jī)電一體化系統(tǒng)的技術(shù)組成1、機(jī)械技術(shù)機(jī)械技術(shù)是機(jī)電一體化的基礎(chǔ)。機(jī)電一體化產(chǎn)品中的主功能和構(gòu)造功能，往往是品的主功能和構(gòu)造功能，影響系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、重量、體積、剛性、可靠性等。計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)程編制、CADCAM等2、計(jì)算機(jī)與信息處理技術(shù)傳感器A/D計(jì)算機(jī)D/A執(zhí)行裝置信息處理技術(shù)包括信息的輸入、識別、變換、運(yùn)算、存儲及格出技術(shù)，它們大都是依靠計(jì)算機(jī)來進(jìn)行的，因此計(jì)算機(jī)技術(shù)與信息處理技術(shù)是密切相關(guān)的。信息處理技傳感器A/D計(jì)算機(jī)D/A執(zhí)行裝置3、自動控制技術(shù)自動控制技術(shù)就是通過控制器使被控對象或過程自動地按照預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行。自再現(xiàn)、檢索等控制技術(shù)。4、傳感與檢測技術(shù)研究對象：傳感器及其信號檢測傳輸裝置（即變送器檢測傳感技術(shù)是機(jī)電一體度和可靠性將直接影響到機(jī)電一體化的性能。要求：能快速、精確地獲得信息并在相應(yīng)的應(yīng)用環(huán)境中具有高可靠性。5、伺服驅(qū)動技術(shù)執(zhí)行元件及其驅(qū)動裝置執(zhí)行元件種類：電動、液壓、氣壓功能電路構(gòu)成。6、系統(tǒng)總體技術(shù)系統(tǒng)總體技術(shù)是一種從整體目標(biāo)出發(fā)，用系統(tǒng)工程的觀點(diǎn)和方法，將系統(tǒng)總體分要內(nèi)容為接口技術(shù)。接口包括電氣接口、機(jī)械接口、人機(jī)接口小結(jié)：機(jī)電一體化通過綜合利用現(xiàn)代高新技術(shù)的優(yōu)勢，在提高精度、增強(qiáng)功能、改善操向前大大邁進(jìn)了一步。1.2機(jī)電一體系統(tǒng)的設(shè)計(jì)機(jī)電一體化系統(tǒng)的分類分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)電機(jī)典型閉環(huán)控制系統(tǒng)：傳感器傳感器工作臺電動機(jī)絲桿驅(qū)動器（計(jì)算機(jī)）動力源機(jī)電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）開發(fā)的類型機(jī)電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）開發(fā)的類型依據(jù)該系統(tǒng)與相關(guān)產(chǎn)品比較的新穎程度和技術(shù)獨(dú)創(chuàng)性，可分為以下幾種設(shè)計(jì)類型：開發(fā)性設(shè)計(jì)（全新設(shè)計(jì)）適應(yīng)性設(shè)計(jì)（原理方案不變，僅對功能及結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)）變參數(shù)設(shè)計(jì)（僅改變部分結(jié)構(gòu)尺寸而形成系列產(chǎn)品）機(jī)電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）設(shè)計(jì)方案的常用方法在進(jìn)行機(jī)電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）設(shè)計(jì)之前，要依據(jù)該系統(tǒng)的通用性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性和防偽性等要求合理地確定系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案整體設(shè)計(jì)法和組合法。取代法整體設(shè)計(jì)法組合法機(jī)電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）設(shè)計(jì)與工程路線1、市場調(diào)查與預(yù)測市場調(diào)查與預(yù)測是產(chǎn)品開發(fā)成敗的關(guān)鍵性的第一步。市場調(diào)查就是運(yùn)用科學(xué)方法，系統(tǒng)地、全面地收集有關(guān)市場需求和經(jīng)銷方面的情況和資料，分析研究產(chǎn)品在供需雙方之間進(jìn)行轉(zhuǎn)移的狀況和趨勢。市場預(yù)測通過定性的經(jīng)驗(yàn)分析或定量的科學(xué)計(jì)算，對市場未來的不確定因素和條件作出預(yù)計(jì)、測算和判斷，為企業(yè)提供決策依據(jù)。定性預(yù)測：在數(shù)據(jù)和信息缺乏時(shí)，依靠經(jīng)驗(yàn)和綜合分析能力，對未來的發(fā)展?fàn)顩r作出推測和估計(jì)，多采用下述調(diào)查法。走訪調(diào)研、查資料抽樣調(diào)查類比調(diào)查專家調(diào)查通過調(diào)查表向?qū)＜艺髟円庖?。根?jù)主要影響因素和預(yù)測對象的數(shù)量關(guān)系建立數(shù)學(xué)模型，對市場發(fā)展情況作出定量預(yù)測。它多采用下述方法：時(shí)間序列回歸法因果關(guān)系回歸法預(yù)測目標(biāo)與影響因素之間存在因果關(guān)系；產(chǎn)品壽命周期法產(chǎn)品都有一個(gè)開發(fā)、投產(chǎn)、成長、成熟直至淘汰的過程，衰退期。2、構(gòu)思比較機(jī)電一體化產(chǎn)品設(shè)計(jì)應(yīng)鼓勵(lì)創(chuàng)新，充分發(fā)揮創(chuàng)造力和聰明才智來構(gòu)思、創(chuàng)造新的方案。專家調(diào)查法頭腦風(fēng)暴法檢查提問法檢索查表法特性列舉法缺點(diǎn)列舉法希望列舉法3、方案評價(jià)對多種構(gòu)思和多種方案進(jìn)行篩選，選擇較好的可行方案進(jìn)行組合和概略評價(jià)，從析評價(jià)，最后確定實(shí)施方案。4、詳細(xì)設(shè)計(jì)根據(jù)綜合評價(jià)后確定的基本方案，從技術(shù)上將其細(xì)節(jié)逐層全部展開，直至完成試制產(chǎn)品樣機(jī)所需全部技術(shù)圖紙及文件的過程。5、基本設(shè)計(jì)和工程路線產(chǎn)品技術(shù)開發(fā)產(chǎn)品技術(shù)開發(fā)目標(biāo)可行性論證產(chǎn)品構(gòu)思評價(jià)與審定制造/外購模塊化設(shè)計(jì)軟/硬件分配功能與結(jié)構(gòu)分析試制樣機(jī)試技術(shù)評價(jià)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)機(jī)電一體化產(chǎn)品開發(fā)的基本路線機(jī)電一體化產(chǎn)品開發(fā)的基本路線思考題：2章機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論2.1概述2.2機(jī)械傳動設(shè)計(jì)的原則2.3機(jī)械系統(tǒng)性能分析2.4機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動控制機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)

機(jī)械傳動裝置設(shè)計(jì)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

滾珠絲杠傳動諧波齒輪傳動導(dǎo)軌設(shè)計(jì)支承裝置主軸組件設(shè)計(jì)概述機(jī)電一體化對機(jī)械系統(tǒng)的基本要求高精度快速相應(yīng)良好的穩(wěn)定性機(jī)械系統(tǒng)的組成傳動機(jī)構(gòu)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路靜態(tài)設(shè)計(jì)動態(tài)設(shè)計(jì)機(jī)械傳動設(shè)計(jì)的原則機(jī)械傳動裝置功能及性能要求功能：傳遞運(yùn)動（速度、位移）和動力（力、力矩）增速或減速；變速；改變運(yùn)動規(guī)律或形式 動力機(jī)的動力傳遞給執(zhí)行機(jī)的驅(qū)動力(力矩）增速或減速；變速；改變運(yùn)動規(guī)律或形式動力機(jī)的動力傳遞給執(zhí)行機(jī)的驅(qū)動力(力矩）性能要求滿足以下幾個(gè)方面：1、轉(zhuǎn)動慣量（J）小轉(zhuǎn)動慣量大對系統(tǒng)造成不良影響，使機(jī)械負(fù)載變大，系統(tǒng)響應(yīng)速度降低，靈敏度下降，但是J小不應(yīng)影響機(jī)械系統(tǒng)的剛度。2、剛度（K）大剛度是指彈性體抵抗變形的能力，或產(chǎn)生單位彈性變形量所需要的作用力。大的剛度對機(jī)械系統(tǒng)是有利的，可增大機(jī)構(gòu)固有頻率，不易產(chǎn)生共振，增加伺服系統(tǒng)的KmKm穩(wěn)定性。3、阻尼（B）合適系統(tǒng)產(chǎn)生振動時(shí)，B越大，振幅越小，衰減越快，但穩(wěn)態(tài)誤差增大，精度降低。阻尼比為： 1

B2 B2 mK臨界阻尼系統(tǒng) 一般取 1 欠阻尼系統(tǒng)總傳動比的確定在伺服系統(tǒng)中，通常采用負(fù)載角加速度最大原則選擇總傳動比，以提高伺服系統(tǒng)的響應(yīng)速度。傳動模型如圖2-1所示。GGMLJimJmLLTLF圖2-1電機(jī)、傳動裝置和負(fù)載的傳動模型J——M的轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量；mθm——電動機(jī)M的角位移J——負(fù)載L的轉(zhuǎn)動慣量；LθL——L的角位移；TLF——摩擦阻抗轉(zhuǎn)矩；i——齒輪系G根據(jù)傳動關(guān)系有im

式中:

L、、

L L——電動機(jī)的角位移、角速度、角加速度；L L L、、——負(fù)載的角位移、角速度、角加速度。m m mT 換算到電動機(jī)軸上的阻抗轉(zhuǎn)矩為T /i；J換算到電動機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動慣量為J/i2。LF LF L LL/di0 設(shè)T 為電動機(jī)的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩在忽略傳動裝置慣量的前提下根據(jù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動Lm方程，電動機(jī)軸上的合轉(zhuǎn)矩T為aT T

Tii

(J

J L)a mJ(J m

m i2 mi2L)ii2LL則L

TiTJiJi2Jm LL式(2-2)中若改變總傳動比i，則 也隨之改變。根據(jù)負(fù)載角加速度最大的原則，令L則解得0,,若不計(jì)摩擦即T ＝ 則0,,TTLF2JLJmmTTi LFTmi2LLi J 或T Ti2LLJ mm式(2-3)iJ換算到電動機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動L慣量正好等于電動機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量J 的時(shí)刻，此時(shí)，電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩一半用于加速負(fù)m載，一半用于加速電動機(jī)轉(zhuǎn)子，達(dá)到了慣性負(fù)載和轉(zhuǎn)矩的最佳匹配。傳動鏈的級數(shù)和各級傳動比的分配1.等效轉(zhuǎn)動慣量最小原則齒輪系傳遞的功率不同,其傳動比的分配也有所不同。小功率傳動裝置電動機(jī)驅(qū)動的二級齒輪傳動系統(tǒng)如圖2-2所示。MMJ1i1JJ12i2J3圖2-2電動機(jī)驅(qū)動的兩級齒輪傳動由于功率小，假定各主動輪具有相同的轉(zhuǎn)動慣量J，軸與軸承轉(zhuǎn)動慣量不計(jì)，各齒輪均12為實(shí)心圓柱齒輪，且齒寬b和材料均相同，效率不計(jì)，則有式中：2i(1

i)1/3i 21/6i2/32——i、i 齒輪系中第一、第二級齒輪副的傳動比；——1 212i——齒輪系總傳動比，i=ii同理，對于n級齒輪系，則有122nn11i22(2n)i2n11iini 2nk

2(k1)2n2n122由此可見,各級傳動比分配的結(jié)果應(yīng)遵循“前小后大”的原則。例2-1 設(shè)有i傳動級數(shù)n=4的小功率傳動試按等效轉(zhuǎn)動慣量最小原則分配傳比。解2441 1i22(24)802411.72681i 2(2

8024/

2(21))242 2.1085i 2(3

480248024/2

3.143815i 2(80)815

6.98874 22I=iiii801234J與第一級主動e1 e JJ/J，其變化與總傳動比i2-31 e 圖2-3小功率傳動裝置確定傳動級數(shù)曲線＝n＝n1n＝2n＝3n＝4n＝5501Je慣 10動轉(zhuǎn) 51 5 10總傳動i比

50 100大功率傳動裝置大功率傳動裝置傳遞的扭矩大，各級齒輪副的模數(shù)、齒寬、直徑等參數(shù)逐級增加，各級齒輪的轉(zhuǎn)動慣量差別很大。大功率傳動裝置的傳動級數(shù)及各級傳動比可依據(jù)圖2-4、圖2-52-6來確定。傳動比分配的基本原則仍應(yīng)為“前小后大J慣動轉(zhuǎn)

100n＝n＝1n＝2n＝3n＝4n＝5100 10 100總傳動i比

1000圖2-4大功率傳動裝置確定傳動級數(shù)曲線108ik 6420

n＝1 n＝2 n＝3n＝45 n＝510 100總傳動i比

1000圖2-5大功率傳動裝置確定第一級傳動比曲線101864ik2B

2 3 4 6 8 108642A11 2 3ik－1

4 6 810圖2-6 大功率傳動裝置確定各級傳動比曲線例2-2 設(shè)有i=256的大功率傳動裝置，試按等效轉(zhuǎn)動慣量最小原則分配傳動比。解 查圖2-，得n=JJ=7n=J/J=3；n=J/J=2。兼顧到J/J

值的大e 1 e 1 e 1 e 1小和傳動裝置的結(jié)構(gòu)，選n＝42-5i1＝3.32-6ik-13.3處作Aiki2＝3.7。通過該點(diǎn)作水平線與Bi3＝4.24。由第二點(diǎn)作垂線與Ai4＝4.95。驗(yàn)算i1i2i3i4＝256.26。滿足設(shè)計(jì)要求。質(zhì)量最小原則1）大功率傳動裝置大功率減速傳動裝置按質(zhì)量最小原則確定的各級傳動比表現(xiàn)為“前大后小”的傳動比分2-72-8選擇。10754ik 321101

20 30402 3 4 5i

30i1ii1ii21i3i3i1i2i1i210k9ki8i765310201020304050100100200300 500100070 1007 10i圖2-7大功率傳動裝置兩級傳動比曲線 圖2-8大功率傳動裝置三級傳動比曲線（i<10時(shí),使用圖中的虛線） （i<100使用圖中的虛線） 例 解2-8可得1 2 i≈12，i≈5i2）1 2 對于小功率傳動裝置，按質(zhì)量最小原則來確定傳動比時(shí)，通常選擇相等的各級傳動比。181817151614 1311 1276109851342伺服電動機(jī)因而每級齒輪副的中心距也相等。這樣便可設(shè)計(jì)成如圖2-9所示的回曲式齒輪傳動鏈；其總傳動比可以非常大。顯然,這種結(jié)構(gòu)十分緊湊。

圖2-9 回曲式齒輪傳動鏈以圖2-10所示四級齒輪減速傳動鏈為例。四級傳動比分別為i1、i2、i3、i4,齒輪1~8的轉(zhuǎn)角誤差依次為ΔΦ1~ΔΦ8。輸出輸出73i24i8412i561i3圖2-10 四級減速齒輪傳動鏈ΔΦmax為Δ max

1234Δ

ΔiiiiΔiiii1Δ iiii23

1234Δ

4ii56i7 4ii56i7834 4

（2-7）由式(2-7)可以看出，如果從輸入端到輸出端的各級傳動比按“前小后大”原則排列，則總轉(zhuǎn)角誤差較小,而且低速級的誤差在總誤差中占的比重很大。因此，要提高傳動精度，就應(yīng)減少傳動級數(shù),并使末級齒輪的傳動比盡可能大，制造精度盡可能高。三種原則的選擇在設(shè)計(jì)齒輪傳動裝置時(shí)，上述三條原則應(yīng)根據(jù)具體工作條件綜合考慮。（1）對于傳動精度要求高的降速齒輪傳動鏈若為增速傳動，則應(yīng)在開始幾級就增速。（2）量最小原則和輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則設(shè)計(jì)。（3）對于要求質(zhì)量盡可能小的降速傳動鏈，可按質(zhì)量最小原則設(shè)計(jì)。機(jī)械系統(tǒng)性能分析2.3.1 數(shù)學(xué)模型的建立2-11所示的數(shù)控機(jī)床進(jìn)給傳動系統(tǒng)中，電動機(jī)通過兩級減速齒輪G1、、G3、G4及絲杠螺母副驅(qū)動工作臺作直線運(yùn)動。設(shè)為軸Ⅰ部件和電動機(jī)轉(zhuǎn)子構(gòu)成的轉(zhuǎn)動慣量；J2J3K2K3K為工作臺導(dǎo)軌粘性阻尼系數(shù)；T1、T2、T3分別為軸Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的輸入轉(zhuǎn)矩。

2-11數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)xoG4軸Ⅲ G2

m C

JTK333軸Ⅱ3G3軸Ⅰ

JTK222K11GT x 11 i上（本例是折算到軸Ⅰ上，使復(fù)雜的多軸傳動關(guān)系轉(zhuǎn)化成單一軸運(yùn)動，轉(zhuǎn)化前后的系統(tǒng)總機(jī)械性能等效；然后，在單一軸基礎(chǔ)上根據(jù)輸入量和輸出量的關(guān)系建立它的輸入/輸出數(shù)學(xué)表達(dá)式（即數(shù)學(xué)模型。對該表達(dá)式進(jìn)行的相關(guān)機(jī)械特性分析就反映了原系統(tǒng)的性能。在該系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型建立過程中，我們分別針對不同的物理量（如J、求出相應(yīng)的折算等效值。轉(zhuǎn)動慣量的折算把軸Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ上的轉(zhuǎn)動慣量和工作臺的質(zhì)量都折算到軸Ⅰ上，作為系統(tǒng)的等效轉(zhuǎn)動慣

、T′、Tω、

分別為軸Ⅰ、1 2 3 1 2 31 2 3 Ⅱ、Ⅲ的角速度為工作臺位移時(shí)的線速度，z ，z ，z1 2 3 （1）Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ軸轉(zhuǎn)動慣量的折算。根據(jù)動力平衡原理,Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ軸的力平衡方程分別是：dt1TJddt11 1 d

T1Tdt2T dt22 2dt3TJ dt33 3

2T32因?yàn)檩SⅡ的輸入轉(zhuǎn)矩T是由軸Ⅰ上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩獲得的，且與它們的轉(zhuǎn)速成反比，所以2二、傳動裝置的類型按工作原理分為：

TzTz2z21嚙合傳動(齒輪傳動、齒形帶傳動)機(jī)械傳動 摩擦傳動(帶傳動、鋼絲繩傳動推動傳動(凸輪連桿機(jī)構(gòu))液壓傳動流體傳動 氣壓傳動液力傳交流電力傳動電力傳動磁力傳動按輸出速度情況分為：轉(zhuǎn)速恒定傳動轉(zhuǎn)速可調(diào)傳動

直流電力傳動交、直流電力傳動滾珠絲杠（或滾動螺旋）一、工作原理與結(jié)構(gòu)形式絲杠和螺母的螺紋滾道間置滾珠，當(dāng)絲杠或螺母轉(zhuǎn)動時(shí)，滾珠沿螺紋滾道滾動，使絲杠和螺母作相對運(yùn)動時(shí)為滾動摩擦。在螺母（或絲杠）上有滾珠返回的通道，與螺紋滾道形成循環(huán)回路，使?jié)L珠在螺母滾道內(nèi)循環(huán)。結(jié)構(gòu)形式（按滾珠的循環(huán)方式不同：內(nèi)循環(huán)類型外循環(huán)類型1、傳動效率高一般而言，摩擦系數(shù)較小因此，效率很高，可達(dá)90%-95%。2、運(yùn)動具有可逆性回轉(zhuǎn)運(yùn)動變直線運(yùn)動 正傳動直線運(yùn)動變回轉(zhuǎn)運(yùn)動 逆?zhèn)鲃?、傳動精度高分為：軸向定位精度、進(jìn)給精度4、磨損小，使用壽命長滾珠、滾道、絲杠、螺母都經(jīng)過淬火、硬化處理HRC58-65。5、不能自鎖垂直安裝時(shí)，當(dāng)運(yùn)動停止后，螺母在重力作用下下滑，故需設(shè)置制動裝置，如圖示。6、制造工藝復(fù)雜，成本高三、軸向間隙的調(diào)整軸向間隙包括兩部分 滾珠與螺母原有的間隙、承載時(shí)滾珠與滾道彈性變形引起間隙當(dāng)絲杠改變轉(zhuǎn)動方向時(shí)，間隙會使運(yùn)動產(chǎn)生空程，從而影響機(jī)構(gòu)的傳動精度。通常采用雙螺母預(yù)緊的方法消除間隙，提高剛度。三種結(jié)構(gòu)形式：墊片調(diào)隙式螺紋調(diào)隙式齒差調(diào)隙式變位螺距調(diào)隙式1、墊片調(diào)隙式調(diào)整墊片厚度，使螺母產(chǎn)生軸向位移，該形式結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)整方便，應(yīng)用廣，但僅適用于一般精度機(jī)構(gòu)。2、螺紋調(diào)隙式通過圓螺母調(diào)整，消除間隙并產(chǎn)生預(yù)緊力，再用鎖緊螺母鎖緊，結(jié)構(gòu)緊湊，調(diào)整方便。3、齒差調(diào)隙式ZZ2Z2-3、齒差調(diào)隙式ZZ2Z2-分別與內(nèi)齒輪嚙合，調(diào)整時(shí)先取下內(nèi)齒輪，使兩螺母產(chǎn)生相對位移（復(fù)位固定，達(dá)到消除間隙的目的。產(chǎn)生的軸向位移（即間隙）δ為：(11)npZ1Z2則δ=0.6μm該結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工和裝配工藝性差，但是調(diào)整的精度高，工作可靠。四、支承方式的選擇和設(shè)計(jì)計(jì)算1、支承方式的選擇常用推力軸承和向心球軸承。兩端都裝止推軸承，承受軸向載荷兩端都裝止推軸承，承受軸向載荷兩端都裝止推軸承和向心球軸軸承，承受軸向、徑向載荷固定端裝深溝球軸承和雙向推力軸承，承受徑向、軸向載荷，簡支端用深溝球軸承徑固定可以用深溝球軸承和雙向推力軸承組合或用3.2 （無側(cè)隙）一、齒輪傳動的特點(diǎn)作用：用來傳遞轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。優(yōu)點(diǎn)：1、瞬時(shí)傳動比恒定，傳動精確度高；2、強(qiáng)度大能承受重載，結(jié)構(gòu)較緊湊；3、滿足主軸進(jìn)給速度要求，增大主軸轉(zhuǎn)矩。缺點(diǎn)：1、齒側(cè)間隙對傳動精度影響；2、齒輪的磨損引起反轉(zhuǎn)誤差的逐漸擴(kuò)大。二、齒輪傳動的類型1、直齒圓柱齒輪傳動中心距a中心距a雙片薄齒輪錯(cuò)齒調(diào)整法可調(diào)拉簧式：2、斜齒輪傳動墊片調(diào)整法周向彈簧式：軸向（壓簧）調(diào)整法3、齒輪齒條傳動存在齒側(cè)間隙，應(yīng)加以消除，常用的方法：a、雙片薄齒輪錯(cuò)齒調(diào)整法用于傳動較小負(fù)載b、雙齒輪調(diào)整法用于傳動較大負(fù)載，如右圖所示三、齒輪傳動傳動鏈的級數(shù)和級比的選擇總原則：盡量采用較大傳動比的單級傳動：對數(shù)減少、傳動精度提高多級傳動時(shí)，遵循如下的原則：1、最小等效轉(zhuǎn)動慣量原則傳動比i并且等效轉(zhuǎn)動慣量降低不明顯。2、輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則i的分配先小后大，并且提高末一級齒輪副的精度，使輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小。3、重量最輕原則小功率傳動時(shí)，i的分配各級相等；大功率傳動時(shí)，i的分配先大后小。2.2.2 總傳動比的確定在伺服系統(tǒng)中,