精密機(jī)械技術(shù)專(zhuān)項(xiàng)課程

精密機(jī)械技術(shù)

2.1機(jī)電一體化中的機(jī)械系統(tǒng)

機(jī)電一體化系統(tǒng)中的機(jī)械系統(tǒng)是由計(jì)算機(jī)協(xié)調(diào)與控制，用于完成一系列機(jī)械運(yùn)動(dòng)的機(jī)械和機(jī)電部件相互聯(lián)系的系統(tǒng)。概括地講，機(jī)電一體化系統(tǒng)中機(jī)械系統(tǒng)主要包括以下五大部分：1)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(傳遞能量和運(yùn)動(dòng))2)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)(支承和限制運(yùn)動(dòng)部件，獲得給定運(yùn)動(dòng)方向)3)執(zhí)行機(jī)構(gòu)(按指令要求，完成預(yù)定操作)4)軸系(傳遞轉(zhuǎn)矩獲得回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，承受外力)

5)機(jī)座或機(jī)架(支承、承重、保證相對(duì)位置、作基準(zhǔn))傳統(tǒng)機(jī)械系統(tǒng)和機(jī)電一體化系統(tǒng)對(duì)比傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的主要功能是傳遞能量和運(yùn)動(dòng)，因此，它實(shí)際上是一種力、速度變換器。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和部件對(duì)伺服系統(tǒng)的伺服特性有很大影響，特別是其傳動(dòng)類(lèi)型、傳動(dòng)方式、傳動(dòng)剛性以及傳動(dòng)的可靠性對(duì)系統(tǒng)的精度、穩(wěn)定性和快速性有重大影響。導(dǎo)向機(jī)構(gòu)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的作用是支承和限制運(yùn)動(dòng)部件按給定的運(yùn)動(dòng)要求和給定的運(yùn)動(dòng)方向運(yùn)動(dòng)，為機(jī)械系統(tǒng)中各運(yùn)動(dòng)裝置安全、準(zhǔn)確地完成其特定方向的運(yùn)動(dòng)提供保障。

執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)根據(jù)操作指令的要求在動(dòng)力源的帶動(dòng)下，完成預(yù)定的操作。一般要求執(zhí)行機(jī)構(gòu)具有較高靈敏度、精確度、良好的重復(fù)性和可靠性等。

軸系軸系由軸、軸承及安裝在軸上的齒輪、帶輪等傳動(dòng)部件組成。軸系的主要作用是傳遞轉(zhuǎn)矩及精確的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，它直接承受外力(力矩)。

機(jī)座或機(jī)架機(jī)座或機(jī)架是支承其他零部件的基礎(chǔ)部件。機(jī)座或機(jī)架既承受其他零部件的重量和工作載荷，又起保證各零部件相對(duì)位置的基準(zhǔn)作用。兩類(lèi)系統(tǒng)的主要功能都是完成一系列的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，但由于組成的不同，導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的方式也不同。傳統(tǒng)機(jī)械系統(tǒng)一般是由動(dòng)力件、傳動(dòng)件、執(zhí)行件三部分加上電器、液壓和機(jī)械控制等部分組成，而機(jī)電一體化中的機(jī)械系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)協(xié)調(diào)與控制，用于完成包括機(jī)械力、運(yùn)動(dòng)和能量流等動(dòng)力學(xué)任務(wù)的機(jī)械或機(jī)電部件相互聯(lián)系的系統(tǒng)組成。其核心是由計(jì)算機(jī)控制的，包括機(jī)、電、液、光、磁等技術(shù)的伺服系統(tǒng)。機(jī)電一體化中的機(jī)械系統(tǒng)需使伺服馬達(dá)和負(fù)載之間的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩得到匹配。也就是在滿足伺服系統(tǒng)高精度、高響應(yīng)速度、良好穩(wěn)定性的前提下，還應(yīng)該具有較大的剛度、較高的可靠性和重量輕、體積小、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。

傳統(tǒng)機(jī)械系統(tǒng)和機(jī)電一體化系統(tǒng)對(duì)比2.1.2機(jī)電一體化系統(tǒng)對(duì)機(jī)械技術(shù)的特殊要求基于以上原因，機(jī)電一體化中的機(jī)械系統(tǒng)除了滿足一般機(jī)械設(shè)計(jì)的要求以外，還必須滿足機(jī)電一體化系統(tǒng)的各種特殊要求?？傮w上講，這些要求主要可歸納為以下3個(gè)方面：

1．高精度2．小慣量3．大剛度高精度精度是機(jī)電一體化產(chǎn)品的重要性能指標(biāo)。機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要考慮的是執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置精度，其中影響因素包括：結(jié)構(gòu)變形軸系誤差傳動(dòng)誤差溫度變化小慣量大慣量會(huì)使機(jī)械負(fù)載增大、系統(tǒng)響應(yīng)速度變慢、靈敏度降低，使系統(tǒng)固有頻率下降，容易產(chǎn)生諧振；也會(huì)使得電氣驅(qū)動(dòng)部分的諧振頻率變低，阻尼增大。反之，小慣量則可使控制系統(tǒng)的帶寬做得比較寬，快速性好、精度高，同時(shí)還有利于減小用于克服慣性載荷的伺服電機(jī)的功率，提高整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、動(dòng)態(tài)響應(yīng)和精度。大剛度機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)要有足夠的剛度，要將彈性變形限制在一定范圍之內(nèi)。彈性變形不僅影響系統(tǒng)精度，而且也影響系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的固有頻率、控制系統(tǒng)的帶寬和動(dòng)態(tài)性能。2.1.3精密機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中的特點(diǎn)機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)一樣有傳動(dòng)設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)兩部分，只是由于機(jī)電一體化的特征決定了在機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中有它自身的特點(diǎn)。1)機(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)2)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)精密機(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)精密機(jī)械的傳動(dòng)設(shè)計(jì)可以認(rèn)為是面向機(jī)電伺服系統(tǒng)的伺服機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。按機(jī)電有機(jī)結(jié)合的原則，機(jī)電系統(tǒng)常采用調(diào)速范圍大、可無(wú)級(jí)調(diào)速的控制電機(jī)，從而節(jié)省了大量用于變速和換向的齒輪、軸承和軸類(lèi)零件，減少了產(chǎn)生誤差的環(huán)節(jié)，提高了傳動(dòng)效率，因此使得機(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì)也得到簡(jiǎn)化，其機(jī)械傳動(dòng)方式也由傳統(tǒng)的串聯(lián)或串并聯(lián)方式演變?yōu)椴⒙?lián)的傳動(dòng)方式，即每一個(gè)機(jī)械運(yùn)動(dòng)都由單獨(dú)的控制電機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成的子系統(tǒng)來(lái)完成，各運(yùn)動(dòng)間的傳動(dòng)關(guān)系則由計(jì)算機(jī)來(lái)統(tǒng)一協(xié)調(diào)和控制，如并聯(lián)機(jī)器人、并聯(lián)機(jī)床等，極大地簡(jiǎn)化了機(jī)械結(jié)構(gòu)，提高了產(chǎn)品的剛度重量比以及精度等級(jí)。因此，機(jī)電一體化機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)具有傳動(dòng)鏈短，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，線性傳遞，無(wú)間隙傳遞等設(shè)計(jì)特點(diǎn)。精密機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)機(jī)電一體化的機(jī)械結(jié)構(gòu)仍屬于傳統(tǒng)機(jī)械技術(shù)的范疇，在滿足伺服系統(tǒng)對(duì)其穩(wěn)、準(zhǔn)、快要求的前提下，從整體上說(shuō)是逐步向精密化、高速化、小型化和輕量化方向發(fā)展。因此在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考慮各個(gè)零部件的制造精度、安裝精度，結(jié)構(gòu)剛度，穩(wěn)定性以及動(dòng)作的靈敏性和易控性。對(duì)具體零部件的設(shè)計(jì)提出了更高、更嚴(yán)的要求。例如，采用合理的截面形狀和尺寸來(lái)提高支承件的靜剛度；采用新材料和鋼板焊接結(jié)構(gòu)來(lái)提高支承件的靜剛度。

2.2精密機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)常用機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)－－螺旋傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、同步帶傳動(dòng)、高速帶傳動(dòng)、各種非線性傳動(dòng)等。由于傳動(dòng)部件直接影響著機(jī)電一體化系統(tǒng)的精度、穩(wěn)定性和快速響應(yīng)性，因此，應(yīng)設(shè)計(jì)和選擇滿足傳動(dòng)間隙小、精度高、低摩擦、體積小、重量輕、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、響應(yīng)速度快、傳遞轉(zhuǎn)矩大、諧振頻率高以及與伺服電動(dòng)機(jī)等其他環(huán)節(jié)的動(dòng)態(tài)性能相匹配等要求的傳動(dòng)部件。主要有以下五方面基本要求。2.2.1機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的基本要求

機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的基本要求1)系統(tǒng)傳動(dòng)部件的靜摩擦力應(yīng)盡可能小，動(dòng)摩擦力應(yīng)是盡可能小的正斜率，若為負(fù)斜率則易產(chǎn)生爬行，精度降低，壽命減小。因此，要求較高的機(jī)電一體化系統(tǒng)經(jīng)常采用低摩擦阻力的傳動(dòng)部件和導(dǎo)向支承部件，如采用滾珠絲杠副、滾動(dòng)導(dǎo)向支承、動(dòng)(靜)壓導(dǎo)向支承等。2)縮短傳動(dòng)鏈，提高傳動(dòng)與支承剛度，如用預(yù)緊的方法提高滾珠絲杠副和滾動(dòng)導(dǎo)軌副的傳動(dòng)與支承剛度；采用大扭矩、寬調(diào)速的直流或交流伺服電機(jī)直接與絲杠螺母副連接，以減少中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；絲杠的支承設(shè)計(jì)采用兩端軸向預(yù)緊或預(yù)拉伸支承結(jié)構(gòu)等。3)選用最佳傳動(dòng)比，以達(dá)到減少等效到執(zhí)行元件輸出軸上的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，盡可能提高加速能力的目的。4)縮小反向死區(qū)誤差，如采取消除傳動(dòng)間隙、減少支承變形等。5)適當(dāng)?shù)淖枘岜?，機(jī)械零件產(chǎn)生共振時(shí)，系統(tǒng)中阻尼越大，最大振幅就越小，且衰減越快；但大阻尼也會(huì)使系統(tǒng)的失動(dòng)量和反轉(zhuǎn)誤差增大、穩(wěn)態(tài)誤差增大，精度降低。所以在設(shè)計(jì)時(shí)要注意傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的阻尼應(yīng)合適。機(jī)電一體化系統(tǒng)中所用的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及其傳動(dòng)功能如下表所示。從表中可看出，一種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)可滿足一項(xiàng)或同時(shí)滿足幾項(xiàng)功能要求。對(duì)工作機(jī)中的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，既要求能實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的變換，又要求能實(shí)現(xiàn)動(dòng)力的變換；對(duì)信息機(jī)中的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，主要要求具有運(yùn)動(dòng)的變換功能，只需要克服慣性力(或力矩)，各種摩擦阻力(力矩)及較小的負(fù)載即可。對(duì)機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的新技術(shù)要求1)精密化。對(duì)某種特定的機(jī)電一體化系統(tǒng)(或產(chǎn)品)來(lái)說(shuō)，應(yīng)根據(jù)其性能需要提出適當(dāng)?shù)木芏纫?。雖說(shuō)不是越精密越好，但由于要適應(yīng)產(chǎn)品高定位精度等性能要求，對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的精密度要求也越來(lái)越高。2)高速化。產(chǎn)品工作效率的高低，直接與機(jī)械傳動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)速度相關(guān)。因此，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)應(yīng)能適應(yīng)高速運(yùn)動(dòng)的要求。3)小型化、輕量化。隨著機(jī)電一體化系統(tǒng)精密化、高速化的發(fā)展，必然要求傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的小型化、輕量化，以提高運(yùn)動(dòng)靈敏度(快速響應(yīng)性)、減小沖擊、降低能耗。為了與微電子部件微型化相適應(yīng)，也要盡可能做到使傳動(dòng)部件短、小、輕、薄。2.2.2絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)

絲杠螺母機(jī)構(gòu)（螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)）：主要用來(lái)將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變換為直線運(yùn)動(dòng)或?qū)⒅本€運(yùn)動(dòng)變換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。有以傳遞能量為主的(如螺旋壓力機(jī)、千斤頂?shù)?；也有以傳遞運(yùn)動(dòng)為主的(如機(jī)床工作臺(tái)的進(jìn)給絲杠)；還有調(diào)整零件之間相對(duì)位置的螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等。絲杠螺母機(jī)構(gòu)分為滑動(dòng)摩擦機(jī)構(gòu)和滾動(dòng)摩擦機(jī)構(gòu)?；瑒?dòng)絲杠螺母機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工方便、制造成本低、具有自鎖功能，但其摩擦阻力矩大、傳動(dòng)效率低(30％～40％)。滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)雖然結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造成本高，但其最大優(yōu)點(diǎn)是摩擦阻力矩小、傳動(dòng)效率高(92％～98％)，因此在機(jī)電一體化系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。絲杠基本傳動(dòng)形式的5種類(lèi)型

1)螺母固定、絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)并移動(dòng)。如圖1，該傳動(dòng)形式因螺母本身起著支承作用，消除了絲杠軸承可能產(chǎn)生的附加軸向竄動(dòng)，結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，可獲得較高的傳動(dòng)精度。但其軸向尺寸不易太長(zhǎng)，剛性較差。只適用于行程較小的場(chǎng)合。2)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)、螺母移動(dòng)。如圖2，該形式需要限制螺母的轉(zhuǎn)動(dòng)，故需導(dǎo)向裝置。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、絲杠剛性較好。適用于工作行程較大的場(chǎng)合。3)螺母轉(zhuǎn)動(dòng)、絲杠移動(dòng)。如圖3，該形式需要限制螺母移動(dòng)和絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)，由于結(jié)構(gòu)較復(fù)雜且占用軸向空間較大，故應(yīng)用較少。4)絲杠固定、螺母轉(zhuǎn)動(dòng)并移動(dòng)。如圖4，該傳動(dòng)方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，但在多數(shù)情況下使用極不方便，故很少應(yīng)用。5)差動(dòng)傳動(dòng)方式，如圖5。該方式的絲杠上有螺距不同的(如l10、l20)兩段螺紋，其旋向相同。當(dāng)絲杠2轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可動(dòng)螺母1的移動(dòng)距離為S=n×(l10－l20)，如果兩基本導(dǎo)程的大小相差較少，則可獲得較小的位移S。因此，此方式多用于微動(dòng)機(jī)構(gòu)中。滾珠絲杠的組成特點(diǎn)滾珠絲杠副由帶螺旋槽的絲杠與螺母及中間傳動(dòng)元件滾珠組成。圖為滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)示意圖，它由絲杠、螺母、滾珠和反向器(滾珠循環(huán)裝置)4部分組成。絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)滾珠沿螺紋滾道滾動(dòng)，為防止?jié)L珠從滾道端面掉出，在螺母的螺旋槽兩端設(shè)有滾珠回程引導(dǎo)裝置構(gòu)成滾珠的循環(huán)返回通道，從而形成滾珠流動(dòng)閉合通路。滾珠絲杠與滑動(dòng)絲杠相比，除上述優(yōu)點(diǎn)外，還具有軸向剛度高(即通過(guò)適當(dāng)預(yù)緊可消除絲杠與螺母之間的軸向間隙)、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、傳動(dòng)精度高、不易磨損、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。但由于不能自鎖，具有傳動(dòng)的可逆性，作升降傳動(dòng)機(jī)構(gòu)時(shí)，需采取制動(dòng)機(jī)構(gòu)。滾珠絲杠副的

主要尺寸參數(shù)公稱直徑d0：指滾珠與螺紋滾道在理論接觸角狀態(tài)時(shí)包絡(luò)滾珠球心的圓柱直徑。它是滾珠絲杠副的特征(或名義)尺寸?；緦?dǎo)程l0：指絲杠相對(duì)于螺母旋轉(zhuǎn)2π弧度時(shí)，螺母上基準(zhǔn)點(diǎn)的軸向位移。行程l：指絲杠相對(duì)于螺母旋轉(zhuǎn)任意弧度時(shí)，螺母上基準(zhǔn)點(diǎn)的軸向位移。此外還有絲杠螺紋大徑d、絲杠螺紋小徑d1、滾珠直徑db、螺母螺紋大徑D、螺母螺紋小徑D1、絲杠螺紋全長(zhǎng)ls等。基本導(dǎo)程的大小應(yīng)根據(jù)機(jī)電一體化產(chǎn)品的精度要求確定。精度要求高時(shí)應(yīng)選取較小的基本導(dǎo)程。滾珠的工作圈(或列)數(shù)和工作滾珠的數(shù)量N由試驗(yàn)得到：一般第一、第二和第三圈分別承受軸向載荷的50％、30％和20％左右。因此，工作圈(或列)數(shù)一般取2.5(或2)～3.5(或3)。滾珠總數(shù)N一般不超過(guò)150個(gè)。滾珠絲杠副的選擇方法1)滾珠絲杠副結(jié)構(gòu)的選擇。根據(jù)防塵防護(hù)條件以及對(duì)調(diào)隙及預(yù)緊的要求，可選擇適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)形式。例如，

當(dāng)允許有間隙存在時(shí)(如垂直運(yùn)動(dòng))可選用具有單圓弧形螺紋滾道的單螺母滾珠絲杠副；

當(dāng)必須有預(yù)緊或在使用過(guò)程中因磨損而需要定期調(diào)整時(shí)，應(yīng)采用雙螺母螺紋預(yù)緊或齒差預(yù)緊式結(jié)構(gòu)；當(dāng)具備良好的防塵條件，且只需在裝配時(shí)調(diào)整間隙及預(yù)緊力時(shí)，可采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的雙螺母墊片調(diào)整預(yù)緊式結(jié)構(gòu)。2)滾珠絲杠副結(jié)構(gòu)尺寸的選擇。選用滾珠絲杠副時(shí)通常主要選擇絲杠的公稱直徑d0和基本導(dǎo)程l0。

公稱直徑d0應(yīng)根據(jù)軸向最大載荷按滾珠絲杠副尺寸系列選擇。螺紋長(zhǎng)度ls在允許的情況下要盡量短，一般取ls/d0小于30為宜；

基本導(dǎo)程l0應(yīng)按承載能力、傳動(dòng)精度及傳動(dòng)速度選取，l0大承載能力也大，l0小傳動(dòng)精度較高。要求傳動(dòng)速度快時(shí)，可選用大導(dǎo)程滾珠絲杠。滾珠絲杠副的選擇步驟在選用滾珠絲杠副時(shí)，必須知道實(shí)際的工作條件，如：最大的工作載荷Fmax(或平均工作載荷FCD(N)作用下的使用壽命T(h))、絲杠的工作長(zhǎng)度(或螺母的有效行程)l(mm)、絲杠的轉(zhuǎn)速n(或平均轉(zhuǎn)速nCD)

(r/min)、滾道的硬度HRC及絲杠的工況，然后按下列步驟進(jìn)行選擇。①承載能力選擇②壓桿穩(wěn)定性核算③剛度驗(yàn)算滾珠承載能力選擇計(jì)算作用于絲杠軸向最大動(dòng)載荷FQ，然后根據(jù)FQ值選擇（預(yù)設(shè)）絲杠副的型號(hào)。式中：L－滾珠絲杠壽命系數(shù)(單位為1×106轉(zhuǎn)，如1.5則為150萬(wàn)轉(zhuǎn))。L=60nT/106(其中T為使用壽命時(shí)間，單位為h，普通機(jī)械為5000～10000h、數(shù)控機(jī)床及其他機(jī)電一體化設(shè)備及儀器裝置為15000h、航空機(jī)械為1000h)；

fw－載荷系數(shù)(平穩(wěn)或輕度沖擊時(shí)為1.0～1.2，中等沖擊時(shí)為1.2～1.5，較大沖擊或振動(dòng)時(shí)為1.5～2.5)；

fH－硬度系數(shù)(HRC≥58時(shí)為1.0，等于55時(shí)為1.11，等于52.5時(shí)為1.35，等于50時(shí)為1.56，等于45時(shí)為2.40)；壓桿穩(wěn)定性核算Fk－實(shí)際承受載荷的能力；fk－壓桿穩(wěn)定的支承系數(shù)(雙推—雙推時(shí)為4，單推—單推時(shí)為1，雙推－簡(jiǎn)支時(shí)為2，雙推－自由式時(shí)為0.25)；E－鋼的彈性模量2.1×105MPa；I－絲杠小徑d1的截面慣性矩(I=пd14/32)；K－壓桿穩(wěn)定安全系數(shù)，一般取為2.5～4，垂直安裝時(shí)取小值。

如果Fmax>

Fk時(shí)，會(huì)使絲杠失去穩(wěn)定，易發(fā)生翹曲。兩端裝止推軸承與向心軸承時(shí)，絲杠一般不會(huì)發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象。

對(duì)于低轉(zhuǎn)速(n<10r/min)滾珠絲杠，無(wú)需計(jì)算其最大動(dòng)載荷FQ值、而只考慮其最大靜負(fù)載是否充分大于最大工作負(fù)載Fmax。這是因?yàn)椋糇畲蠼佑|應(yīng)力超過(guò)材料的彈性極限就要產(chǎn)生塑性變形。塑性變形超過(guò)一定限度就會(huì)破壞滾珠絲杠副的正常工作。一般允許其塑性變形量不超過(guò)滾珠直徑db的1/10000，產(chǎn)生這樣大的塑性變形的載荷稱為最大靜載荷。

滾珠絲杠剛度驗(yàn)算滾珠絲杠在軸向力作用下，將產(chǎn)生伸長(zhǎng)或縮短，在扭矩作用下將產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形而影響絲杠導(dǎo)程的變化，從而影響傳動(dòng)精度及定位精度，故應(yīng)驗(yàn)算滿載時(shí)的變形量。其驗(yàn)算公式如下：滾珠絲杠在工作負(fù)載F和扭矩M共同作用下，所引起的每一導(dǎo)程的變形量為式中：S－－絲杠的最小截面積，cm2；M－－扭矩，N·cm；ΔL單位為cm，“+”號(hào)用于拉伸時(shí)，“-”號(hào)用于壓縮時(shí)。在絲杠副精度標(biāo)準(zhǔn)中一般僅對(duì)單位長(zhǎng)度內(nèi)（每一米）彈性變形所允許的基本導(dǎo)程誤差值進(jìn)行規(guī)定。2.2.3齒輪傳動(dòng)1)機(jī)電一體化系統(tǒng)中齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)的若干問(wèn)題1.齒輪傳動(dòng)形式及其傳動(dòng)比的最佳匹配選擇。2.各級(jí)傳動(dòng)比的最佳分配原則。當(dāng)計(jì)算出傳動(dòng)比之后，為了使減速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，滿足動(dòng)態(tài)性能和提高傳動(dòng)精度的要求，常常需對(duì)各級(jí)傳動(dòng)比進(jìn)行合理分配，其分配原則如下：①重量最輕原則②輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則③等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量最小原則

在設(shè)計(jì)中應(yīng)根據(jù)上述的原則并結(jié)合實(shí)際情況的可行性和經(jīng)濟(jì)性對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、結(jié)構(gòu)尺寸和傳動(dòng)精度提出適當(dāng)要求。具體講有以下幾點(diǎn)：①對(duì)于要求體積小、重量輕的齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)可用重量最輕原則。②對(duì)于要求運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、起停頻繁和動(dòng)態(tài)性能好的伺服系統(tǒng)的減速齒輪系，可按最小等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和總轉(zhuǎn)角誤差最小的原則來(lái)處理。對(duì)于變負(fù)載的傳動(dòng)齒輪系統(tǒng)的各級(jí)傳動(dòng)比最好采用不可約的比數(shù)，避免同期嚙合以降低噪聲和振動(dòng)。③對(duì)于以提高傳動(dòng)精度和減小回程誤差為主的傳動(dòng)齒輪系，可按總轉(zhuǎn)角誤差最小原則。對(duì)于增速傳動(dòng)，由于增速時(shí)容易破壞傳動(dòng)齒輪系工作的平穩(wěn)性，應(yīng)在開(kāi)始幾級(jí)就增速，并且要求每級(jí)增速比最好大于1︰3，以有利于增加輪系剛度、減小傳動(dòng)誤差。④對(duì)以較大傳動(dòng)比傳動(dòng)的齒輪系，往往需要將定軸輪系和行星輪系結(jié)合為混合輪系。對(duì)于相當(dāng)大的傳動(dòng)比、并且要求傳動(dòng)精度與傳動(dòng)效率高、傳動(dòng)平穩(wěn)、體積小重量輕時(shí)，可選用諧波齒輪傳動(dòng)。齒輪傳動(dòng)形式及其傳動(dòng)比的最佳匹配齒輪傳動(dòng)部件是轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向的變換器。齒輪傳動(dòng)比應(yīng)滿足驅(qū)動(dòng)部件與負(fù)載間位移及轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速匹配。用于伺服系統(tǒng)的齒輪減速器是一個(gè)力矩變換器，其輸入電動(dòng)機(jī)為高轉(zhuǎn)速、低轉(zhuǎn)矩，而輸出則為低轉(zhuǎn)速、高轉(zhuǎn)矩。因此，不但要求齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)傳遞轉(zhuǎn)矩時(shí)要有足夠的剛度，還要求其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量盡量小，以便在獲得同一加速度時(shí)所需轉(zhuǎn)矩小，即在采用驅(qū)動(dòng)功率相同的情況下，其加速度響應(yīng)為最大。齒輪嚙合間隙會(huì)造成傳動(dòng)死區(qū)(失動(dòng)量)，若死區(qū)是在閉環(huán)系統(tǒng)中，則可能造成系統(tǒng)不穩(wěn)定，常使系統(tǒng)產(chǎn)生以1～5倍間隙而進(jìn)行的低頻振蕩。為此盡量采用齒側(cè)間隙較小、精度較高的齒輪傳動(dòng)副。但為了降低制造成本，則多采用各種調(diào)整齒側(cè)間隙的方法來(lái)消除或減小嚙合間隙，以提高傳動(dòng)精度和系統(tǒng)穩(wěn)定性。由于負(fù)載特性和工作條件的不同，最佳傳動(dòng)比有不同的選擇方法。在伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)負(fù)載的傳動(dòng)系統(tǒng)中常采用使負(fù)載加速度最大的方法。

如圖所示，額定轉(zhuǎn)矩為T(mén)max、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為Jm的直流伺服電動(dòng)機(jī)通過(guò)減速比為i的齒輪減速器帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為JL、負(fù)載轉(zhuǎn)矩為T(mén)LF的負(fù)載，其最佳傳動(dòng)比如下

重量最輕原則對(duì)于小功率傳動(dòng)系統(tǒng)，使各級(jí)傳動(dòng)比i1=i2=i3=…＝，即可使傳動(dòng)裝置的重量最輕。由于這個(gè)結(jié)論是在假定各主動(dòng)小齒輪模數(shù)、齒數(shù)均相同的條件下導(dǎo)出的，故所有大齒輪的齒數(shù)、模數(shù)也相同，每級(jí)齒輪副的中心距離也相同。上述結(jié)論對(duì)于大功率傳動(dòng)系統(tǒng)是不適用的，因其傳遞扭矩大，故要考慮齒輪模數(shù)、齒輪齒寬等參數(shù)要逐級(jí)增加的情況，此時(shí)應(yīng)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)、類(lèi)比方法以及結(jié)構(gòu)緊湊的要求進(jìn)行綜合考慮。各級(jí)傳動(dòng)比一般以“先大后小”原則處理。輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則為了提高機(jī)電一體化系統(tǒng)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的傳遞運(yùn)動(dòng)的精度，各級(jí)傳動(dòng)比應(yīng)按“先小后大”原則分配，以便降低齒輪的加工誤差、安裝誤差以及回轉(zhuǎn)誤差對(duì)輸出轉(zhuǎn)角精度的影響。假定齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)中各級(jí)齒輪的轉(zhuǎn)角誤差換算到末級(jí)輸出軸上的總轉(zhuǎn)角誤差為ΔΦmax，則如若是四級(jí)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)各齒輪的轉(zhuǎn)角誤差(ΔΦ1、ΔΦ2、…、ΔΦ8)則換算到末級(jí)輸出軸上的總轉(zhuǎn)角誤差為由此可知總轉(zhuǎn)角誤差主要取決于最末一級(jí)齒輪的轉(zhuǎn)角誤差和傳動(dòng)比的大小。在設(shè)計(jì)中最末兩級(jí)的傳動(dòng)比應(yīng)取大一些，并盡量提高最末一級(jí)齒輪副的加工精度。等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量最小原則利用該原則所設(shè)計(jì)的齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)，換算到電動(dòng)機(jī)軸上的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為最小?？傻胣級(jí)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)各級(jí)傳動(dòng)比之通式如下由于在系統(tǒng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)還要作適當(dāng)調(diào)整，因此在計(jì)算中，不必精確到幾位小數(shù)。按此原則計(jì)算各級(jí)傳動(dòng)比也按“先小后大”次序分配，可使其結(jié)構(gòu)緊湊。該分配原則中的假設(shè)對(duì)大功率傳動(dòng)的齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)不適用，其計(jì)算公式不能通用。但是，其分配次序則仍應(yīng)符合“由小到大”的分配次序。2)無(wú)側(cè)隙齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)齒輪傳動(dòng)中的齒側(cè)間隙的存在，不僅會(huì)影響機(jī)電一體化系統(tǒng)的傳動(dòng)精度，還會(huì)在電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中引起嚴(yán)重的噪聲，因此，對(duì)于機(jī)電一體化的齒輪傳動(dòng)，一般要求采取措施消除齒側(cè)間隙。齒輪傳動(dòng)側(cè)隙的調(diào)整有偏心軸套調(diào)整法、雙片薄齒輪錯(cuò)齒調(diào)整法、墊片調(diào)整法等多種方法。圖示為雙片薄齒輪錯(cuò)齒調(diào)整法。一對(duì)嚙合的直齒圓柱齒輪中一個(gè)采用寬齒輪，另一個(gè)由兩片可以相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的薄片齒輪組成。裝配時(shí)使一片薄齒輪的齒左側(cè)和另一片的齒右側(cè)分別緊貼在寬齒輪齒槽的左、右兩側(cè)，通過(guò)兩薄片齒輪的錯(cuò)齒，消除齒側(cè)間隙，反向時(shí)也不會(huì)出現(xiàn)死區(qū)。兩薄片齒輪1、2上各裝入有螺紋的凸耳3、4，螺釘5裝在凸耳3上，螺母6、7可調(diào)節(jié)螺釘5的伸出長(zhǎng)度。彈簧8一端勾在凸耳9上，另一端勾在螺釘5上。轉(zhuǎn)動(dòng)螺母7(螺母6用于鎖緊)可改變彈簧8的張力大小，調(diào)節(jié)齒輪1、2的相對(duì)位置，達(dá)到錯(cuò)齒。這種錯(cuò)齒調(diào)整法的齒側(cè)間隙可自動(dòng)補(bǔ)償，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜。各側(cè)隙調(diào)整方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)需要合理選用.諧波齒輪傳動(dòng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳動(dòng)比大(幾十至幾百)、傳動(dòng)精度高、回程誤差小、噪聲低、傳動(dòng)平穩(wěn)、承載能力強(qiáng)、效率高等一系列優(yōu)點(diǎn)。故在工業(yè)機(jī)器人、航空、航天等機(jī)電一體化系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。諧波齒輪傳動(dòng)與少齒差行星齒輪傳動(dòng)十分相似。它是依靠柔性齒輪產(chǎn)生的可控變形波引起齒間的相對(duì)錯(cuò)齒來(lái)傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的。因此它與一般齒輪傳動(dòng)具有本質(zhì)上的差別。3)諧波齒輪傳動(dòng)如圖，諧波齒輪傳動(dòng)由波形發(fā)生器3(H)和剛輪1、柔輪2組成。波形發(fā)生器為主動(dòng)件，剛輪或柔輪為從動(dòng)件。剛輪有內(nèi)齒圈，柔輪有外齒圈，其齒形為漸開(kāi)線或三角形，周節(jié)相同而齒數(shù)不同，剛輪的齒數(shù)zg比柔輪的齒數(shù)zr多幾個(gè)齒。柔輪是薄圓筒形，由于波形發(fā)生器的長(zhǎng)徑比柔輪內(nèi)徑略大，故裝配在一起時(shí)就將柔輪撐成橢圓形。工程上常用的波形發(fā)生器有2個(gè)觸頭的即為雙波發(fā)生器，也有3個(gè)觸頭的。具有雙波發(fā)生器的諧波減速器，其剛輪和柔輪的齒數(shù)之差為zg－zr＝2。其橢圓長(zhǎng)軸的兩端柔輪與剛輪的牙齒相嚙合，在短軸方向的牙齒完全分離。當(dāng)波形發(fā)生器逆時(shí)針轉(zhuǎn)一圈時(shí)，兩輪相對(duì)位移為2個(gè)齒距。當(dāng)剛輪固定時(shí)，則柔輪的回轉(zhuǎn)方向與波形發(fā)生器的回轉(zhuǎn)方向相反。（試想想，柔輪固定時(shí)情況？）剛輪與發(fā)生器同向旋轉(zhuǎn)2.2.4撓性傳動(dòng)

除滾珠絲杠副、齒輪副等傳動(dòng)部件之外，機(jī)電一體化系統(tǒng)中還大量使用同步齒形帶、鋼帶、鏈條、鋼絲繩及尼龍繩等撓性傳動(dòng)部件。1)同步帶傳動(dòng)

2)鋼帶傳動(dòng)3)繩輪傳動(dòng)同步帶傳動(dòng)同步帶傳動(dòng)是綜合了普通帶傳動(dòng)和鏈輪鏈條傳動(dòng)優(yōu)點(diǎn)的一種新型傳動(dòng)，它在帶的工作面及帶輪外周上均制有嚙合齒，通過(guò)帶齒與輪齒作嚙合傳動(dòng)。為保證帶和帶輪作無(wú)滑差的同步傳動(dòng)，其齒形帶采用了承載后無(wú)彈性變形的高強(qiáng)力材料，以保證帶的節(jié)距不變。故它具有傳動(dòng)比準(zhǔn)確、傳動(dòng)效率高(可達(dá)98％)、能吸振、噪聲低、傳動(dòng)平穩(wěn)、能高速傳動(dòng)、維護(hù)保養(yǎng)方便等優(yōu)點(diǎn)，故使用范圍較廣。其主要缺點(diǎn)是安裝精度要求高、中心距要求嚴(yán)格，具有一定的蠕變性。同步帶帶輪齒形有梯形齒形和圓弧齒形。國(guó)內(nèi)有關(guān)同步帶傳動(dòng)部件的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)有GB/T11616-1989、GB/F11362-1989等，有專(zhuān)門(mén)生產(chǎn)廠家生產(chǎn)，可供選用。鋼帶傳動(dòng)鋼帶傳動(dòng)的特點(diǎn)是鋼帶與帶輪間接觸面積大、無(wú)間隙、摩擦阻力大，無(wú)滑動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、運(yùn)行可靠、噪聲低、驅(qū)動(dòng)力大、壽命長(zhǎng)，鋼帶無(wú)蠕變。繩輪傳動(dòng)繩輪傳動(dòng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳動(dòng)剛度大。結(jié)構(gòu)柔軟、成本較低、噪聲低等優(yōu)點(diǎn)。其缺點(diǎn)是帶輪較大、安裝面積大、加速度不易太高。2.2.5間歇傳動(dòng)機(jī)電一體化系統(tǒng)中常用的間歇傳動(dòng)有棘輪傳動(dòng)、槽輪傳動(dòng)、蝸形凸輪傳動(dòng)等部件。這些傳動(dòng)部件可將輸入的連續(xù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為間歇運(yùn)動(dòng)。其基本要求是移位迅速，移位過(guò)程中運(yùn)動(dòng)無(wú)沖擊，停位準(zhǔn)確可靠。

圖示為蝸形凸輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。它由轉(zhuǎn)盤(pán)1和安裝在轉(zhuǎn)盤(pán)上的滾子2和蝸形凸輪3組成。蝸形凸輪3以角速度ω連續(xù)旋轉(zhuǎn)，當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)過(guò)θ角(中心角)時(shí)，轉(zhuǎn)盤(pán)就轉(zhuǎn)過(guò)Φ角(相鄰二個(gè)滾子之間的夾角)，在凸輪轉(zhuǎn)過(guò)其余的角度(2п－θ)時(shí)，轉(zhuǎn)盤(pán)停止不動(dòng)，并靠在凸輪的棱邊卡在兩個(gè)滾子中間，使轉(zhuǎn)盤(pán)定位。這樣，凸輪(主動(dòng)件)的連續(xù)運(yùn)動(dòng)就變成轉(zhuǎn)盤(pán)(從動(dòng)件)的間歇運(yùn)動(dòng)。蝸形凸輪機(jī)構(gòu)具有如下的特點(diǎn)①能夠得到在實(shí)際中所能遇到的任意轉(zhuǎn)位時(shí)間與靜止時(shí)間之比，其工作時(shí)間系數(shù)K比槽輪機(jī)構(gòu)的要??；②能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)盤(pán)所要求的各種運(yùn)動(dòng)規(guī)律；③與槽輪機(jī)構(gòu)比較，能夠用于工位數(shù)較多的設(shè)備上，而不需加入其他的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；④在一般情況下，凸輪棱邊的定位精度已能滿足要求，而不需其他定位裝置；⑤有足夠高的剛度；⑥裝配方便；⑦不足之處是加工工作量特別大，因而成本較高。2.3機(jī)械導(dǎo)向機(jī)構(gòu)

機(jī)電一體化系統(tǒng)要求各運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)必須得到可靠的支承，并能準(zhǔn)確地完成其特定方向的運(yùn)動(dòng)。這個(gè)任務(wù)由導(dǎo)向機(jī)構(gòu)來(lái)完成。機(jī)電一體化系統(tǒng)的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)是導(dǎo)軌，其作用是支承和導(dǎo)向。一副導(dǎo)軌主要由兩部分組成，在工作時(shí)一部分固定不動(dòng)，稱為支承導(dǎo)軌(或?qū)к?，另一部分相對(duì)支承導(dǎo)軌作直線或回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，稱為動(dòng)導(dǎo)軌(或滑座)。2.3.1導(dǎo)軌的基本要求1)導(dǎo)向精度2)耐磨性3)疲勞和壓潰4)剛度5)低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性

6)結(jié)構(gòu)工藝性7)對(duì)溫度的敏感性導(dǎo)向精度是指動(dòng)導(dǎo)軌沿支承導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)的直線度或圓度。影響因素：導(dǎo)軌的幾何精度、接觸精度、結(jié)構(gòu)形式、剛度、熱變形、裝配質(zhì)量以及液體動(dòng)壓和靜壓導(dǎo)軌的油膜厚度、油膜剛度等。耐磨性指導(dǎo)軌在長(zhǎng)期使用過(guò)程中能否保持一定的導(dǎo)向精度。導(dǎo)軌在工作過(guò)程中難免有所磨損，所以應(yīng)力求減少磨損量，并在磨損后能自動(dòng)補(bǔ)償或便于調(diào)整。疲勞和壓潰導(dǎo)軌面由于過(guò)載或接觸應(yīng)力不均勻?qū)⑹箤?dǎo)軌表面產(chǎn)生彈性變形，反復(fù)運(yùn)行多次后就會(huì)形成疲勞點(diǎn)，呈塑性變形，表面形成龜裂、剝落而出現(xiàn)凹坑，這種現(xiàn)象就是壓潰。疲勞和壓潰是滾動(dòng)導(dǎo)軌失效的主要原因，為此應(yīng)控制滾動(dòng)導(dǎo)軌承受的最大載荷和受載的均勻性。剛度導(dǎo)軌受力變形會(huì)影響導(dǎo)軌的導(dǎo)向精度及部件之間的相對(duì)位置，因此要求導(dǎo)軌應(yīng)有足夠的剛度。為減輕或平衡外力的影響，可采用加大導(dǎo)軌尺寸或添加輔助導(dǎo)軌的方法提高剛度。低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性低速運(yùn)動(dòng)時(shí)，作為運(yùn)動(dòng)部件的動(dòng)導(dǎo)軌易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象。低速運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性與導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)和潤(rùn)滑，動(dòng)、靜摩擦系數(shù)的差值，以及導(dǎo)軌的剛度等有關(guān)。

結(jié)構(gòu)工藝性設(shè)計(jì)導(dǎo)軌時(shí)，要注意到制造、調(diào)整和維修方便，力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工藝性及經(jīng)濟(jì)性好。

對(duì)溫度的敏感性導(dǎo)軌在環(huán)境溫度變化的情況下，應(yīng)能正常工作，既不“卡死”，亦不能影響系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)精度。導(dǎo)軌對(duì)溫度變化的敏感性，主要取決于導(dǎo)軌材料和導(dǎo)軌配合間隙的選擇。2.3.2導(dǎo)軌的分類(lèi)和特點(diǎn)常用的導(dǎo)軌種類(lèi)很多，按其接觸面的摩擦性質(zhì)可分為滑動(dòng)導(dǎo)軌、滾動(dòng)導(dǎo)軌、流體介質(zhì)摩擦導(dǎo)軌等。按其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為開(kāi)式導(dǎo)軌(借助重力或彈簧強(qiáng)力保證運(yùn)動(dòng)件與承導(dǎo)面之間的接觸)和閉式導(dǎo)軌(只靠導(dǎo)軌本身的結(jié)構(gòu)形狀保證運(yùn)動(dòng)件與承導(dǎo)面之間的接觸)。1)滑動(dòng)導(dǎo)軌2)滾動(dòng)導(dǎo)軌滑動(dòng)導(dǎo)軌滑動(dòng)導(dǎo)軌的兩導(dǎo)軌工作面的摩擦性質(zhì)為滑動(dòng)摩擦。滑動(dòng)導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，剛度好，抗振性高，是機(jī)械產(chǎn)品中使用最廣泛的導(dǎo)軌形式。為減小磨損，提高定位精度，改善摩擦特性，通常需要選用合適的導(dǎo)軌材料，采用適當(dāng)?shù)臒崽幚砗图庸し椒?，如采用?yōu)質(zhì)鑄鐵，合金耐磨鑄鐵或鑲淬火鋼導(dǎo)軌，采用導(dǎo)軌表面滾軋強(qiáng)化，表面淬硬、涂鉻、涂鉬等方法提高導(dǎo)軌的耐磨性。另外采用新型工程塑料可滿足導(dǎo)軌低摩擦，耐磨，無(wú)爬行的要求。滾動(dòng)導(dǎo)軌滾動(dòng)導(dǎo)軌的兩導(dǎo)軌表面之間為滾動(dòng)摩擦，導(dǎo)向面之間放置滾珠、滾柱或滾針等滾動(dòng)體來(lái)實(shí)現(xiàn)兩導(dǎo)軌無(wú)滑動(dòng)地相對(duì)運(yùn)動(dòng)。滾動(dòng)導(dǎo)軌的磨損小，壽命長(zhǎng)，定位精度高，靈敏度高，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)可靠，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，幾何精度要求高，抗振性較差，防護(hù)要求高，制造困難，成本高。滾動(dòng)導(dǎo)軌適用于工作部件要求移動(dòng)均勻、動(dòng)作靈敏以及定位精度高的場(chǎng)合，因此在高精密的機(jī)電一體化產(chǎn)品中應(yīng)用廣泛。常用導(dǎo)軌性能比較表2.3.3導(dǎo)軌副的設(shè)計(jì)要點(diǎn)設(shè)計(jì)導(dǎo)軌應(yīng)包括下列幾方面內(nèi)容：1)根據(jù)工作條件，選擇合適的導(dǎo)軌類(lèi)型。2)選擇導(dǎo)軌的截面形狀，以保證導(dǎo)向精度。3)選擇適當(dāng)?shù)膶?dǎo)軌結(jié)構(gòu)及尺寸，使其在給定的載荷及工作溫度范圍內(nèi)，有足夠的剛度、良好的耐磨性以及運(yùn)動(dòng)輕便和低速平穩(wěn)性。4)選擇導(dǎo)軌的補(bǔ)償及調(diào)整裝置，經(jīng)長(zhǎng)期使用后，通過(guò)調(diào)整能保持所需要的導(dǎo)向精度。5)選擇合理的耐磨涂料、潤(rùn)滑方法和防護(hù)裝置，使導(dǎo)軌有良好的工作條件，以減少摩擦和磨損。6)制訂保證導(dǎo)軌所必需的技術(shù)條件，如選擇適當(dāng)?shù)牟牧?，以及熱處理、精加工和測(cè)量方法等。2.3.4滾動(dòng)直線導(dǎo)軌目前各種滾動(dòng)導(dǎo)軌基本已實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的系列化，這里僅介紹滾動(dòng)直線導(dǎo)軌的特點(diǎn)、選用方法和有關(guān)計(jì)算。滾動(dòng)直線導(dǎo)軌的特點(diǎn)1)承載能力大滾道采用圓弧形式，增大了滾動(dòng)體與圓弧滾道接觸面積，從而大大地提高了導(dǎo)軌承載能力，可達(dá)到平面滾道形式的13倍.2)剛性強(qiáng)此類(lèi)導(dǎo)軌制作時(shí)，常要預(yù)加載荷，這使導(dǎo)軌系統(tǒng)剛度得以提高。所以滾動(dòng)直線導(dǎo)軌在工作時(shí)能承受較大的沖擊和振動(dòng)。3)壽命長(zhǎng)由于是純滾動(dòng)，摩擦系數(shù)為滑動(dòng)導(dǎo)軌的1/50左右，磨損小，因而壽命長(zhǎng)，功耗低，便于機(jī)械小型化。4)傳動(dòng)平穩(wěn)可靠由于摩擦力小，動(dòng)作輕便，因而定位精度高，微量移動(dòng)靈活準(zhǔn)確。5)具有結(jié)構(gòu)自調(diào)整能力裝配調(diào)整容易，因此降低了對(duì)配件加工精度要求。

滾動(dòng)直線

導(dǎo)軌分類(lèi)1)按滾動(dòng)體的形狀分。有鋼珠式和滾柱式兩種，如圖。滾柱式由于為線接觸，故其有較高的承載能力，但摩擦力也較高，同時(shí)加工裝配也相對(duì)復(fù)雜。目前使用較多的是鋼珠式。2)按導(dǎo)軌截面形狀分。有矩形和梯形兩種。截面為矩形的導(dǎo)軌承載時(shí)各方向受力大小相等。梯形截面導(dǎo)軌能承受較大的垂直載荷，而其他方向的承載能力較低，但對(duì)于安裝基準(zhǔn)的誤差調(diào)節(jié)能力較強(qiáng)。3)按滾道溝槽形狀分。有單圓弧和雙圓弧兩種。單圓弧溝槽為兩點(diǎn)接觸，雙圓孤溝槽為四點(diǎn)接觸。前者的運(yùn)動(dòng)摩擦和對(duì)安裝基準(zhǔn)的誤差平均作用比后者要小，但其靜剛度比后者稍差。滾動(dòng)直線導(dǎo)軌的選擇程序在設(shè)計(jì)選用滾動(dòng)直線導(dǎo)軌時(shí)，除應(yīng)對(duì)其使用條件，包括工作載荷、精度要求、速度、工作行程、預(yù)期工作壽命進(jìn)行研究外，還須對(duì)其剛度、摩擦特性及誤差平均作用、阻尼特征等綜合考慮，從而達(dá)到正確合理的選用，以滿足主機(jī)技術(shù)性能的要求。滾動(dòng)直線導(dǎo)軌的選擇程序如下圖。2.3.5塑料導(dǎo)軌由于新型工程材料的出現(xiàn)，導(dǎo)軌的選材已不僅僅局限于金屬材料及對(duì)金屬材料的加工上?，F(xiàn)在各種塑料導(dǎo)軌制品已紛紛涌現(xiàn)，并形成系列，這不僅降低了導(dǎo)軌的生產(chǎn)成本，而且提高了導(dǎo)軌的抗振性、耐磨性、低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性。下面介紹幾種在國(guó)內(nèi)外應(yīng)用廣泛的塑料導(dǎo)軌及其使用方法。塑料導(dǎo)軌軟帶金屬塑料復(fù)合導(dǎo)軌板塑料涂層塑料導(dǎo)軌軟帶塑料導(dǎo)軌軟帶的材料以聚四氟乙烯為基體，加入青銅粉、二硫化鉬和石墨等填充劑混合燒結(jié)，并做成軟帶狀。目前同類(lèi)產(chǎn)品常用的有美國(guó)的Shamban公司的Turcite-B和我國(guó)廣州的TSF等。1)塑料導(dǎo)軌軟帶的特點(diǎn)2)塑料導(dǎo)軌軟帶的使用塑料導(dǎo)軌軟帶的特點(diǎn)①摩擦系數(shù)低而穩(wěn)定。其摩擦系數(shù)比鑄鐵導(dǎo)軌低一個(gè)數(shù)量級(jí)。②動(dòng)靜摩擦系數(shù)相近。其低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性較鑄鐵導(dǎo)軌好。③吸收振動(dòng)。由于材料良好的阻尼性，其抗振性優(yōu)于接觸剛度較低的滾動(dòng)導(dǎo)軌和易漂浮的液體靜壓導(dǎo)軌。④耐磨性好。由于材料自身潤(rùn)滑作用，因而即使無(wú)潤(rùn)滑也能工作。⑤化學(xué)穩(wěn)定性好。耐高低溫、耐強(qiáng)酸強(qiáng)堿、強(qiáng)氧化劑及各種有機(jī)溶劑。⑥維護(hù)修理方便。導(dǎo)軌軟帶使用方便，磨損后更換容易。⑦經(jīng)濟(jì)性好。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，約為滾動(dòng)導(dǎo)軌成本的1/20、三層復(fù)合材料DU導(dǎo)軌板成本的1/4。塑料導(dǎo)軌軟帶的使用塑料導(dǎo)軌軟帶的粘接方法簡(jiǎn)單，通常采用粘接材料將其貼在所需處作為導(dǎo)軌表面，如圖。粘接操作如下:①切制軟帶。按導(dǎo)軌面的幾何尺寸放出適當(dāng)余量切制。②清洗軟帶。用汽油或丙酮等清潔劑將軟帶清洗干凈。③軟帶表面處理。軟帶材料一般具有不可黏性，要用生產(chǎn)廠指定的表面處理劑配成溶液浸泡軟帶使其表面產(chǎn)生可黏性，然后再清洗、干燥。④被粘表面的準(zhǔn)備。把被粘的金屬表面粗糙度加工到Ra為3.2～1.6μm和相應(yīng)的表面精度，且清洗干凈。⑤軟帶粘貼。用生產(chǎn)廠指定的配套膠粘劑以一定厚度均勻涂布在軟帶和被粘表面，然后將軟帶粘上，并要求膠層與軟帶間無(wú)氣泡.⑥加壓固化。在壓力0.1~0.15MPa，溫度10~30℃下24h固化.⑦檢查粘接質(zhì)量。觀察表面是否合乎要求。用小木錘輕敲整個(gè)軟帶表面，若敲打的聲響音調(diào)一致，表明粘接質(zhì)量良好。⑧配合表面加工至配合精度要求，開(kāi)油槽。金屬塑料復(fù)合導(dǎo)軌板如圖，導(dǎo)軌板分為三層，內(nèi)層鋼背保證導(dǎo)軌板的機(jī)械強(qiáng)度和承載能力。鋼背上鍍銅燒結(jié)球狀青銅粉或銅絲網(wǎng)形成多孔中間層，以提高導(dǎo)軌板的導(dǎo)熱性，然后用真空浸漬法，使塑料進(jìn)入孔或網(wǎng)中。當(dāng)青銅與配合面摩擦發(fā)熱時(shí)，由于塑料的熱脹系數(shù)遠(yuǎn)大于金屬，因而塑料將從多孔層的孔隙中擠出，向摩擦表面轉(zhuǎn)移補(bǔ)充，形成厚約0.01~0.05mm的表面自潤(rùn)滑塑料層－－外層。金屬塑料導(dǎo)軌板的特點(diǎn)是：摩擦特性優(yōu)良，耐磨損。這種復(fù)合導(dǎo)軌板以英國(guó)Glacier公司的DU和DX最有代表性。我國(guó)北京機(jī)床研究所研制的FQ-1復(fù)合導(dǎo)軌板及江蘇、浙江、遼寧生產(chǎn)的導(dǎo)軌板與國(guó)外產(chǎn)品性能類(lèi)似。塑料涂層摩擦副的兩配對(duì)表面中，若只有一個(gè)摩擦面磨損嚴(yán)重，則可把磨損部分切除，涂敷配制好的膠狀塑料涂層，利用模具或另一摩擦表面使涂層成形，固化后的塑料涂層即成為摩擦副中配對(duì)面之一，與另一金屬配對(duì)面組成新的摩擦副，利用高分子材料的性能特點(diǎn)，得到良好的工作狀態(tài)。此法不但用于機(jī)械設(shè)備中導(dǎo)軌、滑動(dòng)軸承、蝸桿、齒條等各種摩擦副的修理，也可用于設(shè)備改裝中改善導(dǎo)軌的運(yùn)動(dòng)特性，特別是低速運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性，還可用于新產(chǎn)品設(shè)計(jì)。2.4機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)

2.4.1機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)的基本要求(1)慣量小、動(dòng)力大(2)體積小、重量輕(3)便于維修、安裝(4)易于計(jì)算機(jī)控制慣量小、動(dòng)力大表征執(zhí)行機(jī)構(gòu)慣量的指標(biāo)：m質(zhì)量(直線運(yùn)動(dòng))，J轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng))。表征輸出動(dòng)力的指標(biāo)為推力F、轉(zhuǎn)矩T或功率P。加速度a與角加速ε表征了執(zhí)行機(jī)構(gòu)的加速性能。（對(duì)直線運(yùn)動(dòng)，設(shè)加速度為a，則推力F＝ma，a=F/m。對(duì)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，設(shè)角速度為ω，角加速度為ε，則P=ωT，ε=T/J，T=Jε）另一種表征動(dòng)力大小的綜合性能指標(biāo)稱為比功率。它包含了功率、加速性能與轉(zhuǎn)速三種因素，即比功率=Pε/ω=T2/J。體積小、重量輕既要縮小執(zhí)行機(jī)構(gòu)的體積、減小重量，同時(shí)又要增大其動(dòng)力，故通常用執(zhí)行機(jī)構(gòu)的單位重量所能達(dá)到的輸出功率或比功率，即用功率密度或比功率密度來(lái)評(píng)價(jià)這項(xiàng)指標(biāo)。設(shè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的重量為G，則功率密度=P/G比功率密度=(T2/J)/G便于維修、安裝執(zhí)行機(jī)構(gòu)最好不需要維修。無(wú)刷DC及AC伺服電動(dòng)機(jī)就是走向無(wú)維修的例子。

易于計(jì)算機(jī)控制根據(jù)這個(gè)要求，用計(jì)算機(jī)控制最方便的是電氣式執(zhí)行機(jī)構(gòu)。因此機(jī)電一體化系統(tǒng)所用執(zhí)行機(jī)構(gòu)的主流是電氣式，其次是液壓式和氣壓式(在驅(qū)動(dòng)接口中需要增加電－液或電－氣變換環(huán)節(jié))。2.4.2微動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)(1)熱變形式和特點(diǎn)(2)磁致伸縮式和特點(diǎn)(3)電伸縮式（壓電泵、壓電致動(dòng)機(jī)器人）特點(diǎn)熱變形式微動(dòng)機(jī)構(gòu)熱變形式執(zhí)行機(jī)構(gòu)屬于微動(dòng)機(jī)構(gòu)，該類(lèi)機(jī)構(gòu)利用電熱元件作為動(dòng)力源，電熱元件通電后產(chǎn)生的熱變形實(shí)現(xiàn)微小位移，其工作原理如前圖。傳動(dòng)桿1的一端固定在機(jī)座上，另一端固定在沿導(dǎo)軌移動(dòng)的運(yùn)動(dòng)件3上。電阻絲2通電加熱時(shí)，傳動(dòng)桿1受熱伸長(zhǎng)，其伸長(zhǎng)量ΔL(mm)為式中：α為傳動(dòng)桿1材料的線性膨脹系數(shù)，mm/℃；L為傳動(dòng)桿長(zhǎng)度，mm；t1為加熱后的溫度，℃；t0為加熱前的溫度，℃；Δt為加熱前后的溫度差，℃。當(dāng)傳動(dòng)桿1由于伸長(zhǎng)而產(chǎn)生的力大于導(dǎo)軌副中的靜摩擦力時(shí)，運(yùn)動(dòng)件3就開(kāi)始移動(dòng)。理想情況下運(yùn)動(dòng)件的移動(dòng)量等于傳動(dòng)桿的伸長(zhǎng)量；但由于導(dǎo)軌副摩擦力性質(zhì)、位移速度、運(yùn)動(dòng)件質(zhì)量以及系統(tǒng)阻尼的影響，實(shí)際運(yùn)動(dòng)件的移動(dòng)量與傳動(dòng)件的伸長(zhǎng)量有一定差值，稱之為運(yùn)動(dòng)誤差ΔS(mm)式中：C為考慮到摩擦阻力、位移速度和阻尼的系數(shù)；E為傳動(dòng)桿材料的彈性模量，Pa；A為傳動(dòng)桿截面積，m2。所以，位移的相對(duì)誤差為為減少微量位移的相對(duì)誤差，應(yīng)增加傳動(dòng)桿的彈性模量E、線膨脹系數(shù)α和截面積A，因此作為傳動(dòng)桿的材料，其線性膨脹系數(shù)和彈性模量要高。熱變形式微動(dòng)機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)特點(diǎn)熱變形微動(dòng)機(jī)構(gòu)可利用變壓器、變阻器等來(lái)調(diào)節(jié)傳動(dòng)桿的加熱速度，以實(shí)現(xiàn)對(duì)位移速度和微進(jìn)給量的控制。為了使傳動(dòng)桿恢復(fù)到原來(lái)的位置(或使運(yùn)動(dòng)件復(fù)位)，可利用壓縮空氣或乳化液流經(jīng)傳動(dòng)桿的內(nèi)腔使之冷卻。熱變形微動(dòng)機(jī)構(gòu)具有高剛度和無(wú)間隙的優(yōu)點(diǎn)，并可通過(guò)控制加熱電流得到所需微量位移；但由于熱慣性以及冷卻速度難以精確控制等原因，這種微動(dòng)系統(tǒng)只適用于行程較短、頻率不高的場(chǎng)合。磁致伸縮式微動(dòng)機(jī)構(gòu)該類(lèi)機(jī)構(gòu)利用某些材料在磁場(chǎng)作用下具有改變尺寸的磁致伸縮效應(yīng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)微量位移。其原理如前圖所示，磁致伸縮棒1左端固定在機(jī)座上，右端與運(yùn)動(dòng)件2相連；繞在伸縮棒外的磁致線圈通電勵(lì)磁后，在磁場(chǎng)作用下，棒1產(chǎn)生伸縮變形而使運(yùn)動(dòng)件2實(shí)現(xiàn)微量移動(dòng)。通過(guò)改變線圈的通電電流來(lái)改變磁場(chǎng)強(qiáng)度，使棒1產(chǎn)生不同的伸縮變形，從而運(yùn)動(dòng)件可得到不同的位移量。在磁場(chǎng)作用下，伸縮棒的變形量ΔL(m)為式中：λ為材料磁致伸縮系數(shù)，μm/m；L為伸縮棒被磁化部分的長(zhǎng)度，m。當(dāng)伸縮棒變形時(shí)產(chǎn)生的力能克服運(yùn)動(dòng)件導(dǎo)軌副的摩擦?xí)r，運(yùn)動(dòng)件產(chǎn)生位移，其最小位移量Lmin(μm)為最大位移量Lmax(μm)為

式中：F0為導(dǎo)軌副的靜摩擦力；K為伸縮棒的縱向剛度；Fd為導(dǎo)軌副的動(dòng)摩擦力；λs為磁飽和時(shí)伸縮棒的相對(duì)磁致伸縮系數(shù)。磁致伸縮式微動(dòng)機(jī)構(gòu)特點(diǎn)磁致伸縮式微動(dòng)機(jī)構(gòu)的特征為重復(fù)精度高，無(wú)間隙，剛度好，傳動(dòng)慣量小，工作穩(wěn)定性好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊；但由于工程材料的磁致伸縮量有限，該類(lèi)機(jī)構(gòu)所提供的位移量很小，如100mm長(zhǎng)的鐵鈷礬棒，磁致伸縮只能伸長(zhǎng)7μm，因而該類(lèi)機(jī)構(gòu)適用于精確位移調(diào)整、切削刀具的磨損補(bǔ)償及自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。電伸縮式特點(diǎn)能實(shí)現(xiàn)精確控制，適用于行程較短、高頻率的場(chǎng)合。傳動(dòng)功率較小壓電陶瓷的遲滯特性與非線性曲線二位三通數(shù)字閥結(jié)構(gòu)示意圖高速開(kāi)關(guān)閥示意圖仿人步態(tài)直線位移式壓電微驅(qū)動(dòng)器運(yùn)動(dòng)的原理示意圖15維精密操作系統(tǒng)12維精密調(diào)節(jié)與對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng) 2.4.3工業(yè)機(jī)械手末端執(zhí)行器工業(yè)機(jī)械手末端執(zhí)行器裝在操作機(jī)械手腕的前端，是直接執(zhí)行操作功能的機(jī)構(gòu)。功能：搬運(yùn)物料、工件或操作工具完成各種作業(yè)。要求：自動(dòng)控制、可復(fù)重編程、多自由度末端執(zhí)行器因用途不同而結(jié)構(gòu)各異，一般可分為3大類(lèi)：機(jī)械夾持器：是工業(yè)機(jī)械手中最常用的一種末端執(zhí)行器.特種末端執(zhí)行器：供工業(yè)機(jī)器人完成某類(lèi)特定的作業(yè)。萬(wàn)能手(或靈巧手)2.4.2.1機(jī)械夾持器機(jī)械夾持器應(yīng)具備的基本功能首先它應(yīng)具有夾持和松開(kāi)的功能。其夾持工件時(shí)，應(yīng)有一定的力約束和形狀約束，以保證被夾工件在移動(dòng)、停留和裝入過(guò)程中，不改變姿態(tài)。當(dāng)需要松開(kāi)工件時(shí)，應(yīng)完全松開(kāi)。另外它還應(yīng)保證工件夾持姿態(tài)重復(fù)幾何偏差在給定的公差帶內(nèi)。2)分類(lèi)和結(jié)構(gòu)形式機(jī)械夾持器常用壓縮空氣作動(dòng)力源，經(jīng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)手指的運(yùn)動(dòng)。根據(jù)手指夾持工件時(shí)的運(yùn)動(dòng)軌跡的不同，機(jī)械夾持器分為圓弧開(kāi)合型、圓弧平行開(kāi)合型和直線平行開(kāi)合型。圓弧開(kāi)合型機(jī)械夾持器在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)下，手指指端的運(yùn)動(dòng)軌跡為圓弧。如圖所示，a)采用凸輪機(jī)構(gòu)，b)采用連桿機(jī)構(gòu)作為傳動(dòng)件。夾持器工作時(shí)，兩手指繞支點(diǎn)作圓弧運(yùn)動(dòng)，同時(shí)對(duì)工件進(jìn)行夾緊和定心。這類(lèi)夾持器對(duì)工件被夾持部位的尺寸有嚴(yán)格要求，否則可能會(huì)造成工件狀態(tài)失常。

圓弧平行開(kāi)合型機(jī)械夾持器這類(lèi)夾持器工作時(shí)兩手指作平行開(kāi)合運(yùn)動(dòng)，而指端運(yùn)動(dòng)軌跡為一圓弧。圖示的夾持器是采用平行四邊形傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)手指的平行開(kāi)合的兩種情況。圖a)為機(jī)構(gòu)在夾持時(shí)指端前進(jìn)圖b)為機(jī)構(gòu)在夾持時(shí)指端后退直線平行開(kāi)合型機(jī)械夾持器這類(lèi)夾持器兩手指的運(yùn)動(dòng)軌跡為直線，且兩指夾持面始終保持平行，如圖所示。圖a)采用凸輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)兩手指的平行開(kāi)合，在各指的滑動(dòng)塊上開(kāi)有斜形凸輪槽，當(dāng)活塞桿上下運(yùn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)裝在其末端的滾子在凸輪槽中運(yùn)動(dòng)；實(shí)現(xiàn)手指的平行夾持運(yùn)動(dòng)。圖b)采用齒輪齒條機(jī)構(gòu)，當(dāng)活塞桿末端的齒條帶動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，手指上的齒條作直線運(yùn)動(dòng)，從而使兩手指平行開(kāi)合，以?shī)A持工件。2.4.2.2特種末端執(zhí)行器特種末端執(zhí)行器供工業(yè)機(jī)器人完成某類(lèi)特定的作業(yè)，下面簡(jiǎn)單介紹其中的兩種。1)真空吸附手2)電磁吸附手真空吸附手工業(yè)機(jī)器人中常把真空吸附手與負(fù)壓發(fā)生器組成一個(gè)工作系統(tǒng)(如上圖所示)，控制電磁換向閥的開(kāi)合可實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的吸附和脫開(kāi)。它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，且吸附作業(yè)具有一定柔順性(如圖下所示)，這樣即使工件有尺寸偏差和位置偏差也不會(huì)影響吸附手的工作。它常用于小件搬運(yùn)，也可根據(jù)工件形狀、尺寸、重量的不同將多個(gè)真空吸附手組合使用。電磁吸附手它利用通電線圈的磁場(chǎng)對(duì)可磁化材料的作用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的吸附作用。它同樣具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉等特點(diǎn)，但其最特殊的是：它吸附工件的過(guò)程是從不接觸工件開(kāi)始的，工件與吸附手接觸之前處于漂浮狀態(tài)，即吸附過(guò)程由極大的柔順狀態(tài)突變到低的柔順狀態(tài)。這種吸附手的吸附力是由通電線圈的磁場(chǎng)提供的，所以可用于搬運(yùn)較大的可磁化性材料的工件。吸附手的形式根據(jù)被吸附工件表面形狀來(lái)設(shè)計(jì)，用于吸附平坦表面工件的應(yīng)用場(chǎng)合較多。下圖所示的電磁吸附手可用于吸附不同的曲面工件，這種吸附手在吸附部位裝有磁粉袋，線圈通電前將可變形的磁粉袋貼在工件表面上，當(dāng)線圈通電勵(lì)磁后，在磁場(chǎng)作用下，磁粉袋端部外形固定成被吸附工件的表面形狀，從而達(dá)到吸附不同表面形狀工件的目的。靈巧手這是一種模仿人手制作的多指多關(guān)節(jié)的機(jī)器人末端執(zhí)行器。它可以適應(yīng)物體外形的變化，對(duì)物體進(jìn)行任意方向、任意大小的夾持力，可以滿足對(duì)任意形狀、不同材質(zhì)的物體操作和抓持要求，但其控制、操作系統(tǒng)技術(shù)難度較大。圖為靈巧手的一個(gè)實(shí)例。2.5軸系

2.5.1軸系設(shè)計(jì)的基本要求軸系分為主軸軸系和中間傳動(dòng)軸軸系。對(duì)于中間傳動(dòng)軸軸系一般要求不高。而對(duì)于完成主要作用的主軸軸系的旋轉(zhuǎn)精度、剛度、熱變形及抗振性等要求較高。1)旋轉(zhuǎn)精度2)剛度3)抗振性4)熱變形5)軸上零件的布置6)軸系的驅(qū)動(dòng)方法旋轉(zhuǎn)精度旋轉(zhuǎn)精度是指在裝配之后，在無(wú)負(fù)載、低速旋轉(zhuǎn)的條件下，軸前端的徑向跳動(dòng)和軸向竄動(dòng)量。其大小取決于軸系各組成零件及支承部件的制造精度與裝配調(diào)整精度。如采用高精密金剛石車(chē)刀的切削加工機(jī)床的主軸軸端徑向跳動(dòng)量為0.025/μm時(shí)，才能達(dá)到零件加工表面粗糙度Ra<0.05μm的要求。在工作轉(zhuǎn)速下，軸的旋轉(zhuǎn)精度（即運(yùn)動(dòng)精度）取決于其轉(zhuǎn)速、軸承性能以及軸系的動(dòng)平衡狀態(tài)。

剛度軸系的剛度反映軸系組件抵抗靜、動(dòng)載荷變形的能力。載荷為彎矩、轉(zhuǎn)矩時(shí)，相應(yīng)的變形量為撓度、扭轉(zhuǎn)角，其剛度為抗彎剛度和抗扭剛度。軸系受載荷為徑向力(如帶輪、齒輪上承受的徑向力)時(shí)會(huì)產(chǎn)生彎曲變形。所以除強(qiáng)度驗(yàn)算之外，還必須進(jìn)行剛度驗(yàn)算。抗振性軸系的振動(dòng)表現(xiàn)為強(qiáng)迫振動(dòng)和自激振動(dòng)兩種形式。其振動(dòng)原因有軸系組件質(zhì)量不勻引起的不平衡、軸的剛度及單向受力等；它們直接影響旋轉(zhuǎn)精度和軸承壽命。對(duì)高速運(yùn)動(dòng)的軸系必須以提高其靜剛度、動(dòng)剛度、增大軸系阻尼比等措施來(lái)提高軸系的動(dòng)態(tài)性能，特別是抗振性。熱變形軸系的受熱會(huì)使軸伸長(zhǎng)或使軸系零件間隙發(fā)生變化，影響整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)精度、旋轉(zhuǎn)精度及位置精度。另，溫度的上升會(huì)使?jié)櫥偷酿ざ劝l(fā)生變化，使滑動(dòng)或滾動(dòng)軸承的承載能力降低。因此應(yīng)采取措施將軸系部件的溫升限制在一定范圍之內(nèi)。軸上零件的布置軸上傳動(dòng)件的布置是否合理對(duì)軸的受力變形、熱變形及振動(dòng)影響較大。傳動(dòng)齒輪應(yīng)盡可能安置在靠近支承處，以減少軸的彎曲和扭轉(zhuǎn)變形。如果主軸上裝有兩對(duì)齒輪，則兩者均應(yīng)盡量靠近前支承，并使傳遞扭矩大的齒輪副更靠近前支承，使主軸受扭轉(zhuǎn)部分的長(zhǎng)度縮短。傳動(dòng)齒輪在空間布置上，也應(yīng)盡量避免彎曲變形的重疊。軸系的驅(qū)動(dòng)方法由于電機(jī)及傳動(dòng)系統(tǒng)的振動(dòng)是主要振源之一，因此，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)重視合理選擇軸系的驅(qū)動(dòng)方法，以保證軸系的回轉(zhuǎn)精度。例如，可采用卸荷皮帶輪、卸荷軸承、撓性聯(lián)軸器等方法減少或消除單向和不平穩(wěn)驅(qū)動(dòng)力直接作用在軸系上。2.5.2軸系的分類(lèi)、特點(diǎn)軸系因主軸軸頸與軸套之間的摩擦性質(zhì)不同，可以分為以下幾類(lèi)：1)滑動(dòng)軸承軸系2)流體動(dòng)壓軸承和靜壓軸承軸系3)磁懸浮軸承軸系4)滾動(dòng)軸承軸系滑動(dòng)軸承軸系這種軸系在軸頸與軸套之間注入潤(rùn)滑油介質(zhì)起潤(rùn)滑作用。為了轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，軸頸與軸套之間應(yīng)具有一定間隙(一般不能小于2.5μm，當(dāng)轉(zhuǎn)速增大時(shí)，間隙也應(yīng)相應(yīng)增大)?；瑒?dòng)軸承軸系結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，剛度和承載能力大，但抗振性和耐磨性較差，因此容易喪失精度。如采用錐形結(jié)構(gòu)，磨損后間隙可以調(diào)整，但調(diào)整比較麻煩。

流體動(dòng)壓軸承和靜壓軸承軸系流體動(dòng)壓軸承軸系和靜壓軸承軸系阻尼性能好、支撐精度高、具有良好的抗振性和運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性。按照油膜和氣膜壓強(qiáng)的形成方式分為動(dòng)壓、靜壓和動(dòng)靜壓相結(jié)合三類(lèi)軸系。目前使用的流體介質(zhì)主要為液體和氣體。動(dòng)壓軸承是在軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，油(氣)被帶入軸與軸承間所形成楔形間隙中，由于間隙逐漸變窄，使壓強(qiáng)升高，將軸浮起而形成油(氣)楔，以承受載荷，其承載能力與滑動(dòng)表面的線速度成正比，低速時(shí)承載能力很低。故動(dòng)壓軸承只適用于速度很高、且速度變化不大的場(chǎng)合。靜壓軸承是利用外部供油(氣)裝置將具有一定壓力的液(氣)體通過(guò)油(氣)孔進(jìn)入軸套油(氣)腔，將軸浮起而形成壓力油(氣)膜，以承受載荷。其承載能力與滑動(dòng)表面的線速度無(wú)關(guān)，故廣泛應(yīng)用于低、中速，大載荷的機(jī)器。它具有剛度大、精度高、抗振性好、摩擦阻力小等優(yōu)點(diǎn)。磁懸浮軸承軸系磁懸浮軸承是利用磁場(chǎng)力將軸以無(wú)機(jī)械摩擦、無(wú)潤(rùn)滑地方式懸浮在空間的一種新型軸承。磁懸浮軸承的轉(zhuǎn)軸一般要配備輔助軸承，工作時(shí)輔助軸承不與轉(zhuǎn)軸接觸，當(dāng)斷電或磁懸浮失控時(shí)能托住高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)軸，起到保護(hù)作用。輔助軸承與轉(zhuǎn)子之間的間隙一般等于轉(zhuǎn)子與電磁體氣隙的一半。滾動(dòng)軸承軸系軸頸與軸套之間放入滾動(dòng)軸承或圓球、滾柱等滾動(dòng)體作為介質(zhì)的軸系。滾動(dòng)軸承軸系分為標(biāo)準(zhǔn)滾動(dòng)軸承軸系和非標(biāo)準(zhǔn)滾動(dòng)軸承軸系兩類(lèi)。直接用標(biāo)準(zhǔn)滾動(dòng)軸承的軸系稱為標(biāo)準(zhǔn)滾動(dòng)軸承軸系。標(biāo)準(zhǔn)滾動(dòng)軸承已標(biāo)準(zhǔn)化、系列化，并由軸承廠成批生產(chǎn)。在軸系設(shè)計(jì)時(shí)，只要根據(jù)負(fù)荷、轉(zhuǎn)速、精度、剛度及空間大小等即可選用所需軸承。非標(biāo)準(zhǔn)滾動(dòng)軸承軸系中不用標(biāo)準(zhǔn)滾動(dòng)軸承，一般是在軸頸和軸套間直接放入滾動(dòng)體，因此結(jié)構(gòu)緊湊。此外，軸頸與軸套上一般不加工出圓弧形滾道，因此容易達(dá)到較高的尺寸和形狀精度，所以在機(jī)電一體化系統(tǒng)中，由于結(jié)構(gòu)尺寸的限制，或因標(biāo)準(zhǔn)滾動(dòng)軸承無(wú)法滿足軸系精度要求時(shí)，常自行設(shè)計(jì)非標(biāo)準(zhǔn)滾動(dòng)軸承軸系。非標(biāo)準(zhǔn)滾動(dòng)軸承軸系又可分為普通非標(biāo)準(zhǔn)滾動(dòng)軸承軸系和密珠軸系兩種。2.5.3軸系的結(jié)構(gòu)形式軸系的作用是承受工作時(shí)的軸向和徑向載荷，并要保證所要求的回轉(zhuǎn)精度。因此軸系設(shè)計(jì)時(shí)，在選擇軸系類(lèi)型同時(shí)，還要考慮合適的結(jié)構(gòu)形式，這樣才能更好地滿足軸系工作的要求。軸系的結(jié)構(gòu)形式很多，常見(jiàn)的有以下幾種，如圖下所示。圓柱—止推。如下圖所示，其徑向載荷和徑向回轉(zhuǎn)精度由徑向圓柱形軸承承受和保證，而軸向載荷和軸向精度則由止推軸承承受和保證。這種軸系結(jié)構(gòu)形式最為常見(jiàn)。2)圓錐—止推。如下圖所示，由兩個(gè)錐形軸承和一個(gè)止推軸承構(gòu)成。其徑向載荷及徑向精度由錐形軸承承擔(dān)及保證，而軸向載荷及軸向精度則由止推軸承承受和保證，其特點(diǎn)是徑向間隙可以調(diào)整。3)雙錐。如下圖所示，軸系兩端軸承由兩個(gè)錐角方向相反的圓錐軸承構(gòu)成，既能承受徑向載荷也能承受軸向載荷。4)圓柱—圓球。如下圖所示，軸系兩端軸承一個(gè)是徑向圓柱形軸承，一個(gè)是球形軸承。球形軸承承受徑向和軸向載荷。

5)圓錐—半圓球。如下圖所示，軸系兩端軸承，一個(gè)是錐形軸承，一個(gè)是半圓球軸承組成。6)雙球(包括圓球—半圓球及雙半圓球等)。由兩個(gè)圓球形軸承、兩個(gè)半圓球軸承或一個(gè)球及一個(gè)半圓球軸承構(gòu)成(見(jiàn)下圖)。在軸承結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，采用哪一種類(lèi)型軸系和什么樣的結(jié)構(gòu)形式，應(yīng)從多方面考慮，包括軸系的精度要求，軸系的空間位置(立式軸系還是臥式軸系)，軸系的承載大小及制造廠的工藝條件等。幾種常見(jiàn)機(jī)床主軸軸承配置形式和工作性能如表所示。2．6機(jī)座或機(jī)架

2.6.1機(jī)座或機(jī)架的基本要求機(jī)座(架)的基本特點(diǎn)是尺寸較大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、加工面多，幾何精度和相對(duì)位置精度要求較高。一般，機(jī)座多采用鑄件，機(jī)架多由型材裝配或焊接構(gòu)成。設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)對(duì)某些關(guān)鍵表面及其相對(duì)位置精度提出相應(yīng)的精度要求，以保證產(chǎn)品總體精度。其次，機(jī)架或機(jī)座的變形和振動(dòng)將直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量和正常運(yùn)轉(zhuǎn)，故應(yīng)對(duì)其剛度和抗振性提出下列基本要求：剛度與抗振性熱變形穩(wěn)定性

機(jī)架的其他要求剛度與抗振性剛度是抵抗載荷變形的能力。如果基礎(chǔ)部件的剛性不足，則在工件的重力、夾緊力、摩擦力、慣性力和工作載荷等的作用下，就會(huì)產(chǎn)生變形、振動(dòng)或爬行，而影響產(chǎn)品定位精度、加工精度及其他性能。

抵抗恒定載荷變形的能力稱為靜剛度；抵抗交變載荷變形的能力稱為動(dòng)剛度。提高機(jī)架(座)抗振性的措施靜剛度機(jī)座或機(jī)架的靜剛度，主要是指它們的結(jié)構(gòu)剛度和接觸剛度。動(dòng)剛度與靜剛度、材料阻尼及固有振動(dòng)頻率有關(guān)。在共振條件下的動(dòng)剛度k可用下式表示Kw=2Kζ=2KB/ωn式中：K－－靜剛度，N／m；C——阻尼比；B——阻尼系數(shù)；ωn——固有振動(dòng)頻率，1/s。機(jī)架動(dòng)剛度動(dòng)剛度是衡量抗振性的主要指標(biāo)。在一般情況下，動(dòng)剛度越大，抗振性越好?？拐裥允侵赋惺苁芷日駝?dòng)的能力。受迫振動(dòng)的振源可能存在于系統(tǒng)內(nèi)部，也可能是驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子或轉(zhuǎn)動(dòng)部件旋轉(zhuǎn)時(shí)的不平衡等。振源也可能來(lái)自于設(shè)備的外部，如鄰近機(jī)器設(shè)備、運(yùn)行車(chē)輛、人員活動(dòng)(走路、開(kāi)門(mén)、關(guān)門(mén)、搬運(yùn)東西等)以及恒溫設(shè)備等。當(dāng)機(jī)座或機(jī)架受到振源影響時(shí)，整機(jī)會(huì)搖晃振動(dòng)，使各主要部件及其相互間產(chǎn)生彎曲或扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，尤其是當(dāng)振源振動(dòng)頻率與機(jī)座或機(jī)架的固有振動(dòng)頻率重合時(shí)，將產(chǎn)生共振而嚴(yán)重影響機(jī)電一體化系統(tǒng)的正常工作和使用壽命。提高機(jī)架(座)抗振性的措施為提高機(jī)架或機(jī)座的抗振性，可采取如下措施：①提高靜剛度，即從提高固有振動(dòng)頻率入手，以避免產(chǎn)生共振；②增加阻尼，因?yàn)樵黾幼枘釋?duì)提高動(dòng)剛度的作用很大，如液(氣)動(dòng)、靜壓導(dǎo)軌的阻尼比滾動(dòng)導(dǎo)軌大，故抗振性能好；③在不降低機(jī)架或機(jī)座靜剛度的前提下，減輕重量以提高固有振動(dòng)頻率，如適當(dāng)減薄壁厚、增加筋和隔板，采用鋼材焊接代替鑄件等；④采取隔振措施，如加減振橡膠墊腳、用空氣彈簧隔板等。熱變形系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，電動(dòng)機(jī)、強(qiáng)光源、烘箱等熱源散發(fā)的熱量，零部件間相對(duì)運(yùn)動(dòng)而摩擦生熱，電子元器件發(fā)熱等，都將傳到機(jī)座或機(jī)架上。如果熱量分布不均勻、散熱性能不同，就會(huì)由于不同部位的溫差而產(chǎn)生熱變形，影響其原有精度。為了減小熱變形，可采取以下措施：1)控制熱源（方法和措施）2)采用熱平衡的辦法，控制各處的溫差，從而減小其相對(duì)變形?？刂茻嵩吹拇胧┏丝刂骗h(huán)境溫度之外，對(duì)機(jī)座或機(jī)架內(nèi)的熱源(如強(qiáng)光源、電動(dòng)機(jī)等)也要嚴(yán)格控制。例如，采用延時(shí)繼電器，以控制燈光的發(fā)光時(shí)間；采用發(fā)光二極管等冷光源；采用膠木、石棉等隔熱墊片；采用風(fēng)扇、冷卻液等以充分散熱；將熱源遠(yuǎn)離機(jī)座或機(jī)架；對(duì)于有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的零部件，如軸承副、導(dǎo)軌副、絲杠副等，則應(yīng)從結(jié)構(gòu)上和潤(rùn)滑方面改善其摩擦性、減少摩擦生熱和使熱傳遞減小。穩(wěn)定性機(jī)座或機(jī)架的穩(wěn)定性是指長(zhǎng)時(shí)間地保持其幾何尺寸和主要表面相對(duì)位置的精度，以防止產(chǎn)品原有精度的喪失的能力。為