機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械系統(tǒng)

機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械系統(tǒng)第1頁/共62頁2.1機(jī)械系統(tǒng)1：機(jī)電一體化中的機(jī)械系統(tǒng)由哪些機(jī)構(gòu)組成？2：對機(jī)械系統(tǒng)的要求？高精度快速響應(yīng)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(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)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(jī)構(gòu)組成第2頁/共62頁2.2機(jī)械運(yùn)動1：機(jī)械運(yùn)動的分類？2：機(jī)電一體化中常見哪些機(jī)械運(yùn)動？直線運(yùn)動擺動運(yùn)動旋轉(zhuǎn)運(yùn)動第3頁/共62頁2.3機(jī)械零部件傳動機(jī)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(jī)構(gòu)考慮低速爬行現(xiàn)象。執(zhí)行機(jī)構(gòu)考慮靈敏度、精確度、重復(fù)性和可靠性。1、主要機(jī)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(jī)械結(jié)構(gòu)：1：機(jī)械零部件的分類？2：機(jī)械機(jī)構(gòu)的分類？第4頁/共62頁2.3.1傳動零部件1：常見的傳動方式的分類、優(yōu)缺點常見的機(jī)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：略第5頁/共62頁常用齒輪傳動平行軸齒輪第6頁/共62頁常用齒輪傳動特殊齒輪第7頁/共62頁1、諧波齒輪傳動結(jié)構(gòu)：剛輪1、柔輪2（可以彈性形變）、波發(fā)生器3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(yùn)動。1：諧波齒輪的工作原理？2：諧波齒輪的優(yōu)點？第8頁/共62頁1、諧波齒輪傳動工作原理：

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(yùn)動。第9頁/共62頁1、諧波齒輪傳動優(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(qiáng)、效率高應(yīng)用：在工業(yè)機(jī)器人、航空、火箭等機(jī)電一體化系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。缺點：傳遞功率小第10頁/共62頁3、同步帶傳動同步帶傳動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？第11頁/共62頁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(jī)、輕工機(jī)械中均采用這種同步帶傳動第12頁/共62頁常用同步帶主要用于重型機(jī)械的傳動中，如運(yùn)輸機(jī)械(飛機(jī)、汽車)、石油機(jī)械和機(jī)床、發(fā)電機(jī)等的傳動第13頁/共62頁3、同步帶傳送同步帶傳送特點：工作時無滑動，有準(zhǔn)確的傳動比嚙合傳動傳動效率高，節(jié)能效果好0.98傳動比范圍大，結(jié)構(gòu)緊湊≤10維護(hù)保養(yǎng)方便，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低承載繩采用玻璃纖維、鋼絲等材質(zhì)不需要任何潤滑惡劣環(huán)境條件下仍能正常工作安裝時對中心距要求等方面極其嚴(yán)格，同時制造工藝復(fù)雜，制造成本高第14頁/共62頁3、同步帶傳送機(jī)電一體化系統(tǒng)對齒形同步帶的要求：高的抗剪強(qiáng)度和耐磨性有高的耐油性和耐熱性背帶有良好的韌性和耐彎曲疲勞能力第15頁/共62頁3、同步帶傳送同步帶的失效形式承載繩斷裂帶型號過小小帶輪直徑過小爬齒和跳齒所傳圓周力過大帶與帶輪的節(jié)距差值過大帶的初拉力過小帶齒的磨損帶齒和齒輪的嚙合干涉帶的張緊力過大其他失效方式由制造安裝誤差引起的帶輪棱邊磨損由于節(jié)距差值太大、嚙合齒數(shù)過少引起的帶齒剪切破壞帶背龜裂承載繩抽出包布層脫落第16頁/共62頁作業(yè)諧波齒輪傳動的優(yōu)點有哪些？常應(yīng)用于哪些場合？常用同步帶有哪些種類？同步帶傳送具有哪些特點？第17頁/共62頁2、滾珠絲杠螺紋結(jié)構(gòu)：絲杠、螺母（內(nèi)滾道、外滾道、滾珠等）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(jìn)或后退，常用作直線運(yùn)動的驅(qū)動。絲杠轉(zhuǎn)動螺母左右移動第18頁/共62頁結(jié)構(gòu)細(xì)說：1、絲杠，主動2、螺母，內(nèi)含內(nèi)滾道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(yùn)行更平穩(wěn)。有些已改進(jìn)為內(nèi)循環(huán)式。5、防塵器，避免灰塵和切屑物進(jìn)入。第19頁/共62頁第20頁/共62頁傳動效率高90%~95%運(yùn)動平穩(wěn)啟動無沖擊工作壽命長高硬度、高精度，壽命為4~10倍定位精度和重復(fù)定位精度高

摩擦小、溫升小、無爬行，無間隙同步性好同時傳動幾個部件可靠性高潤滑密封裝置結(jié)構(gòu)簡單，維修方便不能自鎖需附加自鎖或制動裝置制造工藝復(fù)雜制造精度要求高，成本較高滾珠螺旋傳動和滑動螺旋傳動相比，

具有以下特點：第21頁/共62頁滾珠絲杠的預(yù)緊什么是預(yù)緊？傳動精度軸向間隙滾珠間隙為什么要預(yù)緊？怎么預(yù)緊?常見預(yù)緊方式：1、雙螺母預(yù)緊

基本消除軸向間隙2、單螺母預(yù)緊

間隙可達(dá)0.05mm第22頁/共62頁滾珠絲桿螺紋的軸向間隙調(diào)整（也叫：預(yù)緊）雙螺母預(yù)緊原理單螺母預(yù)緊原理第23頁/共62頁滾珠絲杠副的精度按照《滾珠絲杠副的精度》標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了6個等級：C、D、E、F、G、H，其中C最高，H最低。數(shù)控機(jī)床、精密機(jī)床、精密儀器等常用C、D、E等級。一般動力傳動，精度偏低，可選用F、G。第24頁/共62頁滾珠絲杠副的支撐形式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。第25頁/共62頁（1）兩端裝止推軸承（２）兩端裝止推軸承及向心球軸承（３）一端裝止推軸承，一端裝向心球軸承（４）一端裝止推軸承滾珠絲杠副的支撐形式軸向剛度最高，軸承壽命高，適合高速、高剛度、高精度的精密傳動場合軸向剛度較高，軸承壽命較高，適合中速、精度高的傳動場合軸向剛度不高，適合中速、精度較高的長絲杠傳動，為普通機(jī)械常用軸向剛度低，適合中小載荷、低速的傳動場合，適宜垂直安裝，段絲杠，為普通機(jī)械常用第26頁/共62頁第27頁/共62頁雙向螺旋雙向螺紋結(jié)構(gòu)簡單，機(jī)械手上應(yīng)用很多第28頁/共62頁建筑用長螺桿用于簡單的機(jī)器人上，可以組成大移動量的機(jī)構(gòu)，非常方便．第29頁/共62頁2.3.2支撐零部件支撐件的作用？支撐件的作用：支撐作用基準(zhǔn)定位支撐零件主要有：滑動軸承、滾動軸承、彈簧第30頁/共62頁1、彈簧什么是彈簧？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。彈簧的功能：吸收能量，起到緩沖、防振的作用電梯緩沖器進(jìn)行力的測量秤利用變形儲能，來緩慢釋放能量槍發(fā)射簧復(fù)位按鈕第31頁/共62頁彈簧減震器電梯緩沖器第32頁/共62頁第33頁/共62頁機(jī)器人手設(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。第34頁/共62頁機(jī)器人肩部設(shè)計要領(lǐng)：防止意外斷電時，機(jī)械手臂下墜。第35頁/共62頁2、聯(lián)軸器什么是聯(lián)軸器？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(jī)械零件種類（按兩軸軸線位置分類）剛性聯(lián)軸器彈性聯(lián)軸器萬向聯(lián)軸器第36頁/共62頁（1）剛性聯(lián)軸器什么是剛性聯(lián)軸器？所傳動的兩軸軸線一致連接方法：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接方式，來傳遞扭矩。第37頁/共62頁夾緊環(huán)聯(lián)軸器第38頁/共62頁第39頁/共62頁（2）彈性聯(lián)軸器什么是彈性聯(lián)軸器？所傳動的兩軸軸線對中調(diào)整困難特點：聯(lián)軸器內(nèi)部有彈性部分，常用于電動機(jī)軸的連接第40頁/共62頁彈性聯(lián)軸器連接電動機(jī)與減速器第41頁/共62頁第42頁/共62頁（3）萬向聯(lián)軸器什么是萬向聯(lián)軸器？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(yùn)動和功率第43頁/共62頁3、制動器一般哪些情況會使用制動器？制動器的分類？機(jī)械制動器：螺旋式自動加載制動，盤式制動，閘瓦式制動，電磁制動電氣制動器：利用電動機(jī)電能回饋，將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔馨l(fā)電。電氣制動不能達(dá)到完全停止的制動效果，要保持靜止，必須采用機(jī)械制動。第44頁/共62頁盤式制動器第45頁/共62頁內(nèi)漲式制動器

(鼓式制動器)第46頁/共62頁盤式制動鼓式制動（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)點散熱好，可連續(xù)、高頻率剎車（易于ABS）反應(yīng)速度快，剎車力較平均，剎車力度容易控制排水較佳，可降低因水或泥沙造成的剎車不良結(jié)構(gòu)簡單，維修成本低剎車力度大，制動效果明顯自動煞緊方便安裝手剎裝置制造成本低缺點剎車力較低無自動煞緊作用需要較大的踩踏力量和油壓手剎車裝置不易安裝剎車片磨損大，更換頻率高不易散熱制動裝置受熱，制動效果受影響剎車反應(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零件多，結(jié)構(gòu)略復(fù)雜，維修成本高汽車中盤式制動和鼓式制動第47頁/共62頁4、軸承軸承的分類？滑動軸承滾動軸承隨著機(jī)床精度要求的提高和變速范圍的擴(kuò)大，滾動軸承應(yīng)用越來越廣。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。滾動軸承的潤滑方式？第48頁/共62頁（1）非標(biāo)滾動軸承什么是非標(biāo)滾動軸承？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(biāo)準(zhǔn)軸承而需自行設(shè)計的情形。微型滾動軸承第49頁/共62頁（2）靜壓軸承什么是靜壓軸承？利用外部供油/氣裝置將具有一定壓力的液/氣通過孔進(jìn)入軸套油/氣腔，將軸浮起而形成壓力油/氣膜，以承受載荷。是滑動軸承的一種，有液體靜壓軸承和氣體靜壓軸承第50頁/共62頁（2）靜壓軸承靜壓軸承的特點：承載能力與滑動表面的線速度無關(guān)低、中速，大載荷，高精度剛度大、精度高、抗振性好，摩擦阻力小第51頁/共62頁（3）磁懸浮軸承什么是磁懸浮軸承？利用磁場力無機(jī)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第52頁/共62頁（3）磁懸浮軸承特點無摩擦、高速一般需要配備輔助軸承上海磁懸浮列車無輪機(jī)車運(yùn)營速度430km/h，僅次于飛機(jī)第53頁/共62頁5、導(dǎo)軌導(dǎo)軌副包括運(yùn)動導(dǎo)軌和支撐導(dǎo)軌兩部分各種機(jī)械運(yùn)行時，由導(dǎo)軌副保證執(zhí)行件的正確運(yùn)動軌跡，并影響執(zhí)行件的運(yùn)動特性。第54頁/共62頁導(dǎo)軌的分類：按導(dǎo)軌副運(yùn)動導(dǎo)軌的軌跡分類直線運(yùn)動導(dǎo)軌副旋轉(zhuǎn)運(yùn)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(yùn)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)軌第55頁/共62頁導(dǎo)軌的截面形狀：矩形對稱三角形不對稱三角形第56頁/共62頁燕尾槽圓形第57頁/共62頁導(dǎo)軌副的組合形式（一）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)生的摩擦力矩較大，可能產(chǎn)生自鎖。寬式組合，兩導(dǎo)向側(cè)面間的距離大，承受力矩時產(chǎn)生的摩擦力矩較小，為考慮熱變形，導(dǎo)向面間隙較大，影響導(dǎo)向精度第58頁/共62