机电一体化系统设计基础(0002)幻灯片.ppt

第2章机械系统设计
第二章机械系统设计
机电一体化常用传动部件
齿轮传动
滚珠丝杠
谐波齿轮减速器
机电一体化常用支承部件
支承件
导轨
轴系
机械结构对机电系统的影响
机械系统是机电一体化系统重要组成部分,涉及了机械本体、执行单元两个基本要素。
1984年,美国机械工程师协会(ASME)提出现代机械系统的定义为:“由计算机信息网络协调与控制的、用于完成包括机械力、运动和能量流等动力学任务的机械和(或)机电部件相互联系的系统”。
现代机械是指机电一体化的机械系统,其核心是由计算机控制的,包括机械、电子、液压、光学等技术的伺服系统。机电一体化的机械系统与传统机械系统相比,除要求具有较高的定位精度之外,还应具有良好的动态响应特性。

机械系统是由传动机构、执行机构和支承部件组成,其主要功能是完成一系列相互协调的机械运动。每一个机械运动可单独是由控制电机-传动机构-执行机构组成的若干子系统来完成的,而各个子系统要由控制微机统一协调和控制,以完成其功能要求。

机电一体化常用传动部件
机械传动部件的主要功能是一种把执行元件产生的运动和动力传动给执行机构的中间装置(传递转速和转矩)。
它实质上是一种转矩、转速变换器。其目的是使执行元件与负载之间在转矩、转速等方面得到最佳匹配。
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,而成为伺服系统的组成部分,要根据伺服控制的要求来进行选择设计。
机电一体化常用传动部件
一、机电一体化对机械传动的要求
机械传动部件对伺服系统的伺服性能有很大影响,特别是其传动类型、传动方式、传动精度等方面。因此,机械传动部件除了要求合理的结构、强度、刚度外,同时应具有良好的动态特性:
(1)精度高(2)稳定性好(3)响应快速此外,机电一体化系统中的传动部件应间隙小、惯量小、摩擦小、刚度大、阻尼适合,并满足小型、轻量、高速、低冲击振动、低噪声和高可靠性等技术要求。
常用传动机构及其传动功能
机电一体化常用传动部件
二、齿轮传动

伺服控制系统中,齿轮传动一般是减速传动系统。因此,要求齿轮系统不但有足够的强度,还要有尽可能小的转动惯量,在同样的驱动转矩下,其加速度响应为最大。
由于负载特性和工作条件的不同,最佳传动比有各种各样的选择方法,如“折算负载峰值力矩最小”,“折算负载均方根力矩最小”。在伺服电机驱动负载的传动系统中常用使负载加速度最大原则,以提高伺服系统的响应速度。
图2-1 伺服电机驱动齿轮系统的计算模型
或
根据负载加速度最大原则,其最佳传动比为:
若TLF=0,则