機電一體化系統(tǒng)的機械系統(tǒng)部件選擇與設(shè)計(已修改)
2025-04-03 07:45 本頁面
【正文】 1 學習目標 機電一體化系統(tǒng)的機械系統(tǒng)部件選擇與設(shè)計 2 相關(guān)基礎(chǔ)回顧 (一 )、摩擦 :摩擦力可分為三種： 靜摩擦力、庫侖摩擦力和粘性摩擦力（動摩擦力 =庫侖摩擦力+粘性摩擦力）。 負載處于靜止狀態(tài)時，摩擦力為靜摩擦力，隨著外力的增加而增加，最大值發(fā)生在運動前的瞬間。運動一開始，靜摩擦力消失，靜摩擦力立即下降為庫侖摩擦力，大小為一常數(shù) F=μmg，隨著運動速度的增加，摩擦力成線性的增加，此時的摩擦力為粘性摩擦力（與速度成正比的阻尼稱為粘性阻尼）。 摩擦對機電一體化伺服系統(tǒng)的主要影響是： 降低系統(tǒng)的響應速度；引起系統(tǒng)的動態(tài)滯后和產(chǎn)生系統(tǒng)誤差；在接近非線性區(qū)，即低速時產(chǎn)生爬行。 根據(jù)經(jīng)驗， 克服摩擦力所需的電機轉(zhuǎn)矩 Tf與電動機額定轉(zhuǎn)矩TK的關(guān)系為 ＜ Tf＜ TK 3 爬行就產(chǎn)生在這非線形區(qū)。 在使用中應盡可能減小靜摩擦力與動摩擦力的差值；并使動摩擦力盡可能小且為正斜率較小的變化 。 4 (二 )、爬行 當絲杠 1作極低的勻速運動時，工作臺 2可能會出現(xiàn) — 快一慢或跳躍式的運動，這種現(xiàn)象稱為 爬行 。 5 1） 產(chǎn)生爬行的原因和過程 勻速運動的主動件 1，通過壓縮彈簧推動靜止的運動件 3，當運動件 3受到的逐漸增大的彈簧力小于靜摩擦力 F時， 3不動。直到彈簧力剛剛大于 F時， 3才開始運動，動摩擦力隨著動摩擦系數(shù)的降低而變小， 3的速度相應增大，同時彈簧相應伸長，作用在 3上的彈簧力逐漸減小， 3產(chǎn)生負加速度，速度降低，動摩擦力相應增大，速度逐漸下降，直到 3停止運動，主動件 1這時再重新壓縮彈簧，爬行現(xiàn)象進入下一個周期。 6 由上述分析可知， 低速進給爬行現(xiàn)象的產(chǎn)生主要取決于下列因素： ① 靜摩擦力與動摩擦力之差，這個差值越大，越容易產(chǎn)生爬行。 ② 進給傳動系統(tǒng)的剛度 K越小、越容易產(chǎn)生爬行。 ③ 運動速度太低。 7 2） 不發(fā)生爬行的臨界速度 臨界速度可按下式進行估算 （ m/s） 式中 ΔF靜、動摩擦力之差（ N）； K傳動系統(tǒng)的剛度（ N／ m）； ξ阻尼比； m從動件的質(zhì)量（ kg）。 以下兩種觀點有利于降低臨界速度： 適當?shù)?增加系統(tǒng)的慣性 J和 粘性摩擦系數(shù) f，有利于改善低速爬行現(xiàn)象，但慣性增加會引起伺服系統(tǒng)響應性能降低；增加粘性摩擦系數(shù)也會增加系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，設(shè)計時應優(yōu)化處理。 KmFVK ??4??8 3） 消除爬行現(xiàn)象的途徑（實際做法） ① 提高傳動系統(tǒng)的剛度 a．在條件允許的情況下，適當提高各傳動件或組件的剛度，減小各傳動軸的跨度，合理布置軸上零件的位置。如適當?shù)募哟謧鲃咏z杠的直徑，縮短傳動絲杠的長度，減少和消除各傳動副之間的間隙。 b．盡量縮短傳動鏈，減小傳動件數(shù)和彈性變形量。 c．合理分配傳動比，使多數(shù)傳動件受力較小，變形也小。 d．對于絲杠螺母機構(gòu)，應采用整體螺母結(jié)構(gòu)，以提高絲杠螺母的接觸剛度和傳動剛度。 ② 減少摩擦力的變化 a．用滾動摩擦、流體摩擦代替滑動摩擦，如采用滾珠絲杠、靜壓螺母、滾動導軌和靜壓導軌等。從根本上改變摩擦面間的摩擦性質(zhì)，基本上可以消除爬行。 b．選擇適當?shù)哪Σ粮辈牧?，降低摩擦系?shù)。 c．降低作用在導軌面的正壓力，如減輕運動部件的重量，采用各種卸荷裝置，以減少摩擦阻力。 d．提高導軌的制造與裝配質(zhì)量，采用導軌油等都可以減少摩擦力的變化。 9 （三）、阻尼 在系統(tǒng)設(shè)計時，考慮綜合性能指標，一般取 ξ＝ ~ 。 （四）．剛度 采用彈性模量高的材料，合理選擇零件的截面形狀和尺寸，對齒輪、絲杠、軸承施加預緊力等方法提高系統(tǒng)的剛度。 對于伺服機械傳動系統(tǒng)， 增大系統(tǒng)的傳動剛度有以下好處： （ 1）可以減少系統(tǒng)的死區(qū)誤差（失動量），有利于提高傳動精度； （ 2）可以提高系統(tǒng)的固有頻率，有利于系統(tǒng)的抗振性； （ 3）可以增加閉環(huán)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性 。 10 （五）．諧振頻率 對于閉環(huán)系統(tǒng)，要求機械傳動系統(tǒng)中的最低固有頻率（最低共振頻率）必須大于電氣驅(qū)動部件的固有頻率。 對于機械傳動系統(tǒng)，它的固有頻率取決于系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的剛度及慣量，因此在機械傳動系統(tǒng)的
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