機(jī)械系統(tǒng)部件的選擇與設(shè)計要求(已修改)
2025-02-26 05:20 本頁面
【正文】 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計第二章第二章 機(jī)械系統(tǒng)部件的選擇與設(shè)計機(jī)械系統(tǒng)部件的選擇與設(shè)計———— 郭世偉郭世偉一、機(jī)械系統(tǒng)部件的設(shè)計要求機(jī)械傳動系統(tǒng)的分析與特性傳統(tǒng)機(jī)械一般由動力件、傳動件和執(zhí)行件組成。信息控制等因素的引入，使作為動力源的傳統(tǒng)電機(jī)轉(zhuǎn)換為具有動力、變速和執(zhí)行等多功能的伺服電機(jī)，其變速功能可在很大程度上代替機(jī)械傳動中的 “調(diào)速裝置 ”，取代了幾個執(zhí)行件之間的傳動聯(lián)系，大大減少了傳動件的數(shù)目，縮短了傳動鏈，簡化了機(jī)構(gòu)，使動力件、傳動件與執(zhí)行件朝著合為一體的最小系統(tǒng)進(jìn)行。典型如控制電機(jī)對負(fù)載的 “直接驅(qū)動 ”等。機(jī)電一體化系統(tǒng)中的機(jī)械傳動裝置，不僅是轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的變換器，而是成為伺服系統(tǒng)的組成部分，要根據(jù)伺服控制的要求進(jìn)行選擇設(shè)計。影響傳動鏈的動力學(xué)性能的因素一般有：負(fù)載的變化，傳動鏈慣性，傳動鏈的固有頻率，間隙、摩擦、潤滑和溫度變化等。機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)要求機(jī)械傳動部件滿足轉(zhuǎn)動慣量小、摩擦小、剛度大、振動特性好、阻尼合理、間隙小，還要求機(jī)械系統(tǒng)的動態(tài)特性與電機(jī)速度環(huán)的動態(tài)特性相匹配等。（ 1）轉(zhuǎn)動慣量 大的轉(zhuǎn)動慣量會使機(jī)械系統(tǒng)的負(fù)載增加，反應(yīng)靈敏度降低，系統(tǒng)固有頻率下降而容易產(chǎn)生諧振，也使電氣驅(qū)動部件的諧振頻率降低，而阻尼增大。各種傳動部件的等效轉(zhuǎn)動慣量的計算。（ 2）剛度 有構(gòu)件基本變形的剛度和兩接觸面的接觸剛度。靜剛度和動剛度。系統(tǒng)剛度越大：伺服系統(tǒng)的失動量（傳動死區(qū)）越??；系統(tǒng)固有頻率越高，超出系統(tǒng)的頻帶寬度，不易產(chǎn)生共振；增加閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性等。（ 3）諧振頻率 包括機(jī)械傳動部件在內(nèi)的彈性系統(tǒng)，若不計阻尼，可簡化為質(zhì)量 彈簧系統(tǒng)，為多自由度系統(tǒng)，有第一諧振頻率和高階諧振頻率等。當(dāng)外界傳來的激振頻率接近或等于系統(tǒng)固有頻率時，系統(tǒng)產(chǎn)生諧振，不能正常工作。還有電氣驅(qū)動部件的諧振頻率。（ 4）摩擦 摩擦分為粘性摩擦、庫侖摩擦和靜摩擦。實際機(jī)械導(dǎo)軌的摩擦特性隨材料和表面狀態(tài)的不同有很大的不同?；瑒幽Σ翆?dǎo)軌易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象，低速運(yùn)動穩(wěn)定性差；滾動摩擦導(dǎo)軌和靜壓摩擦導(dǎo)軌無爬行，但有微小超程；摩擦力與傳動部件的彈性變形產(chǎn)生位置誤差，運(yùn)動反向時，位置誤差形成反轉(zhuǎn)誤差（回差）。（ 5）阻尼機(jī)械部件振動時，機(jī)構(gòu)材料內(nèi)摩擦、運(yùn)動副如導(dǎo)軌的摩擦阻尼等。實際的摩擦阻尼一般簡化為粘性摩擦的線性阻尼，精確分析系統(tǒng)動力學(xué)時可用非線性阻尼特性。阻尼對彈性系統(tǒng)的振動特性的影響：黏性阻尼摩擦越大，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差增加，精度降低；粘性阻尼大，可減小振幅和衰減振動。（ 5）間隙機(jī)械傳動系統(tǒng)中，間隙的存在會產(chǎn)生反轉(zhuǎn)回差，增加輪廓誤差，影響伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性。間隙類型有：齒輪傳動的齒側(cè)間隙，絲杠螺母的傳動間隙，絲杠軸承的軸向間隙，聯(lián)軸器的扭轉(zhuǎn)間隙等。齒輪傳動的齒側(cè)間隙的消除，有：a. 剛性消隙法，調(diào)整后齒側(cè)間隙不能自動補(bǔ)償，但可提高傳動剛度。如調(diào)整兩齒輪的中心距來消除齒側(cè)間隙；錐度齒輪軸向位移來消隙；斜齒圓柱齒輪消隙等。，調(diào)整后齒側(cè)間隙可以自動補(bǔ)償，對齒輪的齒厚、齒距精度要求可下降，但會影響傳動平穩(wěn)性，且傳動剛度低，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。如有雙齒輪錯齒式消隙機(jī)構(gòu)，碟形彈簧消隙機(jī)構(gòu)等。c. 絲杠螺母間隙的調(diào)整：機(jī)械系統(tǒng)部件的設(shè)計要求與一般的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計要求相比，機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械系統(tǒng)要求 定位精度高，動態(tài)響應(yīng)特性好（即響應(yīng)要快，穩(wěn)定性要好）， 為達(dá)到要求， 在設(shè)計中常提出在設(shè)計中常提出 無間隙無間隙、低摩擦、低慣量、高剛度、高諧振頻率、適當(dāng)?shù)淖枘岜?、低摩擦、低慣量、高剛度、高諧振頻率、適當(dāng)?shù)淖枘岜鹊鹊?要求。為達(dá)到上述要求，主要從以下幾方面采取措施：要求。為達(dá)到上述要求，主要從以下
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