【正文】 的功率不同 , 其傳動比的分配也有所不同 。 若總傳動比較大 ， 又不準備采用諧波 、 少齒差等傳動， 需要確定傳動級數(shù) ， 并在各級之間分配傳動比 。 LmLmLmi???????????????mmm ??? ??? 、LLL ??? ??? 、 機電一體化系統(tǒng)的機械結構及功能 TLF換算到電動機軸上的阻抗轉矩為 TLF /i ； JL換算到電動機軸上的轉動慣量為 JL /i2。 機電一體化系統(tǒng)的機械結構及功能 2） 壓桿穩(wěn)定性核算 ? ? m ax22 FKlEIfF skk ?? ? 機電一體化系統(tǒng)的機械結構及功能 3）剛度的驗算 IEMlESFlL??????2200 機電一體化系統(tǒng)的機械結構及功能 （五）齒輪傳動 齒輪傳動形式及其傳動比的最佳匹配 1）常用的齒輪減速裝置傳動形式 圖 常用減速裝置傳動形式 機電一體化系統(tǒng)的機械結構及功能 2）齒輪傳動系總傳動比的確定 在伺服系統(tǒng)中 ,通常采用 負載角加速度最大原則 選擇總傳動比 ,以提高伺服系統(tǒng)的響應速度 。螺紋長度 ls在允許的情況下要盡量短，一般 ls/d0小于 30為宜； ② 基本導程 l0應按承載能力、傳動精度及傳動速度選取， l0大承載能力也大， l0小傳動精度較高。 機電一體化系統(tǒng)的機械結構及功能 滾動螺旋傳動的設計計算 （ 1）滾珠絲杠副結構的選擇 根據(jù)防塵防護條件以及對調(diào)隙及預緊的要求，可選擇適當?shù)慕Y構形式。常用的潤滑劑有潤滑油和潤滑脂兩類。 機電一體化系統(tǒng)的機械結構及功能 圖 電磁 —— 摩擦制動裝置原理圖 3）制動實例 A：結構組成 B：制動原理 運動部件 摩擦離合器 電磁線圈 鐵心 機電一體化系統(tǒng)的機械結構及功能 滾珠絲杠副的密封與潤滑 1螺旋彈簧鋼帶式伸縮套管； 2波紋管密封套 原因：滾珠絲杠副可用防塵密封圈或防護套密封來防止灰塵及雜質進人滾珠絲杠副，使用潤滑劑來提高其耐磨性及傳動效率，從而維持其傳動精度、延長其使用壽命。 機電一體化系統(tǒng)的機械結構及功能 4）雙推 —— 自由式 結構與特點： 一端安裝 止推軸承 與 深溝球軸承 的組合，另一端懸空呈自由 狀態(tài)，故軸向剛度和承載能力低，多用于輕載、低速的垂直安裝的絲杠傳動系統(tǒng)。 特點：該方式適合于高剛度、高轉速、高精度的精密絲杠傳動系統(tǒng)。 彈簧 機電一體化系統(tǒng)的機械結構及功能 （ 5）單螺母變位導程自預緊式和單螺母滾珠過盈預緊式 結構原理：在滾珠螺母體內(nèi)的兩列循環(huán)滾珠鏈之間，使內(nèi)螺紋滾道在軸向制作一個的導程 突變量 ，從而使二列滾珠產(chǎn)生軸向錯位而實現(xiàn)預緊，預緊力的大小取決于突變量和單列滾珠的徑向間隙。 機電一體化系統(tǒng)的機械結構及功能 （ 3）雙螺母墊片調(diào)整預緊式 結構與原理：調(diào)整墊片 1的厚度，可使兩螺母 2產(chǎn)生相對位移，以達到消除間隙、產(chǎn)生預緊拉力之目的。 特點：結構簡單、剛性好、預緊可靠，使用中調(diào)整方便，但不能 精確定量 地進行調(diào)整。常以單螺母形式用作升降傳動機構。但是徑向尺寸較大，彎管端部用作擋珠器比較容易磨損。 機電一體化系統(tǒng)的機械結構及功能 b,外循環(huán)方式 1）螺旋槽式 結構：在螺母 2的外圓表面上銑出螺紋凹槽，槽的兩端鉆出兩個與螺紋滾道 相切 的通孔，螺紋滾道內(nèi)裝入兩個擋珠器 4引導滾珠 3通過這兩個孔，應用套筒 1蓋住凹槽，構成滾珠的循環(huán)回路。 雙圓弧滾道 單圓弧滾道 機電一體化系統(tǒng)的機械結構及功能 （ 2）滾珠的循環(huán)方式 圖 內(nèi)循環(huán) 工作原理 在螺母 2的側面孔內(nèi)裝有接通相鄰滾道的反向器 4，利用反向器引導滾珠 3越過絲桿 1的螺紋頂部進入相鄰滾道，形成一個循環(huán)回路。 （ 1）螺紋滾道型面 (法向 )的形狀及主要尺寸 圖 螺紋滾道法向截面形狀 機電一體化系統(tǒng)的機械結構及功能 單圓弧滾道和雙圓弧滾道的結構特點 單圓弧滾道 ： 結構簡單，存在軸向間隙，加工質量易于保證，在使用雙螺母結構的條件下，具有軸向間隙調(diào)整和預緊能力，傳遞精度高。 機電一體化系統(tǒng)的機械結構及功能 （ 2）滾珠絲杠的特點 滾珠絲杠副與滑動絲杠副相比有如下特點： 優(yōu)點： ①傳動效率高（ ～ ）； ②傳動精度高； ③摩擦小、不易磨損，壽命長； ④運動的可逆性； ⑤結構復雜，工藝性差，成本高。當絲桿 2轉動時，可動螺母 1的移動距離為 S=n (l01－ l02)，如果兩基本導程的大小相差較少，則可獲得較小的位移 S。適用于工作行程較大的場合。但其軸向尺寸不易太長，剛性較差。 滾動絲杠螺母機構 ：結構復雜、成本高、無自鎖功能，但摩擦阻力小、傳動效率高（ 92%~98%）、傳動精度高。 三者功能總結：實現(xiàn)傳遞運動和動力，支撐和導向，聯(lián)系機電一體化系統(tǒng)各部件并實現(xiàn)其構造功能。 機械系統(tǒng)部件設計要求 機電一體化系統(tǒng)的機械結構及功能 德國的排爆機器人 一、 機械系統(tǒng)組成 傳動結構 ：主要功能是傳遞能量和運動 ，是一種力、速度變換器。 如：大扭矩 、 寬調(diào)速的伺服電動機；軸端預緊或預拉伸 、 滾珠絲杠副或滾動導軌副預緊消除間歇提高剛度 。 4. 高的諧振頻率 、 合理的阻尼比 。 2. 良好的動態(tài)響應特性 — 響應快 、 穩(wěn)定性好 。 要求機械系統(tǒng)從接到指令到開始執(zhí)行指令指定的任務之間的時間間隔短 ， 這樣控制系統(tǒng)才能及時根據(jù)機械系統(tǒng)的運行狀態(tài)信息 ， 下達指令 ，使其準確地完成任務 。 機械系統(tǒng)部件設計要求 二、主要措施和手段 1. 采用 低摩擦 阻力的傳動部件和導向支撐件 。 3. 選擇合理 （ 最佳 ） 傳動比 ， 提高系統(tǒng)分辨率 ， 減少等效到執(zhí)行元件輸出軸上的等效轉動慣量 ， 盡可能的提高系統(tǒng)的加速能力。 導向機構： 支撐和限制運動部件按給定的運動要求和給定的運動方向運動，為機械系統(tǒng)中各運動裝置安全、準確地完成其特定方向的運動提供保障。 機電一體化系統(tǒng)的機械結構及功能 機械傳動部件的主要功能是傳遞轉矩和轉速； 它的 實質 是一種轉矩、轉速變換器； 它的 目的 是使執(zhí)行部件與負載之間在轉矩與轉速方面得到最佳匹配。 三、 絲杠螺母機構 機電一體化系統(tǒng)的機械結構及功能 絲杠螺母機構傳遞運動的基本條件 1）滑動絲杠螺母機構傳遞運動基本條件： 應有足夠的滑移間隙和充分地潤滑，熱脹冷縮補償空間；因而，存在一定的空回間隙。因此只適用于行程較小的場合。 機電一體化系統(tǒng)的機械結構及功能 3)螺母轉動、絲桿移動 如圖 c所示，該傳動形式需要限制螺母移動和絲桿的轉動，由于結構較復雜且占用軸向空間較大，故應用較少。因此，這種傳動方式多用于各種微動機構中。 ⑥軸向剛度高 (即通過適當預緊可消除絲杠與螺母之間的軸向間隙 )； ⑦運動平穩(wěn)。 因此運行特性不夠穩(wěn)定。 a,內(nèi)循環(huán)方式（始終接觸） 特點：優(yōu)：滾珠循環(huán)的回路短、流暢性好、效率高、螺母的徑向尺寸也較小。 結構的特點：工藝簡單、徑向尺寸小、易于制造，但是擋珠器剛性差、易磨損。 機電一體化系統(tǒng)的機械結構及功能 3）端蓋式 結構：在螺母 1上鉆出縱向孔作為滾子回程滾道，螺母兩端裝有兩塊扇形蓋板或套筒 2，滾珠的回程道口就在蓋板上。 機電一體化系統(tǒng)的機械結構及功能 滾珠絲杠副的主要尺寸參數(shù) 機電一體化系統(tǒng)的機械結構及功能 滾珠絲杠副的精度等級及標注方法 螺紋旋向 ， 右旋不標 檢查項目標號 精度等級 負載滾珠總圈數(shù) 基本導程 公稱直徑 預緊方式 （ 見各廠代號 ） 循環(huán)方式 （ 見各廠代號 ） 外形結構特征 （ 見各廠代號 ） （ 1）、精度等級 （ 2）、標注方法 尺寸系列 推薦采用的精度等級 機電一體化系統(tǒng)的機械結構及功能 消除間隙和調(diào)整預緊 （ 1）雙螺母螺紋預緊調(diào)整式 結構：螺母 3的外端有凸緣，而螺母 4的外端雖無凸緣，但制有螺紋，并通過二個圓螺母固定。 機電一體化系統(tǒng)的機械結構及功能 （ 2）雙螺母齒差預緊調(diào)整式 結構：兩個螺母的兩端分別制有圓柱齒輪 3，二者齒數(shù)相差一個齒，通過二端的兩個內(nèi)齒輪 2與上述圓柱齒輪相嚙合并用螺釘和定位銷固定在套筒 1上。 特點：結構簡單剛度高、預緊可靠，但使用中調(diào)整不方便。 特點：結構簡單緊湊，但使用中不能調(diào)整，且制造困難。但隨 溫度 的升高會使絲杠的預緊力增大， 易造成兩端支承的預緊力不對稱。 機電一體化系統(tǒng)的機械結構及功能 （ 2）軸承的組合安裝支承示例 機電一體化系統(tǒng)的機械結構及功能 機電一體化系統(tǒng)的機械結構及功能 機電一體化系統(tǒng)的機械結構及功能 機電一體化系統(tǒng)的機械結構及功能 （ 3）制動裝置 超越離合器 1－外圈 2－星輪 3－滾柱 4－活銷 5－彈簧 1） 制動原因：因滾珠絲杠傳動效率高，無自鎖作用，故在垂直安裝狀態(tài)，必須設置防止因驅動力中斷而發(fā)生逆?zhèn)鲃拥淖枣i、制動或重力平衡裝置。 密封圈類型：接觸式和非接觸式兩種，其裝在滾珠螺母的兩端。潤滑脂一般在裝配時放進滾珠螺母滾道內(nèi)定期潤滑，商使用潤滑油時應注意經(jīng)常通過注油孔注油。例如，當允許有間隙存在時（如垂直運動）可選用具有單圓弧螺紋滾道的單螺母滾珠絲杠副；當必須有預緊或使用過程中因磨損而需要定期調(diào)整時，應采用雙螺母螺紋預緊或齒差預緊式結構；當具備良好的防塵條件，且只需在裝配時調(diào)整間隙及預緊力時，可采用結構簡單的雙螺母墊片調(diào)整預緊式結構。要求傳動速度快時，可選用大導程滾珠絲杠副。 傳動模型如圖 21所示。 設 Tm為電動機的驅動轉矩 , 在忽略傳動裝置慣量的前提下 ,根據(jù)旋轉運動方程 ,電動機軸上的合轉矩 Ta為： LmLFmmLLmmLmLFmaJiJTiTiiJJiJJiTTT????????????222)()(?????????則 (21) 機電一體化系統(tǒng)的機械結構及功能 在式 (21)中 ,若改變總傳動比 i,則 也隨之改變 。 單級傳動比增大使傳動系統(tǒng)簡化 ， 但大齒輪的尺寸增大會使整個傳動系統(tǒng)的輪廓尺寸變大 。 機電一體化系統(tǒng)的機械結構及功能 對于 n級齒輪系 ,有 由此可見 , 各級傳動比分配的結果應遵循 “ 前小后大 ” 的原則 。 ?可利用 Je/J1 與 i的關系確定傳動級數(shù) 。 圖 2 圖 25及圖 26的用法參見 例 22。 查圖 25, 得 i1＝ 。 驗算 i1 i2 i3 i 4＝ 。 n iiii ???? ?321 機電一體化系統(tǒng)的機械結構及功能 （ 2） 大功率傳動裝置 大功率減速傳動裝置按質量最小原則確定的各級傳動比表現(xiàn)為 “ 前大后小 ” 的傳動比分配方式 。 解：查圖 28可得 i1≈12， i2≈5， i3≈ 機電一體化系統(tǒng)的機械結構及功能 c、輸出軸轉角誤差最小原則 為了提高機電一體化系統(tǒng)中齒輪傳動系統(tǒng)傳遞運動的精度 ， 各級傳動比應按 “ 先小后大 ” 原則分配 ，以便降低齒輪的加工誤差 、 安裝誤差以及回轉誤差對輸出轉角精度的影響 。 因此 ,要提高傳動精度, 就應 減少傳動級數(shù) , 并使末級齒輪的傳動比盡可能大 ,制造精度盡可能高 。 （ 3）對于要求質量盡可能小的降速傳動鏈 ,可按質量最小原則設計。 【 二 】 剛輪 ……是剛性的內(nèi)齒輪。柔輪是薄圓筒形，由于波形發(fā)生器的長徑比柔輪內(nèi)徑略大，故裝配在一起時就將柔輪撐成橢圓形。當波形發(fā)生器逆時針轉一圈時，兩輪相對位移為兩個齒矩。 機電一體化系統(tǒng)的機械結構及功能 5）齒輪傳動間隙的消除措施 (1)圓柱齒輪傳動 圖 偏心軸套式消除間隙結構 偏心環(huán) 2－電液脈沖馬達 （ a）偏心軸套調(diào)整法 機電一體化系統(tǒng)的機械結構及功能 圖 帶錐度齒輪的消除間隙結構 3－齒輪 2－墊片 （ b）軸向墊片調(diào)整法（錐度齒輪調(diào)整法） 機電一體化系統(tǒng)的機械結構及功能