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机电一体化系统设计_第二章机械部件选择与设计
d) 弹簧式自动预紧调整
但结构复杂、轴向刚度较差、适合清载场合。
（3）选择滚珠丝杠副支承方式
为了提高滚珠丝杠传动副的支承刚度，从而提高传 动精度，滚珠丝杠副支承方式具有下属四种方式。
a) 单推--单推式支承
特点：两端止推轴承可使滚珠丝杆产生预拉伸力， 提高了丝杆安装刚度，预拉力越大，轴承寿命降低。
3）滚珠丝杠副的选择设计验算步骤
依据最大工作载荷(N)或平均工作载荷(N)作用下的使用寿命T(h)、 丝杆有效工作行程(mm)、丝杠转速(r/min)或平均转速(r/min)、滚 道硬度HRC以及工况等实际工作条件，进行一系列的验算。 〃 承载能力计算与滚珠丝杠副型号选择 在最大静载荷和动载荷条件下，进行弯曲强度、接触应力强度、 疲劳强度等验算，综合决定选择滚珠丝杠副型号。 〃 压杆稳定性验算或校核 压杆稳定性验算或校的基本要求是不影响滚珠丝杠副的精度和 变形附加载荷产生的摩擦阻力超过极限值。 〃 刚度验算 结构刚度（支承方式相关）和接触刚度（导轨滚道）。 **由此才能完成滚珠丝杠副的选择设计工作。
滚珠丝杠副的四种支承方式及其特点
（4）滚珠丝杠副的制动装置
作用：在垂直安装或在高速移动定位时，防止滚珠 丝杠副逆转发生不安全事故或定位不可靠（无自锁能 力）。 常用：超越离合器、双推式电磁离合器（制动器）。
2 1
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3
4
5
4 3 2 1
超越离合器
双推式电磁离合器
超越离合器的工作原理
超越离合器是利用主动件和从动件的转速变化或回转方 向变换而自动接合和脱开的一种离合器。当主动件带动从 动件一起转动时，称为结合状态；当主动件和从动件脱开 以各自的速度回转时，为超越状态。
超越离合器具有以下功能 a.在快速进给机械中实现快慢速转换、超越功能。 b.实现步进间隙运动和精确定位的分度功能。
导轨的设计与选择
一、导轨的设计与选择。
1、对导轨的要求1）导轨精度高导轨精度是指机床的运动部件沿导轨移动时的直线和它与有关基面之间的相互位置的准确性。
无论在空载或切削工件时导轨都应有足够的导轨精度，这是对导轨的基本要求。
2）耐磨性能好导轨的耐磨性是指导轨在长期使用过程中保持一定导向精度的能力。
因导轨在工作过程中难免磨损，所以应力求减少磨损量，并在磨损后能自动补偿或便于调整。
3）足够的刚度导轨受力变形会影响部件之间的导向精度和相对位置，因此要求轨道应有足够的刚度。
4）低速运动平稳性要使导轨的摩擦阻力小，运动轻便，低速运动时无爬行现象。
5）结构简单、工艺性好导轨的制造和维修要方便，在使用时便于调整和维护。
2、对导轨的技术要求1）导轨的精度要求滑动导轨，不管是V-平型还是平-平型，导轨面的平面度通常取0.01〜0.015mm,长度方面的直线度通常取0.005〜0.01mm;侧导向面的直线度取0.01~0.015mm, 侧导向面之间的平行度取0.01〜0.015mm,侧导向面对导轨地面的垂直度取0.005〜0.01mm。
2）导轨的热处理数控机床的开动率普遍都很高，这就要求导轨具有较高的耐磨性，以提高其精度保持性。
为此，导轨大多需要淬火处理。
导轨淬火的方式有中频淬火、超音频淬火、火焰淬火等，其中用的较多的是前两种方式。
二、导轨的种类和特点导轨按运动轨迹可分为直线运动导轨和圆运动导轨；按工作性质可分为主运动导轨、进给运动导轨和调整导轨；按接触面的摩擦性质可分为滑动导轨、滚动导轨和静压导轨等三大类。
1）滑动导轨：是一种做滑动摩擦的普通导轨。
滑动导轨的优点是结构简单，使用维护方便，缺点是未形成完全液体摩擦时低速易爬行，磨损大，寿命短，运动精度不稳定。
滑动导轨一般用于普通机床和冶金设备上。
2）滚动导轨的特点是：摩擦阻力小，运动轻便灵活；磨损小，能长期保持精度；动、静摩擦系数差别小，低速时不易出现"爬行"现象，故运动均匀平稳。
机电一体化系统的机械系统部件选择与设计
❖ 表2-1 传动机构及其功能
运动的变换
动力的变换
形式 行程 方向 速度 大小 形式
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2.2.1 齿轮传动部件
目的：齿轮传动部件是转矩、转速和转向的变换器
1 降速:将伺服电机的高速，小转矩输出变成克服负载所需的低速 、大转矩。 2 使滚珠丝杠和工作台的转动惯量在传动系统中所占比重减少， 以保证传动精度。
外 齿 轮 啮 合
内 齿 轮 啮 合
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齿轮传动间隙的调整
1．直齿圆柱齿轮传动副 （1）偏心套调整法
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（2）锥度齿轮调整法
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（3）双片齿轮错齿调整法
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2．斜齿圆柱齿轮传动副 （1）轴向垫片调整法 （2）轴向压簧调整法
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2.2.2 丝杠螺母机构基本传动形式
主要用来将旋转运动变换为直线运动或将直线运动变换为旋转运动
从滚珠的循环方式、螺纹滚道的截面形状和 消除轴向间隙的调整方法进行区别。
1).滚珠的循环方式有内循环和外循环二种。
内循环---滚珠在循环过程中始终与丝杆表 面保持接触。
在螺母2的侧面孔内装有接通相邻滚道的反向 器4，利用反向器引导滚珠3越过丝杆1的螺 纹顶部进入相邻滚道，形成一个循环回路。 一般在同一螺母上装有2-4个滚珠用反向器， 并沿螺母圆周均匀分布。
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传动机构的基本要求：
《机械装配工艺》PPT课件
修配环选择原则
（1）易于修配、便于装卸
（2）尽量不选公共环为修配 环
Z/2为公共环
四、调整法
定义 实质
组成环按经济精度加工，采用调整的方法 改变某个组成环（称补偿环或调整环）的实际 尺寸或位置，使封闭环达到其公差和极限偏差 的要求。
其实质是装配时调节调整件的相对位置， 或选用合适的调整件，使封闭环达到其公差与 极限偏差要求的装配方法。
在总装或部装时，通过 调整被装零件的相对位 置，使加工误差相互抵 消或使加工误差对装配 精度的影响减小的目的。
调整法特点
特点：组成环可按经济精度制造，可获 得高的装配精度。 但增加了调整装置。
应用
（1）移动调整法和误差抵消调整法应用于小 批生产；
（2）固定调整法应用于大批量生产的场合。
不同装配法装配尺寸链计算方法的选用
根据公式 A0 Ai Ai
300.05,
A5
50 0.08
计算协调环的中间偏差Δ3
i1
im1
0 3 2 1 4 5
Δ3
E3S 3T 23A 0.0 50.2 1 6 0.1m 3 m所以 A3 ： 4＋ 300.0 .133mm
E3 I 3T 23A 0.0 50.2 1 6 0.0m 3 m
分组选配法应用举例
现以汽车发动机活塞、活塞销和连杆组装为例，对分 组装配法进行分析。如图所示为发动机活塞、活塞销和连 杆的组装简图，其中活塞销与活塞销孔为过盈配合，活塞 销与连杆小头孔为间隙配合。
根据装配技术要求，活塞销孔直径D与活塞销直径 dmm的过盈量，即 Ymin=Dmax-dmin Ymax=Dmin-dmax 从公差与配合的知识可知 Ymin-Ymax=T0= Th+Ts
机械水平移动导轨的控制系统设计与优化
机械水平移动导轨的控制系统设计与优化摘要：本文针对机械水平移动导轨控制系统的设计与优化进行了探讨。
在设计过程中，结合机械导轨的工作原理和要求，设计了控制系统的硬件架构和软件算法。
通过对控制系统的测试与分析，优化了系统的性能和稳定性。
结果表明，所设计的控制系统能够满足机械水平移动导轨的精确控制需求。
1. 引言机械水平移动导轨作为一种重要的工业自动化设备，被广泛应用于机械加工、装配线和物料搬运等领域。
机械水平移动导轨的控制系统对于设备的性能和稳定性有着重要的影响。
因此，设计一个高效、精确的控制系统是至关重要的。
2. 控制系统的硬件架构设计机械水平移动导轨的控制系统包括传感器、执行器和控制器三个核心部件。
传感器用于检测导轨的位置和速度，执行器用于控制导轨的运动，控制器用于接收传感器反馈信号，并根据设定值对执行器进行控制。
在硬件架构设计中，我们选择采用先进的微控制器作为控制器的核心。
微控制器具有较强的数据处理和通信能力，并且能够集成多个模块，方便系统的扩展和优化。
同时，我们选用高精度的编码器作为传感器，以确保位置和速度的测量精度。
对于执行器，我们选择电动线性驱动器，可以实现导轨的平稳运动和精确控制。
3. 控制系统的软件算法设计控制系统的软件算法设计包括位置控制算法和速度控制算法两个方面。
在位置控制算法设计中，我们采用比例积分微分（PID）控制算法。
该算法可以通过对误差的连续调整来实现对导轨位置的快速和精确控制。
通过调整PID控制器的参数，可以实现对系统的动态响应和稳态误差的优化。
在速度控制算法设计中，我们采用滑模控制算法。
滑模控制算法具有较好的稳定性和鲁棒性，在速度响应和抗干扰能力方面表现出色。
通过调整滑模控制器的参数，可以实现对导轨速度的快速响应和抗扰动能力的提高。
4. 控制系统的测试与分析为了验证所设计的控制系统的性能和稳定性，我们进行了一系列的测试和分析。
首先，我们对导轨进行了静态特性测试，即在不同位置和速度下测量导轨的稳态误差。
工业机器人第四章-工业机器人结构设计
缺点
直接连结传动
直接装在关节上
结构紧凑
需考虑电机自重，转动惯量大，能耗大
远距离连结传动
经远距离传动装置与关节相连
不需考虑电机自重，平衡性良好
额外的间隙和柔性，结构庞大，能耗大
间接传动
经速比远>1的传动装置与关节相连
经济、对载荷变化不敏感、便于制动设计、方便一些运动转换
传动精度低、结构不紧凑、引入误差，降低可靠性
直接驱动
不经中间关节或经速比=1的传动装置与关节相连
传动精度高，振动小，传动损耗小，可靠性高，响应快
控制系统设计困难，对传感元件要求高，成本高
一 工业机器人总体设计
模块化结构设计 模块化工业机器人 由一些标准化、系列化的模块件通过具有特殊功能的结合部用积木拼搭方式组成的工业机器人系统。 模块化工业机器人的特点 经济性 灵活性 存在的问题 刚度比较差 整体重量偏重 模块针对性待提高
谐波齿轮传动是靠柔性齿轮（柔轮）所产生的可控弹性变形来实现传递运动和动力的。它的基本构件有：柔轮、波发生器和刚轮。三个构件中可任意固定一个，其余两个一为主动、一为从动，可实现减速或增速（固定传动比），也可变换成两个输入，一个输出 ，组成差动传动。
当刚轮固定，波发生器为主动，柔轮为从动时，柔轮在椭圆凸轮作用下产生变形，在波发生器长轴两端处的柔轮轮齿与刚轮轮齿完全啮合；在短轴两端处的柔轮轮齿与刚轮轮齿完全脱开；在波发生器长轴与短轴区间，柔轮轮齿与刚轮轮齿有的处于半啮合状态，称为啮入；有的则逐渐退出啮合处于半脱开状态，称为啮出。由于波发生器的连续转动，使得啮入、完全啮合、啮出、完全脱开这四种情况依次变化，循环不已。由于柔轮比刚轮的齿数少2 ，所以当波发生器转动一周时，柔轮向相反方向转过两个齿的角度，从而实现了大的减速比。
机电一体化系统设计课件——第2章(5)：机械系统的部件选择与设计(轴系)
微型滚动轴承
精 密 分 度 头 主 轴 系 统
上图为一精密分度头主轴系统。它采用的是密 珠轴承，主轴由止推密珠轴承2、4和径向密珠轴承1、 3组成。这种轴承所用滚珠数量多且接近于多头螺旋 排列。由于密集的钢珠有误差平均效应，减小了局 部误差对主轴轴心位置的影响，故主轴回转精度有 所提高；每个钢珠公转时沿着自己的滚道滚动而不 相重复，减小了滚道的磨损，主轴回转精度可长期 保持。实践证明，提高钢珠的密集度有利于主轴回 转精度的提高，但过多地增加钢珠会增大摩擦力矩。 因此，应在保证主轴运转灵活的前提下，尽量增多 钢珠数量。图b为推力密珠轴承保持架孔分布情况， 图c为径向密珠轴承保持架孔的分布情况。
液体静压轴承工作原理
液体静压轴承工作原理 1、2、3、4-油腔；5-金属薄膜；6-圆盒；7-回油槽；8-轴套
磁悬浮轴承工作原理
磁悬浮轴承是利用磁场力将轴无机械摩擦、无润滑地悬浮在空间的一种新型轴承。其工 作原理如下图所示。径向磁悬浮轴承由转子(转动部件)6和定子(固定部件)5两部分组成。定子 部分装上电磁体，保持转子悬浮在磁场中。转子转动时，由位移传感器4检铡转子的偏心，并 通过反馈与基准信号l(转子的理想位置)进行比较，调节器2根据偏差信号进行调节，并把调节 信号送到功率放大器3以改变电磁体(定子)的电流，从而改变磁悬浮力的大小，使转子恢复到 理想位置。 径向磁悬浮轴承的转轴(如主轴一般要配备辅助轴承，工作时辅助轴承不与转轴接触当断 电或磁悬浮失控时能托住高速旋转的转轴，起到完全保护作用。辅助轴承与转子之间的间隙 一般等于转子与电磁体气隙的一半。轴向悬浮轴承的工作原理与径向磁悬浮轴承相同 。
会使轴伸长或使轴系零件间隙发生变化，影响整 个传动系统的传动精度、旋转精度及位置精度。又由 于温度的上升会使润滑油的粘度发生变化，使滑动或 滚动轴承的承载能力降低。
机电一体化系统设计-机械系统设计
• 动态特性影响：系统运行时输出量与输入量之间的关系称动态特性。在 传动系统中，如果传动形式选择不合适，传动比分配不当，转动惯量匹 配不合理都会动使系统运动滞后，响应速度慢，影响系统的动态响应特 性。
• 能耗影响：一个好的机电一体化系统应该是能够充分利用外部输入的能
量、尽可能减少系统本身能量消耗。外部输入能量作用分为三个方面：
• 运动精度影响：运动精度是机电一体化系统的重要技术指标。机械系 统的机械结构变形、传动间隙、零件制造精度对运动精度直接产生影 响。为了提高运动精度，在机械系统设计中要尽可能减少传动链的长 度，提高传动零件的制造精度，消除传动间隙，提高支承件的刚度以 减少系统的变形。
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• 2.1.1 机械系统对机电一体化系统的影响
下面通过一般齿轮传动模型以系统响应速度为设计目标确定系统的 总传比，传动装置简化模型如图2-6所示，M为电动机，G为齿轮传动装 置（减速器），L为负载。 Jm为电动机转子的转动惯量；Jg 为齿轮传动 的转动惯量； JL为负载的转动惯量； φm为电动机的角位移； TLF为摩擦 力矩； i为齿轮系G的总传动比。
TLF 换算到电动机轴上的负载摩擦转矩为 TLF / i；JL换算到电动机轴 上的转动惯量为 JL / i2 。设 Tm为电动机的驱动转矩，在忽略传动装置 惯量的前提下，则电动机轴上的合力矩 Ta 为
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•2.4.3 齿轮传动链设计
Ta
Tm
TLF i
J
m
Jg
JL i2
..
m
J
m
Jg
JL i2
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•2.2.2 功能分解
为了便于设计，可以将机械的总功能分解为若干复杂程度较低的分功 能或功能元，并形成机械的工艺动作过程。图2-1所示为冲压金属片的总 功能，它分解为送料、冲制、退回等子功能。