机电一体化系统设计课件第二章机电一体化系统机械部件选择与设计
厚 励 志 勤 工 德 达 理
第2.1节 机械传动部件 2.1节 的选择与设计
2.1.1 机械传动部件及其主要功能 常用传动部件：螺旋传动、 常用传动部件：螺旋传动、齿轮传 同步齿形传动、高速带传动， 动、同步齿形传动、高速带传动，其 它非线性传动元件。 它非线性传动元件。 主要功能：传递力/转矩和速度/ 主要功能：传递力/转矩和速度/转 速——力/转矩、速度/转速变换器。 力 转矩、速度/转速变换器。
c) 双 --双 式 承 推 推 支
特 ： 端 推 承 使 珠 杆 生 大 预 伸 ， 点 两 止 轴 可 滚 丝 产 较 的 拉 力 丝 安 刚 最 ， 拉 随 度 化 变 ， 端 承 紧 不 。 杆 装 度 高 预 力 温 变 而 化 两 轴 预 力 均
d) 双 --自 式 承 推 由 支
特 ： 端 定 另 端 由 丝 刚 较 ， 点 一 固 ， 一 自 ， 杠 度 差 承 能 低 常 于 载 低 、 直 装 丝 传 。 载 力 。 用 轻 、 速 垂 安 的 杠 动
厚 励 志 勤 工 德 达 理
3）消除轴向间隙的调整与预紧方式 无论是滑动丝杠还是滚动丝杠传动， 无论是滑动丝杠还是滚动丝杠传动， 由于在结构上均存在一定的轴向间隙， 由于在结构上均存在一定的轴向间隙， 以及磨损间隙的存在， 以及磨损间隙的存在，为了保证运动传 递的连续性和可靠性， 递的连续性和可靠性，消除轴向间隙并 实施一定预紧， 实施一定预紧，有利于提高丝杠的传递 精度和一定的承载能力。 精度和一定的承载能力。 消除和减小丝杠轴向间隙的主要方法： 消除和减小丝杠轴向间隙的主要方法： 主要分为双螺母螺纹预紧调整 双螺母螺纹预紧调整、 主要分为双螺母螺纹预紧调整、双螺 母垫片式预紧调整、 母垫片式预紧调整、双螺母齿差式预紧 调整、弹簧式自动预紧调整、 调整、弹簧式自动预紧调整、单螺母变 导程预紧调整四种方式 四种方式。 导程预紧调整四种方式。
c) 螺 转 、 杆 动 母 动 丝 移
特 ： 构 杂 站 空 较 、 点 结 复 、 用 间 大 传 时 限 螺 移 和 杆 动 动 需 制 母 动 丝 转
d) 丝 固 ， 母 动 移 杆 定 螺 转 并 动
特 ： 构 单 紧 、 杆 性 高 点 结 简 、 凑 丝 刚 较 但 用 方 ， 应 较 。 使 不 便 故 用 少
b b
b
a) 单圆弧型滚道
b) 双圆弧型滚道
b
单圆弧滚道和双圆弧滚道的结构特点
厚 励 志 勤 工 德 达 理
单圆弧滚道：结构简单， 单圆弧滚道：结构简单， 传递精度由加工质量保证， 传递精度由加工质量保证， 轴向间隙小，无轴向间隙 轴向间隙小， 调整和预紧能力， 调整和预紧能力，加工困 加工精度要求高， 难，加工精度要求高，成 本高， 本高，一般在轻载条件下 工作。 工作。 双圆弧滚道：结构简单， 双圆弧滚道：结构简单， 存在轴向间隙， 存在轴向间隙，加工质量 易于保证， 易于保证，在使用双螺母 结构的条件下， 结构的条件下，具有轴向 间隙调整和预紧能力， 间隙调整和预紧能力，传 递精度高。 递精度高。
（4）丝杠螺母传动的类型与特点
厚 励 志 勤 工 德 达 理
a) 螺 固 、 杆 动 移 母 定 丝 转 并 动
特 ： 构 单 传 精 较 、 点 结 简 、 动 度 高 螺 支 丝 可 除 加 向 动 刚 较 母 承 杆 消 附 轴 窜 ， 性 差
b) 丝 转 ， 母 动 杆 动 螺 移
特 ： 构 凑 丝 刚 较 、 点 结 紧 、 杆 性 高 要 制 母 动 故 导 装 限 螺 转 ， 需 向 置
厚 励 志 勤 工 德 达 理
（3）滚珠丝杠副的典型结构类型 主要按螺纹滚道截面形状、 主要按螺纹滚道截面形状、滚珠的 循环方式、 循环方式、消除轴向间隙的调整与预 紧方式三种形式进行分类。 紧方式三种形式进行分类。 1）按螺纹滚道截面形状分类： ）按螺纹滚道截面形状分类： 分单圆弧型和双圆弧型两类。 分单圆弧型和双圆弧型两类。
双圆弧滚道
单圆弧滚道
厚 励 志 勤 工 德 达 理
2）按滚珠的循环方式分类： 按滚珠的循环方式分类： 内循环方式和外循环方式两类。 内循环方式和外循环方式两类。 a）内循环方式
4 3 2 1 5
浮动式反向器内循环方式
b）外循环方式
厚 励 志 勤 工 德 达 理
端盖式外循环
4
3
2 1
4
插管式外循环
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
厚 励 志 勤 工
a) 单 --单 式 承 推 推 支
特 ： 端 推 承 使 珠 杆 生 拉 力 点 两 止 轴 可 滚 丝 产 预 伸 ， 提 了 杆 装 度 预 力 大 轴 寿 降 。 高 丝 安 刚 ， 拉 越 ， 承 命 低
（2）丝杠螺母机构传递运动的基本条件
厚 励 志 勤 工 德 达 理
1）滑动丝杠螺母机构传递运动基本条件： ）滑动丝杠螺母机构传递运动基本条件： 应有足够的滑移间隙和充分地润滑， 应有足够的滑移间隙和充分地润滑，热 胀冷缩补偿空间；因而， 胀冷缩补偿空间；因而，存在一定的空回 间隙。 间隙。 2）滚珠丝杠螺母机构传递运动的基本条 ） 件： 应有足够的润滑储油空间和热胀冷缩弹 性补偿能力，可实现无间隙工作；因而， 性补偿能力，可实现无间隙工作；因而， 存在一定的表面应力；为了实现连续运转， 存在一定的表面应力；为了实现连续运转， 需一滚珠的回珠装置（内或外）。 需一滚珠的回珠装置（内或外）。
机电一体化机械系统的特殊要求
机电一体化的机械系统与一般机械系统 相比，具有一定的特殊要求： 相比，具有一定的特殊要求：
（1）较高的定位精度。 较高的定位精度。 （2）良好的动态响应特性。 良好的动态响应特性。 ——响应快、稳定性好。 响应快、稳定性好。 响应快 （3）无间隙、低摩擦、低惯量、大刚度。 无间隙、低摩擦、低惯量、大刚度。 （4）高的谐振频率、合理的阻尼比。 高的谐振频率、合理的阻尼比。 这表明了机械系统部件选择与设计时的特 点和要求。 点和要求。
（3）丝杠螺母机构的特点
厚 励 志 勤 工 德 达 理
滑动丝杠螺母机构：结构简单、 滑动丝杠螺母机构：结构简单、加工 方便、成本低，且有自锁功能， 方便、成本低，且有自锁功能，但摩擦 阻力较大、传动效率低(30% 40%)。 (30%~40%) 阻力较大、传动效率低(30% 40%)。 滚动丝杠螺母机构：结构复杂、 滚动丝杠螺母机构：结构复杂、成本 无自锁功能，但摩擦阻力小、 高、无自锁功能，但摩擦阻力小、传动 效率高（92%~98%）、传动精度高 98%）、传动精度高。 效率高（92% 98%）、传动精度高。
厚 励 志 勤 工 德 达 理
在机电一体化机械系统设计中 的主要措施和手段
要达到上述要求， 要达到上述要求 ， 在机电一体化系统 机械系统设计中，可采取的主要措施： 机械系统设计中，可采取的主要措施： （1）采用低摩擦阻力的传动部件和导向 ） 支撑件。 滚珠丝杠副、 支撑件 。 如 ： 滚珠丝杠副 、 滚动导向和 支承、动静压导向和支承。 支承、动静压导向和支承。 （2）缩短传动链，提高传动与支承刚度。 ）缩短传动链，提高传动与支承刚度。 大扭矩、 宽调速的伺服电动机； 如 ： 大扭矩 、 宽调速的伺服电动机 ； 轴 端预紧或预拉伸、 端预紧或预拉伸 、 滚珠丝杠副或滚动导 轨副预紧消除间歇提高刚度。 轨副预紧消除间歇提高刚度。
厚 励 志 勤 工 德 达 理
（3）选择合理（最佳）传动比，提 ）选择合理（最佳）传动比， 高系统分辨率， 高系统分辨率，减少等效到执行元件 输出轴上的等效转动惯量， 输出轴上的等效转动惯量，尽可能的 提高系统的加速能力。 提高系统的加速能力。 （4）尽可能地减小或消除传动误差 ） 和反转误差、减少支承变形， 和反转误差、减少支承变形，最终缩 小反向四区误差。 小反向四区误差。 （5）改进和合理设计支承件和机架 ） 结构，提高刚度、减少振动和噪音。 结构，提高刚度、减少振动和噪音。
4
3
2
1
（2）滚珠丝杠传动的特点
厚 励 志 勤 工 德 达 理
具有传动阻力小； 具有传动阻力小； 传动效率高（ 传动效率高（92%~98%）； ）； 轴向刚度高（适当预紧消除丝杠与螺母之 轴向刚度高（ 间的轴向间隙或预拉丝杠）； 间的轴向间隙或预拉丝杠）； 传动平稳； 传动平稳； 传动精度高； 传动精度高； 不易磨损、使用寿命长等优点； 不易磨损、使用寿命长等优点； 但不能自锁； 但不能自锁； 因而用于高精度传动和升降传动时， 因而用于高精度传动和升降传动时，需制 动定位装置。 动定位装置。
德 达 理
为了提高滚珠丝杠传动副的支承刚度， 为了提高滚珠丝杠传动副的支承刚度，从 而提高传动精度， 而提高传动精度，滚珠丝杠副支承方式具有 下属四种方式。 下属四种方式。
b) 双 --简 式 承 推 支 支
特 ： 珠 杆 端 定 产 一 预 伸 ， 点 滚 丝 一 固 并 生 定 拉 力 另 端 支 适 的 高 杆 装 度 丝 无 变 应 。 一 简 可 当 提 丝 安 刚
S
0 2 0 1
丝杠螺母机构差动传动的工作原理
2.1.3 滚珠丝杠传动部件
厚 励 志 勤 工 德 达 理
（1）滚珠丝杠副 的组成 由带螺旋槽的 丝杆、螺母、 丝杆、螺母、滚 动元件滚珠/滚柱、 动元件滚珠/滚柱、 回珠装置等组成。 回珠装置等组成。 各元件的作用： 各元件的作用：
机械传动部件的作用和要求
厚 励 志 勤 工 德 达 理
主要作用或目的——使执行元件与负载 使执行元件与负载 主要作用或目的 之间在转矩和转速方面达到合理（最佳） 之间在转矩和转速方面达到合理（最佳） 的匹配。 的匹配。 基本要求——传动间隙小、精度高、体 传动间隙小、 基本要求 传动间隙小 精度高、 积小、重量轻、运动平稳、传动转矩大。 积小、重量轻、运动平稳、传动转矩大。 可按传动部件的用途——工作机或信息 可按传动部件的用途 工作机或信息 机的主要功用而确定目标指标和参量。 机的主要功用而确定目标指标和参量。 机电一体化机械传动部件的发展方向 ——精密化，高速化，小型化，轻量化。 精密化， 精密化 高速化，小型化，轻量化。
合集下载
机电一体化系统设计课件
机电一体化系统设计课件1. 简介机电一体化系统是将机械、电子和控制工程相结合，形成一个协同工作的系统。
本课件将介绍机电一体化系统的设计原理、组成部分以及常见应用。
机电一体化系统设计的原理是通过集成机械、电子和控制工程的知识，实现系统的自动化和优化。
设计原理包括以下几个方面：2.1 机械设计机械设计是机电一体化系统设计的基础。
在机械设计中，需要考虑系统的运动学、动力学和机构设计等问题。
通过合理的机械设计，可以实现系统的精确运动和高效能力。
电子设计是机电一体化系统设计的重要组成部分。
在电子设计中，需要考虑系统的传感器、执行器、电路和电源等问题。
通过合理的电子设计，可以实现系统的自动化和智能化。
2.3 控制工程设计控制工程设计是机电一体化系统设计的关键。
在控制工程设计中，需要考虑系统的控制算法、控制器和通信接口等问题。
通过合理的控制工程设计，可以实现系统的稳定性和可靠性。
机电一体化系统由机械部分、电子部分和控制部分组成。
下面将分别介绍这三个部分的组成部分：3.1 机械部分机械部分包括结构、传动、执行和传感器等部件。
结构部件负责支撑和固定系统的其他部件，传动部件负责将能量和动力从一个部件传递到另一个部件，执行部件负责完成系统的特定任务，传感器部件负责感知系统的状态和环境。
电子部分包括电路、传感器、执行器和通信接口等组件。
电路负责系统的信号处理和控制算法的实现，传感器负责感知系统的状态和环境，执行器负责执行系统的动作，通信接口负责系统的数据传输。
3.3 控制部分控制部分包括控制算法、控制器和人机接口等组成部分。
控制算法负责分析系统的状态和环境，并根据预设条件进行控制决策，控制器负责实施控制算法，人机接口负责人机交互和系统监控。
4. 常见应用机电一体化系统在众多领域均有应用，下面介绍其中几个常见的应用：4.1 自动化生产线机电一体化系统被广泛应用于自动化生产线中。
通过集成机械、电子和控制工程的知识，可以实现生产线的自动化和流程优化。
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
6 7
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。
机电一体化系统设计教案2
（3）滚珠丝杠副的典型结构类型 主要按螺纹滚道截面形状、滚珠的 循环方式、消除轴向间隙的调整与预 紧方式三种形式进行分类。 1）按螺纹滚道截面形状分类： 分单圆弧型和双圆弧型两类。
b b
b
a) 单圆弧型滚道
b) 双圆弧型滚道
b
单圆弧滚道和双圆弧滚道的结构特点
单圆弧滚道：结构简单， 传递精度由加工质量保证， 轴向间隙小，无轴向间隙 调整和预紧能力，加工困 难，加工精度要求高，成 本高，一般在轻载条件下 工作。 双圆弧滚道：结构简单， 存在轴向间隙，加工质量 易于保证，在使用双螺母 结构的条件下，具有轴向 间隙调整和预紧能力，传 递精度高。
工 厚 励德 志达 勤理
机电一体化机械系统的特殊要求
机电一体化的机械系统与一般机械系统 相比，具有一定的特殊要求：
（1）较高的定位精度。
工 厚 励德 志达 勤理
（2）良好的动态响应特性。
——响应快、稳定性好。 （3）无间隙、低摩擦、低惯量、大刚度。 （4）高的谐振频率、合理的阻尼比。 这表明了机械系统部件选择与设计时的特 点和要求。
非接触盘式电磁离合器/制动器
工 厚 励德 志达 勤理
非接触式导轨式电磁制动器
工 厚 励德 志达 勤理
（5）滚珠丝杠副的润滑与密封 润滑：主要有脂润滑和滴油润滑。 密封：接触式密封（动或静密封） 和非接触式密封（迷宫式密封）。 防尘与防护：折叠式防尘套、伸缩 式防尘套、伸缩挡板防尘装置等。
工 厚 励德 志达 勤理
双圆弧螺纹滚道的双螺母丝杠副
——主要用于重载，以传递动力和运动 为主，对传递动力和运动的平稳性有较 高的要求，传递精度高、丝杠刚度大防 尘效果好的高精度机器设备上。
预拉方向 调整垫片 螺母A 螺母B 预拉方向
机电一体化系统的机械系统部件选择与设计
4）等效转动惯量最小原则
如二级,等效转动惯量为:
J me
J1
J2 i12
J3
J4
i12
i
2 2
令 dJ me 0, 则 ：
di 1
i1 ( 2 i 2 )1 / 6 i i1i 2
3、齿轮传动间隙的调整方法
普通传动：齿轮啮合朝一个方向 伺服传动：齿轮啮合朝两个方向
间隙
进给系统的位移值之后于指定值 开环中 反向时，出现反向死区
有 冲 击 振 动 运 转 1.5 : 2.5
fH :硬度修正系数 : 硬 度 HRC 60 57.5 55 52.5 50 47.5 45 42.5 40
fH
1 1.1 1.2 1.4 2 2.5 3.3 4.5 5
5、滚珠丝杠螺母副设计选择要点
2）确定丝杠名义直径D及长度L 据最大动载荷Q与承载能力确定名 义直径D； 长度L由工作长度确定。
二、机座或支架
1、机电一体化系统对机座或支架的基本要求
控制热源 2）热变形 采用热平衡
3）稳定性：保护几何尺寸和相对位置的精度
二、机座或支架
2、机座或支架结构设计要点 考虑刚度、安装方式、材料选择、结构工艺性、 成本、生产周期等
（1）提高自身刚度
合理选择截面形状及尺寸 合理布置筋板和加强筋 合理开孔和加盖
二、机座或支架
1、机电一体化系统对机座或支架的基本要求
1）刚度和抗振性
刚度抵抗载荷变形的能力，有静刚度和动刚度。抗振 性是承受受迫振动的能力。动刚度大抗振性好。
动刚度 KW=2Kξ=2KB/Wn
K为静刚度（N/m） ξ为阻尼比
B为阻尼系数
Wn为固有振动频率
二、机座或支架
机电一体化系统设计课件——第2章(3)：机械系统的部件选择与设计(齿轮
打印机中同步带传动
从动轮 驱动轴 驱动轴
伺服电动机 电动机齿轮 字车
字车驱动同步带
色带驱动轮 压带轮 色带驱动带
带传动的类型、结构
A-A
α1 dd1
β
1 3
Ld
2
dd2 α2
平带 V带 多楔带 圆带 (a)摩擦型
同步齿型带 （b）啮合型
特点：
优点：
• 传动效率高（可达98%），能吸振，噪声 低，传动平稳，能高速运行，维护保养方 便等；
g 刚轮的角速度
r 柔轮的角速度
H 波形发生器的角速度
Z g 刚轮的齿数
Zr 柔轮的齿数
1）当柔轮固定时（ωr=0）
irHg
H g H
Zg Zr
波发生器与钢轮传动比 ：iHg
H g
zg zg zr
设zr=200,zg=202时，iHg=101 说明刚轮与波发生器转向相同。
2）当刚轮固定时（ωg=0）
选定执行元件（步进电机）步距角、 系统脉冲当量、和丝杠基本导程L0之后，
其减速比 i 应满足以下关系：
i L0 360
（2）齿轮传动链的级数和各级传动比的分配 齿轮副级数的确定和各级传动比的分配，
Байду номын сангаас按以下三种不同原则进行： 1）最小等效转动惯量原则
2）质量最小原则
3）输出轴的转角误差最小原则
2、谐波齿轮传动
齿轮-----丝杠传动
特点： ➢采用齿轮的目的是达到一定的降 速比要求； ➢必须采取消除间隙的措施尽量减 少齿轮侧隙； ➢机械结构比较复杂。
联轴器--丝杠传动 电机
锥环无键连接或高精度十字联轴器连接
特点： 具有较高的传动精度和传动刚 度，并大大简化了机械结构；
机电一体化系统设计(第2版)第二章机械系统部件及其建模
以进给驱动系统为例,系统中各谐振频率的相互关系
位置调节环的谐振频率ω0p 电气驱动部件(速度环)的谐振频率ω0A 机械传动部件第一个谐振频率ω0mech1
机械传动部件第n个谐振频率ω0mechn
40~120rad/s (2~3)ω0p (2~3)ω0A
(2~3)ω0mech(n-1)
6.间隙
间隙将使机械传动系统产生回程误差,影响伺服系统中位置环的稳定性。有间隙时,应减小位置环增益。间隙的主 要形式有齿轮传动的齿侧间隙、丝杠副的传动间隙、轴承的轴向间隙、联轴器的扭转间隙等。
机械传动部件一般可简化为的二阶振动系统,其阻尼比ζ为：
实际应用中一般取0.4≤ζ≤0.8的欠阻尼,既能保证振荡在一定的范围内过渡过程较平稳、过渡过程时间较 短,又具有较高的灵敏度。
4.刚度
刚度为使弹性体产生单位变形量所需的作用力。对于伺服系统的失动量来说,系统刚度越大,失动量越小。对于 伺服系统的稳定性来说,刚度对开环系统的稳定性没有影响,而对闭环系统的稳定性有很大影响,提高刚度可增 加闭环系统的稳定性。 刚度的提高往往伴随着转动惯量、摩擦和成本的增加,在方案设计中要综合考虑。
二、机械传动系统的特性
1.转动惯量 转动惯量大会使机械负载增大、系统响应速度变慢、灵敏度降低、固有频率下降,容易产生谐振。同时,转动惯 量的增大会使电气驱动部件的谐振频率降低,而阻尼增大。
在满足系统刚度的条件下,机电一体化系统机械部分的质量和转动惯量越小越好。 2.摩擦
三类摩擦力与速度的关系 a)黏性摩擦 b)静摩擦与库仑摩擦
二阶系统传递函数框图
第一节 常用机械系统部件数学模型的建立
左图中m1为汽车质量;c为减振器阻尼系数;k1为弹簧刚度;m2为汽 车轮子的质量;k2为轮胎弹性刚度;x1(t)和x2(t)分别为m1和m2的 绝对位移。由此可以得到系统的动力学方程为：
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部件选择与设计PPT课件
双圆弧滚道：结构简 单，存在轴向间隙，加 工困难，成本高，在使 用双螺母结构的条件下， 具有轴向间隙调整和预 紧能力，传递精度高。
第15页/共87页
单圆弧滚道 双圆弧滚道
2）按滚珠的循环方式分类： 内循环方式和外循环方式两类。
a）内循环方式
4 32
15
浮动式反向器内循环方式
第16页/共87页
b）外循环方式
第20页/共87页
5、滚珠丝杠的间隙调整与预紧
a) 双螺母螺纹预紧调整
特点：结构简单、刚性好、预紧可靠、 调整方便，但无法定量调整。
b) 双螺母垫片预紧调整
特点：结构简单、刚性好、预紧可靠、 使用调整不方便，但无法定量调整。
c) 双螺母齿差预紧调整
d) 弹簧式自动预紧调整
特点：结构较复杂、刚性好、预紧可靠、 可定量调整（0.002mm/齿），精度高、方便。
从而维持其传动精度、延长其使用寿命。 润滑：主要有脂润滑和滴油润滑。
润滑脂一般在装配时放进滚珠螺母滚道内定期润滑；
润滑油通常通过注油孔注油。 密封：接触式密封（动或静密封）和非接触式密封（迷宫式 密封）。
接触式密封圈用具有弹性的耐油橡胶或尼龙等材料制成，因 此有接触压力并产生一定的摩擦力矩，但防尘效果好。
第二章 机电一体化系统
机械系统部件的选择与设计
第2.1节 机械系统的选择与设计要求
机电一体化系统的机械系统与一般机械系
厚 统相比，除要求具有较高的定位精度之外，
励 志
达 理
勤
工
还具有良好的动态响应特性（响应快、稳定 性好）。典型机电一体化系统的构成——机 械构件及其传动部件、控制部件、接口电路、
功率放大电路、执行元件、导向支承件以及
第15页/共87页
单圆弧滚道 双圆弧滚道
2）按滚珠的循环方式分类： 内循环方式和外循环方式两类。
a）内循环方式
4 32
15
浮动式反向器内循环方式
第16页/共87页
b）外循环方式
第20页/共87页
5、滚珠丝杠的间隙调整与预紧
a) 双螺母螺纹预紧调整
特点：结构简单、刚性好、预紧可靠、 调整方便，但无法定量调整。
b) 双螺母垫片预紧调整
特点：结构简单、刚性好、预紧可靠、 使用调整不方便，但无法定量调整。
c) 双螺母齿差预紧调整
d) 弹簧式自动预紧调整
特点：结构较复杂、刚性好、预紧可靠、 可定量调整（0.002mm/齿），精度高、方便。
从而维持其传动精度、延长其使用寿命。 润滑：主要有脂润滑和滴油润滑。
润滑脂一般在装配时放进滚珠螺母滚道内定期润滑；
润滑油通常通过注油孔注油。 密封：接触式密封（动或静密封）和非接触式密封（迷宫式 密封）。
接触式密封圈用具有弹性的耐油橡胶或尼龙等材料制成，因 此有接触压力并产生一定的摩擦力矩，但防尘效果好。
第二章 机电一体化系统
机械系统部件的选择与设计
第2.1节 机械系统的选择与设计要求
机电一体化系统的机械系统与一般机械系
厚 统相比，除要求具有较高的定位精度之外，
励 志
达 理
勤
工
还具有良好的动态响应特性（响应快、稳定 性好）。典型机电一体化系统的构成——机 械构件及其传动部件、控制部件、接口电路、
功率放大电路、执行元件、导向支承件以及
机电一体化系统设计(最终版)ppt课件
2020/4/11
电力拖动
22
第三节 机电一体化的相关技术
机械技术（精密机械技术）
是机电一体化的基础。机电一体化的机械产 品与传统的机械产品的区别在于：机械结构 更简单、机械功能更强、性能更优越。
机械技术的出发点在于如何与机电一体化技 术相适应，利用其他高新技术来更新概念， 实现结构、材料、性能以及功能上的变更。
现代机械：以力学、电子学、计算机学、控制 论、信息论等为理论基础，以经验、机、电、 计算机、传感与测试等技术为实践基础。
机械：强度高、输出功率大、承载大载荷；实 现微小复杂运动难。
电子：可实现复杂的检测和控制；但无法实现 重载运动。
202的定义
机电一体化是在以机械、电子技术和计算 机科学为主的多门学科相互渗透、相互结 合过程中逐渐形成和发展起来的一门新兴 边缘技术学科。
2020/4/11
电力拖动
39
第四节 机电一体化系统的 基本功能要素
接口
将各要素或子系统连接成为一个有机整体， 使各个功能环节有目的地协调一致运动， 从而形成机电一体化的系统工程。
其基本功能主要有三个：变换、放大、传 递
2020/4/11
电力拖动
40
第五节 本课程的目的和要求
本课程的目的和要求
第三节 机电一体化的相关技术
自动控制技术
自动控制技术的目的在于实现机电一体化 系统的目标最佳化。 机电一体化系统中的自动控制技术主要包 括位置控制、速度控制、最优控制、自适 应控制、模糊控制、神经网络控制等。
2020/4/11
电力拖动
26
第三节 机电一体化的相关技术
伺服驱动技术
伺服驱动技术就是在控制指令的指挥下， 控制驱动元件，使机械的运动部件按照指 令要求运动，并具有良好的动态性能。 常见的伺服驱动系统主要有电气伺服和液 压伺服。
机械系统部件的选择与设计要求PPT(53张)
（3）谐振频率 包括机械传动部件在内的弹性系统，若不计 阻尼，可简化为质量-弹簧系统，为多自由度系统，有第一谐振 频率和高阶谐振频率等。当外界传来的激振频率接近或等于系 统固有频率时，系统产生谐振，不能正常工作。
还有电气驱动部件的谐振频率。
（4）摩擦 摩擦分为粘性摩擦、库仑摩擦和静摩擦。
实际机械导轨的摩擦特性随材料和表面状态的不同有很 大的不同。
机电一体化系统设计
——郭世伟
第二章 机械系统部件的选择与设计
一、机械系统部件的设计要求
1、机械传动系统的分析与特性
传统机械一般由动力件、传动件和执行件组成。信息控 制等因素的引入，使作为动力源的传统电机转换为具有动力、 变速和执行等多功能的伺服电机，其变速功能可在很大程度上 代替机械传动中的“调速装置”，取代了几个执行件之间的传 动联系，大大减少了传动件的数目，缩短了传动链，简化了机 构，使动力件、传动件与执行件朝着合为一体的最小系统进行。 典型如控制电机对负载的“直接驱动”等。
对工作机中的传动机构，要求实现运动和动力的变换， 对信息机中的传动机构，主要是运动的变换功能。
常用机械传动部件及其运动、动力变换功能列表如下：
（二）丝杠螺母传动机构
1、基本传动形式 丝杠螺母机构为螺旋传动机构，主要实现旋转运动与直
线运动间的相互变换，应用于能量传递（传力螺旋）、运动传 递（传动螺旋）和零件相对位置的调整（调整螺旋）等。
c.
பைடு நூலகம்
丝杠螺母间隙的调整：
2、机械系统部件的设计要求
与一般的机械系统设计要求相比，机电一体化系统 的机械系统要求定位精度高，动态响应特性好（即响应要 快，稳定性要好），为达到要求，在设计中常提出无间隙、 低摩擦、低惯量、高刚度、高谐振频率、适当的阻尼比等 要求。为达到上述要求，主要从以下几方面采取措施：
还有电气驱动部件的谐振频率。
（4）摩擦 摩擦分为粘性摩擦、库仑摩擦和静摩擦。
实际机械导轨的摩擦特性随材料和表面状态的不同有很 大的不同。
机电一体化系统设计
——郭世伟
第二章 机械系统部件的选择与设计
一、机械系统部件的设计要求
1、机械传动系统的分析与特性
传统机械一般由动力件、传动件和执行件组成。信息控 制等因素的引入，使作为动力源的传统电机转换为具有动力、 变速和执行等多功能的伺服电机，其变速功能可在很大程度上 代替机械传动中的“调速装置”，取代了几个执行件之间的传 动联系，大大减少了传动件的数目，缩短了传动链，简化了机 构，使动力件、传动件与执行件朝着合为一体的最小系统进行。 典型如控制电机对负载的“直接驱动”等。
对工作机中的传动机构，要求实现运动和动力的变换， 对信息机中的传动机构，主要是运动的变换功能。
常用机械传动部件及其运动、动力变换功能列表如下：
（二）丝杠螺母传动机构
1、基本传动形式 丝杠螺母机构为螺旋传动机构，主要实现旋转运动与直
线运动间的相互变换，应用于能量传递（传力螺旋）、运动传 递（传动螺旋）和零件相对位置的调整（调整螺旋）等。
c.
பைடு நூலகம்
丝杠螺母间隙的调整：
2、机械系统部件的设计要求
与一般的机械系统设计要求相比，机电一体化系统 的机械系统要求定位精度高，动态响应特性好（即响应要 快，稳定性要好），为达到要求，在设计中常提出无间隙、 低摩擦、低惯量、高刚度、高谐振频率、适当的阻尼比等 要求。为达到上述要求，主要从以下几方面采取措施：