机电一体化系统中的机械设计

1 i12
i2 i14
)
J em 0 i1
可得 i 2
i14 1 2
可整理ppt
电动机
J1
J4
i1
i2
J 2
J11 3
对于n级齿轮系作同类分析可得：
2n n1 1
i1 22 2n 1 i 2n 1
ik
2k1
2
i 2n
2
2n
1
（K=2～n）
P40 例3-1
确定小功率传动级数的曲线
50
n=1
n=2 n=3
n=4
用于大功
n=5
率传动确
10
定传动级
数的曲线
Je/J1
10
100 256 1000
i
i1
ik
10
8 6
n=1
4
n=2 n=3 n=4
2
n=5
0
10
100
1000 101
i
8 6
用于大功率传动 确定第一级传动
4
比的曲线
2 B
用于大功率传动 确定第一级齿轮 副以后各级传动 比的曲线
可整理ppt
4
导向机构 不仅要支承、固定和联接系统中 的其它零部件，还要保证这些零部件之间 的相互位置要求和相对运动的精度要求， 为机械系统中各运动装置能安全、准确地 完成其特定方向的运动提供保障。
执行机构 最终完成操作任务的部分。执行 机构根据操作指令的要求在动力源的带动 下，完成预定的操作。与传统的执行机构 相比，机电一体化系统的简化了机械执行 机构，而充分发挥计算机的协调和控制功 能。
机械产品都有很大的提高，因此机电一体化机械
系统的高精度是其首要的要求。如果机械系统的
精度不能满足要求，则无论机电一体化产品其它
系统工作怎样精确，也无法完成其预定的机械操
作。
可整理ppt
2
3.1 概述
(2)高刚度
采用高刚性支撑或架体，以减小产品本体的振 动，降低噪声；为高精度的执行机构提供良好的
第3章 机电一体化系统中的机械设计
3.1 概述 3.2 传动部件设计 3.3 支撑部件设计 3.4 精密机械的精度设计和误差分配
可整理ppt
1
3.1 概述
为确保机械系统的传动精度和工作稳定性，通 常对机电一体化系统提出以下要求：
(1)高精度
精度直接影响产品的质量，尤其是机电一体
化产品，其技术性能、工艺水平和功能比普通的
可整理ppt
7
TLF
电动机驱动齿轮系统和负载的计算模型
根据传动关系有： imLmL m L
根据旋转运动方程，电动机轴上的合转矩为： T a T m T L i F J m J L i 2 m J m J L i 2 i L 则 L T m i T L J m F i 2 J L i a T J m i 2 J L 根据负载角加速度最大的原则，令 dL di0 解得
查图3-6， i2 =3.7；i3 =4.24；i4 =4.95。
验算：i i1i2i3i4=256.26。可用
小结
无论传递的功率大小如何，按等效转动惯 量最小原则分配，从高速级到低速级，各 级传动比总是逐级增加的，而且级数越多， 总等效惯量越小。但级数增加到一定数量 后，总等效惯量的减少并不明显，而从结 构紧凑、传动精度和经济性等方面考虑， 级数不能太多。
可整理ppt
9
一、齿轮传动
(1) 等效转动惯量最小原则
利用该原则所设计的齿轮传动系统，换算到电 机轴上的等效转动惯量为最小。
如右图，若不计轴和轴承 的转动惯量，则根据系统动 能不变的原则，等效到电机 轴上的等效转动惯量为：
Jm
eJ1J2i12J3
J4 i12i22
J1
J4
电动机
i1
i2Βιβλιοθήκη J2J3iT LF /T m(T LF /T m )2JLJm
一、齿轮传动
2．传动链的级数和各级传动比的分配 齿轮系统的总传动比确定后，根据对传动链的
技术要求，选择传动方案，使驱动部件和负载之 间的转矩、转速达到合理匹配。若总传动比较大， 又不准备采用谐波、少齿差等传动，需要确定传 动级数，并在各级之间分配传动比。单级传动比 增大使传动系统简化，但大齿轮的尺寸增大会使 整个传动系统的轮廓尺寸变大。可按下述三种原 则适当分级，并在各级之间分配传动比。
支撑，保证执行精度。
(3) 低摩擦
导向和转动支撑部分采用低摩擦阻力部件，
以降低机械系统阻力，提高系统的快速响应性。
(4) 良好的稳定性
即要求机械系统的工作性能受外界环境的影
响小，抗干扰能力强。
可整理ppt
3
机械部分的组成
机电一体化机械系统功能上可以分为传动、 导向和执行三大机构。
传动机构 传统的机械传动是一种把动力机 产生的运动和动力传递给执行机构的中间 装置，是一种扭矩和转速的变换器，其目 的是使驱动电动机与负载之间在扭矩和转 速上得到合理的匹配。在机电一体化系统 中，普遍采用计算机控制和具有动力、变 速与执行等多重功能的伺服电动机。
可整理ppt
为减小齿轮 系的转动惯 量，过多增 加传动级数n 是没有意义 的，反而会 增大传动误 差，并使结 构复杂化。
13
大功率传动装置
大功率传动装置传递扭矩大，各级齿轮副 的模数、齿宽、直径等参数逐级增加。
传动比分配的基本原则仍为“前小后大”。 根据下面两图确定传动级数及各级传动比。
100
电动机驱动的两级齿轮系
可整理ppt
10
一、齿轮传动
因为：
J1
J3
B
32g
d14
所以：
J2
B
32g
d
4 2
J4
B
32g
d
4 4
J2 J1
d2 d1
4
i14
即：
J2 J1i14
J J3 4J J1 4d d1 44d d3 44i2 4(i/i1)4
J4J1i2 4J1(i/i1)4
令
JmeJ1(1i12
2 3 4 6 8 10 8 6
4
2
A
1
1
2 3 4 6 8 10
ik-1
例题3-2 设有i=256 的大功率传动装置，试按等效转动
惯量最小原则分配传动比。
解：查图3-4，得n= 3，Je/J170 n= 4，Je/J135（确定传动级数） n= 5，Je/J126
查图3-5，得 i1 =3.3。 （确定各级传动比）
可整理ppt
5
3.2 传动部件设计
一、齿轮传动 二、滚珠螺旋传动 三、同步带传动 四、谐波齿轮传动
可整理ppt
6
一、齿轮传动
齿轮传动方案主要包括传动比及其分配两 部分。
1. 齿轮传动系统的总传动比 根据负载特性和工作条件不同，有不
同的最佳传动比选择方案，例如“负载峰 值力矩最小”的最佳传动比方案、“负载 均方根力矩最小”的最佳传动比方案、 “转矩储备最大”的最佳传动比方案等。 在伺服系统中，通常采用负载角加速度最 大原则选择总传动比，以提高伺服系统的 响应速度。