第三章 机械设计技术

第三章 机械设计技术 3.1 概述 3.2 机械本体（机座） 3.3 齿轮传动 3.4 丝杠螺母传动 3.5 带传动 3.6 轮系传动 3.7 导轨副

第三章 机械设计技术
3.1 概述
一、机械电子系统中的机构
‹ 由两个以上实体组合而成。 ‹ 实体之间以一定几何形状的表面互相接触，形 成可动联接，且各实体之间有确定的相对运动。 ‹ 能够实现能量转换并输出机械功。

3.1 概述
改变速度 远距离传动 力的放大和反馈 参数的控制 传送操作 运动间的同步
… …

3.1 概述 二、机电一体化对机械系统的要求 ‹ ‹ ‹ ‹ ‹ ‹ 高精度 快速响应 良好的稳定性 较大的刚度 良好的可靠性 重量轻、体积小、寿命长

3.1 概述 三、机械系统组成 机械本体 传动机构 导向机构 执行机构

第三章 机械设计技术
3.2 机械本体
一、铸造机座的设计
1. 合理选择截面形状和尺寸
简单的拉、压作用 受弯曲和扭转载荷 选择合适的截面积大小 设计合适的截面积大小和 截面形状（截面惯性矩）

3.2 机械本体 1. 合理选择截面形状和尺寸 ‡ 封闭空心截面结构的自身刚度比实心的大。 ‡ 无论是实心截面还是空心的封闭截面，都是矩形 的抗弯刚度最大，圆形的最小。而抗扭刚度则相 反，圆形最大，矩形最小。 ‡ 保持横截面积不变，减小壁厚，增大轮廓尺寸， 可提高刚度。 ‡ 封闭截面比不封闭截面的抗扭刚度大得多。

3.2 机械本体 2. 合理布置筋板和加强筋
图1 筋板及加强筋的形式

3.2 机械本体 3. 合理地开孔和加盖 当 b0 / b < 0.2 时， 机架刚度降低很少。 在开一孔后再在对面壁上开 孔，其下降幅度也较小。 在开孔上加盖板，可提高弯 曲刚度接近未开孔时的刚 度，而抗扭刚度提高不大。
图2 面壁开孔

3.2 机械本体
‡ 力求铸件形状简单，拔 模容易。 ‡ 机座壁厚应尽量均匀， 避免过长的分型线和金属 的局部堆积等。 ‡ 机座必须有可靠的加工 工艺基面。
图3 工艺凸台

3.2 机械本体 二、焊接机架的设计
图4 机架的接头形式

3.2 机械本体
图5 铝型材装配的AGV框架

第三章 机械设计技术
3.3 齿轮传动
‹ 转动惯量小 ‹ ‹ ‹ ‹ ‹ 刚度大 阻尼合适 摩擦小 抗振性好 间隙小

3.3 齿轮传动
图6 典型齿轮传动机构

3.3 齿轮传动
表1 齿轮分类及其效率

3.3 齿轮传动 一、齿轮传动的传动比计算
图7 减速装置传动形式

3.3 齿轮传动 额定转矩为Tm 转子转动惯量为 J m 伺服电动机
减速比为i的齿轮减速器 负载转矩为 TLF 转动惯量为 J L 负载
图8 负载惯量模型

∂ θ L / ∂i → 0
••
3.3 齿轮传动 其传动比为
• • •• ••
i = θ m /θ L = θm /θ L = θm /θ L
设其加速转矩为 Ta ，则
••
(1)
••
Ta = Tm − TLF / i = ( J m i − J L / i )θ L
(2) (3)
θ L = (Tmi − TLF ) /( J mi − J L )
2
当 ∂ θ L / ∂i → 0 时，可得
••
i = TLF / Tm + (TLF / Tm + J L / J m )
1/ 2
(4)

3.3 齿轮传动
i = TLF / Tm + (TLF / Tm + J L / J m )1 / 2
若负载转矩为0，即 TLF = 0 ，则
(4)
i = (J L / J m )
1/ 2
(5)
当选择步进电机作为执行元件时，
i = (α / 360 D ) /(δ / l0 ) = αl0 /(360 D δ )
(6)

3.3 齿轮传动 二、齿侧间隙消除方法
齿轮的啮合间隙会造成传动死区，若该死区是在闭环系统 中，则可能造成系统不稳定，常会使系统产生以1-5倍间隙 而进行的低频振荡。

图9 偏心轴套调整法

1－偏心轴套2－电动机

直齿圆柱齿

轮

直

齿

圆

柱

齿

轮

图10 双片薄齿轮错齿调整法

1－斜齿轮

2 －垫片

3、4 －薄片斜齿轮

垫片的厚度H与齿侧间隙∆的关系为

β

cot

Δ

=

H

斜

齿

轮

图11 垫片调整法

1、2－薄片齿轮

3 －弹簧

4 －键

5 －螺母6－轴

7 －宽齿轮

斜

齿

轮

图12 轴向弹簧调整法

锥齿轮

图13 轴向压簧调整法

1、4－锥齿轮

2、3 －键5 －压簧6 －螺母7 －轴

图14 周向压簧调整法

锥齿轮

1－大片锥齿轮

2－小片锥齿轮垫片3－锥齿轮4－镶块5－弹簧6－止动螺钉7－凸爪8－槽

齿

轮

齿

条

传

动

图15 双片薄齿轮错齿调整法