单元二机电一体化系统机械技术.ppt

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1机电一体化技术机电一体化技术Mechatronics单元二单元二机电一体化机械技术机电一体化机械技术2.12.1概述概述2.22.2机械传动结构机械传动结构2.32.3机械导向结构机械导向结构2.42.4机械的支承结构机械的支承结构2.52.5机械执行结构机械执行结构学习目标学习目标1.了解机电一体化系统的功能组成、了解机电一体化系统的功能组成、构成要素、机械执行机构构成要素、机械执行机构2.掌握机电一体化系统的机械传动机掌握机电一体化系统的机械传动机构、机械支承结构构、机械支承结构3.重点掌握机电一体化系统的机械运重点掌握机电一体化系统的机械运动要求、螺旋传动、机械导向结构和动要求、螺旋传动、机械导向结构和支承件的设计原则支承件的设计原则4门座起重机主要由金属结构、门座起重机主要由金属结构、工作机构工作机构（起升、运行、变幅起升、运行、变幅及回转机构及回转机构）、动力装置和控、动力装置和控制系统组成，门座起重机可制系统组成，门座起重机可实现环形圆柱体空间货物的实现环形圆柱体空间货物的升降、移动，并可调整整机升降、移动，并可调整整机的工作位置，故可在较大的的工作位置，故可在较大的作业范围内满足货物的装卸作业范围内满足货物的装卸门座起重机门座起重机2.12.1概述概述机械系统机械系统传动传动机构机构导向导向机构机构执行执行机构机构传递转矩传递转矩与转速与转速支撑和限制运动支撑和限制运动部件，使之按给部件，使之按给定的运动要求和定的运动要求和运动方向运动运动方向运动完成操作完成操作任务任务6机构：

机构：

由若干由若干运动副运动副组成的具有确定运动的装置。

常用的组成的具有确定运动的装置。

常用的机械机构有机械机构有连杆机构、凸轮机构、间歇机构。

连杆机构、凸轮机构、间歇机构。

相关知识相关知识机电一体化产品的运动包括机电一体化产品的运动包括沿特定轴旋转的旋转运动、沿沿特定轴旋转的旋转运动、沿规定直线的直线运动以及平面运动规定直线的直线运动以及平面运动等，比如机器人和数控机等，比如机器人和数控机床等。

床等。

机械系统设计要求机械系统设计要求在机械系统设计时，除考虑一般机械设计要求外，还必在机械系统设计时，除考虑一般机械设计要求外，还必须考虑机械结构因素与整个伺服系统的性能参数、电气参数须考虑机械结构因素与整个伺服系统的性能参数、电气参数的匹配，以获得良好的伺服性能。

的匹配，以获得良好的伺服性能。

传统机械系统一般是由动力件、传动件、执行件三部分加上电传统机械系统一般是由动力件、传动件、执行件三部分加上电气、液压和机械控制等部分组成，而机电一体化中的机械系统气、液压和机械控制等部分组成，而机电一体化中的机械系统是由是由计算机协调和控制计算机协调和控制的，用于完成包括机械力、运动和能量的，用于完成包括机械力、运动和能量流等动力学任务的机械和流等动力学任务的机械和（或或）机电部件相互联系的系统组成。

机电部件相互联系的系统组成。

其核心是由计算机控制的，包括机、电、液、光、磁等技术的其核心是由计算机控制的，包括机、电、液、光、磁等技术的伺服系统。

这就对执行器提出了更高的要求，存在机械装置、伺服系统。

这就对执行器提出了更高的要求，存在机械装置、执行器及驱动器之间的协调与匹配问题。

执行器及驱动器之间的协调与匹配问题。

从总体上讲，机电一体化中的机械系统除了满足一般机械设从总体上讲，机电一体化中的机械系统除了满足一般机械设计的要求外，还必须满足以下几种特殊要求。

计的要求外，还必须满足以下几种特殊要求。

l高精度高精度精度是机电一体化产品的重要性能指标，对其机精度是机电一体化产品的重要性能指标，对其机械系统设计主要是执行机构的位置精度，其中包械系统设计主要是执行机构的位置精度，其中包括结构变形、轴系误差和传动误差，另外还要考括结构变形、轴系误差和传动误差，另外还要考虑温度变化的影响。

虑温度变化的影响。

l小惯量小惯量传动件本身的转动惯量会影响系统的响应速度及传动件本身的转动惯量会影响系统的响应速度及系统的稳定性。

系统的稳定性。

l大刚度大刚度机电一体化机械系统要有足够的刚度，弹性变形机电一体化机械系统要有足够的刚度，弹性变形要限制在一定范围之内。

要限制在一定范围之内。

机械系统设计要求机械系统设计要求9机械系统设计机械系统设计机电一体化机械系统设计一样有传动设计和结构设计部分，机电一体化机械系统设计一样有传动设计和结构设计部分，只是由于机电一体化的特征决定了在机械系统设计过程中有只是由于机电一体化的特征决定了在机械系统设计过程中有它自身的特点。

它自身的特点。

机械传动机械传动设计设计机械结构机械结构设计设计机械传动设计的任务机械传动设计的任务是把动力机产生的机是把动力机产生的机械能传递到执行机构械能传递到执行机构上去，机电一体化系上去，机电一体化系统中机械传动系统的统中机械传动系统的设计就是面向机电伺设计就是面向机电伺服系统的伺服机械传服系统的伺服机械传动系统设计。

动系统设计。

综合考虑各个零部件综合考虑各个零部件的制造、安装精度，的制造、安装精度，结构刚度，稳定性以结构刚度，稳定性以及动作的灵敏性和易及动作的灵敏性和易控性。

控性。

2.22.2机械传动机构机械传动机构u机械传动机构基本要求机械传动机构基本要求:

转动惯量小、刚度大、阻尼合转动惯量小、刚度大、阻尼合适，此外还要求摩擦小、抗振性好、间隙小，特别是其动态适，此外还要求摩擦小、抗振性好、间隙小，特别是其动态特性与伺服电动机等其他环节的动态特性相匹配。

特性与伺服电动机等其他环节的动态特性相匹配。

2.22.2机械传动机构机械传动机构2.2.12.2.1齿轮传动齿轮传动提高传动精度的结构措施有以下几种。

提高传动精度的结构措施有以下几种。

适当提高零部件本身的精度。

适当提高零部件本身的精度。

合理设计传动链，减少零部件制造、合理设计传动链，减少零部件制造、装配误差对传动精度的影响。

装配误差对传动精度的影响。

采用消隙机构，以减少或消除空程采用消隙机构，以减少或消除空程u圆柱齿轮传动圆柱齿轮传动1.偏心轴套调整法。

偏心轴套调整法。

简单的偏心轴套式消隙结构。

简单的偏心轴套式消隙结构。

电机电机1是通过偏心轴套是通过偏心轴套2装到壳体装到壳体上，通过转动偏心轴套的转角，上，通过转动偏心轴套的转角，就能够方便地调整两啮合齿轮的就能够方便地调整两啮合齿轮的中心距，从而消除了圆柱齿轮正、中心距，从而消除了圆柱齿轮正、反转时的齿侧隙。

反转时的齿侧隙。

1-电动机电动机;2-偏心轴套偏心轴套u圆柱齿轮传动圆柱齿轮传动

（2）锥度齿轮调整法。

锥度齿轮调整法。

用带有锥度的齿轮来消除间隙的用带有锥度的齿轮来消除间隙的机构。

在加工齿轮机构。

在加工齿轮1和和2时，将假时，将假想的分度圆柱面改变成带有小锥想的分度圆柱面改变成带有小锥度的圆锥面，使其齿厚在齿轮的度的圆锥面，使其齿厚在齿轮的轴向稍有变化轴向稍有变化（其外形类似于插齿其外形类似于插齿刀刀）。

装配时只要改变垫片。

装配时只要改变垫片3的厚的厚度就能调整两个齿轮的轴向相对度就能调整两个齿轮的轴向相对位置，从而消除了齿侧间隙。

但位置，从而消除了齿侧间隙。

但如增大圆锥面的角度，则将使啮如增大圆锥面的角度，则将使啮合条件恶化。

合条件恶化。

1、2-齿轮齿轮;3-热片热片u圆柱齿轮传动圆柱齿轮传动（3）双向薄齿轮错齿调整双向薄齿轮错齿调整法。

法。

采用这种消除齿侧隙的一对啮采用这种消除齿侧隙的一对啮合齿轮中，其中一个是宽齿轮，合齿轮中，其中一个是宽齿轮，另一个由两相同齿数的薄片齿另一个由两相同齿数的薄片齿轮套装而成，两薄片齿轮可相轮套装而成，两薄片齿轮可相对回转。

装配后，应使一个薄对回转。

装配后，应使一个薄片齿轮的齿左侧和另一个薄片片齿轮的齿左侧和另一个薄片齿轮的齿右侧分别紧贴在宽齿齿轮的齿右侧分别紧贴在宽齿轮的齿槽左、右两侧，这样错轮的齿槽左、右两侧，这样错齿后就消除了齿侧隙，反向时齿后就消除了齿侧隙，反向时不会出现死区。

不会出现死区。

1、2-齿轮齿轮;3、8-凸耳凸耳;4-弹簧弹簧;5、6-螺母螺母;7-螺钉螺钉u斜齿轮传动斜齿轮传动左图是垫片错齿调整法，薄片左图是垫片错齿调整法，薄片齿轮由平键和轴连接，互相不齿轮由平键和轴连接，互相不能相对回转。

斜齿轮能相对回转。

斜齿轮1和和2的齿的齿形拼装在一起加工。

装配时，形拼装在一起加工。

装配时，将垫片厚度增加或减少将垫片厚度增加或减少t，然后再用螺母拧紧。

这时两齿然后再用螺母拧紧。

这时两齿轮的螺旋线就产生了错位，其轮的螺旋线就产生了错位，其左右两齿面分别与宽齿轮的齿左右两齿面分别与宽齿轮的齿面贴紧，从而消除了间隙。

面贴紧，从而消除了间隙。

垫片错齿调整法垫片错齿调整法u斜齿轮传动斜齿轮传动右图是轴向压簧错齿调整法，右图是轴向压簧错齿调整法，其特点是齿侧隙可以自动补其特点是齿侧隙可以自动补偿，但轴向尺寸较大，结构偿，但轴向尺寸较大，结构不紧凑。

不紧凑。

轴向压簧错齿调整法轴向压簧错齿调整法2.22.2机械传动机构机械传动机构2.2.22.2.2带传动带传动u普通带传动普通带传动优点优点:

运行平稳无噪声运行平稳无噪声;过载时将引过载时将引起带在带轮上打滑，因而可防止其他零起带在带轮上打滑，因而可防止其他零件损坏件损坏;制造和安装精度不像啮合传制造和安装精度不像啮合传动那样严格动那样严格;可增加带长以适应中心可增加带长以适应中心距较大的工作条件距较大的工作条件（可达可达15m）。

缺点缺点:

带与带轮的弹性滑动使传动比带与带轮的弹性滑动使传动比不准确，效率较低，寿命较短不准确，效率较低，寿命较短;传递传递同样大的圆周力时，外廓尺寸和轴上的同样大的圆周力时，外廓尺寸和轴上的压力都比啮合传动大压力都比啮合传动大;不宜用于高温、不宜用于高温、易燃等场合。

易燃等场合。

2.2.22.2.2带传动带传动l带传动张紧装置带传动张紧装置

（1）定期张紧装置定期张紧装置:

调节中心距使带重新张紧。

调节中心距使带重新张紧。

（a）移动式移动式（b）摆动式摆动式1-滑轨滑轨;a-螺母螺母;3-调节螺钊调节螺钊

（2）自动张紧装置自动张紧装置:

常用于中小功率的传动。

下图所示是将装常用于中小功率的传动。

下图所示是将装有带轮的电动机安装在摆架上，而利用电动机和摆架的重量，有带轮的电动机安装在摆架上，而利用电动机和摆架的重量，自动保持张紧力。

自动保持张紧力。

2.2.22.2.2带传动带传动l带传动张紧装置带传动张紧装置（3）使用张紧轮的张紧装置使用张紧轮的张紧装置:

当中心距不能调节时，可使用张当中心距不能调节时，可使用张紧轮把带张紧，如图所示。

张紧轮一般应安装在松边内侧，紧轮把带张紧，如图所示。

张紧轮一般应安装在松边内侧，使带只受单向弯曲，以减少寿命的损失使带只受单向弯曲，以减少寿命的损失;同时张紧轮还应尽量同时张紧轮还应尽量靠近大带轮，以减少对包角的影响。

张紧轮的使用会降低带靠近大带轮，以减少对包角的影响。

张紧轮的使用会降低带轮的传动能力，在设计时应适当考虑。

轮的传动能力，在设计时应适当考虑。

2.2.22.2.2带传动带传动l带传动张紧装置带传动张紧装置2.2.22.2.2带传动带传动同步带传动是一种啮合型带传动，兼有带传同步带传动是一种啮合型带传动，兼有带传动和齿轮传动的特点。

同步带传动工作时无动和齿轮传动的特点。

同步带传动工作时无相对滑动，能保证准确的传动比。

传动功率相对滑动，能保证准确的传动比。

传动功率较大较大（数百千瓦数百千瓦）、传动效率高、传动效率高（达达0.98）0.98），传，传动比较大动比较大（i12（i2m/s，缺点缺点：

若加工安装精度差，：

若加工安装精度差，传动噪音大，磨损大。

传动噪音大，磨损大。

典型用途：

大版面钢板、玻璃数控切割机，典型用途：

大版面钢板、玻璃数控切割机，建筑施工升降机可达建筑施工升降机可达30层楼高。

层楼高。

u特点：

特点：

2.2.32.2.3齿轮齿条传动机构齿轮齿条传动机构1.双片薄齿轮错齿调整法：

双片薄齿轮错齿调整法：

适用于小传动负载。

适用于小传动负载。

2.双齿轮调整法：

双齿