机电一体化系统设计 教学课件 作者 魏天路 倪依纯 第3章 执行装置及伺服电动机.pptVIP

3.2　执行装置设计 图3-24　液体静压向心轴承的工作原理a)工作原理图　b)轴承1—轴向封油面　2—油腔　3—回油槽　4—周向封油面—系统压力　、、、—油腔压力　—外负荷　e—偏心量 3.2　执行装置设计 图3-25　超精密车床的球面空气静压轴承1—圆柱径向轴套　2—弹簧　3—支承板　4、8—进气口　5、10、11—凹球6—主轴　7—体壳　9—凸球 3.2　执行装置设计 4)磁轴承。 图3-26　向心磁轴承原理图1—比较元件　2—调节器　3—功率放大器　4—转子　5—位移传感器　6—电磁铁 2.运动的稳定性　在机电一体化系统中，很多运动部件需要以极低而稳定的运动速度运动如高精度镜面磨床， 3.2　执行装置设计 当用金刚石笔精细修正砂轮表面时，金刚石笔要能以最小稳定速度移动，一般要求每分钟几百或几十微米。1)改善导轨的摩擦特性，以减少动、静摩擦系数之差，如采用导轨油、改进导轨材料、以滚动摩擦代替滑动摩擦。2)提高传动系统的刚度。3)尽量减小从动件的重量。3.2.3　执行装置结构设计3.2.2节对常用的执行装置的结构及性能特点进行了分析。本节从执行装置结构设计品质出发，介绍对执行装置结构强度、刚度和工艺性等问题。 3.2　执行装置设计 1.结构刚度和强度　机械结构强度是指在预定的设计年限内，正常运转的机械结构至少不发生破坏；机械结构刚度是指在机械结构中，承载超过限定值时执行装置发生变形，并严重地影响其工作性能。(1)刚度和强度与构件的截面形状：在结构设计中，构件截面形状的设计应为最基本的设计工作，因为它与强度及刚度有很密切的关系。 3.2　执行装置设计 表3-2　截面积相同时各种截面的抗弯、抗扭特性 3.2　执行装置设计 表3-2　截面积相同时各种截面的抗弯、抗扭特性 3.2　执行装置设计 1)在截面积相等的情况下，加大截面外形尺寸，特别是加大受力方向上的外形尺寸，可提高强度。2)空心截面的惯性矩比实心的大，加大截面轮廓尺寸、减小壁厚，也可以大大提高刚度。3)方形截面的抗弯刚度比圆形的大，但其抗扭刚度较低。(2)刚度和强度与材料特性相适应：当材料的抗拉强度和抗压强度有较大差别时，此问题比较突出。(3)构件结合面的刚度：在结构设计中，在满足零件自身刚度要求之后，还应当特别注意构件结合面的刚度问题，其中包括结合面接触刚度和结合件刚度两大环节。 3.2　执行装置设计 表3-3　钢平板表面的真实接触面积 2.结构的热稳定性　温度发生变化将引起构件尺寸的变化，这对精度要求较高的设备，应特别注意。 3.2　执行装置设计 图3-27　升降台铣床工作台丝杠支架的结合刚度1—工作台　2—紧固支架3—内六角螺钉 3.2　执行装置设计 1)用热变形小的材料。 2)控制热源。3)合理的结构设计。3.结构的工艺性　结构的工艺性是指所设计的产品的结构和零件，在一定生产规模与具体的生产条件下，能够用最有效、最经济的工艺方法进行加工、测试和装配，并使生产过程最简单、周期短。(1)结构的工艺性与材料：执行装置中零部件的某些技术性能要求，如强度、刚度、耐磨性、弹性、导热性、导电性、热敏性以及在特定环境条件下工作的稳定性和重力大小等能否满足要求，在很大程度上与正确选用零件的材料是分不开的。1)依据装置的功能、工作技术性能和工作环境等不同的具体要求，结合材料本身的特性来选择适当材料。 3.2　执行装置设计 2)依据零件加工的工艺方法和加工条件，结合材料不同的加工性能，来选择适当零件材料，使零件材料与加工方法、加工技术要求和热处理相适应。3)选择材料时，必须考虑生产的经济性，不要片面地选择优质材料。(2)结构的工艺性与热加工1)对铸件结构的主要要求 3.2　执行装置设计  ①壁厚的合理选择。在保证结构的强度和刚度的前提下，尽可能减轻铸件的重量，铸厚应尽可能小，但为确保浇铸的质量，防止浇注不足，就要注意铸件最小壁厚的问 图3-28　合理安排壁厚过渡a)不合理　b)合理 3.2　执行装置设计 ②考虑造型、制芯和排气等铸造工艺。要求铸件外形要方便分型面的确定，设置必须的起模斜角，尽量简化铸件内腔的形状与结构，便于制芯。③防止气孔、缩松、夹渣、应力变形及裂纹等铸造缺陷。要求铸件壁厚均匀，避免断面过厚、过大，壁厚变化时应力求圆滑、缓慢地过渡。图3-28为合理安排壁厚过渡的示例。2)对焊接件结构设计的主要要求①合理利用冲压件和锻件等作为结构元件，适当增加壁厚、减少肋板用量，使焊缝的总长度缩短。②焊缝的位置能够处于使用自动焊接工艺的位置上，尽可能避免仰焊、立焊及手动焊接的情况。 3.2　执行装置设计 ③特别注意布置焊缝，防止焊接变形、焊接应力的出现，用设置的内摩擦面实现振动阻尼消振。④对于一些形状和位置精