机电系统检测与控制第三章机械传动系统.ppt

机电系统检测与控制 Measurement and Control in Mechatronics System 第三章　机械传动系统 3.1 概述 3.2 传动机构 3.3 导向机构 3.4 执行机构 3.1　概　述 3.1.1　机电一体化对机械系统的基本要求　　机电一体化产品中的机械系统主要包括支承、传动、执行机构等，一般由减速装置、丝杠螺母副、涡轮涡杆副等各种线性传动部件以及连杆机构、凸轮机构等非线性传动部件、导向支承部件、旋转支承部件、轴系及机架等机构组成。与一般的机械系统相比，其特点是：（1）高精度。由于机电一体化产品在技术性能、工艺水平、功能上都要比普通的机械产品要求高，因此对机械系统的精度提出了更高的要求。 3.1　概　述 　　（2）快速响应。机电一体化系统中既有高速的信息处理单元，也有慢速的机械单元，若希望提高整体速度，就要求机械部分有更高的响应速度。 （3）良好的稳定性，抗干扰能力强，环境适应性好。　　简言之，就是“稳、准、快”。此外，还须有较大的刚度、良好的可靠性、重量轻、体积小、寿命长等要求。  3.1　概　述 　　 为确保机械系统的传动精度和工作稳定性，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：　　（1）采用低摩擦阻力的传动部件和导向支承部件。如采用滚珠丝杠副、滚动导向支承、动（静）压导向支承等。　　（2）缩短传动链，简化主传动系统的机械结构。主传动常采用大扭矩、宽调速的直流或交流伺服电机直接与丝杠螺母副连接，以减少中间传动环节。 3.1　概　述 　　（3）提高传动与支承刚度。如采用预加紧的方法提高滚珠丝杠副和滚动导轨副的传动与支承刚度，丝杠的支承设计中采用二端轴向预紧或预拉伸支承结构等。　（4）选用最佳传动比，以达到提高系统分辨率、减少到执行元件输出轴上的等效转动惯量，尽可能提高加速能力。　（5）缩小反向死区误差。在进给传动中，一方面采用无间隙且减少摩擦的滚珠丝杠副，预加载荷的双齿轮齿条副等精密机构，另一方面采取消除传动间隙、减少支承变形等措施。 3.1　概　述 　　（6）改进支承及架体的结构设计以提高刚性、减少振动、降低噪声。如选用复合材料等来提高刚度和强度、减轻重量、缩小体积，使结构紧密化，以确保系统的小型化、轻量化、高速化和高可靠性。　　 3.1.2　机械系统的主要组成 　　 机电一体化系统中的机械系统通常由传动机构、支承与导向机构、执行机构及机架等组成。各机构分别承担着不同的功能，有着不同的要求。　　传动机构：主要完成转速、转矩的匹配，要求有良好的伺服性能。　　支承与导向机构：主要起支承和导向作用，为机械系统中各运动部件安全、准确地完成特定运动提供保障。　　执行机构：完成具体的动作，要求有高的灵敏度、精确度和良好的重复性、可靠性。 3.2 传动机构 3.2.1　传动机构的性能要求　　机电一体化系统中的传动机构通常采用滚珠丝杠副、精密齿轮副、挠性传动机构、间歇传动机构等。为获得良好的伺服性能，传动系统应满足如下性能要求：　　1.足够的刚度　　所谓刚度，就是指抵抗变形的能力。对机械系统来说,满足刚度要求具有如下优点：　　（1）减少机构弹性变形，从而减少伺服系统的动力损失，可达到明显的节能效果。　　（2）机械装置固有频率高，不易产生共振。　　（3）能增加闭环伺服系统的稳定性。 3.2 传动机构 　　2.惯量小　　在刚度满足要求的前提下，应尽量减小传动机构的质量和转动惯量。大惯量会使系统的机械常数增大，固有频率降低，从而使系统负载大、响应慢、灵敏度低，易产生谐振。 　3.阻尼适中　　大阻尼能抑制振动的最大振幅，且使振动快速衰减，但同时也使系统的稳态误差增大，精度降低，因此阻尼应适中。 3.2.2　精密传动机构——滚珠丝杠副 　　1.滚珠丝杠副的工作原理　　 3.2.2　精密传动机构——滚珠丝杠副 滚珠丝杠副的结构原理图 3.2.2　精密传动机构——滚珠丝杠副 　　2.滚珠丝杠副的特点　　滚珠丝杠副是滑动丝杠副的发展与延伸，属于螺旋机构。与滑动丝杠相比，滚珠丝杠具有以下特点：　　（1）传动效率高：以滚动摩擦代替了滑动摩擦，整个传动副的驱动力矩减少至滑动丝杠的1/3左右，传动效率达到90%以上，发热率大幅降低。　　（2）定位精度高：由于发热率低，温升小，可以采取预拉伸（预紧）消除轴向间隙等措施，因此滚珠丝杠副具有高的定位精度和重复定位精度。　　（3）传动可逆性：能够实现两种传动方式，将旋转运动转化为直线运动或将直线运动转化为旋转运动并传递动力。 3.2.2　精密传动机构——滚珠丝杠副 　 （4）使用寿命长：由于