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机电一体化系统设计 第二章 机械受控模块 第五节 导轨及支承件 导轨副：用于引导运动部件走向，保证执行件的正确运动轨迹，并通过摩擦和阻尼影响执行件的运动特性，如定位精度和低速均匀性。 包括：运动导轨和支承导轨 第五节 导轨及支承件 导轨副的性能要求：导向精度、接触精度、接触刚度、精度保持性以及低速运动稳定性（即摩擦特性） 分类： 按运动导轨的轨迹分；按摩擦性质分；按导轨副结构分。 第五节 导轨及支承件 滑动导轨 第五节 导轨及支承件 滚动导轨 配对导轨间由滚动体隔开，导轨面不直接接触，运动时与滚动体产生滚动摩擦，摩擦阻力和磨损相对较少，但结构相对复杂些，刚度和承载能力不及滑动导轨，且对脏物敏感，需有良好防护。 第五节 导轨及支承件 滚动导轨 分类 ：按其滚动类型分为滚珠式，滚柱/滚针式。 滚珠式结构简单紧凑，制造容易，成本较低；点接触，刚度和承载能力相对较低，适合载荷不大的情况下使用。 滚柱式可多向受力，为线接触，刚度承载能力较大，导向性好，但对导轨面的平行度较敏感。 第五节 导轨及支承件 滚动导轨 分类：接运动形式分为循环式和非循环式 循环结构中行程不受导轨上滚动体数目的限制。 非循环结构运动行程将受到导轨上滚动体数目的限制，用于行程不大的场合。 第五节 导轨及支承件 非循环式滚动导轨的设计计算 已知：载荷F，行程l,导向精度和导轨寿命等 求解：滚动体直径d，滚柱长度lr滚动体的数目z等 第五节 导轨及支承件 非循环式滚动导轨的设计计算 直径d:大可以减小摩擦阻力，提高刚度和承载能力，减少接触应力，延长寿命。 数目z：不少于12~16个，z过少会降低导轨的刚度和承载能力，z过多和lr过长，也会由于制造误差而带来对导轨刚度和导向精度的影响。 第五节 导轨及支承件 阻尼及其影响 起因：1.由于表面不平度的弹性和塑性变形产生的材料阻尼； 2.起因于在表面极限区周围运动的摩擦阻尼。 3.挤压薄膜效应 第五节 导轨及支承件 支承件 包括：机身、基座、支柱及横梁等。 主要功能：支承固定连接件，或者相对运动的部件。 静刚度：静刚度等于支承件产生的静变形与承受的静载荷之比。 机械共振 热变形 第六节 并联机构 定义： 具有多个运动自由度，且驱动器分配在不同环路上的闭式多环机构被称为并联机构。 第六节 并联机构 主要优点： 刚度高，承载能力与整机质量比大 移动部件质量轻，可获得很高的动态特性，容易实现高速、高加速度的运动 不存在误差累计，可获得较高的运动精度 零件标准化程度高，易于实现模块化设计 作业空间与机器尺寸比小 主要缺点： 1. 灵活性较差，运动平台的倾斜角度较小 2. 在作业空间内部存在杆件干涉和奇异位形的危险。 第七节 数学模型和设计要求 数学模型 1.广义执行机构的运动方程式：能量方程式、力矩和力方程式 2.广义执行机构的动力学方程式 第七节 数学模型和设计要求 参数设计要求 1.足够高的谐振频率 2.高刚度和低转速转动惯量 3.适当的阻尼比 4.尽可能小的传动间隙 5.良好的摩擦特性 习题练习 16