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第二章 机电一体化机械技术 § 2-1 机电一体化中的机械系统 § 2-2 机电一体化中常用的传动机构 § 2-3 机电一体化中常用的执行机构 § 2-4 机电一体化中的虚拟样机技术（自学） §2-3 机电一体化系统中常用的执行机构 2.3.1 基本要求 2.3.2 微动执行机构 2.3.3 工业机械手末端执行器 2.3.2 微动执行机构 微动执行机构是一种能在一定范围内精确、微量地移动到给定位置或实现特定进给运动的机构。 分类： 机械式； 电气——机械式； 弹性变形式； 热变形形式； 磁致伸缩式； 压电式等。 2.3.3 工业机械手末端执行器 工业机械手是一种自动控制、可重复编程、多自由度的操作机，具有搬运功能以及完成其他各种作业的机电一体化设备（直接执行操作功能）。 分类：机械夹持器；特种末端执行器；万能手（灵巧手）。 机械夹持器 机械夹持器是最常见的一种末端执行器。其具有夹持和松开的功能。 在夹持时，其具有一定的力约束和形状约束；当松开时，要保证完全松开。 根据手指运动方式不同，可分为：圆弧开合型；圆弧平行开合型；直线平行开合型。 特种末端执行器 特种末端执行器是供工业机器人完成某类特定作业的机电一体化设备。 1 真空吸附手 2 电磁吸附手 万能手（灵巧手） 灵巧手是一种模仿人手制作的多指多关节的机器人末端执行器，它可以适应物体外形的变化，但控制和操作困难。 　2、直线型传动机构　　（1）齿轮齿条传动　　它具有齿轮传动的特点，可以实现较大的直线位移，负载能力大，广泛应用于大型机床工作台的移动驱动。 图2.8　齿轮齿条传动原理 （2）丝杠螺母（螺杆）传动　　传动比大、可反向自锁、结构简单、工艺性好，效率较低。滚珠丝杠可以实现高效率、高精度传动，滚珠丝杠副的传动效率高达85%-98%，是普通滑动丝杠副的2-4倍，可以做到无间隙传动，广泛应用于数控机床工作台，数控平台和机器人的驱动。 图2.9　丝杠螺母传动原理 图2.10　软盘驱动器中磁头的螺杆机构 （3）同步齿型带实现的移动传动　　它具有同步齿型带转动传动的特点，可以实现较大的直线位移，广泛应用于移动型工作台、绘图机、打印机、复印机、扫描仪等办公设备和计算机外设的驱动。 图2.11　打印机字车的同步带驱动机构 （4）钢丝（绳）实现的移动传动　　它具有可以实现较大的直线位移、重量轻、噪声小、驱动力大等特点。其缺点是，可能产生打滑，传递运动不如同步齿型带准确。应用于大型天车、升降机构等的移动驱动。在绘图机、打印机、复印机、扫描仪等办公设备和计算机外设的应用基本上被同步齿型带所取代。 图2.12　天车的钢丝绳驱动机构 （5）钢带实现的移动传动 图2.13　钢带实现的移动传动原理 2.3.1 基本要求 1 惯性小、动力大 2 体积小，质量轻 3 便于维修和安装 4 易于计算机控制 此外，一个执行机构还应具有：响应速度快、动态性能好、动静态精度高和动作灵敏度高的特点 * * * * 机械系统包括系统的框架和支承结构、机械连接和传动系统，本章重点介绍传动系统的特点和设计方法。 　　一．传动系统的构成及作用 图2.1 传动系统在机电系统中的作用 §2-1 机电一体化机械系统 　　对传动系统的要求　　静特性：传动精度　　动特性：稳定性、快速性　　可靠性 图2.2 机电系统的控制模型 2.2.1 机械传动系统的特性 一、转动惯量　　它是系统的机械负载，要产生功耗，影响系统的响应速度、灵敏度、固有频率和阻尼特性。它取决于质量的大小和质量分布。 1、转动惯量大的影响 （1）机械负载增加，功率消耗大； （2）响应速度变慢，灵敏度降低； （3）固有频率下降，容易产生谐振； （4）电气驱动部件的谐振频率降低，阻尼增大等。 §2-2 机电一体化系统中常用的传动机构 2、转动惯量的计算 （1）圆柱体的转动惯量（齿轮、丝杠等） 计算公式为： m——圆柱体的质量（kg）； d——圆柱体的直径（m）。 （2）直线运动物体的转动惯量 ①丝杠驱动 导程为 的丝杠驱动总质量为 的工作台和工件， ②齿轮驱动 齿轮齿条驱动总质量为 的工作台和工件，其折算 到节圆半径为 的小齿轮上的等效转动惯量为： 其折算到丝杠轴上的等效转动惯量为： 　例2.1 计算折算到电机轴上的等效转动惯量。 解：传动系统有三根轴，每根轴上的总惯量分别为 其中： ???， ????， ????， ???分别是4个齿轮的转动惯量 是丝杠的惯量 是工作台折算到丝杠上的等效转动惯量 总的等效惯量为 二、阻