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1、,机 电 一 体 化 技 术,机 械 传 动,概 述 机电一体化设备进给传动方案,双矩形导轨导向方式 低速爬行现象 进给传动“滚动化”的必要性 直线滚动导轨 圆形导轨 滚动导轨块和直线轴承导轨 滚珠丝杠螺母副 滚珠花键 支承部件 滚珠丝杠与进给电机的连接 直线电机 转动惯量,机械传动,传统的机械传动是一种把动力机产生的运动和动力传递 给执行机构的中间装置，是一种转矩和转速的变换器，其目 的是使驱动电动机与负载之间在转矩和转速上得到合理的匹 配。 在机电一体化系统中，伺服电动机的伺服变速功能在很 大程度上代替了机械传动中的变速机构，大大简化了传动链。 机电一体化系统中的机械传动装置已成为伺服系统
2、的组成部 分。 机电一体化机械系统应具有良好的伺服性能，要求机械 传动部件转动惯量小、摩擦小、阻尼合理、刚度大、抗振性 好、间隙小，并满足小型、轻量、高速、低噪声和高可靠性 等要求。,机电一体化技术,机 械 传 动,概,述,机电一体化设备进给传动方案,机电一体化技术,机 械 传 动,概,述,旋转编码器,伺服电机,联轴器 减速器,旋转编码器,联轴器 旋转编码器,丝杠螺母传动,齿轮齿条传动,蜗轮蜗杆传动,光电编码器 旋转变压器,直线编码器 光栅,磁栅,感应同步器,双矩形导轨导向方式,导向面 窄式导向 窄式导向采用一根导轨的两侧进行导向,导向面 宽式导向 宽式导向分别采用两根导轨的一个侧面,机电一体
3、化技术,机 械 传 动,导,轨,进行导向 为提高导轨的耐磨性，常采用镶钢导轨，经过处理后，耐磨性可比灰铸铁 提高510倍。镶钢导轨一般采用螺栓或焊接的方式固定在基础件上。,低速爬行现象 在低速进给运动时，速度有时为 0.05mm/min，微小位移达0.001mm/次，这时， 运动部件的速度如下图曲线所示。运动部件不是 连续的匀速运动，而是时走时停，这种现象称为 爬行。产生的爬行的原因主要是由摩擦系数随相 对运动速度不同而造成的。为避免爬行现象的出 现，可同时采取几项措施，包括：采用滚动导轨、 静压导轨、卸荷导轨、塑料导轨等。,机电一体化技术,机 械 传 动,导,轨,压板,塑料导轨,移动部件,床
4、身,垫片,t,v 常用的塑料导轨材料有： 塑料导轨软带、金属塑料复,合导轨板和塑料涂层。,“滚动化”是滚珠丝杠和滚动导 轨。 机电一体化设备为获得高的加 工精度，要求进给运动有：高的 传动精度、高的灵敏度、高的稳 定性。 普通滑动导轨和丝杠存在着摩 擦力大，低速爬行，高速振动， 灵敏度低缺点，因此，不适宜应 用在机电一体化设备的进给传动 中。 滚动丝杠和滚动导轨具有： 摩擦力小传动灵活无爬行、 传动效率高。 预紧后可消除间隙，提高传动 刚度。,进给传动“滚动化”的必要性,机电一体化技术,机 械 传 动,导,轨,滑块（通过安装孔用螺,栓固定在移动部件上） 安装孔,机电一体化技术,机 械 传 动,
5、导,轨,安装孔 滚珠 导轨（通过安装孔用 螺栓固定在床身上） 直线滚动导轨由专业生产厂家生产。 一条导轨上有两个支承滑块，支承滑块 固定在运动部件上，导轨整体安装在机床的基础件上。当滑块移动时，滑块内的 滚珠在导轨上的圆弧沟槽滚动并形成循环。直线滚动导轨在制造时已消除了间 隙，因而刚度和精度都较高。 滚动导轨由于滑动件与支承件之间是滚动摩擦，因此，摩擦系数小，且动、 静摩擦系数差别小，低速运动平稳，无爬行，运动灵活，定位精度高。,直线滚动导轨 结构组成,机电一体化技术,机 械 传 动,导,轨,安装方式 移动部件 滑块 导轨 床身,机电一体化技术,机 械 传 动,导,轨,直线滚动导轨形式,机电一
6、体化技术,机 械 传 动,导,轨,直线滚动导轨形式,机电一体化技术,机 械 传 动,导,轨,直线滚动导轨形式,机电一体化技术,机 械 传 动,导,轨,弧形滚动导轨,X-Y十字工作台,机电一体化技术,机 械 传 动,导,轨,线性球轴承座,圆形导轨,机电一体化技术,机 械 传 动,导,轨,圆形导轨又称直线运动球轴承，这种轴承只能在 导轨轴上作直线往复运动，而不能旋转。滚珠与导轨 轴外圆柱面为点接触，因而许用载荷较小，但运动轻 便灵活、精度较高、价格低、维护方便，广泛应用于 机床、测量装置、电子仪器、输送机械、医疗诊断仪 器等轻载设备和装置。,在轴承外套筒和 挡圈上开有轴向切 口，能任意调整轴承 与
7、导轨间的间隙,可调式线性球轴承,开放式线性球轴承 在轴承外套筒和挡圈 上开有轴向扇形切口，轴 承与导轨间的间隙可调,封闭式线性球轴承 轴承与导轨间 的间隙不可调,直线轴承导轨,滚动导轨块和直线轴承导轨,机电一体化技术,机 械 传 动,导,轨,滚动导轨块 直线轴承导轨安装 滚动导轨块安装,丝杠,发兰,螺母,滚珠,丝杠螺母副将旋转运动转变成 直线运动，用较小的驱动力矩就 可获得较大的轴向牵引力。数控 机床进给系统采用滚珠丝杠螺母 副的目的在于：由于丝杠和螺母 之间有滚珠，因此摩擦系数小， 且动 静摩擦系数相差小，低速无 爬行。在施加预紧后，轴向刚度 好，定位精度高。 进给电机驱动丝杠旋转时，,和运
8、动部件固定在一起的螺母作 直线运动，螺母内的滚珠在丝杠 带圆弧的螺旋滚道内滚动，并在,螺母内不断循环。按照滚珠的循 环方式，滚珠丝杠螺母副分成内 循环和外循环两大类。,机电一体化技术,机 械 传 动,丝,杠,滚珠丝杠螺母副 组成 带圆弧的 螺旋滚道,螺母,内循环：滚珠在循环过程中，滚 珠始终保持和丝杠接触，这种方,外循环：滚珠在循环过程中，滚珠 在换向时与丝杠脱离接触。,机电一体化技术,机 械 传 动,丝,杠,外循环,式结构紧凑。 由于丝杠与螺母之间存在间隙，因此，当丝杠由正转变为反转的瞬时， 螺母必须先克服该间隙才能运动，则该间隙称反向间隙。反向间隙的存在降 低了运动精度和丝杠螺母副的刚度，
9、间隙消除的方法采用双螺母，通过调整 两个螺母之间的微量轴向位移，消除间隙。通常采用垫法调隙式、螺纹调隙 式和齿差调隙式。,滚珠循环方式 内循环 反向器,插管,滚珠丝杠螺母副类型,单螺母内循环式,双螺母消隙内循环式,单螺母外循环式,双螺母外循环垫片消隙式,机电一体化技术,机 械 传 动,丝,杠,滚珠丝杠支承 一端固定一端自由,机电一体化技术,机 械 传 动,丝,杠,机电一体化技术,机 械 传 动,丝,杠 一端固定一端移动,机电一体化技术,机 械 传 动,丝,杠 两端固定, =,AE,丝杠预紧,机电一体化技术,机 械 传 动,丝,杠,预紧垫片,F,预紧螺母 千分表 ,丝杠弹性模量,变形量 预紧力
10、F 预紧力的大小是通过测 量丝杠的变形量来获得的。 丝杠截面积,预紧就是传 动部件在承载前， 在装配或调试阶段 预先施加载荷使之 产生微量变形。预 紧能消除传动间 隙，减小承载传动 时的变形，提高传 动刚度；预紧还能 抵消传动时的热变 形，提高传动精度。,预紧的外施力要适 当，过大的话会增 加附加摩擦力矩， 不利于快速性的提 高。,机 械 传 动,机电一体化技术 花键轴的外圆上均布3条凸起的 轨道，在外筒内有循环的滚珠。外 筒和花键轴之间既可以轴带筒，也 可以筒带轴作回转移动，又可以作 灵活、轻便的相对的直线运动，所 以滚珠花键即是一种传动装置，又 是一种直线运动支承。可用于机器 人、机床、机
11、电一体化设备和自动 搬运车等各种机械。 花键轴,外筒,支承部件 滚珠花键,花键轴,机电一体化技术,机 械 传 动,支承部件 密珠轴承,密珠轴承是一种,新型的滚动摩擦支 承，由内、外圈和 密集的滚珠组成。 滚珠在尼龙保持架,的空隙中以近似与 多头螺旋线的形式,径向轴承,推力轴承,滚珠排列方式,密珠轴承,排列，滚珠的密集 具有误差平均效 应，有利于提高回 转轴的精度。 精密分度头主轴系统,保持架,机电一体化技术,机 械 传 动,支承部件,空气静压轴承 圆柱径向和端面推力空气静压轴,承,径向轴承的轴套为外鼓形，,可自动调整定心。方法是先通气 使轴套自动将位置调好后再固定。 这样可提高前后轴套的同轴度
12、， 从而保证转轴的回转精度。,双半球空气轴承主轴,转轴前,后轴承均为半球状，既是径向轴 承又是止推力轴承，由于轴承的 球形气浮面具有自动调心作用， 因此可以提高前后轴承的同轴 度，以提高转轴的回转精度。,机 械 传 动,传动部件 同步齿形带 同步齿形带传动是综合了带传动、 齿轮传动和链传动特点的一种新型传动。 带的工作表面制有带齿，它与有相应齿 形的带轮相啮合，用来传递运动和动力。 与一般带传动相比较，同步齿形带传动 具有如下特点：传动比准确，传动效率 高；工作平稳，能吸收振动；不需润 滑，维护保养方便；中心距要求严格， 安装精度要求高。 同步带的齿形一般为梯形，材料为 聚氨酯橡胶和氯丁橡胶，
13、带轮材料一般 采用钢、塑料或轻合金。,机电一体化技术 同步齿形带的主要参数是带齿的节距pb pb,机 械 传 动,传动部件 谐波齿轮变速器 组成及工作原理 谐波齿轮传动是一种新型传动装置，主 要有波形发生器、柔轮和刚轮组成。柔轮具有 外齿，刚轮具有内齿，刚轮的齿数zg比柔轮的 齿数zr略多。柔轮的轮缘极簿，刚度很小，在 未装配前，柔轮是圆形的，由于波形发生器的 直径比柔轮内圆的直径略大，所以当波形发生,器装入柔轮的内圆时，就迫使柔轮变形，呈椭 圆形。波发生器有滚轮式、凸轮式和偏心盘式。 当波发生器转动时，柔轮和刚轮上的齿依次进 入啮合，柔轮的旋转方向与波发生器的旋转方 向相反。谐波齿轮传动既可
14、以做成减速器，也 可以做成增速器。波形发生器、柔轮和刚轮三 者任意一个固定，其余二个一个为主动，另一 个为从动，应用广泛的是刚轮固定，波发生器 主动，柔轮从动的形式。单级减速的减速比i 75500（izr/zgzr）。,机电一体化技术 与一般齿轮传动相比，谐波 齿轮传动具有：传动比大、承载 能力大、传动精度高、传动平稳 无冲击的特点。,波发生器 柔轮 刚轮,柔性轴承,机电一体化技术,机 械 传 动,传动部件,波发生器它与输入轴相联，对柔轮 的齿圈的变形起产生和控制的作用。 它由一个椭圆形凸轮和一个薄壁的柔 性轴承组成。柔性轴承不同于普通轴 承它的外环很薄容易产生径向变,形在未装入凸轮之前环是圆
15、形的， 装 上 之 后 为 椭 圆 形 。,柔轮有薄壁杯形薄壁圆筒形或平 嵌式等多种。薄壁圆筒形柔轮的开口,端部外面有齿圈它随波发生器的转 动而变形筒底部分与输出轴联接。 刚轮它是一个刚性的内齿轮。双波 谐波传动的刚轮通常比柔轮多2齿。谐 波齿轮减速器多以刚轮固定，外部与 箱体联接。,波发生器 输入轴,刚轮,轴承,柔轮,输出轴,柔轮 外齿圈 波发生器,内齿圈,刚轮,机电一体化技术,机 械 传 动,传动部件 谐波齿轮变速器在机器人中的应用,伺服电机,滚珠丝杠,伺服电机,联轴器,联轴器座,机电一体化技术,机 械 传 动,传动方式 滚珠丝杠与进给电机的连接,伺服电机 同步齿形带,机 械 传 动,机电
16、一体化技术 直线永磁同步电动机是在定 子侧，沿全行程方向的一条直 线，一块接一块交替地安装N、S 永磁体，而动子下方的全长上， 对应地安装含铁心的通电绕组， 动子必须带电缆一起运动。当动 子的三相绕组中通入三相对称正 弦电流后，产生气隙磁场。当三 相电流随时间变化时，气隙磁场 将按A、B、C相序沿直线运动， 该磁场称为行波磁场。永磁体的 励磁磁场与行波磁场相互作用便 会产生电磁推力。在电磁推力的 作用下，由于定子固定不动，那 么动子就会沿行波磁场运动的相 反方向作直线运动。,传动方式 直线电机,机电一体化技术,机 械 传 动,传动方式,直线电机在进给运动中的应用,1直线电机磁铁组件 2直线电机滑块组件 3工作台 4滑座 5直线光栅扫描头 6直线滚动导轨 7
