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2016哈密机电类继续教育培训哈密机电类继续教育培训哈密职业技术学院哈密职业技术学院机电系机电系 李大燕李大燕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，
2、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化技术机 械
3、 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身垫片tv常用的塑料导轨材料有：塑料导轨软带、金属塑料复合
4、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
5、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
6、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
7、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
8、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，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
9、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
10、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
11、轴度，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，带轮材料一般采用钢、塑料或轻合金。机电一
12、体化技术同步齿形带的主要参数是带齿的节距pbpb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
13、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i75500（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
14、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
15、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直线光栅进给驱动采用直线电机与旋转电机传动方式的最大区别是取消了电动机到工作台之间的一切中间环节，减少了传动链。其优点是，响应快（加速度一般可达510g）、传动刚度高、定位精度高。转动惯量1.
16、圆柱体转动惯量mdJ214mdJ=机电一体化技术机 械 传 动特性 L J=(m1 2)2 m1m2J工件工作台L导程2+m +J sJs丝杠惯量丝杠2.直线运动物体的转动惯量丝杠惯量折算到丝杠轴上的总转动惯量J机电一体化技术机 械 传 动特性m1m2r工件齿条齿轮JJcJ=(m1+m2)r 2 +J c齿轮惯量机电一体化技术折算到齿轮轴上的总转动惯量J机 械 传 动特性齿轮齿条传动()J=J1 1i J 2 1 2i J 3+i2J13.齿轮转动惯量z4z3z2z1J3J2z2z1z3z 4i2 =i1=J折算到轴上的总转动惯量J2包括齿轮z4和轴的惯量包括齿轮z2、z3和轴的惯量包括齿轮z1和轴的惯量机电一体化技术机 械 传 动特性4.传动带转动惯量dvJm折算到驱动轴上的总转动惯量JJ=(m+mD)d 2传动带质量机电一体化技术机 械 传 动特性5.自驱台车转动惯量dm214mdJ=折算到驱动轴上的总转动惯量JJ机电一体化技术机 械 传 动特性
