第2章 精密机械技术

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1、机电系统及生产过程自动化第一章机电一体化概论第二章精密机械技术第三章工业控制计算机第四章基于单片机的控制器第五章可编程序控制器第六章传感器与计算机接口第七章动力驱动及其计算机控制第八章机电一体化系统设计方法与实例第二讲精密机械技术概述传动机构导向机构执行机构机电一体化系统的组成设定值输输入控制器出驱动执行机构被控对象＋接(IPC/PLC/MCU等)接(电机、电磁阀等)(各种机械参数)被—反口口控馈量量传感检测装置(各类传感器等)机电一体化系统的组成概述°机电一体化对机械系统的基本要求•一般情况下，机械系统是机电一体

2、化产品（系统）中的支撑、传动、执行机构，与一般的机械系统不同：°高精度°快速响应（高速的计算机单元+慢速的机械单元）°良好的稳定性•简单而言，就是“稳、准、快”，此外，还要求有较大的刚度、良好的可靠性、重量轻、体积小、寿命长等等•措施：考虑到以上要求，在设计和制造机械装置时，通常采用精密机械技术。概述°机电一体化系统中机械装置的主要组成•传动机构：主要完成转速、转矩的匹配，并且要求有良好的伺服性能。•导向机构：主要起支承和导向作用，为机械装置中各运动部件安全、准确地完成特定运动作保障。•执行机构：完成具体的动作，要

3、求有高的灵敏度、精确度和良好的重复性、可靠性。第二讲精密机械技术概述传动机构•传动机构的性能要求•滚珠丝杠传动•精密齿轮传动•挠性传动•间歇传动导向机构执行机构传动机构的性能要求°为满足机械装置有良好的伺服性能，传动系统应具有：•转动惯量小：前提是？°大的转动惯量会带来：°⑴机械负载增大°⑵响应速度慢相互矛盾，寻找°⑶灵敏度下降最优或最佳平衡•足够的刚度：刚度？点，这就是设计的主要任务！°大的刚度会：°⑴能量损失小°⑵机械装置固有频率高，不易共振°⑶能增加闭环伺服系统的稳定性•阻尼适中：°大的阻尼会：°⑴振幅小，衰

4、减快°⑵稳态误差增大，精度降低第二讲精密机械技术概述传动机构•传动机构的性能要求•滚珠丝杠传动•精密齿轮传动•挠性传动•间歇传动导向机构执行机构滚珠丝杠的结构及工作原理°将旋转运动转变为直线运动或将直线运动转变为旋转运动，它是传统滑动丝杠的进一步延伸发展。°由丝杠、螺母、滚动体、滚珠循环装置组1—丝杠2—端盖3—滚珠4—螺母成。滑动丝杠滚珠丝杠的结构及工作原理°根据滚珠的循环方式：•内循环式：反向器•外循环式：插管式、端盖式、螺旋槽式滚珠丝杠的结构及工作原理内循环垫片预紧螺母式滚珠丝杠副内循环变位导程预紧螺母式滚珠

5、丝杠副内循环螺纹预紧螺母式滚珠丝杠副滚珠丝杠的结构及工作原理端盖式滚珠丝杠副大导程插管式滚珠丝杠副滚珠丝杠的特点°优点：例子•传动效率高：滚动摩擦，传动效率90%～98%，为滑动丝杠的2～4倍；驱动力矩为滑动丝杠的1/3左右，发热率低。•传动灵敏平稳：摩擦阻力小、灵敏度好、启动时无颤动、低速时无爬行，可μ级控制微量进给。•定位精度高：发热率低，温升小，采取预拉伸、预紧等措施消除轴向间隙。•传动可逆性：旋转运动——直线运动，能高效地将扭力转化为推力，或将推力转化为扭力。•使用寿命长：寿命远高于滑动丝杠(精度保持性好)

6、。•同步性能好：采用多套滚珠丝杠副方案驱动同一装置或多个相同部件时，可获得很好的同步性。滚珠丝杠的特点°缺点：•不能自锁（垂直配置需制动装置）•制造工艺复杂，成本高°应用：•滚珠丝杠副因优良的摩擦特性使其广泛的运用于各种工业设备、精密仪器、精密数控机床、加工中心等。尤其是近年来，滚珠丝杠副作为数控机床直线驱动执行单元，在机床行业得到广泛运用，极大的推动了机床行业的数控化发展。电滚珠丝杠单元电动机转子电动机转子滚珠丝杆滚珠丝杆滚珠螺母滚珠螺母提高传动精度°影响传动精度的主要因素•轴向间隙＝原有预留间隙＋弹性变形引起的

7、间隙°调整方法：施加预紧力•双螺母螺纹预紧调整式•双螺母齿差预紧调整式•双螺母垫片预紧调整式°调整间隙应注意的问题•预紧力大小适中结构图原理图•过大会增大摩擦，效率降低•过小会降低传动精度滚珠丝杠的安装方式°安装方式不同（支撑形式不同），将影响到丝杠的轴向刚度和传动精度，各有优缺点，应视不同需要而定：•单推—单推式•双推—双推式•双推—简支式•双推—自由式单推—单推式滚珠丝杠的制动°使用制动电机、超越离合器或其他方式的制动装置，例如电磁—摩擦制动装置。滚珠丝杠的设计、计算°尺寸、强度、预紧力、效率计算、刚度、稳定性

8、校核（请参考相关工具书）。第二讲精密机械技术概述传动机构•传动机构的性能要求•滚珠丝杠传动•精密齿轮传动•挠性传动•间歇传动导向机构执行机构精密齿轮传动普通齿轮传动的精度提高谐波齿轮（略）精密齿轮传动普通齿轮传动的精度提高•误差的主要来源•直齿圆柱齿轮的消隙•斜齿轮的消隙•锥齿轮的消隙谐波齿轮（略）齿轮传动的误差来源°误差的主要来源：•齿侧间隙→空行程→传动