02机电一体化技术(讲稿).pptx
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1、复习1、提出了、提出了机电一体化系统的概念机电一体化系统的概念。2、分析了它的、分析了它的五大构成要素和五大功能五大构成要素和五大功能。3、各要素之间通过接口进行联结,不同的分类、各要素之间通过接口进行联结,不同的分类有不同的接口。有不同的接口。4、讲述了机电一体化系统的、讲述了机电一体化系统的设计流程设计流程。5、机电一体化系统的评价。、机电一体化系统的评价。6、考虑的方法(、考虑的方法(3种)和设计的类型(种)和设计的类型(3种种)7、机电一体化工程与系统工程的异同、机电一体化工程与系统工程的异同8、设计的程序、准则、规律、设计的程序、准则、规律9、机电一体化设计与现代设计方法(、机电一体
2、化设计与现代设计方法(6种)种)本节重点1.丝杠螺母传动机构的基本传动形式;丝丝杠螺母传动机构的基本传动形式;丝杠螺母副的的组成及特点;杠螺母副的的组成及特点;2.滚珠丝杠副的典型结构;循环方式;预滚珠丝杠副的典型结构;循环方式;预紧方式;紧方式;3.滚珠丝杠副的选择方法滚珠丝杠副的选择方法实例:实例:X-Y工作台的结构工作台的结构第二章第二章 机械系统的部件选择与设计机械系统的部件选择与设计概述概述采取措施采取措施(1)采用低摩擦阻力的传动部件和导向支承部件。采用低摩擦阻力的传动部件和导向支承部件。(2)缩短传动链,提高传动与支承刚度,缩短传动链,提高传动与支承刚度,(3)选选用用最最佳佳传
3、传动动比比,以以达达到到提提高高系系统统分分辨辨率率、减减少少等等效效到到执执行行元元件件输输出出轴轴上上的的等等效效转转动动惯惯量量,尽可能提高加速能力。尽可能提高加速能力。(4)缩小反向死区误差。缩小反向死区误差。(5)改改进进支支承承及及架架体体的的结结构构设设计计以以提提高高刚刚性性、减减少振动、降低噪声。少振动、降低噪声。2.1 2.1 传动部件的选择与设计传动部件的选择与设计2.1.1 2.1.1 机械传动部件及其功能要求机械传动部件及其功能要求 精密化精密化高速化高速化小型化、轻量化小型化、轻量化常见的机械传动机构常见的机械传动机构螺旋传动齿轮传动同步带传动高速带传动非线性传动2
4、.1.2 2.1.2 丝杆螺母机构基本传动形式丝杆螺母机构基本传动形式 丝杠螺母转动移动(5)其它传动方式(例差动传动方式)原理:丝杆上有基本导程(或螺距)不同的(如l01、102)两段螺纹,其旋向相同。当丝杆2转动时,可动螺母1的移动距离为sn(10ll02),如果两基本导程的大小相差较少,则可获得较小的位移s。应用场合:多用于各种微动机构中。2.1.3 滚珠丝杠传动部件 1组成及特点 组成:由丝杆3、螺母2、滚珠4和反向器(滚珠循环反向装置)1等四部分组成。(3.26)优点:轴向刚度高、运动平稳、传动精度高;不易磨损,使用寿命长等优点。缺点:不能自锁,具有传动的可逆性。结构运行轨迹2滚珠丝
5、杠副的典型结构类型:(1)螺纹滚道型面螺纹滚道型面(法向法向)的形状及主要尺寸的形状及主要尺寸滚道型面与滚珠接触点之法线与丝杠轴向之垂线滚道型面与滚珠接触点之法线与丝杠轴向之垂线间的夹角被称为间的夹角被称为接触角接触角,一般为,一般为4545 。单圆弧型:图单圆弧型:图(a)(a)有:有:R Rr rb b有有1.041.04和和1.1l1.1l两种。两种。双圆弧型:双圆弧型:图图(b)(b)(2)滚珠的循环方式滚珠的循环方式(3.2)有内循环和外循有内循环和外循环二种环二种 内循环内循环:如图如图优点:滚珠循环优点:滚珠循环的回路短、流畅的回路短、流畅性好、效率高、性好、效率高、螺母的径向尺
6、寸螺母的径向尺寸也较小。也较小。缺缺点点:反反向向器器加加工工困困难难、装装配配调调整也不方便。整也不方便。工作原理:在螺母工作原理:在螺母2的侧面孔内装有的侧面孔内装有接通相邻滚道的反向器接通相邻滚道的反向器4,利用反向器,利用反向器引导滚珠引导滚珠3越过丝杆越过丝杆1的螺纹顶部进入相的螺纹顶部进入相邻滚道,形成一个循环回路。一般在同邻滚道,形成一个循环回路。一般在同一螺母上装有一螺母上装有24个滚珠用反向器,并个滚珠用反向器,并沿螺母圆周均匀分布。沿螺母圆周均匀分布。浮动式反向器的内循环滚珠丝杠副浮动式反向器的内循环滚珠丝杠副 结结构构特特点点:反反向向器器1上上的的安安装装孔孔有有0.0
7、10.015mm的的配配合合间间隙隙,反反向向器器弧弧面面上上加加工工有有圆圆弧弧槽槽,槽槽内内安安装装拱拱形形片片簧簧4,外外有有弹弹簧簧套套2,籍籍助助拱拱形形片片簧簧的的弹弹力力,始始终终给给反反向向器器一一个个径径向向推推力力,使使位位于于回回珠珠圆圆弧弧槽槽内内的的滚滚珠珠与与丝丝杆杆3表表面面保保持持一一定定的的压压力力,从从而而使使槽槽内内滚滚珠珠代代替替了了定定位位键键而而对反向器起到自定位作用。对反向器起到自定位作用。优优点点:在在高高频频浮浮动动中中达达到到回回珠珠圆圆弧弧槽槽进进出出口口的的自自动动对对接接,通通道道流流畅畅、摩擦特性较好,更适用于高速、高灵敏度、高刚性的
8、精密进给系统。摩擦特性较好,更适用于高速、高灵敏度、高刚性的精密进给系统。外循环外循环 从结构上看,外循环有三从结构上看,外循环有三种形式:种形式:螺旋槽式螺旋槽式:在螺母在螺母2的的外圆表面上铣出螺纹凹槽,外圆表面上铣出螺纹凹槽,槽的两端钻出二个与螺纹槽的两端钻出二个与螺纹滚道相切的通孔,螺纹滚滚道相切的通孔,螺纹滚道内装入二个挡珠器道内装入二个挡珠器4引引导滚珠导滚珠3通过这二个孔,通过这二个孔,应用套筒应用套筒1盖住凹槽,构盖住凹槽,构成滚珠的循环回路。成滚珠的循环回路。结构的特点:工艺简单、结构的特点:工艺简单、径向尺寸小、易于制造。径向尺寸小、易于制造。但是挡珠器刚性差、易磨但是挡珠
9、器刚性差、易磨损。损。插管式插管式 用用一一弯弯管管1代代替替螺螺纹纹凹凹槽槽,弯弯管管的的两两端端插插入入与与螺螺纹纹滚滚道道5相相切切的的两两个个内内孔孔,用用弯弯管管的的端端部部引引导导滚滚珠珠4进进入入弯弯管管,构构成成滚滚珠的循环回路,再用压板珠的循环回路,再用压板2和螺钉将弯管固定。和螺钉将弯管固定。结结构构简简单单、容容易易制制造造。但但是是径径向向尺尺寸寸较较大大,弯弯管管端端部部用用作作挡珠器比较容易磨损。挡珠器比较容易磨损。端盖式端盖式 构造:在螺母构造:在螺母1上钻出纵上钻出纵向孔作为滚子回程滚道,螺向孔作为滚子回程滚道,螺母两端装有两块扇形盖板或母两端装有两块扇形盖板或
10、套筒套筒2,滚珠的回程道口就,滚珠的回程道口就在盖板上。滚道半径为滚珠在盖板上。滚道半径为滚珠直径的直径的1.41.6倍。倍。特点:结构简单、工艺性特点:结构简单、工艺性好,但滚道吻接和弯曲处圆好,但滚道吻接和弯曲处圆角不易做准确而影响其性能,角不易做准确而影响其性能,故应用较少。常以单螺母形故应用较少。常以单螺母形式用作升降传动机构。式用作升降传动机构。3滚珠丝杠副的主要尺寸参数滚珠丝杠副的主要尺寸参数 公称直径公称直径d0:基本导程基本导程l0(或螺距或螺距t):行程行程l:还有丝杆螺纹大径还有丝杆螺纹大径d、丝杆螺纹小径、丝杆螺纹小径d1、滚珠直径、滚珠直径db、螺、螺母螺纹大径母螺纹大
11、径D、螺母螺纹小径、螺母螺纹小径D1、丝杆螺纹全长、丝杆螺纹全长ls等。等。基本导程的大小基本导程的大小的确定的确定根据机电一体化系统的根据机电一体化系统的精度精度要求确定:要求确定:n精精度度要要求求高高时时应应选选取取较较小小的的基基本本导导程程。滚滚珠珠的的工工作作圈圈(或或列列)数数和和工工作作滚滚珠珠的的数数量量N由由试试验验可可知知:第第一一、第第二二和和第第三三圈圈(或或列列)分分别别承承受受轴轴向向载载荷荷的的50%、30%和和20%左左右右。因因此此,工作圈工作圈(或列或列)数一般取数一般取2.53.5。n滚珠总数滚珠总数N一般不超过一般不超过150个。个。5滚珠丝杠副轴向间
12、隙调整与预紧滚珠丝杠副轴向间隙调整与预紧 常用的几种调整预紧方法常用的几种调整预紧方法 n(1)(1)双螺母螺纹预紧调整式双螺母螺纹预紧调整式 n(2)双螺母齿差预紧调整式双螺母齿差预紧调整式 n(3)双螺母垫片调整预紧式双螺母垫片调整预紧式 n(4)弹簧式自动调整预紧式弹簧式自动调整预紧式 n(5)单螺母变位导程自预紧式和单螺母滚珠过单螺母变位导程自预紧式和单螺母滚珠过盈预紧式盈预紧式(1)双螺母螺纹预紧调整双螺母螺纹预紧调整 如图所示,螺母如图所示,螺母3的外端有凸缘,而螺母的外端有凸缘,而螺母4的外端虽无凸的外端虽无凸缘,但制有螺纹,并通过二个圆螺母固定。调整时旋转缘,但制有螺纹,并通过
13、二个圆螺母固定。调整时旋转圆螺母圆螺母2消除轴向间隙并产生一定的预紧力,然后用锁消除轴向间隙并产生一定的预紧力,然后用锁紧螺母紧螺母1锁紧。预紧后两个螺母中的滚珠相向受力锁紧。预紧后两个螺母中的滚珠相向受力(如图如图b),从而消除轴向间隙。,从而消除轴向间隙。其特点是其特点是结构简单、刚性好、结构简单、刚性好、预紧可靠,使用中调整方便,但不能精确定量地调整。预紧可靠,使用中调整方便,但不能精确定量地调整。工作原理(2)双螺母齿差预紧调整式双螺母齿差预紧调整式结结构构如如图图,二二个个螺螺母母的的两两端端分分别别制制有有圆圆柱柱齿齿轮轮3,二二者者齿齿数数相相差差一一个个齿齿,通通过过二二端端的
14、的二二个个内内齿齿轮轮2与与上上述述圆圆柱柱齿齿轮轮相相啮啮合合并并用用螺螺钉钉和和定定位销固定在套筒位销固定在套筒1上。上。方方法法:调调整整时时先先取取下下二二端端的的内内齿齿轮轮2 2,当当二二个个滚滚珠珠螺螺母母相相对对于于套套筒筒同同一一方方向向转转动动同同一一个个齿齿后后固固定定后后,则则一一个个滚滚珠珠螺螺母母相相对对于于另另一一个个滚滚珠珠螺螺母母产产生生相相对对角角位位移移,使使二二个个滚滚珠珠螺螺母母产产生生相对移动,从而消除间隙并产生一定的预紧力。相对移动,从而消除间隙并产生一定的预紧力。特特点点:可可实实现现定定量量调调整整。即即可可进进行行精精密密微微调调(如如0.0
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