机电一体化机械技术.ppt

第一页，共四十页，2022年，8月28日 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 第二页，共四十页，2022年，8月28日 　　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 第三页，共四十页，2022年，8月28日 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 第四页，共四十页，2022年，8月28日 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）。 第五页，共四十页，2022年，8月28日 （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： 第六页，共四十页，2022年，8月28日 　例2.1 计算折算到电机轴上的等效转动惯量。 第七页，共四十页，2022年，8月28日 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 第八页，共四十页，2022年，8月28日 二、阻尼 阻尼是由于机械系统的传动件之间的摩擦力而产生的，机械传动系统可视为带有阻尼的质量—弹簧系统。系统的阻尼可划分为3类：静摩擦阻尼、库仑摩擦阻尼和粘性摩擦阻尼（粘滞摩擦阻尼）。 1、阻尼对机械系统的动态特性的影响 系统的静摩擦阻尼越大，系统的回程误差增大，定位精度降低； 系统的黏性阻尼摩擦越大，系统的稳态误差就越大，精度就降低； 系统的黏性阻尼摩擦会对系统的减慢系统的响应速度； 如果机械系统刚度低而质量大，则系统的固有频率低，于是应增大系统的黏性摩擦阻尼，以减小振幅和衰减振动。 第九页，共四十页，2022年，8月28日 2、阻尼比计算 在带有阻尼的弹簧—质量系统中（机械传动部件若简化为二阶振动系统），阻尼比与粘滞摩擦阻尼之间的关系如下： 式中： ——粘性阻尼系数， ——系统等效质量， ——系统的拉压刚度， 第十页，共四十页，2022年，8月28日 不同阻尼比对二阶系统的影响如下图： 图2.2 不同阻尼比时系统的响应（ξξξ 一般取 第十一页，共四十页，2022年，8月28日 三、刚度 　 刚度是使弹性体产生单位变形量所需的作用力，包括构件产生各种基本变形时的刚度和两接触面的接触刚度。 　 1、刚度对系统动态特性的主要影响 （1）矢动量。刚度越低，传动部件的变形越大，系统的矢动量就越大； （2）固有频率。系统的刚度越大，固有频率越高； （3）稳定性。系统的刚度越大，对系统的稳定性有利。 第十二页，共四十页，2022年，8月28日 2、刚度的计算 （1）拉压刚度计算 丝杠螺母机构的拉压刚度是由丝杠机构的拉压刚度 丝杠螺母见的接触刚度 及丝杠轴承的支承 三部分组成。 ①一端轴向支承的丝杠，其拉压刚度为： 式中： ——丝杠的中径， ——材料的拉压弹性模量， ——受力点到支撑端的距离， 、 第十三页，共四十页，2022年，8月28日 当工作台位于距离支撑端最远位置时（受力点到支撑端的距离最大），丝杠的全部工作长度L都受力，则刚度最小： L——丝杠的全部工作长度 ②两端轴向支承的丝杠，其拉力刚度为： 第十四页，共四十页，2022年，8月28日 当工作台位于两支承点的中点位置时，即 丝杠的拉压刚度为最小值： 时， 和 均可从产品样本中查得。 则丝杠螺母机构的总拉压刚度 为： 一端轴向支承的丝杠 ,两端轴向支承的丝杠 第十五页，共四十页，2022年，8月28日 （2）丝杠扭转刚度计算 丝杠扭转刚度可用下式计算： 式中： ——丝杠的中径， ——材料的剪切弹性模量， ——受力点到支撑端的距离， 第十六页，共四十页，2022年，8月28日 下面是不同刚度对系统性能的影响： 图2.3 不同刚度时系统的频率特性（K＜K＜K） 第十七页，共四十页，