单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第二章,机,机电一体,化,化机械技,术,术,2-1,机,机电一体,化,化中的机,械,械系统,2-2,机,机电一体,化,化中常用,的,的传动机,构,构,2-3,机,机电一体,化,化中常用,的,的执行机,构,构,2-4,机,机电一体,化,化中的虚,拟,拟样机技,术,术（自学,）,）,机械系统,包,包括系统,的,的框架和,支,支承结构,、,、机械连,接,接和传动,系,系统，本,章,章重点介,绍,绍传动系,统,统的特点,和,和设计方,法,法一,一,传,传动系统,的,的构成及,作,作用,图2.1 传,动,动系统,在,在机电,系,系统中,的,的作用,2-1,机,机电一,体,体化机,械,械系统,对传动,系,系统的,要,要求,静,静,特,特性：,传,传动精,度,度,动,动特,性,性：稳,定,定性、,快,快速性,可,可靠性,图2.2 机,电,电系统,的,的控制,模,模型,2.2.1,机,机械传,动,动系统,的,的特性,一、转,动,动惯量,它是系,统,统的机,械,械负载,，,，要产,生,生功耗,，,，影响,系,系统的,响,响应速,度,度、灵,敏,敏度、,固,固有频,率,率和阻,尼,尼特性,。
它取,决,决于质,量,量的大,小,小和质,量,量分布,1,、转动,惯,惯量大,的,的影响,（1）,机,机械负,载,载增加,，,，功率,消,消耗大,；,；,（2）,响,响应速,度,度变慢,，,，灵敏,度,度降低,；,；,（3）,固,固有频,率,率下降,，,，容易,产,产生谐,振,振；,（4）,电,电气驱,动,动部件,的,的谐振,频,频率降,低,低，阻,尼,尼增大,等,等2-2,机,机电一,体,体化系,统,统中常,用,用的传,动,动机构,2、转,动,动惯量,的,的计算,（1）,圆,圆柱体,的,的转动,惯,惯量（,齿,齿轮、,丝,丝杠等,）,）,计算公,式,式为：,m,圆,圆柱体,的,的质量,（,（kg,）,）；,d,圆,圆柱体,的,的直径,（,（m）,2,）直线,运,运动物,体,体的转,动,动惯量,丝杠,驱,驱动,导程为,的丝杠,驱,驱动总,质,质量为,的工作,台,台和工,件,件，,齿轮,驱,驱动,齿轮齿,条,条驱动,总,总质量,为,为,的工作,台,台和工,件,件，其,折,折算,到节圆,半,半径为,的,的小,齿,齿轮上,的,的等效,转,转动惯,量,量为：,其折算,到,到丝杠,轴,轴上的,等,等效转,动,动惯量,为,为：,例2.1 计,算,算折算,到,到电机,轴,轴上的,等,等效转,动,动惯量,。
解：传,动,动系统,有,有三根,轴,轴，每,根,根轴上,的,的总惯,量,量分别,为,为,其中：，分别是4个齿,轮,轮的转,动,动惯量,是丝杠,的,的惯量,是工作,台,台折算,到,到丝杠,上,上的等,效,效转动,惯,惯量,总的等,效,效惯量,为,为,二、阻,尼,尼,阻尼是,由,由于机,械,械系统,的,的传动,件,件之间,的,的摩擦,力,力而产,生,生的，,机,机械传,动,动系统,可,可视为,带,带有阻,尼,尼的质,量,量弹,簧,簧系统,系统,的,的阻尼,可,可划分,为,为3类,：,：静摩,擦,擦阻尼,、,、库仑,摩,摩擦阻,尼,尼和粘,性,性摩擦,阻,阻尼（,粘,粘滞摩,擦,擦阻尼,）,）1、阻,尼,尼对机,械,械系统,的,的动态,特,特性的,影,影响,系统的,静,静摩擦,阻,阻尼越,大,大，系,统,统的回,程,程误差,增,增大，,定,定位精,度,度降低,；,；,系统的,黏,黏性阻,尼,尼摩擦,越,越大，,系,系统的,稳,稳态误,差,差就越,大,大，精,度,度就降,低,低；,系统的,黏,黏性阻,尼,尼摩擦,会,会对系,统,统的减,慢,慢系统,的,的响应,速,速度；,如果机,械,械系统,刚,刚度低,而,而质量,大,大，则,系,系统的,固,固有频,率,率低，,于,于是应,增,增大系,统,统的黏,性,性摩擦,阻,阻尼，,以,以减小,振,振幅和,衰,衰减振,动,动。
2、阻,尼,尼比计,算,算,在带有,阻,阻尼的,弹,弹簧,质,质量系,统,统中（,机,机械传,动,动部件,若,若简化,为,为二阶,振,振动系,统,统），,阻,阻尼比,与,与粘滞,摩,摩擦阻,尼,尼之间,的,的关系,如,如下：,式中：,粘,性,性阻尼,系,系数，,系,统,统等效,质,质量，,系统的,拉,拉压刚度，,不同阻尼比,对,对二阶系统,的,的影响如下,图,图：,图,2.2,不同阻尼比,时,时系统的响,应,应（,一般取,三、刚度,刚度是使弹,性,性体产生单,位,位变形量所,需,需的作用力,，,，包括构件,产,产生各种基,本,本变形时的,刚,刚度和两接,触,触面的接触,刚,刚度1、刚度对,系,系统动态特,性,性的主要影,响,响,（1）矢动,量,量刚度越,低,低，传动部,件,件的变形越,大,大，系统的,矢,矢动量就越,大,大；,（2）固有,频,频率系统,的,的刚度越大,，,，固有频率,越,越高；,（3）稳定,性,性系统的,刚,刚度越大，,对,对系统的稳,定,定性有利2、刚度的,计,计算,（1,）拉压刚度,计,计算,丝杠螺母机,构,构的拉压刚,度,度是由丝杠,机,机构的拉压,刚,刚度,丝杠螺母见,的,的接触刚度,及丝杠轴承,的,的支承,三部分组成,。
一端轴向,支,支承的丝杠,，,，其拉压刚,度,度为：,式中：,丝杠的,中,中径，,材料的,拉,拉压弹性模,量,量，,受力点,到,到支撑端的,距,距离，,、,当工作台位,于,于距离支撑,端,端最远位置,时,时（受力点,到,到支撑端的,距,距离最大）,，,，丝杠的全,部,部工作长度L都受力，,则,则刚度最小,：,：,L丝杠,的,的全部工作,长,长度,两端轴向,支,支承的丝杠,，,，其拉力刚,度,度为：,当工作台位,于,于两支承点,的,的中点位置,时,时，即,丝杠的拉压,刚,刚度为最小,值,值：,时，,和,均可从产品,样,样本中查得,则丝杠螺母,机,机构的总拉,压,压刚度,为：,一端轴向支,承,承的丝杠,两端轴向,支,支承的丝杠,（2）丝杠,扭,扭转刚度计,算,算,丝杠扭转刚,度,度可用下式,计,计算：,式中：,丝杠的,中,中径，,材料的,剪,剪切弹性模,量,量，,受力点,到,到支撑端的,距,距离，,下面是不同,刚,刚度对系统,性,性能的影响,：,：,图,2.3,不同刚度时,系,系统的频率,特,特性（KKK）,例2.2,在,在例2.1的数控机,床,床进给系统,中,中，若预紧,后,后丝杠支承,轴,轴向刚度,，丝杠螺母,间,间的接触刚,度,度,（取丝杠的,最,最大工作长,度,度,，拉压弹性,模,模量,，剪切弹性,模,模量,，试求：,丝杠螺母系,统,统的最小拉,压,压刚度,和最小扭转,刚,刚度,2.丝杠工,作,作台系统纵,向,向振动和扭,转,转振动的最,小,小固有频率,。
1）计算,丝,丝杠螺母系,统,统的刚度,由于丝杠为,一,一端轴向支,承,承，故,则最小拉压,刚,刚度为：,得,最小扭转刚,度,度为：,（2）系统,固,固有频率的,计,计算,忽略丝杠本,身,身的质量，,则,则工作台纵,向,向振动的最,小,小固有频率,为,为：,由例2.1,知,知，电动机,轴,轴上的系统,总,总转动惯量,则折算到丝,杠,杠轴上的系,统,统总转动惯,量,量为：,忽略电动机,轴,轴和齿轮轴,的,的扭转变形,，,，系统扭转,振,振动的最小,固,固有频率为,：,：,四、传动精,度,度,由于传动件,之,之间的间隙,和,和传动件的,安,安装及制造,误,误差而引起,两,两种误差，,称,称为传动误,差,差和回程误,差,差传动链,的,的传动误差,和,和回程误差,会,会影响系统,的,的精度和稳,定,定性它们,对,对系统性能,的,的影响随其,在,在系统中的,位,位置的不同,而,而不同1、传动系,统,统的误差分,析,析,（1）传动,误,误差是,指,指输入轴单,相,相回转时，,输,输出轴转角,的,的实际值相,对,对于理论值,的,的变动从,而,而使输出轴,的,的运动时而,超,超前，时而,滞,滞后（图见,书,书上图2-5(b)）,。
2）回,程,程误差,是与传,动,动误差既,有,有联系又,有,有区别的,另,另一类误,差,差其可,以,以是当输,入,入轴有正,向,向回转变,为,为反向回,转,转是，输,出,出轴在转,角,角上的滞,后,后量，也,可,可把它理,解,解成输入,轴,轴固定式,，,，输出轴,可,可以任意,转,转动的转,角,角量其,使,使输出轴,不,不能立即,随,随着输入,轴,轴反向回,转,转，即具,有,有之后性,（,（图见书,上,上图2-5(c),）,）2、减小,传,传动链误,差,差的措施,(1)提,高,高零件本,身,身的制造,精,精度可以,减,减少传动,误,误差和回,程,程误差2)合,理,理地设计,传,传动链可,以,以减少传,动,动误差，,包,包括：,合理地,选,选择传动,类,类型不,不同,的,的传动形,式,式所能达,到,到的传动,精,精度是不,同,同的一,般,般说来：,圆,圆柱齿轮,的,的传动精,度,度较高，,蜗,蜗轮蜗杆,机,机构次之,，,，圆锥齿,轮,轮的传动,精,精度则较,差,差；谐波,齿,齿轮传动,的,的精度较,高,高，渐开,线,线行星齿,轮,轮机构、,少,少齿行星,齿,齿轮机构,次,次之，摆,线,线针轮行,星,星齿轮机,构,构的传动,精,精度则较,差,差。
合理,地,地确定传,动,动级数、,合,合理地分,配,配传动比,减,减少传动,级,级数就可,以,以减少零,件,件数量，,也,也就减少,了,了产生误,差,差的环节,因此，,在,在满足使,用,用要求的,前,前提下尽,可,可能减少,传,传动级数,对减速,传,传动链，,各,各级传动,比,比宜从高,速,速端开始,逐,逐级递增,，,，尽量提,高,高末级传,动,动比合理地,布,布置传动,链,链在,在减速,传,传动中，,精,精度较低,的,的传动机,构,构应尽量,布,布置在高,速,速轴上（,如,如圆锥齿,轮,轮传动）,，,，这样可,以,以减小低,速,速轴上的,误,误差,3)采,用,用消除间,隙,隙机构可,以,以减少回,程,程误差螺纹传动,间,间隙的消,除,除机构,齿,齿轮传,动,动侧隙的,消,消除机构,滚珠,丝,丝杠螺母,间,间隙的调,整,整机构等,2.2.2 常用,传,传动机构,1、转动,型,型传动机,构,构,（1）齿,轮,轮（齿条,）,）传动,齿,齿轮,传,传动包括,圆,圆柱齿轮,传,传动、圆,锥,锥齿轮传,动,动和圆弧,齿,齿轮传动,等,等其工,艺,艺性好、,适,适用范围,广,广、可实,现,现大功率,或,或者高精,度,度传动，,效,效率高、,传,传动平稳,，,，不易实,现,现大传动,比,比、体积,较,较大。
图2.5,齿,齿轮传,动,动机构,（2）蜗,轮,轮蜗杆传,动,动,其,其特点是,传,传动比大,、,、输出轴,与,与输入轴,垂,垂直、结,构,构紧凑、,可,可反向自,锁,锁，传动,效,效率低图2.6,蜗,蜗轮蜗,杆,杆传动机,构,构,（3）同,步,步齿型带,传,传动,同步带传,动,动具有带,传,传动、链,传,传动和齿,轮,轮传动的,优,优点同,步,步齿型带,传,传动由于,带,带与带轮,是,是靠啮合,传,传递运动,和,和动力，,故,故带与带,轮,轮间无相,对,对滑动，,能,能保证准,确,确的传动,比,比同步,齿,齿型带通,常,常以钢丝,绳,绳或玻璃,纤,纤维绳为,抗,抗拉体，,氯,氯丁橡胶,或,或聚氨酯,为,为基体,这,这种带薄,而,而且轻，,故,故可用于,较,较高速度,的,的传动传,传动噪声,比,比链传动,和,和齿轮传,动,动小，耐,磨,磨性好，,不,不需要润,滑,滑油，寿,命,命比摩擦,带,带长同,步,步齿型带,广。