第二章机械系统设计技术传统的电机-------动力源机电系统的伺服电机-------动力、变速与执行2.1机电系统中常用机构滚珠丝杠螺母机构同步带传动导轨齿轮传动滚动丝杠螺母机构：结构复杂、成本高、无自锁功能，但摩擦阻力小、传动效率高（92%~98%）、传动可逆、传动精度高。滚珠丝杠螺母副+滚动导轨副滚珠丝杠副的型号滚珠循环的方式（1）内循环2）外循环方式单螺母滚珠丝杠副滚珠丝杠副轴向间隙调整与预紧（1）双螺母螺纹预紧调整式（2）双螺母齿差预紧调整式（3）双螺母垫片调整预紧式（4）弹簧式自动调整预紧式特点：其承载能力小，轴向刚度低，仅适用于短丝杠一端装止推轴承，另一端装深沟球轴承（固定—支承式）两端装止推轴承两端装双重止推轴承及深沟球轴承（固定—固定式）齿轮传动部件的作用：转矩、转速和转向的变换器。机电一体化系统中，常用的齿轮传动部件：总传动比的确定:在伺服系统中,齿轮传动比应满足驱动部件与负载之间位移,转矩,转速的匹配要求.不但要求其具有足够的刚度,还要求其转动惯量尽量小,以便在同一驱动功率时,加速度响应最大.在伺服系统中,通常采用负载角加速度最大原则选择总传动比,以提高伺服系统的响应速度。电机、传动装置和负载的传动模型TLF换算到电动机轴上的阻抗转矩为TLF/i；JL换算到电动机轴上的转动惯量为JL/i2。设Tm为电动机的驱动转矩,在忽略传动装置惯量的前提下,根据旋转运动方程,电动机轴上的合转矩Ta为式中若改变总传动比i,则也随之改变。根据负载角加速度最大的原则,令,则解得若不计摩擦,即TLF＝0,则表明:得到传动装置总传动比i的最佳值的时刻就是JL换算到电动机轴上的转动惯量正好等于电动机转子的转动惯量Jm的时刻,此时,电动机的输出转矩一半用于加速负载,一半用于加速电动机转子,达到了惯性负载和转矩的最佳匹配。齿轮传动间隙的调整方法2)轴向垫片齿侧间隙调整法3)双片薄齿轮错齿齿侧间隙调整法斜齿轮传动齿侧间隙调整2.1.3谐波齿轮传动谐波齿轮传动具有结构简单、传动比大（几十到几百）、传动精度高、回程误差小、噪声低、传动平稳、承载能力强、效率高等优点。故在工业机器人、航空、火箭等机电一体化系统中日益得到广泛的应用。图2-4谐波齿轮减速器原理图2-5谐波减速器中三大部件2.1.4同步齿形带传动2.1.5导轨滑动导轨具有结构简单、制造方便、刚度好、抗振性高等优点,在数控机床上应用广泛，目前多数使用金属对塑料形式，称为贴塑导轨或注塑导轨滚动导轨静压导轨2.2典型机电产品的机械结构一.相关术语及性能指标一.相关术语及性能指标自由度（Degreeoffreedom）：或者称坐标轴数，是指描述物体运动所需要的独立坐标数。手指的开、合，以及手指关节的自由度一般不包括在内。定位精度（Positioningaccuracy）：指机器人末端参考点实际到达的位置与所需要到达的理想位置之间的差距。工作空间（Workingspace）：机器人手腕参考点或末端操作器安装点（不包括末端操作器）所能到达的所有空间区域，一般不包括末端操作器本身所能到达的区域。注意：不同的书上，运动简图的符号表示可能不一样。直角坐标式1).齿轮齿条式手部电磁式吸盘气吸式吸盘PUMA工业机器人PUMA机器人数控机床的机械结构要求下页主轴组件按运动方式可分为五类:主轴电动机主轴电动机3,主轴电动机直接驱动（一体化主轴，电主轴）电主轴2.2.2数控机床的进给运动系统XKA5750型数控铣床主轴旋转运动：由装在滑枕后部的交流伺服电机----同步带（Ⅰ轴）---弧齿锥齿轮副---主轴（Ⅳ轴）主轴旋转运动：由装在滑枕后部的交流伺服电机----同步带（Ⅰ轴）---弧齿锥齿轮副---主轴（Ⅳ轴）例.组合机床动力滑台铣平面(机械平移系统)---质量-弹簧-阻尼系统模型例.组合机床动力滑台铣平面(机械平移系统)---质量-弹簧-阻尼系统模型例：单臂机械手3、阻尼（B）合适系统产生振动时，B越大，振幅越小，衰减越快，但阻尼大会使系统损失动量，增大稳态误差，降低精度，故应选合适阻尼。阻尼比为：4.摩擦摩擦对机电一体化伺服系统的主要影响是：6．间隙作用在机械上的力驱动力/力矩工作阻力/力矩2.3.3机械系统的等效动力学模型等效动力学模型为使所选择执行元件（功率、力/力矩、运动参量）与被控对象的固有参数（质量、转动惯量、运动参数）等相匹配，将输出轴各部分的惯量和负载转换到执行元件的输出端，以便确定执行元件。1）等效转动惯量(1)直线移动工作台折算到转动部件的转动惯量(2)相邻两轴，2轴向1轴转动惯量的折算机床传动机构示意图1、2、3、4—齿轮5—丝杠6—工作台2)负载转矩的折算解:3）传动刚度的计算扭转刚度的归算：k