第2章机械系统.ppt

2 2 机械系统机械系统 机电控制系统的机械系统除了和一般的机械系统机电控制系统的机械系统除了和一般的机械系统要求具有较高的定位精度外，还应具有良好的动态响要求具有较高的定位精度外，还应具有良好的动态响应特性，即响应要快、稳定性要好。一个典型的应特性，即响应要快、稳定性要好。一个典型的机电机电控制系统控制系统通常包括：通常包括：控制部件、接口电器、功率放大控制部件、接口电器、功率放大器、执行元件、机械传动部件、导向支承部件和检测器、执行元件、机械传动部件、导向支承部件和检测传感部件传感部件等。而机等。而机械系统械系统一般包括一般包括减速装置，丝杆螺减速装置，丝杆螺母副、蜗轮蜗杆副等各种线性传动部件，连杆机构、母副、蜗轮蜗杆副等各种线性传动部件，连杆机构、凸轮机构等非线性传动部件，导向支承部件，旋转支凸轮机构等非线性传动部件，导向支承部件，旋转支承部件，轴系部件承部件，轴系部件等。等。2.12.1机械传动部件机械传动部件 常用的机械传动部件有常用的机械传动部件有螺旋传动机构、齿轮传动螺旋传动机构、齿轮传动机构、挠性传动机构和间歇传动机构机构、挠性传动机构和间歇传动机构等。其主要功能等。其主要功能是是传递转矩和转速传递转矩和转速。2.1.12.1.1螺旋传动机构螺旋传动机构 螺旋传动机构是用螺纹副将主动件的转动变为从螺旋传动机构是用螺纹副将主动件的转动变为从动件的移动的传动，是常用的一种传动形式。螺旋传动件的移动的传动，是常用的一种传动形式。螺旋传动机构主要由螺杆、螺母和机架组成。常用于把转动动机构主要由螺杆、螺母和机架组成。常用于把转动变为直线运动以传递运动和动力，也可用来调整并固变为直线运动以传递运动和动力，也可用来调整并固定零件或部件之间的相对位置，应用十分广泛。定零件或部件之间的相对位置，应用十分广泛。1.1.按功能不同，螺旋传动可分为传力螺旋、传导螺旋按功能不同，螺旋传动可分为传力螺旋、传导螺旋和调整螺旋三种。和调整螺旋三种。2 2按相对运动方式分按相对运动方式分 螺旋机构主动件（螺杆或螺母）回转一周，螺杆螺旋机构主动件（螺杆或螺母）回转一周，螺杆与螺母间的相对位移为一个导程。根据相对运动原理，与螺母间的相对位移为一个导程。根据相对运动原理，回转与移动两种运动形式可由一个构件来完成或分别回转与移动两种运动形式可由一个构件来完成或分别由两个构件来实现，位移情况可分为三类。由两个构件来实现，位移情况可分为三类。其中，利用差动位移原理的螺旋传动是普通螺旋其中，利用差动位移原理的螺旋传动是普通螺旋传动中较重要的应用。传动中较重要的应用。（1 1）差动螺旋是指同一螺杆上制出两段旋向相同、）差动螺旋是指同一螺杆上制出两段旋向相同、螺距不等的螺纹，利用其螺距之差，可产生微小的位螺距不等的螺纹，利用其螺距之差，可产生微小的位移量。移量。（2 2）反向螺旋是指同一螺杆（或螺母）上制出两段）反向螺旋是指同一螺杆（或螺母）上制出两段旋向相反、螺距不等或相等的螺纹，利用其螺距之和，旋向相反、螺距不等或相等的螺纹，利用其螺距之和，可得到快速移位的螺旋传动。可得到快速移位的螺旋传动。2.1.2 2.1.2 齿轮传动机构齿轮传动机构 齿轮传动是机械传动中最重要的，也是现代机械齿轮传动是机械传动中最重要的，也是现代机械中应用最广泛的一种传动形式。其传动准确、可靠、中应用最广泛的一种传动形式。其传动准确、可靠、效率高，传递功率和速度的范围大，可以用来传递空效率高，传递功率和速度的范围大，可以用来传递空间任意两轴间的运动和力。间任意两轴间的运动和力。1.1.齿轮传动的类型齿轮传动的类型2.2.轮系的类型轮系的类型 根据轮系在运动过程中各轮几何轴线在空间的相根据轮系在运动过程中各轮几何轴线在空间的相对位置关系是否变动，轮系可分为定轴轮系和周转轮对位置关系是否变动，轮系可分为定轴轮系和周转轮系。系。（1 1）定轴轮系）定轴轮系（2 2）周转轮系）周转轮系（3 3）混合轮系）混合轮系3 3轮系的传动比轮系的传动比 轮系的传动比是指轮系中输入轴的转速与输出轴轮系的传动比是指轮系中输入轴的转速与输出轴的转速之比，即的转速之比，即1Nnin 要确定轮系的传动比，不但要计算其大小，还要要确定轮系的传动比，不但要计算其大小，还要确定其输入轴和输出轴之间的运动关系，表示出它们确定其输入轴和输出轴之间的运动关系，表示出它们的转动方向。的转动方向。（1 1）定轴轮系中各轮几何轴线均互相平行的传动比）定轴轮系中各轮几何轴线均互相平行的传动比计算计算（2 2）定轴轮系中所有齿轮的几何轴线不都平行，但）定轴轮系中所有齿轮的几何轴线不都平行，但首、尾两轮的轴线互相平行首、尾两轮的轴线互相平行 如图（如图（a a）所示，齿轮）所示，齿轮3 3和齿轮和齿轮4 4轴线不平行，齿轴线不平行，齿轮轮5 5和齿轮和齿轮6 6轴线不平行，它们的转向无所谓相同或相轴线不平行，它们的转向无所谓相同或相反，在这种情况下，可在图上用箭头来表示各轮的转反，在这种情况下，可在图上用箭头来表示各轮的转向。由于首尾两轮的轴线互相平行，所以仍可在传动向。由于首尾两轮的轴线互相平行，所以仍可在传动比的计算结果中加正负号来表示主、从动轮的转向关比的计算结果中加正负号来表示主、从动轮的转向关系。系。（3 3）定轴轮系中首、尾两轮的轴线不平行）定轴轮系中首、尾两轮的轴线不平行 如图（如图（b b）所示，主动轮）所示，主动轮1 1（蜗杆）和从动轮（蜗杆）和从动轮6 6（锥齿轮）的几何轴线不平行，它们分别在两个平面（锥齿轮）的几何轴线不平行，它们分别在两个平面内转动，转向无所谓相同或相反，因此不能在传动比内转动，转向无所谓相同或相反，因此不能在传动比的计算结果中加正负号来表示主、从动轮转向间的关的计算结果中加正负号来表示主、从动轮转向间的关系，其转向关系只能用箭头在图中表示。系，其转向关系只能用箭头在图中表示。（4 4）周转轮系的传动比）周转轮系的传动比 由于含有行星轮，周转轮系的传动比不能直接用定轴轮由于含有行星轮，周转轮系的传动比不能直接用定轴轮系传动比的计算方法来解决，而是利用相对运动原理引入转化系传动比的计算方法来解决，而是利用相对运动原理引入转化轮系，即把周转轮系转化成一个假想的定轴轮系。具体方法是轮系，即把周转轮系转化成一个假想的定轴轮系。具体方法是利用转化轮系的传动比计算公式，导出周转轮系各构件绝对转利用转化轮系的传动比计算公式，导出周转轮系各构件绝对转速之间的关系式，从而计算它们之间的传动比。速之间的关系式，从而计算它们之间的传动比。如图如图2.82.8所示，假设给整个周转轮系一个运动，所示，假设给整个周转轮系一个运动，使其绕使其绕OHOH轴以系杆的相同转速但方向相反（轴以系杆的相同转速但方向相反（-n-nH H）的公）的公共转速运动后，使得系杆相对静止了。既然系杆不动，共转速运动后，使得系杆相对静止了。既然系杆不动，即没有系杆，也就不可能有行星轮，轮系就发生了变即没有系杆，也就不可能有行星轮，轮系就发生了变化，周转轮系就转化为定轴轮系了。此时，我们称此化，周转轮系就转化为定轴轮系了。此时，我们称此定轴轮系为该周转轮系的转化轮系。特别强调，转化定轴轮系为该周转轮系的转化轮系。特别强调，转化轮系为一定轴轮系。轮系为一定轴轮系。周转轮系转化前后的转速见表周转轮系转化前后的转速见表2.22.2。在转化轮系中各构件的转速都在右上角标上在转化轮系中各构件的转速都在右上角标上“H”“H”，表示各构件是附加一个，表示各构件是附加一个（-nH）后的转速。后的转速。HH11H1HH1(1)1mNNNnnnNinnNn 齿轮 至 所有从动轮齿数的乘积齿轮 至 所有主动轮齿数的乘积（5 5）混合轮系的传动比）混合轮系的传动比 混合轮系由定轴轮系和周转轮系或由多个单一周混合轮系由定轴轮系和周转轮系或由多个单一周转轮系组合而成。它的传动比计算要复杂一些，大致转轮系组合而成。它的传动比计算要复杂一些，大致可归纳为以下几个步骤。可归纳为以下几个步骤。进行轮系的结构分析，以行星轮为出发点，依进行轮系的结构分析，以行星轮为出发点，依次从混合轮系中划分出单一的周转轮系，余下的是定次从混合轮系中划分出单一的周转轮系，余下的是定轴轮系。轴轮系。对每个单一周转轮系都列出转化轮系传动比的对每个单一周转轮系都列出转化轮系传动比的计算式，定轴轮系也按其计算规则列出相应的关系式，计算式，定轴轮系也按其计算规则列出相应的关系式，构成联立方程组。构成联立方程组。解方程，得到最后结果。在解方程时，可以进解方程，得到最后结果。在解方程时，可以进行约分，但运算过程中不宜化为小数，尤其不可取近行约分，但运算过程中不宜化为小数，尤其不可取近似值，否则可能造成较大误差，甚至产生错误结果。似值，否则可能造成较大误差，甚至产生错误结果。因此，只有求出最后结果之后，才能化为近似小数。因此，只有求出最后结果之后，才能化为近似小数。2.1.3 2.1.3 挠性传动机构挠性传动机构 1 1同步带传动同步带传动同步带传动是综合了普通带传动和链轮、链条传动优同步带传动是综合了普通带传动和链轮、链条传动优点的一种传动。它在带的工作面及带轮外周上均制有点的一种传动。它在带的工作面及带轮外周上均制有啮合齿，通过带齿与轮齿作啮合运动。啮合齿，通过带齿与轮齿作啮合运动。2 2钢带传动钢带传动 钢带传动的特点是钢带和带轮间接触面积大、无钢带传动的特点是钢带和带轮间接触面积大、无间隙、摩擦阻力大、无滑动，结构简单紧凑、运行可间隙、摩擦阻力大、无滑动，结构简单紧凑、运行可靠、噪音低、驱动力大、寿命长，钢带无蠕变。靠、噪音低、驱动力大、寿命长，钢带无蠕变。3 3绳轮传动绳轮传动 绳轮传动具有结构简单、传动刚度大、结构柔软、绳轮传动具有结构简单、传动刚度大、结构柔软、成本较低、噪音低等优点。其缺点是带轮较大、安装成本较低、噪音低等优点。其缺点是带轮较大、安装面积大，加速度不易太高。面积大，加速度不易太高。2.1.4 2.1.4 间歇传动机构间歇传动机构 当机构的主动件连续运动时，从动件能产生当机构的主动件连续运动时，从动件能产生“动作动作停止停止动作动作”的运动，常用的间歇运动部件的运动，常用的间歇运动部件有棘轮机构、槽轮机构和蜗形凸轮传动机构。有棘轮机构、槽轮机构和蜗形凸轮传动机构。1 1棘轮传动机构棘轮传动机构 图图2.132.13所示的为常见的外啮合齿式棘轮机构，它所示的为常见的外啮合齿式棘轮机构，它主要由棘轮主要由棘轮1 1、主动棘爪、主动棘爪2 2、止回棘爪、止回棘爪5 5和机架和机架6 6组成。组成。在棘轮机构中，一般情况下棘爪为原动件，当主动摇在棘轮机构中，一般情况下棘爪为原动件，当主动摇杆逆时针摆动时，摇杆上铰接的主动棘爪插入棘轮的杆逆时针摆动时，摇杆上铰接的主动棘爪插入棘轮的齿内，推动棘轮同向转动一定角度。当主动摇杆顺时齿内，推动棘轮同向转动一定角度。当主动摇杆顺时针摆动时，止回棘爪阻止棘轮反向转动，此时主动棘针摆动时，止回棘爪阻止棘轮反向转动，此时主动棘爪在棘轮的齿背上轻轻滑回原位，棘轮静止不动，从爪在棘轮的齿背上轻轻滑回原位，棘轮静止不动，从而实现将主动件的往复摆动转换为从动棘轮的单向间而实现将主动件的往复摆动转换为从动棘轮的单向间歇运动。为保证棘爪工作可靠，常利用弹簧使棘爪紧歇运动。为保证棘爪工作可靠，常利用弹簧使棘爪紧压齿面。压齿面。2 2槽轮传动机构槽轮传动机构 槽轮传动机构是能实现从动件较长时间停留的机槽轮传动机构是能实现从动件较长时间停留的机构。如图构。如图2.162.16所示，槽轮机构是由带圆销所示，槽轮机构是由带圆销A A的拨盘的拨盘（曲柄）（曲柄）1 1、具有径向槽的槽轮、具有径向槽的槽轮2 2及机架等组成的间歇及机架等组成的间歇运动机构。拨盘上有一段外凸的锁止圆弧运动机构。拨盘上有一段外凸的锁止圆弧，槽轮上，槽轮上制有若干段内凹的锁止圆弧制有若干段内凹的锁止圆弧。拨盘为主动件，当它以等角速度拨盘为主动件，当它以等角速度11作连续转动作连续转动时，曲柄随之转