機電一體化中機械系統(tǒng)部件的選擇與設計
 2.1概述 2.2傳動機構 2.3導向及支撐結構 2.4機械執(zhí)行機構
與一般機械系統(tǒng)比較，機電一體化機械系統(tǒng)的要求：

① 定位精度要高
② 響應速度要快
③ 穩(wěn)定性高
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????? 常常提出：無間隙、低摩擦、低慣量、高剛度、高諧振頻率、適當的阻尼比
機電一體化機械系統(tǒng)的三大結構

① 傳動機構：考慮與伺服系統(tǒng)相關的精度、穩(wěn)定性、快速響應等伺服特性
② 導向機構：考慮低速爬行現象
③ 執(zhí)行機構：考慮靈敏度、精確度、重復性、可靠性
2.2傳動機構

1、傳動機構的種類：
齒輪傳動機構、滾珠絲杠副、滑動絲杠副、同步帶傳動副、間歇機構、繞性傳動機構

2、傳動機構的特點：
傳動精度要高、 響應速度要快、穩(wěn)定性高
3、傳動機構的基本要求：
① 在不影響系統(tǒng)剛度的條件下，傳動機構的質量和轉動慣量要??；轉動慣量大會對系統(tǒng)造成機械負載增大（T電=T負+Jε）；系統(tǒng)響應速度變慢，靈敏度降低；系統(tǒng)固有頻率下降，產生諧振；使電氣部分的諧振頻率變低P20。
② 剛度越大，伺服系統(tǒng)動力損失越??；剛度越大，機器的固有頻率越高，不易振動(?????? )；剛度越大，閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性越高。
③ 機械系統(tǒng)產生共振時，系統(tǒng)中阻尼越大，最大振幅就越小，且衰減越快；但阻尼大會使系統(tǒng)損失動量，增大穩(wěn)態(tài)誤差，降低精度，故應選合適阻尼。
④ 靜摩擦力要小，動摩擦力要小的正斜率；或者會出現爬行。

4、摩擦
摩擦力可分為三種：
?靜摩擦力、庫侖摩擦力和粘性摩擦力（動摩擦力=庫侖摩擦力+粘性摩擦力）。
???????
?? 負載處于靜止狀態(tài)時，摩擦力為靜摩擦力，隨著外力的增加而增加，最大值發(fā)生在運動前的瞬間。運動一開始，靜摩擦力消失，靜摩擦力立即下降為庫侖摩擦力，大小為一常數F=μmg，隨著運動速度的增加，摩擦力成線性的增加，此時的摩擦力為粘性摩擦力（與速度成正比的阻尼稱為粘性阻尼）。
?? 摩擦對機電一體化伺服系統(tǒng)的主要影響是：降低系統(tǒng)的響應速度；引起系統(tǒng)的動態(tài)滯后和產生系統(tǒng)誤差；在接近非線性區(qū)，即低速時產生爬行。
?? 根據經驗，克服摩擦力所需的電機轉矩Tf與電動機額定轉矩TK的關系為0.2TK＜Tf＜0.3 TK
爬行就產生在這非線形區(qū)。
????????? 在使用中應盡可能減小靜摩擦力與動摩擦力的差值；并使動摩擦力盡可能小且為正斜率較小的變化 。
5、爬行
??? 當絲杠1作極低的勻速運動時，工作臺2可能會出現—快一慢或跳躍式的運動，這種現象稱為爬行。

1）產生爬行的原因和過程?
??? 勻速運動的主動件1，通過壓縮彈簧推動靜止的運動件3，當運動件3受到的逐漸增大的彈簧力小于靜摩擦力F時，3不動。直到彈簧力剛剛大于F時，3才開始運動，動摩擦力隨著動摩擦系數的降低而變小，3的速度相應增大，同時彈簧相應伸長，作用在3上的彈簧力逐漸減小，3產生負加速度，速度降低，動摩擦力相應增大，速度逐漸下降，直到3停止運動，主動件1這時再重新壓縮彈簧，爬行現象進入下一個周期。
由上述分析可知，低速進給爬行現象的產生主要取決于下列因素：

??????? ① 靜摩擦力與動摩擦力之差，這個差值越大，越容易產生爬行。
??????? ② 進給傳動系統(tǒng)的剛度K越小、越容易產生爬行。
??????? ③ 運動速度太低。
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2）不發(fā)生爬行的臨界速度
??????? 臨界速度可按下式進行估算

（m/s）
式中? ΔF-----靜、動摩擦力之差（N）；
? K------傳動系統(tǒng)的剛度（N／m）；
? ξ------阻尼比；
? m------從動件的質量（kg）。
??????? 以下兩種觀點有利于降低臨界速度：
??????? 適當的增加系統(tǒng)的慣性J和粘性摩擦系數f，有利于改善低速爬行現象，但慣性增加會引起伺服系統(tǒng)響應性能降低；增加粘性摩擦系數也會增加系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，設計時應優(yōu)化處理。
3）消除爬行現象的途徑（實際做法）
① 提高傳動系統(tǒng)的剛度
a．在條件允許的情況下，適當提高各傳動件或組件的剛度，減小各傳動軸的跨度，合理布置軸上零件的位置。如適當的加粗傳動絲杠的直徑，縮短傳動絲杠的長度，減少和消除各傳動副之間的間隙。
b．盡量縮短傳動鏈，減小傳動件數和彈性變形量。
c．合理分配傳動比，使多數傳動件受力較小，變形也小。
d．對于絲杠螺母機構，應采用整體螺母結構，以提高絲杠螺母的接觸剛度和傳動剛度。
② 減少摩擦力的變化
a．用滾動摩擦、流體摩擦代替滑動摩擦，如采用滾珠絲杠、靜壓螺母、滾動導軌和靜壓導軌等。從根本上改變摩擦面間的摩擦性質，基本上可以消除爬行。
b．選擇適當的摩擦副材料，降低摩擦系數。
c．降低作用在導軌面的正壓力，如減輕運動部件的重量，采用各種卸荷裝置，以減少摩擦阻力。
d．提高導軌的制造與裝配質量，采用導軌油等都可以減少摩擦力的變化。
6、阻尼??
????? 在系統(tǒng)設計時，考慮綜合性能指標，一般取ξ＝0.5 ~ 0.8之間。
7．剛度
??? 采用彈性模量高的材料，合理選擇零件的截面形狀和尺寸，對齒輪、絲杠、軸承施加預緊力等方法提高系統(tǒng)的剛度。
?????? 對于伺服機械傳動系統(tǒng)，增大系統(tǒng)的傳動剛度有以下好處：
??? （1）可以減少系統(tǒng)的死區(qū)誤差（失動量），有利于提高傳動精度；
??? （2）可以提高系統(tǒng)的固有頻率，有利于系統(tǒng)的抗振性；
??? （3）可以增加閉環(huán)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
???
8．諧振頻率
?????? 對于閉環(huán)系統(tǒng)，要求機械傳動系統(tǒng)中的最低固有頻率（最低共振頻率）必須大于電氣驅動部件的固有頻率。
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??????? 對于機械傳動系統(tǒng)，它的固有頻率取決于系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的剛度及慣量，因此在機械傳動系統(tǒng)的結構設計中，應盡量降低慣量，提高剛度，達到提高傳動系統(tǒng)固有頻率的目的。
??????? 一般要求機械傳動系統(tǒng)最低固有頻率WOI≥300rad／s，其他機械系統(tǒng)WOI≥600rad／s。
9．間隙
???? 對于系統(tǒng)閉環(huán)以外的間隙，對系統(tǒng)穩(wěn)定性無影響，但影響到伺服精度。
???? 對于系統(tǒng)閉環(huán)內的間隙，在控制系統(tǒng)有效控制范圍內對系統(tǒng)精度、穩(wěn)定性影響較小，但反饋通道上的間隙要比前向通道上的間隙對系統(tǒng)影響較大。
轉動慣量的計算： （單位：kg·m2）  (1) 圓柱體轉動慣量????????????????????????????????  (2) 直線移動工作臺折算到絲杠上的轉動慣量 
2.2.4齒輪傳動副齒輪總傳動比的設計原則:??????? 工作時折算到電動機軸上的峰值轉矩最??；等效均方根力矩最??；電機驅動負載加速度最大三種方法計算。??????? 重點介紹負載加速度最大原則:上式表明：齒輪系傳動比的最佳值就是，JL換算到電動機軸上的轉動慣量正好等于電動機轉子的轉動慣量，此時，電動機的輸出轉矩一半用于加速負載，一半用于加速電動機轉子，達到了慣性負載和轉矩的最佳匹配。
總傳動比分配 (1)最小等效轉動慣量原則 (2)重量最輕原則(3)輸出軸轉角誤差最小原則