机电一体化-知识点总结

机电一体化知识点总结第一章绪论A.机电一体化：是在机械的主功能、动力功能、信息功能和控制功能上引进微电子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机结合而构成系统的总称。※B.机电一体化系统：按照机电一体化方法设计出来的机械与电子紧密结合的产品或制造的系统。包括三大要素：物质、能量、信息，具有三大“目的功能”即主功能①变换（加工、处理）功能②传递（移动、输送）功能③储存（保持、积蓄、记录）功能。※C.机电一体化的3个五：首先我们需要什么机床或机器的执行元件（肌肉）相当于决定我们要做什么、用什么做，然后我们以机构（骨骼）为基础并长期保持对系统及其子系统相互稳定联系的以实现所需的功能机理，即确定机电一体化系统要实现所需的功能，并对这些物质、能量、信息进行变换、传递和储存。之后必须由动力功能（心脏）为整个系统提供动力，再由检测功能（感官、传感器）和控制功能（头脑、计算机）根据系统的内部和外部信息对整个系统进行控制，使系统正常、准确的实现“目的功能”即心脏为人提供动力，人有了结实的肌肉和骨骼在感官和大脑的感受和控制下，去完成所需的功能。D.机电一体化系统构成要素相互联系的联系条件——接口技术两大接口功能：实现三大要素的传递与转换，达到目的功能1.变换、调整2.输入、输出①零接口：仅起连接作用（接插座、联轴器、接头）①机械接口（联轴器、法兰盘、插头、插座）②无源接口：只用无源要素的接口（齿轮减速器、变阻器）②物理接口（电压、电容约束接口）③有源接口：含有有源要素的接口（电磁离合器）③信息接口（GB、ISO、C++）④智能接口：可编程和可改变接口条件④环境接口（防尘、水连接器、防爆开关）E.机电一体化系统设计的三大目的：省能源、省资源、智能化、提高机电产品的附加值和自动化程度。F.常用设计方法：①机电互补法（取代法）：利用专用或同用电子取代传统机械中某些功能或系统。②融合法：将各组成要素有机结合为一体构成专用或同用的部件。③机电组合法：将专用或通用部件、模块组合成一体化系统。※G.常用设计类型：①开发性设计：没有参照产品的设计，仅仅是根据抽象的设计原理和要求，设计出在质量和性能方面满足目的要求的系统。②适应性设计：是在总的方案原理基本保持不变的情况下，对现有产品进行局部更改，或用微电子技术代替原有的机械机构或为了进行微电子控制对机械结构进行局部适应性设计，以使产品的性能和质量增加某些附加价值。③变异性设计：是在设计方案和功能结构不变的情况下，仅改变现有产品的规格尺寸使之适应于量的方面有所变更的要求。H.机电一体化系统的设计流程：①根据目的功能确定产品规格、性能指标②系统功能部件、功能要素的划分③接口设计④综合评价⑤可靠性复查⑥试制与调试机电一体化的五大功能机电一体化的五大要素机电一体化的五大系统操作功能（主功能）：驱动执行元件执行元件系统动力功能：提供动力动力源动力系统计测功能：信息的收集、计算与转换传感器传感检测系统控制功能：信息的存储、处理、传送计算机电子信息处理系统构造功能：维持特点的时空上的相互联系机构机械系统第二章机械系统部件的选择和设计※A.机械系统部件的设计要求：机电一体化系统最主要的部件是机械传动部件和导向支承部件①低摩擦：采用低摩擦阻力的传动部件和导向支承部件。②短传动链：可提高传动与支承刚度③最佳传动比：可提高系统分辨率、减小等效到执行元件输出轴上的等效转动惯量，提高加速能力。④反向死区误差小⑤高刚性：改进支承及架体结构可提高刚性、减小振动、降低噪声。B.机械传动部件主要作用、目的：一种转矩、转速变换器，使执行元件与负载之间在转矩与转速方面得到最佳匹配。主要功能是传递转矩和转速。发展方向：精密化、高速化、小型化、轻量化滚珠丝杠螺母副A.丝杠螺母机构：实现旋转运动和直线运动之间的相互转换或调整，有滑动摩擦机构和滚动摩擦机构之分。优点缺点滑动丝杠螺母机构结构简单、加工简单、成本低、有自锁功能。摩擦阻力矩大、传动效率低、有空回间隙滚珠丝杠螺母机构摩擦阻力矩小，传动效率高、可无间隙工作结构复杂、成本高。B.丝杠螺母传动类型与特点特点①螺母固定、丝杠转动并移动结构简单、传动精度较高、可消除附加轴向窜动、但刚性较差。②丝杠转动、螺母移动结构紧凑、丝杠刚性高，但为了限制螺母移动，需要装导向装置。③螺母转动、丝杠移动结构复杂、占用空间大，传动时需要限制螺母移动和丝杠转动。④丝杠固定、螺母转动并移动结构简单、紧凑、丝杠刚性高，但使用不方便，不常用。※C.滚珠丝杠副的组成：丝杠、螺母、滚珠、反向器※D.滚珠丝杠螺母结构的特点：(1)传动效率高(2)定位精度和重复定位精度高(3)使用寿命长(4)轴向刚度高(5)传动的可逆性⑥无自锁能力、用于高精度或升级传动时需要制动定位装置。E.滚珠丝杠螺母副的分类：F.滚珠丝杠螺母副的间隙调整与预紧方法：目的是消除轴向间隙，减少变形，提高传递精度和承载力。①双螺母螺纹预紧调整：结构简单、刚性好、易于调整，但无法定量调整。②双螺母齿差预紧调整：结构简单、刚性好、使用中调整较方便，可实现定量调整。③双螺母垫片调整预紧：结构简单、刚性好、但使用中调整不方便。④弹簧式自动调整预紧：结构复杂、轴向刚度低，适用于轻载，可以消除使用过程中因磨损或弹性变形而产生的间隙。⑤单螺母变位导程预紧式和单螺母滚珠过盈预紧式：结构简单、紧凑，但使用中不能调整，制造困难。※注：轴向间隙调整目的—保证反向传动精度。预紧目的—提高刚度G.滚珠丝杠副的支持方式：为了提高轴向刚度，增加整体的传动精度和刚度，常用推力轴承来支承。③单推-单推式：两边均为推力轴承，轴向刚度较高，预紧力大，但轴承寿命较低，且会失稳。④双推-双推式：推力+深沟球，轴向刚度最高。适合高转速、高精度场合，但易随温升而使丝杠预紧力增大。②双推-简支式：一边推力+深沟球，一边深沟球。轴向刚度较低，易受热变形影响且易失稳，轴承寿命高，适用于中速、精度较高的长丝杠场合。【①～④顺序表明刚度、承载能力由弱到强】①双推-自由式：一端推力+深沟球，一端自由。轴向刚度和承载能力最低，多用于轻载、低速、垂直安装的场合。注：深沟球轴承可承受轴和径向载荷，但推力轴承只能承受轴向载荷。按螺纹管道截面形状按滚珠循环方式双圆弧型（无轴向间隙、加工困难、成本高、轻载条件）内循环：滚珠始终与丝杠保持接触。单圆弧型（有轴向间隙、加工简单）外循环：①螺旋槽式②插管式③端盖式H.滚子丝杠副的制动装置：在垂直安装或高速移动定位时，因无自锁而防止逆转或中断的装置。I.滚珠丝杠副的润滑与密封①润滑：润滑脂、润滑油。②密封：接触式密封、非接触式密封（迷宫式）。③防尘套：折叠式防尘套、伸缩套管、伸缩挡板。齿轮传动部件A.齿轮传动的作用：作为一种转矩、转速和转向的变换器。※B.各级传动比最佳分配的基本目的：满足驱动部件与负载之间的位移、转矩、转速的相互匹配。※C.各级传动比的最佳分配原则：①重量最轻原则：小功率传动遵循等传动比分配、等模数原则niii21大功率传动应遵循“先大后小”原则，不等传动比分配和不等模数。②输出轴转角误差最小原则：齿轮系统各级传动比应按“先大后小”原则分配，以便降低齿轮的加工、安装及回转误差对转角精度的影响，总转角误差主要取决于最末一级齿轮的转角误差和传动比的大小，故最末两级的传动比应取大一些，并提高加工精度。③等效转动惯量最小原则：保证各传动轴转动惯量换算到电机轴的等效转动惯量最小。三种原则不同的适用情况：适用①要求体积小、重量轻的齿轮传动场合适用②、③要求运动平稳、起停频繁、动态性能好的减速齿轮系统。适用②要求提高传动精度和减小回程误差的场合。行星轮系或谐波齿轮适用大传动比、高精度、高效率、体积小、重量轻。※D.谐波齿轮的组成：波发生器、刚性轮、柔性论※谐波齿轮的工作原理：主要依靠柔性齿轮产生的可控变形波引起齿间的相对错齿来传递动力。波发生器为主动件，刚轮和柔轮为从动件，刚轮有内齿圈，柔轮有外齿圈，两者齿距相同齿数不同。刚轮与波形发生器同向，柔轮则反向。※谐波齿轮的传动比：①rgHgHrHrgZZi②gHHgi③rHHir00HrHg为柔轮传动比，刚轮为刚轮传动比，柔轮总传动比iiiHrg波发生器角速度柔轮角速度刚轮角速度Hrg柔轮齿数刚轮齿数rgZZE.齿轮传动间隙调整方法：提高齿轮传动精度，消除齿轮传动正反转误差。导轨支承部件A.导轨支承部件（导轨）的作用：支承和限制运动部件按给定的运动要求和规定的方向运动。导轨的组成：定导轨、动导轨、辅助导轨、间隙调整元件及工作介质元件。导轨的分类：按运动方向①直线运动导轨副②回转运动导轨副按接触面的摩擦性质①滑动导轨②滚动导轨③流体介质摩擦导轨按结构特点①开式导轨②闭式导轨按截面形状（仅滑动导轨）凸形：低速场合，不易积存切屑和润滑油凹形：高速场合，有防护装置和导轨。四种导轨都具有凹、凸两者类型①三角形导轨：可自动补偿间隙，制造复杂，承载力和顶角成正比，导向精度成反比。②矩形导轨（应用广泛）：承载能力大，制造维修方便，但导向精度低，不能自动补偿，需安装间隙调整装置。③燕尾形导轨：可承受颠覆力矩，但导轨摩擦阻力大，制造复杂，不可自动补偿间隙。④圆形导轨：导向性和刚性好，但制造困难且磨损后不易调整和补充间隙。注：双三角形组合：有自补偿垂直和水平方向磨损的能力，但工艺性差，热敏性性大，适合高精机床。B.滑动导轨副间隙的调整方法：间隙小，摩擦阻力大。间隙大，导向精度低。常用方法：①压板法②镶条法：平镶条、斜镶条（广泛）燕尾形导轨镶条法，同时调整垂直和水平的间隙。矩形导轨压板法、修刮调整垫片厚度法和调整螺钉法、斜镶条法三角形导轨上滑动有自补偿，下滑动用压板法。圆形导轨不能调整间隙。受力小或短的导轨平镶条法C.滚动导轨的特点优点：①摩擦系数小②启动阻力小，不易产生爬行③可预紧，刚度高、精度高④润滑方便⑤寿命长⑥专业厂生产，可以外购选用。缺点：抗振性差、接触应力大对表面硬度、形状精度、尺寸精度要求高。结构复杂、成本高，需要良好的防护装置。D.滚动导轨——直线运动导轨分类：滚动体不循环①滚珠导轨副②滚针导轨副③圆柱滚子导轨副【滚动体：滚珠、滚针、滚子】【特点：行程有限、结构、制造简单，但难以施加预紧力、刚度低，抗振性差，不能受冲击。】注：滚珠导轨是承载能力最弱的。滚动体循环①直线滚动导轨副②筏子导轨块③滚动花键副④直线运动球轴承及其支承⑤滚珠导轨块【特点：行程无限，摩擦力矩小、运动平稳、适用重载，但结构复杂、成本高、易受轴承精度影响。】圆柱齿轮传动斜齿轮传动锥齿轮①偏心套（轴）调整法：结构简单，但不能自动补偿间隙。①垫片错齿调整法：结构简单，但调整麻烦，且不能自动补偿间隙。①轴向压簧调整②轴向垫片调整法：同上②轴向压簧错齿调整法：间隙可以自动补偿，但轴向尺寸较大，结构紧凑。②周向压簧调整③双片薄齿轮错齿调整法旋转支承部件A.旋转支承部件的分类：支承运动件的转动或摆动，并保证其方向精度（轴向与轴向的倾斜程度）和置中精度（中心与中心的偏移程度）。主要分为滑动摩擦支承（广泛）和滚动摩擦支承。①圆柱支承：接触面积大，承载能力强，在滑动摩擦支承中应用最广泛。但方向精度和置中精度较差，且摩擦阻力矩大。【主要支承】②圆锥支承：方向精度和置中精度较高，承载能力强，可自补偿间隙，但摩擦阻力矩大、对温度敏感。③填入式滚动支承：摩擦阻力矩小，耐磨、承载能力强，温感性低，适合高速、重载场合。机座及机架A.机座与机架的基本要求：两者都是起到支承、保证位置基准的基础部件，机座多为铸件，机架多为装配或焊接而成。1.足够的刚度和抗振性①静刚度：抵抗恒定载荷变形的能力。【影响因素：结构刚度和接触刚度】②动刚度：抵抗交变载荷变形的能力。【影响因素：静刚度、材料阻尼、振动频率】【衡量抗振性的主要因素】③抗振性：指承受受迫振动的能力。振源来自系统内部或外部环境。④措施：提高静刚度、提高固有振动频率、减少共振，增加阻尼，尽量减轻重量，采用隔振措施。2.具有较小的热变形措施：控制热源、采用热平衡法，控制温差。3.稳定性：