《機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)》PPT課件

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1、機(jī) 械 系 統(tǒng) 設(shè) 計(jì) 機(jī) 械 系 統(tǒng) 是 機(jī) 電 一 體 化 系 統(tǒng) 的 最 基 本 要 素 ， 主 要 包 括 執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu) 、 傳 動(dòng) 機(jī)構(gòu) 和 支 承 部 件 。 機(jī) 械 的 主 要 功 能 是 完 成 機(jī) 械 運(yùn) 動(dòng) ， 一 部 機(jī) 器 必 須 完 成 相 互協(xié) 調(diào) 的 若 干 機(jī) 械 運(yùn) 動(dòng) 。 每 個(gè) 機(jī) 械 運(yùn) 動(dòng) 可 由 單 獨(dú) 的 控 制 電 機(jī) 、 傳 動(dòng) 件 和 執(zhí) 行機(jī) 構(gòu) 組 成 的 若 干 個(gè) 子 系 統(tǒng) 來(lái) 完 成 ， 若 干 個(gè) 機(jī) 械 運(yùn) 動(dòng) 由 計(jì) 算 機(jī) 來(lái) 協(xié) 調(diào) 與 控 制 。一 、 機(jī) 電 一 體 化 對(duì) 機(jī) 械 傳 動(dòng) 的 要 求 1、 高 精

2、 度精 度 直 接 影 響 產(chǎn) 品 的 質(zhì) 量 ， 尤 其 是 機(jī) 電 一 體 化 產(chǎn) 品 ， 其 技 術(shù) 性 能 、 工 藝 水平 和 功 能 比 普 通 的 機(jī) 械 產(chǎn) 品 都 有 很 大 的 提 高 ， 因 此 機(jī) 電 體 化 機(jī) 械 系 統(tǒng) 的高 精 度 是 其 首 要 的 要 求 。 如 果 機(jī) 械 系 統(tǒng) 的 精 度 不 能 滿 足 要 求 ， 則 無(wú) 論 機(jī)電 體 化 產(chǎn) 品 其 它 系 統(tǒng) 工 作 再 精 確 ， 也 無(wú) 法 完 成 其 預(yù) 定 的 機(jī) 械 操 作 。2、 快 速 響 應(yīng)機(jī) 電 一 體 化 系 統(tǒng) 的 快 速 響 應(yīng) 即 是 要 求 機(jī) 械 系 統(tǒng) 從 接 到

3、指 令 到 開 始 執(zhí) 行 指 令指 定 的 任 務(wù) 之 間 的 時(shí) 間 間 隔 短 。 這 樣 系 統(tǒng) 才 能 精 確 地 完 成 預(yù) 定 的 任 務(wù) 要 求 ，且 控 制 系 統(tǒng) 也 才 能 及 時(shí) 根 據(jù) 機(jī) 械 系 統(tǒng) 的 運(yùn) 行 情 況 得 到 信 息 ， 下 達(dá) 指 令 ， 使其 準(zhǔn) 確 地 完 成 任 務(wù) 。3、 良 好 的 穩(wěn) 定 性 機(jī) 電 一 體 化 系 統(tǒng) 要 求 其 機(jī) 械 裝 置 在 溫 度 、 振 動(dòng) 等 外 界 干 擾 的 作 用 下 依 然 能夠 正 常 穩(wěn) 定 的 工 作 。 既 系 統(tǒng) 抵 御 外 界 環(huán) 境 的 影 響 和 抗 干 擾 能 力 強(qiáng) 。 v傳

4、 動(dòng) 機(jī) 構(gòu) ： 機(jī) 電 一 體 化 系 統(tǒng) 中 傳 動(dòng) 結(jié) 構(gòu)的 主 要 功 能 是 傳 遞 轉(zhuǎn) 矩 和 轉(zhuǎn) 速 。 因 此 ，它 實(shí) 際 上 是 一 種 轉(zhuǎn) 矩 、 轉(zhuǎn) 速 變 化 器 。v導(dǎo) 向 機(jī) 構(gòu) ： 其 作 用 是 支 撐 和 限 制 運(yùn) 動(dòng) 部件 按 給 定 的 運(yùn) 動(dòng) 要 求 和 規(guī) 定 的 運(yùn) 動(dòng) 方 向運(yùn) 動(dòng) 。v執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu) ： 用 來(lái) 完 成 操 作 任 務(wù) 。 能 根 據(jù)操 作 指 令 的 要 求 在 動(dòng) 力 源 的 帶 動(dòng) 下 ， 完成 預(yù) 定 的 操 作 。 v 慣 性 ： (慣 量 )v 在 滿 足 系 統(tǒng) 剛 度 的 條 件 下 ， 機(jī) 械 部 分 的 質(zhì)

5、 量和 轉(zhuǎn) 動(dòng) 慣 量 越 小 越 好 。 轉(zhuǎn) 動(dòng) 慣 量 大 會(huì) 使 機(jī) 械負(fù) 載 增 大 、 系 統(tǒng) 響 應(yīng) 速 度 變 慢 、 靈 敏 度 降 低 ，伺 服 特 性 變 差 ； 固 有 頻 率 下 降 ， 容 易 產(chǎn) 生 諧振 。 同 時(shí) 轉(zhuǎn) 動(dòng) 慣 量 的 增 大 會(huì) 使 電 氣 驅(qū) 動(dòng) 部 件的 諧 振 頻 率 降 低 ， 而 阻 尼 增 大 。 v剛 度 剛 度 為 彈 性 體 產(chǎn) 生 單 位 變 形 量 所 需 的 作用 力 。 機(jī) 械 系 統(tǒng) 的 剛 度 包 括 構(gòu) 件 產(chǎn) 生 各種 基 本 變 形 時(shí) 的 剛 度 和 兩 接 觸 面 的 接 觸剛 度 兩 類 。 靜 態(tài) 力

6、和 變 形 之 比 為 靜 剛 度 ；動(dòng) 態(tài) 力 和 變 形 之 比 為 動(dòng) 剛 度 。 v摩 擦 兩 物 體 接 觸 面 間 的 摩 擦 力 在 應(yīng) 用 上 可 以 簡(jiǎn) 化 為粘 性 摩 擦 力 、 庫(kù) 倫 摩 擦 力 與 靜 摩 擦 力 三 類 ，方 向 均 與 運(yùn) 動(dòng) 方 向 （ 或 運(yùn) 動(dòng) 趨 勢(shì) 方 向 ） 相 反 。粘 性 摩 擦 力 大 小 與 兩 物 體 相 對(duì) 運(yùn) 動(dòng) 的 速 度 成正 比 ； 庫(kù) 倫 摩 擦 力 是 接 觸 面 對(duì) 運(yùn) 動(dòng) 物 體 的 阻力 ， 大 小 為 一 常 數(shù) ； 靜 摩 擦 力 是 有 相 對(duì) 運(yùn) 動(dòng)趨 勢(shì) 但 仍 處 于 靜 止 狀 態(tài) 時(shí) 摩

7、擦 面 間 的 摩 擦 力 ，其 最 大 值 發(fā) 生 在 相 對(duì) 開 始 運(yùn) 動(dòng) 前 的 一 瞬 間 ，運(yùn) 動(dòng) 開 始 后 靜 摩 擦 力 即 消 失 。 v諧 振 頻 率 包 括 機(jī) 械 傳 動(dòng) 部 件 在 內(nèi) 的 彈 性 系 統(tǒng) ， 若阻 尼 不 計(jì) ， 可 簡(jiǎn) 化 為 質(zhì) 量 、 彈 簧 系 統(tǒng) 。由 此 可 確 定 系 統(tǒng) 的 固 有 頻 率 。 當(dāng) 外 界 的激 振 頻 率 接 近 或 等 于 系 統(tǒng) 的 固 有 頻 率 時(shí) ，系 統(tǒng) 將 產(chǎn) 生 諧 振 而 不 能 正 常 工 作 。 機(jī) 械傳 動(dòng) 部 件 實(shí) 際 上 是 個(gè) 多 自 由 度 系 統(tǒng) ， 有一 個(gè) 基 本 固 有 頻

8、 率 和 若 干 高 階 固 有 頻 率 ，分 別 稱 為 機(jī) 械 傳 動(dòng) 部 件 的 一 階 諧 振 頻 率和 n階 諧 振 頻 率 。 v間 隙 間 隙 將 使 機(jī) 械 傳 動(dòng) 系 統(tǒng) 中 間 產(chǎn) 生 回 程 誤差 ， 影 響 伺 服 系 統(tǒng) 中 位 置 環(huán) 的 穩(wěn) 定 性 。有 間 隙 時(shí) ， 應(yīng) 減 小 位 置 環(huán) 增 益 間 隙 的 主 要 形 式 有 齒 輪 傳 動(dòng) 的 齒 側(cè) 間 隙 、絲 杠 螺 母 的 傳 動(dòng) 間 隙 、 絲 杠 軸 承 的 軸 向間 隙 、 連 軸 器 的 扭 轉(zhuǎn) 間 隙 等 。 在 機(jī) 電 一體 化 系 統(tǒng) 中 ， 為 了 保 證 系 統(tǒng) 良 好 的 動(dòng)

9、態(tài)性 能 ， 要 盡 可 能 避 免 間 隙 的 出 現(xiàn) 。 當(dāng) 間隙 出 現(xiàn) 時(shí) ， 要 采 取 消 隙 措 施 。 提 高 傳 動(dòng) 精 度 的 結(jié) 構(gòu) 措 施提 高 傳 動(dòng) 精 度 的 結(jié) 構(gòu) 措 施 有 ：(1)適 當(dāng) 提 高 零 部 件 本 身 的 精 度 ；(2)合 理 設(shè) 計(jì) 傳 動(dòng) 鏈 ， 減 少 零 部 件 制 造 、 裝 配 誤 差 對(duì) 傳 動(dòng) 精 度的 影 響 3)采 用 消 隙 機(jī) 構(gòu) 以 減 少 或 消 除 空 程 。合 理 設(shè) 計(jì) 傳 動(dòng) 鏈 方 法(1)合 理 選 擇 傳 動(dòng) 型 式(2)合 理 確 定 級(jí) 數(shù) 和 分 配 各 級(jí) 傳 動(dòng) 比(3)合 理 布 置 傳

10、 動(dòng) 鏈 第 二 節(jié) 機(jī) 械 傳 動(dòng) 裝 置 1 齒 輪 傳 動(dòng)2 蝸 輪 蝸 桿 傳 動(dòng) 3行 星 齒 輪 傳 動(dòng)4 諧 波 齒 輪 傳 動(dòng)5同 步 帶 傳 動(dòng)6滾 珠 絲 杠 (2) 偏 心 軸 套 調(diào) 整 法 電 機(jī) 1是 通 過(guò) 偏 心 軸 套 2裝 到 殼 體 上 ， 通過(guò) 轉(zhuǎn) 動(dòng) 偏 心 軸 套 的 轉(zhuǎn) 角 ， 就 能 夠 方 便 地調(diào) 整 兩 嚙 合 齒 輪 的 中 心 距 ， 從 而 消 除 了圓 柱 齒 輪 正 、 反 轉(zhuǎn) 時(shí) 的 齒 側(cè) 隙 。 圖 7-26 偏 心 軸 套 式 消 除 間 隙 結(jié) 構(gòu) 1-電 動(dòng) 機(jī) 2-偏 心 軸 套2 1 (3) 錐 度 齒 輪 調(diào) 整

11、 法 在 加 工 齒 輪 1和 2時(shí) ， 將 假 想 的 分度 圓 柱 面 改 變 成 帶 有 小 錐 度 的 圓錐 面 ， 使 其 齒 厚 在 齒 輪 的 軸 向 稍有 變 化 （ 其 外 形 類 似 于 插 齒 刀 ） 。裝 配 時(shí) 只 要 改 變 墊 片 3的 厚 度 就 能調(diào) 整 兩 個(gè) 齒 輪 的 軸 向 相 對(duì) 位 置 ，從 而 消 除 了 齒 側(cè) 間 隙 。 圖 7-27 帶 錐 度 齒 輪 的 消 除 間 隙 結(jié) 構(gòu) 1、 2-齒 輪 3-墊 片2 13 2. 斜 齒 輪 傳 動(dòng) 圖 7-29是 墊 片 錯(cuò) 齒 調(diào) 整 法 ， 薄 片 齒 輪由 平 鍵 和 軸 連 接 ， 互

12、相 不 能 相 對(duì) 回 轉(zhuǎn) 。斜 齒 輪 1和 2的 齒 形 拼 裝 在 一 起 加 工 。裝 配 時(shí) ， 將 墊 片 厚 度 增 加 或 減 少 t，然 后 再 用 螺 母 擰 緊 。 這 時(shí) 兩 齒 輪 的 螺旋 線 就 產(chǎn) 生 了 錯(cuò) 位 ， 其 左 右 兩 齒 面 分別 與 寬 齒 輪 的 齒 面 貼 緊 ， 從 而 消 除 了間 隙 。 圖 7-29 斜 齒 薄 片 齒 輪 墊 片 錯(cuò) 齒 調(diào) 整 法薄 片 斜 齒 輪 2寬 齒 輪薄 片 斜 齒 輪 1墊 片 t 軸 向 壓 簧 錯(cuò) 齒 調(diào) 整 法 ，其 特 點(diǎn) 是 齒 側(cè) 隙 可 以 自 動(dòng) 補(bǔ) 償 ， 但 軸向 尺 寸 較 大

13、， 結(jié) 構(gòu) 不 緊 湊 。 圖 7-30 斜 齒 薄 片 齒 輪 軸 向 壓 簧 錯(cuò) 齒 調(diào) 整 法調(diào) 壓 螺 母寬 齒 輪薄 片 斜 齒 輪 2 薄 片 斜 齒 輪 1軸 向 壓 簧 u 蝸 桿 傳 動(dòng) 是 由 蝸 桿 和 蝸 輪 組 成 的 ， 用 于 傳 遞 空 間 交 錯(cuò) 兩 軸 之 間 的 運(yùn) 動(dòng)和 動(dòng) 力 。 交 錯(cuò) 角 一 般 為 90 。 傳 動(dòng) 中 一 般 蝸 桿 是 主 動(dòng) 件 ， 蝸 輪 是 從 動(dòng)件 。 蝸 輪 及 蝸 桿 機(jī) 構(gòu) 的 特 點(diǎn) 1） 可 以 得 到 很 大 的 傳 動(dòng) 比 ： 兩 輪 嚙 合 齒 面間 為 線 接 觸 ， 其 承 載 能 力 大 大 高

14、于 交 錯(cuò) 軸斜 齒 輪 機(jī) 構(gòu) 2） 蝸 桿 傳 動(dòng) 相 當(dāng) 于 螺 旋 傳 動(dòng) ， 為 多 齒 嚙 合 傳動(dòng) ， 故 傳 動(dòng) 平 穩(wěn) 、 噪 音 很 小 3） 具 有 自 鎖 性 。 當(dāng) 蝸 桿 的 導(dǎo) 程 角 小 于 嚙 合 輪齒 間 的 當(dāng) 量 摩 擦 角 時(shí) ， 機(jī) 構(gòu) 具 有 自 鎖 性 ，可 實(shí) 現(xiàn) 反 向 自 鎖 ， 即 只 能 由 蝸 桿 帶 動(dòng) 蝸 輪 ，而 不 能 由 蝸 輪 帶 動(dòng) 蝸 桿 。 如 在 其 重 機(jī) 械 中使 用 的 自 鎖 蝸 桿 機(jī) 構(gòu) ， 其 反 向 自 鎖 性 可 起安 全 保 護(hù) 作 用 4） 傳 動(dòng) 效 率 較 低 ， 磨 損 較 嚴(yán) 重 。

15、蝸 輪 蝸 桿 嚙合 傳 動(dòng) 時(shí) ， 嚙 合 輪 齒 間 的 相 對(duì) 滑 動(dòng) 速 度 大 ，故 摩 擦 損 耗 大 、 效 率 低 。 另 一 方 面 ， 相 對(duì) 滑動(dòng) 速 度 大 使 齒 面 磨 損 嚴(yán) 重 、 發(fā) 熱 嚴(yán) 重 ， 為 了散 熱 和 減 小 磨 損 ， 常 采 用 價(jià) 格 較 為 昂 貴 的 減摩 性 與 抗 磨 性 較 好 的 材 料 及 良 好 的 潤(rùn) 滑 裝 置 ，因 而 成 本 較 高 5） 蝸 桿 軸 向 力 較 大 應(yīng) 用 蝸 輪 及 蝸 桿 機(jī) 構(gòu) 常 被 用 于 兩 軸交 錯(cuò) 、 傳 動(dòng) 比 大 、 傳 動(dòng) 功 率 不 大或 間 歇 工 作 的 場(chǎng) 合 。 一

16、 個(gè) 或 一 個(gè) 以 上 齒 輪 的 軸 線 繞 另 一 齒 輪 的 固定 軸 線 回 轉(zhuǎn) 的 齒 輪 傳 動(dòng) 四 、 諧 波 齒 輪 傳 動(dòng) 依 靠 柔 性 齒 輪 所 產(chǎn) 生 的 可 控 制 彈 性 變 形 波 ，引 起 齒 間 的 相 對(duì) 位 移 來(lái) 傳 遞 動(dòng) 力 和 運(yùn) 動(dòng) 的 。 v諧 波 齒 輪 傳 動(dòng) 的 優(yōu) 點(diǎn)傳 動(dòng) 比 大承 載 能 力 大傳 動(dòng) 精 度 高回 程 誤 差 小 、 噪 聲 低傳 動(dòng) 平 穩(wěn)傳 動(dòng) 效 率 高結(jié) 構(gòu) 簡(jiǎn) 單 ， 體 積 小 ， 質(zhì) 量 輕 波 發(fā) 生 器 H是 一 個(gè) 桿 狀 部 件 ， 其 兩 端 裝 有 滾 動(dòng) 軸 承 構(gòu) 成滾 輪 ， 與

17、 柔 輪 1的 內(nèi) 壁 相 互 壓 緊 。 柔 輪 為 可 產(chǎn) 生 較 大 彈性 變 形 的 薄 壁 齒 輪 ， 其 內(nèi) 孔 直 徑 略 小 于 波 發(fā) 生 器 的 總 長(zhǎng) 。波 發(fā) 生 器 是 使 柔 輪 產(chǎn) 生 可 控 彈 性 變 形 的 構(gòu) 件 。 當(dāng) 波 發(fā) 生器 裝 入 柔 輪 后 ， 迫 使 柔 輪 的 剖 面 由 原 先 的 圓 形 變 成 橢 圓形 ， 其 長(zhǎng) 軸 兩 端 附 近 的 齒 與 剛 輪 的 齒 完 全 嚙 合 ， 而 短 軸兩 端 附 近 的 齒 則 與 剛 輪 完 全 脫 開 。 周 長(zhǎng) 上 其 他 區(qū) 段 的 齒處 于 嚙 合 和 脫 離 的 過(guò) 渡 狀 態(tài)

18、。 當(dāng) 波 發(fā) 生 器 沿 圖 示 方 向 連續(xù) 轉(zhuǎn) 動(dòng) 時(shí) ， 柔 輪 的 變 形 不 斷 改 變 ， 使 柔 輪 與 剛 輪 的 嚙 合狀 態(tài) 也 不 斷 改 變 ， 由 嚙 入 、 嚙 合 、 嚙 出 、 脫 開 、 再 嚙入 ， 周 而 復(fù) 始 地 進(jìn) 行 ， 從 而 實(shí) 現(xiàn) 柔 輪 相 對(duì) 剛 輪 沿 波發(fā) 生 器 H相 反 方 向 的 緩 慢 旋 轉(zhuǎn) 。 五 、 同 步 帶 傳 動(dòng) 同 步 帶 傳 動(dòng) 是 綜 合 了 帶 傳 動(dòng) 、 齒 輪 傳 動(dòng) 和 鏈傳 動(dòng) 特 點(diǎn) 的 一 種 新 型 傳 動(dòng) 同 步 齒 形 帶 傳 動(dòng) ， 是 一 種 新 型 的 帶 傳 動(dòng) ， 如 圖 所

19、示 ， 它 利 用齒 形 帶 的 齒 形 與 帶 輪 的 輪 齒 依 次 相 嚙 合 傳 動(dòng) 運(yùn) 動(dòng) 和 動(dòng) 力 ， 因而 兼 有 帶 傳 動(dòng) ， 齒 輪 傳 動(dòng) 及 鏈 傳 動(dòng) 的 優(yōu) 點(diǎn) ， 即 無(wú) 相 對(duì) 滑 動(dòng) ，平 均 傳 動(dòng) 比 準(zhǔn) 確 ， 傳 動(dòng) 精 度 高 ， 而 且 齒 形 帶 的 強(qiáng) 度 高 ， 厚 度小 ， 重 量 輕 ， 故 可 用 于 高 速 傳 動(dòng) ； 齒 型 帶 無(wú) 需 特 別 張 緊 ， 故作 用 在 軸 和 軸 承 等 上 的 載 荷 小 ， 傳 動(dòng) 效 率 高 ， 在 數(shù) 控 機(jī) 械 上亦 有 應(yīng) 用 。 v同 步 帶 傳 動(dòng) 的 特 點(diǎn)能 方 便 地 實(shí)

20、現(xiàn) 較 遠(yuǎn) 中 心 距 的 傳 動(dòng) ， 傳 動(dòng) 比準(zhǔn) 確 ， 傳 動(dòng) 效 率 高工 作 平 穩(wěn) ， 能 吸 收 振 動(dòng)不 需 要 潤(rùn) 滑 ， 耐 油 、 水 ， 耐 高 溫 ， 耐 腐 蝕 ，維 護(hù) 保 養(yǎng) 方 便強(qiáng) 度 高 ， 厚 度 小 ， 質(zhì) 量 輕中 心 距 要 求 嚴(yán) 格 ， 安 裝 精 度 要 求 高制 造 工 藝 復(fù) 雜 ， 成 本 高 滾 珠 絲 杠 是 一 種 新 型 螺 旋 傳 動(dòng) 機(jī) 構(gòu) ， 具有 螺 旋 槽 的 絲 杠 與 螺 母 之 間 裝 有 中 間傳 動(dòng) 元 件 滾 珠 。 主 要 用 來(lái) 將 旋 轉(zhuǎn)運(yùn) 動(dòng) 變 換 為 直 線 運(yùn) 動(dòng) 或 將 直 線 運(yùn) 動(dòng) 變換

21、 為 旋 轉(zhuǎn) 運(yùn) 動(dòng) 六 、 滾 珠 絲 杠 副 傳 動(dòng) 機(jī) 構(gòu) 滾 珠 絲 杠 是 一 種 新 型 螺 旋 傳 動(dòng) 機(jī) 構(gòu) ，具 有 螺 旋 槽 的 絲 杠 與 螺 母 之 間 裝 有 中間 傳 動(dòng) 元 件 滾 珠 。 主 要 用 來(lái) 將 旋轉(zhuǎn) 運(yùn) 動(dòng) 變 換 為 直 線 運(yùn) 動(dòng) 或 將 直 線 運(yùn) 動(dòng)變 換 為 旋 轉(zhuǎn) 運(yùn) 動(dòng) v滾 珠 絲 杠 副 的 結(jié) 構(gòu) 類 型 可 從 螺 紋 滾 道 的 界面 形 狀 、 滾 珠 的 循 環(huán) 方 式 和 消 除 軸 向 間 隙的 調(diào) 整 方 法 進(jìn) 行 區(qū) 別單 圓 弧 型 和 雙 圓 弧 型 n 內(nèi) 循 環(huán) 和 外 循 環(huán) 內(nèi) 循 環(huán) 方 式 的

22、 滾 珠 在 循 環(huán) 過(guò) 程中 始 終 與 絲 杠 表 面 保 持 接 觸 內(nèi)循 環(huán) 方 式 的 優(yōu) 點(diǎn) 是 滾 珠 循 環(huán) 的回 路 短 ， 流 暢 性 好 ， 效 率 高 螺母 的 尺 寸 也 較 小 。 缺 點(diǎn) 是 反 向器 加 工 困 難 ， 裝 配 調(diào) 整 也 不 方便 外 循 環(huán) 滾 珠 在 循 環(huán) 返回 時(shí) ， 離 開 絲杠 螺 紋 滾 道 ，在 螺 母 或 體 外作 循 環(huán) 運(yùn) 動(dòng) 螺 旋 槽 式 的 特 點(diǎn) 是 工 藝 簡(jiǎn) 單 、 徑 向 尺 寸小 、 易 于 制 造 ， 但 是 擋 珠 器 剛 性 差 ， 易磨 損 內(nèi) 循 環(huán) 和 外 循 環(huán) 插 管 式 結(jié) 構(gòu) 簡(jiǎn) 單 ，

23、 容 易 制 造 ，但 是 徑 向 尺 寸 較 大 ， 彎 管 端 部 比 較 容 易 磨 損 滾 珠 絲 杠 螺 母 副 機(jī) 構(gòu) （ 1） 滾 珠 絲 杠 副 的 工 作 原 理 及 特 點(diǎn)滾 珠 絲 杠 副 是 一 種 新 型 的 傳 動(dòng) 機(jī) 構(gòu) ， 它 的 結(jié) 構(gòu) 特 點(diǎn) 是 具 有 螺 旋 槽 的 絲 杠 螺 母 間 裝 有 滾 珠作 為 中 間 傳 動(dòng) 件 ， 以 減 少 摩 擦 ， 如 圖 7-13所 示 。 圖 中 絲 杠 和 螺 母 上 都 磨 有 圓 弧 形 的 螺 旋槽 ， 這 兩 個(gè) 圓 弧 形 的 螺 旋 槽 對(duì) 合 起 來(lái) 就 形 成 螺 旋 線 滾 道 ， 在 滾

24、道 內(nèi) 裝 有 滾 珠 。 當(dāng) 絲 杠 回轉(zhuǎn) 時(shí) ， 滾 珠 相 對(duì) 于 螺 母 上 的 滾 道 滾 動(dòng) ， 因 此 絲 杠 與 螺 母 之 間 基 本 上 為 滾 動(dòng) 摩 擦 。 為 了 防止 滾 珠 從 螺 母 中 滾 出 來(lái) ， 在 螺 母 的 螺 旋 槽 兩 端 設(shè) 有 回 程 引 導(dǎo) 裝 置 ， 使 滾 珠 能 循 環(huán) 流 動(dòng) 。 圖 7-13 滾 珠 絲 杠 螺 母內(nèi) 滾 道外 滾 道 滾 珠 絲 杠 副 的 特 點(diǎn)1） 傳 動(dòng) 效 率 高 ， 摩 擦 損 失 小 。 滾 珠 絲 杠 副 的 傳 動(dòng) 效 率 0.92 0.96， 比 常 規(guī) 的 絲 杠 螺 母副 提 高 3 4倍

25、。 因 此 ， 功 率 消 耗 只 相 當(dāng) 于 常 規(guī) 的 絲 杠 螺 母 副 的 1/4 1/3。2） 給 予 適 當(dāng) 預(yù) 緊 ， 可 消 除 絲 杠 和 螺 母 的 螺 紋 間 隙 ， 反 向 時(shí) 就 可 以 消 除 空 行 程 死 區(qū) ， 定 位精 度 高 ， 剛 度 好 。3） 運(yùn) 動(dòng) 平 穩(wěn) ， 無(wú) 爬 行 現(xiàn) 象 ， 傳 動(dòng) 精 度 高 。4） 運(yùn) 動(dòng) 具 有 可 逆 性 ， 可 以 從 旋 轉(zhuǎn) 運(yùn) 動(dòng) 轉(zhuǎn) 換 為 直 線 運(yùn) 動(dòng) ， 也 可 以 從 直 線 運(yùn) 動(dòng) 轉(zhuǎn) 換 為 旋 轉(zhuǎn) 運(yùn)動(dòng) ， 即 絲 杠 和 螺 母 都 可 以 作 為 主 動(dòng) 件 。5） 磨 損 小 ， 使 用

26、 壽 命 長(zhǎng) 。6） 制 造 工 藝 復(fù) 雜 。 滾 珠 絲 杠 和 螺 母 等 元 件 的 加 工 精 度 要 求 高 ， 表 面 粗 糙 度 也 要 求 高 ， 故 制 造 成 本 高 。 7） 不 能 自 鎖 。 特 別 是 對(duì) 于 垂 直 絲 杠 ， 由 于 自 重 慣 力 的 作 用 ， 下 降 時(shí) 當(dāng) 傳 動(dòng) 切 斷 后 ， 不能 立 刻 停 止 運(yùn) 動(dòng) ， 故 常 需 添 加 制 動(dòng) 裝 置 。 在 機(jī) 電 一 體 化 機(jī) 械 系 統(tǒng) 中 ， 導(dǎo) 向 支 撐 部 件的 作 用 是 支 撐 和 限 制 運(yùn) 動(dòng) 部 件 能 按 給 定 的運(yùn) 動(dòng) 要 求 和 運(yùn) 動(dòng) 方 向 運(yùn) 動(dòng) ，

27、 這 樣 的 部 件 通常 稱 為 導(dǎo) 軌 副 ， 簡(jiǎn) 稱 導(dǎo) 軌 。第 三 節(jié) 導(dǎo) 向 機(jī) 構(gòu) 一 、 導(dǎo) 軌 的 組 成 、 分 類 及 特 點(diǎn) 導(dǎo) 軌 主 要 由 兩 部 分 組 成 ： 在 工 作 時(shí) 一 部 分 固定 不 動(dòng) ， 稱 為 支 承 導(dǎo) 軌 ； 另 一 部 分 相 對(duì) 支 承導(dǎo) 軌 作 直 線 或 回 轉(zhuǎn) 運(yùn) 動(dòng) ， 稱 為 動(dòng) 導(dǎo) 軌 。 二 、 導(dǎo) 軌 的 基 本 要 求 機(jī) 電 一 體 化 系 統(tǒng) 對(duì) 導(dǎo) 軌 的 基 本 要 求 是導(dǎo) 向 精 度 高 、 剛 性 好 、 運(yùn) 動(dòng) 輕 便 平 穩(wěn) 、耐 磨 性 好 、 溫 度 變 化 影 響 小 以 及 結(jié) 構(gòu)工 藝

28、性 好 。 對(duì) 精 度 要 求 高 的 直 線 運(yùn) 動(dòng) 導(dǎo) 軌 ， 還 要求 導(dǎo) 軌 的 承 載 面 與 導(dǎo) 向 面 嚴(yán) 格 分 開 ；運(yùn) 動(dòng) 件 較 重 時(shí) ， 必 須 設(shè) 有 卸 荷 裝 置 ；運(yùn) 動(dòng) 件 的 支 承 必 須 符 合 三 點(diǎn) 定 位 原 理 v導(dǎo) 向 精 度 導(dǎo) 軌 按 給 定 方 向 作 直 線 運(yùn) 動(dòng) 的 準(zhǔn) 確 程度 直 線 度兩 導(dǎo) 軌 面 間 的 平 行 度 v塑 料 導(dǎo) 軌 塑 料 導(dǎo) 軌 是 在 滑 動(dòng) 導(dǎo) 軌 上 鑲 裝 塑 料 而 成 。 這 種 導(dǎo)軌 定 位 精 度 較 高 ， 摩 擦 因 數(shù) 較 小 ， 剛 度 較 高 ， 無(wú)爬 行 現(xiàn) 象 ， 吸 振

29、 較 好 ， 壽 命 長(zhǎng) ， 化 學(xué) 穩(wěn) 定 性 高 ，工 藝 性 好 ， 維 護(hù) 方 便 ； 但 由 于 其 耐 熱 性 差 ， 在 使用 中 必 須 注 意 散 熱 。 u塑 料 導(dǎo) 軌 軟 帶 可 與 鑄 鐵 或 鋼 組 成 滑 動(dòng) 摩 擦 副 ， 也 可 以 與 滾 動(dòng) 導(dǎo) 軌組 成 滾 動(dòng) 摩 擦 副 v滾 動(dòng) 導(dǎo) 軌 滾 動(dòng) 導(dǎo) 軌 是 在 做 相 對(duì) 直 線 運(yùn) 動(dòng) 的 兩 導(dǎo) 軌 面 之間 加 入 滾 動(dòng) 體 ， 變 滑 動(dòng) 摩 擦 為 滾 動(dòng) 摩 擦 的 一種 直 線 運(yùn) 動(dòng) 支 撐 。滾 動(dòng) 導(dǎo) 軌 的 優(yōu) 點(diǎn) 摩 擦 因 數(shù) 小 ， 運(yùn) 動(dòng) 靈 活 ； 動(dòng) 靜 摩 擦 系

30、 數(shù) 基本 相 同 ， 因 而 啟 動(dòng) 阻 力 小 ， 不 易 產(chǎn) 生 爬 行現(xiàn) 象 ； 可 以 預(yù) 緊 ， 剛 度 高 ； 壽 命 長(zhǎng) ； 精 度高 ； 潤(rùn) 滑 方 便 ， 一 次 裝 填 ， 長(zhǎng) 期 使 用 。 u滾 動(dòng) 導(dǎo) 軌 按 滾 動(dòng) 體 形 狀 的 不 同 ， 可 以 分 為 滾 珠 導(dǎo)軌 、 滾 柱 導(dǎo) 軌 和 滾 針 導(dǎo) 軌 。 滾 珠 為 點(diǎn) 接 觸 ， 摩 擦 小 、 靈 敏 度 高 ， 但承 載 能 力 小 、 剛 度 低 ， 適 用 于 載 荷 不 大 ，行 程 較 小 ， 而 運(yùn) 動(dòng) 靈 敏 度 要 求 較 高 的 場(chǎng)合 。 滾 柱 導(dǎo) 軌 為 線 接 觸 ， 承 載

31、 能 力 和 剛 度 都比 滾 珠 導(dǎo) 軌 大 ， 適 用 于 載 荷 較 大 的 場(chǎng) 合 ，但 制 造 安 裝 精 度 要 求 高 。 滾 柱 對(duì) 導(dǎo) 軌 的不 平 度 較 敏 感 ， 容 易 產(chǎn) 生 側(cè) 向 偏 移 和 滑動(dòng) ， 而 使 導(dǎo) 軌 的 阻 力 增 加 ， 磨 損 加 快 ，精 度 降 低 。 滾 針 導(dǎo) 軌 的 尺 寸 小 ， 結(jié) 構(gòu) 緊 湊 、 排 列 密 集 。承 載 能 力 大 ， 但 摩 擦 相 應(yīng) 增 加 ， 精 度 較 低 ，適 用 于 載 荷 大 。 導(dǎo) 軌 尺 寸 受 限 制 的 場(chǎng) 合 。（ 結(jié) 構(gòu) 尺 寸 較 小 的 滾 柱 導(dǎo) 軌 ） 滾 柱 導(dǎo) 軌 支

32、 承為 標(biāo) 準(zhǔn) 部 件 ， 具 有 安 裝 、 潤(rùn) 滑 簡(jiǎn) 單 ， 調(diào) 整 防護(hù) 容 易 等 優(yōu) 點(diǎn) 。 u按 滾 動(dòng) 體 的 循 環(huán) 方 式 ， 滾 動(dòng) 導(dǎo) 軌 又 可 分為 滾 動(dòng) 體 不 循 環(huán) 式 導(dǎo) 軌 和 滾 動(dòng) 體 循 環(huán) 式導(dǎo) 軌 兩 種 。 滾 動(dòng) 體 不 循 環(huán) 式 導(dǎo) 軌 的 滾 動(dòng) 體 可 以 是 滾 珠 、 滾柱 或 滾 針 。 它 們 的 共 同 特 點(diǎn) 是 滾 動(dòng) 體 不 循 環(huán) ，因 而 行 程 不 能 太 長(zhǎng) 。 這 種 導(dǎo) 軌 結(jié) 構(gòu) 簡(jiǎn) 單 ， 制 造容 易 ， 成 本 較 低 ， 但 有 時(shí) 難 以 施 加 預(yù) 緊 力 ， 剛度 較 低 ， 抗 振 性

33、能 差 ， 不 能 承 受 沖 擊 載 荷 。 滾 珠 絲 杠 副 的 標(biāo) 注 方 法 循 環(huán) 方 式 預(yù) 緊 方 式 公 稱 直 徑 基 本 導(dǎo) 程 負(fù) 荷 滾 珠 總 圈 數(shù) 精 度 等 級(jí) 螺 紋 旋 向 浮 動(dòng) 式 F 雙 螺 母 齒 差 預(yù) 緊 C內(nèi) 循 環(huán) 雙 螺 母 墊 片 預(yù) 緊 D 固 定 式 G 預(yù) 緊 方 式 雙 螺 母 螺 紋 預(yù) 緊 L 單 螺 母 變 導(dǎo) 程 自 預(yù) 緊 B 插 管 式 C外 循 環(huán) 螺 旋 槽 式 L螺 旋 旋 向 為 左 、 右 旋 ， 只 標(biāo) 左 旋 代 號(hào) 為 LH， 右 旋 不 標(biāo) 。 例 CTC63 103.53.5/2000 1600表

34、 示 為 插 管 突 出 式 外 循 環(huán) （ CT） ， 雙 螺 母 齒 差 預(yù) 緊 （ C） 的 滾 珠 絲 杠 副 ， 公 稱 直 徑63mm， 基 本 導(dǎo) 程 10mm， 負(fù) 荷 滾 珠 總 圈 數(shù) 3.5圈 ， 精 度 等 級(jí) 3.5級(jí) ， 螺 紋 旋 向 為 右 旋 ，絲 杠 全 長(zhǎng) 為 2000mm， 螺 紋 長(zhǎng) 度 為 1600mm。 傳 感 檢 測(cè) 系 統(tǒng) 設(shè) 計(jì)第 一 節(jié) 傳 感 器一 、 傳 感 器 分 類被 測(cè)對(duì) 象 傳 感 器 信 號(hào)調(diào) 理 傳 輸 信 號(hào)處 理 顯 示記 錄 控 制系 統(tǒng) 二 、 機(jī) 電 一 體 化 對(duì) 檢 測(cè) 系 統(tǒng) 的 基 本 要 求 ：精 度 、

35、 靈 敏 度 、 分 辨 率 高 ；線 性 、 穩(wěn) 定 性 和 重 復(fù) 性 好 ；抗 干 擾 能 力 強(qiáng) ；靜 、 動(dòng) 態(tài) 特 性 好 。此 外 ， 要 求 體 積 小 、 質(zhì) 量 輕 、 價(jià) 格 便 宜 、 便 于 安 裝 與 維 修 ， 耐 環(huán) 境 性 能 好 等 。三 、 傳 感 器 特 性 ：靜 態(tài) 特 性 ： 1、 線 性 度 ： 傳 感 器 實(shí) 際 特 性 曲 線 與 擬 合 直 線 之 間 的 偏 差 2、 靈 敏 度 ： 輸 出 變 化 對(duì) 輸 入 變 化 的 比 值 3、 遲 滯 性 ： 在 正 反 行 程 期 間 輸 入 輸 出 特 性 曲 線 不 重 合 程 度 4、 重

36、 復(fù) 性 ： 輸 入 量 按 同 一 方 向 多 次 測(cè) 試 時(shí) 所 得 特 性 曲 線 的 不 重 合 程 度動(dòng) 態(tài) 特 性 ： 傳 遞 函 數(shù) 、 時(shí) 間 響 應(yīng) 函 數(shù) 、 頻 率 響 應(yīng) 函 數(shù) 、 脈 沖 響 應(yīng) 函 數(shù) 。 四 、 傳 感 器 選 用 原 則 快 速 、 準(zhǔn) 確 、 可 靠 、 經(jīng) 濟(jì) 的 獲 取 信 號(hào)1） 足 夠 的 量 程 2） 與 測(cè) 量 或 控 制 系 統(tǒng) 匹 配 、 轉(zhuǎn) 換 靈 敏 度 高3） 精 度 適 當(dāng) 、 穩(wěn) 定 性 高4） 反 應(yīng) 速 度 快 、 工 作 可 靠5） 實(shí) 用 性 和 適 應(yīng) 性 強(qiáng)6） 使 用 經(jīng) 濟(jì) 第 二 節(jié) 位 移 測(cè) 量

37、 傳 感 器一 、 電 容 傳 感 器1. 變 極 距 型 電 容 傳 感 器 ： 當(dāng) 動(dòng) 極 板 因 被 測(cè) 量 變 化 而 向 上 移 動(dòng) 使 減 小 時(shí) ， 電 容 量 增 大 。注 意 ： 傳 感 器 輸 出 特 性 是 非 線 性 的 ， 規(guī) 定 在 較 小 間 隙 變 化 范 圍 內(nèi) 工 作 。 2. 變 面 積 型 電 容 傳 感 器 ：原 理 ： 它 與 變 極 距 型 不 同 的 是 ， 被 測(cè) 量 通 過(guò) 動(dòng) 極 板 移 動(dòng) ， 引 起 兩 極 板 有 效 覆 蓋 面 積 A 改 變 ， 從 而 得 到 電 容 的 變 化 。 這 種 傳 感 器 的 輸 出 特 性 呈 線

38、 性 。 因 而 其 量 程 不 受 線 性 范 圍 的 限 制 ， 適 合 于 測(cè) 量 較 大直 線 位 移 和 角 位 移 。 3 變 介 質(zhì) 型 電 容 傳 感 器 原 理 結(jié) 構(gòu) 如 圖 。 圖 中 兩 平 行 極 板 固 定 不 動(dòng) ， 極 距 為 ， 相 對(duì) 介 電 常 數(shù) 為 的 電 介 質(zhì) 以 不 同深 度 插 入 電 容 器 中 ， 從 而 改 變 電 容 。應(yīng) 用 ： 這 種 電 容 傳 感 器 有 較 多 的 結(jié) 構(gòu) 形 式 ， 可 以 用 來(lái) 測(cè) 量 紙 張 、 絕 緣 薄 膜 等 的 厚 度 ，也 可 以 用 來(lái) 測(cè) 量 糧 食 、 紡 織 品 、 木 材 或 煤 等

39、 非 導(dǎo) 電 固 體 的 物 質(zhì) 的 濕 度 。 二 、 電 感 式 傳 感 器將 被 測(cè) 量 轉(zhuǎn) 換 為 電 感 量 變 化 的 裝 置 。變 換 原 理 ： 電 磁 感 應(yīng) 原 理 。按 變 換 方 式 的 不 同 分 為 自 感 型 （ 可 變 磁 阻 式 與 渦 流 式 )與 互 感 型 (差 動(dòng) 變 壓 器 ） 。1、 自 感 型（ 一 ） 可 變 磁 阻 式 1線 圈 2鐵 心 3銜 鐵 由 此 可 見 ： 只 要 改 變 空 氣 隙 厚 度 或 改 變 氣 隙 截 面 積 ， 即 可 改 變 線 圈 的 電 感 量 。注 意 ： 改 變 空 氣 隙 厚 度 傳 感 器 輸 出 特

40、 性 是 非 線 性 的 ， 規(guī) 定 在 較 小 間 隙 變 化 范 圍 內(nèi) 工 作 。 2 0022 AWRWL m （ 二 ） 渦 流 式原 理 ： 金 屬 板 在 交 變 磁 場(chǎng) 中 的 渦 電 流 效 應(yīng) 。 金 屬 板 置 于 一 線 圈 附 近 ， 相 互 間 距 為 。當(dāng) 線 圈 中 有 高 頻 交 流 電 流 通 過(guò) 時(shí) ， 便 產(chǎn) 生 磁 通 。 此 交 變 磁 通 通 過(guò) 相 鄰 近 的 金 屬 板 ，金 屬 板 上 便 產(chǎn) 生 感 應(yīng) 電 流 ， 這 種 電 流 在 金 屬 體 內(nèi) 是 閉 合 的 ， 稱 為 渦 流 。 這 種 渦 流 將產(chǎn) 生 交 變 磁 通 1， 根

41、 據(jù) 楞 次 定 律 ， 渦 流 的 交 變 磁 場(chǎng) 與 線 圈 的 磁 場(chǎng) 變 化 方 向 相 反 。 由 于渦 流 磁 場(chǎng) 的 作 用 使 原 線 圈 的 等 效 阻 抗 發(fā) 生 變 化 ， 變 化 程 度 與 距 離 有 關(guān) 。影 響 因 素 ： 線 圈 與 金 屬 板 間 距 離 ； 金 屬 板 的 電 阻 率 ； 磁 導(dǎo) 率 ； 線 圈 激 磁 園 頻 率 等 。變 化 線 圈 與 金 屬 板 間 距 離 ， 可 作 為 位 移 、 振 動(dòng) 測(cè) 量 。 變 化 金 屬 板 的 電 阻 率 、 磁 導(dǎo) 率 ，可 作 為 材 質(zhì) 鑒 別 或 探 傷 等 。應(yīng) 用 ： 可 用 于 動(dòng) 態(tài)

42、非 接 觸 測(cè) 量 。 用 作 渦 流 式 位 移 計(jì) 、 振 動(dòng) 測(cè) 量 儀 、 無(wú) 損 探 傷 儀 、 測(cè)厚 儀 等 。 特 點(diǎn) ： 結(jié) 構(gòu) 簡(jiǎn) 單 ， 使 用 方 便 ， 不 受 油 污 等 介 質(zhì) 的 影 響 。 2、 互 感 型 ：差 動(dòng) 變 壓 器 式 原 理 ： 將 被 測(cè) 位 移 轉(zhuǎn) 換 成 線 圈 互 感 變 化 。注 意 ： 1、 輸 出 交 流 電 壓 、 幅 值 與 鐵 心 位 移 成 正 比 。 只 反 映 鐵 心 位 移 大 小 ， 不 反 映 移動(dòng) 極 性 。 2、 零 點(diǎn) 殘 余 電 壓 。 原 因 ： 兩 次 級(jí) 線 圈 結(jié) 構(gòu) 不 對(duì) 稱 ； 初 級(jí) 線 圈

43、 銅 損 電 阻 、 鐵 磁材 質(zhì) 不 均 勻 、 線 圈 間 分 布 電 容 等 形 成 。 鐵 心 處 在 中 間 位 置 時(shí) ， 輸 出 不 為 零 。解 決 辦 法 ： 后 接 電 路 。 應(yīng) 用 ： 位 移 測(cè) 量 儀 。 光 柵 光 柵 是 一 種 新 型 的 位 移 檢 測(cè) 元 件 ， 它 的 持點(diǎn) 是 測(cè) 量 精 確 高 、 響 應(yīng) 速 度 快 和 量 程 范 圍 大等 。 把 指 示 光 柵 平 行 地 放 在 標(biāo) 尺 光 柵 上 面 ， 并 且 使 它 們 的 刻線 相 互 傾 斜 一 個(gè) 很 小 的 角 度 ， 這 時(shí) 在 指 示 光 柵 上 就 出 現(xiàn)幾 條 較 粗 的

44、 明 暗 條 紋 ， 稱 為 莫 爾 條 絞 。 它 們 是 沿 著 與 光柵 條 紋 幾 乎 成 垂 直 的 方 向 排 列 ， 如 圖 3-18所 示 。 主 光 柵 和 被 測(cè) 物 體 相 連 ， 他 隨 被 測(cè) 物 體 的 直 線位 移 而 產(chǎn) 生 位 移 。 當(dāng) 主 光 柵 產(chǎn) 生 位 移 時(shí) ， 莫 爾 條紋 便 隨 著 產(chǎn) 生 上 、 下 位 移 ， 若 用 光 電 器 件 記 錄 下莫 爾 條 紋 通 過(guò) 某 點(diǎn) 的 數(shù) 目 ， 便 可 知 主 光 柵 移 動(dòng) 的位 移 ， 也 就 測(cè) 得 了 被 測(cè) 物 體 的 位 移 量 。 感 應(yīng) 同 步 器 在 兩 個(gè) 相 對(duì) 放 置

45、的 板 上 刻 有 如 圖 所 示 的 繞 組 ， 當(dāng) 在 滑 尺 的 兩個(gè) 繞 組 中 分 別 加 上 激 勵(lì) 電 壓 時(shí) ， 則 在 定 尺 繞 組 中 就 產(chǎn) 生 感 應(yīng) 電勢(shì) ， 其 幅 值 決 定 于 繞 組 的 相 對(duì) 位 置 。 光 電 編 碼 器 將 機(jī) 械 轉(zhuǎn) 動(dòng) 的 模 擬 量 轉(zhuǎn) 換 成 旋 轉(zhuǎn) 角 度 的 數(shù) 字 電 信 號(hào) ， 進(jìn) 行 角 位移 檢 測(cè) 的 傳 感 器 稱 為 編 碼 器 。 編 碼 器 的 種 類 很 多 ， 根 據(jù) 檢 測(cè) 原理 ， 它 可 以 分 為 電 磁 式 、 電 刷 式 、 電 磁 感 應(yīng) 式 及 光 電 式 等 。 由于 光 電 編 碼

46、 器 具 有 非 接 觸 和 體 積 小 的 特 點(diǎn) ， 且 分 辨 率 很 高 ， 在旋 轉(zhuǎn) 一 周 內(nèi) 已 能 產(chǎn) 生 數(shù) 百 萬(wàn) 個(gè) 脈 沖 ， 因 此 ， 它 是 目 前 應(yīng) 用 最 為廣 泛 的 一 種 編 碼 器 。 光 電 編 碼 器 在 數(shù) 控 機(jī) 床 、 機(jī) 器 人 的 位 置 控制 、 機(jī) 床 進(jìn) 給 系 統(tǒng) 的 控 制 以 及 角 度 的 測(cè) 量 、 通 訊 及 自 動(dòng) 化 控 制等 方 面 部 發(fā) 揮 著 重 要 的 作 用 。 第 三 節(jié) 速 度 、 加 速 度 傳 感 器一 、 直 流 測(cè) 速 機(jī) 直 流 測(cè) 速 機(jī) 是 一 種 測(cè) 速 元 件 ， 實(shí) 際 上 它

47、就 是 臺(tái) 微 型 的 直 流 發(fā) 電 機(jī) 。 直 流 測(cè) 速 機(jī) 的持 點(diǎn) 是 輸 出 斜 率 大 、 線 性 好 ， 但 由 于 有 電 刷 相 換 向 器 ， 構(gòu) 造 和 維 護(hù) 比 較 復(fù) 雜 ， 摩 擦 轉(zhuǎn)矩 較 大 。 測(cè) 速 機(jī) 的 結(jié) 構(gòu) 有 多 種 ， 但 原 理 基 本 相 同 。 圖 所 示 為 永 磁 式 測(cè) 速 機(jī) 原 理 電 路 圖 。 恒 定 磁 通 由 定 子 產(chǎn) 生 ， 當(dāng) 轉(zhuǎn) 子 在 磁 場(chǎng) 中 旋 轉(zhuǎn) 時(shí) ， 電 樞 繞 組 中 即 產(chǎn) 生 交 變 的 電 勢(shì) ， 經(jīng) 換向 器 和 電 刷 轉(zhuǎn) 換 成 與 轉(zhuǎn) 子 速 度 成 正 比 的 直 流 電 勢(shì) 。

48、 直 流 測(cè) 速 機(jī) 在 機(jī) 電 控 制 系 統(tǒng) 中 ， 主 要 用 作 測(cè) 速 和 校 正 元 件 。 在 使 用 中 ， 為 提 高 檢 測(cè)靈 敏 度 、 盡 量 把 它 連 接 到 電 機(jī) 軸 上 ， 有 的 電 機(jī) 本 身 就 已 安 裝 了 測(cè) 速 機(jī) 。 UsRP1 R0R0 RbUfn -+U +R1 IdRP2 GUc Ud-+ Ua ML圖 4 7 帶 有 轉(zhuǎn) 速 負(fù) 反 饋 的 單 閉 環(huán) 直 流 調(diào) 速 系 統(tǒng) 原 理 圖 二 、 光 電 式 轉(zhuǎn) 速 傳 感 器 光 電 式 轉(zhuǎn) 速 傳 感 器 是 由 裝 在 被 測(cè) 軸 (或 與 被 測(cè) 軸 相 連 接的 輸 入 軸 )

49、上 的 帶 縫 隙 圓 盤 、 光 源 、 光 電 器 件 及 指 示 縫 隙盤 組 成 ， 如 圖 3-25所 示 。 光 源 發(fā) 出 的 光 通 過(guò) 縫 隙 圓 盤 和指 示 縫 隙 照 射 到 光 電 器 件 上 。 當(dāng) 縫 隙 圓 盤 隨 被 測(cè) 軸 轉(zhuǎn) 動(dòng) 時(shí) ， 由 于 圓 盤 上 的 縫 隙 間 距 與指 示 縫 隙 的 間 距 相 同 ， 因 此 圓 盤 每 轉(zhuǎn) 一 周 ， 光 電 器 件 輸出 與 指 示 縫 隙 數(shù) 相 等 的 電 脈 沖 ， 根 據(jù) 測(cè) 量 時(shí) 間 t內(nèi) 的 脈 沖數(shù) N， 可 測(cè) 出 轉(zhuǎn) 速 為 n=60N/ZtZ一 一 圓 盤 上 的 縫 隙 數(shù) ；n

50、轉(zhuǎn) 速 (r min)； t測(cè) 量 時(shí) 間 (s)。 第 四 節(jié) 位 置 傳 感 器 位 置 傳 感 器 和 位 移 傳 感 器 不 一 樣 ， 它 所 測(cè) 量 的 不 是 一 段 距 離 的 變 化 量 ， 而 是 通 過(guò) 檢測(cè) ， 確 定 是 否 已 到 某 一 位 置 。 因 此 、 它 只 需 要 產(chǎn) 生 能 反 映 某 種 狀 態(tài) 的 開 關(guān) 量 就 可 以 了 。位 置 傳 感 器 分 接 觸 式 和 接 近 式 兩 種 。 所 謂 接 觸 式 傳 感 器 就 是 能 獲 取 兩 個(gè) 物 體 是 否 己 接觸 的 信 息 的 一 種 傳 感 器 ； 而 接 近 式 傳 感 器 是

51、用 來(lái) 判 別 在 某 一 范 圍 內(nèi) 是 否 有 某 物 體 的一 種 傳 感 器 。一 、 接 觸 式 位 置 傳 感 器 這 類 傳 感 器 用 微 動(dòng) 開 關(guān) 之 類 的 觸 點(diǎn) 器 件 便 可 構(gòu) 成 。二 、 接 近 式 位 置 傳 感 器 接 近 式 位 置 傳 感 器 按 其 上 作 原 理 主 要 分 ： 電 磁 式 ； 光 電 式 ； 靜 電 容 式 ； 氣 壓式 ； 超 聲 波 式 。 其 基 本 工 作 原 理 可 用 圖 338表 示 出 來(lái) 。 接 近 傳 感 器 在 工 業(yè) 自 動(dòng) 化 控 制 、 航 天 、 航 海 技 術(shù) 、 日常 生 活 中 都 有 廣 泛

52、的 應(yīng) 用 。 在 安 全 防 盜 方 面 ， 如 資 料 、財(cái) 會(huì) 、 倉(cāng) 庫(kù) 、 博 物 館 、 金 庫(kù) 等 重 要 場(chǎng) 合 也 都 裝 有 各 式各 樣 的 接 近 傳 感 器 。 在 一 般 工 業(yè) 生 產(chǎn) 自 動(dòng) 控 制 中 大 都采 用 渦 流 式 或 電 容 式 接 近 傳 感 器 。 在 環(huán) 境 比 較 好 的 場(chǎng)合 ， 可 采 用 光 電 式 接 近 傳 感 器 。 而 在 防 盜 系 統(tǒng) 中 ， 大都 使 用 紅 外 熱 釋 電 接 近 傳 感 器 、 超 聲 波 接 近 傳 感 器 和微 波 接 近 傳 感 器 。 有 時(shí) 為 了 提 高 識(shí) 別 的 可 靠 性 ， 幾

53、種接 近 傳 感 器 可 以 復(fù) 合 使 用 。 圖 325是 生 產(chǎn) 線 工 件 計(jì) 數(shù) 裝 置 的 示 意 圖 。 接 近 傳 感 器 設(shè) 置 在 工件 傳 送 帶 的 一 側(cè) ， 當(dāng) 傳 送 帶 運(yùn) 行 時(shí) ， 一 個(gè) 個(gè) 工 件 經(jīng) 過(guò) 接 近 傳 感器 ， 當(dāng) 工 件 靠 近 接 近 傳 感 器 時(shí) ， 傳 感 器 輸 出 脈 沖 開 關(guān) 信 號(hào) ， 該信 號(hào) 可 直 接 送 往 計(jì) 數(shù) 器 進(jìn) 行 計(jì) 數(shù) 。 第 五 節(jié) 傳 感 器 信 號(hào) 處 理 測(cè) 量 放 大 器在 許 多 檢 測(cè) 技 術(shù) 應(yīng) 用 場(chǎng) 合 傳 感 器 輸 出 的 信 號(hào) 往 往 較 弱 ， 而 且 其 中 還

54、包 含 工 頻 、靜 電 和 電 磁 耦 合 等 共 模 干 擾 ， 對(duì) 這 種 信 號(hào) 的 放 大 就 需 要 放 大 電 路 具 有 很 高 的 共 模抑 制 比 以 及 高 增 益 、 低 噪 聲 和 高 輸 入 阻 抗 。 習(xí) 慣 上 將 具 有 這 種 特 點(diǎn) 的 放 大 器 稱 為測(cè) 量 放 大 器 或 儀 表 放 大 器 。 程 控 增 益 放 大 器 經(jīng) 過(guò) 處 理 的 模 擬 信 號(hào) ， 在 送 入 計(jì) 算 機(jī) 進(jìn) 行 處 理 前 ， 必 須 進(jìn) 行 量 化 ， 即 進(jìn) 行 模 擬 一數(shù) 字 變 換 ， 變 換 后 的 數(shù) 字 信 號(hào) 才 能 為 計(jì) 算 機(jī) 接 收 和 處

55、理 。 當(dāng) 模 擬 信 號(hào) 送 到 模 數(shù) 變換 器 時(shí) 為 減 少 轉(zhuǎn) 換 誤 差 一 般 希 望 送 來(lái) 的 模 擬 信 號(hào) 盡 可 能 大 ， 如 采 用 A D變 換器 進(jìn) 行 模 數(shù) 轉(zhuǎn) 換 時(shí) ， 在 A D輸 入 的 允 許 范 圍 內(nèi) ， 希 望 輸 入 的 模 擬 信 號(hào) 盡 可 能 達(dá) 到最 大 值 ； 然 而 ， 當(dāng) 被 測(cè) 參 量 變 化 范 圍 較 大 時(shí) ， 經(jīng) 傳 感 器 轉(zhuǎn) 換 后 的 模 擬 小 信 號(hào) 變 化也 較 大 ， 在 這 種 情 況 下 、 如 果 單 純 只 使 用 一 個(gè) 放 大 倍 數(shù) 的 放 大 器 ， 就 無(wú) 法 滿 足 上述 要 求 ；

56、 在 進(jìn) 行 小 信 號(hào) 轉(zhuǎn) 換 時(shí) ， 可 能 會(huì) 引 入 較 大 的 誤 差 。 為 解 決 這 個(gè) 問 題 ， 工 程上 常 采 用 通 過(guò) 改 變 放 大 器 增 益 的 方 法 ， 來(lái) 實(shí) 現(xiàn) 不 同 幅 度 信 號(hào) 的 放 大 ， 如 萬(wàn) 用 表 、示 波 器 等 許 多 測(cè) 量 儀 器 的 量 程 變 換 等 。選 擇 不 同 的 開 關(guān) 閉 合 ， 即 可 實(shí) 現(xiàn) 增 益 的 變 換 。如 果 利 用 軟 件 對(duì) 開 關(guān) 閉 合 進(jìn) 行 選 擇 ， 即可 實(shí) 現(xiàn) 程 控 增 益 變 換 。 圖 為 利 用 AD521測(cè) 量 放 大 器 與 模 擬 開 關(guān) 結(jié) 合 組 成 的 程

57、 控 增 益 放 大 器 ， 通 過(guò) 改變 其 外 接 電 阻 RG的 辦 法 來(lái) 實(shí) 現(xiàn) 增 益 控 制 。 隔 離 放 大 器 在 有 強(qiáng) 電 或 強(qiáng) 電 磁 干 擾 的 環(huán) 境 中 ， 為 了 防 止 電 網(wǎng) 電 壓 等 對(duì) 測(cè) 量 回 路 的 損 壞 ，其 信 號(hào) 輸 入 通 道 采 用 隔 離 技 術(shù) ， 能 完 成 這 種 任 務(wù) ， 具 有 這 種 功 能 的 放 大 器 稱為 隔 離 放 大 器 。 傳 感 器 接 口 技 術(shù) 控 制 電 動(dòng) 機(jī) 及 其 選 擇 計(jì) 算第 一 節(jié) 執(zhí) 行 元 件 分 類 液 壓 系 統(tǒng) 氣 壓 系 統(tǒng) 氣 壓 系 統(tǒng) 的 基 本 組 成 直 線

58、 氣 缸擺 動(dòng) 氣 缸氣 馬 達(dá)氣 爪 繼 電 器定 時(shí) 器電 子 元 件計(jì) 數(shù) 器順 序 控 制 器氣 動(dòng) 控 制 元 件氣 源 氣 源 處理 裝 置 壓 力控 制 閥 方 向控 制 閥 流 量控 制 閥 驅(qū) 動(dòng)裝 置 操 作 裝 置指 示 裝 置 檢 測(cè) 裝 置控 制 (運(yùn) 算 ) 回 路按 扭 開 關(guān)選 擇 開 關(guān)按 扭 閥指 示 器計(jì) 數(shù) 器蜂 鳴 器 限 位 開 關(guān)限 位 閥接 近 開 關(guān)傳 感 器壓 力 開 關(guān)真 空 開 關(guān)速 度 控 制 閥緩 沖 閥快 速 排 氣 閥電 磁 閥氣 控 閥人 工 換 向 閥機(jī) 控 換 向 閥減 壓 閥增 壓 閥安 全 閥空 氣 壓 縮 機(jī) 過(guò) 濾

59、器油 霧 器油 霧 分 離 器 驅(qū) 動(dòng) 部 分 控 制 部 分 檢 測(cè) 部 分 氣 壓 系 統(tǒng) 與 液 壓 系 統(tǒng) 的 比 較 ( 1)空 氣 可 以 從 大 氣 中 取 之 不 竭 且 不 易 堵 塞 ； 將 用 過(guò) 的 氣 體 排 入 大 氣 ， 無(wú) 需 回 氣 管 路 處理 方 便 ； 泄 漏 不 會(huì) 嚴(yán) 重 的 影 響 工 作 ， 不 污 染 環(huán) 境 。 (2)空 氣 粘 性 很 小 ， 在 管 路 中 的 沿 程 壓 力 損 失 為 液 壓 系 統(tǒng) 的 干 分 之 一 ， 易 于 遠(yuǎn) 距 離 控 制 。 (3)工 作 壓 力 低 可 降 低 對(duì) 氣 動(dòng) 元 件 的 材 料 和 制 造

60、 精 度 要 求 。 (4)對(duì) 開 環(huán) 控 制 系 統(tǒng) ， 它 相 對(duì) 液 壓 傳 動(dòng) 具 有 動(dòng) 作 迅 速 、 響 應(yīng) 快 的 優(yōu) 點(diǎn) 。 (5)維 護(hù) 簡(jiǎn) 便 ， 使 用 安 全 ， 沒 有 防 火 、 防 爆 問 題 ； 適 用 于 石 油 、 化 工 、 農(nóng) 藥 及 礦 山 機(jī) 械的 特 殊 要 求 。 對(duì) 于 無(wú) 油 的 氣 動(dòng) 控 制 系 統(tǒng) 則 特 別 適 用 于 無(wú) 線 電 元 器 件 生 產(chǎn) 過(guò) 程 ， 也 適 用 于食 品 和 醫(yī) 藥 的 生 產(chǎn) 過(guò) 程 。氣 壓 系 統(tǒng) 與 電 氣 、 液 壓 系 統(tǒng) 比 較 有 以 下 缺 點(diǎn) ：(1)氣 功 裝 置 的 信 號(hào) 傳

61、遞 速 度 限 制 在 聲 速 范 圍 之 內(nèi) ， 所 以 它 的 工 作 頻 率 和 響 應(yīng) 速 度 遠(yuǎn) 不如 電 氣 裝 置 并 且 信 號(hào) 產(chǎn) 生 較 大 失 真 和 延 遲 ， 也 不 便 于 構(gòu) 成 十 分 復(fù) 雜 的 回 路 。 但 這 個(gè) 缺 點(diǎn) 對(duì) 生 產(chǎn) 過(guò) 程 不 會(huì) 造 成 困 難 。 (2)空 氣 的 壓 縮 性 遠(yuǎn) 大 干 液 壓 油 的 收 縮 性 ， 精 度 較 低 。 (3)氣 壓 傳 動(dòng) 的 效 率 比 液 壓 傳 動(dòng) 還 要 低 ， 且 噪 聲 較 大 。 (4)工 作 壓 力 較 低 ， 不 易 獲 得 大 的 推 力 。 氣 壓 傳 動(dòng) 出 力 不 如

62、液 壓 傳 動(dòng) 大 ； 執(zhí) 行 元 件 特 點(diǎn) 應(yīng) 用 ： 液 壓 系 統(tǒng) 用 于 需 大 的 功 率 重 型 設(shè) 備 氣 動(dòng) 用 于 工 件 夾 緊 、 輸 送 等 自 動(dòng) 化 生 產(chǎn) 線 電 動(dòng) 應(yīng) 用 最 廣 泛 伺 服 電 機(jī) 控 制 方 式 伺 服 電 機(jī) 比 較 第 二 節(jié) 步 進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī)一 、 步 進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī) 的 結(jié) 構(gòu) 和 工 作 原 理它 與 普 通 電 動(dòng) 機(jī) 一 樣 ， 也 是 由 定 子 和 轉(zhuǎn) 子 構(gòu) 成 ， 其 中 定 子 又 分 為 定 子 鐵 心 和 定 子 繞組 。 定 子 鐵 心 由 電 工 鋼 片 疊 壓 而 成 ， 定 子 繞 組 是 繞 置 在

63、 定 子 鐵 心 6個(gè) 均 勻 分 布 的 齒上 的 線 圈 ， 在 直 徑 方 向 上 相 對(duì) 的 兩 個(gè) 齒 上 的 線 圈 串 聯(lián) 在 一 起 ， 構(gòu) 成 一 相 控 制 繞 組 。圖 6-1所 示 的 步 進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī) 可 構(gòu) 成 A、 B、 C三 相 控 制 繞 組 ， 故 稱 三 相 步 進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī) 。 1-繞 組 2-定 子 鐵 心 3-轉(zhuǎn) 子 鐵 心圖 6-1 反 應(yīng) 式 步 進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī) 結(jié) 構(gòu) 原 理 圖 步 進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī) 的 工 作 原 理 步 進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī) 的 工 作 原 理 實(shí) 際 上 是 電 磁 鐵 的 作 用 原 理 。 當(dāng) A相 繞 組 通 電 時(shí)

64、， 轉(zhuǎn) 子 的 齒與 定 子 AA上 的 齒 對(duì) 齊 。 若 A相 斷 電 ， B相 通 電 ， 由 于 磁 力 的 作 用 ， 轉(zhuǎn) 子 的 齒 與 定 子 BB上 的 齒 對(duì) 齊 ， 轉(zhuǎn) 子 沿 逆 時(shí) 針 方 向 轉(zhuǎn) 過(guò) ， 如 果 控 制 線 路 不 停 地 按 ABCA的 順 序控 制 步 進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī) 繞 組 的 通 斷 電 ， 步 進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī) 的 轉(zhuǎn) 子 便 不 停 地 逆 時(shí) 針 轉(zhuǎn) 動(dòng) 。 若 通 電 順 序改 為 ACBA， 步 進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī) 的 轉(zhuǎn) 子 將 順 時(shí) 針 轉(zhuǎn) 動(dòng) 30。 這 種 通 電 方 式 稱 為 三 相 三拍 ， 而 通 常 的 通 電 方 式

65、為 三 相 六 拍 ， 其 通 電 順 序 為 AABBBCCCAA及AACCCBBBAA， 相 應(yīng) 地 ， 定 子 繞 組 的 通 電 狀 態(tài) 每 改 變 一 次 ， 轉(zhuǎn) 子 轉(zhuǎn)過(guò) 15。 步 進(jìn) 電 機(jī) 特 點(diǎn)（ 1） 步 進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī) 定 子 繞 組 的 通 電 狀 態(tài) 每 改 變 一 次 ， 它 的 轉(zhuǎn) 子 便 轉(zhuǎn) 過(guò) 一 個(gè) 確 定 的角 度 ， 即 步 距 角 ；（ 2） 改 變 步 進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī) 定 子 繞 組 的 通 電 順 序 ， 轉(zhuǎn) 子 的 旋 轉(zhuǎn) 方 向 隨 之 改 變 ；（ 3） 步 進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī) 定 子 繞 組 通 電 狀 態(tài) 的 改 變 速 度 越 快 ， 其

66、 轉(zhuǎn) 子 旋 轉(zhuǎn) 的 速 度 越 快 ，即 通 電 狀 態(tài) 的 變 化 頻 率 越 高 ， 轉(zhuǎn) 子 的 轉(zhuǎn) 速 越 高 ；（ 4） 步 進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī) 步 距 角 與 定 子 繞 組 的 相 數(shù) m、 轉(zhuǎn) 子 的 齒 數(shù) z、 通 電 方 式 k有 關(guān) ，可 用 下 式 表 示 ： = 360/mzk 式 中 m相 m拍 時(shí) ， k=1； m相 2m拍 時(shí) ， k=2。對(duì) 于 圖 6-1所 示 的 單 定 子 、 徑 向 分 相 、 反 應(yīng) 式 步 進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī) ， 當(dāng) 它 以 三 相 三 拍 通 電 方 式 工 作 時(shí) ， 其 步 距 角 為 =360/3 4 1=30若 按 三 相 六 拍 通 電 方 式 工 作 ， 則 步 距 角 為 =360/3 4 2=15步 距 角 ： 常 見 的 步 距 角 0.60/1.20 , 0.750/1.50 , 0.90/1.80 ,10/20, 1.50/30 等 。 例 ： 某 步 進(jìn) 電 機(jī) 有 80個(gè) 齒 , 采 用 3相 6拍 方 式 驅(qū)動(dòng) , 經(jīng) 絲 杠 螺 母 副 驅(qū) 動(dòng) 工 作 臺(tái) 做 直 線 運(yùn) 動(dòng) , 絲杠 的 導(dǎo) 程