第2章機(jī)電一體化機(jī)械執(zhí)行檢測(cè)裝置

第二章

機(jī)電一體化機(jī)械、執(zhí)行、檢測(cè)安裝第一節(jié)機(jī)電一體化系統(tǒng)之機(jī)械安裝1.機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)的組成(1)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)不僅僅是轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的變換器,而且已成為伺服系統(tǒng)的一部分,它要根據(jù)伺服控制的要求進(jìn)展選擇設(shè)計(jì),以滿足整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)良好的伺服性能。

(2)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的作用是支承和導(dǎo)向,它為機(jī)械系統(tǒng)中各運(yùn)動(dòng)安裝能平安、準(zhǔn)確地完成其特定方向的運(yùn)動(dòng)提供保證,普通指點(diǎn)軌、軸承等。(3)執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)是用來完成操作義務(wù)的直接安裝。執(zhí)行機(jī)構(gòu)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。1.1概述2.機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)的特點(diǎn)

機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)除了應(yīng)具備普通機(jī)械系統(tǒng)的要求外,還有其特殊要求?！?〕高精度：影響要素包括間隙、剛度、導(dǎo)向精度等?！?〕快速呼應(yīng)：影響要素包括摩擦、慣量、剛度、阻尼等。(伺服系統(tǒng)的頻帶/帶寬！)〔3〕穩(wěn)定性：影響要素包括溫度、環(huán)境等。3.處理措施(1)采用低摩擦阻力的傳動(dòng)部件和導(dǎo)向支承部件如：滾珠絲桿、滾動(dòng)導(dǎo)向支承、動(dòng)靜壓導(dǎo)向支承等。(2)縮短傳動(dòng)鏈，提高傳動(dòng)和支承剛度如：大扭矩、寬頻調(diào)整電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)滾珠絲桿；絲桿兩端加預(yù)緊。(3)選用最正確傳動(dòng)比，提高系統(tǒng)分辨率，減少等效到執(zhí)行元件輸出軸上的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(4)減少反向死區(qū)誤差如：采取消除傳動(dòng)間隙，減少支承變形等。(5)改良支承和架體的構(gòu)造設(shè)計(jì)以提高剛性，減少振動(dòng)，降低噪聲如：選用復(fù)合資料，提高剛度和強(qiáng)度，降低分量，減少構(gòu)造，確保系統(tǒng)小型化、輕量化、高速化、高可靠性。2.2.1同步帶傳動(dòng)2.2.2齒輪傳動(dòng)2.2.3諧波齒輪傳動(dòng)2.2.4滾珠絲杠傳動(dòng)1.2典型機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)1.2.1同步帶傳動(dòng)同步帶是一種兼有鏈、齒輪、三角膠帶優(yōu)點(diǎn)的傳動(dòng)零件。由于同步帶是一種兼有鏈、齒輪、三角膠帶優(yōu)點(diǎn)的傳動(dòng)零件，于1940年由美國尤尼羅爾橡膠公司首先加以開發(fā)。1946年辛加公司把同步帶用于縫紉機(jī)針和纏線管的同步傳動(dòng)上，獲得顯著效益，并被逐漸援用到其他機(jī)械傳動(dòng)上。1.類型(1)按用途普通工業(yè)用同步帶傳動(dòng)即梯形齒同步帶傳動(dòng)。它主要用于中、小功率的同步帶傳動(dòng)，如各種儀器、計(jì)算機(jī)、輕工機(jī)械中均采用這種同步帶傳動(dòng)。高轉(zhuǎn)矩同步帶傳動(dòng)又稱HTD帶(HighTorqueDrive)，在我國通稱為圓弧齒同步帶傳動(dòng)。它主要用于重型機(jī)械的傳動(dòng)中，如運(yùn)輸機(jī)械、石油機(jī)械和機(jī)床、發(fā)電機(jī)等的傳動(dòng)。(2)按規(guī)格模數(shù)制同步帶主要參數(shù)是模數(shù)m(與齒輪一樣)，根據(jù)不同的模數(shù)數(shù)值來確定帶的型號(hào)及構(gòu)造參數(shù)。節(jié)距制即同步帶的主要參數(shù)是帶齒節(jié)距，按節(jié)距大小不同，相應(yīng)帶、輪有不同的構(gòu)造尺寸。該種規(guī)格制度目前被列為國際規(guī)范。DIN(德國規(guī)范化學(xué)會(huì))米制節(jié)距德國同步帶傳動(dòng)國家規(guī)范制定的規(guī)格制度。其主要參數(shù)為齒節(jié)距，但規(guī)范節(jié)距數(shù)值不同于ISO節(jié)距制。我國由于德國進(jìn)口設(shè)備較多，故DIN米制節(jié)距同步帶在我國也有運(yùn)用。2.同步帶構(gòu)造同步帶普通由強(qiáng)力層、帶齒、帶背和包布層組成。帶背強(qiáng)力層包布層3.同步帶特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)(1)任務(wù)時(shí)無滑動(dòng)(50m/s)，有準(zhǔn)確的傳動(dòng)比(2)傳動(dòng)效率高(>98%)，節(jié)能效果好(3)傳動(dòng)比范圍大(10)，構(gòu)造緊湊(4)維護(hù)保養(yǎng)方便，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低，惡劣環(huán)境條件下仍能正常任務(wù)缺陷(1)安裝要求高，中心距要求嚴(yán)厲(2)帶與帶輪制造工藝復(fù)雜，本錢高同步帶傳動(dòng)主要用于中小功率、傳動(dòng)比要求準(zhǔn)確的場(chǎng)所，如打印機(jī)、繪圖儀、小型機(jī)電設(shè)備等精細(xì)機(jī)械中。4.同步帶的設(shè)計(jì)計(jì)算在正常的任務(wù)條件下，同步帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)那么是在不打滑的條件下，保證同步帶的抗拉強(qiáng)度。在灰塵雜質(zhì)較多的條件下，那么應(yīng)保證帶齒的一定耐磨性。設(shè)計(jì)同步帶傳動(dòng)的知條件(1)需求傳送的名義功率；(2)主、從動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速或傳動(dòng)比;(3)傳動(dòng)中心距;(4)運(yùn)用條件。設(shè)計(jì)步驟(1)確定帶的設(shè)計(jì)功率；(2)選擇帶型和節(jié)距；(3)確定帶輪齒數(shù)和節(jié)圓直徑；(4)確定同步帶的節(jié)線長度、齒數(shù)及傳動(dòng)中心距；(5)校驗(yàn)同步帶和小帶輪的嚙合齒數(shù)；(6)確定實(shí)踐所需同步帶寬度；(7)帶的任務(wù)才干驗(yàn)算。1.2.2齒輪傳動(dòng)電機(jī)、傳動(dòng)安裝和負(fù)載的傳動(dòng)模型1.齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的總傳動(dòng)比出發(fā)點(diǎn)：機(jī)電一體化齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)主要是研討它的動(dòng)力學(xué)特性。(1)最正確總傳動(dòng)比首先把傳動(dòng)系統(tǒng)中的任務(wù)負(fù)載、慣性負(fù)載和摩擦負(fù)載綜合為系統(tǒng)的總負(fù)載，方法有：(a)峰值綜合：假設(shè)各種負(fù)載為非隨機(jī)性負(fù)載，將各負(fù)載的峰值取代數(shù)和。(b)均方根綜合：假設(shè)各種負(fù)載為隨機(jī)性負(fù)載，取各負(fù)載的均方根。

負(fù)載綜合時(shí)，要轉(zhuǎn)化到電機(jī)軸上，成為等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩。使等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩最小或負(fù)載加速度最大的總傳動(dòng)比，即為最正確總傳動(dòng)比。通常采用負(fù)載角加速度最大原那么選擇總傳動(dòng)比,以提高伺服系統(tǒng)的呼應(yīng)速度。Jm——電動(dòng)機(jī)M的轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；θm——電動(dòng)機(jī)M的角位移；JL——負(fù)載L的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；θL——負(fù)載L的角位移；TLF——摩擦阻抗轉(zhuǎn)矩；i——齒輪系G的總傳動(dòng)比。電機(jī)、傳動(dòng)安裝和負(fù)載的傳動(dòng)模型電機(jī)、傳動(dòng)安裝和負(fù)載的傳動(dòng)模型TLF換算到電動(dòng)機(jī)軸上的阻抗轉(zhuǎn)矩為TLF/i；JL換算到電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為JL/i2。設(shè)Tm為電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩,在忽略傳動(dòng)安裝慣量的前提下,根據(jù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)方程,電動(dòng)機(jī)軸上的合轉(zhuǎn)矩Ta為電機(jī)、傳動(dòng)安裝和負(fù)載的傳動(dòng)模型令假設(shè)不計(jì)摩擦,即TLF＝0,那么解得注：實(shí)踐中為提高抗干擾才干常選用較大的傳動(dòng)比。2.齒輪傳動(dòng)鏈的級(jí)數(shù)和各級(jí)傳動(dòng)比的分配

(1)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量最小原那么小功率傳動(dòng)安裝，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的二級(jí)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)如下圖。由于功率小,假定各自動(dòng)輪具有一樣的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,軸與軸承轉(zhuǎn)動(dòng)慣量不計(jì),各齒輪均為實(shí)心圓柱齒輪,且齒寬和資料均一樣,效率不計(jì),那么有同理，對(duì)于n級(jí)齒輪系,那么有例1設(shè)有i=80,傳動(dòng)級(jí)數(shù)n=4的小功率傳動(dòng),試按等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量最小原那么分配傳動(dòng)比。解:

驗(yàn)算i=i1i2i3i4≈80。分析可知，各級(jí)傳動(dòng)比分配的結(jié)果應(yīng)遵照“前小后大〞的原那么。(2)質(zhì)量最小原那么對(duì)于小功率傳動(dòng)安裝,按質(zhì)量最小原那么來確定傳動(dòng)比時(shí),通常選擇相等的各級(jí)傳動(dòng)比。在假設(shè)各自動(dòng)小齒輪的模數(shù)、齒數(shù)均相等的特殊條件下,各大齒輪的分度圓直徑均相等,因此每級(jí)齒輪副的中心距也相等。這樣便可設(shè)計(jì)成如下圖的回曲式齒輪傳動(dòng)鏈；其總傳動(dòng)比可以非常大。顯然,這種構(gòu)造非常緊湊。圖回曲式齒輪傳動(dòng)鏈(3)輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原那么以四級(jí)齒輪減速傳動(dòng)鏈為例。四級(jí)傳動(dòng)比分別為i1、i2、i3、i4,齒輪1~8的轉(zhuǎn)角誤差依次為ΔΦ1~ΔΦ8。該傳動(dòng)鏈輸出軸的總轉(zhuǎn)動(dòng)角誤差ΔΦmax為可以看出,假設(shè)從輸入端到輸出端的各級(jí)傳動(dòng)比按“前小后大〞原那么陳列,那么總轉(zhuǎn)角誤差較小,而且低速級(jí)的誤差在總誤差中占的比重很大。因此,要提高傳動(dòng)精度,就應(yīng)減少傳動(dòng)級(jí)數(shù),并使末級(jí)齒輪的傳動(dòng)比盡能夠大,制造精度盡能夠高。(4)三種原那么的選擇 在設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)時(shí),上述三條原那么應(yīng)根據(jù)詳細(xì)任務(wù)條件綜合思索。

對(duì)于傳動(dòng)精度要求高的降速齒輪傳動(dòng)鏈,可按輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原那么設(shè)計(jì)。

對(duì)于要求運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、啟停頻繁和動(dòng)態(tài)性能好的降速傳動(dòng)鏈,可按等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量最小原那么和輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原那么設(shè)計(jì)。對(duì)于要求質(zhì)量盡能夠小的降速傳動(dòng)鏈,可按質(zhì)量最小原那么設(shè)計(jì)。3.齒輪傳動(dòng)間隙的調(diào)整方法中心問題：采取措施，消除齒側(cè)間隙，保證雙向傳動(dòng)精度。(1)圓柱齒輪傳動(dòng)偏心套(軸)調(diào)整法如右圖所示，將相互嚙合的一對(duì)齒輪中的一個(gè)齒輪4裝在電機(jī)輸出軸上，并將電機(jī)2安裝在偏心套1(或偏心軸)上，經(jīng)過轉(zhuǎn)動(dòng)偏心套(偏心軸)的轉(zhuǎn)角，就可調(diào)理兩嚙合齒輪的中心距，從而消除圓柱齒輪正、反轉(zhuǎn)時(shí)的齒側(cè)間隙。特點(diǎn)是構(gòu)造簡(jiǎn)單，但其側(cè)隙不能自動(dòng)補(bǔ)償。軸向墊片調(diào)整法

齒輪1和2相嚙合，其分度圓弧齒厚沿軸線方向略有錐度，這樣就可以用軸向墊片3使齒輪2沿軸向挪動(dòng)，從而消除兩齒輪的齒側(cè)間隙。裝配時(shí)軸向墊片3的厚度應(yīng)使得齒輪1和2之間既齒側(cè)間隙小，運(yùn)轉(zhuǎn)又靈敏。特點(diǎn)同偏心套(軸)調(diào)整法。雙片薄齒輪錯(cuò)齒調(diào)整法這種消除齒側(cè)間隙的方法是將其中一個(gè)做成寬齒輪，另一個(gè)用兩片薄齒輪組成。采取措施使一個(gè)薄齒輪的左齒側(cè)和另一個(gè)薄齒輪的右齒側(cè)分別緊貼在寬齒輪齒槽的左、右兩側(cè)，以消除齒側(cè)間隙，反向時(shí)不會(huì)出現(xiàn)死區(qū)。(2)斜齒輪傳動(dòng)消除斜齒輪傳動(dòng)齒輪側(cè)隙的方法與上述錯(cuò)齒調(diào)整法根本一樣，也是用兩個(gè)薄片齒輪與一個(gè)寬齒輪嚙合，只是在兩個(gè)薄片斜齒輪的中間隔開了一小段間隔，這樣它的螺旋線便錯(cuò)開了。(3)錐齒輪傳動(dòng)軸向壓簧調(diào)整法

在錐齒輪4的傳動(dòng)軸7上裝有壓簧5，其軸向力大小由螺母6調(diào)理。錐齒輪4在壓簧5的作用下可軸向挪動(dòng)，從而消除了其與嚙合的錐齒輪l之間的齒側(cè)間隙。(4)齒輪齒條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)當(dāng)傳動(dòng)負(fù)載大時(shí)，可采用雙齒輪調(diào)整法。經(jīng)過預(yù)載安裝4向齒輪3上預(yù)加負(fù)載，使大齒輪2、5同時(shí)向兩個(gè)相反方何轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)小齒輪1、6轉(zhuǎn)動(dòng)，其齒面便分別緊貼在齒條7上齒槽的左、右側(cè)，消除了齒側(cè)間隙。1.2.3諧波傳動(dòng)諧波齒輪傳動(dòng)具有構(gòu)造簡(jiǎn)單、傳動(dòng)比大(幾十到幾百)、傳動(dòng)精度高、回程誤差小、噪聲低、傳動(dòng)平穩(wěn)、承載才干強(qiáng)、效率高等優(yōu)點(diǎn)，故在工業(yè)機(jī)器人、航空、火箭等機(jī)電一體化系統(tǒng)中日益得到廣泛的運(yùn)用。1諧波齒輪傳動(dòng)的構(gòu)造2.諧波齒輪傳動(dòng)的原理通常波發(fā)生器為自動(dòng)件，而剛輪和柔輪之一為從動(dòng)件，另一個(gè)為固定件。當(dāng)波發(fā)生器裝入柔輪內(nèi)孔時(shí)，由于前者的總長度略大于后者的內(nèi)孔直徑，故柔輪變?yōu)闄E圓形，于是在橢圓的長軸兩端產(chǎn)生了柔輪與剛輪輪齒的兩個(gè)部分嚙合區(qū)；同時(shí)在橢圓短軸兩端，兩輪輪齒那么完全脫開。至于其他各處，那么視柔輪回轉(zhuǎn)方向的不同，或處于嚙合形狀，或處于非嚙合形狀。當(dāng)波發(fā)生器延續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，柔輪長短軸的位置不斷交化，從而使輪齒的嚙合處和脫開處也隨之不斷變化，于是在柔輪與剛輪之間就產(chǎn)生了相對(duì)位移，從而傳送運(yùn)動(dòng)。在波發(fā)生器轉(zhuǎn)動(dòng)一周期間，柔輪上一點(diǎn)變形的循環(huán)次數(shù)與波發(fā)生器上的凸起部位數(shù)是一致的，稱為波數(shù)。常用的有兩波和三波兩種。為了有利于柔輪的力平衡和防止輪齒干涉，剛輪和柔輪的齒數(shù)差應(yīng)等于波發(fā)生器波數(shù)(即波發(fā)生器上的滾輪數(shù))的整倍數(shù)，通常取為等于波數(shù)。2.諧波齒輪傳動(dòng)的原理柔輪和剛輪齒距P相等，齒數(shù)不同。Zg—?jiǎng)傒嘄X數(shù)，Zr—柔輪齒數(shù)，Zg>Zr，Zg–Zr=n，n為諧波發(fā)生器的波數(shù)。假設(shè)n=2，當(dāng)波發(fā)生器旋轉(zhuǎn)180o時(shí)，將迫使柔輪和剛輪相對(duì)挪動(dòng)一個(gè)齒距。假設(shè)柔輪固定，那么剛輪轉(zhuǎn)一個(gè)角度。柔輪固定時(shí)傳動(dòng)比：ir=Zg/〔Zg–Zr〕;(波發(fā)生器輸入,剛輪輸出)剛輪固定時(shí)傳動(dòng)比：ig=Zr/〔Zg–Zr〕;(波發(fā)生器輸入,柔輪輸出)1.2.4滾珠絲杠傳動(dòng)又稱螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)。1.任務(wù)原理與構(gòu)造滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)組成：絲杠、螺母、滾珠、反向器〔回珠管〕。絲杠和螺母的螺紋滾道間裝有承載滾珠，當(dāng)絲杠或螺母轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，滾珠沿螺紋滾道滾動(dòng)，那么絲杠與螺母之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生滾動(dòng)摩擦，為防止?jié)L珠從滾道中滾出，在螺母的螺旋槽兩端設(shè)有回程引導(dǎo)安裝，它們與螺紋滾道構(gòu)成循環(huán)回路，使?jié)L珠在螺母滾道內(nèi)循環(huán)。為了在滾珠與滾道之間構(gòu)成無間隙甚至有過盈配合，可設(shè)置預(yù)緊安裝。為延伸任務(wù)壽命，可設(shè)置光滑件和密封件。2.特點(diǎn)效率高：90-98%，而滑動(dòng)絲杠為30~40%剛度好：經(jīng)過預(yù)緊實(shí)現(xiàn)。壽命長：滾珠絲杠螺母副的摩擦外表為高硬度、高精度，壽命約為滑動(dòng)絲桿副的4-10倍以上。運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)：滾動(dòng)摩擦系數(shù)接近常數(shù)，啟動(dòng)與任務(wù)摩擦力矩差別很小。啟動(dòng)時(shí)無沖擊，預(yù)緊后可消除間隙產(chǎn)生過盈，提高接觸剛度和傳動(dòng)精度。精度高：由于摩擦升溫小，經(jīng)過預(yù)緊進(jìn)展預(yù)拉伸以補(bǔ)償熱膨脹，容易獲得高精度。傳動(dòng)可逆，不能自鎖。用于垂直傳動(dòng)時(shí)，必需在系統(tǒng)中附加自鎖或制動(dòng)安裝。造價(jià)高。滾珠絲桿和螺母等零件加工精度、外表粗糙度要求高，故制造本錢較高。3.滾珠絲杠副軸向間隙的調(diào)整和施加預(yù)緊力的方法

滾珠絲杠副除了對(duì)本身單一方向的傳動(dòng)精度有要求外，對(duì)其軸向間隙也有嚴(yán)厲要求，以保證其反向傳動(dòng)精度。滾珠絲杠副的軸向間隙是承載時(shí)在滾珠與滾道型面接觸點(diǎn)的彈性變形所引起的螺母位移量和螺母原有間隙的總和。通常采用雙螺母預(yù)緊或單螺母〔大滾珠、大導(dǎo)程〕的方法，把彈性變形控制在最小限制內(nèi)，以減小或消除軸向間隙，并可以提高滾珠絲杠副的剛度。(1)雙螺母螺紋預(yù)緊原理左右螺母齒輪同向旋轉(zhuǎn)一個(gè)齒，因兩齒輪齒數(shù)不同，故旋轉(zhuǎn)角度不同，相當(dāng)于一端固定，另一端旋轉(zhuǎn)了一個(gè)微小的角度。

本質(zhì)：兩螺母之間存在相對(duì)挪動(dòng)。(2)雙螺母齒差預(yù)緊原理(齒差調(diào)隙)(3)單螺母預(yù)緊原理〔增大滾珠直徑法〕為了補(bǔ)償滾道的間隙，設(shè)計(jì)時(shí)將滾珠的尺寸適當(dāng)增大，使其4點(diǎn)接觸，產(chǎn)生預(yù)緊力，為了提高任務(wù)性能，可以在承載滾珠之間參與間隔鋼球。(4)單螺母預(yù)緊原理〔偏置導(dǎo)程法〕

偏置導(dǎo)程法原理如上圖所示，僅僅是在螺母中部將其導(dǎo)程添加一個(gè)預(yù)壓量Δ，以到達(dá)預(yù)緊的目的。目前制造的單螺母式滾珠絲杠副的軸向間隙達(dá)0.05mm，而雙螺母式的經(jīng)加預(yù)緊力調(diào)整后根本上能消除軸向間隙。運(yùn)用該方法消除軸向間隙時(shí)應(yīng)留意以下兩點(diǎn)：〔1〕預(yù)緊力大小必需適宜，過小不能保證無隙傳動(dòng)；過大將使驅(qū)動(dòng)力矩增大，效率降低，壽命縮短。預(yù)緊力應(yīng)不超越最大軸向負(fù)載的1/3?！?〕要特別留意減小絲杠安裝部分和驅(qū)動(dòng)部分的間隙，這些間隙用預(yù)緊的方法是無法消除的，而它對(duì)傳動(dòng)精度有直接影響。小結(jié)：4.滾珠絲杠副的安裝

絲杠的軸承組合及軸承座、螺母座以及其它零件的銜接剛性，對(duì)滾珠絲杠副傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度和精度都有很大影響，需在設(shè)計(jì)、安裝時(shí)仔細(xì)思索。為了提高軸向剛度，絲杠支承常用推力軸承為主的軸承組合，以以下出了四種典型支承方式及其特點(diǎn)。1．軸向剛度較高；2．預(yù)拉伸安裝時(shí)，須加載荷較大，軸承壽命較低；3．適宜中速、精度高，并可用雙推—單推組合。方案一：?jiǎn)瓮啤獑瓮?/p>

方案二：雙推—雙推

1．軸向剛度最高。2．預(yù)拉伸安裝時(shí)，須加載荷較小，軸承壽命較高。3．適宜高速、高剛度、高精度。方案三：雙推—簡(jiǎn)支

1．軸向剛度不高，與螺母位置有關(guān)。2．雙推端可預(yù)拉伸安裝。3．適宜中速、精度較高的長絲杠。方案四：雙推—自在

1．軸向剛度低，與螺母位置有關(guān)；2．雙推端可預(yù)拉伸安裝；3．適宜中小載荷與低速，更適宜垂直安裝，短絲杠。第二節(jié)機(jī)電一體化執(zhí)行安裝2.1執(zhí)行安裝概述

1.執(zhí)行安裝概念及其分類執(zhí)行安裝就是“按照電信號(hào)的指令，未來自電、液壓和氣壓等各種能源的能量轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、直線運(yùn)動(dòng)等方式的機(jī)械能的安裝〞。按利用的能源分類，可將執(zhí)行安裝分為電動(dòng)、液壓和氣動(dòng)執(zhí)行安裝。2.執(zhí)行安裝的特點(diǎn)

(1)電動(dòng)執(zhí)行安裝[優(yōu)點(diǎn)]以電源為能源，在大多數(shù)情況下容易得到；容易控制；可靠性、穩(wěn)定性和環(huán)境順應(yīng)性好；與計(jì)算機(jī)等控制安裝的接口簡(jiǎn)單。[缺陷]在多數(shù)情況下，為了實(shí)現(xiàn)一定的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或者直線運(yùn)動(dòng)，必需運(yùn)用齒輪等運(yùn)動(dòng)傳送和變換機(jī)構(gòu)；容易受載荷的影響；獲得大功率比較困難。國內(nèi)外第一臺(tái)陸地用12000米交流變頻電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)，也是目前全球技術(shù)最先進(jìn)的特深井陸地石油鉆機(jī)(2)液壓執(zhí)行安裝[優(yōu)點(diǎn)]容易獲得大功率；功率／分量比大，可以減小執(zhí)行安裝的體積；剛度高，可以實(shí)現(xiàn)高速、高精度的位置控制；經(jīng)過流量控制可以實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速。[缺陷]必需對(duì)油的溫度污染進(jìn)展控制，穩(wěn)定性較差；有因漏油而發(fā)生火災(zāi)的危險(xiǎn)；液壓油源和進(jìn)油、回油管路等附屬設(shè)備占空間較大。工程機(jī)械半潛式鉆井平臺(tái)自升式鉆井平臺(tái)(3)氣動(dòng)執(zhí)行安裝[優(yōu)點(diǎn)]利用汽缸可以實(shí)現(xiàn)高速直線運(yùn)動(dòng)；利用空氣的可緊縮性容易實(shí)現(xiàn)力控制和緩沖控制；無火災(zāi)危險(xiǎn)和環(huán)境污染；系統(tǒng)構(gòu)造簡(jiǎn)單，價(jià)錢低。[缺陷]由于空氣的可緊縮性，高精度的位置控制和速度控制都比較困難；雖然撞停等簡(jiǎn)單動(dòng)作速度較高，但在恣意位置上停頓的動(dòng)作速度很慢，能量效率較低。在開發(fā)和改良執(zhí)行安裝時(shí)要思索的問題有：①功率／分量比；②體積和分量；③呼應(yīng)速度和操作力；④能源及本身檢測(cè)功能；⑤本錢及壽命；⑥能量的效率等。2.2電動(dòng)執(zhí)行安裝

1.直流伺服電機(jī)(1)特點(diǎn)直流伺服電機(jī)，只需接上直流電源就可以運(yùn)轉(zhuǎn)，這是直流電機(jī)的一大優(yōu)點(diǎn)。而且，直流伺服電機(jī)作為控制電機(jī)，具有起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、體積小、分量輕、轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速容易控制、效率高等許多突出的優(yōu)點(diǎn)。

它的缺陷是，由于轉(zhuǎn)子上安裝了具有機(jī)械運(yùn)動(dòng)的電刷和換向器，需求定時(shí)維護(hù)、改換電刷，因此存在運(yùn)用壽命短和噪聲大等問題。此外，直流電機(jī)與步進(jìn)電機(jī)不同，在位置控制和速度控制時(shí)，必需運(yùn)用角度傳感器來實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。(2)構(gòu)造與任務(wù)原理直流伺服電機(jī)由永磁體定子、線圈轉(zhuǎn)子(電樞)、電刷和換向器構(gòu)成。為了得到延續(xù)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，就必需隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)角度不斷改動(dòng)電流方向，因此，必需有電刷和換向器。利用晶體管放大器的線性驅(qū)動(dòng)方式利用晶體管放大器的開關(guān)驅(qū)動(dòng)方式〔脈寬調(diào)制PWM〕占空比是高電平所占周期時(shí)間與整個(gè)周期時(shí)間的比值。脈寬調(diào)制PWM速度控制型伺服放大器2.交流伺服電機(jī)

(1)特性交流伺服電機(jī)的最大優(yōu)點(diǎn)是因沒有電刷和換向器而不需求維護(hù)，也沒有產(chǎn)生火花的危險(xiǎn)；缺陷是與直流電機(jī)相比驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜、價(jià)錢高。隨著機(jī)電一體化技術(shù)的開展，逐漸攻克了許多技術(shù)難題。交流伺服電機(jī)在工業(yè)機(jī)器人和NC機(jī)床等許多領(lǐng)域內(nèi)得到了廣泛的運(yùn)用。特別是用電子轉(zhuǎn)換向器替代機(jī)械換向器的無刷電機(jī)，由于承繼了有刷電機(jī)的良好控制性能，因此，在機(jī)電一體化領(lǐng)域已成為非常有用的電動(dòng)執(zhí)行安裝。(2)種類與任務(wù)原理交流伺服電機(jī)按構(gòu)造可分為同步電機(jī)和異步電機(jī)。轉(zhuǎn)子是由永磁體構(gòu)成的為同步電機(jī)，轉(zhuǎn)子是由繞組構(gòu)成的電磁鐵構(gòu)成的為異步電機(jī)。此外還有無刷電機(jī)。同步電機(jī)將永磁體裝在轉(zhuǎn)子上，定子上裝有繞組。單相或者三相交流電流經(jīng)過定子繞組，在定子上產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)相互作用驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。這種電機(jī)體積小，主要運(yùn)用在要求呼應(yīng)速度快的中等功率以下的工業(yè)機(jī)器人和機(jī)床領(lǐng)域。異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子和定子都裝有繞組，定子繞組叫做一次繞組，轉(zhuǎn)子繞組叫做二次繞組。定子繞組通入交流電→旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)→切割轉(zhuǎn)子繞組→轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流→電磁轉(zhuǎn)矩〔與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)同向〕。異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子慣性矩可以做得很小，所以呼應(yīng)速度很快，主要運(yùn)用于中等功率以上的伺服系統(tǒng)。無刷直流電機(jī)的構(gòu)造與同步電機(jī)一樣。無刷伺服電機(jī)用磁極檢測(cè)傳感器、轉(zhuǎn)角傳感器和晶體管換向器組成電子式換向安裝。無刷電機(jī)的任務(wù)原理與同步電機(jī)一樣，其特性與直流電機(jī)一樣。由于沒有電刷上的電壓降和摩擦損耗，而且轉(zhuǎn)子慣量小，所以具有穩(wěn)定、可靠、效率高、呼應(yīng)速度快等直流電機(jī)和交流電機(jī)共同的優(yōu)點(diǎn)，在各種伺服系統(tǒng)中運(yùn)用范圍很廣。圖4-53交流伺服系統(tǒng)構(gòu)造圖

1—交流伺服驅(qū)動(dòng)器，2—交流伺服電動(dòng)機(jī)，3—位置和速度檢測(cè)安裝圖4-54交流伺服驅(qū)動(dòng)器構(gòu)造圖3步進(jìn)電機(jī)

(1)特點(diǎn)步進(jìn)電機(jī)也叫做脈沖電機(jī)，每當(dāng)輸入一個(gè)脈沖時(shí)，電機(jī)就旋轉(zhuǎn)一個(gè)固定的角度(這個(gè)固定的角度稱為步距角)。電機(jī)轉(zhuǎn)過的角度與輸入的脈沖總數(shù)成正比，電機(jī)的轉(zhuǎn)速與輸入脈沖的頻率成正比。這種電機(jī)的最大優(yōu)點(diǎn)是不需求傳感器，不需求反響，可以實(shí)現(xiàn)開環(huán)控制；由于可以直接用數(shù)字信號(hào)控制，所以與計(jì)算機(jī)的接口比較容易；由于沒有電刷，所以維護(hù)方便、壽命長；此外，它還具有啟動(dòng)、停頓、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)容易控制等許多優(yōu)點(diǎn)。步進(jìn)電機(jī)的缺陷是能量效率較低，失步(輸入脈沖而電機(jī)未轉(zhuǎn)動(dòng))等。(2)種類與任務(wù)原理步進(jìn)電機(jī)按產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的方式可以分為永磁體式、可變磁阻式(也稱為反響式)和混合式。PM式步進(jìn)電機(jī)用沿圓周方向磁化的圓柱形永磁體作轉(zhuǎn)子，周圍是定子，在定子電磁鐵和轉(zhuǎn)子永磁體之間的排斥力和吸引力的作用下，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。VR式步進(jìn)電機(jī)用齒輪狀的鐵心作轉(zhuǎn)子，周圍是電磁鐵定子。定子電磁鐵與轉(zhuǎn)子鐵心之間的吸引力驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。在定子磁場(chǎng)中，轉(zhuǎn)子一直轉(zhuǎn)向磁阻最小的位置。選擇適當(dāng)?shù)亩ㄗ雍娃D(zhuǎn)子的齒數(shù)差可以減小步距角，使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)平穩(wěn)。HD式步進(jìn)電機(jī)是PM式和VR式的復(fù)合方式。在永磁體轉(zhuǎn)子和電磁鐵定子的外表上加工出許多軸向齒槽，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的原理與PM式一樣，轉(zhuǎn)子和定子的外形與VR式類似，所以稱為混合式。為了減小步距角，可以在構(gòu)造上添加轉(zhuǎn)子和定子的齒數(shù)。(3)特性與驅(qū)動(dòng)方式(3)特性與驅(qū)動(dòng)方式啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩是電機(jī)從停頓形狀迅速到達(dá)設(shè)定轉(zhuǎn)速時(shí)，所能驅(qū)動(dòng)的最大負(fù)載扭矩。當(dāng)輸入脈沖頻率一定，負(fù)荷扭矩逐漸增大，或者負(fù)荷扭矩一定，脈沖頻率逐漸添加時(shí)步進(jìn)電機(jī)不失步的極限轉(zhuǎn)矩稱為動(dòng)轉(zhuǎn)矩(失步轉(zhuǎn)矩)。起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與動(dòng)轉(zhuǎn)矩之間的區(qū)間稱為過渡區(qū)。在這個(gè)輸出轉(zhuǎn)矩區(qū)間，步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)時(shí)的脈沖頻率必需緩慢添加。步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩稱為靜轉(zhuǎn)矩，這是步進(jìn)電機(jī)所能產(chǎn)生的最大轉(zhuǎn)矩。在空載靜止形狀下，可以使電機(jī)瞬時(shí)啟動(dòng)的最大輸入脈沖頻率稱為最大空載啟動(dòng)頻率。輸入脈沖頻率緩慢上升時(shí)，步進(jìn)電機(jī)可以不失步運(yùn)轉(zhuǎn)的極限頻率稱為空載運(yùn)轉(zhuǎn)頻率(也稱為最大呼應(yīng)頻率)?！舅南嗖竭M(jìn)電機(jī)】信號(hào)發(fā)生電路輸出旋轉(zhuǎn)方向、旋轉(zhuǎn)角度和轉(zhuǎn)速脈沖信號(hào)，經(jīng)環(huán)形分配電路進(jìn)展判別分配，再經(jīng)過功率放大電路放大，按勵(lì)磁順序?qū)Ω鱾€(gè)線圈進(jìn)展勵(lì)磁。單相勵(lì)磁方式按φ1→φ2→φ3→φ4→φ1→…的順序一相一相的勵(lì)磁。這種勵(lì)磁方式能耗低，每一步的轉(zhuǎn)角精度高，但是由于轉(zhuǎn)子的慣性存在，容易產(chǎn)生失步。雙相勵(lì)磁方式按φ1φ2→φ2φ3→φ3φ4→φ4φ1→φ1φ2→…的順序依次對(duì)相鄰兩相向時(shí)進(jìn)展勵(lì)磁。這種勵(lì)磁方式輸出轉(zhuǎn)矩大，轉(zhuǎn)子的過沖小，所以是一種常用的勵(lì)磁方式。但這種勵(lì)磁方式存在電效率低的缺陷。單雙相勵(lì)磁方式按φ1→φ1φ2→φ2→φ2φ3→φ3→φ3φ4→φ4→φ4φ1→φ1→…的順序，單相、雙相交替的方式進(jìn)展勵(lì)磁。具有分辨率高和運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)的優(yōu)點(diǎn)。環(huán)形分配器

實(shí)現(xiàn)環(huán)形分配有三種方法：軟件、小規(guī)模集成電路搭接、公用器件。交流伺服系統(tǒng)與步進(jìn)伺服系統(tǒng)的比較在目前國內(nèi)的機(jī)電一體化設(shè)備中，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)伺服系統(tǒng)以其高的性／價(jià)比獲得了廣泛的運(yùn)用，全數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)也以其高的伺服性能而倍受青睞?，F(xiàn)就二者的運(yùn)用性能作一比較，供選用時(shí)參考?！?〕控制精度由于制造本錢低，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角通常做得比較大。兩相混合式普通為1.8°/0.9°，五相混合式普通為0.72°/0.36°，三相反響式多為1.5°/0.75°。要想減小步距角，方法有兩個(gè)，一是采用減速傳動(dòng)，二是采用細(xì)分型驅(qū)動(dòng)電源。交流伺服電動(dòng)機(jī)的控制精度由電動(dòng)機(jī)軸后端的旋轉(zhuǎn)編碼器來保證。對(duì)于帶2500線規(guī)范型編碼器的電動(dòng)機(jī)而言，由于驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部采用了四倍頻技術(shù)，其轉(zhuǎn)角分辨率為360°/〔2500×4〕=0.036°；對(duì)于帶17位編碼器的電動(dòng)機(jī)而言，每轉(zhuǎn)一圈，驅(qū)動(dòng)器接納到217=131072個(gè)脈沖，其轉(zhuǎn)角分辨率為360°/131072≈9.89“，是步距角為1.8°的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)角分辨率的1/655。〔2〕低頻特性步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在低速時(shí)易出現(xiàn)低頻振動(dòng)景象，其振動(dòng)頻率與負(fù)載的情況和驅(qū)動(dòng)電源的性能有關(guān)。處理低頻振動(dòng)有兩種方法，一種是在電動(dòng)機(jī)軸上加裝阻尼器，另一種是在驅(qū)動(dòng)電源上采用繞組電流細(xì)分的技術(shù)。交流伺服電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)非常平穩(wěn)，即使在低速時(shí)也不會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)景象，且具有共振抑制功能，系統(tǒng)內(nèi)部具有頻率解析機(jī)能〔FFT〕，可檢測(cè)出機(jī)械的共振點(diǎn)，便于系統(tǒng)調(diào)整?！?〕矩頻特性步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速升高而下降，且在較高轉(zhuǎn)速時(shí)會(huì)急劇下降，所以其最高任務(wù)轉(zhuǎn)速普通不超越1000r/min。交流伺服電動(dòng)機(jī)為恒轉(zhuǎn)矩輸出，其額定轉(zhuǎn)速普通為2000r/min或3000r/min，在額定轉(zhuǎn)速以下都能輸出額定轉(zhuǎn)矩，在額定轉(zhuǎn)速以上為恒功率輸出，最高轉(zhuǎn)速通?？蛇_(dá)5000r/min?！?〕過載才干交流伺服電動(dòng)機(jī)具有較強(qiáng)的過載才干，可用于抑制慣性負(fù)載在起動(dòng)瞬間的慣性轉(zhuǎn)矩。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由于沒有這種過載才干，在選型時(shí)為了抑制慣性轉(zhuǎn)矩，往往需求選取較大轉(zhuǎn)矩的電動(dòng)機(jī)，而在正常任務(wù)期間又不需求那么大的轉(zhuǎn)矩，便出現(xiàn)了轉(zhuǎn)矩浪費(fèi)的景象?！?〕運(yùn)轉(zhuǎn)性能步進(jìn)伺服系統(tǒng)通常為開環(huán)控制，起動(dòng)頻率過高或負(fù)載過大時(shí)，容易出現(xiàn)丟步或堵轉(zhuǎn)的景象，停頓時(shí)假設(shè)處置不當(dāng)也易出現(xiàn)過沖。所以為了保證其控制精度，應(yīng)處置好升降速問題。交流伺服系統(tǒng)為閉環(huán)控制，驅(qū)動(dòng)器可直接對(duì)電動(dòng)機(jī)編碼器的反響信號(hào)進(jìn)展采樣，在內(nèi)部構(gòu)成位置環(huán)和速度環(huán)，普通不會(huì)出現(xiàn)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的丟步或過沖景象，控制性能可靠?！?〕速度呼應(yīng)性能步進(jìn)電動(dòng)機(jī)從靜止加速到任務(wù)轉(zhuǎn)速通常需求200～400ms的時(shí)間。交流伺服電動(dòng)機(jī)的加速性能那么要好得多，以臺(tái)達(dá)ASDA-400W交流伺服電動(dòng)機(jī)為例，從靜止加速到其額定轉(zhuǎn)速〔3000r/min〕僅需幾毫秒。綜上所述，交流伺服系統(tǒng)在性能上明顯優(yōu)于步進(jìn)伺服系統(tǒng)，但其價(jià)錢卻要高得多，而且構(gòu)造復(fù)雜，維修本錢較高。步進(jìn)伺服系統(tǒng)雖然性能差一些，但其價(jià)錢低，性/價(jià)比高，構(gòu)造簡(jiǎn)單，維修本錢較低。因此，在設(shè)計(jì)選擇伺服控制系統(tǒng)的方案過程中要綜合思索各方面的要素，妥善進(jìn)展分析確定。2.3液壓與氣動(dòng)執(zhí)行安裝1.液壓執(zhí)行安裝液壓系統(tǒng)由液壓泵、溢流閥、管路、控制閥、執(zhí)行安裝等組成。典型液壓執(zhí)行安裝包括油缸、液壓馬達(dá)、擺動(dòng)油缸〔280deg〕。液壓油缸液壓油缸有僅在活塞的單端遭到液壓作用的單作用油缸和活塞兩端都遭到液壓作用的雙作用油缸。單作用油缸的回程運(yùn)動(dòng)是由載荷、重力或者彈簧力來驅(qū)動(dòng)。在液壓伺服系統(tǒng)中，普通都采用控制性能好的往復(fù)雙作用油缸。液壓馬達(dá)液壓馬達(dá)與液壓泵的輸入、輸出關(guān)系相反，構(gòu)造根本一樣。液壓馬達(dá)可以大致分為葉片馬達(dá)、齒輪馬達(dá)和活塞式馬達(dá)等。葉片馬達(dá)的構(gòu)造是在轉(zhuǎn)子徑向上插入假設(shè)干葉片，葉片懸伸部分在液壓作用下產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。葉片馬達(dá)具有輸出轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)、噪音低、轉(zhuǎn)矩／分量比高等優(yōu)點(diǎn)。齒輪馬達(dá)的構(gòu)造與齒輪泵一樣，都是由兩個(gè)齒輪和殼體構(gòu)成，由左右兩個(gè)口的壓力差來決議旋轉(zhuǎn)方向。齒輪馬達(dá)具有構(gòu)造簡(jiǎn)單、分量輕、價(jià)錢廉價(jià)、抗振動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)?；钊今R達(dá)分為徑向活塞式馬達(dá)和軸向活塞式馬達(dá)。圖中所示是徑向活塞式馬達(dá)，各活塞與曲軸之間經(jīng)過連桿銜接，與曲軸連為一體的旋轉(zhuǎn)閥控制各個(gè)油缸按順序供油，使曲軸可以延續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)?；钊今R達(dá)雖然構(gòu)造復(fù)雜，但效率較高。2.驅(qū)動(dòng)方式與液壓控制閥

為了使液壓執(zhí)行安裝正常任務(wù)，必需控制任務(wù)油的壓力、流量和流動(dòng)方向?？刂品绞接袃煞N：一種是改動(dòng)泵轉(zhuǎn)速或者斜板角度來控制出口流量的泵控制方式；另一種是泵出口流量一定，用液壓閥來調(diào)理油路的面積，從而控制執(zhí)行安裝的流量、壓力等的閥控制方式。泵控制方式具有系統(tǒng)構(gòu)造簡(jiǎn)單，能量效率高等優(yōu)點(diǎn)。從呼應(yīng)速度、控制精度和價(jià)錢等方面來看，閥控制方式更優(yōu)越。常用的控制閥是模擬型的電液伺服閥(簡(jiǎn)稱伺服閥)和開關(guān)型的電磁換向閥(簡(jiǎn)稱電磁閥)。電液伺服閥由力矩電機(jī)、噴嘴擋板機(jī)構(gòu)、四個(gè)進(jìn)油出油口構(gòu)成。電液伺服閥的最大優(yōu)點(diǎn)是可以用小功率的電機(jī)快速、高精度地控制大功率的液壓能。由于伺服閥的精度要求很高，價(jià)錢很貴，而且對(duì)任務(wù)油的清潔程度和濕度都要求很高，這是它的缺陷。2.4執(zhí)行安裝的運(yùn)用實(shí)例

【飛行模擬器】【工件保送系統(tǒng)】6-DOF擺動(dòng)安裝6-DOF座椅【6自在度擺動(dòng)安裝】油缸由伺服閥控制，在5-10t載荷的條件下，前后、左右、上下運(yùn)動(dòng)速度±60cm／s以上，加速度±0.6g以上；轉(zhuǎn)動(dòng)、螺旋、擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)角速度±200／s以上，角加速度600／s2以上。這種機(jī)構(gòu)叫做并行桿機(jī)構(gòu)〔也稱作并聯(lián)機(jī)器人〕。【坐席振動(dòng)發(fā)生安裝】

利用油缸和伺服閥控制，可以產(chǎn)生擺動(dòng)安裝無法產(chǎn)生的、極限到達(dá)40Hz的高頻率振動(dòng)。在G坐椅安裝中，經(jīng)過坐席底板和靠背底板上的液壓油缸以及坐席墊和靠背墊內(nèi)的氣功氣囊，控制接觸面積和受壓的覺得來實(shí)現(xiàn)體感和振動(dòng)模擬?！竟ぜＫ拖到y(tǒng)】

氣動(dòng)執(zhí)行安裝常用于加工、檢查和裝配等消費(fèi)線上的保送或夾緊操作中。圖示是快速上、下料保送單元。上料端和下料端的兩個(gè)可升降送料安裝由一個(gè)汽缸驅(qū)動(dòng)，采用同步齒形帶銜接，從構(gòu)造上實(shí)現(xiàn)了上料下料同步和高效率。工件由上料端的升降氣缸提起，在同一個(gè)電磁閥控制下，下料端的升降氣缸將加工后的工件提起。在將待加工工件送上加工工位的同時(shí)，將加工后的工件送到下料的滾動(dòng)保送線上。這套系統(tǒng)中采用了三個(gè)氣缸，兩個(gè)電磁閥，構(gòu)造簡(jiǎn)單，可以進(jìn)展質(zhì)量小于1kg(300×300×30mm)的上下料操作，動(dòng)作節(jié)拍可以到達(dá)7s。第三節(jié)機(jī)電一體化檢測(cè)安裝要使機(jī)電一體化系統(tǒng)有效地發(fā)揚(yáng)功能，必需首先獲得各種各樣的信息。其中檢測(cè)起著重要的作用。本章將學(xué)習(xí)檢測(cè)的概念，特別要學(xué)習(xí)機(jī)電一體化系統(tǒng)中涉及到的諸如位移、角度、間隔、速度、加速度、力和扭矩等重要機(jī)械量的根本檢測(cè)原理，還要了解利用視覺信息的高級(jí)檢測(cè)技術(shù)以及檢測(cè)數(shù)據(jù)的處置方法。3.1檢測(cè)的概念

在像機(jī)器人的機(jī)電一體化系統(tǒng)中，動(dòng)作控制是先經(jīng)過傳感器接受外界信息，經(jīng)過計(jì)算機(jī)對(duì)這些信息進(jìn)展處置，再經(jīng)過執(zhí)行安裝使機(jī)器人手臂有目的地挪動(dòng)并實(shí)現(xiàn)操作。從外界獲得信息，并從中提取有用信息的過程稱為檢測(cè)。3.2位移、角度、間隔的丈量1.電位器分為直線型和旋轉(zhuǎn)型。經(jīng)過電刷的滑動(dòng)，可以得到與電刷所在角度(位置)相對(duì)應(yīng)的電壓。轉(zhuǎn)過θ角時(shí)，經(jīng)過電刷的滑動(dòng)部分阻值為輸出電壓輸出電壓與阻值無關(guān)，所以溫度變化對(duì)輸出電壓沒有影響。2.旋轉(zhuǎn)編碼器

將旋轉(zhuǎn)角度轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的傳感器稱為旋轉(zhuǎn)編碼器。旋轉(zhuǎn)編碼器分為增量型和絕對(duì)型兩種。增量編碼器有A相、B相、Z相三條光柵，A相與B相的相位差為90度。利用B相的上升沿觸發(fā)檢測(cè)A相的形狀，以此判別旋轉(zhuǎn)方向。絕對(duì)式碼盤不透光區(qū)零位標(biāo)志透光區(qū)絕對(duì)編碼器光柵盤如下圖，與位數(shù)(4，8，12，16)相對(duì)位置有柵格，光敏二極管的個(gè)數(shù)也與位數(shù)對(duì)應(yīng)。用光敏二極管輸出的二進(jìn)制碼可以檢測(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)的絕對(duì)角度。分辨力角度3、直線光柵(1)構(gòu)造及任務(wù)原理直線光柵主要用來丈量直線位移，具有丈量精度高、呼應(yīng)速度快、信號(hào)處置方便等優(yōu)點(diǎn)。直線光柵分為透射式和反射式兩類，如圖4-45所示。透射式光柵是在透明的光學(xué)玻璃上刻制平行且等間隔的密集線紋，利用光的透射景象構(gòu)成光柵；反射式光柵是在不透明的金屬資料上刻制平行等距的密集線紋，利用光的全反射或漫反射構(gòu)成光柵。圖直線光柵的構(gòu)造

a〕透射式光柵b〕反射式光柵

1-光電元件2、6-透鏡3-狹縫4-指示光柵5-標(biāo)尺光柵7-光源圖直線光柵的外形

1-標(biāo)尺光柵2-光柵讀數(shù)頭3-電纜線直線光柵的外形如下圖。其中長的一根稱為主光柵或標(biāo)尺光柵，短的一根稱為讀數(shù)頭，讀數(shù)頭由指示光柵、光源、透鏡和光電元件等封裝組成。下面以莫爾條紋式透射光柵為例引見其任務(wù)原理。如下圖，光柵尺上相鄰兩條線紋間的間隔稱為柵距或節(jié)距ω。安裝時(shí)，應(yīng)保證標(biāo)尺光柵與指示光柵相距0.05～0.1mm間隙，并使兩者的線紋相互傾斜一個(gè)很小的角度θ。當(dāng)光源照射時(shí)，在線紋的相交處出現(xiàn)莫爾條紋，兩條莫爾條紋間的間隔稱為紋距Ｗ。知柵距為ω，那么有近似公式：Ｗ＝ω/θ。θ通常很小，這樣Ｗ就較大。當(dāng)標(biāo)尺光柵向右或向左挪動(dòng)一個(gè)柵距ω時(shí)，莫爾條紋就向上或向下挪動(dòng)一個(gè)紋距W。標(biāo)尺光柵右移時(shí)，莫爾條紋上移；

標(biāo)尺光柵左移時(shí)，莫爾條紋下移

圖光柵莫爾條紋的構(gòu)成莫爾條紋在挪動(dòng)一個(gè)紋距W的過程中，其光強(qiáng)的變化近似正弦波形，經(jīng)過光電元件可將光強(qiáng)變化轉(zhuǎn)變成電信號(hào)。假設(shè)僅用一個(gè)光電元件，只能產(chǎn)生一個(gè)正弦波信號(hào)用作計(jì)數(shù)，還不能分辨運(yùn)動(dòng)的方向。為了區(qū)分光柵挪動(dòng)的方向，需沿著莫爾條紋的挪動(dòng)方向間隔1/4紋距布置A、B兩個(gè)光電元件，由于莫爾條紋經(jīng)過兩個(gè)光電元件的時(shí)間不同，A、B兩個(gè)輸出信號(hào)將有90°或1/4周期的相位差〔如圖4-51所示〕，它們經(jīng)過放大整形與電子判向后，即可作為直線位移的計(jì)數(shù)脈沖。與旋轉(zhuǎn)編碼器一樣，直線光柵尺也有零位信號(hào)，且根據(jù)需求可以設(shè)置多個(gè)零位標(biāo)志。四倍頻電路為了提高增量式旋轉(zhuǎn)編碼器和直線光柵的分辨率，需求添加刻線的密度，但過密的刻線會(huì)使制造困難，而且本錢也會(huì)提高。為此，常采用電子細(xì)分的方法來提高精度，電子細(xì)分又稱倍頻電路。光柵輸出信號(hào)的一個(gè)周期代表光柵移過一個(gè)柵距，如能把它的一個(gè)周期分成假設(shè)干個(gè)等份，就能得到倍頻信號(hào)。常用的電子細(xì)分方式有四倍頻、五倍頻、八倍頻、十倍頻和二十倍頻等。最常用的是四倍頻處置，電路如圖4-50所示。由增量式旋轉(zhuǎn)編碼器或直線光柵輸出的相位差為90°的A、B置信號(hào)，經(jīng)4049芯片整形后變成A、B方波，經(jīng)過對(duì)A、B方波反相可得C、D方波，然后對(duì)A、B、C、D四路方波進(jìn)展微分，在每路方波信號(hào)的上升沿處構(gòu)成微分脈沖，再經(jīng)整形和合并，最后得到正反向的四倍頻脈沖。詳細(xì)的數(shù)字化波形如圖4-51所示。實(shí)現(xiàn)四倍頻處置也可以選擇公用芯片，如QA740210四倍頻集成電路。該芯片可將兩路正交的方波信號(hào)進(jìn)展四倍頻處置，輸出兩路加、減計(jì)數(shù)信號(hào)，可送到雙時(shí)鐘可逆計(jì)數(shù)器進(jìn)展加、減計(jì)數(shù)，也可直接送到微型計(jì)算機(jī)〔包括單片機(jī)〕進(jìn)展數(shù)據(jù)處置。QA740210的典型接線如圖4-52所示，圖中0°和90°兩個(gè)引腳為兩路正交方波信號(hào)的引入端，+CP和-CP為正反向脈沖的輸出腳。圖4-50四倍頻電路原理圖圖4-51四倍頻電路數(shù)字化波形圖

圖4-52QA740210四倍頻集成芯片的典型接線3.超聲波傳感器

用超聲波來丈量間隔，在機(jī)器人上用于檢測(cè)妨礙物。原理與蝙蝠經(jīng)過覺得本人所發(fā)出的超聲波來測(cè)定間隔的道理一樣。發(fā)射器發(fā)出的超聲波碰到檢測(cè)物體后反射回來，由接納器接納，同時(shí)測(cè)定從發(fā)射到接納的時(shí)間T,設(shè)超聲波的傳播速度為v，那么從超聲波傳感器到被測(cè)物體的間隔可以用下式計(jì)算超聲波在空氣中的傳播速度與溫度有關(guān)，所以會(huì)產(chǎn)生誤差。此外，還由于定向性不是很好，反射效果受被測(cè)對(duì)象的外表形狀和材質(zhì)的影響，所以丈量精度不是很高。超聲波頻率高于20000赫茲，方向性好，穿透力強(qiáng)，在水中傳播間隔遠(yuǎn)，可用于測(cè)距，測(cè)速，清洗，焊接，碎石、殺菌消毒等。因其頻率下限大約等于人的聽覺上限而得名。3.3速度和加速度的丈量

1.測(cè)速發(fā)電機(jī)利用發(fā)電機(jī)的原理丈量旋轉(zhuǎn)速度。當(dāng)位于磁場(chǎng)中的線圈旋轉(zhuǎn)時(shí)，在線圈兩端將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，根據(jù)法拉第定律E與旋轉(zhuǎn)速度成正比，這種原理可以用于角速度傳感器。假設(shè)將測(cè)速發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子軸與伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)子軸直接連在一同，那么測(cè)速發(fā)電機(jī)就成為伺服電機(jī)的速度反響傳感器。這種方法運(yùn)用廣泛。2.加速度傳感器〔地震儀式拾振器〕安裝在被測(cè)物體上，多用于機(jī)器人、飛機(jī)、車輛等設(shè)備上。用彈簧和阻尼器將質(zhì)量塊銜接到被測(cè)物體殼體內(nèi)，這種構(gòu)造稱為地震儀系統(tǒng)。系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方程式為用相對(duì)位移表示得到變換為規(guī)范方式得到傳送函數(shù)為用s＝j(luò)ω代入得到頻率傳送函數(shù)增益和相位分別為在ζ=0.7附近，λ<1(振動(dòng)頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于固有頻率)，增益為1／ωn2，相位差近似為180度。檢測(cè)到的相對(duì)