机电一体化习题

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机电一体化的含义
机电一体化：机械、电子、计算机、自动控制等技术有机结合的综合技术。

机电一体化的分类
它按照尺寸大小来分：微机电一体化产品和机电一体化产品。

微机电一体化产品泛指几何尺寸不超过1cm3的机电一体化产品，最小体积大小的远期目标向纳米、微米范畴定位。

机电一体化的共性关键技术::检测传感技术,信息处理技术,自动控制技术,伺服驱动技术,精密机械技术,系统总体技术.
传统观点：机电系统就是指以电动机（交流电机、直流电机）为原动机，通过传动机构带动工作机构（或执行机构）完成一定生产任务的系统。

现代观点：它是指系统中的动力部分是电气的，经过电气系统与工艺过程或被控对象相联系的是机械。

机械与电气动力相结合的系统是机电系统。

当这一系统中融合了检测显示、自动控制等技术后自然成为了机电一体化系统。

机电传动也称为电力拖动，它是指以电动机为原动机，通过传动机构驱动工作机构来完成产品的目的功能的系统。

一个机电一体化产品由机械分系统和微电子工业分系统两大部分组成，二者又分别由若干要素构成，要将各要素、各子系统有机地结合起来，构成一个完整的系统，就必须能够顺利的在各要素、各子系统之间进行物质、能量和信息的传递与交换。

为此，各要素和各子系统的相接处必须具有一定的联系条件，这个联系条件就称为接口. 接口设计由人机接口设计和机电接口设计两部分组成。

人机接口是指操作者与机电系统（主要指控制系统）之间进行信息与交换的接口，主要由输入接口和输出接口两大部分组成。

机电接口是指机电一体化产品中的机械装置与控制装置之间的接口。

按照信息的传递方向可以将机电接口也分为两大类，一类是信息采集接口（传感接口），一类是控制输出接口。

机电一体化包括了两个方面的内容：机电一体的技术；机电一体化产品。

技术——包括技术基础、技术原理在内的、使机电一体化产品得以实现、使用和发展的技术。

产品——采用机电一体化技术，在机械产品基础上创造出来的新一代机电产品。

机电一体化的实质
利用系统工程的观点来分析和研究机电一体化产品和系统，综合运用各种现代高新技术进行产品的设计与开发，通过各种技术的有机结合，实现产品内部各组成部分之间的合理匹配和外部的整体效果最佳。

1、机械产品结构组成.传统观点：原动机、传动机构、执行机构。

现代观点：主机、驱动部分、检测显示部分、控制部分2、机械产品的功能构成
传统观点：
①主功能——实现目的功能所必须具备的功能。

②动力功能——实现能量转换所需要的功能。

③构造功能——实现各功能部件保持规定的位置关系的功能。

现代观点：主机、驱动部分、检测显示部分及控制部分组成。

机械产品的功能构成：
①主功能——实现目的功能所必须具备的功能。

②动力功能——实现能量转换所需要的功能。

③构造功能——实现各功能部件保持规定的位置关系的功能。

④计测功能——利用检测传感技术及装置将机械设备或系统在工作过程中的关键参数显示、
记录或输入到控制系统中。

⑤控制功能——利用控制装置使完成其它四种功能的部件协调工作。

机电一体化系统（产品）由机械结构、电子信息处理系统（计算机）、动力系统（动力源）、传感检测系统（传感器）、执行元件系统（如电机）等5个子系统组成。

机电一体化系统是由若干具有特定功能的机械与微电子要素组成的有机整体，具有满足人们使用要求的功能（目的功能）。

根据不同的使用目的，要求系统能对输入的物质、能量和信息（即工业三大要素）进行某种处理，输出所需要的物质、能量和信息。

因此，系统必须具有以下三大“目的功能”：①变换（加工、处理）功能；②传递（移动、输送）功能；②储存（保持、积蓄、记录）功能。

机电一体化产品的组成要素:机械本体.动力单元.检测与传感装置..执行机构.驱动单元.控制与信息处理装置.接口.
机电一体化设计是按机电一体化思想，原理和方法进行的机电一体化设计，它是一项复杂的系统工程，需要综合应用各项共性关键技术才能完成。

机电一体化设计突出体现在两个方面：一方面，当产品的某一功能单靠某一种技术无法实现时，必须进行机械与电子工业及其它多种技术有机结合的一体化设计。

另一方面，当产品某一功能的实现有多种可行的技术方案时，也必须应用机电一体化技术对各种技术方案进行分析和评价，在充分考虑同其它功能单元的联接与匹配的条件下，选择最优的技术方案。

因此，机电一体化设计必须充分考虑各种技术方案的等效性、互补性及可比性。

开发性设计，适应性设计，变异性设计。

机电一体化设计同样也要遵循产品的一般性设计原则，即在保证产品目的功能、性能和使用寿命的前提下，尽量降低成本。

现代设计方法：相似设计法、模拟设计法、有限元设计法、可靠性设计法、动态分析设计法、优化设计法
机电一体化对机械系统的基本要求：高精度，快速响应，良好的稳定性。

应采取的措施
1、采用低摩擦阻力的传动部件和导向支承部件。

如采用滚珠丝杠副，滚动导向支承、动（静）压导向支承等。

2、缩短传动链，提高传动与支承刚度。

如用加预紧的方法提高滚珠丝杠副和滚动导轨副的传动与支承刚度；采用大扭矩、宽调速的直流或交流伺服电机直接与丝杠螺母副连接以减少中间传动机构；丝杠的支承设计中采用两端轴向预紧或预拉伸支承结构。

3、选用最佳传动比，提高加速能力；
4、缩小反向死区，如采取消除间隙、减小支承变形的措施；
5、改进支承及架体的结构设计以提高刚性、减小振动、降低噪声，如选用复合材料来提高刚度和强度，减轻重量、缩小体积等。

结构方案设计的基本原则：明确、简单、安全可靠。

结构方案设计的原理：等强度原理，合理力流原理，变形协调原理，力平衡原理，任务分配原理，自补偿原理，稳定性原理，最小阻尼原理
等强度原理
利用等强度原理设计的结构，材料可得到充分利用，从而减轻了重量、降低了成本。

变形协调原理
变形协调就是使相联结的两零件在外载荷的作用下所产生的变形的方向相同并且使其相对变形尽可能小
力平衡原理
采取结构措施部分或全部平衡掉无功力，以减轻或消除不良影响（平衡元件、对称布置等）。

任务分配原理
任务分配是确定功能与载体间的相互关系,即选择零件承担功能。

有三种方式：（1）一载多功能；（2）一载一功能；（3）多载一功能。

例题分析：螺栓、蜗轮、三角胶带、轴颈表面、多根皮带、链。

多轴承。

自补偿原理
含义：通过选择系统元件及其在系统中的配置来实现加强功能的相互支持作用，称为自补偿。

（1）自增强（2）自平衡（3）自保护(超载时)
稳定性原理
所谓系统的结构稳定是指当干扰使系统状态发生改变的同时，会产生一些与干扰作用相反的、使系统恢复稳定的效应。

安全可靠：1、安全技术的分类：直接安全技术——在结构中直接满足安全要求，使用中不存在危险性的技术。

间接安全技术——通常采用防护系统或保护装置来保证安全的技术。

提示性安全技术——既不能直接保证安全可靠，又没有保护或防护措施，仅能在发生危险之前进行预报和报警的技术。

2、安全可靠的衡量：含义：在规定的载荷下，在规定的使用条件和时间内，构件不发生过度变形、过度磨损，不丧失稳定或不发生破坏，机器在规定的条件下不丧失功能，不产生对人及环境的危害。

衡量指标：构件的可靠性、功能的可靠性、工作的安全性、环境安全性。