机电一体化技术第3章 机电一体化机械设计
机电一体化系统设计ppt课件
资金是运动的价值，资金的价值是随 时间变 化而变 化的， 是时间 的函数 ，随时 间的推 移而增 值，其 增值的 这部分 资金就 是原有 资金的 时间价 值
3、有源接口：含有有源要素，可以主动进 行匹配的接口。如电磁离合器、放大器、 光电耦合器等
4、智能接口：带有微处理器，可以进行程 序编制或可适应性地改变接口条件。如自 动变速装置、通用输入/输出集成电路， STD总线等
资金是运动的价值，资金的价值是随 时间变 化而变 化的， 是时间 的函数 ，随时 间的推 移而增 值，其 增值的 这部分 资金就 是原有 资金的 时间价 值
1.2.2 机电一体化系统的功能构成
构成功能的目的：处理工业三大要素 信息、能量、物质 功能构成
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
2.2机电一体化系统设计与现代设计方法
设计程序 ①明确设计思想 ②分析综合要求 ③划分功能模块 ④决定性能参数 ⑤调研类似产品 ⑥拟定总体方案 ⑦方案对比定型 ⑧编写总体设计论证书
资金是运动的价值，资金的价值是随 时间变 化而变 化的， 是时间 的函数 ，随时 间的推 移而增 值，其 增值的 这部分 资金就 是原有 资金的 时间价 值
资金是运动的价值，资金的价值是随 时间变 化而变 化的， 是时间 的函数 ，随时 间的推 移而增 值，其 增值的 这部分 资金就 是原有 资金的 时间价 值
3、信息接口：受规格、标准、法律、语言、 符号等逻辑、软件约束的接口。如RS232， GB，ISO，ASCII，FORTRAN，C++等
4、环境接口：对周围环境条件（温度、湿 度、磁场、振动、水、气、灰、火、放射） 有保护作用的接口。如防尘接头，防水开 关等
【DOC】第3章机电一体化技术与系统中微型计算机控制系统及接
第3章：机电一体化技术与系统中微型计算机控制系统及接口设计 3.1 控制系统的一般设计思路3.1.1专用与通用、硬件与软件的权衡与抉择1. 专用与通用的抉择 专用控制系统：适合于大批量生产的而且较成熟的机电一体化产品。
通用控制系统：适合还在不断改进，结构还不十分稳定的产品。
2. 硬件与软件的权衡根据经济性和可靠性的标准权衡决定。
例：分立元件组成硬件------软件 利用LSI 芯片组成电路-----软件3.1.2 控制系统的一般设计思路 设计步骤为：确定系统整体控制方案；确定控制算法；选用微型计算机；系统总体设计；软件设计等。
1、确定系统整体控制方案（1）应了解被控对象的控制要求，构思控制系统的整体方案。
（2）考虑执行元件采用何种方式。
（3）要考虑是否有特殊控制要求。
（4）考虑微机在整个控制系统中的作用，是设定计算、直接控制还是数据处理，微机应承担哪些任务，为完成这些任务，微机应具备哪些功能，需要哪些输入/输出通道、配备哪些外围设备。
（5）应初步估算其成本。
2、确定控制算法建立该系统的数学模型，确定其控制算法。
数学模型：就是系统动态特性的数学表达式。
它反映了系统输入、内部状态和输出之间的数量和逻辑关系。
控制算法：所谓计算机控制，就是按照规定的控制算法进行控制，因此，控制算法的正确与否直接影响控制系统的品质，甚至决定整个系统的成败。
例如：机床控制中常使用的逐点比较法的控制算法和数字积分法的控制算法；直线算法：a a xy yx F -= 或K x y T T ee Y X==∆∆ 圆弧算法：222R Y X F i i i -+= 或yxT T Y X =∆∆ 直接数字控制系统中常用的PID 调节的控制算法；位置数字伺服系统中常用的实现最少拍控制的控制算法；另外，还有各种最优控制的控制算法、随机控制和自适应控制的控制算法。
3、选择微型计算机 （1）较完善的中断系统 （2）足够的存储容量（3）完备的输入／输出通道和实时时钟（4）特殊要求：字长、速度、指令4、系统总体设计设计中主要考虑硬件与软件功能的分配与协调、接口设计、通道设计、操作控制台设计、可靠性设计等问题。
第3章机电一体化系统机械子系统设计
机电一体化系统中常用的传动机构
杠杆机构
机电一体化系统中常用的传动机构
连杆机构
配气连杆机构
机电一体化系统中常用的传动机构
连杆机构 中国援助日本 62米泵车
三一重工
1869年德国斯图加特出现了由后轮导向和驱动的自行车，同 时车上采用了滚动轴承、飞轮、脚刹、弹簧等部件。
机械系统
4.增加了传动装置
1874年英国人劳森在自行车上别出心裁地装上链条和链轮
机械系统
5.结构形式的改变
近代为了操作者的安全和舒适自行车结构进行了变革
机械系统 6.传动装置与结构的改进
机电一体化中的机械系统
4、轴系
轴系由轴、轴承及安装在轴上的齿轮、带 轮等传动部件组成。轴系的主要作用是传递转 矩及精确的回转运动，它直接承受外力。
5、机座或机架
支撑其他零部件的基础部件，它既能承受 其他零部件的重量和工作载荷，又起保证各零 部件相对位置的基准作用。
机电系统机械设计技术
机械设计技术
机械传动装置设计
滚珠丝杠传动 无侧隙齿轮传动 谐波齿轮传动 同步齿形带传动 膜片弹性联轴器
机电一体化中的机械系统
执行机构
机
械
系
统
的
传动机构
构
成
做操 机器人
轴系
导向机构 机座
1、传动机构
机电一体化机械系统中，传动机构影响 系统的精度、稳定性和快速性。
传动 机构
1、传动机构
机械传动机构的功能 功能：传递运动(速度、位移)和动力(力、力矩)
增速或减速；变速； 动力机的动力传递给执 改变运动规律或形式 行机的驱动力(力矩）
机电一体化系统中常用的传动机构
传递空间两相交轴的运动和动力，传动平 稳、承载能力强，适合高速、重载，通常取大 端参数为标准值，精度比圆柱齿轮差。
机电一体化系统设计 第3章 执行元器件
第 3 章 执行元件的选择与设计
§3-3 交流伺服电机及驱动器
伺服系统的有哪几部分组成 ➢ 机构-结构：接受执行器输出的力、力矩或功率产生机构 运动，完成最终目标。结构部分把各组成部分联成一体， 起支持与定位作用。 ➢ 能源：主要作用是给机械运动提供足够的动力，同时也 向传感器、信息处理器提供所需的能量。 ➢ 伺服电机:（M）驱动信号控制转换电路 电力电子驱动放 大模块, 电流调解单元，速度调解单元 检测装置
6）电机测试方式
通过键盘操作，伺服电机按照参数设定的脉冲频率转动。用于测试位置控制方式。
第 3 章 执行元件的选择与设计
§3-3 交流伺服电机及驱动器
交流伺服系统 PSDD驱动器驱动方式简介
电子齿轮
第 3 章 执行元件的选择与设计
§3-3 交流伺服电机及驱动器
交流伺服系统 PSDD驱动器
（1）电源输入端子：
§3-3 交流伺服电机及驱动器
交流伺服系统 PSDD驱动器驱动方式简介
4）JOG控制方式
通过按键操作控制电机点动。按下按键，电机按设定的参数转动，松开按键， 停止转动。用于手动移动机械装置到某一固定位置。
5）电机零点调试方式
长期使用后，编码器的零点可能偏移。该操作重新将编码器调零。该操作只能 在空载下进行，否则影响精度。
第 3 章 执行元件的选择与设计
§3-1 执行元件的种类、特点及基本要求
一、执行元件的种类及特点
电磁式是将电能变成电磁力，并用该电磁力驱动运行机构运动。 液压式是先将电能变换为液压能并用电磁阀改变压力油的流向，
从而使液压执行元件驱动运行机构运动。 气压式与液压式的原理相同，只是将介质由油改为气体而已。 其他执行元件与使用材料有关，如使用双金属片、形状记忆合金
机电一体化系统设计第三章
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第3章 控制系统设计
(3) 离散系统的时间响应
图3.37离散系统的时间响应
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第3章 控制系统设计
3.5.4 离散系统的性能分析
图3.38平面的映射关系
Bem N1 Bm N BL 2
2
J em
N1 Jm N JL 2
c (s) r ( s ) R B s (1 T s )(1 T s ) K K s K AK N 1 a em a em b i s i
图3.26 理想采样开关后所得的采样脉冲序列 18
第3章 控制系统设计
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第3章 控制系统设计
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第3章 控制系统设计
（2）信号采样的数学描述 1）脉冲函数的采样性质 ●脉冲函数…如图所示，其数学表达式为
……
…………………………………………………… (3.59)
●脉冲强度
……………………………………………………(3.60)
（3）保持器 保持器：将离散的采样信号恢复到原连续信号的装置。 理想的保持器如图3.28所示频谱的低通滤波器。
零阶保持器：将前一个采样时刻的采 样值………保持到下一个采样时刻 ………，如图3.29所示。
3.28 理想保持器的频谱
3.29应用零阶保持器恢复的信号
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第3章 控制系统设计
零阶保持器：将前一个采样 时刻的采样值………保持到 下一个采样时刻……..…，如 图3.29所示。零阶保持器的时 域函数： …………………………(3.71) ………. 零阶保持器的传递函数 …………………………(3.73) ……… 零阶保持器的频谱特性如图 所示。
第3章 控制系统设计
1. 直流电动机
机电一体化毕业论文
机电一体化毕业论文LG GROUP system office room 【LGA16H-LGYY-LGUA8Q8-LGA162】毕业论文课题名称机电一体化技术的应用与发展姓名 XXX 学号 XXXXXXX所在系机电系专业年级机电XX指导教师 XXX二O一 4 年 X 月XX日目录第一章机电一体化的基本概念 (2)基本概念 (2)第二章机电一体化技术的发展历程 (3)第三章机电一体化技术的发展方向 (4)光机电一体化方向 (4)柔性化方向 (4)智能化方向 (4)仿生物系统化方向 (4)微型化方向 (5)第四章机电一体化技术的应用 (5)在现代机械制造业中的应用 (5)在饮料行业中的应用 (5)在钢铁企业中的应用 (6)第五章机电一体化产品的发展趋势 (7)智能化 (7)数字化 (7)模块化 (7)网络化 (7)自源化 (8)人性化 (8)微型化 (8)绿色化 (8)第六章典型机电一体化产品的发展趋势 (9)自动机与自动生产线 (9)结束语 (9)感谢辞 (10)参考文献 (11)第一章机电一体化的基本概念基本概念机电一体化又称机械电子学，英语称为Mechatronics，它是由英文机械学Mechanics的前半部分与电子学Electronics的后半部分组合而成。
机电一体化最早出现在1971年日本杂志《机械设计》的副刊上，随着机电一体化技术的快速发展，机电一体化的概念被我们广泛接受和普遍应用。
随着计算机技术的迅猛发展和广泛应用,机电一体化技术获得前所未有的发展。
现在的机电一体化技术，是机械和微电子技术紧密集合的一门技术，他的发展使冷冰冰的机器有了人性化，智能化。
机电一体化是在以机械、电子技术和计算机科学为主的多门学科相互渗透、相互结合过程中逐渐形成和发展起来的一门新兴边缘技术学科，而机电一体化产品是在机械产品的基础上，采用微电子技术和计算机技术生产出来的新一代产品。
机电一体化技术同时也是工程领域不同种类技术的综合及集合，它是建立在机械技术、微电子技术、计算机和信息处理技术、自动控制技术、电力电子技术、伺服驱动技术以及系统总体技术基础之上的一种高新技术第二章机电一体化技术的发展历程“机电一体化”这个词是日本安川电机公司在上世纪60年代末作商业注册时最先创用的。
机电一体化概论
计算机辅助工程（CAE）是采用CAE技术以 及有限元分析发，可实现对质量、体积、
惯性力矩、强度等计算分析；对产品的运 动精度，动、静态特征等的性能分析；对 产品的应力、变形等的结构分析。
五、并行工程
并行工程是集成地、并行地设计产品及其 部件和相关各种过程的一种系统工作模式。
律、分析方法和自控系统的构造等。 三、机电一体化技术的特点 机电一体化技术具有以下特点： 1、体积小、重量轻
2、速度快、精度高 3、可靠性高 4、柔性好
由于机电一体化技术的上述特点，使其机 电一体化产品具有节能、高质、高效、低 成本的共性，从而产生一系列过去不可想 象的新产品。
管理信息系统（MIS）、物料需求计划（MRP） 制造资源计划(MRP)等。
从狭义上来讲，先进制造是指各种计算机辅助制 造设备和计算机集成制造系统。
生产过程中机电一体化所包括的内容： 一、计算机的辅助设计
计算机的辅助设计是在计算机硬件与软件的支撑 下，通过对产品的描述、造型、系统分析、优化、 仿真和图形处理的研究，使计算机辅助完成产品 的全部设计过程，最后输出满意的设计结果和产 品图形。
为系统提供能量和动力。使系统正常运行。 （4）传感器（检测要素） 传感器是将被测对象的状态、性质等信息
转换为一定的物理量或者化学量。 （5）计算机控制装置（控制要素） 为达到一定的目的而实行的适当的操作成
为控制。
6、接口
机电一体化系统由许多要素或子系统构成， 各子系统之间必须能顺利进行物质、能量 和信息的传递与交换，为此各要素或子系 统相接处必须具备一定的联系部件，这个 部件称为接口，其基本功能主要有三个：1、 交换，需要进行信息交换和传输之间，2、 放大，在两个信息强度相差悬殊的环节间， 经接口放大，达到能量的匹配；
机电一体化机械技术概述
机电一体化产品的运动包括沿特定轴旋转的旋转运动、沿规 定轴线的直线运动以及平面运动等，比如机器人和数控机床等， 一台机械要由若干零件组成，在构成机械的各种部件中使用了各 种通用的零件，就是所谓的机械零件。具有代表性的主要机械零 件可分为紧固零件、传动零件和支撑零件。多种机械零件的有机 组合就构成了机构。当机构中的一个零件产生运动时，机构中的 其它零件将对应产生一定的运动。连杆机构、凸轮机构、间歇机 构是机械中最常用的三种机构。牛头刨床就是利用连杆机构原理 把作旋转运动的摆杆曲柄机构变换成作往复直线运动的滑块曲柄 机构来进行刨削的。汽车发动机则是利用凸轮机构的不同形状来 改变直线运动的行程，从而来提高燃烧效率的控制。装配生产线 的间歇运动以及旋转平台的分度则靠的是利用间歇机构把原轴的 连续旋转运动断续地传递到从轴，使从轴实现间歇性的往复运动。
2）机械结构设计的特点
机电一体化的机械结构属于传统机械技术的范畴，在满足伺服系统对其稳、 准、快要求的前提下，从整体上说应逐步向精密化、高速化、小型化和轻量化的 方向发展，因此在进行结构设计时应综合考虑各个零部件的制造、安装精度，结 构刚度，稳定性以及动作的灵敏性和易控性。对具体零部件的设计提出了更高、 更严的要求。例如，采用合理的截面形状和尺寸；采用新材料和钢板焊接结构来 提高支承件的静刚度。
机电一体化系统的机械结构主要包括执行机构、传动机构和支承部件。 在机械系统设计时，除考虑一般机械设计要求外，还必须考虑机械结构因 素与整个伺服系统的性能参数、电气参数的匹配，以获得良好的伺服性能。
概括地讲，机电一体化机械系统应主要包括如下三大部分机构。
1．传动机构
机电一体化机械系统中的传动机构不仅仅是转速和转矩的变换器，而是已 成为伺服系统的一部分，它要根据伺服控制的要求进行选择设计，以满足整个 机械系统良好的伺服性能。因此传动机构除了要满足传动精度的要求，而且还 要满足小型、轻量、高速、低噪声和高可靠性的要求。
机电一体化课程设计指导书
机电一体化系统设计课程设计指导书邓春岩编著UESTC 机电工程学院第一章绪论1.1 机电一体化课程设计的目的机电一体和课程设计是一个重要的实践教学环节。
学生需综合运用所学的机械、电子、计算机和自动控制等方面的知识，独立进行机电结合的设计训练，主要目的是：1）学习机电一体化系统总体设计方案的分析、拟定和比较的方法。
2）对机械系统进行设计，掌握典型传动机构和导向机构等工作原理、设计计算方法和选用方法。
3）掌握控制用电机的工作原理，能够对控制用电机、驱动器进行计算与选用。
4）对控制系统进行设计，掌握典型硬件电路的设计方法和控制软件的设计思路。
5）根据系统的要求，掌握常用传感器的工作原理和选用方法。
6）培养学生独立分析问题、解决问题的能力，学习并初步建立“系统设计”的思想。
7）训练学生应用手册和标准、查阅文献资料及撰写科技论文的能力。
1.2 课程设计的内容与要求课程设计的内容应是典型的机电一体化系统或产品，如数控机床、工业机器人、三坐标测量仪、自动检测仪、全自动洗衣机、电子秤、自动售货机、家用智能装置等。
设计的内容需包扩：机械系统的设计；执行元件的计算与选择；计算机控制系统的选择、电路的设计和软件的设计；传感检测的选择与电路的设计等，根据专业性质的差异，可以适当调整相应部分设计工作量。
本次设计任务是CNC二维工作台的设计，主要包括：机械系统的设计与计算、控制电机的计算与选择、驱动器的选择与接线图的设计。
1.3 课程设计的原始数据试设计一个用于在水平面内（XOY平面）进行切割的CNC二维工作平台。
切割刀位于Y方向工作台上面，其受力点（X、Y方向的轴向载荷）到Y方向丝杠轴心线的距离为100mm。
其它参数见下表：表1.1 大题目及其参数项目名称大题编号一二三四五六备注行程 mm 500³500500³400500³300400³400400³300300³300X*Y方向的行程X丝杠转速n1200 150 120 80 50 50 单位： r/minY丝杠转速n2200 150 120 80 50 50 单位： r/min理论定位精度δ30 25 20 15 10 5 单位：μm表1.2 小题目（方案）及其参数方案项目名称方案编号ⅠⅡⅢⅣV VIX方向轴向载荷(N)F15000 4500 4000 3500 2000 1200Y方向轴向载荷(N)F24000 3500 3000 2500 1500 1000X方向工作台滑板及组件重量(N) 1000 900 800 700 600 400Y方向工作台滑板及组件重量(N) 600 500 400 400 300 200表1.3 控制实现的轨迹方案项目名称方案编号１２３４二维平台编程控制的轨迹ＮＳＣＬ注：CNC二维工作平台设计题目共五个大题目，每个大题目下面又有三个小题目（即方案）。
机电一体化系统设计
图2.6 锥齿轮轴向压簧调整
图2.7 锥齿轮周向弹簧调整 1.大片锥齿轮 2.小片锥齿轮 3.锥齿轮 4.镶块 5.弹簧 6.止动螺钉 7.凸爪 8.槽
（四）齿轮齿条传动机构
结构如图2.8所示。用于行程较长的大型机床上，易于得 到高速直线运动。 1.双片簿齿轮调整法 分别与齿条齿槽的左、右两侧贴紧， 从而消除齿侧间隙（传动负载小时采用）。 2.双厚齿轮传动的结构 进给运动由轴5输入，该轴上装有
1.垫片调整法 结构如图2.4所示。在两薄片斜齿轮1、2中间 加垫片3，改变两薄片斜齿轮之间的轴向距离，使薄片斜齿 轮1、2的螺旋线错位。
特点：1)结构简单；2)齿侧间隙不能自动补偿。3) 使用时需 要反复测试齿轮的啮合情况，反复调节垫片的厚度。
图2.4 斜齿薄片齿轮垫片调整
(二)斜齿轮传动机构
功用： 转矩匹配； 惯量匹配；脉冲当量匹配；降速
消除传动间隙
作用：消除反向间隙，提高传动精度 方法：使啮合状态轮齿的两侧均处于接触状 实现：偏心轴调整、轴向垫片调整 （刚性）
轴向压簧调整、周向压簧调整（柔性）
径向（中心矩）调隙法；轴向调隙法；周向(切向）调隙法
(一)直齿圆柱齿轮传动机构
1.偏心轴套调整法 结构如图2.1所示。转动偏心轴套2调整 两啮合齿轮的中心距，消除齿侧间隙及其造成的换向死区。 特点：结构简单，侧隙调整后不能自动补偿。
此外，还要求机械系统具有较大的刚度、良好的可靠性和重量轻、 体积小、寿命长。
三、机械系统的组成
1.传动机构 ：如，齿轮传动机构、蜗杆蜗轮传动机构、丝杠传动机 构、链传动、带传动等。
要求：满足整个机械系统良好的伺服性能；要满足传动精度的要求； 满足小型、轻量、高速、低噪声和高可靠性的要求。
机电一体化机械设计
机电一体化机械设计概述机电一体化机械设计是指将机械设计与电气控制系统相结合，实现机械装置的智能化和自动化控制。
通过机电一体化的设计，可以实现机械装置的精确控制、自动化操作和高效生产。
本文将介绍机电一体化机械设计的基本原理和常见应用。
基本原理机电一体化机械设计的基本原理是将机械结构和电气控制系统无缝地结合在一起。
机械结构是实现特定功能的物理装置，而电气控制系统则是通过传感器和执行器对机械结构进行控制和监测。
在机电一体化机械设计中，首先需要进行机械结构的设计。
机械结构的设计包括选择合适的材料、确定结构的形状和尺寸、设计传动系统等。
同时，还需要考虑机械装置的运动规律和工作环境的要求。
接下来，需要设计电气控制系统。
电气控制系统包括传感器、执行器和控制器等组件。
传感器用于感知机械装置的状态和环境信息，将这些信息转换为电信号并输入到控制器中。
执行器接收控制器的指令，控制机械结构的运动和操作。
控制器对传感器的输入信号进行处理，并产生相应的控制指令，实现对机械装置的精确控制。
最后，将机械结构和电气控制系统进行集成，通过合适的连接方式使它们协同工作。
通常使用电缆、信号线和接插件等连接方式，确保机械装置的信号传输和控制能够稳定可靠。
应用领域机电一体化机械设计在各个领域都有广泛的应用。
在工业自动化方面，机电一体化机械设计可以实现生产线的自动化和智能化控制。
通过将传感器与机械装置相连，可以实时监测生产过程中的温度、压力、速度等参数，通过控制器对装置进行精确控制，提高生产效率和质量。
在交通运输领域，机电一体化机械设计可以实现智能交通系统和无人驾驶技术的应用。
通过将传感器与车辆相连，可以实时感知车辆的位置、速度和周围环境信息，通过控制器对车辆进行自动驾驶控制，提高交通安全性和行驶效率。
在医疗器械领域，机电一体化机械设计可以实现医疗机器人和远程手术等应用。
通过将传感器与机械臂相连，可以实现对人体的精确操作和远程控制，提高手术的准确性和安全性。
机电一体化控制技术与系统章 (3)
（2）快速性。在实际的控制系统中，不仅要求系统稳定， 而且要求被控制量能迅速按照输入（或指令）信号所规定的形式 变化，即要求系统具有一定的响应速度。
一般
各系 统不同
好
好
好
好
各系 统不同，例如
一般具 备串口，可通 过通信模块扩展 USB
或ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ口
现场总 线控制系 统具备 现场总线 通信 能力，其他系 统可按 需配置不
同的 通信接口
以梯形 图为主，也支 持高 级语言开发
专用语言（如 G 代码 ）或 支持高级
语 言开发
一般（可选配 触摸屏）
一般
一般 规模现场控制
（4）工控机主板设计独特，无故障运行时间长，具有看 门狗功能，能在系统出现故障时迅速报警，并在无人干预的情 况下使系统自动恢复运行。
第3章 工业控制计算机
（5）工控机支持19英寸上架标准，机箱平面尺寸统一，可 集中安装在一个立式标准机柜中，设备占用空间小，便于与其它 设备的连接和管理。
（6）具有控制软件功能强大，人机交互方便、画面丰富、 能实时在线检测与控制，对工作状况变化给予快速响应等性能； 具有系统组态和系统生成功能；具有历史趋势记录和显示功能； 具有丰富的控制算法；具有远程通信功能，通信网络速度快，并 符合国际标准通信协议。
第3章 工业控制计算机
2.机电一体化控制系统的选用 在进行机电一体化系统中的控制系统设计时，要根据专用 与通用、成本、开发周期等实际情况来选择相应的控制系统。 表3－1给出了各种控制系统的性能比较及选用参考。
机电一体化系统设计(最终版)ppt课件
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第三节 机电一体化的相关技术
机械技术（精密机械技术）
是机电一体化的基础。机电一体化的机械产 品与传统的机械产品的区别在于：机械结构 更简单、机械功能更强、性能更优越。
机械技术的出发点在于如何与机电一体化技 术相适应，利用其他高新技术来更新概念， 实现结构、材料、性能以及功能上的变更。
现代机械：以力学、电子学、计算机学、控制 论、信息论等为理论基础，以经验、机、电、 计算机、传感与测试等技术为实践基础。
机械：强度高、输出功率大、承载大载荷；实 现微小复杂运动难。
电子：可实现复杂的检测和控制；但无法实现 重载运动。
202的定义
机电一体化是在以机械、电子技术和计算 机科学为主的多门学科相互渗透、相互结 合过程中逐渐形成和发展起来的一门新兴 边缘技术学科。
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电力拖动
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第四节 机电一体化系统的 基本功能要素
接口
将各要素或子系统连接成为一个有机整体， 使各个功能环节有目的地协调一致运动， 从而形成机电一体化的系统工程。
其基本功能主要有三个：变换、放大、传 递
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第五节 本课程的目的和要求
本课程的目的和要求
第三节 机电一体化的相关技术
自动控制技术
自动控制技术的目的在于实现机电一体化 系统的目标最佳化。 机电一体化系统中的自动控制技术主要包 括位置控制、速度控制、最优控制、自适 应控制、模糊控制、神经网络控制等。
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第三节 机电一体化的相关技术
伺服驱动技术
伺服驱动技术就是在控制指令的指挥下， 控制驱动元件，使机械的运动部件按照指 令要求运动，并具有良好的动态性能。 常见的伺服驱动系统主要有电气伺服和液 压伺服。
3机电一体化第三章接口技术
第三章 接口技术第一节 概 述一、接口定义及作用如第一章所述，机电一体化产品或系统由机械本体、检测传感系统、电子控制单元、执行器和动力源等部分组成，各子系统又分别由若干要素构成。
若要将各要素、各子系统有机地结合起来，构成一个完整的机电一体化系统，各要素、各子系统之间需要进行物质、能量和信息的传递与交换，如图3-1所示。
为此，各要素和子系统的相接处必须具备一定的联系条件，这个联系条件，通常被称为接口，简单地说就是各子系统之间以及子系统内各模块之间相互联接的硬件及相关协议软件。
因此，也可以把机电一体化产品看成是由许多接口将组成产品的各要素的输入/输出联系为一体的机电系统。
从某种意义上讲，机电一体化产品的设计， 就是在根据功能要求选择了各要素后，所进行的接口设计。
从这一观点出发，机电一体化产品的性能很大程度上取决于接口的性能，即各要素和各子系统之间的接口性能是机电一体化系统性能好坏的决定性因素。
因此，接口设计是机电一体化产品设计的关键环节。
图 3-1 接口在机电一体化系统中的作用二、接口的分类和特点从不同的角度及工作特点出发，机电一体化系统的接口有多种分类方法。
根据接口的变换和调整功能，可将接口分为零接口、被动接口、主动接口和智能接口；根据接口的输入/输出对象，可将接口分为机械接口、物理接口、信息接口与环境接口等；根据接口的输入/输出类型，可将接口分为数字接口、开关接口、模拟接口和脉冲接口。
本章根据接口所联系的子系统不同，以信息处理系统( 微电子系统)为出发点，将接口分为人机接口与机电接口两大类，对各子系统内部接口不作具体介绍。
人机接口实现人与机电一体化系统的信息交流、信息反馈，保证对机电一体化系统的实时监测、有效控制；由于机械与电子系统工作形式、速率等存在极大的差异，机电接口还起着调整、匹配、缓冲的作用。
人机接口又包括输入接口与输出接口两类。
通过输入接口，操作者向系统输入各种命令及控制参数，对系统运行进行控制；通过输出接口，操作者对系统的运行状态、各种参数进行监测，按照信息和能量的传递方向，机电接口又可分为信息采集接口（传感器接口）与控制输出接口。
(完整版)机电一体化设计基础
——《机电一体化设计基础》——课后习题及知识点整理考试大纲1．考试的目的与作用；机电一体化系统设计是机械设计制造及其自动化专业的一门专业课。
学生的考试成绩是对其学习水平评价的重要因素之一，通过复习考试，可以巩固学生所学机电一体化系统设计的基本理论，加深对机电一体化系统各组成部分的结构以及设计方法的认识；教师通过考试可以考核学生对所学知识点的掌握程度，找出共性问题；另外，通过考试还可以检查教学效果，为今后进一步提高机电一体化系统设计课程的教学质量，促进课程建设提供重要的参考依据。
2．考核内容与考核目标；理解机电一体化系统中各结构要素在系统中的作用和相互关系。
了解机电一体化系统的设计方法。
了解机电一体化系统中常用传感器、传动机构、动力驱动装置和计算机控制系统种类和特点。
掌握机电一体化系统中机械、传感检测、伺服驱动、控制等基本结构要素的技术特点，掌握典型装置的技术原理和使用方法。
了解典型机电一体化产品的构成、特点和设计方法，学会设计简单的机电一体化产品。
3．主要参考书；刘武发等编，机电一体化设计基础，化学工业出版社，2007张建民等编著. 机电一体化系统设计（第三版）.高等教育出版社，2007.74．课程考试内容与教材的关系；根据教学大纲选用教材，根据大纲要求确定考核内容。
5．分章节的考核知识点；第1章绪论机电一体化的定义，机电一体化的基本结构要素，机电一体化的相关的关键技术。
第2章机电一体化系统设计基础机电一体化设计流程，产品的设计过程，调试过程，接口设计和可靠性设计。
第3章典型机电一体化产品规划和概念设计。
数控机床的概念设计。
第4章机电一体化系统中的机械系统设计机械设计特点，齿轮传动比的确定方法与分配方法，调整齿轮侧隙的措施；谐波齿轮传动、同步带传动的结构、特点及传动比的计算，联轴器选择；滚珠丝杠副的选则预紧计算；滚动导轨、塑料导轨的特点及选用；支承机构的特点。
第5章机电一体化中的检测系统设计传感器的组成、分类和性能指标，各种传感器的基本原理及应用特点。
机电一体化第三章
M
U0
RL
RL
理想值
Rl2
实测值
RL>RL1>RL2
图3-14 永磁式测速机测量电路图 图3-15 直流测速机输出特性
11
直流测速机的特点是输出为线性，斜率大、线性好，但由于 有电刷和换向器，构造和维护比较复杂，摩擦转矩较大。
直流测速机在机电控制系统中，主要用作测速和校正元件。 在使用中，为了提高检测灵敏度，尽可能把它直接连接到电 机轴上。有的电机本身就已安装了测速机。测速电机输出的 模拟电压直接送到速度换比较器中用于速度控制。
发送器对准目标发射光束，发射的光束一般来源 于半导体光源，发光二极管(LED)、激光二极管 及红外发射二极管。接收器有光电二极管、光电 三极管、光电池组成。在其后面是检测电路，它 能滤出有效信号和应用该信号
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输出
图3-21 透光型光电传感 器接口电路
在透光型光电传感器中， 发光器件和受光器件相 对放置，中间留有间隙。 当被测物体到达这一间 隙时，发射光被遮住， 从而接收器件（光敏元 件）便可检测出物体已 经到达。这种传感器的 接口电路如图3-21所示。
位置传感器分接触式和接近式两种。所谓接触 式传感器就是能获取两个物体是否已接触的信息 的一种传感器；而接近式传感器是用来判别在某 一范围内是否有某一物体的一种传感器。
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一、接触式位置传感器
这类传感器用微动开关之类的触点器件便可构 成，它分以下两种。
1．由微动开关制成的位置传感器
它用于检测物体位置 ，有如图3-17所示的几种
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二、接近式位置传感器
接近式位置传感器按其工作原理主要分：电磁式、 光电式、静电容式，基本工作原理可用图3-19表示 出来。
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第3章 机电一体化机械设计
图 3-10 刚性连接结构
第3章 机电一体化机械设计 2. 弹性连接结构 ; 图3-11所示的装置中,螺旋传动采用了弹性连接结构。
第3章 机电一体化机械设计
图 3-11 测量显微镜纵向测微螺旋
第3章 机电一体化机械设计 3.活动连接结构 ; 图3-12所示为活动连接结构的原理图。恢复力F（一般
斜齿轮 3 、 4 的螺旋线错位 , 齿侧面相应地与宽齿轮 1 的 左、右侧面贴紧。垫片的厚度H与齿侧间隙Δ的关系为 H=Δ cosβ 式中,β 2. 轴向压簧调整法如图3-4所示。 (3-1)
第3章 机电一体化机械设计
图 3-3 斜齿薄片齿轮垫片调整
第3章 机电一体化机械设计
图3-4 斜齿薄片齿轮轴向压簧调整
（1）螺距误差。
（2）中径误差。 （3）牙型半角误差。螺纹实际牙型半角与理论牙 型半角之差称为牙型半角误差（如图3-13 所示）
第3章 机电一体化机械设计
转动螺母7（螺母6用于锁紧）可改变弹簧8的张力大小, 调节齿轮1、2的相对位置,达到错齿。这种错齿调整法
的齿侧间隙可自动补偿，但结构复杂。
第3章 机电一体化机械设计
图3-2 圆柱薄片齿轮错齿调整
第3章 机电一体化机械设计 3.1.2 斜齿轮传动机构 1.垫片调整法
图 3-3 中两薄片斜齿轮 3 、 4 中间加一垫片 2, 使薄片
Ph——导程；
φ ——螺杆和螺母间的相对转角。 3.2.1 1. 降速传动比大 2. 具有增力作用
3. 能自锁
4. 效率低、磨损快
第3章 机电一体化机械设计 3.2.2 滑动螺旋传动的形式及应用 1. 螺母固定,
如图3-8(a)所示,这种传动型式的螺母本身就起着支 承作用,从而简化了结构,消除了螺杆与轴承之间可能产 生的轴向窜动,容易获得较高的传动精度。缺点是所占 轴向尺寸较大（螺杆行程的两倍加上螺母高度）,刚性 较差。因此该形式仅适用于行程短的情况。
第3章 机电一体化机械设计
图3-9 差动螺旋传动原理
第3章 机电一体化机械设计 设螺杆3左、右两段螺纹的旋向相同,且导程分别为 Ph1和Ph2 。当螺杆转动φ角时,可动螺母2的移动距离为 (3-3) 如果Ph1 与Ph2相差很小,则 L很小。因此差动螺旋 常用于各种微动装置中。 若螺杆3左、右两段螺纹的旋向相反,则当螺杆转动 φ角时,可动螺母2的移动距离为
齿条7上齿槽的左、右两侧,消除了齿侧间隙。
第3章 机电一体化机械设计
图 3-7 双齿轮调整
第3章 机电一体化机械设计
3.2 滑动螺旋传动
螺旋传动是机电一体化系统中常用的一种传动形 式。它利用螺杆与螺母的相对运动， 将旋转运动变为 直线运动,
（3-2）
第3章 机电一体化机械设计 式中: ; L——螺杆（或螺母）的位移；
第3章 机电一体化机械设计
图3-6 锥齿轮周向弹簧调整
第3章 机电一体化机械设计 3.1.4 如图3-7所示,小齿轮1、6分别与齿条7啮合,与小齿
轮1、6同轴的大齿轮2、5分别与齿轮3啮合,通过预载装
置4向齿轮3上预加负载,使大齿轮2、5同时向两个相反 方向转动,从而带动小齿轮1、6转动,其齿便分别紧贴在
第3章 机电一体化机械设计
第3章 机电一体化机械设计
3.1
3.2 滑动螺旋传动 3.3 滚珠螺旋传动 3.4 滑动摩擦导轨 3.5 滚动摩擦导轨
3.6 静压螺旋传动与静压导轨简介
思考题
第3章 机电一体化机械设计
3.1
1.偏心轴套调整法 图3-1所示为最简单的偏心轴套式消隙结构。电动 机2通过偏心轴套1装在壳体上。1.偏心轴套调整法 转动偏心轴套1可以调整两啮合齿轮的中心距,从而消除 直齿圆柱齿轮传动的齿侧间隙及其造成的换向死区。
（3-4）
可见 , 此时差动螺旋变成快速移动螺旋 , 即螺母 2 相 对螺母1快速趋近或离开。这种螺旋装置用于要求快速 夹紧的夹具或锁紧装置中。
第3章 机电一体化机械设计 3.2.3 螺旋副零件与滑板连接结构的确定 1. 刚性连接结构 ;
图3-10所示为刚性连接结构,这种连接结构的特点
是牢固可靠。
2.螺杆转动,
如图 3-8(b) 所示 , 这种传动形式的特点是结构紧凑 （所占轴向尺寸取决于螺母高度及行程大小）,刚度较 大,因此适用于工作行程较长的情况。
第3章 机电一体化机械设计
图3-8 滑动螺旋传动的基本型式
第3章 机电一体化机械设计 除上述两种基本传动形式外,还有一种螺旋传动—— 差动螺旋传动,其原理如图3-9所示。
这种方法结构简单,但侧隙调整后不能自动补偿。
第3章 机电一体化机械设计
图3-1 偏心轴套式消隙结构
第3章 机电一体化机械设计 如图3-2所示,两薄片齿轮1、2上各装入有螺纹的凸 耳3、 4,螺钉 5装在凸耳3上 , 螺母6、 7可调节螺钉5 的伸
出长度。弹簧8一端勾在凸耳9上,另一端勾在钉5上。
为弹簧力）使连接部分保持经常接触。当滑板 1 的运动方
向与螺杆2的轴线不平行时,通过螺杆端部的球面与滑板在 接触处自由滑动（图 3-12(a) ）, 或中间杆 3 自由偏斜（图 3-
12(b) ）,可以避免螺旋副中产生过大的应力。
第3章 机电一体化机械设计
图3-12 活动连接结构
第3章 机电一体化机械设计 3.2.4 影响螺旋传动精度的因素及提高传动精度的措施 1.螺纹参数误差
第3章 机电一体化机械设计 3.1.3 1.
如图 3-5 所示 , 在锥齿轮 4 的传动轴 7 上装有压簧 5, 其轴
向力大小由螺母6调节。锥齿轮4在压簧5的作用下可轴向 移动,从而消除了其与啮合的锥齿轮1之间的齿侧间隙。
第3章 机电一体化机械设计
图 3-5 锥齿轮轴向压簧调整
第3章 机电一体化机械设计 2. 周向弹簧调整法 如图 3-6 所示 , 将与锥齿轮 3 啮合的齿轮作成大小两片 （1、2）,在大片锥齿轮1上制有三个周向圆弧槽 8,小片锥齿 轮2的端面制有三个可伸入槽8的凸爪7。弹簧5装在槽8中,一 端顶在凸爪7上,另一端顶在镶在槽8中的镶块4上。止动螺钉 6装配时用,安装完毕将其卸下,则大小片锥齿轮1、2在弹簧力 作用下错齿,从而达到消除间隙的目的。