机电一体化的机械系统资料
机电一体化系统概述
机电一体化系统概述机电一体化系统（Mechatronics System）是指将机械工程、电子工程和控制工程有机结合的一种综合性系统。
它融合了机械结构、传感器、执行器、电机、电子元件、控制系统和计算机等多种技术手段，实现了机械运动、能量转换和信息处理的一种智能化系统。
机电一体化系统的应用领域非常广泛，如机械制造、自动化生产线、汽车工业、航天航空、能源设备等。
机电一体化系统的组成包括多个子系统，如机械结构子系统、电子子系统、能源子系统和控制子系统等。
机械结构子系统主要由机械传动装置、机构部件和传感器等组成，它们协同工作，通过运动变换和能量转换实现特定的机械功能。
电子子系统则负责信号的采集、处理和控制执行器的工作，例如传感器可以感知环境信息，电机可以驱动机械运动。
能源子系统则是为整个系统提供能量，例如电源、电池或气压等。
控制子系统是机电一体化系统的“大脑”，通过对信号的处理和控制算法的实现，实现系统的自动化和智能化。
机电一体化系统的设计和开发需要考虑多种因素。
首先，需要对系统所应用的工作环境进行充分的分析和调研，包括温度、湿度、振动、噪声等，以便选择合适的机械结构和电子元件。
其次，需要对系统的功能要求进行明确，包括速度、精度、负载承载能力等。
此外，还需要对系统的可靠性、可维护性和安全性等进行全面的考虑。
机电一体化系统的应用领域非常广泛。
在机械制造领域，它可以用于自动化生产线的搬运、组装和装配等工作，提高生产效率和质量。
在汽车工业中，机电一体化系统可以实现汽车的自动驾驶和智能控制，提高行车安全性和舒适性。
在航天航空领域，机电一体化系统可以用于飞行器的导航、定位和控制，实现飞行器的自主飞行。
在能源设备领域，机电一体化系统可以用于风力发电、太阳能发电和水力发电等，提高能源利用效率和环境保护。
总之，机电一体化系统是一种综合性的系统，将机械工程、电子工程和控制工程有机结合，实现了机械运动、能量转换和信息处理的一种智能化系统。
机电一体化复习资料整理总结
第一章1、机电一体化系统的构成要素与功能特征五大功能构成要素：机械系统（机构）、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（如电动机)五个子系统组成。
·2、机电一体化系统（产品）设计的考虑方法：1) 机电互补法机电互补法又称取代法。
该方法的特点是利用通用或专用电子部件取代传统机械产品（系统)中的复杂机械功能部件或功能子系统，以弥补其不足。
例如：用PLC或计算机取代机械式的变速器、凸轮机构、离合器等。
可简化机械结构、提高性能。
2) 结合(融合)法它是将各组成要素有机结合为一体构成专用或通用的功能部件(子系统)，其要素之间机电参数的有机匹配比较充分。
例如：将电机的转子轴作为扫描镜的转轴。
3) 组合法它是将结合法制成的功能部件(子系统)、功能模块，像积木那样组合成各种机电一体化系统（产品），故称组合法。
3、机电一体化系统的设计类型1）开发性设计它是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产品或系统。
2)适应性设计它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结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)变异性设计它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。
第二章1.机电一体化的机械系统与一般机械系统相比，具有一定的特殊要求：（1）较高的定位精度。
（2）良好的动态响应特性。
——响应快、稳定性好。
（3）无间隙、低摩擦、低惯量、大刚度。
（4）高的谐振频率、合理的阻尼比。
2.滚珠丝杠副特点具有传动阻力小；传动效率高（92%~98%）；轴向刚度高；传动平稳；传动精度高；不易磨损、使用寿命长等优点；缺点:但不能自锁；因而用于高精度传动和升降传动时，需制动定位装置。
3.消除和减小丝杠轴向间隙的主要方法：双螺母螺纹预紧调整特点：结构简单，刚性好，预紧可靠，使用中调整方便; 但不能精确定量调整。
机电一体化 知识点总结
机电一体化知识点总结机电一体化知识点总结一、概述机电一体化是指在机械设计、制造和电子控制技术相结合的过程中，形成的一种全新的综合性技术。
随着科技的不断进步，机电一体化技术在机械工程、电子工程、航空航天、汽车工业等领域得到了广泛应用。
二、知识点总结1、机械部分（1）机械结构设计：主要包括传动系统、导向系统、支撑系统等的设计。
在机电一体化中，机械结构的设计应考虑精度、刚度、耐磨性等要求，同时要考虑制造、装配、调试和维护的便利性。
（2）材料选择：选择适合于机电一体化应用的材料，如铝合金、钢材、工程塑料等。
材料的选择应考虑其力学性能、物理性能和化学性能等。
2、电子部分（1）传感器技术：传感器在机电一体化系统中主要用于信息的采集，如位移、速度、力矩、温度等。
传感器技术的发展趋势是小型化、智能化和集成化。
（2）控制系统：控制系统是机电一体化系统的核心部分，主要包括硬件电路设计、软件编程和系统调试等。
控制系统的设计应考虑系统的稳定性、可靠性和实时性。
3、机电一体化应用（1）工业自动化：机电一体化技术在工业自动化领域得到了广泛应用，如数控机床、自动化生产线等。
这些设备能够实现高效、精确的生产，大大提高了工业生产效率。
（2）机器人技术：机器人是机电一体化技术的典型应用，具有感知、决策和执行能力。
机器人的发展经历了从简单到复杂、从低级到高级的过程，现已广泛应用于工业、医疗、军事等领域。
（3）汽车技术：在汽车工业中，机电一体化技术的应用使得汽车的性能更加完善，如自动驾驶、智能泊车等。
同时，机电一体化技术也使得汽车的安全性、舒适性和可靠性得到了显著提高。
4、发展前景随着科技的不断发展，机电一体化技术的应用前景越来越广阔。
未来，机电一体化将与人工智能、物联网等技术进一步融合，实现更加智能化、自动化的生产和制造。
同时，随着环保意识的日益增强，节能减排成为机电一体化技术的重要研究方向，如采用新型材料、优化设计等手段，降低能源消耗和环境污染。
机械工程中的机电一体化系统
机械工程中的机电一体化系统机电一体化系统是指将机械和电气控制相结合，形成一个整体的系统。
它在机械工程中起到了至关重要的作用。
本文将从机电一体化系统的定义、应用领域、优势和挑战等方面展开论述。
一、机电一体化系统的定义机电一体化系统是指将机械和电气控制相结合，通过电气控制实现机械系统的自动化、智能化和高效化。
它将传统的机械系统与电气控制系统进行紧密结合，通过传感器、执行器、控制器等设备实现对机械系统的监测、控制和优化。
二、机电一体化系统的应用领域机电一体化系统广泛应用于各个领域，如工业制造、交通运输、医疗设备等。
在工业制造领域，机电一体化系统可以提高生产效率、降低生产成本。
在交通运输领域，机电一体化系统可以提高交通安全、提升运输效率。
在医疗设备领域，机电一体化系统可以实现医疗设备的智能化和自动化。
三、机电一体化系统的优势机电一体化系统具有许多优势。
首先，它可以提高系统的稳定性和可靠性。
机电一体化系统将机械和电气控制相结合，可以实现对机械系统的实时监测和控制，提高系统的稳定性和可靠性。
其次，它可以提高系统的智能化和自动化水平。
机电一体化系统通过传感器、执行器、控制器等设备实现对机械系统的智能化和自动化控制，提高系统的智能化水平。
此外，机电一体化系统还可以提高系统的效率和生产能力，降低生产成本，提高产品质量。
四、机电一体化系统面临的挑战机电一体化系统虽然具有许多优势，但也面临一些挑战。
首先，机电一体化系统的设计和开发需要跨学科的综合能力。
机械工程师需要具备电气控制方面的知识，电气工程师需要具备机械方面的知识，这对工程师的综合能力提出了更高的要求。
其次，机电一体化系统的维护和管理需要专业的技术人员。
机电一体化系统的维护和管理需要专业的技术人员进行操作和维护，提高了系统的维护成本。
此外，机电一体化系统还面临着技术更新和升级的挑战。
随着科技的不断进步，机电一体化系统需要不断更新和升级，以适应新的技术发展。
五、结语机电一体化系统在机械工程中具有重要的地位和作用。
第二章 机电一体化系统的机械传动系统
2、常用机械传动装置 齿轮传动、同步带传动、谐波齿轮传动、滚珠 丝杠传动，其它传动元件。 3、基本要求 传动间隙小、精度高、体积小、重量轻、运 动平稳、传动转矩大。 4、机电一体化机械传动装置的发展方向
精密化，高速化，小型化，轻量化。
2.2.2 常用齿轮传动装置
机电一体化系统中，常用的齿轮传动部件： 定轴传动轮系、行星齿轮传动轮系、谐波齿轮传 动轮等。
在设计齿轮传动装置时,上述三条原则应根据具体工 作条件综合考虑。
（1）对于传动精度要求高的降速齿轮传动链,可按输 出轴转角误差最小原则设计。
（2）对于要求运转平稳、启停频繁和动态性能好的 降速传动链,可按等效转动惯量最小原则和输出轴转角误 差最小原则设计。
（3）对于要求质量尽可能小的降速传动链,可按质量
1、等效转动惯量最小原则 P31 利用该原则所设计的齿轮传动系统，换算 到电机轴上的等效转动惯量为最小。 齿轮系传递的功率不同, 其传动比的分配 也有所不同。
（1）小功率传动装置
对于n级齿轮系,有（P31）
2n n1 1
i 2 i 2(2n 1) 2n1
1
ik
2( k1)
2
i 2n / 2
（2）良好的动态响应特性
— 响应快、稳定性好。
要求机械系统从接到指令到开始执行指令指定的任务 之间的时间间隔短，这样控制系统才能及时根据机械系统 的运行状态信息，下达指令，使其准确地完成任务。要求 机械系统的工作性能不受外界环境的影响，抗干扰能力强。
（3）无间隙、低摩擦、低惯量、大刚度。 （4）高的谐振频率、合理的阻尼比。
i1 i2 i3 n i
即可使传动装置的重量最轻。 上述结论对于大功率传动系统是不适用的，
因其传递扭矩大，故要考虑齿轮模数、齿轮齿宽 等参数要逐级增加的情况。
机电一体化(第2章 机械系统)
与一般的机械系统设计要求相比，机电一体化系统 的机械系统要求定位精度高，动态响应特性好（即响应要 快，稳定性要好），为达到要求，在设计中常提出无间隙、 低摩擦、低惯量、高刚度、高谐振频率、适当的阻尼比等 要求。为达到上述要求，主要从以下几方面采取措施：
（1）单推-单推式
可预拉伸安装，预紧力大， 轴向刚度较高。
简易单推-单推式支承
（2）双推-双推式
轴向刚度最高，适于高刚度、 高速、高精度的丝杠传动。 对丝杠热变形敏感。
（3）双推-简支式
预紧力小，寿命长，常用 于中速、高精度的长丝杠 传动系统。注意丝杠热变 形影响。
（4）双推-自由式
承载能力小，轴向刚度低，多用于 短程、轻载、低速的垂直安装。
4) 缩小反向死区误差，如采取消除传动间隙、减少支承变形的 措施； 5) 提高刚度 改进支承及架体的结构设计以提高刚性、减少振 动、降低噪声。选材上；结构轻型化、紧密化。
这些措施反映了机电一体化系统设计的基本特点。
二、机械传动部件的选择与设计
机械传动部件的主要功能是传递转矩和转速，它实质上 是一种转矩、转速变换器，其目的是使执行元件与负载之间在 转矩与转速方面得到最佳匹配。
（3）谐振频率 包括机械传动部件在内的弹性系统，若不计 阻尼，可简化为质量-弹簧系统，为多自由度系统，有第一谐振 频率和高阶谐振频率等。当外界传来的激振频率接近或等于系 统固有频率时，系统产生谐振，不能正常工作。
还有电气驱动部件的谐振频率。
（4）摩擦 摩擦分为粘性摩擦、库仑摩擦和静摩擦。
实际机械导轨的摩擦特性随材料和表面状态的不同有很 大的不同。
（一）机械传动部件的功能要求及常用的传动部件
机械传动部件的传动类型、传动方式、传动刚性以及传 动可靠性对机电一体化系统的精度、稳定性和快速响应性有重 要影响。机电一体化系统设计时，需要选择传动间隙小、精度 高、体积小、重量轻、运动平稳、传递转矩大的传动部件。
机电一体化技术--机械系统
2、采取的具体技术措施 、 1） 采用低摩擦阻力的传动部件和导向支承部件。 ） 采用低摩擦阻力的传动部件和导向支承部件。 2）缩短传动链，提高传动与支承刚度。 ）缩短传动链，提高传动与支承刚度。 3）选用最佳传动比，以达到提高系统分辨率、减少 ）选用最佳传动比，以达到提高系统分辨率、 等效到执行元件输出轴上的等效转动惯量， 等效到执行元件输出轴上的等效转动惯量，尽可能 提高加速能力。 提高加速能力。 4）缩小反向死区误差。 ）缩小反向死区误差。 5）改进支承及架体的结构设计以提高刚性、减少振动、 ）改进支承及架体的结构设计以提高刚性、减少振动、 降低噪声。 降低噪声。
二、基本要求
机械传动部件对伺服系统的伺服特性有很 大影响，特别是其传动类型、传动方式、 大影响，特别是其传动类型、传动方式、传动 刚性以及传动的可靠性对机电一体化系统的精 稳定性和快速响应性有重大影响。 度、稳定性和快速响应性有重大影响。
1、影响传动机构动力学特性的因素及其要求 、
1）阻尼 ）
内循环
1—丝杠 丝杠
2—螺母 螺母
3—滚珠 滚珠
4—回程引导装置 回程引导装置
滚珠在循环过程中始终与丝杠表面接触。 滚珠在循环过程中始终与丝杠表面接触。循环回路 流畅性好、效率高、螺母径向尺寸小。 短、流畅性好、效率高、螺母径向尺寸小。反向器加工困 装配调整不方便。 难，装配调整不方便。
外循环
插管式外循环结构 1-弯管 弯管 滚珠 螺纹滚道 丝杠 2-压板 3-丝杠 4-滚珠 5-螺纹滚道 压板
2）丝杠转动、螺母移动 ）丝杠转动、
要限制螺母的转动，故需导向装置。 要限制螺母的转动，故需导向装置。其特点是结构 紧凑、丝杠刚性较好。适用于工作行程较大的场合。 紧凑、丝杠刚性较好。适用于工作行程较大的场合。
机电一体化系统的机械系统概述
（2）良好的动态响应特性 — 响应快、稳定性好。 要求机械系统从接到指令到开始执行指
令指定的任务之间的时间间隔短，这样 控制系统才能及时根据机械系统的运行 状态信息，下达指令，使其准确地完成 任务。要求机械系统的工作性能不受外 界环境的影响，抗干扰能力强。
（3）无间隙、低摩擦、低惯量、大刚 度。
（4）高的谐振频率、合理的阻尼比。
图2-4、图2-5及图2-6的用法参见例2-2。
图2-4 大功率传动装置确定传动级数曲线（P32）
图2-5 大功率传动装置确定第一级传动比曲线
101
2 3 4 6 8 10
8
8
6
6
4
4
i k
2
2
B
A
1
1
2 3 4 6 8 10
ik－1
图2-6 大功率传动装置确定各级传动比曲线
第3章 机电一体化系统的机械系统 例2-2 设有i=256的大功率传动装置, 试按等效转动惯量最小
效形式：柔轮筒体的疲劳破坏。
第3章 机电一体化系统的机械系统
❖应用： 由于谐波传动具有其他传动无法比拟的诸多独
特优点，近几十年来，它已被迅速推广到机床、 机器人、汽车、造船、纺织、冶金、常规武器、 精密光学设备、印刷机构以及医疗器械等领域， 并获得了广泛的应用。
国内外的应用实践表明，无论是作为高灵敏度 随动系统的精密谐波传动，还是作为传递大转矩 的动力谐波传动，都表现出了良好的性能。
i4
2
(
80 22
8
)15
6.9887
验算i= i1 i2 i3 i4≈80。
❖ 若以传动级数n为参变量, 齿轮系中折算到电 动机轴上的等效转动惯量Je与第一级主动齿轮的 转动惯量J1之比为Je/J1, 其变化与总传动比i的关 系如图2-3所示。
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。
机电一体化的机械系统组成
机电一体化的机械系统组成机电一体化是指将机械、电气和控制等多个学科的知识进行融合，形成一个统一的系统。
机电一体化的机械系统由多个组成部分组成，这些组成部分相互协调、相互作用，以实现特定的功能。
本文将重点介绍机电一体化的机械系统的组成部分。
1. 机械传动部分机械传动部分是机电一体化的机械系统的核心组成部分，它负责将电机的转动传递给工作机构，实现所需的运动。
常见的机械传动方式有齿轮传动、带传动和链传动等。
齿轮传动具有传动效率高、传动比稳定等优点，广泛应用于机电一体化的机械系统中。
2. 电机部分电机部分是机电一体化的机械系统的能量转换部分，它通过将电能转化为机械能，驱动机械系统的工作。
常见的电机有直流电机、交流电机和步进电机等。
电机的选择应根据机械系统的需求来确定，以确保系统的稳定运行。
3. 传感器部分传感器部分是机电一体化的机械系统的感知部分，它通过感知周围环境的变化，将这些变化转化为电信号，供控制系统使用。
常见的传感器有温度传感器、压力传感器、光电传感器等。
传感器的选择应根据机械系统的需求来确定，以确保系统的可靠性和精度。
4. 控制器部分控制器部分是机电一体化的机械系统的控制中心，它根据传感器的信号和预设的控制策略，对机械系统进行控制和调节。
常见的控制器有PLC（可编程逻辑控制器）、单片机和微处理器等。
控制器的选择应根据机械系统的需求来确定，以确保系统的稳定性和可靠性。
5. 人机界面部分人机界面部分是机电一体化的机械系统与操作人员之间的交互界面，它通过显示器、键盘、触摸屏等设备，将机械系统的状态和参数展示给操作人员，并接受操作人员的指令。
人机界面的设计应简单直观、易于操作，以提高机械系统的使用效率。
6. 机械结构部分机械结构部分是机电一体化的机械系统的支撑和承载部分，它负责将各个组成部分连接在一起，并提供稳定的结构支撑。
机械结构的设计应考虑机械系统的功能需求和载荷要求，以确保系统的稳定性和可靠性。
简述机电一体化机械系统的组成
简述机电一体化机械系统的组成机电一体化机械系统是指将机械结构、电气控制和传感器技术有机地融合在一起，形成一个整体的系统。
这种系统的设计和制造能够实现机械运动的控制、感知和反馈，从而提高机械设备的性能和精度。
机电一体化机械系统的组成主要包括以下几个方面：1. 机械结构：机械结构是机电一体化机械系统的基础，它由各种机械零部件组成，包括机床、传动装置、导轨、滑块和夹具等。
机械结构的设计和制造要考虑系统的运动特性、刚度和稳定性，以及与其他部件的配合和传递力矩等。
2. 电气控制：电气控制是机电一体化机械系统的核心，它通过电气信号控制机械的运动和操作。
电气控制包括各种传感器和执行器的选择和安装，以及控制器的设计和编程。
通过电气控制，可以实现机械的自动化和智能化，提高生产效率和产品质量。
3. 传感器技术：传感器技术是机电一体化机械系统中的重要组成部分，它能够感知机械的运动和工作环境的各种参数。
常用的传感器包括位移传感器、力传感器、温度传感器和压力传感器等。
传感器的选择和布置要根据具体的应用需求，以提供准确可靠的反馈信号。
4. 控制算法：控制算法是机电一体化机械系统中的关键技术，它决定了机械的运动轨迹和操作方式。
控制算法可以通过编程实现，也可以通过硬件电路实现。
常用的控制算法包括PID控制、模糊控制和神经网络控制等。
控制算法的设计要考虑系统的稳定性、鲁棒性和响应速度等指标。
5. 数据通信：数据通信是机电一体化机械系统中的重要环节，它实现了机械系统与其他系统之间的信息交互和数据传输。
数据通信包括有线通信和无线通信两种方式，可以通过串口、以太网、无线网络和蓝牙等方式实现。
数据通信的设计要考虑数据传输速率、可靠性和安全性等因素。
机电一体化机械系统的组成是一个相互关联、相互作用的整体，各个组成部分之间紧密配合，共同实现机械系统的功能和性能要求。
通过机电一体化技术的应用，可以提高机械设备的生产效率、准确度和可靠性，降低生产成本和能源消耗，实现智能制造和工业自动化的目标。
机电一体化系统的机械系统
外循环 螺旋槽式 ( p.24 图2.7)
插管式 埋入 凸出 端盖式 ( p.24 图2.9)
L
CM CT D
工艺简单，径向尺寸小，易于制造；挡 珠器刚性差，易磨损
结构简单，容易制造，但径向尺寸较大， 弯管端部用作挡珠器比较容易磨损。 结构简单，工艺性好，常以单螺母形式 用作升降传动机构。应用较少。
3. 5种基本传动形式(按丝杠和螺母相对运动的组合情况分)：
1)螺母固定、丝杠转动并移动：螺母本身起着支承作用，结构简 单，传动精度较高，刚性差，适用于行程较小的场合。 2)丝杠转动、螺母移动：需导向装置来限制螺母的转动。结构紧 凑、丝杠刚性好，使用于行程较大的场合。
3)螺母转动、丝杠移动：需限制螺母移动和丝杠转动，结构复杂 且占用轴向空间较大，应用较少。 4)丝杠固定、螺母转动并移动：结构简单、紧凑，使用不方便。 5)差动传动：多用于各种微动机构
4.主要尺寸参数：( p.24 图2.10) 1)公称直径d0（特征尺寸）：滚珠与螺纹滚道在理论接触角状态 时包络滚珠球心的圆柱直径 2)基本导程l0：丝杠相对于螺母旋转2弧度时，螺母上基准点 的轴向位移。 l0根据机电一体化产品的精度要求确定，精度要 求较高时应选取较小的基本导程。 3)导(行)程：丝杠相对于螺母旋转任意弧度时，螺母上基准点 的轴向位移。 4) 滚珠的工作圈数：一般取2.5~3.5。第一、第二和第三圈滚 珠分别承受轴向载荷的50%、30%和20%左右。 5)滚珠总数N：150 6)丝杠螺纹大径d、丝杠螺纹小径d1 7)螺母螺纹大径D、螺母螺纹小径D1 8)丝杠螺纹全长ls 9)滚珠直径Db
二、丝杠螺母机构（螺旋传动机构）基本形式
1.传动功能：旋转运动直线运动；传递能量及运动 2.分类：
机电一体化系统设计知识点整理
1、什么是机电一体化？机电一体化系统的功能构成和定义是什么？机电一体化是指在机构的主功能、动力功能、信息处理功能和控制功能上引进电子技术，将机械装置与电子化设计及软件结合起来所构成的系统的总称。
机电一体化系统的功能构成：机械本体、动力与驱动部分、执行机构、传感测试部分、控制及信息处理部分。
机械本体：系统所有功能元素的机械支持结构，包括机身、框架、联接等。
动力与驱动部分：按照系统控制要求，为系统提供能量和动力使系统正常运行。
执行机构：根据控制信息和指令，完成要求的动作。
传感测试部分：对系统运行中所需要的本身和外界环境的各种参数及状态进行检测，变成可识别信号，传输到信息处理单元，经过分析、处理后产生相应的控制信息。
控制及信息处理部分：将来自各传感器的检测信息和外部输入命令进行集中、储存、分析、加工，根据信息处理结果，按照一定的程序和节奏发出相应的指令控制整个系统有目的地运行。
2、简要叙述机电一体化系统的共性关键技术。
机械设计技术、计算机与信息处理技术、系统技术、自动控制技术、传感与检测技术、伺服传动技术3、试举出十例典型的机电一体化产品。
数控机床、工业机器人、发电机控制系统、全自动洗衣机、线切割机、电火花加工机床、超声波加工机、激光测量仪、自动探伤机、CT扫描诊断机、自动售货机、传真机、录音机、复印机、磁盘存储器。
4、常用的机械传动机构有哪些？各有何特点？传动机构种类：齿轮传动副、滚珠丝杠副传动系统、同步齿形带、谐波齿轮减速器、软轴传动、联轴器、滚珠花键等机构。
滚动丝杠副的特点：（1）传动效率高、摩擦损失小。
（2）定位精度高，刚度好。
（3）运动平稳，无爬行现象，传动精度高。
（4）运动具有可逆性。
（5）磨损小，使用寿命长。
（6）制造工艺复杂。
（7）不能自锁。
同步带传动的特点（1）能方便地实现较远中心距的传动；（2）工作平稳，能吸收振动；（3）不需要润滑，耐油、水、耐高温，耐腐蚀，维护保养方便；（4）强度高，厚度小，重量轻；（5）中心距要求严格，安装精度要求高；（6）制造工艺复杂，成本高。
机电一体化复习资料
名词解释1.三相六拍通电方式：如果步进电动机通电循环的各拍替出现单、双相通电状态，这种通电方式称为单双相轮流通电方式。
如A→AB→B→BC→C →CA→…2.伺服电动机：伺服电动机是一种能够跟踪输入的指令信号进行动作，从而获得精确的位置、速度及动力输出电动机，以电子换向取代了传统的直流电动机的电刷换向的电动机3.伺服控制技术：一种能够跟踪输入的指令信号进行动作，从而获得精确的位置、速度及动力输出的自动控制系统。
4.变频调速：采用改变电机通电频率的方式来改变电机的转速的调速方式5.响应特性：指的是输出量跟随输入指令变化的反应速度，决定了系统的工作效率。
6.中断：为了提高CPU的效率和使系统具有良好的实时性，采用中断方式CPU就不必花费大量时间去查询各外围设备的状态了。
而是当外围设备需要请求服务时，向CPU发出中断请求，CPU响应外围设备中断，停止执行当前程序，转去执行一个外围设备服务的程序，中断处理完毕，CPU又返回来执行原来的程序。
7.动态误差:动态误差在被测量随时间变化过程中进行测量时所产生的附加误差称为动态误差。
1.机电一体化技术是以（电子）技术为核心，强调各种技术的协同和集成的综合性技术。
2.以下除了（继电器控制系统），均是由硬件和软件组成。
3.机电一体化技术是以（机械）部分为主体，强调各种技术的协同和集成的综合性技术。
4.在机电一体化系统中，机械传动要满足伺服控制的基本要求足( 精度、稳定性、快速响应性)。
5.在机械传动系统中，用于加速惯性负载的驱动力矩为( 电机力矩与折算负载力矩之差)。
6.在下列电机中，( 交流同步伺服电机)既可通过闭环实现速度或位置控制，又可作步进方式运行，且电机转速不受负载影响，稳定性高。
7.在开环控制系统中,常用（步进电动机）做驱动元件。
8.导程L0=8mm的丝杠驱动总质量为60kg的工作台与工件，则工作台与工件折算到丝杠上的等效转动惯量为（97 ）kg•mm2。
简析机械工程中机电一体化系统的应用
简析机械工程中机电一体化系统的应用机电一体化系统是指将机械设备和电气控制系统有机地结合在一起，以实现自动化控制和智能化操作的一种系统。
在机械工程中，机电一体化系统的应用已经成为了提高生产效率、降低成本、改善产品质量和提升竞争力的重要手段。
本文将从机电一体化系统的定义、特点、应用领域和发展趋势等方面进行简析。
一、机电一体化系统的定义1. 自动化控制：机电一体化系统可以实现设备的自动化操作，通过智能化的控制系统和传感器，自动感知并处理外部环境的变化，实现自动调节和控制。
2. 智能化操作：机电一体化系统可以实现设备的智能化操作，通过人机界面和程序控制，提供了更加便捷、智能的操作方式，减少了人为操作的误差和繁琐性。
3. 信息化管理：机电一体化系统可以实现设备的信息化管理，通过数据采集和监控系统，实时获取设备的运行状态和生产数据，为管理决策提供了更加准确和及时的信息支持。
4. 灵活性和可靠性：机电一体化系统可以实现设备的灵活生产和可靠运行，通过程序控制和参数调节，可以快速适应生产任务的变化，并确保设备的安全可靠运行。
5. 集成性和维护性：机电一体化系统可以实现设备的集成控制和便捷维护，通过统一的控制平台和监控系统，实现了各种设备之间的集成操作和维护管理。
1. 制造业：机电一体化系统在制造业中的应用非常广泛，包括自动化生产线、机器人系统、数控设备和自动化装配系统等，实现了制造过程的自动化和智能化。
2. 物流业：机电一体化系统在物流业中的应用也十分重要，包括自动化搬运设备、智能仓储系统、自动化分拣设备和智能物流管理系统等，提高了物流效率和准确性。
3. 医疗器械：机电一体化系统在医疗器械中的应用越来越广泛，包括医疗机器人、自动化检测设备、智能化手术器械和智能健康管理系统等，提高了医疗设备的精确性和安全性。
1. 智能化发展：随着人工智能、物联网和大数据技术的发展，机电一体化系统将更加智能化，实现更高水平的自动化控制和智能化操作。
机电一体化系统
机电一体化系统复习资料概念部分1、机电一体化系统基本要素机电一体化系统一般包括七个基本结构要素：机械本体、动力部分、传感检测部分、执行部分、驱动部分、控制部分及信息处理单元。
2、机电一体化系统各元素功能3、执行机构含义、种类机械本体含机械传动装置和机械结构装置——人的身体,骨骼（数控的工作台,丝杆等）机械系统内涵：起传递功率，支承连接、执行功能。
机械系统种类和作用1、传动机构：机电一体化系统中传动机构的主要功能是传递转矩和转速，实际上它是一种转矩、转速变换器。
机械传动部件对伺服系统的伺服特性有很大影响，特别是其传动类型、传动方式、传动刚性以及传动的可靠性对系统的精度、稳定性和快速响应性有重大影响。
2、导向机构：其作用是支承和限制运动部件按给定的运动要求和规定的运动方向运动。
该机构应能保证安全准确。
3、执行机构：用来完成操作任务，执行机构根据操作指令的要求在动力源的带动下完成预定的操作，一般要求它具有较高的灵敏度、精确度、良好的重复性和可靠性等。
动力单元1、按照机电一体化系统的控制要求，为系统提供能量和动力以保证系统正常运行。
2、机电一体化的显著特征之一，是用尽可能小的动力输入获得尽可能大的功能输出。
传感控制单元1、自动检测——人的五官、皮肤（感应同步器,光栅）。
2、对系统运行过程中所需要的本身和外界环境的各种参数及状态进行检测，并转换成可识别信号，传输到控制信息处理单元，经过分析、处理产生相应的控制信息。
执行和驱动单元1、驱动单元:是在控制信息作用下，驱动各种执行机构完成各种动作和功能。
2、机电一体化技术一方面要求驱动单元具有高频率和快速响应等特性，同时又要求其对水、油、温度、尘埃等外部环境的适应性和可靠性；另一方面由于受几何上动作范围狭窄等限制，还需考虑维修方便，并且尽可能实行标准化、系列化、通用化。
3、常见执行和驱动单元：机械、电磁、电液执行机构和步进电机、交直流伺服电机驱动系统。
控制与信息处理单元机电一体化系统的核心单元，其功能是将来自各传感器的检测信息和外部输入命令进行集中、存储、分析、加工，根据信息处理结果，按照一定的程序发出相应的控制信号，通过输出接口送往执行机构，控制整个系统有目的地运行，并达到预期的性能。
简述机电一体化机械系统的组成
简述机电一体化机械系统的组成机电一体化机械系统是指将机械传动与电气控制相结合，形成一个整体的系统。
这种系统能够实现机械运动的自动化、智能化，广泛应用于各个领域。
机电一体化机械系统的组成主要包括三个部分：机械部分、电气部分和控制部分。
下面将分别介绍这三个部分的具体内容。
1. 机械部分：机械部分是机电一体化机械系统的基础，它由各种机械元件组成，包括传动装置、传感器、执行机构等。
传动装置用于将电机的旋转运动转化为所需的线性或旋转运动，常见的传动装置有齿轮传动、皮带传动、链传动等。
传感器用于感知机械系统的状态和环境信息，如位置传感器、速度传感器、力传感器等。
执行机构用于根据控制信号进行相应的动作，如电动阀门、电动门禁等。
2. 电气部分：电气部分是机电一体化机械系统的核心，它主要由电气元件和电气设备组成。
电气元件包括电机、开关、保护器、接触器等，它们负责将电能转化为机械能，并进行各种电气控制。
电气设备包括电源、控制柜、仪表等，它们提供电能供应和电气控制所需的环境条件。
3. 控制部分：控制部分是机电一体化机械系统的大脑，它由控制器和控制算法组成。
控制器负责接收传感器反馈的信号，根据控制算法产生相应的控制信号，控制机械系统的运动。
控制算法是实现机电一体化机械系统自动化、智能化的关键，它可以根据实际需求进行编程，实现各种复杂的控制功能。
机电一体化机械系统的工作原理是：传感器感知机械系统的状态和环境信息，将其转化为电信号；控制器接收传感器反馈的信号，经过算法处理后产生相应的控制信号；电气部件根据控制信号进行动作，驱动机械部件实现相应的运动。
通过不断地反馈和控制，机电一体化机械系统能够实现自动化、智能化的运行。
机电一体化机械系统的应用非常广泛，例如在制造业中，可以应用于自动化生产线、机器人等领域；在交通运输领域，可以应用于自动驾驶车辆、交通信号控制等；在家居生活中，可以应用于智能家居、智能家电等。
机电一体化机械系统的发展将极大地提高生产效率，降低人力成本，改善生活质量。
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3)良好的稳定性
即要求机械系统的工作性能不受外界环境的影响，抗干扰能力 强。
机电一体化中机械系统的组成 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 , 而且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。
2)导向机构
为电动机的驱动转矩 , 在忽略传动装置惯量的 前提下,根据旋转运动方程,电动机轴上的合转 矩Ta为
也随之改变。根据 若改变总传动比i,则 L / di 0 负载角加速度最大的原则,令 d , L 则解得
若不计摩擦,即TLF＝0, 则
(2-3)
传动装置总传动比i的最佳值的时刻就是JL换算到电 动机轴上的转动惯量正好等于电动机转子的转动惯 量Jm的时刻,此时,电动机的输出转矩一半用于加速 负载,一半用于加速电动机转子,达到了惯性负载和 转矩的最佳匹配。 实际设计中，要考虑传动装置的惯量影响，总传动 比要根据传动装置的惯量估算适当选择大一点。
第二章 精密机械技术
机电一体化对机械系统的基本要求
1)高精度
精度直接影响产品的质量，尤其是机电一体化产品，其技术性 能、工艺水平和功能比普通的机械产品都有很大的提高，因此
机电一体化机械系统的高精度是其首要的要求。
2)快速响应
即要求机械系统从接到指令到开始执行指令指定的任务之间的 时间间隔短，这样控制系统才能及时根据机械系统的运行状态 信息，下达指令，使其准确地完成任务。
各级传动比的分配
1. 等效转动惯量最小原则 齿轮系传递的功率不同, 其传动比的分配也有所不同。 1） 小功率传动装置
设各齿轮的材料相同， 厚度相同，则： J 3 J1 i14，J 4 J 2 i14
等效到电机轴上的总转动惯量为：
2 J2 J4 1 J i J J1 2 ( J 3 2 ) 2 J1 i12 J1 21 2 J1 2 i1 i2 i1 i1 i1 2 i 1 J J1 (1 i12 2 4 ) i1 i1
导向机构的作用是支承和导向,它为机械系统中各运动 装置能安全、准确地完成其特定方向的运动提供保障, 一般指导轨、轴承等。
3)执行机构 执行机构是用来完成操作任务的直接装置。 执行机构根据操作指令的要求在动力源的带动 下完成预定的操作。 4)机座或机架 支撑其他零部件的基础部件。其作用是承受其 他零部件的重量和工作载荷，同时保证各零部 件相对位置的基准作用。
i 1 j 1 m n
采用工程上常用单位时，上式改写为
1 T 2
F V / n T
i i i 1 j 1
m
n
j
nj / n
总传动比的确定
在伺服系统中 , 通常采用负载角加速度最大原则选择总 传动比,以提高伺服系统的响应速度。
G M Jm i L
m
L
JL TLF
电机、传动装置和负载的传动模型
设有i =80,传动级数n= 4的小功率传动,试 按等效转动惯量最小原则分配传动比。 解
验算I= i 1 i 2 i 3 i 4≈80。
2.质量最小原则 1）小功率传动装置
2 i 2 V b b b b b 2 i1 2 4 4 4 4 4 i1
令
J 0 i1
可解得：
2 i12 1 2 i2 0
i14 1 i12 i2 2 2
对于n级齿轮系,则有
由此可见 , 各级传动比分配的结果应遵循“前小后大” 原则。 2)大功率传动装置 大功率传动装置传递的扭矩大,各级齿轮副的模数、齿 宽、直径等参数逐级增加,各级齿轮的转动惯量差别很 大。传动比分配的基本原则仍应为“前小后大”。
机械传动系统的特性
转动惯量小 摩擦小 阻尼合适 刚度大 抗振性能好 间隙 小 转动惯量大会使机械负载增大、系统响应性能变慢、灵敏度降低、 固有频率下降，容易谐振。同时，使电气驱动部件谐振频率降低。 阻尼越大，最大振幅越小，衰减越快。但定位精度降低，易产生 爬行；稳态误差大，精度降低。 刚度越大,失动量越小,提高刚度可增加闭环系统的稳定性。
提高传动精度的结构措施
适当提高零部件本身的精度； 合理设计传动链，减少零部件制造、装配误差对传动精度的影响 采用消隙机构．以减少或消除空程。
传动系统的总传动比及其分配 设计机电一体化齿轮传动系统，主要是研究它的动力学 特性。 最佳总传动比 首先把传动系统中的工作负载、惯性负载和摩擦负载综 合为系统的总负载，方法有： (a) 峰值综合：若各种负载为非随机性负载，将各负载 的峰值取代数和。 (b) 均方根综合：若各种负载为随机性负载，取各负载 的均方根。 负载综合时，要转化到电机轴上，成为等效峰值综合负 载转矩或等效均方根综合负载转矩。使等效负载转矩最小 或负载加速度最大的总传动比，即为最佳总传动比。
m
Vi
2
n
nj 2 Vi 2 n J Mi ( ) J j ( ) 2 n n 4 i 1 j 1 1
mቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2、等效负载力矩的计算
W 1 Fi Vi t Tj j t
i 1 j 1 m n
W T t
由于 W1=W 所以 T Fi Vi / T j j /
根据传动关系有
式中: —— 电动机的角位移、角速度、 角加速度； —— 负载的角位移、角速度、角加速 度。
Jm——电动机M的转子的转动惯量； JL——负载L的转动惯量； TLF ——摩擦阻抗转矩；
i——齿轮系G的总传动比。
TLF 换算到电动机轴上的阻抗转矩为 TLF / i ； JL 换算到电动机轴上的转动惯量为 JL/i2 。设 Tm
齿轮传动系统
一、负载的等效换算
i — 移动部件的下标； j — 转动部件的下标
1、等效转动惯量的计算
n 1 m 1 E M i Vi 2 J j 2 j 2 i 1 2 j 1
1 E J 2 2
j 2 J Mi ( ) J j ( ) i 1 j 1