机电一体化讲义技术(二)

第一节机电一体化的定义传统机械：主要以力学为理论基础，以经验为实践基础；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。

机电一体化和机械电气化的区别电气机械在设计过程中不考虑或较少考虑电气与机械的内在联系。

机械和电气装置之间界限分明装置所需的控制以基于电磁学原理的各种电器，属于强电范畴。

机电一体化涉及到许多相关的学科：机械学、电子学、控制论、计算机科学机电一体化的产生与迅速发展的根本原因在于社会的发展和科学技术的进步。

系统工程、控制论和信息论是机电一体化的理论基础，也是机电一体化技术的方法论。

微电子技术的发展，半导体大规模集成电路制造技术的进步，则为机电一体化技术奠定了物质基础；Mechtronics是一个综合的概念，包含技术和产品两方面。

机电一体化技术指包括技术基础、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。

机电一体化产品指采用机电一体化技术，在机械产品基础上创建出来的新一代机电产品。

第二节机电一体化系统设计的目标与方法机电一体化产品的优越性使用安全性和可靠性提高生产能力和工作质量提高调整和维护方便，使用性能改善具有复合功能，适用面广改善劳动条件，有利于自动化生产节约能源，减少耗材现代机械的机电一体化目标提高精度增强功能提高生产效率节约能源，降低能耗提高安全性、可靠性改善操作性和实用性减轻劳动强度，改善劳动条件简化结构，减轻重量降低价格增强柔性应用功能机电一体化技术方向在原有机械系统的基础上采用微型计算机控制装置，使系统的性能提高，功能增强用电子装置局部代替机械传动装置和机械控制装置，以简化结构，增强控制灵活性用电子装置完全代替原来执行信息处理功能的机构，即减化了结构，又极大地丰富了信息传输内容，提高了速度。

《机电一体化技术》试卷(二)一、名词解释(每小题2分，共10分)1、线性度2、伺服控制系统3、三相六拍通电方式4、传感器5、系统精度二、填空题（每小题2分，共20分)1、计算机在控制中的应用方式主要有_____________________________。

2. 滚珠丝杆螺母副结构有两类：_____________________________。

3、应用于工业控制的计算机主要有______________________________等类型。

4. 机电一体化系统，设计指标和评价标准应包括________________________________。

5、可编程控制器主要由_____________________________等其它辅助模块组成。

6. 顺序控制系统是按照预先规定的次序完成一系列操作的系统，顺序控制器通常用_______________________________________________________。

7、现在常用的总线工控制机有________ 、PC总线工业控制机和CAN总线工业控制机等。

8、隔离放大器中采用的耦合方式主要有两种_____________________________。

9. 某光栅的条纹密度是50条/mm，光栅条纹间的夹角θ=0.001孤度，则莫尔条纹的宽度是_______________________。

10. 采样/保持器在保持阶段相当于一个“_____________________________”。

三、选择题（每小题2分，共10分）1.一个典型的机电一体化系统，应包含以下几个基本要素：A 机械本体B 动力与驱动部分C 执行机构 D. 控制及信息处理部分2、机电一体化系统（产品）开发的类型A 开发性设计B 适应性设计C 变参数设计D 其它3、机电一体化系统（产品）设计方案的常用方法A 取代法B 整体设计法C组合法D其它。

4、机电一体化的高性能化一般包含A高速化B高精度C高效率D高可靠性。

*机电一体化技术的核心是机械技术和微电子技术。

Mechatronics= Mechanics + Electronics *具有“智能化”的特征是机电一体化与机械电气化在功能上的本质差别。

*五大构成要素与五大功能控制及信息处理单元执行单元动力单元传感检测单元机械本体控制功能主功能动力功能计测功能构造功能*机电一体化技术的共性关键技术:1.精密机械技术2.传感检测技术3.信息处理技术4.伺服驱动技术5.自动控制技术6.接口技术7.系统总体技术*机电一体化系统中的机械系统主要包括以下五大部分：传动机构导向机构执行机构轴系机座或机架*机械系统设计要求 1．高精度2．动作响应快3．稳定性好*机械传动机构的基本要求：低摩擦、无间隙、低惯量、高刚度、高谐振频率、适当的阻尼比~主要从以下几个方面采取措施：1采用低摩擦阻力的传动部件和导向部件2减小反向死区误差3选用最佳传动比4缩短传动链，提高传动与支承刚度，以减小结构的弹性变形5通过刚度、质量和摩擦系数等参数的合理匹配得到适当的阻尼比*减小传动链误差的措施1适当提高零部件本身的精度2合理设计传动链3采用消隙机构*滚珠丝杠轴向间隙的调整和预紧~轴向间隙：承载时滚珠和滚道型面接触点的弹性变形所引起螺母轴向位移量和丝杠螺母副自身轴向间隙的总和。

换向时，轴向间隙引起空回现象，这种空回是非连续的，既影响反向传动精度，又影响系统稳定性，应予以消除。

消除方法：采用单螺母预紧或双螺母预紧方式。

*双螺母预紧原理：丝杠上装配两个螺母，通过给两个螺母施加预紧力以调整螺母的轴向位置，使两个螺母中的滚珠在承载前以一定的压力分别压向丝杠螺纹滚道相反的侧面*各级传动比的分配原则：1等效转动惯量最小原则2重量最轻3输出轴转角误差最小原则上述三项原则的选择，应根据具体的工作条件而定：①对于以提高传动精度和减小回程误差为主的降速齿轮传动链，可按输出轴转角误差最小原则设计。

②对于要求运动平稳、启停频繁和动态性能好的伺服降速传动链，可按最小等效传动惯量和输出轴转角误差最小原则进行设计。

讲义2016～2017学年第1 学期课程名称机电一体化技术开课学院（部）工程学院学科(教研室) 机械工程授课班级机械设计制造及其自动化13级授课教师赵大旭职称/学位讲师/工学博士第一次课：第一章机电一体化技术导论1.1概述“日本机械振兴协会经济研究所”对机电一体化的解释：“机电一体化是在机械主功能、动力功能、信息功能和控制功能上引进微电子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机结合而构成系统的总称”1.基本的特征: 机电一体化是从系统的观点出发，综合运用机械技术、微电子技术、自动控制技术、计算机技术、信息技术、传感测试技术、电力电子技术、接口技术、信号变换技术以及软件编程技术等群体技术，根据系统功能目标和优化组织结构目标，合理配置与布局各功能单元，在多功能、高质量、高可靠性、低能耗的意义上实现特定功能价值并使整个系统最优化的系统工程技术。

2.机电一体化与机械电气化的区别根本区别:“机电一体化”涵盖“技术”和“产品”两个方面。

需要强调的是，机电一体化技术是基于上述群体技术有机融合的一种综合性技术，而不是机械技术、微电子技术以及其它新技术的简单组合、拼凑。

主要区别: ①电气机械在设计过程中不考虑或少考虑电器与机械的内在联系，基本上是根据机械的要求，选用相应的驱动电机或电气传动装置；②机械和电气装置之间界限分明，它们之间的联结以机械联结为主，整个装置是刚性的；③装置所需的控制以基于电磁学原理的各种电器，如接触器、继电器等来实现，属强电范畴，其主要支撑技术是电工技术。

机电一体化产品不仅是人的手与肢体的延伸，还是人的感官与头脑的延伸，具有“智能化”的特征是机电一体化与机械电气化在功能上的本质差别。

1.2机电一体化系统的基本组成和分类1.2.1机电一体化系统的功能组成1.系统的主要功能:对物质、能量、信息或其相互结合进行变换、传递和存储2.其它内部功能：动力功能、检测功能、控制功能、构造功能。

1.2.2 机电一体化系统的构成要素从机电一体化系统的功能看，人体是机电一体化系统理想的参照物。

机电一体化（第二版）课后答案第一章1-1.试说明较为人们所接受的机电一体化的含义。

答：机电一体化乃是在机械的主功能、动力功能、信息功能和控制功能上引进微电子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机结合而构成系统的总称。

1-7.机电一体化系统由哪些基本要素组成？分别实现哪些功能？答：①.机电一体化系统由计算机、动力源、传感件、机构、执行元件系统五大要素组成。

②.对应的五大功能为：控制、动力、计测、构造、操作功能。

1-17.开发性设计、变异性设计、适应性设计有何异同？答：1、开发性设计是没有参照产品的设计，仅仅是根据抽象的设计原理要求，设计出在质量和性能方面满足目的要求的产品。

2、变异性设计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需求。

3、适应性设计是在总的设计方案、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，以使产品在性能和质量上增加某些附加价值。

所有机电一体化系统的设计都是为了获得用来构成事物的有用信息。

1-20.简述计算机辅助设计与并行工程、虚拟设计、快速响应设计、绿色设计、反求设计等的含义。

答：1、计算机辅助设计是设计机电一体化产品的有力工具，用来设计一般机械产品的CAD 的研究成果。

2、并行工程是把产品的设计、制造及其相关过程作为一个有机整体进行综合协调的一种工作模式。

3、虚拟设计是虚拟环境中的产品模型，是现实世界中的产品在虚拟环境中的映像，是基于虚拟现实技术的新一代计算机辅助设计。

4、快速响应设计是实现快速响应工程的重要环节，快速响应工程是企业面对瞬息万变的市场环境，不断迅速开发适应市场的新系统，快速响应设计的关键是有效开发和利用各种系统信息资源。

5、绿色设计是从并行工程思想发展而出现的一个新概念。

绿色设计就是在新系统的开发阶段，就考虑其整个生命周期内对环境的影响，从而减少对环境的污染、资源的浪费、使用安全和人类健康等所产生的副作用。