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单元一机电一体化概述1. 1. 1机电一体化的定义“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。
”“机电一体化”是将机械技术、微电子技术、信息技术等多门技术学科在系统工程的基础上相互渗透、有机结合而形成和发展起来的一门新的边缘技术学科。
1. 1. 3机电一体化的内容机电一体化包含了技术和产品两方面的内容，首先是指机电一体化技术，其次是指机电一体化产品。
1. 1. 4机电一体化的特点机电一体化产品的显著特点是多功能、高效率、高智能、高可靠性，同时又具有轻、薄、细、小、巧的优点，其目的是不断满足人们生产生活的多样性和省时、省力、方便的需求。
1. 2机电一体化系统的基本组成1. 2. 1机电一体化系统的功能组成传统的机械产品主要是解决物质流和能量流的问题，而机电一体化产品除了解决物质流和能量流以外，还要解决信息流的问题。
机电一体化系统的主要功能就是对输入的物质、能量与信息(即所谓工业三大要素)按照要求进行处理，输出具有所需特性的物质、能量与信息。
机电一体化系统的主功能包括变换(加工、处理)、传递(移动、输送)、储存(保持、积蓄、记录)三个目的功能。
主功能也称为执行功能，是系统的主要特征部分，完成对物质、能量、信息的交换、传递和储存。
机电一体化系统还应具备动力功能、检测功能、控制功能、构造功能等其他功能。
加工机是以物料搬运、加工为主，输入物质(原料、毛坯等)、能量(电能、液能、气能等)和信息(操作及控制指令等)，经过加工处理，主要输出改变了位置和形态的物质的系统(或产品)。
动力机，其中输出机械能的为原动机，是以能量转换为主，输入能量(或物质)和信息，输出不同能量(或物质)的系统(或产品)。
信息机是以信息处理为主，输入信息和能量，主要输出某种信息(如数据、图像、文字、声音等)的系统(或产品)。
1. 2. 2机电一体化系统的构成要素机电一体化系统一般由机械本体、传感检测、执行机构、控制及信息处理、动力系统等五部分组成，各部分之间通过接口相联系。
机电一体化系统设计课程设计.doc机电一体化系统设计是机械工程、电子信息工程等工科专业的重要课程之一，主要涉及机电系统的设计、分析、优化和实现等方面的知识。
在课程设计中，学生需要综合运用所学知识，对一个具体的机电一体化系统进行全面、系统的设计。
机电一体化系统设计需要从系统的角度出发，综合考虑机械部分和电子控制部分的设计。
在机械部分，需要根据系统的功能和要求，设计机械结构，包括传动机构、导向机构、支撑机构、制动机构等。
在电子控制部分，需要根据系统的控制要求和传感器测量的数据，选择合适的控制器和传感器，设计控制电路和程序，实现系统的自动化控制。
机电一体化系统设计需要考虑系统的性能指标和优化设计。
系统的性能指标包括系统的精度、稳定性、响应速度、工作效率等。
在设计过程中，需要通过优化设计来提高系统的性能指标。
例如，可以通过优化机械结构的设计来提高系统的精度和稳定性，通过优化控制算法和控制参数来提高系统的响应速度和工作效率。
另外，机电一体化系统设计还需要考虑系统的可维护性和可扩展性。
系统的可维护性包括系统的维修性和可靠性，即系统发生故障时能够快速维修并恢复正常工作状态。
系统的可扩展性包括系统功能的可扩展性和升级性，即系统能够根据用户需求进行功能扩展和升级。
机电一体化系统设计的实现需要借助计算机辅助设计和电子电路设计等工具。
学生需要使用CAD软件进行机械结构的设计，使用电路设计软件进行电子电路的设计。
同时，还需要使用模拟仿真软件进行系统的模拟和调试，验证系统的性能和功能是否满足设计要求。
机电一体化系统设计课程设计是培养学生综合运用所学知识进行机电系统设计和分析的重要环节。
通过课程设计，学生可以加深对机电一体化系统的理解，提高解决实际问题的能力。
同时，课程设计还可以培养学生的创新意识和团队协作精神，为将来的就业和科研奠定坚实的基础。
机电一体化的传动机构设计机电一体化系统中的机械设计要遵循机电结合、机电互补的原则，满意高精度、快速响应速度和稳定性的要求。
详细包括两大部分的内容：一是机械传动装置的设计，一是机械结构的设计。
机电一体化对机械系统的基本要求：（1）、转动惯量（J）小（2）、刚度（K）大（3）、阻尼（B）合适机械系统的组成：传动机构、导向机构、执行机构。
传动装置功能：传递运动（速度、位移）和动力（力、力矩）滚珠丝杠：丝杠和螺母的螺纹滚道间置滚珠，当丝杠或螺母转动时，滚珠沿螺纹滚道滚动，使丝杠和螺母作相对运动时为滚动摩擦。
在螺母（或丝杠）上有滚珠返回的通道，与螺纹滚道形成循环回路，使滚珠在螺母滚道内循环。
滚珠丝杠按滚珠的循环方式不同分为内循环类型和外循环类型滚珠丝杠的特点：1、传动效率高2、运动具有可逆性3、传动精度高4、磨损小，使用寿命长5、制造工艺简单，成本高6、不能自锁调整滚珠丝杠轴向间隙的结构形式：垫片调隙式、螺纹调隙式、齿差调隙式、变位螺距调隙式滚珠丝杠的主要尺寸：公称直径（滚珠中心圆直径）、导程(或螺距)、螺旋升角、滚珠直径、螺纹滚道半径、丝杠外径、丝杠内径、螺母外径、螺母内径等。
滚珠丝杠的公差等级：依据JB316.2-91《滚珠丝杠副精度》标准规定分为5个等级：1、2、3、4、5级（有的参考书称7个等级，另外有7、10级），1级最高，5级最低。
一般动力传动选4、5级，数控机床、精密机械或仪器选1、2、3级。
为保证滚珠丝杠副传动的刚度和精度，应选择合适的支承方式，选用轴承组合，一般常用推力轴承和向心球轴承。
四种典型的支承方式：(1)、单推—单推(2)、双推—双推(3)、双推—简支(4)、双推—自由滚珠丝杠设计计算：(1)、求出计算载荷=K Fm K为工况系数Fm平均工作载荷（N）(2)、依据寿命计算出额定动载荷（3）、查滚珠丝杠副系列中的额定动载荷，使，初选几个规格（或型号），列出其主要参数（4）、验算传动效率、刚度、稳定性等滚珠丝杠副传动刚度由三部分组成：滚珠丝杠的拉压刚度、滚珠丝杠与螺母接触刚度、滚珠丝杠轴承与轴承座的支承刚度（1）拉压刚度a、一端固定，一端自由b、两端固定（2）接触刚度KN（3）支承刚度包括轴承轴向刚度、轴承支座刚度、螺母支座刚度这三部分刚度，一般难以精确计算，依据结构而定。
一、机电一体化起源与定义：在机械的主功能、动力功能、信息功能、控制功能基础上引入微电子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机地结合所构成系统的总称。
机电一体化一般包含机电一体化产品(系统)和机电一体化技术两层含义。
典型的机电一体化产品(系统)有：数控机床、机器人、工程机械、汽车、智能化仪器仪表、CAD／CAM系统等。
P26间隙的影响三、机电一体化的目的（功能）使系统（产品）高附加值化，即多功能化、高效率化、高可靠性化、省材料化、省能源化，并使产品结构向轻、薄、短、小巧化方向发展，不断满足人们生活和生产的多样化需要和生产的省力化、自动化需要。
四、 机电一体化发展概况“萌芽阶段”“蓬勃发展阶段”“智能化阶段”1 智能化、2 模块化、3 网络化、4 微型化、5、绿色化、6、人格化五、机电一体化系统的构成1、执行元件（主功能）实现机电一体化系统主功能。
主功能是系统的主要特征部分，完成对物质、能量、信息的交换、传递和储存。
主功能包括三个目的功能：（1）变换（加工、处理）功能；（2）传递（移动、输送）功能；（3）储存（保存、存储、记录）功能2、机械本体（构造功能）机械本体包括机架、机械连接、机械传动等，它是机电一体化的基础，起着支撑系统中其他功能单元、传递运动和动力的作用。
3、动力源(动力功能)是机电一体化产品的能量供应部分，其作用是按照系统控制要求，为系统提供能量和动力，使系统正常运行。
4、传感检测单元（计测功能）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。
要求：体积小、精度高、抗干扰5、控制与信息处理单元（控制功能）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。
要求：高可靠性、处理速度快、智能化6、接口将各组成单元或子系统连接成一有机的整体。
各要素或子系统之间能顺利进行物质、能量和信息的传递和交换。
机电一体化技术课后习题答案第一章绪论1-1 简述机电一体化的含义答：机电一体化是在机械的主功能、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的系统的总称。
1-2 机电一体化产品的主要组成、作用及其特点是什么？答：1．机械本体2．动力源3．检测和传感装置4．控制与信息处理装置5．执行机构机械本体用于支撑和连接其他要素，并把这些要素合理的结合起来，形成有机的整体。
动力系统为机电一体化产品提供能量和动力功能，驱动执行机构工作以完成预定的主功能。
传感与检测系统将机电一体化产品在运行过程中所需要的自身和外界环境的各种参数及状态转换成可以测定的物理量，同时利用检测系统的功能对这些物理量进行测定，为机电一体化产品提供运行控制所需的各种信息。
执行装置在控制信息的作用下完成要求的动作，实现产品的主功能。
1-3 机电一体化产品的分类有哪些？答：1．数控机械类2．电子设备类3．机电结合类4．电液伺服类5．信息控制类1-4 您在生活中还遇到哪些机电一体化产品？试分析其组成及功能。
答：工业机器人等。
工业机器人一般由机械系统、驱动系统、控制系统、检测传感系统和人工智能系统等组成。
各系统功能如下所述。
1）机械系统。
该系统主要是完成抓取工件（或工具）实现所需运动的机械部件，包括手部、腕部、臂部、机身以及行走机构。
2）驱动系统。
驱动系统的作用是向机械系统（即执行机构）提供动力。
随驱动目标的不同，驱动系统的传动方式有液动、气动、电动和机械式四种。
3）控制系统。
控制系统是机器人的指挥中心，它控制机器人按规定的程序运动。
控制系统可记忆各种指令信息（如动作顺序、运动轨迹、运动速度及时间等），同时按指令信息向各执行元件发出指令；必要时还可对机器人动作进行监视，当动作有误或发生故障时即发出警报信号。
4）检测传感系统。
它主要检测机器人机械系统的运动位置、状态，并随时将机械系统的实际位置反馈给控制系统，并与设定的位置进行比较，然后通过控制系统进行调整，从而使机械系统以一定的精度达到设定的位置状态。
1、机电一体化：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集合而构成的总称。
2、机电一体化技术的突出特点：它在机械产品中注入了过去所没有的新技术，把电子器件的信息处理和自控等功能“柔和”到机械装置中去，从而获得了过去单靠某一种技术而无法实现的功能和效果。
3机电一体化技术的重要实质：应用系统工程的观点和方法来分析和研究机电一体化产品的系统（以下系统称机电一体化产品），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的合理匹配和外部的整体效果最佳。
4工业三大要素：物质、能量、信息5机电一体化产品五种内部功能：主功能，动力功能、计划功能、控制功能、构造功能6机电一体化基本结构要素：机械本体、动力源、检测与传感装置、控制与信息处理装置、执行机构、接口7机电一体化产品分类：功能附加型、功能替代型、机电融合型8机电一体化共性关键技术：机械技术、计算机与信息处理技术、检测与传感技术、自动控制技术、伺服驱动技术，系统总体技术9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10机械系统的组成及各部分作用：传动机构，转速和转矩的变换器;导向机构，支撑和导向；执行机构，用以完成操作任务的11传动机构性能的要求：转动惯量小，刚度大，阻尼合适，摩擦小，间隙小滚珠丝杆副：12传动机构工作原理和特点：丝杠和螺母的螺纹滚道间置有滚珠，当丝杆或螺母转动时，滚珠沿螺纹滚道滚动，则丝杠与螺母之间相对运动产生滚动摩擦，为防止滚珠从滚道中滚出，在螺母的螺旋槽两端设有回程引导装置。
如反向器和特殊器，他们与螺纹滚道形成循环回路，使滚珠在螺母滚道内循环。
特点：传动效率高、运动具有可逆性、系统刚度好、传动精度高、使用寿命长、不能自锁、制造工艺复杂13轴向间隙：是承载时在滚珠与滚道型面接触点的弹性变形所引起的螺母位移量和螺母原有间隙的总和14、施加预紧力的方法：双螺母预紧的方法15、双螺母预紧的方法应注意：预紧力大小必须合适，应不超过最大轴向负载的三分之一；应特别注意减小丝杠安装部分的间隙，这些间隙预紧的方法是无法消除的，而它对传动精度有直接影响16、常用的双螺母消除轴向间隙的结构形式有三种：垫片调隙式、螺纹调隙式、齿差调隙17、主要尺寸：（由高到低）C D E F G H18、安装：1、支撑方式的选择（按其限制丝杠轴的轴向窜动情况分三种①一端固定、一端自由F—O②一端固定、一端游动F—S③两端固定F—F 2、制动装置：由于滚珠丝杠副的传动效率高，又无自锁能力，故需要安装制动装置的满足其传动要求，特别是其处于崔志传动时19、同步齿形带传动机构：利用齿形带的齿形和带轮的轮齿依次相啮合传递运动和动力，它兼有带传动、齿轮传动及链传动的优点导向机构设计：1、导轨的作用和分类：支撑和导向；滑动导轨和滚动导轨2、导轨的基本要求：承载能力大，刚性强‘寿命长、传动平稳可靠，具有结构自调整能力接口技术1、接口：一个机电一体化产品由机械分系统和微电子分系统（控制微机）两大部分组成，二者分别由若干要素构成。
