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《机电一体化系统设计》教学大纲一、课程名称1、中文名称：机电一体化系统设计2、英文名称：Mechatronics System Design二、学时总学时：90学时，其中，理论学时：72学时，实践学时：18学时学分：4学分三、开课学期第7学期四、课程考核要求考查，平时成绩占总成绩的30％，实验成绩占总成绩的20％，考试成绩占总成绩的50％。
五、课程概述本课程是机械电子工程专业的专业必修课。
本课程从系统的观点出发，利用机械技术和电子技术，通过机电有机结合构造最佳的机电系统。
课程性质：机械电子工程专业必修课。
六、适用专业机械电子工程、机械制造及其自动化等。
先行、后续课程情况：先行课：机械原理，机械设计，电工学，数字电子技术，模拟电子技术，控制工程基础，微机原理，电气控制技术，数控技术；后续课：无。
七、课程的目的与任务1、课程目的本课程是机械电子工程专业的专业必修课，通过本课程的学习，使学生建立机电产品的一体化设计思想，把电子技术、传感器技术，自动控制技术、计算机技术和机械技术有机地结合起来，了解各项技术之间的接口关系，能运用所学知识对机电一体化产品进行分析或设计，使学生具备解决生产过程中机电设备的运行、管理、维护和改造等实际问题的初步能力。
培养学生综合运用所学基础理论和专业知识进行创新设计的能力。
2、课程的基本要求1）学习机电一体化基本概念，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，初步建立机电产品的系统化设计思想。
2）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。
3）熟悉机电一体化产品的设计方法和工程路线，能够针对具体的机电一体化产品确定产品开发技术路线。
4）掌握机电一体化系统中机械、传感检测、动力、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。
5）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、课程教学内容第1章概述（6学时）1．基本要求：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。
机电有机结合之一---机电一体化系统稳态设计考虑方法一、负载分析机电伺服务系统的被控对象作机械运动时，该被控对象就是系统的负载，它与系统执行元件的机械传动联系有多种形式。
负载的运动形式有直线运动、回转运动、间歇运动等，具体的负载往往比较复杂，为便于分析，常将它分解为几种典型负载，结合系统的运动规律再将它们组合起来，使定量设计计算得以顺利进行。
1.典型负载：包括惯性负载、外力负载、弹性负载、摩擦负载（滑动摩擦负载、粘性摩擦负载、滚动摩擦负载）等。
具体系统的负载可能是以上一种或几种典型负载的组合。
2.负载的等效换算在第二章/第三节齿轮传动比分配的“等效转动惯量最小原则”中曾提高过等效转动惯量的计算方法，本节将更详细地讨论。
为使执行元件的额定转矩（或力、功率）、加减速控制等，与被控对象的固有参数（如质量、转动惯量等）相互匹配，需要将被控对象相关部件的固有参数及其所受的负载（力或转矩等）等效换算到执行元件的输出轴上，即计算其输出轴承受的等效转动惯量和等效负载转矩（回转运动）或计算等效质量和等效力（直线运动）。
F面以图示的机床工作台伺服进给系统为例加以说明。
所示系统由一个移动部件和n个转动部件组成。
M、v和F分别为移动部件的质量（kg）、运动速度（m⑸和所受的负载力（N）；Jj、nj（j）和Tj分别为转动部件的转动惯量（kgm2）、转速（r/min或rad/s）和所受负载转矩（N m）。
（1）求等效转动惯量Jeq,根据能量守恒定律有:丄/ 加二丄十驹r r丄亠J J』七£尸】所叭等效转动惯量为:J2 “ — l 歿丿 用工程上常用单佞时，可拓上式改写为血丿J A 血丿 r=—4兀~ 移动部分为丝杠螺母传动时：跟丝杠连接的齿轮是第 n 个齿轮:(2)求等效负载转矩Teq 上述系统在时间t 内克服负载所作功的总和等于执行元件所做功，即:⑴心凤—土巧呼 户!所以*等效贡菽轻矩为：f 廿、寸 丄;*工r；7S 1用工程上常用单位时，可特上式改写为 —F — 2彳”：F tLyr/|^ ■ B 1速比之间的关系参见前面等效转动惯量部分。
机械设计第五章1. 引言机械设计是现代工程领域中非常重要的一门学科。
它主要研究物体在外力作用下的形态和结构变化规律，以及如何选择和设计合适的构件以达到设计目标。
在机械设计的过程中，第五章是一个重要的环节。
本文将重点讨论机械设计第五章的内容，包括材料的选择、连接装置的设计、摩擦和润滑等方面。
2. 材料的选择在机械设计中，材料的选择是一个至关重要的环节。
合适的材料可以提供所需的强度、刚度、耐磨性等特性，从而保证机械系统的正常运行。
在第五章中，我们需要了解不同材料的性质和特点，以便选择合适的材料。
常见的机械材料包括钢、铝合金、塑料等。
钢具有较高的强度和刚度，适用于承受大力和重载的场合。
铝合金则具有较低的密度和良好的加工性能，适用于减少结构重量的要求。
塑料则具有良好的耐腐蚀性和绝缘性，适用于一些特殊环境下的使用。
在选择材料时，需要考虑机械系统的工作环境、受力情况和预算等因素。
通过综合考虑各种因素，选择合适的材料可以提高机械系统的性能和使用寿命。
3. 连接装置的设计连接装置在机械设计中起着关键作用。
它是将不同构件连接在一起，使机械系统能够正常工作的重要组成部分。
在第五章中，我们需要了解不同类型的连接装置以及它们的特点和应用。
常见的连接装置包括螺栓连接、焊接、铆接等。
螺栓连接适用于需要拆卸和调整的场合，它有着可靠的连接性能和方便的操作性。
焊接是通过熔化材料使构件相互连接的方法，它可以提供较高的强度和刚度，适用于需要承受大力的场合。
铆接则是通过将铆钉锤击到构件上使其连接的方法，它可以提供较高的连接强度和疲劳寿命，适用于需要承受振动和冲击的场合。
在设计连接装置时，需要考虑连接性能、安全性和方便性等因素。
合理选择连接装置可以提高机械系统的可靠性和使用寿命。
4. 摩擦和润滑摩擦和润滑是机械设计中一个重要的考虑因素。
摩擦会导致能量损耗和磨损，而润滑可以减小摩擦和磨损，从而提高机械系统的效率和使用寿命。
在第五章中，我们需要了解不同材料之间的摩擦特性和如何选择合适的润滑材料。
第一章：1 试说明机电一体化的涵义。
2 什么是工业三大要素？3 机电一体化系统的主要组成、作用是什么？4 机电一体化系统的构成要素是什么？它们各有什么作用？其主体和核心技术是什么？5 传统机电产品与机电一体化产品的主要区别是什么？6 机电一体化各要素及其与外界是通过什么连接的？有什么重要性？7 为什么说精密机械技术是机电一体化的基础？8 发展机电一体化的共性关键技术有那些？它们的作用如何？9 试举出几个机电一体化的家电产品。
10 试论述机电一体化的发展趋势。
第二章：1 简述机电一体化系统设计流程。
2 简述开发性设计、适应性设计、变型设计的异同？3 何谓概念设计？简述概念设计的具体设计步骤。
4 简述功能—行为—结构三者的关系。
5如何进行设计任务的抽象化，其作用是什么？6总功能为什么要分解，应如何进行分解？7什么是功能结构，三种基本结构形式是什么？7 何谓功能元，常用的基本功能元有哪些？8 举例说明什么是物理效应和功能载体？9 什么是艺术造型三要素？10 人机接口和机电接口各有哪些分类？并举例说明。
11 为什么要进行系统的评价？简述其步骤。
12 为什么要进行系统的决策？简述其步骤。
13 如何确定系统的评价指标体系？14 常用的系统评价方法是什么？15 系统调试的一般规律是什么？16 简述各种现代设计方法的内涵。
17 如何进行机电一体化系统的可靠性设计？18 传统产品设计与绿色产品设计有何区别与联系？第三章：1 试对数控机床的主轴功能进行分解，列出其形态学矩阵。
2 试以一种你熟悉的机电一体化产品为例，对其总功能进行分解。
第四章：1机电一体化的机械系统主要内容有哪些？2对机械传动机构的性能要求是什么？3常用无侧隙齿轮传动机构有哪几种？4滚珠丝杠副有哪些特点？5滚珠丝杠副常用的支承方式有哪几种？各有什么特点？6滚珠丝杠副为何要预紧？预紧力常为多少？7常用的直线运动导轨有哪些？8对机座机架的基本要求是什么？9简述花岗岩的特点及应用？10 当工作台重量为400kg，夹具和工件重量为400kg，最大工作行程为1000mm，其它条件和4.5.2节相同时，试选择设计滚珠丝杠副。
