机电一体化系统设计ppt

3 影响
姜培刚的工作对机电一体化领域产生了巨大的影响，并激发了无数人的创新思维。
机电一体化的概念
定义
机电一体化是一种综合利用机 械、电子、控制和信息技术的 设计方法，旨在实现多学科间 的高效协同。
优势
通过整合不同领域的知识和技 术，机电一体化能够提高系统 的工作效率和可靠性。
应用
机电一体化广泛应用于各个行 业，包括制造业、交通运输和 能源等。
机电一体化系统设计流程
1
需求分析
通过与客户沟通和调研，明确系统设计
方案设计
2
Байду номын сангаас
的具体需求和目标。
基于需求分析的结果，提出系统设计的
解决方案，并进行评估和优化。
3
硬件设计
选择和设计适合系统的机械和电子元件，
软件设计
4
确保系统具有良好的稳定性和可扩展性。
开发系统的控制和管理软件，保证系统 的高效运行和可靠性。
2 监控软件
开发监控系统的软件，用 于实时监测系统的运行状 态和性能。
3 用户界面
设计用户友好的界面，方 便用户与系统进行交互和 故障排除。
案例分析
案例一 案例二 案例三
制造业中的自动化生产线设计 交通运输领域中的智能交通系统设计 能源行业中的智能电网设计
结论和总结
结论
机电一体化系统设计是一种高效且创新的设计 方法，为现代社会的发展和进步提供了强有力 的支持。
总结
通过本课程的学习，希望您对机电一体化系统 设计有了更深入的了解，并能应用这些知识来 解决实际问题。
机电一体化系统设计课件 姜培刚
欢迎来到机电一体化系统设计课程！在本课程中，我们将深入探讨姜培刚的 机电一体化系统设计方法，为您带来一场精彩而实用的学习之旅。

如：数字量与模拟量、串行码与并行码、连续脉冲与序列脉冲等等
（2）放大：在两个信号强度相差悬殊的环节间,经接口放大, 达到能量的匹配
如：电液阀
（3）耦合： 变换和放大后的信号必须遵循一致的时序、信 号格式和逻辑规范。接口具有保证信息的逻辑控制功能,使 信息按规定模式进行传递。 （4）能量转换：其执行元件包含了执行器和驱动器
电子学
机
械 机电一
学
体化
• 两个显著特征： １）系统的科学性 ２）学科综合性和技术集成性
信息科学
第1章 引论
• 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： 加工制造业：数控机床、机器人 家用电器：洗衣机 航空航天设备：雷达、飞船 医疗仪器设备：CT、分析仪 汽车业： 其他：、电子排版印刷系统、CAD／CAM系统等。
第1章 引论
第1章 引论
1.1 概述 1.2 机电一体化系统的设计 1.3 机电一体化的发展趋势
第1章 引论
1.1
1.1.1 引言 机电一体化技术是20世纪60年代后在传统的机械技术
基础上，随着电子技术、计算机技术，特别是自动控制技术、 信息技术及系统工程技术等的迅速发展而发展起来的一门新 技术。
“机电一体化”一词的英文名词是“Mechatronics”, 它 是 取 Mechanics （ 机 械 学 ） 的 前 半 部 分 和 Electronics （ 电 子学）的后半部分拼合而成的。
第1章 引论
第1章 引论
机电一体化技术综合应用了机械技术、微电子技术、 信息处理技术、自动控制技术、检测技术、电力电子 技术、接口技术及系统总体技术等群体技术，从系统 的观点出发，根据系统功能目标和优化组织结构目标， 对各组成要素及其间的信息处理、接口耦合、运动传 递、物质运动、能量变换机理进行研究，使得整个系 统有机结合与综合集成，并在系统程序和微电子电路 的有序信息流控制下，形成物质和能量的有规则运动， 在高质量、高精度、高可靠性、低能耗意义上实现多 种技术功能复合的最佳功能价值的系统工程技术。

02
03
技术可行性
经济性
评估现有技术水平，分析技术难 点和解决方案，确保产品开发的 可行性。
ห้องสมุดไป่ตู้
分析产品成本、预期收益和投资 回报率，确保产品具有经济效益 。
产品方案设计
总体设计
确定产品功能、性能指标和外观要求，制定设计原则 和标准。
详细设计
根据总体设计要求，进行部件、组件和电路设计，确 保产品结构的合理性和可靠性。
智能制造
通过机器人、自动化设 备等实现智能制造，降
低人工成本。
医疗器械
在医疗设备中应用机电 一体化技术，提高设备
的准确性和可靠性。
交通工具
在汽车、飞机等交通工 具中应用机电一体化技 术，提高安全性和舒适
性。
机电一体化的发展趋势
人工智能与机器学习
将人工智能和机器学习技术引 入机电一体化领域，实现更高
机械系统设计
总结词
机械系统设计是机电一体化系统的重要组成部分，它涉及到机械装置、传动系统和支撑 结构的设计。
详细描述
机械系统设计需要根据系统的功能和性能要求，选择合适的机械装置和传动系统，并进 行详细的结构设计。同时，需要考虑机械系统的动态特性和热特性，以确保系统在运行
过程中的稳定性和可靠性。
控制系统设计
人机交互设计
优化产品操作界面、显示和指示，提高产品的易用性 和用户体验。
产品开发流程
初步设计
根据需求分析结果，进行初步的产品结 构设计、电路设计和控制系统设计。
样品试制与测试
制造样品并进行性能测试、功能测试 和可靠性测试，根据测试结果进行必
要的改进。
详细设计
完成产品的详细设计，包括部件、组 件和电路的详细设计，制定生产工艺 和装配流程。

空控制系统等。
计算机技术基础
计算机技术概述
介绍计算机技术的基本概念、发展历程 和应用领域。
计算机组成结构
介绍计算机的基本组成结构和工作原理 ，如CPU、内存、外存等。
计算机软件基础
介绍计算机软件的基本概念和应用领域 ，如操作系统、数据库、编程语言等。
计算机网络基础
介绍计算机网络的基本原理和应用领域 ，如互联网、局域网等。
建立行业标准与规范
政府应制定和完善机电一体化行业的 标准和规范，促进产业的健康发展。
培养专业人才
高校和企业应注重机电一体化人才的 培养，为行业发展提供人才支持。
加强国际合作与交流
企业应积极参与国际合作与交流，引 进国外先进技术和管理经验，提高自 身竞争力。
THANKS
数控技术是一种数字化控 制技术，通过计算机编程 实现对机床等设备的精确 控制。
应用领域
数控技术在机械制造、航 空航天、汽车制造等领域 广泛应用，提高了加工精 度和生产效率。
技术特点
数控技术具有高精度、高 效率、高柔性等特点，能 够满足复杂零件的加工需 求。
工业机器人及应用
工业机器人
工业机器人是一种自动化 设备，能够代替人工完成 危险、繁重、重复的工作 。
智能制造系统具有信息化、自动化、 智能化等特点，能够大幅提高生产效 率和产品质量。
应用领域
智能制造系统在机械制造、航空航天 、汽车制造等领域广泛应用，提高了 生产效率和产品质量。
05
机电一体化的未来发展
机电一体化技术的发展趋势
智能化
模块化与集成化
随着人工智能和机器学习技术的不断发展 ，机电一体化产品将更加智能化，能够自 主完成更复杂的操作和任务。
详细设计

工业控制网络
如Profibus、Modbus等，用于实现分布式控制和数据传输。
可编程控制器（PLC）
用于自动化生产线和工业控制系统的逻辑控制和顺序控制。
检测技术
传感器技术
利用各种物理效应和化学反应， 将物理量或化学量转换为电信号 ，用于监测和控制机电一体化系
统的运行状态。
信号处理技术
对传感器输出的电信号进行滤波、 放大、转换等处理，提取出有用的 信息。
数控机床的应用范围广泛，涉及汽车 、航空、模具、仪器仪表等领域，对 提高产品质量和生产效率具有重要作 用。
数控机床通常包括数控系统、伺服系 统、主轴系统、刀具系统等部分，各 业机器人
工业机器人是用于自动化生产线 的机电一体化产品，能够执行各 种重复性或危险性任务，提高生
电子电路设计
包括模拟电路、数字电路、集成电路等，为机电 一体化系统提供信号处理和能源供给。
嵌入式系统
将微处理器嵌入到机械系统中，实现智能化控制 和数据处理。
传感器与执行器
用于检测和驱动机电一体化系统的各种物理量， 如温度、压力、位移等。
控制技术
控制算法
如PID控制、模糊控制等，用于实现机电一体化系统的精确控制。
自动化生产线广泛应用于汽车、家电、食品等领域，能够大幅提高生产效 率、降低能耗和减少人力成本。
智能家居系统
1
智能家居系统是利用机电一体化技术将家居设备 进行智能化改造，实现家庭生活的智能化和舒适 化。
2
智能家居系统包括智能照明、智能安防、智能环 境控制等子系统，通过互联网和物联网技术实现 远程控制和智能化管理。
机电一体化技术使得定制化生产成为可能，满足了消费者对个性化 产品的需求。
在人工智能领域的应用前景

当然，不怎么变，机械本体只会变更加合理，决不会消失。
二、传感检测部分
1、概念
用于检测各部分的状态参数和环境参数的部分。 主要用各种传感器及相应的检测及放大电路实现。
2、功能
把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，变为可识别的信号，再传递给信息处理和控制 部分，经处理后产生响应的控制信息。
①机电一体化是一种以实践，即产品和过程为基础的技术 ②机电一体化以机械为基础 ③机电一体化以计算机控制为核心 ④机电一体化将工业产品和过程都作为一个完整的系统看待，
强调各种技术的协同和集成，不是将各个部件单独处理，把它 们混合或凑到一起 ⑤机电一体化贯穿于设计和制造的全过程中。
思考题
1. 什么是"机电一体化"？以打夯机为例， 内含机械与电气，问这是不是机电一体 化产品？
作为一个独立器件，传感器的发展正进入集成化、智能化 研究阶段。把传感器件与信号处理电路集成在一个芯片上，就 形成了信息型传感器；若再把微处理器集成到信息型传感器的 芯片上，就是所谓的智能型传感器。
2.1.1 传感器的定义
传感器： 传感器是一种以一定的精确度将 被测量(如位移、力、加速度等)转换为与之有确 定对应关系的、易于精确处理和测量的某 种物理量(如电量)的测量部件或装置。
2、执行机构应具有的性能
① 可靠性高。
执行机构直接和被控对象打交道，一般地说说所处的环 境比较恶劣。因此要求执行机构不能经常出故障。有的故障 是一般性的，有的则是致命的。如：
洗衣机不转。照相机快门不动作。 机床不换刀。 汽车煞车不动作。 火箭点火失灵。 导航失灵。
② 响应迅速（动态性能好）。
微电子技术的发展为机电一体化技术奠定了物质基础。

以自由滑动，刹车不起作用，因此刹车装置外罩9、刹车盘16、刹车
带15都将与脱水轴18一起高速编旋辑转版pp，pt 完成脱水功能。
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10 编辑版pppt
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②行星减速器结构如图10所示。减速器外罩8和减速器底盖10用 螺钉紧固在一起，再安装在法兰盘12上，法兰盘12和脱水轴2通过 锁紧块13固定在一起，因为法兰盘12和脱水桶相联接，所以减速器 外罩8、减速器底盖10、法兰盘12和脱水桶成一整体。减速器底盖 10有上、下两个止口，从而保证了减速器和脱水轴2安装时的同心度 对行星减速器来说，输入轴1是动力的传入轴，其花键端插人中心轮 l1的内孔中。行星轮4其有4个，与中心轮11以及内齿圈6相啮合。内 齿圈6通过其圆周槽卡在减速器底盖10上，与之联成一体。行星轮通 过销轴5安装在行星架7上，当行星轮绕中心轮公转时，将带动行星 架一起旋转。波轮轴9两端都加工成齿形花键，其下端与行星架7联 接，上端与波轮相联，从而使波轮以低速旋转洗涤衣物。
它的外圈与齿轮轴承座过盈配合成一体，齿轮轴承座嵌在支撑架19
中，支撑架用螺栓和离合器外罩14固定在一起。在单向滚针轴承8
的作用下，脱水轴l8只能向一个方向自由旋转。单向滚针轴承是滚
针轴承产品领域中一种科技含量较高的产品，其结构紧凑，径向截
面小。因为其外圈工作面是楔形．所以只允许一个方向的转动．可
以起到单向离合器的作用。洗衣机单向滚针离合器的工作原理如图
图2
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4
在内动簧片和外动簧片的a、b点安装 一个小弹簧，即图2中的开关小弹簧7。 c点为内动簧片的力驱动点，位于顶心 和塑料盘的轴心线上。
图3
动簧片结构
(2)工作原理 当水注入内桶时，气章很快被封闭。随着水位上 升，封闭在气室内的空气压力也不断提高，压力经软管12传到水位 开关气室11，水位开关气室ll内的空气压力向上推动橡胶膜10和塑 料盘9，推动动簧片8中的内动簧片向上移动，压力弹簧4被压缩。当 注水到了选定水位时，此时内动簧片移动到预定的力平衡位置，开

2
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图7-27 带锥度齿轮的消除间隙结构 1、2-齿轮 3-垫片
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2. 斜齿轮传动
图7-29是垫片错齿调整法，薄片齿轮由平 键和轴连接，互相不能相对回转。斜齿轮 1和2的齿形拼装在一起加工。装配时，将 垫片厚度增加或减少Δt，然后再用螺母拧 紧。这时两齿轮的螺旋线就产生了错位， 其左右两齿面分别与宽齿轮的齿面贴紧， 从而消除了间隙。
被测量（包括物理量、化学量和生物量等）转换
为与之成比例的电量；二是研究对转换的电信号
的加工处理，如放大、补偿、标度变换等。
6.
机电一体化系统要求传感检测装置能快速、
准确、可靠的获取信息
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3 信息处理技术
实现信息处理的主要工具是计算机，计算机技术包括计算机的软件技术、硬件 技术、网络与通讯技术和数据技术。机电一体化系统中主要采用工业控制机（包 括可编程控制器，单、多回路调节器，单片微控制器，总线式工业控制机，分布 式计算机测控系统）进行信息处理。信息处理的发展方向是提高信息处理的速度、 可靠性和智能化程度。人工智能技术、专家系统技术、神经网络技术等都属于计 算机信息处理技术的范畴。
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三、学科构成
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四、机电一体化系统设计方法
1. 取代法 取代法就是用电气控制取代原系统中
的机械控制机构。该方法是改造旧产品、 开发新产品或对原系统进行技术改造常 用的方法,也是改造传统机械产品的常用 方法。
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2. 整体设计法
整体设计法主要用于新产品的开发设计。在设 计时完全从系统的整体目标出发,考虑各子系统的 设计。

（1）传动机构
（2）支撑导向机构
活塞
气缸体
（3）执行机构
连杆
曲轴
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齿轮 齿轮
机电一体化机械系统应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。
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膜片联轴器是一种新型、高性能的金 属弹性元件挠性联轴器，靠膜片的弹 性变形来补偿所连两轴的相对位移， 其结构特点如下：
1、承载能力大，适用范围广，传 递扭矩范围可达30—8100000N.m；
2、使用寿命长，工作温度范围大 (最高可达+280℃)，可在腐蚀介质中工 作；
3、结构简单，易于加工制造，没 有磨损件，不需润滑，易于维修，震 动小、无噪声；
4、安装、拆卸方便，拆卸时主机 可不作轴向移动，具有很高的装配重 复性。
•双动式棘轮机构
钩头双动式棘轮机构
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确定原动机参数及各运动构件的运 动参数，确定主要零件上的载荷大 小、特性，依工作能力设计准则初 步完成零件基本尺寸的确定，作出 零部件装配草图及总装配图，完成
主要零件的校核计算。
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编制设计计算说明书、使用说明 书及其它技术文件。
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现代机械的定义为：由计算机信息网络协调与控制 的、用以完成包括机械力、运动和能量流等动力学任务 的机械和(或）机电部件一体化的机械系统。