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1、 机电一体化技术基础 lv3 1 / 13 机电一体化技术基础及应用 Char1 总论 一、 机电一体化 1.概念 P1 从系统工程观点出发，应用机械、电子、信息等有关技术对他们进行有机的组织 与综合， 实现了整体最佳化。 机电一体化不是机械与电子简单的叠加， 而是在信息论、 控制论和系统论的基础上建立起来的应用技术。 （或者是： （课件）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） 2.五大功能 P2： 3. 特 点 ： 一 体 化 、 柔性化、智能化 4.相关技术 P3： 机电一体 化包括硬件和软件两方面技 术
2、，是由机械本体、传感技术、信息处理技术、驱动技术、接口技术和软件技术。 在机械本体方面要从减轻重量，提高刚度，实现通用化、标准化和系列化和提高系 统整体的可靠性四个方面来考虑。 Char2 机械系统 一、 转动惯量和负载力矩到电动机轴的转化（转化的原则是转化前后系统瞬时动 能保持不变） 二、螺旋传动如何消除间隙和调整预紧：垫片式、螺纹式和齿差式三种。 三、齿轮传动装置的优点：1.进给电动机轴与进给丝杠不必在同一条直线上，即电 动机的安装方式有多种。2.电动机轴上外部转动惯量J?按比值1 i? 减少，要求电动 机电一体化技术基础 lv3 2 / 13 机轴上的转矩减少1 i? ，这表明可使用较小
3、的电动机。3 在要求快速横向进给速度 时，为使转速一体化，除了进给丝杠导程 h 外，齿轮速比 i 也是个重要参数。4.对 于转动惯量和驱动装置有关的动态特性一体化，可选用适当的齿轮速比使之最优化。 缺点 1.增加了制造成本。2.会把附加的非线性引入位置控制环。3.齿轮转动惯量影 响驱动装置的总转动惯量。4.齿轮的磨损可能引起反转误差的逐渐扩大，因此需及 时重新调整。 四、齿轮传动的技术条件： 当应用齿轮或同步带轮来作为进给装置时，需要满足以下技术要求：1.大齿轮折 算到电动机轴上的转动惯量要小。2.刚度大。3.无间隙。4.噪声低。 五、齿轮传动间隙的消除措施： 1.圆柱齿轮传动 （1）偏心轴套
4、调整法； （2）轴向垫片调整法； （3）双片薄 齿轮错齿调整法 2.斜齿轮传动 （1）垫片调整法； （2）轴向压簧调整法 3.锥齿轮传动 （1）轴向压簧调整法； （2）周向弹簧调整法； 4.齿轮齿条传动 负载较小时也可采用双片薄齿轮错齿调整法 六、微动装置 1.基本性能要求： （1）应有足够的灵敏度； （2）传动灵活、平稳、无空回产生； （3）工作可靠、对调整好的位置在一定时期内应保持稳定； （4）若是在仪器的读 数系统中，要求微动手轮的转动角度与直线微动的位移量成正比； （5）要求良好的 工艺性。 2.机械式微动装置传动类型：螺旋传动、齿轮传动、摩擦传动、杠杆传动以及 几种传动方案的综合。具
5、体有： （1）螺旋微动装置， （2）差动螺旋微动装置， （3） 螺旋-斜面微动装置， （4）螺旋杠杆微动装置， （5）齿轮杠件微动装置， （6） 摩擦微动装置 3.电气机械式微动装置： （ 压电式 Char3 几种触发器的时序图以及特性表 机电一体化技术基础 3 / 13 ： （1） 弹性变形式， （2） 热变形式 （3） 3 机电一体化中集成电路的应用 几种触发器的时序图以及特性表 lv3 ） 磁致伸缩式， （4） 机电一体化中集成电路的应用 机电一体化技术基础 lv3 4 / 13 Char4 微机与接口技术 一、 微处理器系统的接口可分为四种基本类型：内务操作接口、用户通讯接口、 传感器
6、接口以及控制接口 二、接口电路的抗干扰 1.干扰信号的分类 2.抗干 扰措施 传导型 辐 射 型 供电干扰 强电干扰 接地干扰 1 增加电子交流稳压器 2.增加低通滤波器 3.加入隔离变压器 4 选用供电比较稳定的进线电源 5. 在可靠性要求很高的地方，可采用不停电电源 供 电 系 统 的抗干扰 接口电路的抗干 扰 1 变送接口的隔离 2.强电干扰吸收电路 3.驱动接口的隔离 接地系统的抗干扰 措施（切断接地环路 1 单点接地 2.并连接地 3.光电隔离 辐射干扰的抗干扰 措施屏蔽和接地 1 消除静电干扰最基本的方法是把感应体接地， 接地时要防止形成接地环路 2.为防止电磁干扰，可采用带屏蔽层
7、的信号线， 并将屏蔽层单端接地 3.不要把导线的屏蔽层当作信号线或共用线来用 软件抗干扰 措施 根据一定原则来识别有用信号和干扰信 号，并把干扰信号滤除，称为软件滤波 机电一体化技术基础 lv3 5 / 13 Char5 传感器技术及机械量检测 一、 传感器的定义 传感器就是用来对所测的量产生响应并提供可用的电信号的器件，即把输入信号变 成不同形式输出信号的装置，如麦克风，光电管。 二、传感器的分类： （1）按能量变换的功能分为两大类：物理传感器（包括温度传感器、压力传 感器、光电传感器、磁传感器、压电传感器、光纤传感器、流量传感器、声表面波 传感器、半导体致冷器）和化学传感器（包括气体传感器
8、、湿度传感器、离子传感 器） ；（2） 根据传感器的工作原理不同可分为物性型传感器和结构型传感器两种；（3） 按输出信号分类又分为非电量型和电量型。 三、位置检测传感器 分为接触式和非接触式两种，接触式有限位开关和接触开关。非接触式有高频 振荡式接近开关、静电电容接近开关和光电传感器 四、莫尔条纹： 当指示光栅的线纹与标尺光栅的线纹保持一定间隙、重迭在一起，并在其自身 平面内转一很小角度时，两块光栅之间的线纹就会相交，这些交点组成了一条条平 行的黑色条纹，该条纹即为莫尔条纹。莫尔条纹沿着几乎与光栅线纹垂直的方向排 列，即是与两片光栅线纹夹角的平分线相垂直的方向。 莫尔条纹的作用：1.放大作用；
9、2.其平均误差的作用；3.“莫尔条纹”的移动与 栅距间的移动成比例。 五、转矩式传感器 P127 机电一体化技术基础 lv3 6 / 13 六、应变片传感器 P126 Char6 伺服系统 伺服系统是指以机械量，诸如唯一、速度、加速度、力和力矩等作为被控量的 一种类型的自动控制系统，又称伺服机构。 二、伺服系统分类：常按控制原理、被控量的性质、驱动方式和执行元件等类型分 类。按其控制原理分为开环、全闭环和半闭环控制三种形式，按其被控量的性质可 机电一体化技术基础 lv3 7 / 13 分为速度、位置、同步、扭矩控制等形式，按其驱动方式可分为电气伺服、空压伺 服、 油压伺服等形式， 按其执行元件
10、可分为步进伺服、 直流伺服、 交流伺服等形式。 三、步进电动机的工作原理：步进电动机是一种将电脉冲信号变为相应的直流位移 或角位移的数字/模拟变换器。 ，每当电机绕组接收一个脉冲时，转子就转过一个相 应的角度（称为步距） ，低频运行时，明显可见电机转轴是一步一步地转动的，因 此称为步进电机。 四、步进电动机的主要特性： （1）步距角，每输入一个电脉冲信号，转子所转过 的角度称为步距角，=? ?;P电机相数； Z步进电机转子的齿数；K通电方式，等于导电拍数 m 和相数 P 的比值。如三相 三拍时 K=1，三相六拍时 K=2； 五、根据加工精度要求确定脉冲当量来选择步距角 脉冲当量直接影响加工精度
11、、表面粗糙度及进给速度。一般对精度要求较高数控 机床如线切割机床、坐标镗床，脉冲当量可取 0.0010.0025mm/hz,以保证 0.010.005 的加工精度。加工精度在 0.010.02mm 范围的数控铣床、钻床、车床的 脉冲当量可取 0.0050.01mm/hz。对于那些简易数控冲床等不太精密的机床或设 备，脉冲当量可取 0.10.15mm/hz. 脉冲当量确定后，步距角可以按照式=? ? ；其中步距角。P丝杠螺距 （mm） ；i传动比（输出/输入） ；脉冲当量（mm/p） 。掌握例 61 的第一问。 六、最佳传动比：用于伺服系统的齿轮系是一种力矩变换器，其输入是电机的高速 低扭矩，输
12、出为低速高扭矩，并借此加速负载。因此，不但要求齿轮系在传递扭矩 时有足够的强度， 还要求其转动惯量尽可能小， 以便在获得同一加速度时扭矩要小。 由于负载特性和工作条件不同， 可有不同的最佳传动比的选择方法， 在伺服系统中， 常用按电动机驱动负载加速度最大的传动比选择方法。 机电一体化技术基础 lv3 8 / 13 Char7 机电一体化的软件技术 软件按其功能分为系统软件、支撑软件和应用软件。 第二部分大题 一、搅拌机叶片折断报警电路原理 机电一体化技术基础 lv3 9 / 13 二、电机正反转编码表 机电一体化技术基础 lv3 10 / 13 三、转动惯量和质量的折算 机电一体化技术基础 lv3 11 / 13 机电一体化技术基础 lv3 12 / 13 四、自动恒温电烙铁 五、温度传感器特性曲线 机电一体化技术基础 lv3 13 / 13 温度传感器：三种热敏电阻的分析，急剧升高、剧烈降低的用途（可用作 温度开关） 、居里点指交点。 P146 有最佳传动比的公式，没能拍到照片，大家自己看公式。 为方便大家复习，资料中加入了一部分老师划重点时没提到，但是上课 的时候说是重点的知识点。另外，还希望大家能看看平时的作业题。整理较 匆 忙 ， 水 平 有 限 ， 资 料 中 有 缺 点 错 误 的 话 恳 请 指 正 。 邮 箱