機(jī)電一體化 課程重點(diǎn).doc

機(jī)電一體化乃是在機(jī)械的主功能、動(dòng)力功能、信息功能和控制功能上引進(jìn)微電子技術(shù)，并將機(jī)械裝置與電子裝置用相關(guān)軟件有機(jī)結(jié)合而構(gòu)成系統(tǒng)的總稱。機(jī)電一體化系統(tǒng)由機(jī)械系統(tǒng)、信息處理系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、傳感檢測系統(tǒng)、執(zhí)行元件系統(tǒng)五個(gè)子系統(tǒng)組成。全閉環(huán)系統(tǒng)、半閉環(huán)系統(tǒng)。機(jī)電一體化的基本特征是給機(jī)械添加了“頭腦”。機(jī)電一體化系統(tǒng)必須具有一下三個(gè)“目的功能”：1、變換功能；2、傳遞功能；3、儲(chǔ)存功能。機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的考慮方法通常有：機(jī)電互補(bǔ)法、融合（結(jié)合）法和組合法。機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)類型大致有以下三種：1、開發(fā)性設(shè)計(jì)；2、適應(yīng)性設(shè)計(jì)；3、變異性設(shè)計(jì)。P13并行工程與串行工程的差異就在于在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)階段就要按并行、交互、協(xié)調(diào)的工作模式進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，就是說，在設(shè)計(jì)過程中對系統(tǒng)生命周期內(nèi)的各個(gè)階段的要求要盡可能地同時(shí)進(jìn)行交互式的協(xié)調(diào)。絲杠螺母機(jī)構(gòu)主要用來將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變換為直線運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)變換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。絲杠螺母機(jī)構(gòu)的基本傳動(dòng)形式有：1、螺母固定、絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)并移動(dòng)（獲得較高的傳動(dòng)精度）；2、絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)、螺母移動(dòng)（結(jié)構(gòu)緊湊、絲杠剛性較好，適用于行程較大的場合。常用?。?；3、螺母轉(zhuǎn)動(dòng)、絲杠移動(dòng)；4、絲杠固定、螺母轉(zhuǎn)動(dòng)并移動(dòng)。滾珠絲杠副的螺紋滾道有單圓弧形和雙圓弧形。滾道型面與滾珠接觸點(diǎn)的法線與絲杠軸向的垂線間的夾角稱接觸角，一般為45。P26滾珠的循環(huán)方式有內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)兩種。外循環(huán)從結(jié)構(gòu)上看有三種形式：1、螺旋槽式；2、插管式；3、端蓋式?；緦?dǎo)程Ph。滾珠絲杠副在有負(fù)載時(shí)，滾珠與滾道面接觸點(diǎn)處將產(chǎn)生彈性變形。換向時(shí)，其軸向間隙會(huì)引起空回。這種空回是非連續(xù)的，既影響傳動(dòng)精度，又影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。調(diào)整預(yù)緊的方法：1、雙螺母螺紋預(yù)緊調(diào)整式；2、雙螺母齒差預(yù)緊調(diào)整式；3、雙螺母墊片預(yù)緊調(diào)整式；4、彈簧式自動(dòng)調(diào)整預(yù)緊式；5、單螺母變位導(dǎo)程預(yù)緊式和單螺母滾珠過盈預(yù)緊式。常用軸承的組合方式：1、單推單推式；2、雙推雙推式；3、雙推簡支式；4、雙推自由式（軸向剛度和承載能力低）。當(dāng)選定執(zhí)行元件步距角、系統(tǒng)脈沖當(dāng)量和絲杠基本導(dǎo)程Ph之后，其減速比i應(yīng)滿足匹配關(guān)系為。各級(jí)傳動(dòng)比的最佳分配原則：1、重量最輕原則；2、輸出軸轉(zhuǎn)矩角誤差最小原則；3、等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量最小原則。諧波齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比：P41圓柱齒輪傳動(dòng)的齒側(cè)間隙的調(diào)整方法：1、偏心套（軸）調(diào)整法；2、軸向墊片調(diào)整法；3、雙片薄齒輪錯(cuò)齒調(diào)整法。間歇傳動(dòng)機(jī)構(gòu)：1、棘輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；2、槽輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；3、蝸形凸輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。機(jī)電一體化系統(tǒng)對導(dǎo)軌的基本要求是導(dǎo)向精度高、剛性好、運(yùn)動(dòng)輕便平穩(wěn)、耐磨性好、溫度變化影響小以及結(jié)構(gòu)工藝性好等。導(dǎo)向精度是指動(dòng)導(dǎo)軌按給定方向作直線運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確精度。導(dǎo)軌副的截面形狀：1、三角形導(dǎo)軌（磨損后能自動(dòng)補(bǔ)償）；2、矩形導(dǎo)軌；3、燕尾形導(dǎo)軌；4、圓形導(dǎo)軌。靜壓導(dǎo)軌副工作原理P65-P66。方向精度是指運(yùn)動(dòng)件轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，其軸線與承導(dǎo)件的軸線產(chǎn)生傾斜的程度。置中精度是指在任意截面上，運(yùn)動(dòng)件的中心與承導(dǎo)件的中心之間產(chǎn)生偏移的程度。嵌入式滾動(dòng)支承形式：圖a所示的結(jié)構(gòu)，接觸面積小，其摩擦阻力矩較另外兩種小，但所承受的載荷也較小，在耐磨性方面也不及后兩種結(jié)構(gòu)好。圖b所示結(jié)構(gòu)能承受較大載荷，但摩擦阻力矩較大。圖c所示結(jié)構(gòu)，在承受載荷和摩擦阻力矩方面，介于前兩者之間。P71執(zhí)行元件的種類：1、電動(dòng)式執(zhí)行元件；2、液動(dòng)式執(zhí)行元件；3、氣動(dòng)式執(zhí)行元件。特點(diǎn)：P91。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)一般為開環(huán)控制，直流和交流伺服電機(jī)可采用半閉環(huán)或全閉環(huán)控制方式。閉環(huán)控制方式可得到比開環(huán)控制方式更精密的伺服控制。電動(dòng)機(jī)的功率密度。電動(dòng)機(jī)的比功率。對于起停頻率低，但要求低速平穩(wěn)和扭矩脈動(dòng)小，高速運(yùn)行時(shí)振動(dòng)、噪聲小，在整個(gè)調(diào)速范圍內(nèi)均可穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)的機(jī)械；對起停頻率高，但不特別要求低速平穩(wěn)性產(chǎn)品。直流伺服電機(jī)與驅(qū)動(dòng)：P98。脈寬調(diào)制直流調(diào)速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)原理如圖3.4所示。P99。步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)械角位移的執(zhí)行元件。轉(zhuǎn)子角位移的大小及轉(zhuǎn)速分別與輸入的電脈沖數(shù)及其頻率成正比，并在時(shí)間上與輸入脈沖同步。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)：1、工作狀態(tài)不易受各種干擾因素的影響；2、步距角的誤差不會(huì)長期積累；3、控制性能好，不易“丟步”。步進(jìn)電機(jī)的工作原理。P105-P107步距角的大小與通電方式和轉(zhuǎn)子齒數(shù)有關(guān)，大小為：。m運(yùn)行拍數(shù)，通常等于相數(shù)或相數(shù)整數(shù)倍，即（N為電動(dòng)機(jī)的相數(shù)，單拍時(shí)K=1，雙拍時(shí)K=2）。實(shí)現(xiàn)環(huán)形分配的方法有三種：1、采用計(jì)算機(jī)軟件，利用查表或計(jì)算方法來進(jìn)行脈沖的環(huán)形分配，簡稱軟環(huán)分；2、采用小規(guī)模集成電路搭接而成的三相六拍環(huán)形脈沖分配器；3、采用專用環(huán)形分配器器件。將一個(gè)步距角細(xì)分成若干步的驅(qū)動(dòng)方法稱細(xì)分驅(qū)動(dòng)。要實(shí)現(xiàn)細(xì)分，需要將繞組中的矩形電流波改成階梯形電流波，即設(shè)法使繞組中的電流以若干個(gè)等幅等寬度階梯上升到額定值，并以同樣的階梯從額定值下降為零。使用微型計(jì)算機(jī)對步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制有串行和并行兩種方式。專用控制系統(tǒng)適合于大批量生產(chǎn)的機(jī)電一體化產(chǎn)品。對于多品種、中小批量生產(chǎn)的機(jī)電一體化產(chǎn)品來說，由于還在不斷改進(jìn)，結(jié)構(gòu)還不十分穩(wěn)定，特別是對現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行改造時(shí)，采用通用控制系統(tǒng)比較合理。微型計(jì)算機(jī)：字長微處理器的字長定義為并行數(shù)據(jù)總線的線數(shù)。字長直接影響數(shù)據(jù)的精度、尋址的能力、指令的數(shù)目和執(zhí)行操作的時(shí)間。速度速度的選擇與字長的選擇可一并考慮。按微處理機(jī)位數(shù)可將微型計(jì)算機(jī)分為位片、4位、8位、16位、32位和64位等機(jī)種。位數(shù)是指微處理機(jī)并行處理的數(shù)據(jù)位數(shù)，即可同時(shí)傳送數(shù)據(jù)的總線寬度。機(jī)器語言是設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)時(shí)所定義的、能夠直接解釋與執(zhí)行的指令體系，其指令用“0”、“1”符號(hào)所組成的代碼表示。當(dāng)CPU的引腳接到+5V時(shí)，8086/8088工作于最小模式。接地，8086/8088則工作于最大模式。最小工作模式是指單處理器系統(tǒng)。最大工作模式是相對于最小工作模式而言的。其特征是系統(tǒng)中可以包括兩個(gè)或多個(gè)微處理器。8086/8088引腳的功能定義。P137P1408086CPU最小工作模式系統(tǒng)的典型配置。P141圖4.7I/O尋址方法。P152光電隔離電路的作用：1、可將輸入與輸出端兩部分電路的地線分開，各自使用一套電源供電；2、可以進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換；3、提高驅(qū)動(dòng)能力。光電耦合隔離電路應(yīng)用。P169傳感器是將被檢測對象的各種物理變化量變?yōu)殡娦盘?hào)的一種變換器。按輸出信號(hào)的性質(zhì)可將傳感器分為開關(guān)型、模擬型和數(shù)字型。P180傳感器與微機(jī)的基本接口。表4.32模擬量轉(zhuǎn)換輸入方式。表4.33采樣是指將連續(xù)時(shí)間信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槊}沖或數(shù)字信號(hào)的過程。D/A轉(zhuǎn)換過程。P206直線插補(bǔ)與圓弧插補(bǔ)。P247典型負(fù)載是指慣性負(fù)載、外力負(fù)載、彈性負(fù)載、摩擦負(fù)載。等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩。P251公式（7.3）、公式（7.8）計(jì)算舉例。P251額定轉(zhuǎn)矩T（N.m或N.cm）應(yīng)大于所需要的最大轉(zhuǎn)矩。系統(tǒng)執(zhí)行元件的轉(zhuǎn)矩匹配：有源校正，通常不是靠理論計(jì)算而是用工程整定的方法來確定其參數(shù)的。方法如：P265調(diào)節(jié)器控制作用有三種基本形式，即比例作用、積分作用和微分作用。控制作用對系統(tǒng)產(chǎn)生的控制結(jié)果。P267由于減速器的主動(dòng)輪和從動(dòng)輪之間間隙的存在和傳動(dòng)方向的變化，齒輪傳動(dòng)的輸入轉(zhuǎn)角和輸出轉(zhuǎn)角之間呈滯環(huán)特性。傳動(dòng)間