機(jī)電一體化 第一章

1、張建民張建民 編著編著北京理工大學(xué)出版社北京理工大學(xué)出版社講授：張麗秀講授：張麗秀交通與機(jī)械工程學(xué)院交通與機(jī)械工程學(xué)院EmailEmail：QQQQ：851617088851617088要求要求1、遵守課堂紀(jì)律2、提問(wèn)3、遲到，早退4、黑板清潔l參考理論學(xué)時(shí)：參考理論學(xué)時(shí)：26+6（實(shí)驗(yàn)）（實(shí)驗(yàn)）l參考學(xué)分：參考學(xué)分：2.5l先修課程：先修課程：機(jī)械設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)計(jì)、單片微機(jī)原理單片微機(jī)原理、機(jī)械原理機(jī)械原理、金屬切削機(jī)床金屬切削機(jī)床、電工技電工技術(shù)術(shù)、電子技術(shù)電子技術(shù)及及可編程控制器可編程控制器等等l選用教材：選用教材：機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)張建民張建民 編著，北編著，北京理工大學(xué)

2、出版社。京理工大學(xué)出版社。l主要參考書(shū)：主要參考書(shū)：機(jī)電一體化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)電一體化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)趙松年主編，機(jī)械工業(yè)趙松年主編，機(jī)械工業(yè)出版社出版社機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)中央廣播電視大學(xué)出版中央廣播電視大學(xué)出版社，李建勇主編社，李建勇主編機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)中央廣播電視大學(xué)出版中央廣播電視大學(xué)出版社，張立勛主編社，張立勛主編 1.1.考查考查( (機(jī)設(shè)）機(jī)設(shè)）: : 期末考試（期末考試（50%50%）平時(shí)出勤（平時(shí)出勤（15%15%）作業(yè)（作業(yè)（15%15%）實(shí)驗(yàn)成績(jī)（實(shí)驗(yàn)成績(jī)（20%20%）2. 2. 考試（機(jī)制考試（機(jī)制+ +機(jī)電）機(jī)電）考試改

3、革考試改革期中考試（期中考試（20%20%）實(shí)驗(yàn)成績(jī)（實(shí)驗(yàn)成績(jī)（20%20%）期末考試（期末考試（50%50%）作業(yè)（作業(yè)（10%10%）章章內(nèi)內(nèi) 容容學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)1 1總論總論2 22 2機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械系統(tǒng)機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械系統(tǒng)部件選擇與設(shè)計(jì)部件選擇與設(shè)計(jì)6 63 3機(jī)電一體化系統(tǒng)執(zhí)行元件的機(jī)電一體化系統(tǒng)執(zhí)行元件的選擇與設(shè)計(jì)選擇與設(shè)計(jì)4 44 4機(jī)電一體化系統(tǒng)的微機(jī)控制機(jī)電一體化系統(tǒng)的微機(jī)控制系統(tǒng)選擇及接口設(shè)計(jì)系統(tǒng)選擇及接口設(shè)計(jì)12125 5機(jī)動(dòng)機(jī)動(dòng)2 2 總總 計(jì)計(jì)2626（1）掌握組成機(jī)電一體化系統(tǒng)或產(chǎn)品機(jī)械系統(tǒng)機(jī)械系統(tǒng)元件和部件的基本工作原理、特點(diǎn)、選用原則與方法；（2）常用機(jī)電執(zhí)

4、行元件和傳感元件機(jī)電執(zhí)行元件和傳感元件的基本工作原理、特點(diǎn)、選用原則與方法；（3）微電子控制系統(tǒng)和微機(jī)控制系統(tǒng)微機(jī)控制系統(tǒng)等的基本工作原理、特點(diǎn)、選用原則與方法；（4）機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)實(shí)例分析，從機(jī)電有機(jī)結(jié)合的角度出發(fā)，初步掌握機(jī)電一體化系統(tǒng)或產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)方法。第第1.11.1節(jié)節(jié) 概述概述1 1 機(jī)電一體化的定義機(jī)電一體化的定義機(jī)械學(xué)（機(jī)械學(xué)（MechanicsMechanics）+ + 電子學(xué)電子學(xué)（ElectronicsElectronics） = = 機(jī)電一體化機(jī)電一體化 或或 機(jī)械電子機(jī)械電子工程（工程（MechatronicsMechatronics）定義：定義：在機(jī)械的主功能、

5、動(dòng)力功能、信息功能、控制功能基礎(chǔ)在機(jī)械的主功能、動(dòng)力功能、信息功能、控制功能基礎(chǔ)上引入微電子技術(shù)，并將機(jī)械裝置與電子裝置用相關(guān)軟件有機(jī)上引入微電子技術(shù)，并將機(jī)械裝置與電子裝置用相關(guān)軟件有機(jī)地結(jié)合所構(gòu)成系統(tǒng)的總稱。地結(jié)合所構(gòu)成系統(tǒng)的總稱。( (日本機(jī)械振興協(xié)會(huì)，日本機(jī)械振興協(xié)會(huì)，19811981）l機(jī)電一體化技術(shù)使機(jī)械傳動(dòng)部分減少，因而使機(jī)機(jī)電一體化技術(shù)使機(jī)械傳動(dòng)部分減少，因而使機(jī)械磨損，配合間隙及受力變形等所引起的誤差大械磨損，配合間隙及受力變形等所引起的誤差大大減少；大減少；l同時(shí)由于采用電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)，控制，補(bǔ)同時(shí)由于采用電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)，控制，補(bǔ)償和校正因各種干擾因素造成的誤差

6、，從而提高償和校正因各種干擾因素造成的誤差，從而提高精度。精度。2.2.為什么采用機(jī)電一體化技術(shù)可以提高系統(tǒng)的精度為什么采用機(jī)電一體化技術(shù)可以提高系統(tǒng)的精度？機(jī)電一體化的三大效果：省能、省資源、智能化機(jī)電一體化的三大效果：省能、省資源、智能化變換功能（加工處理）；變換功能（加工處理）；傳遞功能（移動(dòng)、輸送）；傳遞功能（移動(dòng)、輸送）；儲(chǔ)存功能（保持、積蓄、記錄）儲(chǔ)存功能（保持、積蓄、記錄）（ 變 換 、 傳 遞 、 儲(chǔ) 存 ）主 功 能計(jì) 測(cè) 功 能動(dòng) 力 功 能控 制 功 能信 息能 源物 質(zhì)新 輸 出干 擾廢 棄 物 輸 出動(dòng) 力 輸 入（ 能 源 ）（ 信 息 ）輸 入控 制輸 出控 制人

7、 或 其 他 系 統(tǒng)構(gòu)造功能（ 加 工 機(jī) 構(gòu) ）位 置 檢 測(cè)切 削 加 工機(jī)械結(jié)構(gòu)能外 部 電 源（ 能 源 ）電 源毛坯物質(zhì)原 輸 入熱 、 振 動(dòng)操 作人 員輸 入控 制（ 信 息 ）控 制 器 CNC新 輸 出工件物質(zhì)熱 、 振 動(dòng) 、 切 屑監(jiān) 視CNC程 序圖 紙 信 息 等原 輸 入物 質(zhì)能 源信 息實(shí)例：實(shí)例：CNCCNC機(jī)床內(nèi)部功能構(gòu)成機(jī)床內(nèi)部功能構(gòu)成l機(jī)械本體：用于機(jī)械本體：用于支撐支撐和和連接連接其它要素，并把這些要素合理地其它要素，并把這些要素合理地結(jié)合起來(lái)，形成有機(jī)的整體。必要的組成部分，沒(méi)有它，系結(jié)合起來(lái)，形成有機(jī)的整體。必要的組成部分，沒(méi)有它，系統(tǒng)的各部件就支離

8、破碎。統(tǒng)的各部件就支離破碎。l動(dòng)力系統(tǒng)。為機(jī)電一體化產(chǎn)品提供能量和動(dòng)力功能，去驅(qū)動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)。為機(jī)電一體化產(chǎn)品提供能量和動(dòng)力功能，去驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作以完成預(yù)定的主功能，包括電、液、氣等多種執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作以完成預(yù)定的主功能，包括電、液、氣等多種動(dòng)力源。動(dòng)力源。l傳感與檢測(cè)系統(tǒng)。將機(jī)電一體化產(chǎn)品在運(yùn)行過(guò)程中所需要的傳感與檢測(cè)系統(tǒng)。將機(jī)電一體化產(chǎn)品在運(yùn)行過(guò)程中所需要的自身和外界環(huán)境的各種參數(shù)及狀態(tài)轉(zhuǎn)換成可以測(cè)定的物理量，自身和外界環(huán)境的各種參數(shù)及狀態(tài)轉(zhuǎn)換成可以測(cè)定的物理量，同時(shí)利用檢測(cè)系統(tǒng)的功能對(duì)這些物理量進(jìn)行測(cè)定，為機(jī)電一同時(shí)利用檢測(cè)系統(tǒng)的功能對(duì)這些物理量進(jìn)行測(cè)定，為機(jī)電一體化產(chǎn)品提供運(yùn)行控制所需的各

9、種信息。體化產(chǎn)品提供運(yùn)行控制所需的各種信息。l信息處理及控制系統(tǒng)。根據(jù)機(jī)電一體化產(chǎn)品的信息處理及控制系統(tǒng)。根據(jù)機(jī)電一體化產(chǎn)品的功能和性能要求，信息處理及控制系統(tǒng)接收傳功能和性能要求，信息處理及控制系統(tǒng)接收傳感器與檢測(cè)系統(tǒng)的反饋信息，并對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)感器與檢測(cè)系統(tǒng)的反饋信息，并對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的處理，運(yùn)算和決策，以對(duì)產(chǎn)品的運(yùn)行實(shí)施按的處理，運(yùn)算和決策，以對(duì)產(chǎn)品的運(yùn)行實(shí)施按要求的控制。要求的控制。控制單元已經(jīng)實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化控制單元已經(jīng)實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化l執(zhí)行部件。在控制信息的作用下完成要求的動(dòng)執(zhí)行部件。在控制信息的作用下完成要求的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的主功能。執(zhí)行部件一般是運(yùn)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的主功能。執(zhí)行部件一般是運(yùn)動(dòng)部件

10、，常采用機(jī)械、電液、氣動(dòng)等機(jī)構(gòu)。執(zhí)行部件，常采用機(jī)械、電液、氣動(dòng)等機(jī)構(gòu)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品目的功能的直接執(zhí)行者，其性機(jī)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品目的功能的直接執(zhí)行者，其性能的好壞決定著整個(gè)產(chǎn)品的性能。能的好壞決定著整個(gè)產(chǎn)品的性能。接口技術(shù)的作用：接口技術(shù)的作用： 實(shí)現(xiàn)機(jī)械、電子、信息等各種技術(shù)在機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)械、電子、信息等各種技術(shù)在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的物質(zhì)、能源、信息的傳電一體化系統(tǒng)中的物質(zhì)、能源、信息的傳遞與轉(zhuǎn)換，達(dá)到系統(tǒng)所需目的。遞與轉(zhuǎn)換，達(dá)到系統(tǒng)所需目的。接口技術(shù)的功能：接口技術(shù)的功能： 系統(tǒng)輸入系統(tǒng)輸入/ /輸出接口信息的匹配。輸出接口信息的匹配。 系統(tǒng)信息的轉(zhuǎn)換、調(diào)整，能源信息匹配。系統(tǒng)信息的轉(zhuǎn)換、調(diào)整

11、，能源信息匹配。7 7、 接口技術(shù)接口技術(shù) 按變換調(diào)整功能分類：按變換調(diào)整功能分類：零接口（導(dǎo)線）：不進(jìn)行任何變換和調(diào)整零接口（導(dǎo)線）：不進(jìn)行任何變換和調(diào)整無(wú)源接口（齒輪減速器）：只用無(wú)源要素進(jìn)行變換、調(diào)整無(wú)源接口（齒輪減速器）：只用無(wú)源要素進(jìn)行變換、調(diào)整有源接口有源接口: :（電磁離合器、放大器、（電磁離合器、放大器、A/DA/D等）含有有源要素、等）含有有源要素、主動(dòng)進(jìn)行匹配的接口智能接口主動(dòng)進(jìn)行匹配的接口智能接口: : 按輸入輸出功能分類：機(jī)械接口、物理接口、信息接口、按輸入輸出功能分類：機(jī)械接口、物理接口、信息接口、環(huán)境接口（對(duì)周圍環(huán)境有保護(hù)作用）。環(huán)境接口（對(duì)周圍環(huán)境有保護(hù)作用）。

12、實(shí)際上實(shí)際上，機(jī)電一體化技術(shù)研究的核心問(wèn)題就是接口技術(shù)機(jī)電一體化技術(shù)研究的核心問(wèn)題就是接口技術(shù)問(wèn)題問(wèn)題。1.5.3 1.5.3 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般原則機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般原則原則：原則：從規(guī)范性、通用性、耐環(huán)境性、可靠性、經(jīng)從規(guī)范性、通用性、耐環(huán)境性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性等多方面綜合分析，結(jié)合現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法和手濟(jì)性等多方面綜合分析，結(jié)合現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法和手段，達(dá)到機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的三大目的省能源、段，達(dá)到機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的三大目的省能源、省資源、智能化，提高機(jī)電產(chǎn)品的附加值和自動(dòng)省資源、智能化，提高機(jī)電產(chǎn)品的附加值和自動(dòng)化程度?；潭?。常用的設(shè)計(jì)方法：常用的設(shè)計(jì)方法：機(jī)電互補(bǔ)法機(jī)電互補(bǔ)法 機(jī)

13、電結(jié)合（融合）法機(jī)電結(jié)合（融合）法 機(jī)電組合法機(jī)電組合法常見(jiàn)的設(shè)計(jì)類型：常見(jiàn)的設(shè)計(jì)類型：開(kāi)發(fā)性設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)性設(shè)計(jì) 適應(yīng)性設(shè)計(jì)適應(yīng)性設(shè)計(jì) 變異性設(shè)計(jì)變異性設(shè)計(jì) 本章節(jié)應(yīng)重點(diǎn)掌握機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的本章節(jié)應(yīng)重點(diǎn)掌握機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的內(nèi)涵、作用、目標(biāo)以及研究的主要核心技術(shù)內(nèi)涵、作用、目標(biāo)以及研究的主要核心技術(shù)問(wèn)題，機(jī)電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）的構(gòu)成要素問(wèn)題，機(jī)電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）的構(gòu)成要素和功能要素，以及它們之間的相互聯(lián)系；機(jī)和功能要素，以及它們之間的相互聯(lián)系；機(jī)電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）的一般設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)工作電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）的一般設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)工作流程；應(yīng)考慮的方法和設(shè)計(jì)類型；了解機(jī)電流程；應(yīng)考慮的方法和設(shè)計(jì)類型；了解機(jī)電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）設(shè)計(jì)的基本程序、準(zhǔn)則一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）設(shè)計(jì)的基本程序、準(zhǔn)則與規(guī)律；與規(guī)律； 1.1.機(jī)電一體化的涵義、目的、特征、基本組成機(jī)電一體化的涵義、目的、特征、基本組成要素以及分別實(shí)現(xiàn)哪些功能。要素以及分別實(shí)現(xiàn)哪些功能。 2.2.工業(yè)三大