《機電一體化系統(tǒng)設(shè)計》-教案全套 倪曉梅 第1-3章 緒論-傳感器檢測及其接口電路

《機電一體化系統(tǒng)設(shè)計》授課教案章節(jié)課題第一章緒論課次序號1授課類型理論授課時間年月日學(xué)時數(shù)2教學(xué)目標(biāo)1.闡述機電一體化系統(tǒng)的共性關(guān)鍵技術(shù)及功能構(gòu)成；2.闡述機電一體化系統(tǒng)設(shè)計的考慮方法和設(shè)計類型；3.闡述機電一體化系統(tǒng)設(shè)計程序、流程、準(zhǔn)則和規(guī)律以及現(xiàn)代設(shè)計方法。重點1.機電一體化的基本概念；2.機電一體化系統(tǒng)的共性關(guān)鍵技術(shù)及功能構(gòu)成。難點1.機電一體化的基本概念；2.機電一體化系統(tǒng)的共性關(guān)鍵技術(shù)及功能構(gòu)成。教學(xué)方法教法堅持“以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)”的基本原則，采用線上教學(xué)+講授法等教學(xué)法進(jìn)行教學(xué)。學(xué)法采用遠(yuǎn)程線上教學(xué)的學(xué)習(xí)方式，實現(xiàn)個性化教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力。教學(xué)過程復(fù)習(xí)與導(dǎo)入新課導(dǎo)入：機電一體化產(chǎn)品在我們生活生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)，大家知道這些產(chǎn)品是怎么設(shè)計出來的嗎？教學(xué)內(nèi)容與活動一、課程簡介二、第一章緒論1.機電一體化的定義2.機電一體化系統(tǒng)的基本功能要素詳細(xì)見附頁課堂總結(jié)本課程的目的是研究怎樣利用系統(tǒng)設(shè)計原理和綜合集成技巧，將控制電動機、傳感器、機械系統(tǒng)、微機控制系統(tǒng)、接口及控制軟件等機電一體化要素組成性能優(yōu)良、可靠的機電一體化產(chǎn)品或系統(tǒng)。培養(yǎng)運用基礎(chǔ)理論解決實際問題的綜合能力。布置作業(yè)學(xué)習(xí)通作業(yè)教學(xué)反思

一、新課引入（5min）歡迎大家來到機電一體化系統(tǒng)設(shè)計課程，《機電一體化技術(shù)與系統(tǒng)》課程是機械專業(yè)學(xué)生的專業(yè)基選修課。在學(xué)生掌握一定的專業(yè)基礎(chǔ)知識的基礎(chǔ)上，以機械設(shè)計為主線，綜合運用所學(xué)知識，從整體角度掌握機電一體化系統(tǒng)設(shè)計的思想、原理、方法和程序。二、講授新課（72min）1.課程簡介（20min）教師給學(xué)生介紹本課程的課程性質(zhì)、課程目標(biāo)、課程內(nèi)容、考核方式等基本情況。2.講授新課（52min）第一章緒論1.1機電一體化的定義機電一體化的定義：1971年起源于日本。機械學(xué)（Mechanics）+電子學(xué)（Electronics）=機電一體化或機械電子工程（Mechatronics）定義：機電一體化技術(shù)是從系統(tǒng)工程觀點出發(fā)，應(yīng)用機械、電子、信息等有關(guān)技術(shù)，對它們進(jìn)行有機的組織和綜合，實現(xiàn)了整體的最佳化。課堂活動：教師給學(xué)生展示日常生活生產(chǎn)中的機電一體化產(chǎn)品圖片，引起學(xué)生興趣。1.2機電一體化系統(tǒng)的功能要素1.機械本體：機身、框架、機械聯(lián)接等產(chǎn)品支持機構(gòu)，實現(xiàn)構(gòu)造功能。2.動力與驅(qū)動：提供能量，轉(zhuǎn)換成需要的形式，實現(xiàn)動力功能。3.傳感測試裝置：檢測產(chǎn)品內(nèi)部狀態(tài)和外部環(huán)境，實現(xiàn)計測功能。4.執(zhí)行機構(gòu)：包括機械傳動與操作機構(gòu)，接收控制信息，完成要求的動作，實現(xiàn)主功能。5、控制及信息處理單元：處理、運算、決策，實現(xiàn)控制功能。計算機PLCA/DD/A光耦。課堂活動：利用人體圖片對應(yīng)機電一體化的五大要素，學(xué)生討論：眼睛、鼻子、大腦、手臂各代表機電一體化系統(tǒng)中的哪些要素？1.3機電一體化系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)1.機械技術(shù)2.計算機與信息處理技術(shù)3.自動控制技術(shù)4.傳感與檢測技術(shù)5.伺服驅(qū)動技術(shù)6.系統(tǒng)總體技術(shù)1.4機電一體化系統(tǒng)設(shè)計的目標(biāo)與方法1.機電一體化產(chǎn)品和系統(tǒng)的分類：生產(chǎn)用機電一體化產(chǎn)品、運輸、包裝及工程用機電一體化產(chǎn)品、儲存、銷售用機電一體化產(chǎn)品。課堂活動：學(xué)生討論并對每一種分類進(jìn)行舉例。三、課堂總結(jié)（11min）本課程的目的是研究怎樣利用系統(tǒng)設(shè)計原理和綜合集成技巧，將控制電動機、傳感器、機械系統(tǒng)、微機控制系統(tǒng)、接口及控制軟件等機電一體化要素組成性能優(yōu)良、可靠的機電一體化產(chǎn)品或系統(tǒng)。培養(yǎng)運用基礎(chǔ)理論解決實際問題的綜合能力。四、布置作業(yè)（2min）學(xué)習(xí)通測驗+作業(yè)

《機電一體化系統(tǒng)設(shè)計》授課教案章節(jié)課題第二章機械系統(tǒng)設(shè)計第一節(jié)機械系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立課次序號2授課類型理論授課時間年月日學(xué)時數(shù)2教學(xué)目標(biāo)1.明確機械移動系統(tǒng)和機械轉(zhuǎn)動系統(tǒng)的基本元件；2.進(jìn)行簡單的機械系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立。重點1.機械移動系統(tǒng)和機械轉(zhuǎn)動系統(tǒng)的基本元件；2.機械系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立。難點機械系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立。教學(xué)方法教法堅持“以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)”的基本原則，采用線上教學(xué)+講授法等教學(xué)法進(jìn)行教學(xué)。學(xué)法采用遠(yuǎn)程線上教學(xué)的學(xué)習(xí)方式，實現(xiàn)個性化教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力。教學(xué)過程復(fù)習(xí)與導(dǎo)入舊課復(fù)習(xí)：機電一體化系統(tǒng)的基本功能要素有哪些？新課導(dǎo)入：在進(jìn)行機電一體化產(chǎn)品設(shè)計時，首先應(yīng)該建立機械系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，為產(chǎn)品的模擬仿真提供模型數(shù)據(jù)。教學(xué)內(nèi)容與活動一、講授新課1.機械系統(tǒng)移動系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立2.機械系統(tǒng)轉(zhuǎn)動系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立3.基本物理量的折算詳細(xì)見附頁課堂總結(jié)機械系統(tǒng)包括執(zhí)行機構(gòu)、傳動機構(gòu)和支撐部件，在機械系統(tǒng)設(shè)計時，除了考慮一般機械設(shè)計要求外，還要考慮機械結(jié)構(gòu)因素與整個伺服系統(tǒng)的性能參數(shù)、電氣參數(shù)的匹配，以獲得良好的伺服性能。布置作業(yè)學(xué)習(xí)通作業(yè)教學(xué)反思

一、溫故知新（10min）課堂活動：教師提問學(xué)生：機電一體化系統(tǒng)的基本功能要素有哪些？隨機提問學(xué)生回答問題，大家討論，教師引導(dǎo)學(xué)生復(fù)習(xí)上節(jié)課內(nèi)容。二、新課引入（5min）進(jìn)給系統(tǒng)中輸入軸的轉(zhuǎn)角和工作臺的位移有什么關(guān)系？能否用一個數(shù)學(xué)模型來描述？課堂活動：學(xué)生思考問題。三、講授新課（67min）1.機械移動系統(tǒng)（20min）機械移動系統(tǒng)的三個基本元件是質(zhì)量，彈簧，阻尼。其中質(zhì)量表示系統(tǒng)慣性，彈簧表示系統(tǒng)剛性，阻尼表示摩擦或衰減效應(yīng)。不一定需要真正的彈簧、阻尼器和質(zhì)量塊，只要具有剛性、阻力及慣性這些性能，在輸入力作用下，系統(tǒng)能產(chǎn)生一定相應(yīng)輸出，如位移輸出。在機械系統(tǒng)中有三種阻止運動的力：慣性力、彈簧力和阻尼力。1）慣性力：根據(jù)牛頓第二定律，慣性力等于質(zhì)量乘以加速度，數(shù)學(xué)模型為2）彈簧力：對于線性彈簧來說，彈簧被拉伸或壓縮時，彈簧的變形量與所受的力成正比，數(shù)學(xué)模型為3）阻尼力：當(dāng)力較大質(zhì)量塊獲得較大速度時，不能忽略空氣阻尼力的影響。在粘性摩擦系統(tǒng)中，阻尼力與速度v成正比，數(shù)學(xué)模型為例1：設(shè)動力滑臺的質(zhì)量為m，液壓缸的剛度為k，粘性阻尼系數(shù)為c，外力為f（t）。由牛頓第二定律知，系統(tǒng)的運動方稱為經(jīng)過拉式變換得到以下方程：再將系統(tǒng)的輸出量和輸入量以分?jǐn)?shù)形式，得到傳遞函數(shù)如下：課堂活動：教師給學(xué)生展示PPT，講解拉式變換的意義。2.機械旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)三個相應(yīng)的基本元件：轉(zhuǎn)動慣量、扭簧和黏滯阻尼器。對應(yīng)于這三個基本元件的三種阻止運動的力為外力矩M(t)、阻力矩Mc(t)和扭簧力矩Mk(t)1）外力矩M(t)，也稱扭矩；θ(t)為旋轉(zhuǎn)角度；J為轉(zhuǎn)動慣量；ε為角加速度。（2）阻尼力矩Mc(t)；cθ為黏滯阻尼系數(shù)，θ1(t)和θ2(t)分別為輸入與輸出旋轉(zhuǎn)角度。（3）扭簧力矩Mk；kθ為扭簧剛度。例2.4簡單扭擺的工作原理如圖所示，圖中J為擺錘的轉(zhuǎn)動慣量；c為擺錘與空氣間的粘性阻尼系數(shù)；k為扭簧的扭轉(zhuǎn)剛度；T(t)為加在擺錘上的扭矩；(t)為擺錘轉(zhuǎn)角。則系統(tǒng)的運動方程為：對應(yīng)于這三個基本元件的三種阻止運動的力為外力矩M(t)、阻力矩Mc(t)和扭簧力矩Mk(t)課堂活動：教師給學(xué)生講解例題，學(xué)生認(rèn)真聽講。3.基本物理量的折算在建立機械系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的過程中，經(jīng)常會遇到基本物理量的折算問題，在此結(jié)合數(shù)控機床進(jìn)給系統(tǒng)，介紹建模中的基本物理量的折算問題。數(shù)控機床進(jìn)給系統(tǒng)如圖2-3所示。電動機通過兩級減速齒輪z1、z2、z3、z4及絲杠螺母機構(gòu)驅(qū)動工作臺做直線運動。圖2-3數(shù)控機床進(jìn)給系統(tǒng)（1）轉(zhuǎn)動慣量的折算將軸=1\*ROMANI、=2\*ROMANII、=3\*ROMANIII上的轉(zhuǎn)動慣量和工作臺的質(zhì)量都折算到軸=1\*ROMANI上，作為系統(tǒng)總轉(zhuǎn)動慣量。設(shè)、、分別為軸=1\*ROMANI、=2\*ROMANII、=3\*ROMANIII的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，w1、w2、w3分別為軸=1\*ROMANI、=2\*ROMANII、=3\*ROMANIII的角速度，v為工作臺的運動速度。軸=1\*ROMANI、=2\*ROMANII、=3\*ROMANIII轉(zhuǎn)動慣量的折算根據(jù)動力平衡原理，對于軸=1\*ROMANI有（2-4）對于軸=2\*ROMANII有（2-5）由于軸=2\*ROMANII的輸入轉(zhuǎn)矩是從軸=1\*ROMANI上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩獲得的，且與他們的轉(zhuǎn)速成反比，所以有（2-6）又由傳動關(guān)系知（2-7）將式（2-6）和（2-7）代入式（2-5）得（2-8）對于軸=3\*ROMANIII有（2-9）根據(jù)力學(xué)原理和傳動關(guān)系，整理得（2-10）2）工作臺質(zhì)量的折算根據(jù)動力平衡關(guān)系：絲杠轉(zhuǎn)動一周所做的功等于工作臺前進(jìn)一個導(dǎo)程時其慣性力所做的功，對于工作臺和絲杠有（2-11）式中L——絲杠導(dǎo)程。根據(jù)傳動關(guān)系有（2-12）將式（2-13）代入式（2-11）得（2-13）3）折算到軸=1\*ROMANI上的總轉(zhuǎn)動慣量將式（2-8）、（2-10）、（2-13）代入式（2-4）并整理得（2-14）式中——系統(tǒng)折算到軸=1\*ROMANI上的總轉(zhuǎn)動慣量。（2-15）其中，第二項為軸=2\*ROMANII轉(zhuǎn)動慣量折算到軸=1\*ROMANI上的當(dāng)量轉(zhuǎn)動慣量；第三項為軸=3\*ROMANIII轉(zhuǎn)動慣量折算到軸=1\*ROMANI上的當(dāng)量轉(zhuǎn)動慣量；第四項為工作臺質(zhì)量折算到軸=1\*ROMANI上的當(dāng)量轉(zhuǎn)動慣量。課堂活動：教師給學(xué)生講解粘性阻尼系數(shù)的折算，引出阻尼比和固有頻率的定義。通過以上的分析可知,機械傳動系統(tǒng)的性能與系統(tǒng)本身的阻尼比ξ、固有頻率ωn有關(guān)。ωn、ξ又與機械系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)密切相關(guān)。因此,機械系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)對伺服系統(tǒng)的性能有很大影響。四、課堂總結(jié)（6min）一般的機械系統(tǒng)均可簡化為二階系統(tǒng),系統(tǒng)中阻尼的影響可以由二階系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)曲線來說明。阻尼比不同的系統(tǒng),其時間響應(yīng)特性也不同。 （1）當(dāng)阻尼比ξ＝0時,系統(tǒng)處于等幅持續(xù)振蕩狀態(tài),因此系統(tǒng)不能無阻尼。（2）當(dāng)ξ≥1時,系統(tǒng)為臨界阻尼或過阻尼系統(tǒng)。此時,過渡過程無振蕩,但響應(yīng)時間較長。（3）當(dāng)0<ξ<1時,系統(tǒng)為欠阻尼系統(tǒng)。此時,系統(tǒng)在過渡過程中處于減幅振蕩狀態(tài),其幅值衰減的快慢,取決于衰減系數(shù)ξωn。在ωn確定以后,ξ愈小,其振蕩愈劇烈,過渡過程越長。相反,ξ越大,則振蕩越小,過渡過程越平穩(wěn),系統(tǒng)穩(wěn)定性越好,但響應(yīng)時間較長,系統(tǒng)靈敏度降低。五、布置作業(yè)（2min）學(xué)習(xí)通作業(yè)

《機電一體化系統(tǒng)設(shè)計》授課教案章節(jié)課題第二章機械系統(tǒng)設(shè)計第二節(jié)機械傳動系統(tǒng)的特性課次序號3授課類型理論授課時間年月日學(xué)時數(shù)2教學(xué)目標(biāo)1.闡述出機械系統(tǒng)的特性的內(nèi)容；2.能夠熟練的進(jìn)行機械系統(tǒng)特性的選擇。重點轉(zhuǎn)動慣量、摩擦、阻尼、剛度、諧振頻率、間隙的基本概念和對機械系統(tǒng)特性的影響及選擇原則。難點轉(zhuǎn)動慣量、摩擦、阻尼、剛度、諧振頻率、間隙的基本概念和對機械系統(tǒng)特性的影響及選擇原則。教學(xué)方法教法堅持“以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)”的基本原則，采用線上教學(xué)+講授法等教學(xué)法進(jìn)行教學(xué)。學(xué)法采用遠(yuǎn)程線上教學(xué)的學(xué)習(xí)方式，實現(xiàn)個性化教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力。教學(xué)過程復(fù)習(xí)與導(dǎo)入舊課復(fù)習(xí)：機械系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型的建立方法。新課導(dǎo)入：怎樣才能保證數(shù)控機床的運動穩(wěn)定、動作快速、運動精度高？教學(xué)內(nèi)容與活動一、講授新課1.機電一體化對機械傳動的要求2.機械傳動系統(tǒng)的特性（1）摩擦（2）阻尼（3）剛度（4）諧振頻率（5）轉(zhuǎn)動慣量二、學(xué)以致用詳細(xì)見附頁課堂總結(jié)理想的機械系統(tǒng)：轉(zhuǎn)動慣量小，摩擦小，阻尼合適，剛度大，抗振性能好，間隙小。機電動態(tài)特性相匹配。布置作業(yè)學(xué)習(xí)通作業(yè)教學(xué)反思

一、溫故知新（10min）課堂活動：教師PPT展示機械系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立方法，引導(dǎo)學(xué)生思考機械系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型建立的意義和依據(jù)原理。二、新課引入（5min）課堂活動：教師引導(dǎo)學(xué)生思考問題：怎樣才能保證數(shù)控機床的運動穩(wěn)定、動作快速、運動精度高？學(xué)生思考并討論問題，教師引出機電一體化系統(tǒng)設(shè)計中的機械系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)該考慮的問題。三、講授新課（63min）1.機電一體化對機械傳動的要求（5min）（1）合理安排各個子系統(tǒng)：做到總體布局、機械選型和結(jié)構(gòu)造型更加合理。（2）盡可能縮短傳動鏈（3）采用閉環(huán)控制系統(tǒng)（4）小型、輕量。高速、低沖擊振動、低噪聲和高可靠性等。課堂活動：教師講授PPT的內(nèi)容，學(xué)生認(rèn)真聽講。2.2機械傳動系統(tǒng)特性（38min）1.摩擦摩擦對機電一體化伺服系統(tǒng)的主要影響是：1.粘滯摩擦影響阻尼比的大小,對系統(tǒng)的振蕩產(chǎn)生阻尼作用,可提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性.2.庫倫摩擦大將使輸出響應(yīng)變慢,降低系統(tǒng)的響應(yīng)速度,引起系統(tǒng)的動態(tài)滯后和產(chǎn)生系統(tǒng)誤差；3.在低速區(qū)，靜摩擦力作用或靜與動摩擦力切換，摩擦力作用于非線性區(qū)，容易產(chǎn)生爬行。課堂活動：教師引導(dǎo)學(xué)生復(fù)習(xí)摩擦的種類，引出新的摩擦力-粘滯摩擦，教師給學(xué)生講授爬行現(xiàn)象并引導(dǎo)學(xué)生思考爬行會對機械系統(tǒng)的傳動有什么影響，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)通進(jìn)行討論。靜摩擦力作用下，輸入軸以一定的角度轉(zhuǎn)動，輸出軸靜止，存在死區(qū)，因而造成誤差。機械傳動系統(tǒng)對摩擦特性的要求：靜摩擦力盡可能的小。動摩擦力為盡可能小的正斜率，若為負(fù)斜率則易產(chǎn)生爬行，降低精度，減少壽命。2.阻尼課堂活動：教師舉例說明生活中的阻尼現(xiàn)象。阻尼比對系統(tǒng)振動特性的影響：（1）當(dāng)ζ=1時，此時系統(tǒng)的阻尼形式稱為臨界阻尼。（2）當(dāng)ζ>1時，此時系統(tǒng)的阻尼形式稱為過阻尼。課堂活動：教師舉例說明生活中的臨界阻尼現(xiàn)象和過阻尼現(xiàn)象。(3)0＜ξ＜1稱為欠阻尼系統(tǒng)。在ξ值為0.5~0.8之間。課堂活動：教師舉出工程實例，引導(dǎo)學(xué)生思考工程中應(yīng)該怎么選擇阻尼比？學(xué)生在學(xué)習(xí)通里進(jìn)行討論。3.剛度對于伺服機械傳動系統(tǒng)，增大系統(tǒng)的傳動剛度有以下好處：（1）有利于提高傳動精度；（2）響應(yīng)速度快；（3）可以增加閉環(huán)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。4.諧振頻率輸入信號的激勵頻率等于系統(tǒng)的固有頻率，系統(tǒng)會產(chǎn)生共振不能正常工作。課堂活動：教師舉出數(shù)控機床電動機發(fā)熱問題，為什么會出現(xiàn)這種問題，應(yīng)該怎么辦？學(xué)生在學(xué)習(xí)通里進(jìn)行討論。5.轉(zhuǎn)動慣量轉(zhuǎn)動慣量越大，物體的轉(zhuǎn)動狀態(tài)就越不容易改變。(1)圓柱體轉(zhuǎn)動慣量（2）絲杠軸折算到電動機軸的轉(zhuǎn)動慣量(3)直線移動工作臺折算到絲杠上的轉(zhuǎn)動慣量（4）絲杠傳動時，傳動系統(tǒng)折算到電動機軸上的總轉(zhuǎn)動慣量(5)工作臺折算到帶傳動驅(qū)動軸上的轉(zhuǎn)動慣量學(xué)以致用（20min）課堂活動：教師PPT展示例題，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行轉(zhuǎn)動慣量折算，學(xué)生進(jìn)行解題，拍照上傳到學(xué)習(xí)通上，教師進(jìn)行歸納總結(jié)。四、課堂總結(jié)（10min）理想的機械系統(tǒng)：轉(zhuǎn)動慣量小，摩擦小，阻尼合適，剛度大，抗振性能好，間隙小。機電動態(tài)特性相匹配。五、布置作業(yè)（2min）學(xué)習(xí)通測驗+作業(yè)

《機電一體化系統(tǒng)設(shè)計》授課教案章節(jié)課題第二章機械系統(tǒng)設(shè)計第三節(jié)機械傳動裝置課次序號4授課類型理論授課時間年月日學(xué)時數(shù)2教學(xué)目標(biāo)1.能夠確定齒輪總傳動比；2.能夠進(jìn)行齒輪傳動比的分配；3.能夠?qū)Σ煌凝X輪間隙選擇正確的補償方法。重點1.齒輪傳動比的計算和分配；2.齒輪間隙的消除。難點1.齒輪傳動比的計算和分配；2.齒輪間隙的消除。教學(xué)方法教法堅持“以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)”的基本原則，采用線上教學(xué)+講授法等教學(xué)法進(jìn)行教學(xué)。學(xué)法采用遠(yuǎn)程線上教學(xué)的學(xué)習(xí)方式，實現(xiàn)個性化教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力。教學(xué)過程復(fù)習(xí)與導(dǎo)入舊課復(fù)習(xí)：機械系統(tǒng)特性對機械傳動的影響。新課導(dǎo)入：齒輪傳動是機械傳動中常見的傳動系統(tǒng)，齒輪傳動系統(tǒng)的傳動比在機電一體化系統(tǒng)中應(yīng)該怎么選擇？教學(xué)內(nèi)容與活動一、講授新課1.齒輪總傳動比的確定2.總傳動比分配3.齒輪傳動消隙方法二、學(xué)以致用詳細(xì)見附頁課堂總結(jié)機電一體化系統(tǒng)中的機械設(shè)計要遵循機電結(jié)合、機電互補的原則，滿足高精度、快速響應(yīng)速度和穩(wěn)定性的要求。具體包括兩大部分的內(nèi)容：一是機械傳動裝置的設(shè)計，一是機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計。布置作業(yè)學(xué)習(xí)通作業(yè)教學(xué)反思

一、溫故知新（10min）課堂活動：學(xué)習(xí)通給學(xué)生發(fā)送作業(yè)，讓學(xué)生討論機電一體化系統(tǒng)對機械系統(tǒng)特性。二、新課引入（5min）課堂活動：教師引導(dǎo)學(xué)生思考問題：常見的機械傳動系統(tǒng)有哪些？利用學(xué)習(xí)通選人，隨機選擇學(xué)生回答問題。三、講授新課（63min）2.3機械傳動系統(tǒng)1.齒輪總傳動比的確定（15min）在伺服系統(tǒng)中,通常采用負(fù)載角加速度最大原則選擇總傳動比。課堂活動：教師講授PPT的內(nèi)容，學(xué)生認(rèn)真聽講。2.總傳動比分配（20min）(1)最小等效轉(zhuǎn)動慣量原則(2)重量最輕原則(3)輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則（4）三種原則的選擇課堂活動：教師引導(dǎo)思考機電一體化系統(tǒng)中齒輪傳動比的確定方法和之前學(xué)過的有什么不一樣？學(xué)生討論回答。教師給學(xué)生通過學(xué)習(xí)通發(fā)送活動，隨機選擇學(xué)生總結(jié)齒輪總傳動比分配的原則。3.齒輪傳動消隙方法（20min）（1）圓柱齒輪傳動機構(gòu)1)偏心軸套調(diào)整法（剛性消隙法）2)圓柱薄片齒輪錯齒調(diào)整(柔性消隙法)（2）斜齒輪傳動機構(gòu)1）墊片調(diào)整法（剛性消隙法）2）軸向壓簧調(diào)整法（3）錐齒輪傳動機構(gòu)1）軸向壓簧調(diào)整法2）周向彈簧調(diào)整法學(xué)以致用（8min）課堂活動：教師PPT展示圖片，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思考，通過學(xué)習(xí)通選取學(xué)生回答問題。四、課堂總結(jié)（10min）教師和學(xué)生一起總結(jié)本次課的內(nèi)容。五、布置作業(yè)（2min）學(xué)習(xí)通測驗+作業(yè)

《機電一體化系統(tǒng)設(shè)計》授課教案章節(jié)課題第二章機械系統(tǒng)設(shè)計第三節(jié)機械傳動裝置課次序號5授課類型理論授課時間年月日學(xué)時數(shù)2教學(xué)目標(biāo)1.明確同步齒形帶傳動、滾動螺旋傳動、諧波齒輪減速器的原理；2.能夠進(jìn)行滾珠絲杠副機械傳動裝置的設(shè)計選用。重點1.同步齒形帶傳動、滾動螺旋傳動、諧波齒輪減速器的原理；2.滾珠絲杠副機械傳動裝置的設(shè)計選用。難點1.同步齒形帶傳動、滾動螺旋傳動、諧波齒輪減速器的原理；2.滾珠絲杠副機械傳動裝置的設(shè)計選用。教學(xué)方法教法堅持“以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)”的基本原則，采用線上教學(xué)+講授法等教學(xué)法進(jìn)行教學(xué)。學(xué)法采用遠(yuǎn)程線上教學(xué)的學(xué)習(xí)方式，實現(xiàn)個性化教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力。教學(xué)過程復(fù)習(xí)與導(dǎo)入舊課復(fù)習(xí)：齒輪傳動的傳動比確定原則。新課導(dǎo)入：你能否舉出幾種常見的機械傳動系統(tǒng)來？教學(xué)內(nèi)容與活動一、講授新課1.同步齒形帶傳動2.滾動螺旋傳動3.諧波齒輪減速器詳細(xì)見附頁課堂總結(jié)1.同步齒形帶傳動：利用齒形帶的齒形與帶輪的輪齒依次相嚙合傳動運動和動力，無相對滑動，平均傳動比準(zhǔn)確，傳動精度高，而且齒形帶的強度高，厚度小，重量輕，故可用于高速傳動；齒型帶無需特別張緊，故作用在軸和軸承等上的載荷小，傳動效率高，在數(shù)控機床上亦有應(yīng)用。2.滾珠絲杠副中滾珠的循環(huán)方式：內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)。軸向間隙的調(diào)整方法：墊片調(diào)隙式、螺紋調(diào)隙式、齒差調(diào)隙式3.諧波齒輪減速器的工作原理與適用場合。布置作業(yè)學(xué)習(xí)通作業(yè)教學(xué)反思

一、溫故知新（10min）課堂活動：學(xué)習(xí)通給學(xué)生發(fā)送搶答活動，學(xué)生搶答問題“齒輪傳動的傳動比確定原則”。二、新課引入（5min）課堂活動：教師發(fā)布討論：常見的機械傳動系統(tǒng)有哪些？學(xué)生在學(xué)習(xí)通中進(jìn)行討論。三、講授新課（83min）2.3機械傳動系統(tǒng)1.同步齒形帶傳動（10min）根據(jù)齒形的不同，同步齒形帶可以分成兩種。一種是梯形齒同步帶，另一種是圓弧齒同步帶。課堂活動：教師講授PPT的內(nèi)容，學(xué)生認(rèn)真聽講。2.滾動螺旋傳動（40min）(1)滾珠絲杠副工作原理與結(jié)構(gòu)絲杠和螺母的螺紋滾道間有滾珠，當(dāng)絲杠或螺母轉(zhuǎn)動時，滾珠沿螺紋滾道滾動，相對運動時產(chǎn)生滾動摩擦。課堂活動：教師引導(dǎo)學(xué)生思考：滾珠絲杠副的都應(yīng)用在什么場合？學(xué)生討論并回答問題。(2)滾珠絲杠副中滾珠的循環(huán)方式內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)兩種。(a)內(nèi)循環(huán)。

內(nèi)循環(huán)方式：滾珠在循環(huán)過程中與絲杠表面保持接觸。(b)外循環(huán)。外循環(huán)方式中的滾珠在循環(huán)返回時,離開絲杠螺紋滾道，在螺母體內(nèi)或體外做循環(huán)運動。(3)滾珠絲杠副軸向間隙的調(diào)整和施加預(yù)緊力的方法課堂活動：教師講授PPT，學(xué)生認(rèn)真聽講。3.諧波齒輪減速器（20min）（1）基本組成由剛性圓柱齒輪G、柔性圓柱齒輪R、波發(fā)生器H和柔性軸承等零部件構(gòu)成。（2）工作原理橢圓的長軸兩端產(chǎn)生了柔輪與剛輪輪齒的兩個局部嚙合區(qū)；同時在橢圓短軸兩端，兩輪輪齒則完全脫開。至于其余各處，則視柔輪回轉(zhuǎn)方向的不同，或處于嚙合狀態(tài)，或處于非嚙合狀態(tài)。當(dāng)波發(fā)生器連續(xù)轉(zhuǎn)動時，柔輪長短軸的位置不斷交化，從而使輪齒的嚙合處和脫開處也隨之不斷變化，于是在柔輪與剛輪之間就產(chǎn)生了相對位移，從而傳遞運動。（3）工作特點課堂活動：教師講授PPT，學(xué)生認(rèn)真聽見。知識拓展（13min）課堂活動：教師給學(xué)生普及諧波齒輪減速器在機器人中的應(yīng)用，并通過學(xué)習(xí)通發(fā)送投票題，學(xué)生投票選擇在機器人中各種機構(gòu)所占的成本，測試學(xué)生對機器人的了解程度。四、課堂總結(jié)（10min）教師和學(xué)生一起總結(jié)本次課的內(nèi)容。五、布置作業(yè)（2min）學(xué)習(xí)通測驗+作業(yè)

《機電一體化系統(tǒng)設(shè)計》授課教案章節(jié)課題第三章傳感器檢測及其接口電路第一節(jié)傳感器第二節(jié)位移測量傳感器課次序號6授課類型理論授課時間年月日學(xué)時數(shù)2教學(xué)目標(biāo)1.明確傳感器的靜態(tài)指標(biāo)和動態(tài)指標(biāo)；2.闡述出電容傳感器的工作原理；3.能夠針對工程實例選擇合適的電容傳感器重點1.傳感器的性能指標(biāo)；2.位移傳感器的分類；3.電容式位移傳感器的分類及其工作原理。難點1.傳感器的性能指標(biāo)；2.位移傳感器的分類；3.電容式位移傳感器的分類及其工作原理。教學(xué)方法教法堅持“以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)”的基本原則，采用線上教學(xué)+講授法等教學(xué)法進(jìn)行教學(xué)。學(xué)法采用遠(yuǎn)程線上教學(xué)的學(xué)習(xí)方式，實現(xiàn)個性化教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力。教學(xué)過程復(fù)習(xí)與導(dǎo)入舊課復(fù)習(xí)：機械系統(tǒng)理想的特性是什么？新課導(dǎo)入：傳感器在工業(yè)生產(chǎn)生活中的應(yīng)用很多，我們今天來學(xué)習(xí)一下傳感器。教學(xué)內(nèi)容與活動一、講授新課1.傳感器特性（1）靜態(tài)響應(yīng)特性（2）動態(tài)特性2.電容式位移傳感器（1）電容式位移傳感器的原理（2）電容式位移傳感器的分類（3）電容式位移傳感器的應(yīng)用詳細(xì)見附頁課堂總結(jié)快速、準(zhǔn)確、可靠、經(jīng)濟的獲取信號。傳感器的選擇所要考慮的問題主要包括：

1）足夠的量程；

2）與測量或控制系統(tǒng)匹配、轉(zhuǎn)換靈敏度高；

3）精度適當(dāng)、穩(wěn)定性高；

4）反應(yīng)速度快、工作可靠；

5）實用性和適應(yīng)性強；

6）使用經(jīng)濟；布置作業(yè)學(xué)習(xí)通作業(yè)教學(xué)反思

一、溫故知新（10min）課堂活動：學(xué)習(xí)通給學(xué)生發(fā)送搶答活動，學(xué)生搶答問題“機械系統(tǒng)理想的特性是什么？”等一系列問題，學(xué)生進(jìn)行搶答。二、新課引入（5min）課堂活動：教師PPT展示傳感器在工業(yè)生活中的應(yīng)用，引導(dǎo)學(xué)生討論傳感器在生活中的應(yīng)用還有那些。三、講授新課（83min）3.1傳感器特性1.靜態(tài)響應(yīng)特性（20min）當(dāng)被測量的數(shù)值處在穩(wěn)定狀態(tài)時，傳感器的輸出－輸入特性。包括：非線性度、遲滯、靈敏度、精度、分辨力、測量范圍、量程、零漂。課堂活動：教師講授PPT的內(nèi)容，學(xué)生認(rèn)真聽講。（1）線性度傳感器的校準(zhǔn)曲線與選定的擬合直線的偏離程度稱為傳感器的線性度，又稱非線性誤差。課堂活動：引導(dǎo)學(xué)生討論線性度大對傳感器好還是不好？學(xué)生討論教師總結(jié)。(2)靈敏度

靈敏度是指傳感器在穩(wěn)態(tài)工作情況下輸出改變量與引起此變化的輸入改變量之比。課堂活動：引導(dǎo)學(xué)生討論線性度大對傳感器好還是不好？學(xué)生討論教師總結(jié)。（3）遲滯（遲環(huán)）

在相同工作條件下做全量程范圍校準(zhǔn)時，正行程（輸入量由小到大）和反行程（輸入量由大到?。┧幂敵鲚斎胩匦郧€不重合。（4）重復(fù)性

重復(fù)性是指傳感器在輸入量按同一方向作全量程連續(xù)多次測試時,所得特性曲線不一致的程度。課堂活動：引導(dǎo)學(xué)生討論重復(fù)性和遲滯的區(qū)別。2.動態(tài)特性（5min）動態(tài)特性反映了被測量快速變化的性能，可以利用系統(tǒng)的時域指標(biāo)內(nèi)的參數(shù)，頻域指標(biāo)內(nèi)的傳遞函數(shù)、頻率響應(yīng)來描述。3.位移傳感器（38min）課堂活動：教師引入本次課的任務(wù)：金屬板厚度監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)該選什么樣的傳感器。（1）位移傳感器原理電容式傳感器是將被測物理量的位移轉(zhuǎn)換為電容量的變化，再通過配套的測量電路，將電容的變化轉(zhuǎn)換為電信號輸出。通過公式推導(dǎo)出結(jié)論：電容C的相對變化與位移之間呈現(xiàn)的是一種非線性關(guān)系。課堂活動：教師提問：什么是位移傳感器？學(xué)生思考并回答。課堂活動：教師提問問題：靈敏度是傳感器的重要性能指標(biāo)，該電容傳感器的靈敏度與什么有關(guān)？學(xué)生討論并回答問題，與極距有關(guān)。課堂活動：教師提問問題：是否d0越小，傳感器就越好？學(xué)生討論并回答問題。課堂活動：教師提問問題：非線性隨極板間距怎樣變化？學(xué)生討論并回答問題。課堂活動：教師提問問題：觀察電容與極距的關(guān)系圖，思考：當(dāng)兩個極距變化相同的信號輸入，輸出的信號是一樣的嗎？學(xué)生討論并回答問題。（2）差動式的電容傳感器為了提高靈敏度和減小非線性，以及克服某些外界條件如電源電壓、環(huán)境溫度變化的影響，常采用差動式的電容傳感器。電容式傳感器做成差動式結(jié)構(gòu)后，非線性誤差大大降低了，而靈敏度比單極距電容傳感器提高了一倍。4.位移傳感器工程應(yīng)用案例（15min）課堂活動：學(xué)生討論本次課的任務(wù)金屬板厚度監(jiān)測系統(tǒng)，觀察PPT學(xué)生思考兩個問題：本案例中的用電容傳感器是什么類型的？能不能根據(jù)原理圖簡述本系統(tǒng)的工作原理？學(xué)生進(jìn)行討論并回答問題，教師總結(jié)。5.知識拓展（10min）1.變面積型電容位移傳感器2.變介質(zhì)型電容位移傳感器四、課堂總結(jié)（5min）教師和學(xué)生一起總結(jié)本次課的內(nèi)容。五、布置作業(yè)（2min）學(xué)習(xí)通測驗+作業(yè)

《機電一體化系統(tǒng)設(shè)計》授課教案章節(jié)課題第三章傳感器檢測及其接口電路第二節(jié)位移測量傳感器課次序號7授課類型理論授課時間年月日學(xué)時數(shù)2教學(xué)目標(biāo)1.闡述電感式位移傳感器和光柵式位移傳感器的工作原理；2.能夠進(jìn)行電感式位移傳感器的選用。重點1.電感式位移傳感器和光柵式位移傳感器的工作原理；2.電感式位移傳感器的選用。難點1.電感式位移傳感器和光柵式位移傳感器的工作原理；2.電感式位移傳感器的選用。教學(xué)方法教法堅持“以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)”的基本原則，采用線上教學(xué)+講授法等教學(xué)法進(jìn)行教學(xué)。學(xué)法采用遠(yuǎn)程線上教學(xué)的學(xué)習(xí)方式，實現(xiàn)個性化教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力。教學(xué)過程復(fù)習(xí)與導(dǎo)入舊課復(fù)習(xí)：為什么差動變極距型電容位移傳感器的精度是普通的變極距電容傳感器的2倍？新課導(dǎo)入：位移傳感器在工業(yè)中的應(yīng)用比較多。教學(xué)內(nèi)容與活動1.電感式位移傳感器的原理及分類2.電感式位移傳感器的應(yīng)用3.光柵式位移傳感器的工作原理及放大倍數(shù)詳細(xì)見附頁課堂總結(jié)1.電感式位移傳感器工作原理。根據(jù)被測位移改變磁阻的方式，它又分為變氣隙型、變面積型和螺線管型三種。2.光柵位移傳感器。由于莫爾條紋是明暗交替的，當(dāng)莫爾條紋上下移動時，只要用光敏元件檢測出來明、暗的變化，就可得知位移的大小。布置作業(yè)學(xué)習(xí)通作業(yè)教學(xué)反思

一、溫故知新（10min）課堂活動：學(xué)習(xí)通給學(xué)生發(fā)送搶答活動，學(xué)生搶答問題“為什么差動變極距型電容位移傳感器的精度是普通的變極距電容傳感器的2倍？”教師代領(lǐng)學(xué)生復(fù)習(xí)上節(jié)課內(nèi)容二、新課引入（5min）課堂活動：教師發(fā)布討論：位移傳感器在工業(yè)生活中還有那些應(yīng)用？學(xué)生在學(xué)習(xí)通中進(jìn)行討論。三、講授新課（83min）2.3.2電感式位移傳感器1.電感式位移傳感器工作原理（10min）把被測位移變化轉(zhuǎn)變?yōu)榫€圈自感系數(shù)變化的傳感器稱作自感式位移傳感器。根據(jù)被測位移改變磁阻的方式，它又分為變氣隙型、變面積型和螺線管型三種。課堂活動：教師講授PPT的內(nèi)容，學(xué)生認(rèn)真聽講。2.變氣隙型自感式位移傳感器（20min）變氣隙型單自感式位移傳感器的電感L與位移x呈近似線性關(guān)系。因此，它適合于測量微小位移的場合。為了提高靈敏度和減小非線性誤差，通常把它做成差動形式。課堂活動：教師提問學(xué)生，差動式電感式位移傳感器和一般的電感式位移傳感器的靈敏度和非線性誤差有什么區(qū)別？學(xué)生討論并回答問題。3.螺線管型自感式位移傳感器（13min）實際的自感L與位移x呈近似線性關(guān)系。3.電感傳感器的應(yīng)用（10min）課堂活動：學(xué)生討論本次課的任務(wù)差動自感測微儀，觀察PPT學(xué)生思考兩個問題：本案例中的用傳感器是什么類型的？能不能根據(jù)原理圖簡述本系統(tǒng)的工作原理？學(xué)生進(jìn)行討論并回答問題，教師總結(jié)。3.光柵位移傳感器（20min）（1）光柵位移傳感器的工作原理—莫爾條紋莫爾條紋——如果把兩塊柵距W相等的光柵面平行安裝，且讓它們的刻痕之間有較小的夾角θ，這時光柵上會出現(xiàn)若干條明暗相間的條紋，這種條紋稱莫爾條紋。（2）放大倍數(shù)（3）光柵位移傳感器的特點及應(yīng)用（10min）課堂活動：教師，學(xué)生討論總結(jié)。課堂活動：教師展示PPT圖片，并通過學(xué)習(xí)通發(fā)送討論題，學(xué)生發(fā)言位移傳感器在工業(yè)生活中的應(yīng)用，教師總結(jié)。四、課堂總結(jié)（10min）教師和學(xué)生一起總結(jié)本次課的內(nèi)容。五、布置作業(yè)（2min）學(xué)習(xí)通測驗+作業(yè)

《機電一體化系統(tǒng)設(shè)計》授課教案章節(jié)課題第三章傳感器