哈工大机电一体化课件资料
37页1、机电一体化技术基础,1,机电工程工学院 机电控制及自动化系 王伟杰 ; 13936132466 2014.03-04,机电一体化概念回顾,什么是机电一体化技术? 机电一体化技术是在以机械、微电子技术为主的多种技术相互渗透、相互结合过程中逐渐形成和发展起来的一门新兴(综合)技术。,Mechatronics,典型的机电一体化产品 生产工具-机床-数控机床 消费电器-照相机-数码相机; 交通工具-汽车-现代汽车;电控发动机,自动驾驶系统 机器人,3,机电一体化技术通过系统级方式,对融合了机械、电子、控制系统及软件的机电系统进行设计,产生了机电一体化系统和产品。,机电一体化系统的五大要素和对应功能,4,5,第三章 机电一体化系统的执行元件及选择,本章的主要内容,6,1 执行元件及执行机构的定义 2 执行元件的种类、特点 3 常用电气执行元件的特点及选用 4 新型执行元件简介,第三章机电一体化系统的执行元件及选择,3.1 执行元件与执行机构的定义,7,机电一体化系统(或产品)离不开“执行元件”为其提供驱动力。如数控机床的主轴转动、工作台的进给运动以及工业机器人手臂升降、回转和伸缩运动等所用驱动部
2、件 。 执行元件:在电子控制装置控制下,将输入的各种形式的能量转换为机械能的元件,例如电动机、液压缸、气缸、内燃机、电磁铁、继电器等分别把输入的电能、液压能、气压能和化学能转换为机械能。 大多数执行元件已作为系列化商品生产,故在设计机电一体化系统或产品时,可作为标准件选用、外购。,8,执行机构执行装置:一种能提供直线或旋转运动的驱动装置,它利用某种驱动能源并在某种控制信号作用下工作。 执行元件是执行机构中的一部分,为了完成相应的功能,执行机构可能还需要其他元件或机构。 例如:电动执行机构 由电机、蜗轮蜗杆等组成。,某电动执行机构的构造,9,3.2 执行元件的种类及其特点,逆压电效应,10,11,1. 电气(磁)式执行元件,电气式执行元件包括控制用电动机(步进电动机、DC和AC伺服电动机)、超声波电动机以及电磁铁等。其中,利用电磁力的电动机和电磁铁,因其实用、易得而成为常用的执行元件。 对控制用电动机的性能除了要求稳速运转性能之外,还要求具有良好的加速、减速性能和伺服性能等动态性能以及频繁使用时的适应性和便于维修性能。,12,2. 液压式执行元件,液压式执行元件主要包括往复运动的油缸、回
3、转油缸、液压马达等,其中油缸占绝大多数。 目前,世界上已开发了各种数字式液压式执行元件,例如数字液压缸、电-液伺服马达和电-液步进马达,这些电-液式马达的最大优点是比电动机的转矩大,可以直接驱动运行机构,转矩/惯量比大,过载能力强,适合于重载的高加减速驱动。,3. 气压式执行元件,气压式执行元件除了用压缩空气作工作介质外,与液压式执行元件无什么区别。具有代表性的气压执行元件有气缸、气压马达等。气压驱动虽可得到较大的驱动力、行程和速度,但由于空气粘性差,具有可压缩性,故不能在定位精度较高的场合使用。,13,液压缸与液压马达,14,数字液压缸 它是指将步进或伺服电机、液压滑阀、闭环位置反馈设计组合在液压缸内部,接通液压油源,所有的功能直接通过数字缸控制器或计算机或可编程逻辑控制器(PLC)发出的数字脉冲信号来完成长度矢量控制的液压系统。 被称之为数字液压缸,其最大区别于伺服液压系统之处在于,数字液压缸的运动特性完全被数字化,即:电脉冲的频率与油缸的运动速度对应,电脉冲的数量与油缸的行程对应,而这种对应关系是通过数字油缸内部的设计、制造过程确定好的,无需任何外部的诸如:传感器、调节器、调节参
4、数等来保障。,15,气缸,16,气动系统配置,17,4. 执行元件的特点以及优缺点,18,1、气压伺服 2、步进电机和两相交流感应电机 3、微小驱动力矩电机和螺线管传动 4、移动线圈直线电机 5、AC电机(无刷DC电机) 6、DC 电机 7、液压伺服,伺服系统适用范围,19,3.3 机电一体化系统对执行元件的基本要求,1惯量小、动力大 表征惯量指标:a、J 表征动力大小指标:F、T、P 表征动力大小综合指标:比功率(功率密度) 2体积小、重量轻 用功率密度来评价这项指标 功率密度P/G(kWkg-1), 3便于维修、安装 执行元件最好不需要维修,例如交/直流无刷伺服电机。 4宜于微机控制 机电一体化系统所用执行元件的主流是电动式,其次是液动和气动式(在驱动接口中需要增加电-液或电-气变换环节) 。,20,3.4 机电一体化系统(或产品)常用的控制用电机,它是将电能转换为机械能的一种能量转换装置。 工作可在很宽的速度和负载范围内受到连续而精确的控制,因而在各种机电一体化系统中得到了广泛的应用。 控制用电机有回转和直线驱动电机,通过电压、电流、频率(包括指令脉冲)等控制,实现定速、变速驱动
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