机电一体化系统.docx

机电一体化系统复习资料概念部分1、机电一体化系统基本要素 机电一体化系统一般包括七个基本结构要素：机械本体、动力部分、传感检测 部分、执行部分、驱动部分、控制部分及信息处理单元2、机电一体化系统各元素功能3、执行机构含义、种类机械本体 含机械传动装置和机械结构装置——人的身体,骨骼（数控的工作台,丝杆等） 机械系统内涵：起传递功率，支承连接、执行功能机械系统种类和作用1、传动机构：机电一体化系统中传动机构的主要功能是传递转矩和转速，实际 上它是一种转矩、转速变换器机械传动部件对伺服系统的伺服特性有很大影响， 特别是其传动类型、传动方式、传动刚性以及传动的可靠性对系统的精度、稳定 性和快速响应性有重大影响2、导向机构：其作用是支承和限制运动部件按给定的运动要求和规定的运动方 向运动该机构应能保证安全准确3、执行机构：用来完成操作任务，执行机构根据操作指令的要求在动力源的带 动下完成预定的操作，一般要求它具有较高的灵敏度、精确度、良好的重复性和 可靠性等动力单元1、按照机电一体化系统的控制要求，为系统提供能量和动力以保证系统正常运 行2、机电一体化的显著特征之一，是用尽可能小的动力输入获得尽可能大的功能 输出。

传感控制单元1、自动检测——人的五官、皮肤（感应同步器,光栅） 2、对系统运行过程中所需要的本身和外界环境的各种参数及状态进行检测，并 转换成可识别信号，传输到控制信息处理单元，经过分析、处理产生相应的控制 信息执行和驱动单元1、驱动单元:是在控制信息作用下，驱动各种执行机构完成各种动作和功能2、机电一体化技术一方面要求驱动单元具有高频率和快速响应等特性，同时又 要求其对水、油、温度、尘埃等外部环境的适应性和可靠性；另一方面由于受几 何上动作范围狭窄等限制，还需考虑维修方便，并且尽可能实行标准化、系列化、 通用化3、常见执行和驱动单元：机械、电磁、电液执行机构和步进电机、交直流伺服 电机驱动系统控制与信息处理单元 机电一体化系统的核心单元，其功能是将来自各传感器的检测信息和外部输入命令进行集中、存储、分析、加工，根据信息处理结果，按照一定的程序发出相应 的控制信号，通过输出接口送往执行机构，控制整个系统有目的地运行，并达到 预期的性能1、接口连接机电一体化系统各个要素或子系统顺利进行物质、能量、信息交换 的部件2、接口的基本功能：交换、放大、传递3、机电一体化系统设计、调试和运行的难点在于接口部分。

系统机械技术特点精度要求更高，结构更简单，功能更强大，性能更优越，同时还要有更好的可 靠性、维护性和更新颖的结构零部件要求模块化、标准化、规格化，对结构 进行优化设计，采用新型复合材料使系统减轻重量，缩小体积，又不降低机械 的静、动刚度，采用高精度导轨、精密滚珠丝杠、高精度主轴轴承和高精度齿 轮等，以提高关键零部件的精度和可靠性；提高其互换性和维护性等机械本体部分1、机械系统主要作用：接受电机或原动机（发电机等）传递来的能量，并进行 转换；完成规定的动作，传递功率、传递运动，支承和连接相关部件2、机械系统通常是微机控制的伺服系统的组成部分使系统各部分保持确定的位置——定位3、多级传动系统中三种传动比分配原则4、滚珠丝杆基本功能和特点5、机械手设计的基本要求？dwT - T = JM L dt单轴：当d 3/dt= 0 , n或3为常数称静态（相对 静止）或稳态（稳定运动）大于、小于0?多轴系统，为了列出这个系统的运动方程，必须把 上述各量折算到某一轴上（电机轴），即折算成为单 轴系统机电传动系统的运动方程式（单轴）fl}M(b)图（a＞传动系统图单轴拖动系统（b）转矩、转速的正方向生产机械TM电机产生的 转矩TL负载转矩n转速3角速度J单轴传动系统中转动惯量t时间dwdt单轴机电传动运动方程Tm - Tl当d 3 /dt= 0，n或3为常数 称静态（相对静止）或稳态（稳 定运动）一对齿轮传动总转动惯量r z *—I (kg • cm2)Iz丿2二对齿轮传动传动总速比i=i1Xi2i1=z2/z1 i2=z4/z3M图2-3二对齿轮副减速1、 齿轮3、4装在中间轴，其转动惯量折算到电机轴上为： J2(Zi / z2)2J ( Z / Z )23 1 22、 齿轮4的转动惯量要进行二次 折算或以总速比折算为J412(z 丫 r z—1 —3-Z ZI 丿\' 2 4二对齿轮传动等效转动惯量计算zJ 二 J + J + (J + J)(尹)2 +X D 1 2 3 ZJ4 + JS + 存Mzz1亠)2Z Z转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算负载转矩的折算 基本原则：功率守恒原则。

即折算前的多轴系统同折算后的单轴系统，在功率关 系上保持不变则电动机轴上的负载功率是：PM = TL^M （®M电动机角速度）{T}N.m=9550{ P}kw/{n}r/min滚珠丝杠结构原理图 滚珠丝杆可将扭矩转换成轴向反覆作用力，同时兼具高精度、可逆性和高效率 的特点螺母和丝杆可互为主动、从动一端装止推轴承（固定---自由式）承载能力小，轴向刚度低，适用于短丝杆、 轻载、低速、垂直安装丝杆一端装止推轴承，另一端深沟球轴承（固 定一支承式）适用于中速、精度较高的长丝杆两端装止推轴承并市价预紧力，提高传动精度，适用于中 速精度较高丝杆传动对热伸长较敏感两端装双重止推轴承及深沟球轴承（固 定一固定式）施加预紧力，热变形可转化成止推轴承预 紧力适用于高刚度、高速度、高精度的 精密丝杆传动总传动比三种原则的选择具体工作条件进行选择1、对于以提高传动精度和减小回程误差为主的降速齿轮传动链，可按输出轴转 角误差最小的原则设计若是增速机构，则应在开始几级就增速2、对于要求运动平稳启动频繁和动态性能好的伺服减速机构，可按最小转动 惯量和输出轴转角误差最小原则设计；3、对于负载变化大的齿轮传动装置，各级传动比最好用不可约的比数，避免同 时啮合。

4、对于质量要求尽可能小的降速传动链，按质量最小原则设计；5、对于传动比很大的齿轮传动链，可把定轴轮系和行星齿轮系结合设计 同步齿形带图2-32同步带传动特点1、 利用齿形带的齿形和皮带轮的 轮齿依次啮合来传递运动和动 力2、 和平皮带，三角带比：传动比准 确、传动效率高、能吸振，噪声 低、传动平稳、高速传动、维修 保养方便等但是，安装精度要 求高、中心距要求严格，有蠕动 性同步齿形带基本组成组成——源头刚轮 1、柔轮2、波发生器 3 组成柔轮：有外齿的弹性薄壁件， 刚轮是刚性内齿圈，波发生器是椭圆凸轮及压配在凸轮上的薄壁轴承同步齿形带特点1、 传动比大，单级为 50—500，多级可达30000 以上；2、 承载能力大：同时啮合齿数可达总齿数的 30%—40%3、 传动精度高：比齿轮传动精度高一级以上4、 齿侧间隙小：可以调整到最小，减少回程误差5、 传动平稳：基本无冲击振动6、 结构简单、体积小、重量轻，可减少对应齿轮减速器的 1//2 到 1/3同步齿形速比计算波发生器输入3 i刚轮固定，柔轮输出30,传动比i=3 i/30 = -ZR(ZG-ZR)(负号表示转向相反)ZR柔轮外齿数，ZG刚轮内齿数柔轮固定，刚轮输出， 传动比 i= 3i / 30 = ZG(ZG-ZR)滚动导轨1、两导轨之间为滚动摩擦，放置滚珠、滚柱、滚珠、滚针等实现无滑动的相对 运动。

2、特点：磨损小、寿命长、定位精度高、灵敏度高、运动平稳可靠结构复杂， 几何精度要求高、抗震性差，防护要求高、制造困难3、适用：工作部件移动均匀、动作灵敏、精度要求高场合机械手 机械夹持器基本功能——夹持和松开机械手夹持器设计计算要点1、利用手指或卡爪与工件接触面间的摩擦力夹持工件，工件从静止状态开始可 能有多种运动状态，受理情况是不同的2、除自重外，运动变速时有惯性力3、设计时，夹持本位很重要4、计算时，着重考虑正压力开关量输入／输出接口（ I / 0 ）开关量输入接口开关量输入电路可分为 3 类：直流输入接口、交流输入接口和交直流输入接口 直流输入接口直流输入接口所用的电源，一般由 PLC 内部 24V 直流电源供给交流输入接口丫 I ?-：）vCOM向祁电粘■ m交直流输入接口r< i.32殳忙垃输入接i:旳黑吐路开关量输出接口（外部供电）直流输出接口（晶体管输出型）交流输出接口（双向晶闸管输出型）输出端子 负载内部电路内部电胳—'IR1'R2[/COM输嵋子FU负载1令肝电慷交直流输出接口 （继电器输出型）PLC内那电踣图1.35 交直流输岀接口（继电器输出型〉开关量输入输出单元接线1、 汇点式接线：输入或输出回路又一个公共端（汇集端）COM，可以把全部输入 或输出为一组，公用一个公共端和同一个电源；2、 分隔式接线：每个输入或输出点单独用各自电源接入，没有公共端汇点，有 各自的COM端，每个输入或输出是隔离的。

b）汇点式按线方式2输人器件用户电廉圏 1.1Q（a）师式输人接戟方式输入曲出接統⑷跳试、心舔腳如伺服系统伺服系统（伺服机构、随动机构）——以机械量（如位移、速度、加速度、力、 力矩等）为被控制量的自动控制系统即系统输出能快速准确地跟随输入指令的 变化分类：开环、半闭环、闭环伺服控制系统 开环：一般为步进电机驱动控制系统 半闭环、闭环：一般为伺服电机驱动控制系统对伺服系统的基本要求1、稳定性：作用在系统上扰动信号消失后系统能恢复到原来稳定状态下运行或 在输入指令信号作用下系统能达到新的稳定运行状态的能力2、精度及系统误差：精度是指输出量复现输入指令信号，其准确程度由三种误 差衡量，即动态、静态、稳态误差对伺服系统的影响精度因素系统误差可以根据规律加以消除； 随机误差不能消除，只能控制在运行范围内步进电机概念1、步进电机的含义——是自动控制系统中常见的执行元件，属于阶跃型同步电 机，输入信号为脉冲电流；它能将输入的脉冲电流转换为阶跃型的角位移或直线 位移，即每接收到一个脉冲信号，步进电机就转动一个角度（步距角）或前进一 步；2、步进电机基本特点——直接接受数字信号，不需要进行数模转换；转动惯量 小，在电机允许范围内能够快速启动和停止；定位精度非常高，虽然步距角有误 差，但一圈后可以消除误差、无积累误差；工作状态不易受各种干扰因素（如电 源电压波动、电流大小波动、温度变化）的影响，只要干扰大小未引起丢步（输 入脉冲后未能使电机转动），就不会影响工作。

3、步进电机的典型应用——需要精确定位场合，如机床进给系统、转盘驱动系 。