合肥工业大学机电一体化PPT1.

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1、机电一体化 系统设计 Design of Mechatronical System 高婷 gaoting15905697463 2013/3/8 合肥工业大学 机电一体化系统设计 v 课课程概况 n学 时：33（含实验） n成绩评定：平时成绩30%，卷面成绩70% n考试形式：开卷 v 学习习要求 机电一体化系统设计是一门综合性专业课，要求学生能把以前学过的机械 、电子学科的知识有机地结合起来，学习掌握“以机为主，以电为用，机电 结合”的设计思路和方法，系统培养学生关于机电一体化产品的创新和设计 能力，并了解现代机电一体化的系统特点和发展方向。 v 选选用教材 1） 机电一体化系统设计（第二/

2、三版），张建民，高等教育出版社 ，2007； 2） 机电一体化系统设计课程设计指导书，尹志强等，机械工业出版 社，2007。 合肥工业大学 第一章第一章 概概 论论 v第一节 机电一体化时代与机电一体化技术革命 v第二节 优先发展机电一体化的领域及其共性关 键技术 v第三节 机电一体化系统构成要素及功能构成 v第六节 机电一体化系统设计的考虑方法及设计 类型 v第八节 机电一体化工程与系统工程 合肥工业大学 第一节第一节 机电一体化时代与机电一体化技术革命机电一体化时代与机电一体化技术革命 v “机电一体化”一词的英文是“Mechatronics”, 是20世纪70年代初由日本 首先提出的，它

3、是取Mechanics（机械学）的前半部分和Electronics（ 电子学）的后半部分拼合而成的。国内也称为“机械电子学”。 v 迄今为止，“机电一体化”一词尚没有统一的定义。 v 一般认为，机电一体化是从系统的观点出发，将机械技术 、微电子 技术、信息技术、控制技术等在系统工程基础上有机地加以综合，以 实现整个系统最佳化的一门新兴边缘性技术学科。 Mechatronics?Mechatronics? MechaMechanics + Elecnics + Electronicstronics 合肥工业大学 第一节第一节 机电一体化时代与机电一体化技术革命机电一体化时代与机电一体化技术革命

4、哪些产品是机电一体化产品？哪些产品是机电一体化产品？ 数控机床、自动挡动挡 小轿车轿车 、全自动动洗衣机、电动电动 自行车车 、升降电电梯、机器人、飞飞行器、火箭、卫卫星、潜艇等。 合肥工业大学 美34年前发射的飞船到2011年已飞220亿公里 将离开太阳系 据媒体报道，美国航天总署 (NASA)于1977年发射的2艘 航海家号宇宙飞船(Voyager) ，是目前所有仍在运作、还可联 系的宇宙飞船中，距离地球最远 的。其中，航海家2号于1977 年8月20日发射，到2010年6 月28日已超过1万2000天，航 海家1号于1977年9月5日发射 ，至7月13日也达到1万2000 天。 合肥工业

5、大学 据报道，航海家1号(Voyager 1)目前已经航行超 过220亿公里，距离太阳约170亿公里；而地球与 太阳的平均距离为1亿5000万公里。航海家1号重 815公斤，于1977年9月5日发射，曾到访过木星及 土星，受惠于几次的引力加速，使得飞行速度比 其它任何人造太空飞行器都还要快，即使较它早 半个月发射的姊妹船航海家2号，也无法超越。 合肥工业大学 中国第一台自行设计、自主集成研制的“蛟龙号”载人潜水器 3000米级海试取得成功 中国科技部、国家海洋局 2010年8月26日宣布，中国 第一台自行设计、自主集 成研制的国家863计划重 大专项“蛟龙号”载人潜水 器，在南海3000米级海

6、上 试验取得成功，最大下潜 深度达3759米，并在南海 海底插上中国国旗。 合肥工业大学 中国载人潜水器成功突破5000米 达5056.8米 2011年7月26日上午 6：09在东太平洋试 验海区成功突破5000 米海底深度，达 5056.8米。这意味着 中国深海活动能力可覆 盖世界70%以上的洋 底，并成功回收至“向 阳红09”船。 合肥工业大学 “蛟龙”号预计2012年将进 行7000米级海试 “蛟龙”号下潜至海底5057米深处所拍摄的鱼 合肥工业大学 2012年6月24日，“蛟龙”号 载人潜水器在马里亚纳海域进 行的7000米级海试第四次下 潜试验中成功突破7000米深 度，再创中国载人

7、深潜新纪录 。图为“蛟龙”号被放入水。 2012年6月30日15时许，在马里亚 纳海沟试验区进行7000米级海试第 六次下潜的“蛟龙”号返回母船，标志 着我国具备了在全球99.8%的海洋 深处开展科学研究、资源勘探的能力 。 在今年进行的6次下潜中，“蛟龙”号3 次超越7000米，最大下潜深度达到 7062米 。 合肥工业大学 v 目前，国外共有各类深海载人潜水器13艘，性能与“蛟龙号”大体相 当的有5艘，分别是：美国的“阿尔文号”(下潜深度4500米，1963 年服役)、日本的“深海6500号”(下潜深度6500米，1989年服役 )、俄罗斯的“和平1号”与“和平2号”(下潜深度均为6000

8、米， 1987年服役)、法国的“鹦鹉螺号”(下潜深度6000米，1984年服 役)。最大下潜深度纪录由“深海6500号”于1989年8月创造，为 6527米。 合肥工业大学 定定 义义 “ “机电一体化机电一体化” ”乃是在机械的主功能、动力功能、信乃是在机械的主功能、动力功能、信 息功能和控制功能上引进微电子技术，并将机械息功能和控制功能上引进微电子技术，并将机械 装置与电子装置用相关软件有机结合而构成系统装置与电子装置用相关软件有机结合而构成系统 的总称。的总称。 合肥工业大学 1、20世纪60年代前为第一阶段，“萌芽阶段” 工程师们自觉或者不自觉地把机械产品和电子技术相结合，以提高机 械

9、产品的性能。但是由于电子技术的发展相对落后，使得机械与电子 的结合还没有得到广泛的应用。 2、70年代到80年代为第二阶段，“蓬勃发展阶段” 计算机技术、控制技术、通信技术（3C技术）的发展，为机电一体 化的发展奠定了技术基础。这个时期的特点是： mechatronics一词首先在日本被普遍接受，大约到20世纪80年代 末期在世界范围内得到比较广泛的承认； 机电一体化技术和产品得到了极大发展； 各国均开始对机电一体化技术和产品给以很大的关注和支持。 发展概况发展概况 合肥工业大学 3、90年代后期开始为第三阶段，“智能化阶段” 光学、通信技术等进入了机电一体化，微细加工技术也在机电一 体化中崭

10、露头脚，出现了光机电一体化和微机电一体化等新分支； 对机电一体化系统的建模设计、分析和集成方法，机电一体化的 学科体系和发展趋势都进行了深入研究。 由于人工智能技术、神经网络技术及光纤技术等领域取得的巨大 进步，为机电一体化技术开辟了发展的广阔天地。这些研究，将促使 机电一体化进一步建立完整的基础和逐渐形成完整的科学体系。 发展概况发展概况 合肥工业大学 1. 数控机床的问世，写下了“机电一体化” 历史的 第一页。 2. 微电子技术为“机电一体化”带来勃勃生机。 3. “可编程序控制器”、“电力电子”等的发展为“机 电一体化”提供了坚强基础。 4. 激光技术、模糊技术、信息技术等新技术使“机

11、电一体化” 跃上新台阶。 发展历程发展历程 合肥工业大学 机电一体化技术应用举例 加湿器的结构组成及 原理 采用超声波高频振荡 的原理，将水雾化为 15微米的超微粒 子，通过风动装置， 将水雾扩散到空气中 。 合肥工业大学 SIEMENS 可编程序控制器产品 合肥工业大学 数控机床 数 控 铣 床 合肥工业大学 焊接机器人-FAUNC 车身焊接机器人 工业机器人 合肥工业大学 课外阅读材料：汽车 1、EFI 系统 2、自动变速箱 3、安全气囊 4、ABS系统 5、自动巡航系统 合肥工业大学 电子燃油喷射（EFI）系统 电子控制燃油喷射系统（EFI）简称 汽油喷射。它是汽车汽油发动机取消化油器

12、而采用的一种先进的喷油装置。使用EFI， 汽车发动机燃烧将更充分，从而提高功率， 降低油耗，实现低公害排放的目的。当EFI 功能与发动机其它功能结为一体时，称“发 动机管理系统（EMS）”，这将达到更高要 求的环保目标。 合肥工业大学 合肥工业大学 CVT自动变速器原理图 奥迪A4的自动变速器。绿色圆筐中的部分就 是多片离合器式的行星齿轮制动机构 合肥工业大学 汽车防抱死系统(ABS) 合肥工业大学 基本工作原理是，汽车制动时，首先由轮速 传感器测出与制动车轮转速成正比的交流电 压信号，并将该电压信号送入电子控制器（ ECU）。由ECU中的运算单元计算出车轮 速度、滑动率及车轮的加、减速度，然

13、后再 由ECU中的控制单元对这些信号加以分析比 较后，向压力调节器发出制动压力控制指令 。使压力调节器中的电磁阀等直接或间接地 控制制动压力的增减，以调节制动力矩，使 之与地面附着状况相适应，防止制动车轮被 抱死。 合肥工业大学 安全气囊 汽车车行驶过驶过 程中，传传感器系统统不断向控制装置发发送速度变变化（或加速 度）信息，由控制装置（中央控制器）对这对这 些信息加以分析判断，如果所测测 的加速度、速度变变化量或其它指标标超预预定值值（即真正发发生了碰撞），则则控 制装置向气体发发生器发发出点火命令或传传感器直接控制点火，点火后发发生爆炸 反应应，产产生N2或将储储气罐中压缩压缩 氮气释释放

14、出来充满满碰撞气袋。乘员员与气袋 接触时时，通过过气袋上排气孔的阻尼吸收碰撞能量，达到保护护乘员员的目的。 合肥工业大学 位置位置, ,速度速度 检测单元检测单元 电机电机 机械机械 部件部件 位置位置, ,速速 度反馈度反馈 CNCCNC 数控机床伺服系统组成数控机床伺服系统组成 数控机床伺服系统 合肥工业大学 机电一体化系统的构成 执行器执行器 控制控制 信息信息 电子控制单元电子控制单元 动力源动力源 检测传感检测传感 部分部分 机械本体机械本体 参数变参数变 化信息化信息 驱驱 动动 力力 能能 量量 检测检测 参数参数 合肥工业大学 1 1、机械本体、机械本体 机械本体包括机架、机械

15、连接、机械传动等，它是机电一体化的基础机械本体包括机架、机械连接、机械传动等，它是机电一体化的基础 ，起着支撑系统中其他功能单元、传递运动和动力的作用。与纯粹的，起着支撑系统中其他功能单元、传递运动和动力的作用。与纯粹的 机械产品相比，机电一体化系统的技术性能得到提高、功能得到增强机械产品相比，机电一体化系统的技术性能得到提高、功能得到增强 ，这就，这就要求机械本体要求机械本体在机械结构、材料、加工工艺性以及几何尺寸等在机械结构、材料、加工工艺性以及几何尺寸等 方面方面能够与之相适应能够与之相适应，具有高效、多功能、可靠和节能、小型、轻量，具有高效、多功能、可靠和节能、小型、轻量 、美观的特点。、美观的特点。 2 2、动力源、动力源 是机电一体化产品的能量供应部分，其作用是是机电一体化产品的能量供应部分，其作用是按照系统控制要求，为按照系统控制要求，为 系统系统提供能量和动力，使系统正常运行。提供能量的方式包括电能、提供能量和动力，使系统正常运行。提供能量的方式包括电能、 气能和液压能，以电能为主气能和液压能，以电能为主。 机电一体化系统的构成 合肥工业大学 3 3、传感检测单元、传感检测单元 对系统运行中所需要的本身和外界环境的各种参数及状态对系统运行中所需要的本身和外界环境的各种参数及状态 进行检