机电一体化概述汇总

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1、单元一 机电一体化概述1 1. 1机电一体化的定义 “机电一体化是在机械主功能、动力功能、信息功能和控制功能上引进微电子技术，并将机械装置与电子装置用有关软件有机结合而构成系统的总称。”“机电一体化”是将机械技术、微电子技术、信息技术等多门技术学科在系统工程的基本上互相渗入、有机结合而形成和发展起来的一门新的边沿技术学科。 1. 3机电一体化的内容 机电一体化涉及了技术和产品两方面的内容,一方面是指机电一体化技术,另一方面是指机电一体化产品。. 1. 4机电一体化的特点机电一体化产品的明显特点是多功能、高效率、高智能、高可靠性,同步又具有轻、薄、细、小、巧的长处，其目的是不断满足人们生产生活的

2、多样性和省时、省力、以便的需求。1 机电一体化系统的基本构成1.2. 1机电一体化系统的功能构成 老式的机械产品重要是解决物质流和能量流的问题,而机电一体化产品除理解决物质流和能量流以外,还要解决信息流的问题。机电一体化系统的重要功能就是对输入的物质、能量与信息(即所谓工业三大要素)按照规定进行解决,输出具有所需特性的物质、能量与信息。机电一体化系统的主功能涉及变换(加工、解决)、传递（移动、输送)、储存(保持、积蓄、记录）三个目的功能。主功能也称为执行功能，是系统的重要特性部分，完毕对物质、能量、信息的互换、传递和储存。机电一体化系统还应具有动力功能、检测功能、控制功能、构造功能等其她功能。

3、加工机是以物料搬运、加工为主,输入物质(原料、毛坯等)、能量(电能、液能、气能等)和信息(操作及控制指令等),通过加工解决，重要输出变化了位置和形态的物质的系统(或产品)。动力机，其中输出机械能的为原动机，是以能量转换为主,输入能量（或物质)和信息,输出不同能量(或物质)的系统(或产品)。信息机是以信息解决为主,输入信息和能量,重要输出某种信息(如数据、图像、文字、声音等)的系统(或产品)。1. 2 2机电一体化系统的构成要素 机电一体化系统一般由机械本体、传感检测、执行机构、控制及信息解决、动力系统等五部分构成，各部分之间通过接口相联系。1.机械本体 机械本体涉及机械构造装置和机械传动装置。

4、机械构造是机电一体化系统的机体,用于支撑和连接其她要素,并把这些要素合理地结合起来，形成有机的整体。 动力部分 动力部分是按照系统控制规定,为系统提供能量和动力,去驱动执行机构工作以完毕预定的主功能。 3.传感检测部分 传感检测部分是对系统运营中所需要的自身和外界环境的多种参数及状态进行检测,然后变成可辨认信号，传播到信息解决单元，并且通过度析、解决后产生相应的控制信息。4.执行机构 执行机构是运动部件在控制信息的作用下完毕规定的动作,实现产品的主功能。5.控制及信息单元控制及信息单元将来自各传感器的检测信息和外部输入命令进行解决、运算和决策，根据信息解决成果，按照一定的程序和节奏发出相应的指

5、令,控制整个系统有目的地运营。1. 2 3机电一体化系统接口概述 机电一体化系统由许多要素或子系统构成,各要素或子系统之间必须能顺利地进行物质、能量和信息的传递与互换。各要素或各子系统相接处必须具有一定的联系条件,这些联系条件称为接口。接口设计的总任务是解决功能模块间的信号匹配问题，根据划分出的功能模块，在分析研究各功能模块输入/输出关系的基本上，计算制定出各功能模块互相连接时所必须共同遵守的电气和机械的规范和参数商定，使其在具体实现时可以“直接”相连。2.接口设计的规定 (1）微机接口。微机接口一般由接口电路和与之配套的驱动程序构成。可以使被传动的数据实目前电气上、时间上互相匹配的电路称为接

6、口电路;可以完毕这种功能的程序称为接口程序。信息转换重要涉及如下方面:数字量/模拟量的转换(D/A);模拟量数字量转换(A/）;从数字量转换成脉冲量;电平转换;电量到非电量的转换;弱电到强电的转换以及功率匹配等。(2)机械传动接口。规定它的连接机构紧凑、轻巧，具有较高的传动精度和定位精度,安装、维修、调节简朴以便,刚度好,响应快。. 机电一体化技术的理论基本与核心技术系统论、信息论、控制论是机电一体化技术的理论基本，那么微电子技术、精密机械技术等就是它的技术基本。机电一体化技术是以机械电子系统或产品为对象,以数学措施和计算机等为工具,对系统的构成要素、组织构造、信息互换和反馈控制等功能进行分析

7、、设计、制造和服务,从而达到最优设计、最优控制和最优管理的目的，以便允分发挥人力、物力和财力，通过多种组织管理技术,使局部与整体之间协调配合,实现系统的综合最优化。机电一体化系统是一种涉及物质流、能量流和信息流的系统,而有效地运用多种信号所携带的丰富信息资源，则有赖于信号解决和信号辨认技术。. 3. 核心技术 核心技术涉及精密机械技术、传感检测技术、伺服驱动技术、计算机与信息解决技术、自动控制技术、接口技术和系统总体技术等。1 机电一体化的发展趋势 机电一体化是集机械、电子、光学、控制、计算机、信息等多学科的交叉融合，它的发展和进步依赖并增进有关技术的发展和进步。因此，机电一体化的重要发展方向

8、如下。 1.智能化模块化3网络化.微型化5.绿色环保化6.人性化7.集成化单元二 机电一体化机械技术2 概述机械是由机械零件构成的,可以传递运动并完毕某些有效工作的装置。机械由输入部分、转换部分、传动部分、输出部分及安装固定部分等构成。通用的传递运动的机械零件有齿轮、齿条、蜗轮、蜗杆、带、带轮、曲柄和凸轮等。两个零件互相接触并相对运动,就形成了运动副,由若干运动副构成的具有拟定运动的装置称为机构。就传动而言,机构就是传动链，从系统动力学方面来考虑,传动链越短越好,这有助于实现系统整体最佳目的。在必须保存一定的传动件时,在满足强度和刚度的前提下,应力求传动件“轻、薄、细、小巧”，这就规定采用特种

9、材料和特种加工工艺。211机械运动与机构根据所施外力的不同，物体的运动可分为等速运动、不等速运动和间歇运动等。等速运动可分为单方向运动和往复运动,而加速运动就是一种不等速运动，间歇运动则是指每隔一定期间自行停止的运动。机电一体化产品的运动涉及沿特定轴旋转的旋转运动、沿规定直线的直线运动以及平面运动等。具有代表性的重要机械零件可分为紧固零件、传动零件和支撑零件。多种机械零件的有机组合就构成了机构。当机构中的一种零件产生运动时,机构中的其她零件将相应产生一定的运动。连杆机构、凸轮机构、间歇机构是机械中最常用的三种机构。2. 1 2机电一体化中的机械系统及其基本规定.传动机构 机电一体化机械系统中的

10、传动机构不仅仅是转速和转矩的变换器,并且已成为伺服系统的一部分，它要根据伺服控制的规定进行选择设计，以满足整个机械系统良好的伺服性能。因此传动机构除了要满足传动精度的规定，并且还要满足小型、轻量、高速、低噪声和高可靠性的规定。 2.导向及支承机构 导向及支承机构的作用是对机械构造保证一种良好导向和支承性能,为机械系统中各运动装置能安全、精确地完毕其特定方向的运动提供保障,一般指引轨、轴承等。执行机构 执行机构是用以完毕操作任务的直接装置。执行机构根据操作指令的规定在动力源的带动下,完毕预定的操作。一般规定它具有较高的敏捷度、精确度，良好的反复性和可靠性由于计算机的强大功能，使老式作为动力源的电

11、动机发展为具有动力、变速与执行等多重功能的伺服电动机,从而大大地简化了传动和执行机构。 除以上三部分外,机电一体化系统的机械部分一般还涉及机座、支架、壳体等。机电一体化中的机械系统除了满足一般机械设计的规定外，还必须满足如下几种特殊规定。1高精度 精度是机电一体化产品的重要性能指标，对其机械系统设计重要是执行机构的位置精度,其中涉及构造变形、轴系误差和传动误差，此外还要考虑温度变化的影响。 .小惯量 传动件自身的转动惯量会影响系统的响应速度及系统的稳定性。大惯量会使机械负载增大、系统响应速度变慢、敏捷度减少，使系统固有频率下降,容易产生谐振;使电气驱动部分的谐振频率变低,阻尼增大。反之，小惯量

12、则可使控制系统的带宽做得比较宽，迅速性比较好、精度比较高，同步尚有助于减小用于克服惯性载荷的伺服电机的功率,提高整个系统的稳定性、动态响应和精度。3.大刚度 机电一体化机械系统要有足够的刚度，弹性变形要限制在一定范畴之内。弹性变形不仅影响系统精度,并且影响系统构造的固有频率、控制系统的带宽和动态性能。 机电一体化机械系统设计同样有传动设计和构造设计部分，只是由于机电一体化的特性决定了在机械系统设计过程中有它自身的特点。2. 机械传动机构机电一体化机械系统应具有良好的伺服性能,从而规定传动机构满足如下几种方面:转动惯量小、刚度大、阻尼合适，此外还规定摩擦小、抗振性好、间隙小，特别是其动态特性与伺

13、服电动机等其她环节的动态特性相匹配。. . 1齿轮传动在数控机床伺服进给系统中采用齿轮传动装置的目的有两个：一是将高转速低转矩的伺服电机（如步进电机、直流或交流伺服电机等)的输出，变化为低转速大转矩的执行件的输出；二是使滚珠丝杠和工作台的转动惯量在系统中占有较小的比重。此外，对开环系统还可以保证所规定的精度。提高传动精度的构造措施有如下几种。合适提高零部件自身的精度。合理设计传动链，减少零部件制造、装配误差对传动精度的影响。一方面，合理选择传动形式;另一方面，合理拟定级数和分派各级传动比;最后,合理布置传动链。采用消隙机构，以减少或消除空程消除齿轮传动中侧隙的措施。 1.圆柱齿轮传动 (1)偏

14、心轴套调节法。(2)锥度齿轮调节法。(3)双向薄齿轮错齿调节法。2 . 2带传动 1.一般带传动 带传动是运用张紧在带轮上的带，靠它们之间的摩擦或啮合，在两轴(或多轴)间传递运动或动力。根据传动原理不同，带传动可分为摩擦型和啮合型两大类，常用的是摩擦带传动。摩擦带传动根据带的截面形状分为平带、带、多楔带和圆带等 靠摩擦工作的带传动,其长处是:因带是弹性体,能缓和载荷冲击，运营平稳无噪声；过载时将引起带在带轮上打滑,因而可避免其她零件损坏;制造和安装精度不像啮合传动那样严格;可增长带长以适应中心距较大的工作条件(可达巧m)。其缺陷是:带与带轮的弹性滑动使传动比不精确，效率较低，寿命较短；传递同样

15、大的圆周力时,外廓尺寸和轴上的压力都比啮合传动大;不适宜用于高温、易燃等场合。常用的张紧装置有三种。 (1)定期张紧装置:调节中心距使带重新张紧。(）自动张紧装置(3）使用张紧轮的张紧装置2.螺旋传动 根据螺旋传动的运动方式可以分为两大类：一类是滑动摩擦式螺旋传动,它是将联结件的旋转运动转化为被执行机构的直线运动;另一类是滚动摩擦式螺旋传动,它是将滑动摩擦转换为滚动摩擦，完毕旋转运动。 1.滑动螺旋传动 它是运用螺杆与螺母的相对运动，将旋转运动变为直线运动。滑动螺旋传动具有传动比大、驱动负载能力强和自锁等特点。(1）滑动螺旋传动的形式及应用 螺母固定，螺杆转动并移动。这种传动形式的螺母自身就起着支承作用，从而简化了构造,消除了螺杆与轴承之间也许产生的轴向窜动，容易获得较高的传动精度。缺陷是所占轴向尺寸较大(螺杆行程的两倍加上螺母高度）,刚性较差。因此仅合用于行程短的状况。 螺杆转动，螺母移动。这种传动形式的特点是构造紧凑(所占轴向尺寸取决于螺母高度及行程大小),刚度较大。合用于工作行程较长的状况。 差动螺旋传动。