机电一体化 课程重点.doc

机电一体化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，并将机械装置与电子装置用相关软件有机结合而构成系统的总称。机电一体化系统由机械系统、信息处理系统、动力系统、传感检测系统、执行元件系统五个子系统组成。全闭环系统、半闭环系统。机电一体化的基本特征是给机械添加了“头脑”。机电一体化系统必须具有一下三个“目的功能”：1、变换功能；2、传递功能；3、储存功能。机电一体化系统设计的考虑方法通常有：机电互补法、融合（结合）法和组合法。机电一体化系统的设计类型大致有以下三种：1、开发性设计；2、适应性设计；3、变异性设计。P13并行工程与串行工程的差异就在于在产品的设计阶段就要按并行、交互、协调的工作模式进行系统设计，就是说，在设计过程中对系统生命周期内的各个阶段的要求要尽可能地同时进行交互式的协调。丝杠螺母机构主要用来将旋转运动变换为直线运动或直线运动变换为旋转运动。丝杠螺母机构的基本传动形式有：1、螺母固定、丝杠转动并移动（获得较高的传动精度）；2、丝杠转动、螺母移动（结构紧凑、丝杠刚性较好，适用于行程较大的场合。常用！）；3、螺母转动、丝杠移动；4、丝杠固定、螺母转动并移动。滚珠丝杠副的螺纹滚道有单圆弧形和双圆弧形。滚道型面与滚珠接触点的法线与丝杠轴向的垂线间的夹角称接触角，一般为45。P26滚珠的循环方式有内循环和外循环两种。外循环从结构上看有三种形式：1、螺旋槽式；2、插管式；3、端盖式。基本导程Ph。滚珠丝杠副在有负载时，滚珠与滚道面接触点处将产生弹性变形。换向时，其轴向间隙会引起空回。这种空回是非连续的，既影响传动精度，又影响系统的稳定性。调整预紧的方法：1、双螺母螺纹预紧调整式；2、双螺母齿差预紧调整式；3、双螺母垫片预紧调整式；4、弹簧式自动调整预紧式；5、单螺母变位导程预紧式和单螺母滚珠过盈预紧式。常用轴承的组合方式：1、单推单推式；2、双推双推式；3、双推简支式；4、双推自由式（轴向刚度和承载能力低）。当选定执行元件步距角、系统脉冲当量和丝杠基本导程Ph之后，其减速比i应满足匹配关系为。各级传动比的最佳分配原则：1、重量最轻原则；2、输出轴转矩角误差最小原则；3、等效转动惯量最小原则。谐波齿轮传动的传动比：P41圆柱齿轮传动的齿侧间隙的调整方法：1、偏心套（轴）调整法；2、轴向垫片调整法；3、双片薄齿轮错齿调整法。间歇传动机构：1、棘轮传动机构；2、槽轮传动机构；3、蜗形凸轮传动机构。机电一体化系统对导轨的基本要求是导向精度高、刚性好、运动轻便平稳、耐磨性好、温度变化影响小以及结构工艺性好等。导向精度是指动导轨按给定方向作直线运动的准确精度。导轨副的截面形状：1、三角形导轨（磨损后能自动补偿）；2、矩形导轨；3、燕尾形导轨；4、圆形导轨。静压导轨副工作原理P65-P66。方向精度是指运动件转动时，其轴线与承导件的轴线产生倾斜的程度。置中精度是指在任意截面上，运动件的中心与承导件的中心之间产生偏移的程度。嵌入式滚动支承形式：图a所示的结构，接触面积小，其摩擦阻力矩较另外两种小，但所承受的载荷也较小，在耐磨性方面也不及后两种结构好。图b所示结构能承受较大载荷，但摩擦阻力矩较大。图c所示结构，在承受载荷和摩擦阻力矩方面，介于前两者之间。P71执行元件的种类：1、电动式执行元件；2、液动式执行元件；3、气动式执行元件。特点：P91。步进电动机一般为开环控制，直流和交流伺服电机可采用半闭环或全闭环控制方式。闭环控制方式可得到比开环控制方式更精密的伺服控制。电动机的功率密度。电动机的比功率。对于起停频率低，但要求低速平稳和扭矩脉动小，高速运行时振动、噪声小，在整个调速范围内均可稳定运动的机械；对起停频率高，但不特别要求低速平稳性产品。直流伺服电机与驱动：P98。脉宽调制直流调速驱动系统原理如图3.4所示。P99。步进电机是将电脉冲信号转换成机械角位移的执行元件。转子角位移的大小及转速分别与输入的电脉冲数及其频率成正比，并在时间上与输入脉冲同步。步进电动机的特点：1、工作状态不易受各种干扰因素的影响；2、步距角的误差不会长期积累；3、控制性能好，不易“丢步”。步进电机的工作原理。P105-P107步距角的大小与通电方式和转子齿数有关，大小为：。m运行拍数，通常等于相数或相数整数倍，即（N为电动机的相数，单拍时K=1，双拍时K=2）。实现环形分配的方法有三种：1、采用计算机软件，利用查表或计算方法来进行脉冲的环形分配，简称软环分；2、采用小规模集成电路搭接而成的三相六拍环形脉冲分配器；3、采用专用环形分配器器件。将一个步距角细分成若干步的驱动方法称细分驱动。要实现细分，需要将绕组中的矩形电流波改成阶梯形电流波，即设法使绕组中的电流以若干个等幅等宽度阶梯上升到额定值，并以同样的阶梯从额定值下降为零。使用微型计算机对步进电机进行控制有串行和并行两种方式。专用控制系统适合于大批量生产的机电一体化产品。对于多品种、中小批量生产的机电一体化产品来说，由于还在不断改进，结构还不十分稳定，特别是对现有设备进行改造时，采用通用控制系统比较合理。微型计算机：字长微处理器的字长定义为并行数据总线的线数。字长直接影响数据的精度、寻址的能力、指令的数目和执行操作的时间。速度速度的选择与字长的选择可一并考虑。按微处理机位数可将微型计算机分为位片、4位、8位、16位、32位和64位等机种。位数是指微处理机并行处理的数据位数，即可同时传送数据的总线宽度。机器语言是设计计算机时所定义的、能够直接解释与执行的指令体系，其指令用“0”、“1”符号所组成的代码表示。当CPU的引脚接到+5V时，8086/8088工作于最小模式。接地，8086/8088则工作于最大模式。最小工作模式是指单处理器系统。最大工作模式是相对于最小工作模式而言的。其特征是系统中可以包括两个或多个微处理器。8086/8088引脚的功能定义。P137P1408086CPU最小工作模式系统的典型配置。P141图4.7I/O寻址方法。P152光电隔离电路的作用：1、可将输入与输出端两部分电路的地线分开，各自使用一套电源供电；2、可以进行电平转换；3、提高驱动能力。光电耦合隔离电路应用。P169传感器是将被检测对象的各种物理变化量变为电信号的一种变换器。按输出信号的性质可将传感器分为开关型、模拟型和数字型。P180传感器与微机的基本接口。表4.32模拟量转换输入方式。表4.33采样是指将连续时间信号转变为脉冲或数字信号的过程。D/A转换过程。P206直线插补与圆弧插补。P247典型负载是指惯性负载、外力负载、弹性负载、摩擦负载。等效转动惯量、等效负载转矩。P251公式（7.3）、公式（7.8）计算举例。P251额定转矩T（N.m或N.cm）应大于所需要的最大转矩。系统执行元件的转矩匹配：有源校正，通常不是靠理论计算而是用工程整定的方法来确定其参数的。方法如：P265调节器控制作用有三种基本形式，即比例作用、积分作用和微分作用。控制作用对系统产生的控制结果。P267由于减速器的主动轮和从动轮之间间隙的存在和传动方向的变化，齿轮传动的输入转角和输出转角之间呈滞环特性。传动间