机电一体化概论2-1分析解析

1、第2章 机电一体化的系统组成,机电一体化系统主要由机械单元、检测单元、控制单元、伺服与驱动单元组成。 这些单元具有怎样的结构和工作原理? 单元能够完成哪些功能? 单元之间是如何连接的? 单元之间如何接受前一级元件的信号，将做出怎样的处理，又如何向下一级元件传递输出呢？,参考教材：第2章,第2章 机电一体化的系统组成,2.1 机械单元 2.2 伺服与驱动单元 2.3 检测单元 2.4 控制单元 2.5 接口技术,2.1 机械单元,2.1.1 机械单元基础 2.1.2 执行元件 2.1.3 传动与导向元件,手表的精确定时是靠机械传动实现的,2.1.1 机械单元（Mechanical unit）基础

2、,机械单元是机电一体化系统的基础，是系统中所有功能单元的安装骨架和支撑结构，同时还具有传递动力和运动的作用。 线性传动元件：减速装置、丝杠螺母副、蜗轮蜗杆副等； 非线性传动元件：连杆机构、凸轮机构等； 导向支承元件、旋转支承元件 轴系及架体等,2.1.1 机械单元（Mechanical unit）基础,基本要求：精度高，惯量小，刚度大 基本组成： 执行元件（Executive component） 机械执行元件，液压缸、气缸等； 电气执行元件，如电动机、电磁阀、电磁开关、电磁离合器等 传动与导向元件（Transmission and guide components） 传动带、传动链、传动齿轮

3、、传动轴等。 导轨、导向键等 机座元件,2.1.2 执行元件,机械执行元件是机器的直接工作部分，它是将动力和运动转化为克服有效外载、对外做功、完成人们设计任务的元件。 如，汽车驱动轮、夹持机器人手指等。,机电一体化系统中，执行元件主要包括机械执行元件、电磁执行元件、机械手末端执行器等。,2.1.2 执行元件,1. 机械执行元件 微动机构是机电一体化系统中广泛应用的执行元件 机械式：精密丝杠、精密杠杆、齿轮机构、凸轮机构以及弹性机构等。 机电式：电热式、电磁式、压电式、电致伸缩式、磁致伸缩式等。,（1）螺旋微动机构 万能工具显微镜工作台的螺旋微动装置,2.1.2 执行元件,（2）蜗轮-凸轮微动机

4、构 （3）齿轮-杠杆微动机构,扇形齿轮 （杠杆）,2.1.2 执行元件,（4）热变形式微动机构,机构原理示意图 热变形微动机构,2.1.2 执行元件,（5）磁致伸缩式微动机构,2.1.2 执行元件,2. 电磁执行元件（Electromagnetic actuator） 利用电磁感应现象驱动被控对象。,电磁阀 电磁马达 电磁离合器,2.1.2 执行元件,2. 电磁执行元件（Electromagnetic actuator）,左端电线圈通电 右端电线圈通电 二位五通电磁阀工作原理,2.1.3 传动与导向元件,1. 杆系（Bar-linkage system）,示意图 缝纫机下针机构 平面杆系 空间

5、杆系,空间杆系，若干个连杆机构按照一定的方式组合在一起，可以实现更为复杂的平面平移、角度倾斜、回转等复合运动。,2.1.3 传动与导向元件,2. 轮系,（1）齿轮传动（Gear transmission） （2）齿轮齿条传动（Gear-rack transmission）,2.1.3 传动与导向元件,2. 轮系,同步带实物 打印机上的字车结构,（3）同步带传动（Timing-belt transmission）,2.1.3 传动与导向元件,3. 螺旋传动（Helix transmission）,结构原理图 实物 滚珠丝杠传动,螺纹传动,2.1.3 传动与导向元件,滚珠丝杠传动特点 摩擦损失小，

6、传动效率高达0.920.96，而普通滑动丝 杠的传动效率为0.200.40。 丝杠螺母之间预紧后，可以完全消除间隙，传动精度高，刚度好。 摩擦阻力小，且几乎与运动速度无关，动静摩擦力之差极小，不易产生低速爬行现象。保证了运动的平稳性。 磨损小，寿命长，精度保持性好。 不能自锁，能实现旋转运动与直线运动的可逆转换，但在立式使用时应增加制动装置。 制造工艺复杂，成本高。,2.1.3 传动与导向元件,4. 凸轮传动（Cam transmission）,特点： 结构简单、紧凑； 高副接触，易磨损，传力不大； 可实现任意要求的从动件运动规律。,原理图 结构示意图,由凸轮、从动件、机架这三个基本构件组成,

7、发动机配气机构的凸轮传动结构,2.1.3 传动与导向元件,凸轮微动机构应用,电机1带动长轴2转动，长轴2末端与端面凸轮7相连并随之转动，使壳体6和套筒5沿轴向运动。当凸轮转动到回程时，凸轮推动壳体6向右侧运动，壳体内的弹簧4推动套筒5向右运动。反之，当凸轮转动到推程时，套筒右侧的弹簧推动套筒向左运动。套筒和支座上分别焊接了固定销8，微动装置就是通过两固定销驱动外固定架的两段沿轴向往复运动，外固定架再通过钢钉驱动骨折段微动。 通过调整微动频率、微动幅度、微动力，对骨折段施加载荷，使骨折段产生微动，以此来提高患者在术后的治疗效果。,单侧外固定架 1电机 2长轴 3支座 4弹簧 5可调节套筒 6壳体 7凸轮 8固定销 9连接杆 10固定夹 11钢针,2.1.3 传动与导向元件,5. 滚动导轨（Rolling guide）,直线滚动导轨（Linear rolling guide）由钢球在滑块与滑轨之间作无限滚动循环，使得负载平台能沿着滑轨轻易的以高精度作直线运动，其摩擦系数仅为传统滑动导轨的1/50，定位精度可达到m级。,实物 内部结