機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì),機(jī)電一體化構(gòu)成要素,目錄,緒論機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)傳感檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)控制電動(dòng)機(jī)及其選擇計(jì)算工業(yè)控制計(jì)算機(jī)及接口設(shè)計(jì)應(yīng)用舉例,緒論,第一節(jié)機(jī)電一體化概念一、機(jī)電一體化概念Mechatronics=Mechanics+Electronics機(jī)械工程和電子工程相結(jié)合的技術(shù)，以及應(yīng)用這些技術(shù)的機(jī)械電子裝置（產(chǎn)品）。,二、機(jī)電一體化產(chǎn)品,錄像機(jī),數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、自動(dòng)生產(chǎn)設(shè)備生產(chǎn)用機(jī)電一體化產(chǎn)品柔性生產(chǎn)單元、自動(dòng)組合生產(chǎn)單元FMS、無(wú)人化工廠、CIMS微機(jī)控制汽車、機(jī)車等交通運(yùn)輸工具運(yùn)輸、包裝及工程用機(jī)電一體化產(chǎn)品數(shù)控包裝機(jī)械及系統(tǒng)數(shù)控運(yùn)輸機(jī)械及工程機(jī)械設(shè)備自動(dòng)倉(cāng)庫(kù)儲(chǔ)存、銷售用機(jī)電一體化產(chǎn)品自動(dòng)空調(diào)與制冷系統(tǒng)及設(shè)備自動(dòng)稱量、分選、銷售及現(xiàn)金處理系統(tǒng)自動(dòng)化辦公設(shè)備社會(huì)服務(wù)性機(jī)電一體化產(chǎn)品動(dòng)力、醫(yī)療、環(huán)保及公共服務(wù)自動(dòng)化設(shè)備文教、體育、娛樂(lè)用機(jī)電一體化產(chǎn)品微機(jī)或數(shù)控型耐用消費(fèi)品家庭用機(jī)電一體化產(chǎn)品炊事自動(dòng)化機(jī)械家庭用信息、服務(wù)設(shè)備測(cè)試設(shè)備科研及過(guò)程控制用機(jī)電一體化產(chǎn)品控制設(shè)備信息處理系統(tǒng)農(nóng)、林、牧、漁及其它民用機(jī)電一體化產(chǎn)品航空、航天、國(guó)防用武器裝備等機(jī)電一體化產(chǎn)品,三、機(jī)電一體化產(chǎn)品的表現(xiàn)形式,1.機(jī)械的電子化（1）在原有機(jī)械系統(tǒng)的基礎(chǔ)上采用微型計(jì)算機(jī)控制裝置，使系統(tǒng)的性能提高，功能增強(qiáng)。例如，模糊控制洗衣機(jī)能根據(jù)衣物的潔凈度自動(dòng)控制洗滌過(guò)程，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)水、節(jié)電、節(jié)時(shí)、節(jié)洗衣粉的功能；機(jī)床的數(shù)控化是另一個(gè)典型的例子。（2）用電子裝置局部替代機(jī)械傳動(dòng)裝置和機(jī)械控制裝置，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)控制靈活性。例如，數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)采用伺服系統(tǒng)，簡(jiǎn)化了傳動(dòng)鏈，提高了進(jìn)給系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能；將傳統(tǒng)電機(jī)的電刷用電子裝置替代形成的無(wú)刷電機(jī)，具有性能可靠、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸減小等優(yōu)點(diǎn)。（3）用電子裝置完全替代原來(lái)執(zhí)行信息處理功能的機(jī)構(gòu)，既減化了結(jié)構(gòu)，又極大地豐富了信息傳輸?shù)膬?nèi)容，提高了速度。例如，石英電子鐘表、電子秤、按鍵式電話等。（4）用電子裝置替代機(jī)械的主功能，形成特殊的加工能力。例如，電火花加工機(jī)床、線切割加工機(jī)床、激光加工機(jī)床等。2.機(jī)電技術(shù)完全融合形成新型機(jī)電一體化產(chǎn)品生產(chǎn)機(jī)械中的激光快速成形機(jī)；信息機(jī)械中的傳真機(jī)、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)；檢測(cè)機(jī)械中的CT（計(jì)算機(jī)斷層掃描診斷裝置）掃描診斷儀、掃描隧道顯微鏡等。,C650臥式車床外形圖1主軸變速箱2溜板與刀架3尾座4床身5絲杠6光杠7溜板箱8進(jìn)給箱9掛輪箱,效益分析,第二節(jié)機(jī)電一體化構(gòu)成要素及相關(guān)技術(shù)一、構(gòu)成要素,二、相關(guān)技術(shù),機(jī)械技術(shù)機(jī)電一體化的機(jī)械產(chǎn)品與傳統(tǒng)的機(jī)械產(chǎn)品的區(qū)別在于：機(jī)械結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單、機(jī)械功能更強(qiáng)、性能更優(yōu)越?，F(xiàn)代機(jī)械要求具有更新穎的結(jié)構(gòu)、更小的體積、更輕的重量，還要求精度更高、剛度更大、動(dòng)態(tài)性能更好。在設(shè)計(jì)和制造機(jī)械系統(tǒng)時(shí)除了考慮靜態(tài)、動(dòng)態(tài)剛度及熱變形等問(wèn)題外，還應(yīng)考慮采用新型復(fù)合材料和新型結(jié)構(gòu)以及新型的制造工藝和工藝裝置。2.傳感檢測(cè)技術(shù)傳感檢測(cè)技術(shù)的內(nèi)容，一是研究如何將各種被測(cè)量（包括物理量、化學(xué)量和生物量等）轉(zhuǎn)換為與之成比例的電量；二是研究對(duì)轉(zhuǎn)換的電信號(hào)的加工處理，如放大、補(bǔ)償、標(biāo)度變換等。機(jī)電一體化系統(tǒng)要求傳感檢測(cè)裝置能快速、準(zhǔn)確、可靠的獲取信息,3信息處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)信息處理的主要工具是計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)技術(shù)包括計(jì)算機(jī)的軟件技術(shù)、硬件技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)與通訊技術(shù)和數(shù)據(jù)技術(shù)。機(jī)電一體化系統(tǒng)中主要采用工業(yè)控制機(jī)（包括可編程控制器，單、多回路調(diào)節(jié)器，單片微控制器，總線式工業(yè)控制機(jī)，分布式計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)）進(jìn)行信息處理。信息處理的發(fā)展方向是提高信息處理的速度、可靠性和智能化程度。人工智能技術(shù)、專家系統(tǒng)技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等都屬于計(jì)算機(jī)信息處理技術(shù)的范疇。4自動(dòng)控制技術(shù)自動(dòng)控制所依據(jù)的理論是自動(dòng)控制原理（包括經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論），自動(dòng)控制技術(shù)就是在此理論的指導(dǎo)下對(duì)具體控制裝置或控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)后進(jìn)行系統(tǒng)仿真，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試；最后使研制的系統(tǒng)可靠地投入運(yùn)行。機(jī)電一體化系統(tǒng)中的自動(dòng)控制技術(shù)主要包括位置控制、速度控制、最優(yōu)控制、自適應(yīng)控制以及模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等。5伺服傳動(dòng)技術(shù)伺服傳動(dòng)包括電動(dòng)、氣動(dòng)、液壓等各種類型的傳動(dòng)裝置常見(jiàn)的伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要有電氣伺服（如步進(jìn)電機(jī)、直流伺服電機(jī)、交流伺服電機(jī)等）和液壓伺服（如液壓馬達(dá)、脈沖油缸等）兩類。6系統(tǒng)總體技術(shù)機(jī)電一體化系統(tǒng)是一個(gè)技術(shù)綜合體，它利用系統(tǒng)總體技術(shù)將各有關(guān)技術(shù)協(xié)調(diào)配合、綜合運(yùn)用而達(dá)到整體系統(tǒng)的最佳化。,三、學(xué)科構(gòu)成,四、機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法,1.取代法取代法就是用電氣控制取代原系統(tǒng)中的機(jī)械控制機(jī)構(gòu)。該方法是改造舊產(chǎn)品、開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品或?qū)υ到y(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造常用的方法,也是改造傳統(tǒng)機(jī)械產(chǎn)品的常用方法。,2.整體設(shè)計(jì)法整體設(shè)計(jì)法主要用于新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)時(shí)完全從系統(tǒng)的整體目標(biāo)出發(fā),考慮各子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。3.組合法組合法就是選用各種標(biāo)準(zhǔn)功能模塊組合設(shè)計(jì)成機(jī)電一體化系統(tǒng)。例如,設(shè)計(jì)一臺(tái)數(shù)控機(jī)床,可以依據(jù)機(jī)床的性能要求,通過(guò)對(duì)不同廠家的計(jì)算機(jī)控制單元、伺服驅(qū)動(dòng)單元、位移和速度測(cè)試單元及主軸、導(dǎo)軌、刀架、傳動(dòng)系統(tǒng)等產(chǎn)品的評(píng)估分析,研究各單元間接口關(guān)系和各單元對(duì)整機(jī)性能的影響,通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)確定機(jī)床的結(jié)構(gòu)組成。,第三節(jié)機(jī)電一體化發(fā)展方向,一、機(jī)電一體化特點(diǎn)1、體積小，重量輕2、速度快，精度高3、可靠性高4、柔性好二、發(fā)展方向1、復(fù)合化2、小型化，輕量化3、高速化4、移動(dòng)化5、智能化6、層次化和系統(tǒng)化7、全盤(pán)化總之，性能上:向高精度、高效率、高性能、智能化方向發(fā)展；功能上：向小型化、輕型化、多功能方向發(fā)展;層次上：向系統(tǒng)化、復(fù)合集成化方向發(fā)展。,機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì),機(jī)械系統(tǒng)是機(jī)電一體化系統(tǒng)的最基本要素，主要包括執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和支承部件。機(jī)械的主要功能是完成機(jī)械運(yùn)動(dòng)，一部機(jī)器必須完成相互協(xié)調(diào)的若干機(jī)械運(yùn)動(dòng)。每個(gè)機(jī)械運(yùn)動(dòng)可由單獨(dú)的控制電機(jī)、傳動(dòng)件和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成的若干個(gè)子系統(tǒng)來(lái)完成，若干個(gè)機(jī)械運(yùn)動(dòng)由計(jì)算機(jī)來(lái)協(xié)調(diào)與控制。第一節(jié)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的特性一、機(jī)電一體化對(duì)機(jī)械傳動(dòng)的要求1、高精度2、快速響應(yīng)3、良好的穩(wěn)定性二、機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的特性轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小摩擦小阻尼合適剛度大抗振性能好間隙小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大會(huì)是機(jī)械負(fù)載增大、系統(tǒng)響應(yīng)性能變慢、靈敏度降低、固有頻率下降，容易諧振。同時(shí)，使電氣驅(qū)動(dòng)部件諧振頻率降低，阻尼增大。阻尼越大，最大振幅越小，衰減越快。但定位精度降低，易產(chǎn)生爬行；穩(wěn)態(tài)誤差大，精度降低。剛度大，失動(dòng)量小。提高剛度可增加閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。,第二節(jié)機(jī)械傳動(dòng)裝置,1齒輪2同步齒形帶傳動(dòng)3滾珠絲杠4滾珠花鍵5諧波齒輪減速器,提高傳動(dòng)精度的結(jié)構(gòu)措施,提高傳動(dòng)精度的結(jié)構(gòu)措施有：(1)適當(dāng)提高零部件本身的精度；(2)合理設(shè)計(jì)傳動(dòng)鏈，減少零部件制造、裝配誤差對(duì)傳動(dòng)精度的影響3)采用消隙機(jī)構(gòu)以減少或消除空程。合理設(shè)計(jì)傳動(dòng)鏈方法(1)合理選擇傳動(dòng)型式(2)合理確定級(jí)數(shù)和分配各級(jí)傳動(dòng)比(3)合理布置傳動(dòng)鏈,合理確定級(jí)數(shù)和分配各級(jí)傳動(dòng)比,合理布置傳動(dòng)鏈,齒輪傳動(dòng)間隙的消除措施由于數(shù)控設(shè)備進(jìn)給系統(tǒng)經(jīng)常處于自動(dòng)變向狀態(tài)，反向時(shí)如果驅(qū)動(dòng)鏈中的齒輪等傳動(dòng)副存在間隙，就會(huì)使進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的反向滯后于指令信號(hào)，從而影響其驅(qū)動(dòng)精度。因此必須采取措施消除齒輪傳動(dòng)中的間隙，以提高數(shù)控設(shè)備進(jìn)給系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)精度。1.圓柱齒輪傳動(dòng)(1)雙片薄齒輪錯(cuò)齒法,(2)偏心軸套調(diào)整法,電機(jī)1是通過(guò)偏心軸套2裝到殼體上，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)偏心軸套的轉(zhuǎn)角，就能夠方便地調(diào)整兩嚙合齒輪的中心距，從而消除了圓柱齒輪正、反轉(zhuǎn)時(shí)的齒側(cè)隙。,(3)錐度齒輪調(diào)整法,在加工齒輪1和2時(shí)，將假想的分度圓柱面改變成帶有小錐度的圓錐面，使其齒厚在齒輪的軸向稍有變化（其外形類似于插齒刀）。裝配時(shí)只要改變墊片3的厚度就能調(diào)整兩個(gè)齒輪的軸向相對(duì)位置，從而消除了齒側(cè)間隙。,2.斜齒輪傳動(dòng),圖7-29是墊片錯(cuò)齒調(diào)整法，薄片齒輪由平鍵和軸連接，互相不能相對(duì)回轉(zhuǎn)。斜齒輪1和2的齒形拼裝在一起加工。裝配時(shí)，將墊片厚度增加或減少t，然后再用螺母擰緊。這時(shí)兩齒輪的螺旋線就產(chǎn)生了錯(cuò)位，其左右兩齒面分別與寬齒輪的齒面貼緊，從而消除了間隙。,軸向壓簧錯(cuò)齒調(diào)整法，,其特點(diǎn)是齒側(cè)隙可以自動(dòng)補(bǔ)償，但軸向尺寸較大，結(jié)構(gòu)不緊湊。,同步齒形帶傳動(dòng),同步齒形帶傳動(dòng)，是一種新型的帶傳動(dòng)，如圖所示，它利用齒形帶的齒形與帶輪的輪齒依次相嚙合傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，因而兼有帶傳動(dòng)，齒輪傳動(dòng)及鏈傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，即無(wú)相對(duì)滑動(dòng)，平均傳動(dòng)比準(zhǔn)確，傳動(dòng)精度高，而且齒形帶的強(qiáng)度高，厚度小，重量輕，故可用于高速傳動(dòng)；齒型帶無(wú)需特別張緊，故作用在軸和軸承等上的載荷小，傳動(dòng)效率高，在數(shù)控機(jī)械上亦有應(yīng)用。,絲杠螺母機(jī)構(gòu)傳動(dòng)形式與特點(diǎn),（1）絲杠螺母機(jī)構(gòu)的主要構(gòu)成絲杠、絲杠螺母和減摩介質(zhì)或滾動(dòng)體（回珠裝置）。功能：實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與直線運(yùn)動(dòng)之間相互轉(zhuǎn)換或調(diào)整。作用：用于機(jī)構(gòu)之間能量的傳遞和運(yùn)動(dòng)形式的傳遞。分類：滑動(dòng)和滾動(dòng)絲杠螺母機(jī)構(gòu)。,（2）絲杠螺母機(jī)構(gòu)傳遞運(yùn)動(dòng)的基本條件,1）滑動(dòng)絲杠螺母機(jī)構(gòu)傳遞運(yùn)動(dòng)基本條件：應(yīng)有足夠的滑移間隙和充分地潤(rùn)滑，熱脹冷縮補(bǔ)償空間；因而，存在一定的空回間隙。,絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)的類型與特點(diǎn),絲杠螺母機(jī)構(gòu)差動(dòng)傳動(dòng)的工作原理,滾珠絲杠螺母副機(jī)構(gòu),（1）滾珠絲杠副的工作原理及特點(diǎn)滾珠絲杠副是一種新型的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是具有螺旋槽的絲杠螺母間裝有滾珠作為中間傳動(dòng)件，以減少摩擦，如圖所示。圖中絲杠和螺母上都磨有圓弧形的螺旋槽，這兩個(gè)圓弧形的螺旋槽對(duì)合起來(lái)就形成螺旋線滾道，在滾道內(nèi)裝有滾珠。當(dāng)絲杠回轉(zhuǎn)時(shí)，滾珠相對(duì)于螺母上的滾道滾動(dòng)，因此絲杠與螺母之間基本上為滾動(dòng)摩擦。為了防止?jié)L珠從螺母中滾出來(lái)，在螺母的螺旋槽兩端設(shè)有回程引導(dǎo)裝置，使?jié)L珠能循環(huán)流動(dòng)。,2）滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)傳遞運(yùn)動(dòng)的基本條件：應(yīng)有足夠的潤(rùn)滑儲(chǔ)油空間和熱脹冷縮彈性補(bǔ)償能力，可實(shí)現(xiàn)無(wú)間隙工作；因而，存在一定的表面應(yīng)力；為了實(shí)現(xiàn)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，需一滾珠的回珠裝置（內(nèi)或外）。,滾珠絲杠副的特點(diǎn),1）傳動(dòng)效率高，摩擦損失小。滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率0.920.96，比常規(guī)的絲杠螺母副提高34倍。因此，功率消耗只相當(dāng)于常規(guī)的絲杠螺母副的1/41/3。2）給予適當(dāng)預(yù)緊，可消除絲杠和螺母的螺紋間隙，反向時(shí)就可以消除空行程死區(qū)，定位精度高，剛度好。3）運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，無(wú)爬行現(xiàn)象，傳動(dòng)精度高。4）運(yùn)動(dòng)具有可逆性，可以從旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)，也可以從直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，即絲杠和螺母都可以作為主動(dòng)件。5）磨損小，使用壽命長(zhǎng)。6）制造工藝復(fù)雜。滾珠絲杠和螺母等元件的加工精度要求高，表面粗糙度也要求高，故制造成本高。7）不能自鎖。特別是對(duì)于垂直絲杠，由于自重慣力的作用，下降時(shí)當(dāng)傳動(dòng)切斷后，不能立刻停止運(yùn)動(dòng)，故常需添加制動(dòng)裝置。,（3）滾珠絲杠副的典型結(jié)構(gòu)類型,主要按螺紋滾道截面形狀、滾珠的循環(huán)方式、消除軸向間隙的調(diào)整與預(yù)緊方式三種形式進(jìn)行分類。1）按螺紋滾道截面形狀分類：分單圓弧型和雙圓弧型兩類。,單圓弧滾道和雙圓弧滾道的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),單圓弧滾道：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳遞精度由加工質(zhì)量保證，軸向間隙小，無(wú)軸向間隙調(diào)整和預(yù)緊能力，加工困難，加工精度要求高，成本高，一般在輕載條件下工作。雙圓弧滾道：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，存在軸向間隙，加工質(zhì)量易于保證，在使用雙螺母結(jié)構(gòu)的條件下，具有軸向間隙調(diào)整和預(yù)緊能力，傳遞精度高。,2）按滾珠的循環(huán)方式分類：內(nèi)循環(huán)方式和外循環(huán)方式兩類。a）內(nèi)循環(huán)方式,浮動(dòng)式反向器內(nèi)循環(huán)方式,b）外循環(huán)方式,端蓋式外循環(huán)插管式外循環(huán),3）消除軸向間隙的調(diào)整與預(yù)緊方式,無(wú)論是滑動(dòng)絲杠還是滾動(dòng)絲杠傳動(dòng)，由于在結(jié)構(gòu)上均存在一定的軸向間隙，以及磨損間隙的存在，為了保證運(yùn)動(dòng)傳遞的連續(xù)性和可靠性，消除軸向間隙并實(shí)施一定預(yù)緊，有利于提高絲杠的傳遞精度和一定的承載能力。消除和減小絲杠軸向間隙的主要方法：主要分為雙螺母螺紋預(yù)緊調(diào)整、雙螺母墊片式預(yù)緊調(diào)整、雙螺母齒差式預(yù)緊調(diào)整、彈簧式自動(dòng)預(yù)緊調(diào)整、單螺母變導(dǎo)程預(yù)緊調(diào)整四種方式。,滾珠絲杠的間隙調(diào)整與預(yù)緊,滾珠絲杠副的潤(rùn)滑與密封,潤(rùn)滑：主要有脂潤(rùn)滑和滴油潤(rùn)滑。密封：接觸式密封（動(dòng)或靜密封）和非接觸式密封（迷宮式密封）。防塵與防護(hù)：折疊式防塵套、伸縮式防塵套、伸縮擋板防塵裝置等。,（6）滾珠絲杠副的選擇方法,1）滾珠絲杠副結(jié)構(gòu)形式確定依據(jù)預(yù)緊條件和防塵條件決定滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)形式。單圓弧螺紋滾道的單螺母絲杠副以動(dòng)力傳動(dòng)為主，允許傳動(dòng)存在一定間隙，且垂直安裝。常用在高精度壓力設(shè)備上（導(dǎo)向精度由導(dǎo)軌保證）。單圓弧螺紋滾道的雙螺母絲杠副主要用在傳遞輕載荷、對(duì)傳遞動(dòng)力的平穩(wěn)性和絲桿剛度要求比高（預(yù)緊力較小）的小型設(shè)備上。,滾珠絲杠副基本結(jié)構(gòu)尺寸的選擇,主要依據(jù)滾珠絲杠副傳遞的最大載荷、運(yùn)動(dòng)特性（傳遞速度）和范圍（有效行程）、傳遞精度要求，選定滾珠絲杠副的公稱直徑、基本導(dǎo)程以及傳遞精度等級(jí)。,滾珠絲杠副的標(biāo)注方法,循環(huán)方式預(yù)緊方式公稱直徑基本導(dǎo)程負(fù)荷滾珠總?cè)?shù)精度等級(jí)螺紋旋向浮動(dòng)式F雙螺母齒差預(yù)緊C內(nèi)循環(huán)雙螺母墊片預(yù)緊D固定式G預(yù)緊方式雙螺母螺紋預(yù)緊L單螺母變導(dǎo)程自預(yù)緊B插管式C外循環(huán)螺旋槽式L螺旋旋向?yàn)樽蟆⒂倚?，只?biāo)左旋代號(hào)為L(zhǎng)H，右旋不標(biāo)。例CTC63103.53.5/20001600表示為插管突出式外循環(huán)（CT），雙螺母齒差預(yù)緊（C）的滾珠絲杠副，公稱直徑63mm，基本導(dǎo)程10mm，負(fù)荷滾珠總?cè)?shù)3.5圈，精度等級(jí)3.5級(jí)，螺紋旋向?yàn)橛倚?，絲杠全長(zhǎng)為2000mm，螺紋長(zhǎng)度為1600mm。,滾珠絲杠副的選擇設(shè)計(jì)驗(yàn)算步驟,依據(jù)最大工作載荷(N)或平均工作載荷(N)作用下的使用壽命T(h)、絲桿有效工作行程(mm)、絲杠轉(zhuǎn)速(r/min)或平均轉(zhuǎn)速(r/min)、滾道硬度HRC以及工況等實(shí)際工作條件，進(jìn)行一系列的驗(yàn)算。承載能力計(jì)算與滾珠絲杠副型號(hào)選擇在最大靜載荷和動(dòng)載荷條件下，進(jìn)行彎曲強(qiáng)度、接觸應(yīng)力強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度等驗(yàn)算，綜合決定選擇滾珠絲杠副型號(hào)。壓桿穩(wěn)定性驗(yàn)算或校核壓桿穩(wěn)定性驗(yàn)算或校的基本要求是不影響滾珠絲杠副的精度和變形附加載荷產(chǎn)生的摩擦阻力超過(guò)極限值。剛度驗(yàn)算結(jié)構(gòu)剛度（支承方式相關(guān)）和接觸剛度（導(dǎo)軌滾道）。*由此才能完成滾珠絲杠副的選擇設(shè)計(jì)工作。,3）諧波齒輪傳動(dòng),工作原理,主要組成元件,工作過(guò)程,實(shí)用產(chǎn)品,諧波齒輪傳動(dòng)過(guò)程,諧波齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比,同步齒形帶傳動(dòng),同步帶是一種兼有鏈、齒輪、三角膠帶優(yōu)點(diǎn)的傳動(dòng)零件。由于同步帶是一種兼有鏈、齒輪、三角膠帶優(yōu)點(diǎn)的傳動(dòng)零件。,同步帶傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn)：工作時(shí)無(wú)滑動(dòng)，有準(zhǔn)確的傳動(dòng)比傳動(dòng)效率高，節(jié)能效果好傳動(dòng)比范圍大，結(jié)構(gòu)緊湊維護(hù)保養(yǎng)方便，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低惡劣環(huán)境條件下仍能正常工作,同步帶傳動(dòng)與類型,導(dǎo)向支承部件的選擇與設(shè)計(jì),導(dǎo)軌支承部件的作用：支承和限制運(yùn)動(dòng)部件按給定運(yùn)動(dòng)規(guī)律要求和規(guī)定運(yùn)動(dòng)方向作直線或回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。1導(dǎo)軌副的組成、種類及應(yīng)滿足要求組成：主要由定導(dǎo)軌、動(dòng)導(dǎo)軌、輔助導(dǎo)軌、間隙調(diào)整元件以及工作介質(zhì)/元件等組成。（1）導(dǎo)軌副的種類按運(yùn)動(dòng)方式可分為：直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌、回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌。按接觸表面的摩擦性質(zhì)可分為：滑動(dòng)導(dǎo)軌、滾動(dòng)導(dǎo)軌、流體介質(zhì)摩擦導(dǎo)軌等。,（2）常見(jiàn)導(dǎo)軌副的結(jié)構(gòu)形式,導(dǎo)軌副的結(jié)構(gòu)形式是多種多樣的，依據(jù)不同的要求可設(shè)計(jì)或選用不同形式的導(dǎo)軌副。常見(jiàn)導(dǎo)軌副的結(jié)構(gòu)形式如下。,（3）導(dǎo)軌副應(yīng)滿足的基本要求,基本要求：導(dǎo)向精度高、剛性好、運(yùn)動(dòng)輕便平穩(wěn)、耐磨性好，熱溫變形小以及結(jié)構(gòu)工藝性好等。在高精度導(dǎo)軌副中，可采用卸荷裝置等方法減小導(dǎo)軌面的承載載荷，提高導(dǎo)向精度。1）導(dǎo)向精度要求及影響因素導(dǎo)向精度（要求）：指動(dòng)導(dǎo)軌沿給定方向作直線運(yùn)動(dòng)時(shí)應(yīng)保證的準(zhǔn)確程度，主要是指動(dòng)導(dǎo)軌沿支承導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)的直線度或圓度。,因此，在設(shè)計(jì)或選用導(dǎo)軌副時(shí)，重點(diǎn)考慮影響導(dǎo)向精度的主要因素有：,導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)類型。導(dǎo)向精度（直線度）和接觸精度（平面度和接觸面積）。導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)配合精度（間隙）。油膜厚度和油膜剛度。導(dǎo)軌和機(jī)架的結(jié)構(gòu)剛度和接觸剛度。導(dǎo)軌和機(jī)架的熱變形（熱敏感性）。裝配質(zhì)量以及液體動(dòng)壓和靜壓導(dǎo)軌的油膜厚度、油膜剛度等。,2）導(dǎo)軌的剛度要求,導(dǎo)軌的剛度（要求）：導(dǎo)軌抵抗外載荷的能力，從而不影響導(dǎo)向部件的導(dǎo)向精度（運(yùn)動(dòng)精度）。通常分為：靜剛度抵抗恒定載荷的能力。動(dòng)剛度抵抗交變載荷的能力。每一類剛度都包括：結(jié)構(gòu)剛度、接觸剛度、局部剛度。在一般情況下，為減輕或平衡外力的影響，可采用加大導(dǎo)軌尺寸或添加輔助導(dǎo)軌的方法提高剛度。,3）精度保持性要求（耐磨性）,精度保持性要求：指導(dǎo)軌副表面的耐磨性（耐磨能力）應(yīng)達(dá)到導(dǎo)軌面的使用壽命要求。主要包括：初期耐磨性和耐磨精度保持性兩部分，以及耐磨精度失效特性。初期耐磨性摩擦副初期磨損階段特性。耐磨精度保持性摩擦副正常磨損階段特性。耐磨精度失效特性摩擦副劇烈磨損階段特性。,4）導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)靈活性和低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性要求,主要包括：靈活性和低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性。靈活性指對(duì)系統(tǒng)控制指令的反映能力。低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性指平穩(wěn)勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)運(yùn)動(dòng)部件的波動(dòng)誤差（低速“爬行現(xiàn)象”）。5）溫度敏感性和結(jié)構(gòu)工藝性要求溫度敏感性指導(dǎo)軌在環(huán)境溫度和導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)摩擦發(fā)熱的影響下，導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)靈活性、平穩(wěn)性、導(dǎo)向精度產(chǎn)生變化的反映程度。工藝性要求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、裝配調(diào)整、維修維護(hù)、檢測(cè)方便，生產(chǎn)成本低。注意：以上這些導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)副應(yīng)達(dá)到的要求僅是導(dǎo)軌設(shè)計(jì)中最基本的要求，在導(dǎo)軌設(shè)計(jì)中，還應(yīng)依據(jù)導(dǎo)軌應(yīng)用的實(shí)際情況，采取相應(yīng)的措施，盡可能的滿足。,（3）導(dǎo)軌副的設(shè)計(jì)內(nèi)容與步驟,1）依據(jù)導(dǎo)軌副使用的工作條件，選擇合理的結(jié)構(gòu)形式。2）選擇導(dǎo)軌副的截面形狀，保證導(dǎo)軌的導(dǎo)向精度。3）依據(jù)導(dǎo)軌的載荷和工作溫度范圍，選擇導(dǎo)軌的具體結(jié)構(gòu)及尺寸參數(shù)，保證具有足夠的剛度、良好的耐磨性、運(yùn)動(dòng)靈活性、平穩(wěn)性。,4）具有合理的誤差自動(dòng)補(bǔ)償或調(diào)整裝置，在導(dǎo)軌長(zhǎng)期使用后（超過(guò)導(dǎo)軌規(guī)定的平均無(wú)故障工作時(shí)間MTBF可靠性指標(biāo)），通過(guò)調(diào)整進(jìn)一步的保持導(dǎo)軌的導(dǎo)向精度。5）選用合理的耐磨材料、潤(rùn)滑方法以及防護(hù)裝置，使導(dǎo)軌盡可能的處于良好工作狀態(tài)，減少導(dǎo)軌副的磨損。6）制定必要的技術(shù)條件（關(guān)重件的制造工藝規(guī)范、裝配調(diào)整技術(shù)條件、檢測(cè)驗(yàn)收技術(shù)條件、使用維護(hù)操作規(guī)范、維修維護(hù)工藝流程與規(guī)范等）。,2滑動(dòng)導(dǎo)軌副的結(jié)構(gòu)及其選擇,（1）滑動(dòng)導(dǎo)軌副的截面形狀和特點(diǎn)常見(jiàn)滑動(dòng)導(dǎo)軌副的截面形狀,1）三角形導(dǎo)軌的特點(diǎn),分對(duì)稱型和非對(duì)稱型三角形導(dǎo)軌。特點(diǎn)：在垂直載荷作用下，具有磨損量自動(dòng)補(bǔ)償功能，無(wú)間隙工作，導(dǎo)向精度高。為防止因振動(dòng)或傾翻載荷引起兩導(dǎo)向面較長(zhǎng)時(shí)間脫離接觸，應(yīng)有輔助導(dǎo)向面并具備間隙調(diào)整能力。但存在導(dǎo)軌水平與垂直誤差的相互影響，為保證高的導(dǎo)向精度（直線度），導(dǎo)軌面加工、檢驗(yàn)、維修困難。對(duì)稱型導(dǎo)軌隨頂角增大，導(dǎo)軌承載能力增大，但導(dǎo)向精度降低。非對(duì)稱導(dǎo)軌主要用在載荷不對(duì)稱的時(shí)候，通過(guò)調(diào)整不對(duì)稱角度，使導(dǎo)軌左右面水平分力相互抵消，提高導(dǎo)軌剛度。,2）矩形導(dǎo)軌的特點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造、檢驗(yàn)、維修方便，導(dǎo)軌面寬、承載能力大，剛度高，但無(wú)磨損量自動(dòng)補(bǔ)償功能。由于導(dǎo)軌在水平和垂直面位置互不影響，因而在水平和垂直兩方向均須間隙調(diào)整裝置，安裝調(diào)整方便。3）燕尾形導(dǎo)軌的特點(diǎn)特點(diǎn)：無(wú)磨損量自動(dòng)補(bǔ)償功能，須間隙調(diào)整裝置，燕尾起壓板作用，鑲條可調(diào)整水平垂直兩方向的間隙，可承受顛覆載荷，結(jié)構(gòu)緊湊，但剛度差，摩擦阻力大、制造、檢驗(yàn)、維修不方便。4）圓形導(dǎo)軌的特點(diǎn)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造、檢驗(yàn)、配合方便，精度易于保證，但摩擦后很難調(diào)整，結(jié)構(gòu)剛度較差。,（2）常見(jiàn)導(dǎo)軌副組合與間隙調(diào)整、特點(diǎn),特點(diǎn)：兩導(dǎo)軌磨損均勻，能自動(dòng)補(bǔ)償垂直和水平方向下磨損，接觸剛度好，導(dǎo)向和精度保持性高，但工藝性差，熱敏感性較大。主要用于高精機(jī)床。,1）雙三角形組合導(dǎo)軌組合,2）矩形與矩形導(dǎo)軌組合,特點(diǎn)：承載面與導(dǎo)向面分離，制造調(diào)整簡(jiǎn)單、導(dǎo)向面間隙用調(diào)整鑲條保證，接觸剛度較抵。閉式結(jié)構(gòu)時(shí)，有輔助導(dǎo)向面，間隙由調(diào)整壓板保證。在導(dǎo)軌副同樣熱變形條件下，L1越大，導(dǎo)向間隙要求越大。,3）三角形導(dǎo)軌與矩形或平面導(dǎo)軌組合,特點(diǎn)：兼有三角形導(dǎo)軌導(dǎo)向精度好、矩形導(dǎo)軌制造方便、剛性好的優(yōu)點(diǎn)，可避免熱變形產(chǎn)生的配合間隙變化；但是，存在兩導(dǎo)軌導(dǎo)向平面磨損不均并使導(dǎo)軌產(chǎn)生位置變化；另外，兩導(dǎo)軌的摩擦阻力不同，因而布置驅(qū)動(dòng)力時(shí)，驅(qū)動(dòng)力應(yīng)與兩摩擦阻力的和力同向?yàn)橐?。?dāng)采用閉式壓板結(jié)構(gòu)時(shí)，可承受顛覆力矩。,4）燕尾形導(dǎo)軌與矩形導(dǎo)軌組合,特點(diǎn)：整體式燕尾導(dǎo)軌導(dǎo)向精度高，調(diào)整方便，承載能力強(qiáng)，制造困難；裝配式導(dǎo)軌，制造調(diào)整方便，承載能力與整體式燕尾導(dǎo)軌相比較弱；燕尾導(dǎo)軌與矩形導(dǎo)軌相比，兼有調(diào)整方便，承載能力較強(qiáng)等。,（3）導(dǎo)軌副材料的選擇,導(dǎo)軌副材料選擇的基本要求：導(dǎo)軌副材料應(yīng)具有高的耐磨性、減振性、熱穩(wěn)定性以及易于生產(chǎn)制造。導(dǎo)軌副材料選用與組合：常用鑄鐵、鋼、有色金屬、塑料。通常為軟硬材料組合。如：鑄鐵鑄鐵、鑄鐵鋼導(dǎo)軌、有色金屬鋼導(dǎo)軌、塑料鋼導(dǎo)軌等。1）鑄鐵的特點(diǎn)2）鋼的特點(diǎn)3）有色金屬的特點(diǎn)4）塑料的特點(diǎn),（4）提高導(dǎo)軌副耐磨性的措施,注意：除了考慮導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)、材料、制造質(zhì)量、熱處理方法以及使用維護(hù)操作規(guī)范外，在導(dǎo)軌副結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，還可采取下述措施進(jìn)一步提高導(dǎo)軌副的耐磨性。1）采用鑲裝導(dǎo)軌2）提高導(dǎo)軌精度、改善導(dǎo)軌表面粗糙度、采取合理的潤(rùn)滑措施3）減少導(dǎo)軌單位面上的壓力（比壓）、采用必要的卸荷裝置,2.2.3滾動(dòng)導(dǎo)軌副的類型與選擇,組成：帶溝槽的靜導(dǎo)軌和動(dòng)導(dǎo)軌、滾動(dòng)體以及滾動(dòng)體隔離元件等組成。類型：按運(yùn)動(dòng)形式直線導(dǎo)軌和回轉(zhuǎn)導(dǎo)軌。按滾動(dòng)體形狀滾珠滾動(dòng)導(dǎo)軌副、圓柱（滾針）滾動(dòng)導(dǎo)軌副、圓錐滾動(dòng)導(dǎo)軌副等。按滾道截面形狀平面導(dǎo)軌、三角形導(dǎo)軌、圓弧形（或鋼絲滾道）導(dǎo)軌等。按滾動(dòng)體的循環(huán)方式非循環(huán)導(dǎo)軌和循環(huán)導(dǎo)軌。,滾動(dòng)導(dǎo)軌副的特點(diǎn)：,1）低摩擦系數(shù)和動(dòng)/靜摩擦系數(shù)基本相等。2）可實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)和支承預(yù)緊，無(wú)間隙傳動(dòng)精度高和結(jié)構(gòu)剛度好，易于消除正反轉(zhuǎn)傳動(dòng)誤差。3）專業(yè)化生產(chǎn)，質(zhì)量易于保證。4）滾動(dòng)體與滾道為點(diǎn)或線接觸，接觸應(yīng)力較大，抗振性較差。5）為保證傳動(dòng)精度，滾道表面硬度、形狀/位置精度，滾動(dòng)體尺寸精度、形狀/位置精度均有嚴(yán)格的要求。6）結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造困難，生產(chǎn)成本高。綜上所述，滾動(dòng)導(dǎo)軌副應(yīng)達(dá)到的基本要求：高的導(dǎo)向精度、高的耐磨性、足夠的剛度、良好的工藝性。,（1）直線運(yùn)動(dòng)滾動(dòng)導(dǎo)軌副,1）滾動(dòng)體循環(huán)工作方式的基本工作原理組成：動(dòng)導(dǎo)軌、滾動(dòng)體與隔離元件組成動(dòng)導(dǎo)軌副，并在定導(dǎo)軌副上移動(dòng)。特點(diǎn)：可實(shí)現(xiàn)無(wú)限長(zhǎng)導(dǎo)軌的直線運(yùn)動(dòng)。,（2）回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)滾動(dòng)導(dǎo)軌副,工作原理基本與滾動(dòng)軸承相似，只是在滾道直徑和滾道截面形狀和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上與滾動(dòng)軸承有所不同。（3）滾動(dòng)軸承導(dǎo)軌副目前已標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，選用時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況而定。,滾動(dòng)導(dǎo)軌副的選用原則：依據(jù)傳動(dòng)部件的承載能力、導(dǎo)向精度、耐磨性、剛度（結(jié)構(gòu)/接觸）、工藝性等要求。綜合評(píng)價(jià)合理選用。,傳感檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì),第一節(jié)傳感器一、傳感器分類,二、機(jī)電一體化對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)的基本要求：精度、靈敏度、分辨率高；線性、穩(wěn)定性和重復(fù)性好；抗干擾能力強(qiáng)；靜、動(dòng)態(tài)特性好。此外，要求體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜、便于安裝與維修，耐環(huán)境性能好等。三、傳感器特性：靜態(tài)特性：1、線性度：傳感器實(shí)際特性曲線與擬合直線之間的偏差2、靈敏度：輸出變化對(duì)輸入變化的比值3、遲滯性：在正反行程期間輸入輸出特性曲線不重合程度4、重復(fù)性：輸入量按同一方向多次測(cè)試時(shí)所得特性曲線的不重合程度動(dòng)態(tài)特性：傳遞函數(shù)、時(shí)間響應(yīng)函數(shù)、頻率響應(yīng)函數(shù)、脈沖響應(yīng)函數(shù)。,四、傳感器選用原則,快速、準(zhǔn)確、可靠、經(jīng)濟(jì)的獲取信號(hào)1）足夠的量程2）與測(cè)量或控制系統(tǒng)匹配、轉(zhuǎn)換靈敏度高3）精度適當(dāng)、穩(wěn)定性高4）反應(yīng)速度快、工作可靠5）實(shí)用性和適應(yīng)性強(qiáng)6）使用經(jīng)濟(jì),第二節(jié)位移測(cè)量傳感器,一、電容傳感器1.變極距型電容傳感器：當(dāng)動(dòng)極板因被測(cè)量變化而向上移動(dòng)使減小時(shí)，電容量增大。注意：傳感器輸出特性是非線性的，規(guī)定在較小間隙變化范圍內(nèi)工作。2.變面積型電容傳感器：原理：它與變極距型不同的是，被測(cè)量通過(guò)動(dòng)極板移動(dòng)，引起兩極板有效覆蓋面積A改變，從而得到電容的變化。這種傳感器的輸出特性呈線性。因而其量程不受線性范圍的限制，適合于測(cè)量較大直線位移和角位移。,3變介質(zhì)型電容傳感器原理結(jié)構(gòu)如圖。圖中兩平行極板固定不動(dòng)，極距為，相對(duì)介電常數(shù)為的電介質(zhì)以不同深度插入電容器中，從而改變電容。應(yīng)用：這種電容傳感器有較多的結(jié)構(gòu)形式，可以用來(lái)測(cè)量紙張、絕緣薄膜等的厚度，也可以用來(lái)測(cè)量糧食、紡織品、木材或煤等非導(dǎo)電固體的物質(zhì)的濕度。,二、電感式傳感器將被測(cè)量轉(zhuǎn)換為電感量變化的裝置。變換原理：電磁感應(yīng)原理。按變換方式的不同分為自感型（可變磁阻式與渦流式)與互感型(差動(dòng)變壓器）。1、自感型（一）可變磁阻式,1線圈2鐵心3銜鐵由此可見(jiàn)：只要改變空氣隙厚度或改變氣隙截面積，即可改變線圈的電感量。注意：改變空氣隙厚度傳感器輸出特性是非線性的，規(guī)定在較小間隙變化范圍內(nèi)工作。,（二）渦流式原理：金屬板在交變磁場(chǎng)中的渦電流效應(yīng)。金屬板置于一線圈附近，相互間距為。當(dāng)線圈中有高頻交流電流通過(guò)時(shí)，便產(chǎn)生磁通。此交變磁通通過(guò)相鄰近的金屬板，金屬板上便產(chǎn)生感應(yīng)電流，這種電流在金屬體內(nèi)是閉合的，稱為渦流。這種渦流將產(chǎn)生交變磁通1，根據(jù)楞次定律，渦流的交變磁場(chǎng)與線圈的磁場(chǎng)變化方向相反。由于渦流磁場(chǎng)的作用使原線圈的等效阻抗發(fā)生變化，變化程度與距離有關(guān)。影響因素：線圈與金屬板間距離；金屬板的電阻率；磁導(dǎo)率；線圈激磁園頻率等。變化線圈與金屬板間距離，可作為位移、振動(dòng)測(cè)量。變化金屬板的電阻率、磁導(dǎo)率，可作為材質(zhì)鑒別或探傷等。應(yīng)用：可用于動(dòng)態(tài)非接觸測(cè)量。用作渦流式位移計(jì)、振動(dòng)測(cè)量?jī)x、無(wú)損探傷儀、測(cè)厚儀等。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，不受油污等介質(zhì)的影響。,2、互感型：差動(dòng)變壓器式原理：將被測(cè)位移轉(zhuǎn)換成線圈互感變化。注意：1、輸出交流電壓、幅值與鐵心位移成正比。只反映鐵心位移大小，不反映移動(dòng)極性。2、零點(diǎn)殘余電壓。原因：兩次級(jí)線圈結(jié)構(gòu)不對(duì)稱；初級(jí)線圈銅損電阻、鐵磁材質(zhì)不均勻、線圈間分布電容等形成。鐵心處在中間位置時(shí)，輸出不為零。解決辦法：后接電路。應(yīng)用：位移測(cè)量?jī)x。,光柵,光柵是一種新型的位移檢測(cè)元件，它的持點(diǎn)是測(cè)量精確高、響應(yīng)速度快和量程范圍大等。,把指示光柵平行地放在標(biāo)尺光柵上面，并且使它們的刻線相互傾斜一個(gè)很小的角度，這時(shí)在指示光柵上就出現(xiàn)幾條較粗的明暗條紋，稱為莫爾條絞。它們是沿著與光柵條紋幾乎成垂直的方向排列，如圖3-18所示。,主光柵和被測(cè)物體相連，他隨被測(cè)物體的直線位移而產(chǎn)生位移。當(dāng)主光柵產(chǎn)生位移時(shí)，莫爾條紋便隨著產(chǎn)生上、下位移，若用光電器件記錄下莫爾條紋通過(guò)某點(diǎn)的數(shù)目，便可知主光柵移動(dòng)的位移，也就測(cè)得了被測(cè)物體的位移量。,感應(yīng)同步器,在兩個(gè)相對(duì)放置的板上刻有如圖所示的繞組，當(dāng)在滑尺的兩個(gè)繞組中分別加上激勵(lì)電壓時(shí)，則在定尺繞組中就產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，其幅值決定于繞組的相對(duì)位置。,光電編碼器,將機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)的模擬量轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)角度的數(shù)字電信號(hào)，進(jìn)行角位移檢測(cè)的傳感器稱為編碼器。編碼器的種類很多，根據(jù)檢測(cè)原理，它可以分為電磁式、電刷式、電磁感應(yīng)式及光電式等。由于光電編碼器具有非接觸和體積小的特點(diǎn)，且分辨率很高，在旋轉(zhuǎn)一周內(nèi)已能產(chǎn)生數(shù)百萬(wàn)個(gè)脈沖，因此，它是目前應(yīng)用最為廣泛的一種編碼器。光電編碼器在數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人的位置控制、機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的控制以及角度的測(cè)量、通訊及自動(dòng)化控制等方面部發(fā)揮著重要的作用。,第三節(jié)速度、加速度傳感器,一、直流測(cè)速機(jī)直流測(cè)速機(jī)是一種測(cè)速元件，實(shí)際上它就是臺(tái)微型的直流發(fā)電機(jī)。直流測(cè)速機(jī)的持點(diǎn)是輸出斜率大、線性好，但由于有電刷相換向器，構(gòu)造和維護(hù)比較復(fù)雜，摩擦轉(zhuǎn)矩較大。測(cè)速機(jī)的結(jié)構(gòu)有多種，但原理基本相同。圖所示為永磁式測(cè)速機(jī)原理電路圖。恒定磁通由定子產(chǎn)生，當(dāng)轉(zhuǎn)子在磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)時(shí)，電樞繞組中即產(chǎn)生交變的電勢(shì)，經(jīng)換向器和電刷轉(zhuǎn)換成與轉(zhuǎn)子速度成正比的直流電勢(shì)。直流測(cè)速機(jī)在機(jī)電控制系統(tǒng)中，主要用作測(cè)速和校正元件。在使用中，為提高檢測(cè)靈敏度、盡量把它連接到電機(jī)軸上，有的電機(jī)本身就已安裝了測(cè)速機(jī)。,二、光電式轉(zhuǎn)速傳感器,光電式轉(zhuǎn)速傳感器是由裝在被測(cè)軸(或與被測(cè)軸相連接的輸入軸)上的帶縫隙圓盤(pán)、光源、光電器件及指示縫隙盤(pán)組成，如圖3-25所示。光源發(fā)出的光通過(guò)縫隙圓盤(pán)和指示縫隙照射到光電器件上。當(dāng)縫隙圓盤(pán)隨被測(cè)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于圓盤(pán)上的縫隙間距與指示縫隙的間距相同，因此圓盤(pán)每轉(zhuǎn)一周，光電器件輸出與指示縫隙數(shù)相等的電脈沖，根據(jù)測(cè)量時(shí)間t內(nèi)的脈沖數(shù)N，可測(cè)出轉(zhuǎn)速為n=60N/ZtZ一一圓盤(pán)上的縫隙數(shù)；n轉(zhuǎn)速(rmin)；t測(cè)量時(shí)間(s)。,第四節(jié)位置傳感器,位置傳感器和位移傳感器不一樣，它所測(cè)量的不是一段距離的變化量，而是通過(guò)檢測(cè)，確定是否已到某一位置。因此、它只需要產(chǎn)生能反映某種狀態(tài)的開(kāi)關(guān)量就可以了。位置傳感器分接觸式和接近式兩種。所謂接觸式傳感器就是能獲取兩個(gè)物體是否己接觸的信息的一種傳感器；而接近式傳感器是用來(lái)判別在某一范圍內(nèi)是否有某物體的一種傳感器。一、接觸式位置傳感器這類傳感器用微動(dòng)開(kāi)關(guān)之類的觸點(diǎn)器件便可構(gòu)成。二、接近式位置傳感器接近式位置傳感器按其上作原理主要分：電磁式；光電式；靜電容式；氣壓式；超聲波式。其基本工作原理可用圖338表示出來(lái)。,接近傳感器在工業(yè)自動(dòng)化控制、航天、航海技術(shù)、日常生活中都有廣泛的應(yīng)用。在安全防盜方面，如資料、財(cái)會(huì)、倉(cāng)庫(kù)、博物館、金庫(kù)等重要場(chǎng)合也都裝有各式各樣的接近傳感器。在一般工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)控制中大都采用渦流式或電容式接近傳感器。在環(huán)境比較好的場(chǎng)合，可采用光電式接近傳感器。而在防盜系統(tǒng)中，大都使用紅外熱釋電接近傳感器、超聲波接近傳感器和微波接近傳感器。有時(shí)為了提高識(shí)別的可靠性，幾種接近傳感器可以復(fù)合使用。,圖325是生產(chǎn)線工件計(jì)數(shù)裝置的示意圖。接近傳感器設(shè)置在工件傳送帶的一側(cè)，當(dāng)傳送帶運(yùn)行時(shí)，一個(gè)個(gè)工件經(jīng)過(guò)接近傳感器，當(dāng)工件靠近接近傳感器時(shí)，傳感器輸出脈沖開(kāi)關(guān)信號(hào)，該信號(hào)可直接送往計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)。,第五節(jié)傳感器信號(hào)處理,測(cè)量放大器,在許多檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用場(chǎng)合傳感器輸出的信號(hào)往往較弱，而且其中還包含工頻、靜電和電磁耦合等共模干擾，對(duì)這種信號(hào)的放大就需要放大電路具有很高的共模抑制比以及高增益、低噪聲和高輸入阻抗。習(xí)慣上將具有這種特點(diǎn)的放大器稱為測(cè)量放大器或儀表放大器。,程控增益放大器,經(jīng)過(guò)處理的模擬信號(hào)，在送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理前，必須進(jìn)行量化，即進(jìn)行模擬一數(shù)字變換，變換后的數(shù)字信號(hào)才能為計(jì)算機(jī)接收和處理。當(dāng)模擬信號(hào)送到模數(shù)變換器時(shí)為減少轉(zhuǎn)換誤差一般希望送來(lái)的模擬信號(hào)盡可能大，如采用AD變換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換時(shí)，在AD輸入的允許范圍內(nèi)，希望輸入的模擬信號(hào)盡可能達(dá)到最大值；然而，當(dāng)被測(cè)參量變化范圍較大時(shí)，經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換后的模擬小信號(hào)變化也較大，在這種情況下、如果單純只使用一個(gè)放大倍數(shù)的放大器，就無(wú)法滿足上述要求；在進(jìn)行小信號(hào)轉(zhuǎn)換時(shí)，可能會(huì)引入較大的誤差。為解決這個(gè)問(wèn)題，工程上常采用通過(guò)改變放大器增益的方法，來(lái)實(shí)現(xiàn)不同幅度信號(hào)的放大，如萬(wàn)用表、示波器等許多測(cè)量?jī)x器的量程變換等。選擇不同的開(kāi)關(guān)閉合，即可實(shí)現(xiàn)增益的變換。如果利用軟件對(duì)開(kāi)關(guān)閉合進(jìn)行選擇，即可實(shí)現(xiàn)程控增益變換。,圖為利用AD521測(cè)量放大器與模擬開(kāi)關(guān)結(jié)合組成的程控增益放大器，通過(guò)改變其外接電阻RG的辦法來(lái)實(shí)現(xiàn)增益控制。,隔離放大器在有強(qiáng)電或強(qiáng)電磁干擾的環(huán)境中，為了防止電網(wǎng)電壓等對(duì)測(cè)量回路的損壞，其信號(hào)輸入通道采用隔離技術(shù)，能完成這種任務(wù)，具有這種功能的放大器稱為隔離放大器。,傳感器接口技術(shù),控制電動(dòng)機(jī)及其選擇計(jì)算第一節(jié)執(zhí)行元件分類,液壓系統(tǒng),氣壓系統(tǒng),氣壓系統(tǒng)的基本組成,直線氣缸擺動(dòng)氣缸氣馬達(dá)氣爪,檢測(cè)部分,氣壓系統(tǒng)與液壓系統(tǒng)的比較,(1)空氣可以從大氣中取之不竭且不易堵塞；將用過(guò)的氣體排入大氣，無(wú)需回氣管路處理方便；泄漏不會(huì)嚴(yán)重的影響工作，不污染環(huán)境。(2)空氣粘性很小，在管路中的沿程壓力損失為液壓系統(tǒng)的干分之一，易于遠(yuǎn)距離控制。(3)工作壓力低可降低對(duì)氣動(dòng)元件的材料和制造精度要求。(4)對(duì)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)，它相對(duì)液壓傳動(dòng)具有動(dòng)作迅速、響應(yīng)快的優(yōu)點(diǎn)。(5)維護(hù)簡(jiǎn)便，使用安全，沒(méi)有防火、防爆問(wèn)題；適用于石油、化工、農(nóng)藥及礦山機(jī)械的特殊要求。對(duì)于無(wú)油的氣動(dòng)控制系統(tǒng)則特別適用于無(wú)線電元器件生產(chǎn)過(guò)程，也適用于食品和醫(yī)藥的生產(chǎn)過(guò)程。氣壓系統(tǒng)與電氣、液壓系統(tǒng)比較有以下缺點(diǎn)：(1)氣功裝置的信號(hào)傳遞速度限制在聲速范圍之內(nèi)，所以它的工作頻率和響應(yīng)速度遠(yuǎn)不如電氣裝置并且信號(hào)產(chǎn)生較大失真和延遲，也不便于構(gòu)成十分復(fù)雜的回路。但這個(gè)缺點(diǎn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程不會(huì)造成困難。(2)空氣的壓縮性遠(yuǎn)大干液壓油的收縮性，精度較低。(3)氣壓傳動(dòng)的效率比液壓傳動(dòng)還要低，且噪聲較大。(4)工作壓力較低，不易獲得大的推力。氣壓傳動(dòng)出力不如液壓傳動(dòng)大；,執(zhí)行元件特點(diǎn),應(yīng)用：液壓系統(tǒng)用于需大的功率重型設(shè)備氣動(dòng)用于工件夾緊、輸送等自動(dòng)化生產(chǎn)線電動(dòng)應(yīng)用最廣泛,伺服電機(jī)控制方式,伺服電機(jī)比較,第二節(jié)步進(jìn)電動(dòng)機(jī),一、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理它與普通電動(dòng)機(jī)一樣，也是由定子和轉(zhuǎn)子構(gòu)成，其中定子又分為定子鐵心和定子繞組。定子鐵心由電工鋼片疊壓而成，定子繞組是繞置在定子鐵心6個(gè)均勻分布的齒上的線圈，在直徑方向上相對(duì)的兩個(gè)齒上的線圈串聯(lián)在一起，構(gòu)成一相控制繞組。圖6-1所示的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可構(gòu)成A、B、C三相控制繞組，故稱三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。1-繞組2-定子鐵心3-轉(zhuǎn)子鐵心圖6-1反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)原理圖,步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理,步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理實(shí)際上是電磁鐵的作用原理。當(dāng)A相繞組通電時(shí)，轉(zhuǎn)子的齒與定子AA上的齒對(duì)齊。若A相斷電，B相通電，由于磁力的作用，轉(zhuǎn)子的齒與定子BB上的齒對(duì)齊，轉(zhuǎn)子沿逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)過(guò)，如果控制線路不停地按ABCA的順序控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)繞組的通斷電，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子便不停地逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。若通電順序改為ACBA，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子將順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)30。這種通電方式稱為三相三拍，而通常的通電方式為三相六拍，其通電順序?yàn)锳ABBBCCCAA及AACCCBBBAA，相應(yīng)地，定子繞組的通電狀態(tài)每改變一次，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)15。,步進(jìn)電機(jī)特點(diǎn),（1）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)定子繞組的通電狀態(tài)每改變一次，它的轉(zhuǎn)子便轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)確定的角度，即步距角；（2）改變步進(jìn)電動(dòng)機(jī)定子繞組的通電順序，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向隨之改變；（3）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)定子繞組通電狀態(tài)的改變速度越快，其轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的速度越快，即通電狀態(tài)的變化頻率越高，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速越高；（4）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步距角與定子繞組的相數(shù)m、轉(zhuǎn)子的齒數(shù)z、通電方式k有關(guān)，可用下式表示：=360/mzk式中m相m拍時(shí)，k=1；m相2m拍時(shí)，k=2。對(duì)于圖6-1所示的單定子、徑向分相、反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，當(dāng)它以三相三拍通電方式工作時(shí)，其步距角為=360/341=30若按三相六拍通電方式工作，則步距角為=360/342=15步距角：常見(jiàn)的步距角0.60/1.20,0.750/1.50,0.90/1.80,10/20,1.50/30等。,例：某步進(jìn)電機(jī)有80個(gè)齒,采用3相6拍方式驅(qū)動(dòng),經(jīng)絲杠螺母副驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)做直線運(yùn)動(dòng),絲杠的導(dǎo)程為6mm。求:1、步進(jìn)電機(jī)的步矩角。2、當(dāng)脈沖當(dāng)量要求為0.01mm時(shí),試設(shè)計(jì)此傳動(dòng)系統(tǒng),i=Z2/Z1=L/360,=L/360i,1、k=6/3=2=360/mzk=360/3802=0.75。2、I=Z2/Z1=L/360=0.756/3600.01=2/1可選Z1=20，Z2=40，模數(shù)=1.5的齒輪傳動(dòng)副,例將改造一臺(tái)C620車床，其縱向絲杠的螺距t=12mm，采用110BF003型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，步距=0.75，系統(tǒng)規(guī)定的縱向步進(jìn)當(dāng)量=0.01mm，計(jì)算步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與縱向絲杠之間的聯(lián)接傳動(dòng)比。解：根據(jù)式（7-1）可選，模數(shù)m=1.5的齒輪傳動(dòng)副。當(dāng)i為小數(shù)時(shí)，則可采用掛輪。,例：三相變磁阻式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)子80個(gè)齒。(1)要求電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為60r/min,單雙拍制通電，輸入脈沖頻率為多少?(2)要求電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為100r/min，單拍制通電，輸入脈沖頻率為多少?,步進(jìn)電機(jī)分類,反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)：定子轉(zhuǎn)子均有鐵心組成，轉(zhuǎn)子無(wú)繞組，步進(jìn)運(yùn)行由定子繞組通電歷磁產(chǎn)生的反應(yīng)力矩作用實(shí)現(xiàn)。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，運(yùn)行頻率高，步距角小。應(yīng)用：數(shù)控設(shè)備，機(jī)器人。永磁式步進(jìn)電機(jī)：轉(zhuǎn)子用永磁鐵，靠與定子產(chǎn)生電磁力特點(diǎn)：控制功率小，效率高，造價(jià)低，但步距角大。應(yīng)用：記錄儀，空調(diào)機(jī)?；旌鲜讲竭M(jìn)電機(jī)：轉(zhuǎn)子有齒，帶固定極性。特點(diǎn)：步距角小，工作頻率高，控制功率小。但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高。,步進(jìn)電機(jī),步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源,脈沖分配,脈沖分配,軟件脈沖分配,軟件環(huán)形分配器的設(shè)計(jì)方法有很多，如查表法、比較法、移位寄存器法等，它們各有特點(diǎn)，其中常用的是查表法。,四、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的功率放大,1單電壓功率放大電路此電路的優(yōu)點(diǎn)是電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不足之處是Rc消耗能量大，電流脈沖前后沿不夠陡，在改善了高頻性能后，低頻工作時(shí)會(huì)使振蕩有所增加，使低頻特性變壞。,2高低電壓功率放大電路,電源U1為高電壓，電源大約為80150V，U2為低電壓電源，大約為520V。在繞組指令脈沖到來(lái)時(shí)，脈沖的上升沿同時(shí)使VT1和VT2導(dǎo)通。由于二極管VD1的作用，使繞組只加上高電壓U1，繞組的電流很快達(dá)到規(guī)定值。到達(dá)規(guī)定值后，VT1的輸入脈沖先變成下降沿，使VT1截止，電動(dòng)機(jī)由低電壓U2供電，維持規(guī)定電流值，直到VT2輸入脈沖下降沿到來(lái)VT2截止。不足之處是在高低壓銜接處的電流波形在頂部有下凹，影響電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的平穩(wěn)性。,該電路的特點(diǎn)是工作時(shí)Vin端輸入方波步進(jìn)信號(hào)：當(dāng)Vin為“0”電平，由與門A2輸出Vb為“0”電平，功率管（達(dá)林頓管）VT截止，繞組W上無(wú)電流通過(guò)，采樣電阻上R3上無(wú)反饋電壓，A1放大器輸出高電平；而當(dāng)Vin為高電平時(shí)，由與門A2輸出的Vb也是高電平，功率管VT導(dǎo)通，繞組W上有電流，采樣電阻上R3上出現(xiàn)反饋電壓Vf，由分壓電阻R1、R2得到設(shè)定電壓與反饋電壓相減，來(lái)決定A1輸出電平的高低，來(lái)決定Vin信號(hào)能否通過(guò)與門A2。若VrefVf時(shí)Vin信號(hào)通過(guò)與門，形成Vb正脈沖，打開(kāi)功率管VT；反之，VrefVf時(shí)Vin信號(hào)被截止，無(wú)Vb正脈沖，功率管VT截止。這樣在一個(gè)Vin脈沖內(nèi)，功率管VT會(huì)多次通斷，使繞組電流在設(shè)定值上下波動(dòng)。,3斬波恒流功放電路,步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源總結(jié),作用：對(duì)控制脈沖進(jìn)行功率放大，以使步進(jìn)電機(jī)獲得足夠大的功率驅(qū)動(dòng)負(fù)載運(yùn)行。1、步進(jìn)電機(jī)是用脈沖供電，且按一定工作方式輪流作用于各相勵(lì)磁線圈上。2、步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)是靠給各相勵(lì)磁線圈通電順序變化來(lái)實(shí)現(xiàn)的。3、速度控制是靠改變控制脈沖的頻率實(shí)現(xiàn)的。4、在通電脈沖內(nèi)使勵(lì)磁線圈的電流能快速建立，而在斷電時(shí)電流能快速消失。,五、步進(jìn)電機(jī)的選擇,1、步距角的選擇電機(jī)的步距角取決于負(fù)載精度的要求，將負(fù)載的最小分辨率（當(dāng)量）換算到電機(jī)軸上，每個(gè)當(dāng)量電機(jī)應(yīng)走多少角度（包括減速）。電機(jī)的步距角應(yīng)等于或小于此角度。目前市場(chǎng)上步進(jìn)電機(jī)的步距角一般有0.36度/0.72度（五相電機(jī)）、0.9度/1.8度（二、四相電機(jī)）、1.5度/3度（三相電機(jī)）等。2、靜力矩的選擇（1）根據(jù)機(jī)械結(jié)構(gòu)草圖計(jì)算機(jī)械傳動(dòng)裝置及負(fù)載折算到電動(dòng)機(jī)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。（2）計(jì)算各種工況下所需的等效力矩。（3）根據(jù)步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩和起動(dòng)、運(yùn)行矩頻特性。TL/TMax0.5JL/Jm43、電流的選擇靜力矩一樣的電機(jī)，由于電流參數(shù)不同，其運(yùn)行特性差別很大，可依據(jù)矩頻特性曲線圖，判斷電機(jī)的電流（參考驅(qū)動(dòng)電源、及驅(qū)動(dòng)電壓）,第三節(jié)直流伺服電動(dòng)機(jī),直流伺服電動(dòng)機(jī)具有良好的調(diào)速特性，較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，相對(duì)功率大及快速響應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)。盡管其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，在機(jī)電控制系統(tǒng)中作為執(zhí)行元件還是獲得了廣泛的應(yīng)用。直流伺服電動(dòng)機(jī)按激磁方式可分為電磁式和永磁式兩種。電磁式的磁場(chǎng)由激磁繞組產(chǎn)生；永磁式的磁場(chǎng)由永磁體(永久磁鐵)產(chǎn)生。電磁式直流伺服電動(dòng)機(jī)是一種目前巳普遍使用的伺服電動(dòng)機(jī)，特別是在大功率范圍內(nèi)(100w以上)。永磁式直流伺服電動(dòng)機(jī)由于尺寸小、重量輕、效率高、出力大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)需激磁等一系列優(yōu)點(diǎn)而被越來(lái)越重視。一、特點(diǎn)1、穩(wěn)定性好2、可控性好3、響應(yīng)迅速4、控制功率低，損耗小5、轉(zhuǎn)矩大,直流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與一般的電機(jī)結(jié)構(gòu)相似，也是由定子、轉(zhuǎn)子和電刷等部分組成，在定子上有勵(lì)磁繞組和補(bǔ)償繞組，轉(zhuǎn)子繞組通過(guò)電刷供電。由于轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)和定子磁場(chǎng)始終正交，因而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。,直流伺服電機(jī)控制,二、驅(qū)動(dòng)與控制,一個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)性能的好壞，不僅取決于電機(jī)本身的特性，而且還取決于驅(qū)動(dòng)電路的性能以及兩者之間的相互配合。對(duì)驅(qū)動(dòng)電路一般要求頻帶寬、效率高、能量能回授等。目前常用晶體管驅(qū)動(dòng)和晶閘管直流調(diào)速驅(qū)動(dòng)，廣泛采用的直流伺服電機(jī)的晶體管驅(qū)動(dòng)電路有線性直流伺服放大器和脈寬調(diào)制放大器(PwM)。一般，寬頻帶低功率系統(tǒng)選用線性放大器(小于幾百瓦)，而脈寬調(diào)制放大器常用在較大的系統(tǒng)中，尤其是那些要求在低速和大轉(zhuǎn)矩下連續(xù)運(yùn)行的場(chǎng)合。一、晶閘管直流調(diào)速驅(qū)動(dòng),二、脈寬調(diào)制放大器(PwM),PWM放大器的優(yōu)點(diǎn)是功率管工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，管耗小。它的基本原理是：利用大功率晶體管的開(kāi)關(guān)作用，將直流電源電壓轉(zhuǎn)換成一定頻率(例如2000HZ)的方波電壓，加在直流電動(dòng)機(jī)的電樞上，通過(guò)對(duì)方波脈沖寬度的控制，改變電樞的平均電壓，從而調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，如圖418所示。鋸齒波發(fā)生器的輸出電壓vA和直流控制信號(hào)vIN進(jìn)行比較。同時(shí)，在比較器的輸入端還加入一個(gè)調(diào)零電壓v0，當(dāng)控制電壓vIN為零時(shí)，調(diào)節(jié)vo使比較器的輸出電壓為正、負(fù)脈沖寬度相等的方波信號(hào)，如圖419(a)所示。當(dāng)控制信號(hào)vIN為正或負(fù)時(shí)，比較器輸入端處的鋸齒波相應(yīng)地上移或下移，比較器的輸出脈沖也隨著相應(yīng)改變，實(shí)現(xiàn)了脈寬調(diào)制，如圖419(b)、(c)所示。,第四節(jié)交流伺服電動(dòng)機(jī),與普通直流伺服電動(dòng)機(jī)相比較，普通交流伺服電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)是：它不需要電刷和換向器，因而避免了由于存在電刷和換向器而引起的一系列弊病。此外，它的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、體積和重量一般來(lái)說(shuō)也較小。缺點(diǎn)是：輸出功率和轉(zhuǎn)矩較?。晦D(zhuǎn)矩特性和調(diào)節(jié)特性的線性度不及直流伺服電動(dòng)機(jī)好；其效率也較直流伺服電動(dòng)機(jī)為低。銀狐工控網(wǎng)自動(dòng)化、企業(yè)信息化中國(guó)工控網(wǎng)-運(yùn)動(dòng)控制專欄-中國(guó)工業(yè)控制及自動(dòng)化領(lǐng)域權(quán)威咨詢、資訊傳媒!一、交流伺服電動(dòng)機(jī)種類1、同步型（SM）：采用永磁結(jié)構(gòu)的同步電動(dòng)機(jī)，又稱無(wú)刷直流伺服電動(dòng)機(jī)。特點(diǎn)：無(wú)接觸換向部件需要磁極位置檢測(cè)器（如編碼器）具有直流伺服電動(dòng)機(jī)的全部?jī)?yōu)點(diǎn)。2、感應(yīng)型（IM）：籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)特點(diǎn)：對(duì)定子電流的激勵(lì)分量和轉(zhuǎn)矩分量分別控制具有直流伺服電動(dòng)機(jī)的全部?jī)?yōu)點(diǎn)。,用于自動(dòng)焊機(jī)中保持電弧長(zhǎng)度穩(wěn)定，其原理如圖434所示。交流伺服電機(jī)sL經(jīng)減速器2帶動(dòng)焊條8的移動(dòng)裝置3。為保證焊接質(zhì)量，要求自動(dòng)焊機(jī)在整個(gè)焊接過(guò)程中能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)電弧長(zhǎng)度，使電弧穩(wěn)定地燃燒。當(dāng)電弧長(zhǎng)度符合要求時(shí)，反饋的弧壓up和給定電壓u相等，通過(guò)比較器4得偏差信號(hào)o，伺服電機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)。如果外界干擾使弧長(zhǎng)變長(zhǎng)或變短，反饋弧壓up相當(dāng)于增大或減小，偏差信號(hào)經(jīng)放大器1送入電機(jī)sL的控制電壓的相序發(fā)生改變，使控制伺服電機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，經(jīng)移動(dòng)裝置3帶動(dòng)焊條8上下移動(dòng)，以保持電弧長(zhǎng)度恒定。,應(yīng)用舉例,二、交流伺服電動(dòng)機(jī)調(diào)速,變頻調(diào)速,間接變換方式（交直交變頻）變頻方式直接變換方式（交交變頻）交直交變頻是把交流電通過(guò)整流器變?yōu)橹绷麟?，再用逆變器將直流電變?yōu)轭l率可變的交流電供給異步電動(dòng)機(jī)。目前常用的通用變頻器即屬于交直交變頻，其基本結(jié)構(gòu)原理如圖412。由圖可知，變頻器主要由主回路（包括整流器、中間直流環(huán)節(jié)、逆變器）和控制回路組成。變頻器還有豐富的軟件，各種功能主要靠軟件來(lái)完成。交流電源交流電源電壓頻率可變,變頻器的分類方式很多，除了按電源變換方式分類外，還可以按