機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課件姜培剛[1]

1、2022-2-31第一節(jié)第一節(jié) 機(jī)電一體化的定義機(jī)電一體化的定義v傳統(tǒng)機(jī)械：主要以力學(xué)為理論基礎(chǔ)，以經(jīng)驗(yàn)為實(shí)踐基礎(chǔ)；v現(xiàn)代機(jī)械：以力學(xué)、電子學(xué)、計(jì)算機(jī)學(xué)、控制論、信息論等為理論基礎(chǔ)，以經(jīng)驗(yàn)、機(jī)、電、計(jì)算機(jī)、傳感與測(cè)試等技術(shù)為實(shí)踐基礎(chǔ)。v機(jī)械：強(qiáng)度高、輸出功率大、承載大載荷；實(shí)現(xiàn)微小復(fù)雜運(yùn)動(dòng)難。v電子：可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的檢測(cè)和控制；但無(wú)法實(shí)現(xiàn)重載運(yùn)動(dòng)。2022-2-32第一節(jié)第一節(jié) 機(jī)電一體化的定義機(jī)電一體化的定義v機(jī)電一體化和機(jī)械電氣化的區(qū)別n電氣機(jī)械在設(shè)計(jì)過(guò)程中不考慮或較少考慮電氣與機(jī)械的內(nèi)在聯(lián)系。n機(jī)械和電氣裝置之間界限分明n裝置所需的控制以基于電磁學(xué)原理的各種電器，屬于強(qiáng)電范疇。2022-2-

2、33第一節(jié)第一節(jié) 機(jī)電一體化的定義機(jī)電一體化的定義 機(jī)電一體化是在以機(jī)械、電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)科學(xué)為主的多門學(xué)科相互滲透、相互結(jié)合過(guò)程中逐漸形成和發(fā)展起來(lái)的一門新興邊緣技術(shù)學(xué)科。機(jī)械技術(shù)（機(jī)械學(xué)機(jī)構(gòu)學(xué)）機(jī)電一體化技術(shù)領(lǐng)域微電子技術(shù)（半導(dǎo)體技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)）2022-2-34第一節(jié)第一節(jié) 機(jī)電一體化的定義機(jī)電一體化的定義 機(jī)電一體化涉及到許多相關(guān)的學(xué)科：機(jī)械學(xué)、電子學(xué)、控制論、計(jì)算機(jī)科學(xué) 機(jī)電一體化的產(chǎn)生與迅速發(fā)展的根本原因在于社會(huì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步。系統(tǒng)工程、控制論和信息論是機(jī)電一體化的理論基礎(chǔ)，也是機(jī)電一體化技術(shù)的方法論。微電子技術(shù)的發(fā)展，半導(dǎo)體大規(guī)模集成電路制造技術(shù)的進(jìn)步，則為機(jī)電一體化技

3、術(shù)奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)；2022-2-35第一節(jié)第一節(jié) 機(jī)電一體化的定義機(jī)電一體化的定義vMechtronics是一個(gè)綜合的概念，包含技術(shù)和產(chǎn)品兩方面。n機(jī)電一體化技術(shù)指包括技術(shù)基礎(chǔ)、技術(shù)原理在內(nèi)的使機(jī)電一體化產(chǎn)品得以實(shí)現(xiàn)、使用和發(fā)展的技術(shù)。n機(jī)電一體化產(chǎn)品指采用機(jī)電一體化技術(shù)，在機(jī)械產(chǎn)品基礎(chǔ)上創(chuàng)建出來(lái)的新一代機(jī)電產(chǎn)品。2022-2-36第二節(jié)第二節(jié) 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)與方法機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)與方法v機(jī)電一體化產(chǎn)品和系統(tǒng)的分類 按機(jī)電一體化產(chǎn)品和系統(tǒng)的用途分類，有產(chǎn)業(yè)機(jī)械，信息機(jī)械，民用機(jī)械等；按機(jī)械和電子的功能和含量分類，有以機(jī)械裝置為主體的機(jī)械電子產(chǎn)品和以電子裝置為主體的電子產(chǎn)品；按

4、機(jī)電結(jié)合的程度分類，有功能附加型、功能替代型和機(jī)電融合型。2022-2-37第二節(jié)第二節(jié) 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)與方法機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)與方法v機(jī)電一體化產(chǎn)品的優(yōu)越性n使用安全性和可靠性提高n生產(chǎn)能力和工作質(zhì)量提高n調(diào)整和維護(hù)方便，使用性能改善n具有復(fù)合功能，適用面廣n改善勞動(dòng)條件，有利于自動(dòng)化生產(chǎn)n節(jié)約能源，減少耗材2022-2-38第二節(jié)第二節(jié) 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)與方法機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)與方法v現(xiàn)代機(jī)械的機(jī)電一體化目標(biāo)n提高精度n增強(qiáng)功能n提高生產(chǎn)效率n節(jié)約能源，降低能耗n提高安全性、可靠性2022-2-39第二節(jié)第二節(jié) 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)與方法機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

5、的目標(biāo)與方法n改善操作性和實(shí)用性n減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，改善勞動(dòng)條件n簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，減輕重量n降低價(jià)格n增強(qiáng)柔性應(yīng)用功能2022-2-310第二節(jié)第二節(jié) 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)與方法機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)與方法v機(jī)電一體化技術(shù)方向n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)n用電子裝置局部代替機(jī)械傳動(dòng)裝置和機(jī)械控制裝置，以簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)控制靈活性2022-2-311第二節(jié)第二節(jié) 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)與方法機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)與方法u用電子裝置完全代替原來(lái)執(zhí)行信息處理功能的機(jī)構(gòu)，即減化了結(jié)構(gòu)，又極大地豐富了信息傳輸內(nèi)容，提高了速度。u用電子裝置替代機(jī)械的主要功能，形

6、成特殊的加工能力u將機(jī)電技術(shù)完全融合形成新型機(jī)電一體化產(chǎn)品2022-2-312第二節(jié)第二節(jié) 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)與方法機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)與方法v機(jī)電一體化系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的設(shè)計(jì)思想 在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，一方面要求設(shè)計(jì)機(jī)械系統(tǒng)時(shí)應(yīng)選擇與控制系統(tǒng)的電氣參數(shù)相匹配的機(jī)械系統(tǒng)參數(shù)；同時(shí)也要求設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)根據(jù)機(jī)械系統(tǒng)的固有結(jié)構(gòu)參數(shù)來(lái)選擇和確定電氣參數(shù)。2022-2-313第二節(jié)第二節(jié) 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)與方法機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)與方法v機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法n取代法n整體設(shè)計(jì)法n組合法2022-2-314第二節(jié)第二節(jié) 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)與方法機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)與方法v取代法 這種

7、方法是用電氣控制取代原傳統(tǒng)中機(jī)械控制機(jī)構(gòu)。這種方法是改造傳統(tǒng)機(jī)械產(chǎn)品和開(kāi)發(fā)新型產(chǎn)品常用的方法。 這種方法的缺點(diǎn)是跳不出原系統(tǒng)的框架，不利于開(kāi)拓思路，尤其在開(kāi)發(fā)全新的產(chǎn)品時(shí)更具有局限性。2022-2-315第二節(jié)第二節(jié) 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)與方法機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)與方法v整體設(shè)計(jì)法 這種方法主要用于全新產(chǎn)品和系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。在設(shè)計(jì)時(shí)完全從系統(tǒng)的整體目標(biāo)考慮各子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，所以接口簡(jiǎn)單，甚至可能互融一體。2022-2-316第二節(jié)第二節(jié) 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)與方法機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)與方法v組合法 這種方法就是選用各種標(biāo)準(zhǔn)模塊，像積木那樣組合成各種機(jī)電一體化系統(tǒng)。 利用此方法可以縮短

8、設(shè)計(jì)與研制周期、節(jié)約工裝設(shè)備費(fèi)用，有利于生產(chǎn)管理、使用和維修。2022-2-317第三節(jié)第三節(jié) 機(jī)電一體化系統(tǒng)的基本功能要素機(jī)電一體化系統(tǒng)的基本功能要素v機(jī)械本體v動(dòng)力單元v傳感檢測(cè)單元v執(zhí)行單元v驅(qū)動(dòng)單元v控制與信息處理單元v接口2022-2-318第三節(jié)第三節(jié) 機(jī)電一體化系統(tǒng)的基本功能要素機(jī)電一體化系統(tǒng)的基本功能要素v機(jī)械本體（機(jī)械系統(tǒng)） 包括機(jī)械傳動(dòng)裝置和機(jī)械結(jié)構(gòu)裝置。其主要功能是使構(gòu)造系統(tǒng)的各子系統(tǒng)、零部件按照一定的空間和時(shí)間關(guān)系安置在一定位置上，并保持特定的關(guān)系。 其開(kāi)發(fā)重點(diǎn)是模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化和系列化，以便于機(jī)械系統(tǒng)的快速組合和更換2022-2-319第三節(jié)第三節(jié) 機(jī)電一體化系統(tǒng)的基本

9、功能要素機(jī)電一體化系統(tǒng)的基本功能要素v動(dòng)力單元 按照機(jī)電一體化系統(tǒng)的控制要求。為系統(tǒng)提供能量和動(dòng)力以保證系統(tǒng)正常運(yùn)行。 其顯著特征之一，是用盡可能小的動(dòng)力輸入獲得盡可能大的功能輸出。2022-2-320第三節(jié)第三節(jié) 機(jī)電一體化系統(tǒng)的基本功能要素機(jī)電一體化系統(tǒng)的基本功能要素v傳感檢測(cè)單元 對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中所需要的本身和外界環(huán)境的各種參數(shù)及狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，并轉(zhuǎn)換成可識(shí)別信號(hào)，傳輸?shù)娇刂菩畔⑻幚韱卧?，?jīng)過(guò)分析、處理產(chǎn)生相應(yīng)的控制信息。 對(duì)其要求是體積小、便于安裝與連接、檢測(cè)精度高、抗干擾性強(qiáng)2022-2-321第三節(jié)第三節(jié) 機(jī)電一體化系統(tǒng)的基本功能要素機(jī)電一體化系統(tǒng)的基本功能要素v執(zhí)行單元 根據(jù)控制信

10、息和指令完成所要求的動(dòng)作。v驅(qū)動(dòng)單元 在控制信息作用下，驅(qū)動(dòng)各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成各種動(dòng)作和功能。2022-2-322第四節(jié)第四節(jié) 機(jī)電一體化系統(tǒng)的基本功能要機(jī)電一體化系統(tǒng)的基本功能要素素v控制與信息處理單元 控制與信息處理單元是機(jī)電一體化系統(tǒng)的核心單元。其功能是將來(lái)自各傳感器的檢測(cè)信息和外部輸入命令進(jìn)行集中、存儲(chǔ)、分析、加工，根據(jù)信息處理結(jié)果，按照一定的程序發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)，通過(guò)輸出接口送往執(zhí)行機(jī)構(gòu)，控制整個(gè)系統(tǒng)有目的的運(yùn)行，并達(dá)到預(yù)期的性能。2022-2-323第三節(jié)第三節(jié) 機(jī)電一體化系統(tǒng)的基本功能要素機(jī)電一體化系統(tǒng)的基本功能要素v接口 將各要素或子系統(tǒng)連接成為一個(gè)有機(jī)整體，使各個(gè)功能環(huán)節(jié)有目

11、的地協(xié)調(diào)一致運(yùn)動(dòng)，從而形成機(jī)電一體化的系統(tǒng)工程。 其基本功能主要有三個(gè)：變換、放大、傳遞2022-2-324第四節(jié)第四節(jié) 機(jī)電一體化的相關(guān)技術(shù)機(jī)電一體化的相關(guān)技術(shù)v機(jī)械技術(shù)（精密機(jī)械技術(shù)）v微電子技術(shù)v傳感檢測(cè)技術(shù)v信息處理技術(shù)v自動(dòng)控制技術(shù)v伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)v系統(tǒng)總體技術(shù)2022-2-325第四節(jié)第四節(jié) 機(jī)電一體化的相關(guān)技術(shù)機(jī)電一體化的相關(guān)技術(shù)v機(jī)械技術(shù)（精密機(jī)械技術(shù)） 是機(jī)電一體化的基礎(chǔ)。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。 機(jī)械技術(shù)的出發(fā)點(diǎn)在于如何與機(jī)電一體化技術(shù)相適應(yīng)，利用其他高新技術(shù)來(lái)更新概念，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)、材料、性能以及功能上的變更。2

12、022-2-326第四節(jié)第四節(jié) 機(jī)電一體化的相關(guān)技術(shù)機(jī)電一體化的相關(guān)技術(shù)v傳感檢測(cè)技術(shù) 是機(jī)電一體化系統(tǒng)的感覺(jué)器官，即從待測(cè)對(duì)象那獲取能反映待測(cè)對(duì)象特征與狀態(tài)的信息。它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、自動(dòng)調(diào)節(jié)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其功能越強(qiáng)，系統(tǒng)的自動(dòng)化程度就越高。 傳感檢測(cè)技術(shù)的研究?jī)?nèi)容包括兩方面：一是研究如何將各種被測(cè)量轉(zhuǎn)換為與之成比例的電量；二是研究如何將轉(zhuǎn)換的電信號(hào)的加工處理。2022-2-327第四節(jié)第四節(jié) 機(jī)電一體化的相關(guān)技術(shù)機(jī)電一體化的相關(guān)技術(shù)v信息處理技術(shù) 信息處理技術(shù)包括信息的交換、存取、運(yùn)算、判斷和決策。實(shí)現(xiàn)信息處理的主要工具是計(jì)算機(jī)，因此信息處理技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)是密切相關(guān)的。 信息處理的發(fā)展方向是

13、如何提高信息處理的速度、可靠性和智能化程度。2022-2-328第四節(jié)第四節(jié) 機(jī)電一體化的相關(guān)技術(shù)機(jī)電一體化的相關(guān)技術(shù)v自動(dòng)控制技術(shù) 自動(dòng)控制技術(shù)的目的在于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化系統(tǒng)的目標(biāo)最佳化。 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、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等。2022-2-329第四節(jié)第四節(jié) 機(jī)電一體化的相關(guān)技術(shù)機(jī)電一體化的相關(guān)技術(shù)v伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù) 伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)就是在控制指令的指揮下，控制驅(qū)動(dòng)元件，使機(jī)械的運(yùn)動(dòng)部件按照指令要求運(yùn)動(dòng)，并具有良好的動(dòng)態(tài)性能。 常見(jiàn)的伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要有電氣伺服和液壓伺服。2022-2-330第四節(jié)第四節(jié) 機(jī)電一體化的相關(guān)技術(shù)機(jī)電一體

14、化的相關(guān)技術(shù)v系統(tǒng)總體技術(shù) 系統(tǒng)總體技術(shù)是以整體的概念組織應(yīng)用各種相關(guān)的應(yīng)用技術(shù)。即從全局的角度和系統(tǒng)的目標(biāo)出發(fā)，將系統(tǒng)分解為若干子系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)技術(shù)協(xié)調(diào)的觀點(diǎn)來(lái)考慮每個(gè)子系統(tǒng)的技術(shù)方案，對(duì)于子系統(tǒng)與子系統(tǒng)之間的矛盾或子系統(tǒng)和系統(tǒng)整體之間的矛盾都要從總體協(xié)調(diào)的需要來(lái)選擇解決方案。2022-2-331第二章第二章 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì) 機(jī)電一體化系統(tǒng)中的機(jī)械系統(tǒng)是由計(jì)算機(jī)協(xié)調(diào)與控制，用于完成一系列運(yùn)動(dòng)的機(jī)械和機(jī)電部件相互聯(lián)系的系統(tǒng)。 機(jī)電一體化中的機(jī)械系統(tǒng)需使伺服馬達(dá)和負(fù)載之間的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩得到匹配，也就是在滿足伺服系統(tǒng)高精度、高響應(yīng)速度、良好穩(wěn)定性的前提下，還應(yīng)該具有較大的剛度、較高

15、的可靠性和重量輕、體積小、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。2022-2-332第二章第二章 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)v傳動(dòng)機(jī)構(gòu)：機(jī)電一體化系統(tǒng)中傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的主要功能是傳遞轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。因此，它實(shí)際上是一種轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速變化器。v導(dǎo)向機(jī)構(gòu)：其作用是支撐和限制運(yùn)動(dòng)部件按給定的運(yùn)動(dòng)要求和規(guī)定的運(yùn)動(dòng)方向運(yùn)動(dòng)。v執(zhí)行機(jī)構(gòu)：用來(lái)完成操作任務(wù)。能根據(jù)操作指令的要求在動(dòng)力源的帶動(dòng)下，完成預(yù)定的操作。2022-2-333第一節(jié)第一節(jié) 傳動(dòng)裝置傳動(dòng)裝置2.1.1傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的種類及特點(diǎn) 機(jī)電一體化系統(tǒng)中所用的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要有滑動(dòng)絲杠副、滾珠絲杠副、齒輪傳動(dòng)副、同步帶傳動(dòng)副、間歇機(jī)構(gòu)、繞性傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等。 對(duì)于工作機(jī)中的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，既要求能實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)

16、換，又要求能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)力的轉(zhuǎn)換；對(duì)于信息機(jī)中的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，主要要求運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)換；對(duì)于動(dòng)力，則只需要克服慣性力（力矩）和各種摩擦力（力矩）以及較小的工作負(fù)載即可。2022-2-334第一節(jié)第一節(jié) 傳動(dòng)裝置傳動(dòng)裝置2.1.2傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的基本要求v影響機(jī)電一體化系統(tǒng)中的傳動(dòng)鏈動(dòng)力學(xué)性能的因素一般有以下幾個(gè)n負(fù)載的變換n傳動(dòng)鏈慣性n傳動(dòng)鏈固有頻率n間隙、摩擦、潤(rùn)滑和溫升2022-2-335第一節(jié)第一節(jié) 傳動(dòng)裝置傳動(dòng)裝置v在不影響系統(tǒng)剛度的條件下，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量應(yīng)盡可能小v剛度越大伺服系統(tǒng)動(dòng)力損失越??；剛度越大機(jī)構(gòu)固有頻率越高，超出系統(tǒng)的頻帶寬度，不易產(chǎn)生共振；剛度越大閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性越高v機(jī)械零件產(chǎn)

17、生共振時(shí)，系統(tǒng)中阻尼越大，最大振幅就越小，且衰減越快；但大阻尼也會(huì)使系統(tǒng)的失動(dòng)量和反轉(zhuǎn)誤差增大，穩(wěn)態(tài)誤差增大，精度降低2022-2-336第一節(jié)第一節(jié) 傳動(dòng)裝置傳動(dòng)裝置v系統(tǒng)傳動(dòng)部件的靜摩擦力應(yīng)盡可能??；動(dòng)摩擦力應(yīng)是盡可能小的正斜率，若為負(fù)斜率則易產(chǎn)生爬行，精度降低，壽命減少。v此外，還要求抗振性好，穩(wěn)定性高，間隙小（減少誤差，提高伺服系統(tǒng)中位置環(huán)的穩(wěn)定性），避免諧振，特別是其動(dòng)態(tài)特性與伺服電動(dòng)等其他環(huán)節(jié)的動(dòng)態(tài)性能相匹配。2022-2-337第一節(jié)第一節(jié) 傳動(dòng)裝置傳動(dòng)裝置v轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 在滿足系統(tǒng)剛度的條件下，機(jī)械部分的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量越小越好。轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大會(huì)使機(jī)械負(fù)載增大、系統(tǒng)響應(yīng)速度變慢、靈敏度降

18、低、固有頻率下降，容易產(chǎn)生諧振。同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的增大會(huì)使電氣驅(qū)動(dòng)部件的諧振頻率降低，而阻尼增大。2022-2-338第一節(jié)第一節(jié) 傳動(dòng)裝置傳動(dòng)裝置v摩擦 兩物體接觸面間的摩擦力在應(yīng)用上可以簡(jiǎn)化為粘性摩擦力、庫(kù)倫摩擦力與靜摩擦力三類，方向均與運(yùn)動(dòng)方向（或運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)方向）相反。粘性摩擦力大小與兩物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)的速度成正比；庫(kù)倫摩擦力是接觸面對(duì)運(yùn)動(dòng)物體的阻力，大小為一常數(shù)；靜摩擦力是有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)但仍處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)摩擦面間的摩擦力，其最大值發(fā)生在相對(duì)開(kāi)始運(yùn)動(dòng)前的一瞬間，運(yùn)動(dòng)開(kāi)始后靜摩擦力即消失。2022-2-339第一節(jié)第一節(jié) 傳動(dòng)裝置傳動(dòng)裝置v阻尼 運(yùn)動(dòng)中的機(jī)械部件容易產(chǎn)生振動(dòng)，其振幅取決于系統(tǒng)的阻尼和

19、固有頻率，系統(tǒng)的阻尼越大，最大振幅越小，且衰減越快；機(jī)械部件振動(dòng)時(shí)，金屬材料的內(nèi)摩擦較小，而運(yùn)動(dòng)副的摩擦阻尼占主導(dǎo)地位的。在實(shí)際應(yīng)用中一般將摩擦阻尼簡(jiǎn)化為粘性摩擦的線性阻尼2022-2-340第一節(jié)第一節(jié) 傳動(dòng)裝置傳動(dòng)裝置v剛度 剛度為彈性體產(chǎn)生單位變形量所需的作用力。機(jī)械系統(tǒng)的剛度包括構(gòu)件產(chǎn)生各種基本變形時(shí)的剛度和兩接觸面的接觸剛度兩類。靜態(tài)力和變形之比為靜剛度；動(dòng)態(tài)力和變形之比為動(dòng)剛度。2022-2-341第一節(jié)第一節(jié) 傳動(dòng)裝置傳動(dòng)裝置v諧振頻率 包括機(jī)械傳動(dòng)部件在內(nèi)的彈性系統(tǒng)，若阻尼不計(jì)，可簡(jiǎn)化為質(zhì)量、彈簧系統(tǒng)。由此可確定系統(tǒng)的固有頻率。當(dāng)外界的激振頻率接近或等于系統(tǒng)的固有頻率時(shí)，系統(tǒng)將

20、產(chǎn)生諧振而不能正常工作。機(jī)械傳動(dòng)部件實(shí)際上是個(gè)多自由度系統(tǒng)，有一個(gè)基本固有頻率和若干高階固有頻率，分別稱為機(jī)械傳動(dòng)部件的一階諧振頻率和n階諧振頻率。2022-2-342第一節(jié)第一節(jié) 傳動(dòng)裝置傳動(dòng)裝置v間隙 間隙將使機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中間產(chǎn)生回程誤差，影響伺服系統(tǒng)中位置環(huán)的穩(wěn)定性。有間隙時(shí)，應(yīng)減小位置環(huán)增益 間隙的主要形式有齒輪傳動(dòng)的齒側(cè)間隙、絲杠螺母的傳動(dòng)間隙、絲杠軸承的軸向間隙、連軸器的扭轉(zhuǎn)間隙等。在機(jī)電一體化系統(tǒng)中，為了保證系統(tǒng)良好的動(dòng)態(tài)性能，要盡可能避免間隙的出現(xiàn)。當(dāng)間隙出現(xiàn)時(shí)，要采取消隙措施。2022-2-343第一節(jié)第一節(jié) 傳動(dòng)裝置傳動(dòng)裝置v2.1.3 常用傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法n滾珠絲杠副傳

21、動(dòng)機(jī)構(gòu)n齒輪傳動(dòng)n同步帶傳動(dòng)n諧波齒輪傳動(dòng)n棘輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)n軟軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)2022-2-344第一節(jié)第一節(jié) 傳動(dòng)裝置傳動(dòng)裝置一、滾珠絲杠副傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 滾珠絲杠是一種新型螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，具有螺旋槽的絲杠與螺母之間裝有中間傳動(dòng)元件滾珠。主要用來(lái)將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變換為直線運(yùn)動(dòng)或?qū)⒅本€運(yùn)動(dòng)變換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)2022-2-345第一節(jié)第一節(jié) 傳動(dòng)裝置傳動(dòng)裝置v滾珠絲杠副的特點(diǎn)n傳動(dòng)效率高n運(yùn)動(dòng)具有可逆性n系統(tǒng)剛度好n傳動(dòng)精度高n使用壽命長(zhǎng)n不能自鎖n工藝復(fù)雜2022-2-346第一節(jié)第一節(jié) 傳動(dòng)裝置傳動(dòng)裝置v滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)類型可從螺紋滾道的界面形狀、滾珠的循環(huán)方式和消除軸向間隙的調(diào)整方法進(jìn)行區(qū)別n單圓弧型和雙圓弧型20

22、22-2-347第一節(jié)第一節(jié) 傳動(dòng)裝置傳動(dòng)裝置n內(nèi)循環(huán)和外循環(huán) 內(nèi)循環(huán)方式的滾珠在循環(huán)過(guò)程中始終與絲杠表面保持接觸內(nèi)循環(huán)方式的優(yōu)點(diǎn)是滾珠循環(huán)的回路短，流暢性好，效率高螺母的尺寸也較小。缺點(diǎn)是反向器加工困難，裝配調(diào)整也不方便2022-2-348第一節(jié)第一節(jié) 傳動(dòng)裝置傳動(dòng)裝置內(nèi)循環(huán)浮動(dòng)式反向器在高頻浮動(dòng)中達(dá)到回珠圓弧槽進(jìn)出口的自動(dòng)對(duì)接，通道流暢，摩擦性較好，更適用于高速、高靈敏度、高剛度的精密進(jìn)給系統(tǒng)2022-2-349第一節(jié)第一節(jié) 傳動(dòng)裝置傳動(dòng)裝置 外循環(huán) 滾珠在循環(huán)返回時(shí)，離開(kāi)絲杠螺紋滾道，在螺母或體外作循環(huán)運(yùn)動(dòng)2022-2-350第一節(jié)第一節(jié) 傳動(dòng)裝置傳動(dòng)裝置螺旋槽式的特點(diǎn)是工藝簡(jiǎn)單、徑向尺

23、寸小、易于制造，但是擋珠器剛性差，易磨損2022-2-351第一節(jié)第一節(jié) 傳動(dòng)裝置傳動(dòng)裝置 內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)插管式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易制造，但是徑向尺寸較大，彎管端部比較容易磨損2022-2-352第一節(jié)第一節(jié) 傳動(dòng)裝置傳動(dòng)裝置 內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)端蓋式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工藝性好，但滾道吻接和彎曲處圓角不易加工準(zhǔn)備而影響其性能，故應(yīng)用較少。2022-2-353第一節(jié)第一節(jié) 傳動(dòng)裝置傳動(dòng)裝置v滾珠絲杠副軸向間隙調(diào)整與預(yù)緊n預(yù)緊力大小必須合適，過(guò)小不能保證無(wú)隙傳動(dòng)，過(guò)大將使驅(qū)動(dòng)力矩增大，效率降低，壽命縮短。n要特別注意減少絲杠安裝部分的間隙，這些間隙用預(yù)緊的方法是無(wú)法消除的，而它對(duì)傳動(dòng)精度有直接影響2022-2-35

24、4第一節(jié)第一節(jié) 傳動(dòng)裝置傳動(dòng)裝置v雙螺母螺紋預(yù)緊調(diào)隙式 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、剛性好、預(yù)緊可靠，使用中調(diào)整方便，但不能精確地調(diào)整2022-2-355第一節(jié)第一節(jié) 傳動(dòng)裝置傳動(dòng)裝置v雙螺母齒差預(yù)緊調(diào)隙式可實(shí)現(xiàn)定量調(diào)整，調(diào)整精度很高，工作可靠，使用中調(diào)整較方便；但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工和裝配工藝性能較差2022-2-356第一節(jié)第一節(jié) 傳動(dòng)裝置傳動(dòng)裝置v雙螺母墊片預(yù)緊調(diào)隙式 結(jié)構(gòu)緊湊、剛度高、預(yù)緊可靠、應(yīng)用廣泛，但使用中調(diào)整不方便，也不很準(zhǔn)確，適用于一般精度的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)2022-2-357第一節(jié)第一節(jié) 傳動(dòng)裝置傳動(dòng)裝置v彈簧式自動(dòng)調(diào)整預(yù)緊式 能消除使用過(guò)程中由于摩擦或彈性變形產(chǎn)生的間隙，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜。軸向剛度低2022

25、-2-358第一節(jié)第一節(jié) 傳動(dòng)裝置傳動(dòng)裝置2022-2-359第一節(jié)第一節(jié) 傳動(dòng)裝置傳動(dòng)裝置二、齒輪傳動(dòng) 齒輪傳動(dòng)是機(jī)電一體化系統(tǒng)中使用最多的機(jī)械傳動(dòng)裝置，主要原因是齒輪傳動(dòng)的瞬時(shí)傳動(dòng)比為常數(shù)。傳動(dòng)精確，且強(qiáng)度大、能承受重載、結(jié)構(gòu)緊湊。摩擦力小、效率高。2022-2-360第一節(jié)第一節(jié) 傳動(dòng)裝置傳動(dòng)裝置三、同步帶傳動(dòng) 同步帶傳動(dòng)是綜合了帶傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)特點(diǎn)的一種新型傳動(dòng)2022-2-361第一節(jié)第一節(jié) 傳動(dòng)裝置傳動(dòng)裝置v同步帶傳動(dòng)的特點(diǎn)n能方便地實(shí)現(xiàn)較遠(yuǎn)中心距的傳動(dòng)，傳動(dòng)比準(zhǔn)確，傳動(dòng)效率高n工作平穩(wěn)，能吸收振動(dòng)n不需要潤(rùn)滑，耐油、水，耐高溫，耐腐蝕，維護(hù)保養(yǎng)方便n強(qiáng)度高，厚度小，質(zhì)量輕

26、n中心距要求嚴(yán)格，安裝精度要求高n制造工藝復(fù)雜，成本高2022-2-362第一節(jié)第一節(jié) 傳動(dòng)裝置傳動(dòng)裝置四、諧波齒輪傳動(dòng) 依靠柔性齒輪所產(chǎn)生的可控制彈性變形波，引起齒間的相對(duì)位移來(lái)傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的。2022-2-363第一節(jié)第一節(jié) 傳動(dòng)裝置傳動(dòng)裝置v諧波齒輪傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)n傳動(dòng)比大n承載能力大n傳動(dòng)精度高n可以向密封空間傳遞運(yùn)動(dòng)或動(dòng)力n傳動(dòng)平穩(wěn)n傳動(dòng)效率高n結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，質(zhì)量輕2022-2-364第一節(jié)第一節(jié) 傳動(dòng)裝置傳動(dòng)裝置v諧波齒輪傳動(dòng)的缺點(diǎn)n揉輪和波發(fā)生器制造復(fù)雜，需專門設(shè)備，成本較高n傳動(dòng)比下限值較高n不能做成交叉軸和相交軸的結(jié)構(gòu)2022-2-365第一節(jié)第一節(jié) 傳動(dòng)裝置傳動(dòng)裝置五、軟

27、軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 軟軸又稱作鋼絲軟軸，是由幾層緊密纏在一起的彈簧鋼絲層構(gòu)成的，相鄰層的纏繞方向相反。工作時(shí)相鄰兩層鋼絲中的一層趨于擰緊，另一層趨于擰松，以使各層鋼絲間趨于壓緊，傳遞轉(zhuǎn)矩。2022-2-366第一節(jié)第一節(jié) 傳動(dòng)裝置傳動(dòng)裝置 鋼絲軟軸主要用于兩個(gè)傳動(dòng)機(jī)件的軸線不在同一直線上，或工作時(shí)彼此要求有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)。它可以彎曲繞過(guò)各種障礙物，遠(yuǎn)距離傳遞回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。適合于受連續(xù)沖擊的場(chǎng)合，也適用于高速、小轉(zhuǎn)矩的場(chǎng)合。不適合低速大轉(zhuǎn)矩的傳動(dòng)。因?yàn)檫@將使從動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速不均勻，扭轉(zhuǎn)剛度無(wú)法保證。2022-2-367第一節(jié)第一節(jié) 傳動(dòng)裝置傳動(dòng)裝置六、棘輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 棘輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要用于將原動(dòng)機(jī)構(gòu)的連續(xù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成

28、間歇運(yùn)動(dòng)。2022-2-368第一節(jié)第一節(jié) 傳動(dòng)裝置傳動(dòng)裝置 棘輪機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便和運(yùn)動(dòng)可靠等優(yōu)點(diǎn)，故在各類機(jī)械中有廣泛的應(yīng)用。但是由于回程時(shí)搖桿上的棘爪在棘輪齒面上滑行時(shí)引起噪聲和齒尖磨損。同時(shí)為使棘爪順利落入棘輪齒間，搖桿擺動(dòng)的角度應(yīng)略大于棘輪的運(yùn)動(dòng)角，這樣就不可避免的存在空程和沖擊。此外棘輪的運(yùn)動(dòng)角必須以棘輪齒數(shù)為單位有級(jí)地變化。因此棘輪機(jī)構(gòu)不宜應(yīng)用于高速和運(yùn)動(dòng)精度要求較高的場(chǎng)合。棘輪2022-2-369第二節(jié)第二節(jié) 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)導(dǎo)向機(jī)構(gòu) 在機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)中，導(dǎo)向支撐部件的作用是支撐和限制運(yùn)動(dòng)部件能按給定的運(yùn)動(dòng)要求和運(yùn)動(dòng)方向運(yùn)動(dòng)，這樣的部件通常稱為導(dǎo)軌副，簡(jiǎn)稱導(dǎo)軌。2022-2

29、-370第二節(jié)第二節(jié) 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)2.2.1導(dǎo)軌的組成、分類及特點(diǎn) 導(dǎo)軌主要由兩部分組成：在工作時(shí)一部分固定不動(dòng)，稱為支承導(dǎo)軌；另一部分相對(duì)支承導(dǎo)軌作直線或回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，稱為動(dòng)導(dǎo)軌。 2022-2-371第二節(jié)第二節(jié) 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)2.2.2導(dǎo)軌的基本要求 機(jī)電一體化系統(tǒng)對(duì)導(dǎo)軌的基本要求是導(dǎo)向精度高、剛性好、運(yùn)動(dòng)輕便平穩(wěn)、耐磨性好、溫度變化影響小以及結(jié)構(gòu)工藝性好。 對(duì)精度要求高的直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌，還要求導(dǎo)軌的承載面與導(dǎo)向面嚴(yán)格分開(kāi)；運(yùn)動(dòng)件較重時(shí)，必須設(shè)有卸荷裝置；運(yùn)動(dòng)件的支承必須符合三點(diǎn)定位原理2022-2-372第二節(jié)第二節(jié) 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)v導(dǎo)向精度 導(dǎo)軌按給定方向作直線運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確程度n直線

30、度n兩導(dǎo)軌面間的平行度2022-2-373第二節(jié)第二節(jié) 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)v耐磨性 導(dǎo)軌的耐磨性是指導(dǎo)軌在長(zhǎng)期使用后，應(yīng)能保持一定的導(dǎo)向精度。導(dǎo)軌的耐磨性主要取決于導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)、材料、摩擦性質(zhì)、表面粗糙度、表明硬度、表面潤(rùn)滑及受力情況等。提高導(dǎo)軌的精度保持性，必須進(jìn)行正確的潤(rùn)滑與保護(hù)2022-2-374第二節(jié)第二節(jié) 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)v運(yùn)動(dòng)的靈活性和低速運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性 工作時(shí)應(yīng)輕便省力，速度均勻，低速運(yùn)動(dòng)或微量位移時(shí)不出現(xiàn)爬行現(xiàn)象，高速運(yùn)動(dòng)時(shí)應(yīng)無(wú)振動(dòng)。 為了防止產(chǎn)生爬行現(xiàn)象，可以采?。翰捎脻L動(dòng)導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌，卸荷導(dǎo)軌、貼塑料層導(dǎo)軌?；蛘咴谄胀ɑ瑒?dòng)導(dǎo)軌上使用含有極性添加劑的導(dǎo)軌油。也可以用減少結(jié)合面、增

31、加結(jié)構(gòu)尺寸、縮短傳動(dòng)鏈。減少運(yùn)動(dòng)副等方法2022-2-375第二節(jié)第二節(jié) 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)2.2.3 常用導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法v塑料導(dǎo)軌 塑料導(dǎo)軌是在滑動(dòng)導(dǎo)軌上鑲裝塑料而成。這種導(dǎo)軌定位精度較高，摩擦因數(shù)較小，剛度較高，無(wú)爬行現(xiàn)象，吸振較好，壽命長(zhǎng)，化學(xué)穩(wěn)定性高，工藝性好，維護(hù)方便；但由于其耐熱性差，在使用中必須注意散熱。2022-2-376第二節(jié)第二節(jié) 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)u塑料導(dǎo)軌軟帶 可與鑄鐵或鋼組成滑動(dòng)摩擦副，也可以與滾動(dòng)導(dǎo)軌組成滾動(dòng)摩擦副2022-2-377第二節(jié)第二節(jié) 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)u金屬塑料復(fù)合導(dǎo)軌板一般用膠粘貼在金屬導(dǎo)軌上，成本較高u塑料涂層主要用于導(dǎo)軌的維修和設(shè)備的改造，也可用于

32、新產(chǎn)品設(shè)計(jì)2022-2-378第二節(jié)第二節(jié) 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)v滾動(dòng)導(dǎo)軌 滾動(dòng)導(dǎo)軌是在做相對(duì)直線運(yùn)動(dòng)的兩導(dǎo)軌面之間加入滾動(dòng)體，變滑動(dòng)摩擦為滾動(dòng)摩擦的一種直線運(yùn)動(dòng)支撐。n滾動(dòng)導(dǎo)軌的優(yōu)點(diǎn) 摩擦因數(shù)小，運(yùn)動(dòng)靈活；動(dòng)靜摩擦系數(shù)基本相同，因而啟動(dòng)阻力小，不易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象；可以預(yù)緊，剛度高；壽命長(zhǎng)；精度高；潤(rùn)滑方便，一次裝填，長(zhǎng)期使用。2022-2-379第二節(jié)第二節(jié) 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)u滾動(dòng)導(dǎo)軌按 滾動(dòng)體形狀的不同，可以分為滾珠導(dǎo)軌、滾柱導(dǎo)軌和滾針導(dǎo)軌。2022-2-380第二節(jié)第二節(jié) 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)導(dǎo)向機(jī)構(gòu) 滾珠為點(diǎn)接觸，摩擦小、靈敏度高，但承載能力小、剛度低，適用于載荷不大，行程較小，而運(yùn)動(dòng)靈敏度要求較高的場(chǎng)

33、合。2022-2-381第二節(jié)第二節(jié) 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)導(dǎo)向機(jī)構(gòu) 滾柱導(dǎo)軌為線接觸，承載能力和剛度都比滾珠導(dǎo)軌大，適用于載荷較大的場(chǎng)合，但制造安裝精度要求高。滾柱對(duì)導(dǎo)軌的不平度較敏感，容易產(chǎn)生側(cè)向偏移和滑動(dòng)，而使導(dǎo)軌的阻力增加，磨損加快，精度降低。2022-2-382第二節(jié)第二節(jié) 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)導(dǎo)向機(jī)構(gòu) 滾針導(dǎo)軌的尺寸小，結(jié)構(gòu)緊湊、排列密集。承載能力大，但摩擦相應(yīng)增加，精度較低，適用于載荷大。導(dǎo)軌尺寸受限制的場(chǎng)合。（結(jié)構(gòu)尺寸較小的滾柱導(dǎo)軌）滾柱導(dǎo)軌支承為標(biāo)準(zhǔn)部件，具有安裝、潤(rùn)滑簡(jiǎn)單，調(diào)整防護(hù)容易等優(yōu)點(diǎn)。 2022-2-383第二節(jié)第二節(jié) 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)u按滾動(dòng)體的循環(huán)方式，滾動(dòng)導(dǎo)軌又可分為滾動(dòng)體不循環(huán)式導(dǎo)軌

34、和滾動(dòng)體循環(huán)式導(dǎo)軌兩種。 滾動(dòng)體不循環(huán)式導(dǎo)軌的滾動(dòng)體可以是滾珠、滾柱或滾針。它們的共同特點(diǎn)是滾動(dòng)體不循環(huán)，因而行程不能太長(zhǎng)。這種導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，成本較低，但有時(shí)難以施加預(yù)緊力，剛度較低，抗振性能差，不能承受沖擊載荷。2022-2-384第三節(jié)第三節(jié) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)2.3.1常用執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法v熱變形式 熱變形式執(zhí)行機(jī)構(gòu)屬于微動(dòng)機(jī)構(gòu)，該類機(jī)構(gòu)利用電熱元件作為動(dòng)力源，電熱元件通電后產(chǎn)生的熱變形實(shí)現(xiàn)微小位移。10LL t tL tSCCLLEA tSEA 2022-2-385第三節(jié)第三節(jié) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu) 熱變形微動(dòng)機(jī)構(gòu)可以利用變壓器、變阻器等來(lái)調(diào)節(jié)傳動(dòng)桿的加熱速度，以實(shí)現(xiàn)對(duì)位移速度和

35、微進(jìn)給量的控制。為了使傳動(dòng)桿恢復(fù)到原來(lái)的位置，可以利用壓縮空氣或乳化液來(lái)冷卻 熱變形微動(dòng)機(jī)構(gòu)具有高剛度和無(wú)間隙的優(yōu)點(diǎn)，并可通過(guò)控制加熱電流來(lái)得到所需微量位移；但由于熱慣性以及冷卻速度難以精確控制等原因，這種微動(dòng)系統(tǒng)只適用于行程較短、頻率不高的場(chǎng)合。2022-2-386第三節(jié)第三節(jié) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)v磁致伸縮式該類機(jī)構(gòu)利用某些材料在磁場(chǎng)作用下具有改變尺寸的磁致伸縮效應(yīng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)微量位移。KFLLKFLLLdsmax0min2022-2-387第三節(jié)第三節(jié) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu) 磁致伸縮式微動(dòng)機(jī)構(gòu)的特征為重復(fù)精度高，無(wú)間隙，剛度好，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，工作穩(wěn)定性好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊；但由于工程材料的磁致伸縮量有限

36、，該類機(jī)構(gòu)所提供的位移量很小，因而該類機(jī)構(gòu)適用于精確位移調(diào)整、切削 刀具的磨損補(bǔ)償 及自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。2022-2-388第三節(jié)第三節(jié) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)v工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器 工業(yè)機(jī)器人是一種自動(dòng)控制，可重復(fù)編程，多功能、多自由度操作機(jī)，是能搬動(dòng)物料、工件或操作工具以及完成其他各種作業(yè)的機(jī)電一體化產(chǎn)品。工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器裝在操作機(jī)手腕的前端，是直接實(shí)現(xiàn)操作功能的機(jī)構(gòu)末端執(zhí)行器因用途不同而結(jié)構(gòu)各異，一般可分為三大類：機(jī)械夾持器、特種末端執(zhí)行器、萬(wàn)能手2022-2-389第三節(jié)第三節(jié) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)n機(jī)械夾持器 它是工業(yè)機(jī)器人中最常用的一種末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)。機(jī)械夾持器首先應(yīng)有一定的力約束和形狀約束，

37、以保證被夾工件在移動(dòng)、停留和裝入過(guò)程中不改變姿態(tài)。當(dāng)需要松開(kāi)工件時(shí)，應(yīng)完全松開(kāi)。另外，它還應(yīng)保證工件夾持姿態(tài)再現(xiàn)幾何偏差在給定的公差帶內(nèi)。2022-2-390第三節(jié)第三節(jié) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu) 機(jī)械夾持器常用壓縮空氣作動(dòng)力源，經(jīng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)手指的運(yùn)動(dòng)。根據(jù)手指夾持工件時(shí)的運(yùn)動(dòng)軌跡的不同，機(jī)械夾持器可有下述幾種型式圓弧開(kāi)合型圓弧平行開(kāi)合型直接平行開(kāi)合型2022-2-391第三節(jié)第三節(jié) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)圓弧開(kāi)合型 在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)下，手指指端的運(yùn)動(dòng)軌跡為圓弧夾持器工作時(shí)，兩手指繞支點(diǎn)作圓弧運(yùn)動(dòng)，同時(shí)對(duì)工件進(jìn)行夾持和定心。這類夾持器對(duì)工件被夾持部位的尺寸有嚴(yán)格要求，否則可能會(huì)造成工件狀態(tài)失常2022-2-

38、392第三節(jié)第三節(jié) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)圓弧平行開(kāi)合型這類夾持器兩手指工作時(shí)作平行開(kāi)合運(yùn)動(dòng)，而指端運(yùn)動(dòng)軌跡為一圓弧2022-2-393第三節(jié)第三節(jié) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)直接平行開(kāi)合型 這類夾持器兩手指的運(yùn)動(dòng)軌跡為直線，且兩指夾持面始終保持平行2022-2-394第三節(jié)第三節(jié) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu) 真空吸附手結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，且吸附作業(yè)具有一定柔順性，這樣即使工件有尺寸偏差和位置偏差也不會(huì)影響吸附手的工作。它常用小件搬運(yùn)，也根據(jù)工件形狀、尺寸、質(zhì)量大小的不同將多個(gè)真空吸附手組合使用。2022-2-395第三節(jié) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)2）電磁吸附手它同樣結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉，但它吸附工件的過(guò)程是從不接觸工件開(kāi)始的。這種吸附

39、方式可以用于搬運(yùn)較大的可磁化性材料的工件2022-2-396第一節(jié)第一節(jié) 傳感器的基礎(chǔ)知識(shí)傳感器的基礎(chǔ)知識(shí) 檢測(cè)系統(tǒng)是機(jī)電一體化設(shè)備中不可缺少的組成部分。其功能是對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行中所需的自身和外界環(huán)境參數(shù)及狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，將其轉(zhuǎn)變成可識(shí)別的電信號(hào)，傳遞給信息處理單元。如果把機(jī)電一體化系統(tǒng)中的機(jī)械系統(tǒng)看做是人的手足，信息處理系統(tǒng)看做是人的大腦，則檢測(cè)系統(tǒng)好比人的感覺(jué)器官。自動(dòng)化程度越高，控制系統(tǒng)對(duì)傳感器的要求也就越高2022-2-397第一節(jié)第一節(jié) 傳感器的基礎(chǔ)知識(shí)傳感器的基礎(chǔ)知識(shí)v把各種非電量信息轉(zhuǎn)換為電信號(hào) v對(duì)轉(zhuǎn)換后的電信號(hào)進(jìn)行測(cè)量,并進(jìn)行放大、運(yùn)算、轉(zhuǎn)換、記錄、指示、顯示等處理 2022-2-3

40、98第一節(jié)第一節(jié) 傳感器的基礎(chǔ)知識(shí)傳感器的基礎(chǔ)知識(shí)3.1.1傳感器的基本用途 傳感器是借助檢測(cè)元件接收一種形式的信息，并按一定規(guī)律將它轉(zhuǎn)換成另一種信息的裝置。它獲取的信息，可以是各種物理量、化學(xué)量和生物量，而且轉(zhuǎn)換后的信息也是有各種形式，由于電信號(hào)是最易于處理和便于傳輸?shù)?，所以目前大多?shù)的傳感器將獲取的信息轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。2022-2-399第一節(jié)第一節(jié) 傳感器的基礎(chǔ)知識(shí)傳感器的基礎(chǔ)知識(shí)3.1.2傳感器的組成與分類v傳感器的組成2022-2-3100第一節(jié)第一節(jié) 傳感器的基礎(chǔ)知識(shí)傳感器的基礎(chǔ)知識(shí)n敏感元件 直接感受被測(cè)量，并以確定關(guān)系輸出某一物理量n轉(zhuǎn)換元件 將敏感元件輸出的非電物理量轉(zhuǎn)換成其他

41、參數(shù)n基本轉(zhuǎn)換電路 將電路參數(shù)轉(zhuǎn)換成便于測(cè)量的電量2022-2-3101第一節(jié)第一節(jié) 傳感器的基礎(chǔ)知識(shí)傳感器的基礎(chǔ)知識(shí)v傳感器的分類 目前采用的傳感器分類方法主要有n按被測(cè)物理量分類：這種方法明確表明了傳感器的作用，便于使用者選擇，如位移、壓力傳感器n按傳感器工作原理分類：這種方法表明了傳感器的工作原理，有利于傳感器設(shè)計(jì)和應(yīng)用，如壓阻式、壓電式、電感式2022-2-3102第一節(jié)第一節(jié) 傳感器的基礎(chǔ)知識(shí)傳感器的基礎(chǔ)知識(shí)n按傳感器轉(zhuǎn)換能量的方式分類1）能量轉(zhuǎn)換型（發(fā)電型）不需外加電源而將被測(cè)量轉(zhuǎn)換成電能輸出，如壓電式，光電式等2）能量控制型（參量型）需外加電源才能輸出測(cè)試電量，如電阻、電感等20

42、22-2-3103第一節(jié)第一節(jié) 傳感器的基礎(chǔ)知識(shí)傳感器的基礎(chǔ)知識(shí)n按傳感器工作機(jī)理分類1）結(jié)構(gòu)型：被測(cè)參數(shù)變化引起傳感器的結(jié)構(gòu)變化，使輸出電量變化，利用物理學(xué)中的定律和運(yùn)定定律等構(gòu)成2）物性型：利用某些物質(zhì)的某種性質(zhì)隨被測(cè)參數(shù)變化的原理構(gòu)成。傳感器的性能與材料密切相關(guān)2022-2-3104第一節(jié)第一節(jié) 傳感器的基礎(chǔ)知識(shí)傳感器的基礎(chǔ)知識(shí)n按傳感器輸出信號(hào)的形式分類1）模擬式：傳感器輸出為模擬電壓量2）數(shù)字式：傳感器輸出為數(shù)字量 習(xí)慣上，常把工作原理和用途結(jié)合起來(lái)命名傳感器，有利于設(shè)計(jì)檢測(cè)系統(tǒng)選擇2022-2-3105第一節(jié)第一節(jié) 傳感器的基礎(chǔ)知識(shí)傳感器的基礎(chǔ)知識(shí)3.1.4傳感器的性能與選用原則v

43、傳感器的性能 傳感器的性能分為靜態(tài)性能指標(biāo)和動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)n傳感器的靜態(tài)性能 傳感器在靜態(tài)信號(hào)作用下，其輸入輸出關(guān)系稱為靜態(tài)性能，其包含有線性度、靈敏度、遲滯和重復(fù)性2022-2-3106第一節(jié)第一節(jié) 傳感器的基礎(chǔ)知識(shí)傳感器的基礎(chǔ)知識(shí)線性度：傳感器的實(shí)際特性曲線與擬合直線之間的偏差稱為傳感器的非線性誤差2022-2-3107第一節(jié)第一節(jié) 傳感器的基礎(chǔ)知識(shí)傳感器的基礎(chǔ)知識(shí)靈敏度：是指?jìng)鞲衅髟陟o態(tài)信號(hào)輸入情況下，輸入變化對(duì)輸入變化的比值s 一般希望傳感器的靈敏度高一些，并且在滿量程范圍內(nèi)是恒定的，即傳感器的輸入輸出特性為直線dxdys輸入變化量輸出變化量2022-2-3108第一節(jié)第一節(jié) 傳感器的基

44、礎(chǔ)知識(shí)傳感器的基礎(chǔ)知識(shí)遲滯性：表明傳感器在正、反行程期間輸入輸出特性曲線不重合的程度 產(chǎn)生遲滯性現(xiàn)象的主要原因是機(jī)械的間隙、摩擦或 磁滯等因素2022-2-3109第一節(jié)第一節(jié) 傳感器的基礎(chǔ)知識(shí)傳感器的基礎(chǔ)知識(shí)重復(fù)性：表示傳感器在輸入量按同一方向作全程多次測(cè)試時(shí)所得特性曲線的不一致程度2022-2-3110第一節(jié)第一節(jié) 傳感器的基礎(chǔ)知識(shí)傳感器的基礎(chǔ)知識(shí)u傳感器的動(dòng)態(tài)特性 指?jìng)鞲衅鲗?duì)輸入信號(hào)的響應(yīng)特性，一個(gè)動(dòng)態(tài)特性好的傳感器其輸出能再現(xiàn)輸入變化規(guī)律。但實(shí)際上除了具有理想的比例特性環(huán)節(jié)外，輸出信號(hào)不可能與輸入信號(hào)具有完全相同的時(shí)間函數(shù)，這種輸入與輸出之間的差異叫做動(dòng)態(tài)誤差2022-2-3111第一

45、節(jié)第一節(jié) 傳感器的基礎(chǔ)知識(shí)傳感器的基礎(chǔ)知識(shí)v傳感器的選用原則 傳感器是測(cè)量與控制系統(tǒng)的首要環(huán)節(jié)，通常應(yīng)該具有快速、準(zhǔn)確、可靠而又經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)信息轉(zhuǎn)換的基本要求。u足夠的容量，傳感器的工作范圍或量程要足夠的大，具有一定過(guò)載的能力。2022-2-3112第一節(jié)第一節(jié) 傳感器的基礎(chǔ)知識(shí)傳感器的基礎(chǔ)知識(shí)u與測(cè)量或控制系統(tǒng)的匹配性好，轉(zhuǎn)換靈敏度高，要求其輸出信號(hào)與被測(cè)輸入信號(hào)成確定關(guān)系，且比值要大。u反應(yīng)速度快，工作可靠性好u適用性和適應(yīng)性強(qiáng)，動(dòng)作能量小，對(duì)被測(cè)對(duì)象的狀態(tài)影響小，內(nèi)部噪聲小又不易受外界干擾的影響，使用安全。u使用經(jīng)濟(jì)，成本低，壽命長(zhǎng)，且易于使用、維修和校準(zhǔn)2022-2-3113第二節(jié)第二節(jié)

46、 常用傳感器常用傳感器 位移測(cè)量傳感器是線性位移和角位移測(cè)量的總稱，位移測(cè)量在機(jī)電一體化領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛。常用的直線位移傳感器有：電感傳感器、電容傳感器、感應(yīng)同步器、光柵傳感器；常用角位移傳感器有：電容傳感器、光電編碼器2022-2-3114第二節(jié)第二節(jié) 常用傳感器常用傳感器3.2.1線位移檢測(cè)傳感器 線位移傳感器是利用敏感元件某些電參數(shù)隨位移變化而改變的特性進(jìn)行工作v電阻式線位移傳感器v電感式線位移傳感器v電容式線位移傳感器v光柵式線位移傳感器v激光式線位移傳感器2022-2-3115第二節(jié)第二節(jié) 常用傳感器常用傳感器v電阻式線位移傳感器n電位器式線傳感器 電位器式線位移傳感器利用被測(cè)部件的

47、移動(dòng)通過(guò)拉桿帶動(dòng)電刷移動(dòng)，從而改變輸出的電量。其優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定。缺點(diǎn)是 分辨率不高，易 磨損。2022-2-3116第二節(jié)第二節(jié) 常用傳感器常用傳感器n電阻應(yīng)變計(jì)式線位移傳感器利用應(yīng)變片的彎曲，造成電阻變化，將其轉(zhuǎn)化成電壓和電流的變化。其優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定，精度高。不足之處是動(dòng)態(tài)范圍窄2022-2-3117第二節(jié)第二節(jié) 常用傳感器常用傳感器v電感式線位移傳感器n(1)差動(dòng)電感式線位移傳感器 利用磁芯在線圈筒中自由移動(dòng)，切割磁力線產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)使電橋失去平衡，產(chǎn)生測(cè)量信號(hào) 其優(yōu)點(diǎn)是具有動(dòng)態(tài)范圍寬和線性度好的優(yōu)點(diǎn) 。缺點(diǎn)是有 殘余電壓。2022-2-3118第二節(jié)第二節(jié) 常用傳感器常用

48、傳感器n差動(dòng)變壓器式線位移傳感器將被測(cè)量轉(zhuǎn)化為線圈的互感變化。這種傳感器具有分辨率高、線性度好等優(yōu)點(diǎn)，其缺點(diǎn)是殘余電勢(shì)較大2022-2-3119第二節(jié)第二節(jié) 常用傳感器常用傳感器v電容式線位移傳感器 平板電容器的電容決定于極板的工作面積、極板間介質(zhì)的介電常數(shù)和極板間的距離，位移使電容器三個(gè)參數(shù)中的任意一個(gè)發(fā)生變化，均會(huì)引起電容量的變化。通過(guò)檢測(cè)電路將電容量的變換轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)輸出。電容式傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)態(tài)性能好、靈敏度和分辨率高的特點(diǎn)。它可用于無(wú)接觸檢測(cè)，并可在惡劣環(huán)境下工作。2022-2-3120第二節(jié)第二節(jié) 常用傳感器常用傳感器v光柵式線位移傳感器2022-2-3121第二節(jié)第二節(jié)

49、常用傳感器常用傳感器光柵是一種新型的位移檢測(cè)元件，它的特點(diǎn)是測(cè)量精度高、響應(yīng)速度快和量程范圍大等。2022-2-3122第二節(jié)第二節(jié) 常用傳感器常用傳感器v激光式線位移傳感器這種傳感器動(dòng)態(tài)范圍寬、精度高、可用于非接觸檢測(cè)。其缺點(diǎn)是裝置復(fù)雜、使用調(diào)試不方便、價(jià)格高。2022-2-3123第二節(jié)第二節(jié) 常用傳感器常用傳感器3.2.2角位移傳感器及轉(zhuǎn)速傳感器v電阻式角位移傳感器v旋轉(zhuǎn)變壓器角位移傳感器v電容角位移傳感器v光柵角位移傳感器v磁電式角位移傳感器及轉(zhuǎn)速傳感器2022-2-3124第二節(jié)第二節(jié) 常用傳感器常用傳感器v電阻式角位移傳感器 其工作原理和電位器線位移傳感器相似，不同之處是將電阻器做

50、成圓弧型，電刷繞中心軸作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，這樣電刷輸出的電壓就反映了電刷的轉(zhuǎn)角。電阻式角位移傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)態(tài)范圍大、輸出信號(hào)強(qiáng)等特點(diǎn)；缺點(diǎn)是在圓弧型電阻器各段電阻率不一致情況下，會(huì)產(chǎn)生誤差。2022-2-3125第二節(jié)第二節(jié) 常用傳感器常用傳感器v旋轉(zhuǎn)變壓器角位移傳感器 旋轉(zhuǎn)變壓器角實(shí)際上是初級(jí)和次級(jí)繞組之間的角度可以改變的變壓器。常規(guī)變壓器的兩個(gè)繞組之間是固定的，其輸入電壓和輸出電壓之比保持常數(shù)。旋轉(zhuǎn)變壓器勵(lì)磁繞組和輸出繞組分別安裝在定子和轉(zhuǎn)子上。 旋轉(zhuǎn)變壓器具有精度高、可靠性好等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用在各種機(jī)電一體化系統(tǒng)中。2022-2-3126第二節(jié)第二節(jié) 常用傳感器常用傳感器v電容角位移傳感器

51、 電容角位移傳感器的工作原理是當(dāng)動(dòng)極板產(chǎn)生角位移時(shí)，電容器的工作面積發(fā)生變換，電容量隨之改變。測(cè)量電路檢測(cè)這種電容量變換，即可確定角位移。2022-2-3127第二節(jié)第二節(jié) 常用傳感器常用傳感器v光柵角位移傳感器 與光柵線位移傳感器相比，光柵角位移傳感器將光柵印在圓盤的圓周上。2022-2-3128第二節(jié)第二節(jié) 常用傳感器常用傳感器v磁電式角位移傳感器及轉(zhuǎn)速傳感器 利用導(dǎo)磁材料制成的齒輪代替光柵傳感器的光柵盤，利用磁芯繞組代替光電元件，由于齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)影響磁路的磁阻，使磁通量發(fā)生變化，進(jìn)而在繞組中會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的感應(yīng)脈沖電壓。對(duì)脈沖電壓整形后進(jìn)行計(jì)數(shù)，也可以達(dá)到測(cè)量角位移及角速度的目的。2022-

52、2-3129第二節(jié)第二節(jié) 常用傳感器常用傳感器3.2.3速度與加速度傳感器v電磁式速度傳感器 其原理為殼體固定在一個(gè)試件上，頂桿頂住另一個(gè)試件，線圈置于內(nèi)外磁極構(gòu)成的均勻磁場(chǎng)中。如果線圈相對(duì)磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)，線圈由于切割磁力線而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，其大小為sinBWlve 2022-2-3130第二節(jié)第二節(jié) 常用傳感器常用傳感器v壓電式加速度傳感器 一些晶體材料，受到外力作用發(fā)生變形時(shí)，其內(nèi)部發(fā)生極化，在材料的表明上會(huì)產(chǎn)生電荷，形成電場(chǎng)。壓力發(fā)生變化時(shí)，表面電荷量也會(huì)隨之發(fā)生變換，這種現(xiàn)象叫壓電效應(yīng)。利用壓電效應(yīng)，可以把機(jī)械力變換轉(zhuǎn)換成電荷量的變換。做成壓電 傳感器2022-2-3131第二節(jié)第二節(jié) 常用

53、傳感器常用傳感器 下圖為壓電加速度傳感器的一般原理圖，當(dāng)基座在垂直方向產(chǎn)生加速度a時(shí)，質(zhì)量塊對(duì)壓電材料產(chǎn)生ma作用力，使陶瓷片兩級(jí)產(chǎn)生相應(yīng)的電荷，通過(guò)引線輸出到電荷測(cè)量電路中，這樣可以得到相應(yīng) 的加速度值。2022-2-3132第二節(jié)第二節(jié) 常用傳感器常用傳感器3.2.4力傳感器v電阻應(yīng)變片傳感器 彈性體在外力作用下會(huì)產(chǎn)生變形，將應(yīng)變片粘貼在彈性體表面，即可檢測(cè)到這種變形產(chǎn)生的應(yīng)變，進(jìn)而可以檢測(cè)力的大小。利用應(yīng)變片在彈性體上布片方式的不同或電阻絲形式的不同，可以檢測(cè)拉壓力、彎矩、扭矩、剪切力及壓力等。由于電阻應(yīng)變片結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用靈活，廣泛應(yīng)用在檢測(cè)系統(tǒng)中。2022-2-3133第二節(jié)第二節(jié) 常

54、用傳感器常用傳感器v壓力傳感器 除了可以利用電阻應(yīng)變片檢測(cè)壓力外，對(duì)液體或氣體壓力還可以采用其他方法檢測(cè)。下列元件隨著內(nèi)外壓力不同，會(huì)產(chǎn)生變形，通過(guò)測(cè)量變形大小或變形力的大小 即可測(cè) 量出壓 力大小2022-2-3134第二節(jié)第二節(jié) 常用傳感器常用傳感器3.2.5接近傳感器與距離傳感器v電容式接近傳感器 電容式接近傳感器是利用檢測(cè)被檢測(cè)對(duì)象與檢測(cè)極板間電容的變化，來(lái)檢測(cè)物體的接近程度。2022-2-3135第二節(jié)第二節(jié) 常用傳感器常用傳感器v電感式接近傳感器 如果檢測(cè)對(duì)象為鋼、鐵等磁性材料，可以利用其磁通特性檢測(cè)物理的接近程度。2022-2-3136第二節(jié)第二節(jié) 常用傳感器常用傳感器 電感式接

55、近傳感器和電容式接近傳感器相比，電感式傳感器的靈敏度會(huì)更高一些，檢測(cè)電路也要簡(jiǎn)單一些，但被檢測(cè)物體必須是磁性體。要檢測(cè)地面、水面或生物體時(shí)，一般可使用電容式接近傳感器。如果需要檢測(cè)非良導(dǎo)電體，如塑料等材料物體的接近程度，上述兩種傳感器都無(wú)能為力，需要利用光電式或其他類型的傳感器2022-2-3137第二節(jié)第二節(jié) 常用傳感器常用傳感器v光電式接近傳感器 使用一個(gè)發(fā)光二極管和一個(gè)光電三級(jí)管組成，當(dāng)被檢測(cè)物體表面接近交點(diǎn)時(shí)，發(fā)光二極管的發(fā)射光被光電三級(jí)管接受，產(chǎn)生電信號(hào)。當(dāng)物體遠(yuǎn)離交點(diǎn)時(shí)，反射區(qū)不在光電三極管的視角內(nèi)，檢測(cè)電路沒(méi)有輸出。2022-2-3138第二節(jié)第二節(jié) 常用傳感器常用傳感器v超聲波

56、距離傳感器 利用超聲波進(jìn)行距離檢測(cè)的原理是，向被檢測(cè)物體發(fā)射超聲波，并由被檢測(cè)物體反射回來(lái)，通過(guò)檢 測(cè)從發(fā)射到接收到反 射波所利用的時(shí)間來(lái) 實(shí)現(xiàn)距離測(cè)量。2022-2-3139第二節(jié)第二節(jié) 常用傳感器常用傳感器3.2.6溫度、流量傳感器v熱電偶溫度傳感器v熱敏電阻傳感器v流量傳感器2022-2-3140第二節(jié)第二節(jié) 常用傳感器常用傳感器v熱電偶溫度傳感器 熱電偶測(cè)溫是基于熱電效應(yīng)。在兩種不同的導(dǎo)體（或半導(dǎo)體）A和B組成的閉合回路中，如果它們兩個(gè)結(jié) 點(diǎn)的溫度不同，則回路中產(chǎn)生 一個(gè)電動(dòng)勢(shì)，通常我們稱這種 電動(dòng)勢(shì)為熱電勢(shì)，這種現(xiàn)象就 是熱電效應(yīng)2022-2-3141第二節(jié)第二節(jié) 常用傳感器常用傳感

57、器v熱電阻傳感器熱電阻傳感器 利用熱敏電阻可以制成溫度傳感器。 所謂熱敏電阻即是對(duì)熱量敏感的電阻體，其電阻值隨溫度的變化而顯著改變。2022-2-3142第二節(jié)第二節(jié) 常用傳感器常用傳感器v流量傳感器n渦流式流速傳感器n浮子式流量傳感器 渦流式流量傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、精度高、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)，流速過(guò)小或過(guò)大都會(huì)產(chǎn)生較大誤差。浮子式流量傳感器量程范圍比較大，但工作條件要求比較高，由于靠重力平衡浮子的浮力，當(dāng)發(fā)生傾斜或較大幅度振動(dòng)時(shí)，會(huì)造成較大誤差，甚至無(wú)法工作。2022-2-3143第三節(jié)第三節(jié) 傳感器前期信號(hào)處理傳感器前期信號(hào)處理 傳感器所感知、檢測(cè)、轉(zhuǎn)換和傳遞的信息表現(xiàn)為形式不同的電信號(hào)。按傳

58、感器輸出電信號(hào)的參量形式，可分為電壓輸出、電流輸出和頻率輸出。其中以電壓輸出型為最多。在電流輸出和頻率輸出傳感器中，除了少數(shù)直接利用其電流或頻率輸出信號(hào)外，大多數(shù)采用變換器，將它們轉(zhuǎn)換成電壓輸出型傳感器。2022-2-3144第三節(jié)第三節(jié) 傳感器前期信號(hào)處理傳感器前期信號(hào)處理 由于傳感器輸出的信號(hào)往往較弱，因此必須先將其放大。隨著集成運(yùn)算放大器的不斷完善和價(jià)格的不斷下降，傳感器的信號(hào)放大采用集成運(yùn)算放大器的越來(lái)越多。這里主要介紹幾種典型的傳感器信號(hào)放大器2022-2-3145第三節(jié)第三節(jié) 傳感器前期信號(hào)處理傳感器前期信號(hào)處理v測(cè)量放大器這種放大器具有很高的共模抑制比以及高增益、低噪聲和高輸入阻

59、抗。2022-2-3146第三節(jié)第三節(jié) 傳感器前期信號(hào)處理傳感器前期信號(hào)處理v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)數(shù)模信號(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)在模/數(shù)變換器輸入的允許范圍內(nèi)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)換后的模擬信號(hào)變化也較大。2022-2-3147第三節(jié)第三節(jié) 傳感器前期信號(hào)處理傳感器前期信號(hào)處理 這種情況下如果輸出只使用一個(gè)放大倍數(shù)的放大器，在進(jìn)行小信號(hào)轉(zhuǎn)換時(shí)將會(huì)引入較大的誤差，無(wú)法滿足上述要求。為了解決這個(gè)問(wèn)題，工程上常采用

60、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。在計(jì)算機(jī)自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)中，往往不希望。有時(shí)也不可能利用手動(dòng)辦法來(lái)實(shí)現(xiàn)增益變換，而希望利用計(jì)算機(jī)采用軟件控制的辦法來(lái)實(shí)現(xiàn)增益的自動(dòng)變換，具有這種功能的放大器就叫 程控增益放大器。2022-2-3148第三節(jié)第三節(jié) 傳感器前期信號(hào)處理傳感器前期信號(hào)處理 右下圖為一利用改變反饋電阻值的辦法來(lái)實(shí)現(xiàn)量程變換的可變?cè)鲆娣糯笃麟娐贰．?dāng)開(kāi)關(guān) 閉合而其余兩個(gè)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)其放大倍數(shù)為 選擇不同的開(kāi)關(guān) 閉合，即可實(shí)現(xiàn) 增益的變換。1SRRAuf12022-2-3149第三節(jié)第三節(jié) 傳感器前期信號(hào)處理傳感器前期信號(hào)處理v隔離放大器 在有強(qiáng)電信號(hào)或強(qiáng)磁場(chǎng)干擾的環(huán)境中，為了防