《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計》復(fù)習(xí)(000002)

1、一、緒論 目的：目的：對什么是“機(jī)電一體化”有初步的感性認(rèn)識，了解機(jī)電一體化系統(tǒng)的概念，基本組成及相關(guān)技術(shù)。 重點：重點：掌握組成機(jī)電一體化系統(tǒng)的五大組成部分即機(jī)械系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、能源動力系統(tǒng)、執(zhí)行單元、檢測傳感器等的功能。 物質(zhì)、能量和信息物質(zhì)、能量和信息(即工業(yè)三大要素即工業(yè)三大要素) 機(jī)電一體化系統(tǒng)須具有以下三大“目的功目的功能能”：變換變換(加工、處理)功能、傳遞傳遞(移動、輸送)功能和儲存儲存(保持、積累、記錄)功能。 機(jī)電一體化機(jī)電一體化的外文名詞是機(jī)電一體化機(jī)電一體化的外文名詞是 ，來源于日本（，來源于日本（70年代）。年代）。取英語取英語Mechanics（機(jī)械學(xué)）的前半部和（

2、機(jī)械學(xué)）的前半部和Electronics（電子學(xué)）的后半部拼合而成。（電子學(xué)）的后半部拼合而成。我國通常稱為我國通常稱為機(jī)電一體化或機(jī)械電子學(xué)機(jī)電一體化或機(jī)械電子學(xué)；思考題： 1.1.機(jī)電一體化的涵義、目的、特征、基本組成機(jī)電一體化的涵義、目的、特征、基本組成要素以及分別實現(xiàn)哪些功能要素以及分別實現(xiàn)哪些功能? ? 2. 2. 工業(yè)三大要素指的是什么？機(jī)電一體化設(shè)工業(yè)三大要素指的是什么？機(jī)電一體化設(shè)計的目標(biāo)是哪些？計的目標(biāo)是哪些？ 3. 3. 機(jī)電一體化的接口功能有哪些？根據(jù)不同機(jī)電一體化的接口功能有哪些？根據(jù)不同的接口功能試說明的接口功能試說明接口的種類接口的種類。 4. 4. 說明機(jī)電一體化

3、系統(tǒng)設(shè)計的設(shè)計思想、方說明機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計的設(shè)計思想、方法。法。 5. 5. 開發(fā)性設(shè)計、變異性設(shè)計、適應(yīng)性設(shè)計有開發(fā)性設(shè)計、變異性設(shè)計、適應(yīng)性設(shè)計有何異同何異同？二、機(jī)械系統(tǒng)部件的選擇與設(shè)計機(jī)械系統(tǒng)部件的選擇與設(shè)計 目的：目的：通過本章的學(xué)習(xí)，把已學(xué)過的一些機(jī)械設(shè)計的初步知識運(yùn)用到系統(tǒng)中，并進(jìn)一步學(xué)習(xí)一些典型的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計方法。 重點：重點：突出在機(jī)電一體化系統(tǒng)中常用的機(jī)械傳動裝置的設(shè)計和選用，以及主要機(jī)械結(jié)構(gòu)如主軸組件、導(dǎo)軌、支承件在設(shè)計時應(yīng)注意的問題。 難點：難點：常用的傳動裝置如滾珠絲杠副、同步齒輪帶等的選擇及設(shè)計計算。 技巧注意事項：技巧注意事項：因為該部分內(nèi)容與所學(xué)過的機(jī)械設(shè)計課

4、程聯(lián)系緊密，學(xué)生必要時應(yīng)該復(fù)習(xí)以前內(nèi)容。2.2 傳動部件的選擇與設(shè)計傳動部件的選擇與設(shè)計 常用傳動部件常用傳動部件：螺旋傳動、齒輪傳動、同步：螺旋傳動、齒輪傳動、同步齒形傳動、高速帶傳動，及齒形傳動、高速帶傳動，及各種凸輪、連桿各種凸輪、連桿其它其它非線性非線性傳動元件。傳動元件。 其其主要功能主要功能是是傳遞轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速傳遞轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。因此，它。因此，它實實質(zhì)質(zhì)上是一種轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速上是一種轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速變換器變換器。 目的目的是使執(zhí)行元件與負(fù)載之間在轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速是使執(zhí)行元件與負(fù)載之間在轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速方面得到最佳匹配。方面得到最佳匹配。（2）滾珠的循環(huán)方式）滾珠的循環(huán)方式 滾珠絲杠副中滾珠的循環(huán)方式有滾珠絲

5、杠副中滾珠的循環(huán)方式有內(nèi)循環(huán)內(nèi)循環(huán)和和外外循環(huán)循環(huán)兩種。兩種。內(nèi)循環(huán)：內(nèi)循環(huán)： 滾珠在循環(huán)過程中滾珠在循環(huán)過程中始終與螺桿保持接觸始終與螺桿保持接觸的循環(huán)的循環(huán)叫內(nèi)循環(huán)。叫內(nèi)循環(huán)。外循環(huán)：外循環(huán)： 滾珠在返回時與螺桿脫離滾珠在返回時與螺桿脫離接觸的循環(huán)稱為外循環(huán)。按結(jié)構(gòu)的接觸的循環(huán)稱為外循環(huán)。按結(jié)構(gòu)的不同不同,外循環(huán)可分為外循環(huán)可分為螺旋槽式、插管螺旋槽式、插管式式和和端蓋式端蓋式三種。三種。五、軸向間隙的調(diào)整五、軸向間隙的調(diào)整 軸向間隙通常是指軸向間隙通常是指絲杠和螺母無相對轉(zhuǎn)動時，絲杠和螺母之間的最大軸向竄動絲杠和螺母無相對轉(zhuǎn)動時，絲杠和螺母之間的最大軸向竄動。除。除了結(jié)構(gòu)本身的游隙之外，

6、在施加軸向載荷之后，軸向間隙還包括彈性變形所造成的竄動。了結(jié)構(gòu)本身的游隙之外，在施加軸向載荷之后，軸向間隙還包括彈性變形所造成的竄動。 滾珠與螺母原有的間隙滾珠與螺母原有的間隙承載時滾珠與滾道彈性變形引起的間隙承載時滾珠與滾道彈性變形引起的間隙 當(dāng)絲杠改變轉(zhuǎn)動方向時，間隙會使運(yùn)動產(chǎn)生當(dāng)絲杠改變轉(zhuǎn)動方向時，間隙會使運(yùn)動產(chǎn)生空程空程，從而影，從而影響機(jī)構(gòu)的傳動精度。響機(jī)構(gòu)的傳動精度。通常采用通常采用雙螺母雙螺母預(yù)緊預(yù)緊的方法的方法消除間消除間隙，提高剛度。隙，提高剛度。 常用調(diào)整結(jié)構(gòu)形式：常用調(diào)整結(jié)構(gòu)形式： 墊片調(diào)隙式墊片調(diào)隙式 螺紋調(diào)隙式螺紋調(diào)隙式 齒差調(diào)隙式齒差調(diào)隙式 變位螺距調(diào)隙式變位螺距調(diào)

7、隙式（不常用）（不常用）當(dāng)螺旋機(jī)構(gòu)中存在間隙，若螺桿當(dāng)螺旋機(jī)構(gòu)中存在間隙，若螺桿的轉(zhuǎn)動方向改變，螺母不能立即的轉(zhuǎn)動方向改變，螺母不能立即產(chǎn)生反向運(yùn)動，只有螺桿轉(zhuǎn)動某產(chǎn)生反向運(yùn)動，只有螺桿轉(zhuǎn)動某一角度后才能使螺母開始反向運(yùn)一角度后才能使螺母開始反向運(yùn)動，這種現(xiàn)象稱為動，這種現(xiàn)象稱為空回空回。 軸向間隙包括兩部分軸向間隙包括兩部分 “齒輪傳動部件是轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向的變換器齒輪傳動部件是轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向的變換器”一、一、 齒輪傳動系統(tǒng)的總傳動比及其分配齒輪傳動系統(tǒng)的總傳動比及其分配 設(shè)計機(jī)電一體化齒輪傳動系統(tǒng)，主要是研究它的設(shè)計機(jī)電一體化齒輪傳動系統(tǒng)，主要是研究它的動力學(xué)動力學(xué)特性特性。 2.2.4

8、 齒輪傳動齒輪傳動 1.最佳總傳動比最佳總傳動比 由于負(fù)載特性和工作條件的不同，最佳傳動比有由于負(fù)載特性和工作條件的不同，最佳傳動比有各種各樣的選擇方法。在伺服電動機(jī)驅(qū)動負(fù)載的傳動各種各樣的選擇方法。在伺服電動機(jī)驅(qū)動負(fù)載的傳動系統(tǒng)中常采用使系統(tǒng)中常采用使負(fù)載加速度最大的方法負(fù)載加速度最大的方法。二、二、 齒輪傳動間隙的調(diào)整方法齒輪傳動間隙的調(diào)整方法 (1) 圓柱齒輪傳動圓柱齒輪傳動 (a) 偏心套偏心套(軸軸)調(diào)整法調(diào)整法 如右圖所示，將相互嚙合的如右圖所示，將相互嚙合的一對齒輪中的一個齒輪一對齒輪中的一個齒輪4裝裝在電機(jī)輸出軸上，并將電機(jī)在電機(jī)輸出軸上，并將電機(jī)2安裝在偏心套安裝在偏心套1(

9、或偏心軸或偏心軸)上，通過轉(zhuǎn)動偏心套上，通過轉(zhuǎn)動偏心套(偏心軸偏心軸)的轉(zhuǎn)角，就可調(diào)節(jié)兩嚙合齒的轉(zhuǎn)角，就可調(diào)節(jié)兩嚙合齒輪的中心距，從而消除圓柱輪的中心距，從而消除圓柱齒輪正、反轉(zhuǎn)時的齒側(cè)間隙。齒輪正、反轉(zhuǎn)時的齒側(cè)間隙。特點是結(jié)構(gòu)簡單，但其側(cè)隙特點是結(jié)構(gòu)簡單，但其側(cè)隙不能自動補(bǔ)償。不能自動補(bǔ)償。 2.2.4 齒輪傳動齒輪傳動1偏心套 2電動機(jī)3減速箱 4和5減速齒輪 齒輪嚙合間隙會造成齒輪嚙合間隙會造成傳動死區(qū)傳動死區(qū)，若死，若死區(qū)在閉環(huán)系統(tǒng)中，則可能造成系統(tǒng)不穩(wěn)區(qū)在閉環(huán)系統(tǒng)中，則可能造成系統(tǒng)不穩(wěn)定，常會使得系統(tǒng)產(chǎn)生以定，常會使得系統(tǒng)產(chǎn)生以15倍的間隙倍的間隙而進(jìn)行的低頻振蕩。而進(jìn)行的低頻振蕩。

10、 為此盡量采用齒側(cè)隙較小、精度較高為此盡量采用齒側(cè)隙較小、精度較高的齒輪傳動副。但的齒輪傳動副。但為了降低制造成本為了降低制造成本，則多采用各種調(diào)整齒側(cè)隙的方法來消除則多采用各種調(diào)整齒側(cè)隙的方法來消除或減小嚙合間隙，以提高傳動精度和系或減小嚙合間隙，以提高傳動精度和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。統(tǒng)的穩(wěn)定性。 (b) 軸向墊片調(diào)整法軸向墊片調(diào)整法 如右圖所示，齒輪如右圖所示，齒輪1和和2相嚙相嚙合，其分度圓弧齒厚沿軸線合，其分度圓弧齒厚沿軸線方向略有錐度，這樣就可以方向略有錐度，這樣就可以用用軸向墊片軸向墊片3使齒輪使齒輪2沿軸向沿軸向移動，從而消除兩齒輪的齒移動，從而消除兩齒輪的齒側(cè)間隙。裝配時軸向墊片側(cè)間隙

11、。裝配時軸向墊片3的厚度應(yīng)使得齒輪的厚度應(yīng)使得齒輪1和和2之間之間既齒側(cè)間隙小，運(yùn)轉(zhuǎn)又靈活。既齒側(cè)間隙小，運(yùn)轉(zhuǎn)又靈活。特點同偏心套特點同偏心套(軸軸)調(diào)整法調(diào)整法。2.2.4 齒輪傳動齒輪傳動1 1、2-2-齒輪齒輪 3-3-墊片墊片(c) 雙片薄齒輪錯齒調(diào)整法雙片薄齒輪錯齒調(diào)整法 這種消除齒側(cè)間隙的方法是這種消除齒側(cè)間隙的方法是將其中一個將其中一個做成寬齒輪，另一個用兩片可相對轉(zhuǎn)動的做成寬齒輪，另一個用兩片可相對轉(zhuǎn)動的薄齒輪組成薄齒輪組成。采取措施使一個薄齒輪的左。采取措施使一個薄齒輪的左齒側(cè)和另一個薄齒輪的右齒側(cè)分別緊貼在齒側(cè)和另一個薄齒輪的右齒側(cè)分別緊貼在寬齒輪齒槽的左、右兩側(cè)，以消除齒

12、側(cè)間寬齒輪齒槽的左、右兩側(cè)，以消除齒側(cè)間隙，反向時不會出現(xiàn)死區(qū)。隙，反向時不會出現(xiàn)死區(qū)。 具體措施有：具體措施有： （1）周向彈簧式）周向彈簧式 （2）可調(diào)拉簧式）可調(diào)拉簧式 2.2.4 齒輪傳動齒輪傳動小結(jié)：齒輪傳動傳動鏈的級數(shù)和級比的選擇小結(jié)：齒輪傳動傳動鏈的級數(shù)和級比的選擇 總原則：盡量采用較大傳動比的單級傳動盡量采用較大傳動比的單級傳動配置傳動比的目的配置傳動比的目的：滿足驅(qū)動元件與負(fù)載之間的：滿足驅(qū)動元件與負(fù)載之間的、相互匹配的基本要求。相互匹配的基本要求。多級傳動時，遵循如下的原則：1、最小等效轉(zhuǎn)動慣量原則、最小等效轉(zhuǎn)動慣量原則 傳動比 i 的分配先小后大，級數(shù)越多等效轉(zhuǎn)動慣量越小

13、，但級數(shù)太多時，結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，并且等效轉(zhuǎn)動慣量降低不明顯。2、輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則、輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則 傳動比i 的分配先小后大，并且提高末一級齒輪副的精度，使輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小。3、重量最輕原則小功率傳動時， i 的分配各級相等；大功率傳動時， i 的分配先大后小。對數(shù)減少傳動精度提高三、三、 諧波齒輪傳動諧波齒輪傳動1、諧波齒輪傳動原理、諧波齒輪傳動原理 利用行星輪系傳動原理，利用行星輪系傳動原理，波發(fā)生器轉(zhuǎn)動，迫使柔性齒輪波發(fā)生器轉(zhuǎn)動，迫使柔性齒輪產(chǎn)生可控制的變形波（近似諧產(chǎn)生可控制的變形波（近似諧波），并和剛輪作用引起齒間波），并和剛輪作用引起齒間相對位移，傳遞運(yùn)動和動力。相對位移

14、，傳遞運(yùn)動和動力。 由三個基本構(gòu)件組成：波由三個基本構(gòu)件組成：波發(fā)生器、柔輪、剛輪，其實質(zhì)發(fā)生器、柔輪、剛輪，其實質(zhì)是一種新型減速器。是一種新型減速器。波發(fā)生器是行星輪系的轉(zhuǎn)臂剛輪是中心輪柔輪是行星輪2.2.6 間歇傳動部件 在機(jī)械和儀表中，常常需要原動件在機(jī)械和儀表中，常常需要原動件作連續(xù)運(yùn)動，而從動件則產(chǎn)生周期性作連續(xù)運(yùn)動，而從動件則產(chǎn)生周期性時動時停的間歇運(yùn)動，實現(xiàn)這種間歇時動時停的間歇運(yùn)動，實現(xiàn)這種間歇運(yùn)動的機(jī)構(gòu)稱為運(yùn)動的機(jī)構(gòu)稱為間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)。 常見的間歇傳動部件有：棘輪傳動、棘輪傳動、槽輪傳動、蝸形凸輪傳動槽輪傳動、蝸形凸輪傳動等部件2.4.1導(dǎo)向支承部件導(dǎo)向支承部件 導(dǎo)

15、向支承部件的導(dǎo)向支承部件的作用作用是支承和限制運(yùn)動部件按給定的運(yùn)動要是支承和限制運(yùn)動部件按給定的運(yùn)動要求和規(guī)定的運(yùn)動方向運(yùn)動。這樣的部件通常被標(biāo)為求和規(guī)定的運(yùn)動方向運(yùn)動。這樣的部件通常被標(biāo)為導(dǎo)軌副導(dǎo)軌副，簡稱簡稱導(dǎo)軌導(dǎo)軌。 導(dǎo)軌副主要由導(dǎo)軌副主要由承導(dǎo)件承導(dǎo)件1和運(yùn)動件和運(yùn)動件2兩部分組成，如圖兩部分組成，如圖2-20所所示。運(yùn)動方向為直線的被稱為示。運(yùn)動方向為直線的被稱為直線導(dǎo)軌副直線導(dǎo)軌副，為回轉(zhuǎn)的被稱為，為回轉(zhuǎn)的被稱為回轉(zhuǎn)運(yùn)動導(dǎo)軌副回轉(zhuǎn)運(yùn)動導(dǎo)軌副。常用的導(dǎo)軌副種類很多，按其接觸面的摩。常用的導(dǎo)軌副種類很多，按其接觸面的摩擦性質(zhì)可分為擦性質(zhì)可分為滑動導(dǎo)軌、滾動導(dǎo)軌、流體介質(zhì)摩擦導(dǎo)軌滑動導(dǎo)軌

16、、滾動導(dǎo)軌、流體介質(zhì)摩擦導(dǎo)軌等。等。 圖圖2-20 導(dǎo)軌副的組成導(dǎo)軌副的組成1承導(dǎo)件承導(dǎo)件 2運(yùn)動件運(yùn)動件 機(jī)電一體化系統(tǒng)和計算機(jī)外圍設(shè)備等的精度和機(jī)電一體化系統(tǒng)和計算機(jī)外圍設(shè)備等的精度和運(yùn)動速度都比較高，因此，其導(dǎo)軌應(yīng)具有較好運(yùn)動速度都比較高，因此，其導(dǎo)軌應(yīng)具有較好的靈活性和平穩(wěn)性，工作時應(yīng)輕便省力，速度的靈活性和平穩(wěn)性，工作時應(yīng)輕便省力，速度均勻，均勻，低速運(yùn)動或微量位移時不出現(xiàn)低速運(yùn)動或微量位移時不出現(xiàn)爬行爬行現(xiàn)象現(xiàn)象；高速運(yùn)動時應(yīng)無振動。高速運(yùn)動時應(yīng)無振動。 在低速運(yùn)行時在低速運(yùn)行時(如如0.05mmmin)，往往不是作連續(xù)的勻速運(yùn)動而是時走時停(即爬行)。其其主要原因是摩擦系數(shù)隨運(yùn)動

17、速度的變化和傳動主要原因是摩擦系數(shù)隨運(yùn)動速度的變化和傳動系統(tǒng)剛性不足。系統(tǒng)剛性不足。 運(yùn)動的靈活性和低速運(yùn)動的平穩(wěn)性導(dǎo)軌的爬行現(xiàn)象機(jī)理（彈簧導(dǎo)軌的爬行現(xiàn)象機(jī)理（彈簧-阻尼系統(tǒng)）阻尼系統(tǒng)） 傳動系統(tǒng) 2 帶動運(yùn)動件3在靜導(dǎo)軌4上運(yùn)動時，作用在導(dǎo)軌副內(nèi)的摩擦力是變化的。導(dǎo)軌副相對靜止時，靜摩擦系數(shù)較大導(dǎo)軌副相對靜止時，靜摩擦系數(shù)較大。運(yùn)動開始的低運(yùn)動開始的低速階段，動摩擦系數(shù)隨導(dǎo)軌副相對滑動速度的增大而降低，直到相對速速階段，動摩擦系數(shù)隨導(dǎo)軌副相對滑動速度的增大而降低，直到相對速度增大到某一臨界值，動摩擦系數(shù)才隨相對速度的減小而增加。度增大到某一臨界值，動摩擦系數(shù)才隨相對速度的減小而增加。由此來分

18、析下圖所示的運(yùn)動系統(tǒng)是：勻速運(yùn)動的主動件1，通過壓縮彈簧推動靜止的運(yùn)動件3，當(dāng)運(yùn)動件3受到的逐漸增大的彈簧力小于靜摩擦力F時，3不動。直到彈簧力剛剛大于靜摩擦力F時，3才開始運(yùn)動，動摩擦力隨著動摩擦系數(shù)的降低而變小，3的速度相應(yīng)增大，同時彈簧相應(yīng)伸長，作用在3上的彈簧力逐漸減小，3產(chǎn)生負(fù)加速度，速度降低，動摩擦力相應(yīng)增大，速度逐漸下降，直到3停止運(yùn)動，主動件 l 這時再重新壓縮彈簧，爬行現(xiàn)象進(jìn)入下一個周期。 彈簧彈簧-阻尼系統(tǒng)圖阻尼系統(tǒng)圖1-1-主動件；主動件；2-2-彈簧彈簧- -阻尼；阻尼；3-3-運(yùn)動件；運(yùn)動件；4-4-靜導(dǎo)軌靜導(dǎo)軌 為防止爬行現(xiàn)象的出現(xiàn)，可同時采取以下為防止爬行現(xiàn)象的出

19、現(xiàn)，可同時采取以下幾項措施：幾項措施： 采用滾動導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌、卸荷導(dǎo)軌、貼采用滾動導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌、卸荷導(dǎo)軌、貼塑料層導(dǎo)軌等；塑料層導(dǎo)軌等； 在普通滑動導(dǎo)軌上使用含有極性添加劑的在普通滑動導(dǎo)軌上使用含有極性添加劑的導(dǎo)軌油；導(dǎo)軌油； 用減小結(jié)合面、增大結(jié)構(gòu)尺寸、縮短傳動用減小結(jié)合面、增大結(jié)構(gòu)尺寸、縮短傳動鏈、減少傳動副等方法來提高傳動系統(tǒng)的剛度。鏈、減少傳動副等方法來提高傳動系統(tǒng)的剛度。 防止爬行現(xiàn)象采取以防止爬行現(xiàn)象采取以下幾項措施下幾項措施習(xí)題與思考題習(xí)題與思考題 2-1設(shè)計機(jī)械傳動部件時，為確保機(jī)械系統(tǒng)的傳動精度和工設(shè)計機(jī)械傳動部件時，為確保機(jī)械系統(tǒng)的傳動精度和工作穩(wěn)定性，常提出哪些要求？

20、作穩(wěn)定性，常提出哪些要求？2-2機(jī)電一體化系統(tǒng)傳動機(jī)構(gòu)的作用是什么？機(jī)電一體化系統(tǒng)傳動機(jī)構(gòu)的作用是什么？2-3機(jī)電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）對傳動機(jī)構(gòu)基本要求是什么？機(jī)電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）對傳動機(jī)構(gòu)基本要求是什么？2-4簡述絲杠螺母機(jī)構(gòu)的分類及其特點。簡述絲杠螺母機(jī)構(gòu)的分類及其特點。2-5絲杠螺母機(jī)構(gòu)的傳動形式及選擇方法是什么？絲杠螺母機(jī)構(gòu)的傳動形式及選擇方法是什么？2-6絲杠螺母副的組成要素有哪些？絲杠螺母副的組成要素有哪些？2-7滾珠絲杠副的傳動特點有哪些？滾珠絲杠副的傳動特點有哪些？2-8珠絲杠副的典型結(jié)構(gòu)類型有哪些？各有何特點？珠絲杠副的典型結(jié)構(gòu)類型有哪些？各有何特點？2-9滾珠絲杠副消除軸向

21、間隙的調(diào)整預(yù)緊方法有哪些？滾珠絲杠副消除軸向間隙的調(diào)整預(yù)緊方法有哪些？2-10現(xiàn)有一雙螺母齒差調(diào)整預(yù)緊式滾珠絲杠，其基本導(dǎo)程為現(xiàn)有一雙螺母齒差調(diào)整預(yù)緊式滾珠絲杠，其基本導(dǎo)程為6mm、一端的齒輪齒數(shù)為、一端的齒輪齒數(shù)為100、另一端的齒輪齒數(shù)為、另一端的齒輪齒數(shù)為98，當(dāng)其，當(dāng)其一端的外齒輪相對另一端的外齒輪轉(zhuǎn)過一端的外齒輪相對另一端的外齒輪轉(zhuǎn)過2個齒時，試問：兩個個齒時，試問：兩個螺母之間相對移動了多大距離。螺母之間相對移動了多大距離。=（1/z1-1/z2)*ph*n2-11簡述滾珠絲杠副的主要尺寸參數(shù)及其涵義。簡述滾珠絲杠副的主要尺寸參數(shù)及其涵義。2-13 簡述滾珠絲杠副的支承方式及其特點

22、。簡述滾珠絲杠副的支承方式及其特點。2-15 齒輪傳動部件的作用有哪些？齒輪傳動部件的作用有哪些？2-16 各級傳動比的分配原則是什么？輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則是各級傳動比的分配原則是什么？輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則是什么？什么？2-17 已知：已知：4級齒輪傳動系統(tǒng)，各齒輪的轉(zhuǎn)角誤差為級齒輪傳動系統(tǒng)，各齒輪的轉(zhuǎn)角誤差為0.005rad，各級減速比相同，即各級減速比相同，即1.5，求：，求： （1）該傳動系統(tǒng)的最大轉(zhuǎn)角誤差；）該傳動系統(tǒng)的最大轉(zhuǎn)角誤差； （2）為縮小其最大轉(zhuǎn)角誤差，應(yīng)采取何種措施？）為縮小其最大轉(zhuǎn)角誤差，應(yīng)采取何種措施？ 2-18 諧波齒輪傳動有何特點？傳動比的計算方法是什么？諧波齒

23、輪傳動有何特點？傳動比的計算方法是什么？2-19 設(shè)有一諧波齒輪減速器，其減速比為設(shè)有一諧波齒輪減速器，其減速比為100，柔輪齒數(shù)為，柔輪齒數(shù)為100。當(dāng)剛輪固定時，試求該諧波減速器的剛輪齒數(shù)及輸出軸的轉(zhuǎn)動方當(dāng)剛輪固定時，試求該諧波減速器的剛輪齒數(shù)及輸出軸的轉(zhuǎn)動方向（與輸入軸的轉(zhuǎn)向相比較）。向（與輸入軸的轉(zhuǎn)向相比較）。2-20 齒輪傳動的齒側(cè)間隙的調(diào)整方法有哪些？齒輪傳動的齒側(cè)間隙的調(diào)整方法有哪些？2-21 簡述導(dǎo)軌的主要作用，導(dǎo)軌副的組成、種類及應(yīng)滿足的基本簡述導(dǎo)軌的主要作用，導(dǎo)軌副的組成、種類及應(yīng)滿足的基本要求。要求。2-22 導(dǎo)軌的截面形狀及其特點是什么？導(dǎo)軌的截面形狀及其特點是什么？2

24、-23 簡述旋轉(zhuǎn)支承的種類及其基本要求。簡述旋轉(zhuǎn)支承的種類及其基本要求。2-25 軸系部件設(shè)計的基本要求有哪些？軸系部件設(shè)計的基本要求有哪些？三、傳感檢測系統(tǒng)的選擇與設(shè)計傳感檢測系統(tǒng)的選擇與設(shè)計 目的：目的：了解并會選用在機(jī)電一體化系統(tǒng)中常用的一些傳感元件。 重點：重點：掌握傳感器的各種類型、測量精度、范圍、基本的結(jié)構(gòu)以及連接方式等。 難點：難點：各類傳感器的輸入輸出信號處理技術(shù)和測試技術(shù)基本知識的運(yùn)用。3.1傳感器的組成和分類傳感器的組成和分類3.1.1傳感器的組成傳感器的組成 通常傳感器由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和和轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換電路三部分組成。 圖3-1傳感器的組成（1）敏感元

25、件）敏感元件: 是一種能夠?qū)⒈粶y量轉(zhuǎn)換成易于測量的物理量的預(yù)變換裝置,其輸入、輸出間具有確定的數(shù)學(xué)關(guān)系（最好為線性）。如彈性敏感元件將力轉(zhuǎn)換為位移或應(yīng)變輸出。（2）轉(zhuǎn)換元件：）轉(zhuǎn)換元件：將敏感元件輸出的非電物理量(如位移、應(yīng)變、光強(qiáng)等)轉(zhuǎn)換成電信號（如電阻、電感、電容等）形式。（3）基本轉(zhuǎn)換電路：）基本轉(zhuǎn)換電路：將電信號量轉(zhuǎn)換成便于測量的電量,如電壓、電流、頻率等。 表表3.2傳感器的技術(shù)指標(biāo)傳感器的技術(shù)指標(biāo)基本參數(shù)指標(biāo)環(huán)境參數(shù)指標(biāo)可靠性指標(biāo)其它指標(biāo)量程指標(biāo)量程指標(biāo): :量程范圍、過載能力等量程范圍、過載能力等靈敏度指標(biāo)靈敏度指標(biāo): :靈敏度、分辨力、滿量靈敏度、分辨力、滿量程輸出、輸入輸出阻

26、抗程輸出、輸入輸出阻抗等等精度有關(guān)指標(biāo)精度有關(guān)指標(biāo): :精度、誤差、線性、滯精度、誤差、線性、滯后、重復(fù)性、靈敏度誤后、重復(fù)性、靈敏度誤差、穩(wěn)定性等差、穩(wěn)定性等動態(tài)性能指標(biāo)動態(tài)性能指標(biāo): :固有頻率、阻尼比、時固有頻率、阻尼比、時間常數(shù)、頻率響應(yīng)范圍間常數(shù)、頻率響應(yīng)范圍、頻率特性、臨界頻率、頻率特性、臨界頻率、臨界速度、穩(wěn)定時間、臨界速度、穩(wěn)定時間、過沖量、穩(wěn)態(tài)誤差等、過沖量、穩(wěn)態(tài)誤差等溫度指標(biāo)溫度指標(biāo): :工作溫度范圍、工作溫度范圍、溫度誤差、溫度溫度誤差、溫度漂移、溫度系數(shù)漂移、溫度系數(shù)、熱滯后等、熱滯后等抗沖振指標(biāo)抗沖振指標(biāo): :允許各向抗沖振允許各向抗沖振的頻率、振幅及的頻率、振幅及加

27、速度、沖振所加速度、沖振所引入的誤差等引入的誤差等其它環(huán)境參數(shù)其它環(huán)境參數(shù): :抗潮濕、抗介質(zhì)抗潮濕、抗介質(zhì)腐蝕能力、抗電腐蝕能力、抗電磁干擾能力等磁干擾能力等工作壽命、平均無故障時間、保險期、疲勞性能、絕緣電阻、耐壓及抗飛弧等使用有關(guān)指標(biāo)使用有關(guān)指標(biāo): :供電方式供電方式( (直流、直流、交流、頻率及波形交流、頻率及波形等等) )、功率、各項、功率、各項分布參數(shù)值、電壓分布參數(shù)值、電壓范圍與穩(wěn)定度等范圍與穩(wěn)定度等結(jié)構(gòu)方面指標(biāo)結(jié)構(gòu)方面指標(biāo): :外形尺寸、重量外形尺寸、重量、殼體材質(zhì)、結(jié)構(gòu)、殼體材質(zhì)、結(jié)構(gòu)特點等特點等安裝連接方面指安裝連接方面指標(biāo)標(biāo): :安裝方式、饋線安裝方式、饋線電纜等電纜等

28、傳感器標(biāo)定是指利用較高等級的標(biāo)準(zhǔn)器具（或傳感器標(biāo)定是指利用較高等級的標(biāo)準(zhǔn)器具（或儀器、儀表）對傳感器的特性進(jìn)行刻度，或者說通儀器、儀表）對傳感器的特性進(jìn)行刻度，或者說通過試驗建立傳感器的輸入量與輸出量之間的關(guān)系。過試驗建立傳感器的輸入量與輸出量之間的關(guān)系。同時，也確定出不同使用條件下的誤差關(guān)系。同時，也確定出不同使用條件下的誤差關(guān)系。 傳感器的標(biāo)定分傳感器的標(biāo)定分靜態(tài)標(biāo)定靜態(tài)標(biāo)定和和動態(tài)標(biāo)定動態(tài)標(biāo)定:1. 感器靜態(tài)特性標(biāo)定感器靜態(tài)特性標(biāo)定 靜態(tài)標(biāo)定目的是確定傳感器的靜態(tài)特性指標(biāo)，靜態(tài)標(biāo)定目的是確定傳感器的靜態(tài)特性指標(biāo)，如線性度、靈敏度、精度、遲滯性和重復(fù)性等。如線性度、靈敏度、精度、遲滯性和重

29、復(fù)性等。2. 傳感器動態(tài)特性標(biāo)定傳感器動態(tài)特性標(biāo)定 動態(tài)特性標(biāo)定的目的確定傳感器的動態(tài)特性參動態(tài)特性標(biāo)定的目的確定傳感器的動態(tài)特性參數(shù)，如時間常數(shù)、上升時間或工作頻率、通頻帶等。數(shù)，如時間常數(shù)、上升時間或工作頻率、通頻帶等。3.1.5 傳感器的標(biāo)定3.2 線位移檢測傳感器線位移檢測傳感器 3.2.1 光柵位移傳感器光柵位移傳感器 3.2.2 感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器 3.2.3 磁柵位移傳感器磁柵位移傳感器32411.標(biāo)尺光柵 2.指示光柵3.光電元件 4.光源 光柵傳感器由光源、透鏡、光柵副（主光柵，也光源、透鏡、光柵副（主光柵，也稱標(biāo)尺光柵和指示光柵）稱標(biāo)尺光柵和指示光柵）和和光電接收元件光電

30、接收元件組成。莫爾條紋（莫爾條紋（MoireMoire）條紋寬度：條紋寬度： WWB)2/sin(2W-柵距，柵距，a-線寬，線寬，b-縫寬縫寬W=a+b，a=b=W/2均勻刻線均勻刻線主光柵主光柵指示光柵指示光柵夾角夾角明暗相間條紋明暗相間條紋莫爾條紋莫爾條紋移動移動3 莫爾條紋技術(shù)的特點莫爾條紋技術(shù)的特點 方向性：方向性：垂直于角平分線，當(dāng)夾角很小時垂直于角平分線，當(dāng)夾角很小時 與光柵移動方向垂直與光柵移動方向垂直 同步性：同步性：光柵移動一個柵距光柵移動一個柵距 莫爾條紋移動莫爾條紋移動一個間距一個間距方向?qū)?yīng)方向?qū)?yīng) 放大性：放大性：夾角夾角很小很小 BW 光學(xué)放大光學(xué)放大 提高靈敏度

31、提高靈敏度 可調(diào)性：可調(diào)性：夾角夾角 條紋間距條紋間距B 靈活靈活 準(zhǔn)確性：準(zhǔn)確性：大量刻線大量刻線 誤差平均效應(yīng)誤差平均效應(yīng) 克服克服個別個別/局部誤差局部誤差 提高精度提高精度 莫爾條紋與標(biāo)尺光柵移動方向的關(guān)系莫爾條紋與標(biāo)尺光柵移動方向的關(guān)系標(biāo)尺光柵相對標(biāo)尺光柵相對指示光柵的轉(zhuǎn)指示光柵的轉(zhuǎn)角方向角方向標(biāo)尺光柵移動標(biāo)尺光柵移動方向方向莫爾條紋移動莫爾條紋移動方向方向順時針方向順時針方向向左向左向上向上向右向右向下向下逆時針方向逆時針方向向左向左向下向下向右向右向上向上細(xì)分技術(shù)細(xì)分技術(shù) 提高分辨力方法提高分辨力方法： 在選擇合適的光柵柵距的前提下，用內(nèi)插法把莫爾條紋間距進(jìn)行“細(xì)分”，提高計數(shù)脈

32、沖的頻率(故又稱倍頻倍頻)。 細(xì)分細(xì)分就是在莫爾條紋變化一周期時，不只輸出一個脈沖，而是輸出若干個脈沖輸出若干個脈沖，以減小脈沖當(dāng)量提高分辨力。 細(xì)分方法有機(jī)械細(xì)分機(jī)械細(xì)分和電子細(xì)分電子細(xì)分兩類。 包括包括定尺定尺和和滑尺滑尺，用制造印刷線路板的腐蝕方，用制造印刷線路板的腐蝕方法在定尺和滑尺上制成節(jié)距法在定尺和滑尺上制成節(jié)距T(一般為一般為2mm)的方的方齒形線圈。定尺繞組是連續(xù)的，滑尺上分布著兩齒形線圈。定尺繞組是連續(xù)的，滑尺上分布著兩個勵磁繞組，分別稱為個勵磁繞組，分別稱為正弦繞組正弦繞組和和余弦繞組余弦繞組。當(dāng)。當(dāng)正弦繞組與定尺繞組相位相同時，余弦繞組與定正弦繞組與定尺繞組相位相同時，余

33、弦繞組與定尺繞組尺繞組錯開錯開1/4節(jié)距（節(jié)距（電相位差電相位差90）?；吆??；吆投?尺 相 對 平 行 安 裝 ， 其 間 保 持 一 定 間 隙定 尺 相 對 平 行 安 裝 ， 其 間 保 持 一 定 間 隙（0.050.2mm）。）。二、感應(yīng)同步器二、感應(yīng)同步器直線型感應(yīng)同步器定尺、直線型感應(yīng)同步器定尺、滑尺的結(jié)構(gòu)滑尺的結(jié)構(gòu)3.3 角位移檢測傳感器角位移檢測傳感器 一、旋轉(zhuǎn)變壓器一、旋轉(zhuǎn)變壓器 旋轉(zhuǎn)變壓器是一種利用旋轉(zhuǎn)變壓器是一種利用電磁感應(yīng)原理電磁感應(yīng)原理將轉(zhuǎn)角變換為電壓信將轉(zhuǎn)角變換為電壓信號的傳感器。由于它結(jié)構(gòu)簡單，動作靈敏，對環(huán)境無特殊要號的傳感器。由于它結(jié)構(gòu)簡單，動作靈敏，

34、對環(huán)境無特殊要求，輸出信號大，抗干擾好，因此被廣泛應(yīng)用于機(jī)電一體化求，輸出信號大，抗干擾好，因此被廣泛應(yīng)用于機(jī)電一體化產(chǎn)品中。產(chǎn)品中。 二、光電編碼器二、光電編碼器 光電編碼器是一種光電編碼器是一種碼盤式角度碼盤式角度數(shù)字檢測元件數(shù)字檢測元件。它有兩種。它有兩種基本類型：一種是增量式編碼器，一種是絕對式編碼器?；绢愋停阂环N是增量式編碼器，一種是絕對式編碼器。 增量式編碼器增量式編碼器具有結(jié)構(gòu)簡單、價格低、精度易于保證等具有結(jié)構(gòu)簡單、價格低、精度易于保證等優(yōu)點，所以目前采用最多。優(yōu)點，所以目前采用最多。 絕對式編碼器絕對式編碼器能直接給出對應(yīng)于每個轉(zhuǎn)角的數(shù)字信息，能直接給出對應(yīng)于每個轉(zhuǎn)角的數(shù)字

35、信息，便于計算機(jī)處理，但當(dāng)進(jìn)給數(shù)大于一轉(zhuǎn)時，須作特別處理，便于計算機(jī)處理，但當(dāng)進(jìn)給數(shù)大于一轉(zhuǎn)時，須作特別處理，而且必須用減速齒輪將兩個以上的編碼器連接起來，組成多而且必須用減速齒輪將兩個以上的編碼器連接起來，組成多級檢測裝置，使其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高。級檢測裝置，使其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高。 4 4、傳感器與微機(jī)的基本接口、傳感器與微機(jī)的基本接口 輸入到微機(jī)的信息必須是微機(jī)能夠處理的數(shù)字量輸入到微機(jī)的信息必須是微機(jī)能夠處理的數(shù)字量信息。傳感器的輸出形式可分為模擬量、數(shù)字量和信息。傳感器的輸出形式可分為模擬量、數(shù)字量和開關(guān)量。與此相應(yīng)的有三種基本接口方式，見下表。開關(guān)量。與此相應(yīng)的有三種基本接口方式，見下

36、表。一、檢測系統(tǒng)的組成一、檢測系統(tǒng)的組成四、微機(jī)控制系統(tǒng)的選擇及接口設(shè)計微機(jī)控制系統(tǒng)的選擇及接口設(shè)計 目的：目的：了解控制系統(tǒng)在機(jī)電一體化系統(tǒng)的作用及常用的控制系統(tǒng)類型，掌握基本的設(shè)計方法，對執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動的分析等。 重點：重點：微機(jī)控制系統(tǒng)在機(jī)電一體化中的應(yīng)用?？紤]接口的設(shè)計（主要是硬件）。學(xué)習(xí)了解Protel電路設(shè)計與制板軟件的使用。 難點：難點：程序語言設(shè)計和微機(jī)控制所學(xué)內(nèi)容在本章的靈活運(yùn)用。 技巧注意事項：技巧注意事項：復(fù)習(xí)控制工程、微機(jī)控制等相關(guān)內(nèi)容。第一節(jié)第一節(jié) 微機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計的一般知識微機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計的一般知識 一、微機(jī)部分的作用及機(jī)電一體化系統(tǒng)對其基本要求一、微機(jī)部分的作用及機(jī)

37、電一體化系統(tǒng)對其基本要求1.作用：作用： 將來自傳感器的檢測信息和外部輸入命令進(jìn)行處理，并按照一定的程序和節(jié)奏發(fā)出相應(yīng)的指令控制整個機(jī)電一體化系統(tǒng)有目的地運(yùn)行。它在機(jī)電一體化系統(tǒng)中所處的位置見下圖。第九節(jié)第九節(jié) 數(shù)字顯示器及鍵盤的接口電路數(shù)字顯示器及鍵盤的接口電路 一、數(shù)字顯示器的結(jié)構(gòu)及其工作原理一、數(shù)字顯示器的結(jié)構(gòu)及其工作原理 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，常使用單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，常使用LED(發(fā)光二極管，發(fā)光二極管，Light Emitting Diode )、CRT（陰極射線管（陰極射線管Cathode Ray Tube）顯示器和）顯示器和LCD(液晶顯示器，液晶顯示器，Liquid Crystal

38、 Display )等作為顯示器件。其中等作為顯示器件。其中LED和和LCD成本低、配置靈活、與單片機(jī)接口方便，應(yīng)用廣泛。成本低、配置靈活、與單片機(jī)接口方便，應(yīng)用廣泛。 1、LED顯示器顯示器LED是由若干個發(fā)光二極管組成的。當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通是由若干個發(fā)光二極管組成的。當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時，相應(yīng)的一個點或一個筆劃發(fā)亮?？刂撇煌M合的二極時，相應(yīng)的一個點或一個筆劃發(fā)亮?？刂撇煌M合的二極管導(dǎo)通，就能顯示出各種字符。這種管導(dǎo)通，就能顯示出各種字符。這種筆劃式的七段顯示器筆劃式的七段顯示器，能顯示的字符數(shù)量少，但控制簡單、使用方便。能顯示的字符數(shù)量少，但控制簡單、使用方便。 發(fā)光二極管的陽極連在一起的

39、稱為發(fā)光二極管的陽極連在一起的稱為共陽極共陽極顯示器，陰極顯示器，陰極連在一起的稱為連在一起的稱為共陰極共陰極顯示器。顯示器。共陽極共陽極共陰極共陰極通常的七段LED顯示塊中有八個發(fā)光二極管，故也稱之為八段顯示塊八段顯示塊。其中七個發(fā)光二極管構(gòu)成七筆字形七筆字形“8”。一個發(fā)光二極管構(gòu)成小數(shù)點小數(shù)點。七段顯示塊與單片機(jī)接口非常容易。只要將一個將一個8位并行輸出口與顯示塊的發(fā)光二位并行輸出口與顯示塊的發(fā)光二極管引腳相連極管引腳相連即可。8位并行輸出口輸出不同的字節(jié)數(shù)據(jù)即可獲得不同的數(shù)字或字符。通常將控制發(fā)光二極管的8位字節(jié)數(shù)據(jù)稱為段選碼段選碼。共陽極與共陰極的段選碼互為補(bǔ)數(shù)，共陽極與共陰極的段選

40、碼互為補(bǔ)數(shù)，二者之和為二者之和為FFH。 顯示器有靜態(tài)和動態(tài)兩種方法：（1 1）. . 靜態(tài)顯示靜態(tài)顯示 就是當(dāng)顯示器顯示某一個字符時，相應(yīng)的發(fā)光就是當(dāng)顯示器顯示某一個字符時，相應(yīng)的發(fā)光二極管二極管恒定恒定地導(dǎo)通或截止。例如七段顯示器的地導(dǎo)通或截止。例如七段顯示器的a a、b b、c c、d d、e e、f f導(dǎo)通，導(dǎo)通，g g截止，顯示截止，顯示0 0。這種顯示方式每這種顯示方式每一位都需要一個一位都需要一個8 8位輸出口控制，位輸出口控制，三位顯示器的接三位顯示器的接口邏輯如下圖所示。口邏輯如下圖所示。靜態(tài)顯示的特點：靜態(tài)顯示的特點： 每一位都需要一個每一位都需要一個8位輸出口控制位輸出口

41、控制，用于顯示位數(shù)較少（僅一、二位）的場合； 較小的電流能得到較高的亮度，可以由8255的輸出口直接直接驅(qū)動。 （2 2）. . 動態(tài)顯示動態(tài)顯示 動態(tài)顯示就是動態(tài)顯示就是一位一位地輪流點亮一位一位地輪流點亮各位顯示器各位顯示器( (掃描掃描) )。對于每對于每一位顯示器來說，每隔一段時間點亮一次。顯示器的亮度既與導(dǎo)一位顯示器來說，每隔一段時間點亮一次。顯示器的亮度既與導(dǎo)通電流有關(guān)，也和點亮?xí)r間與間隔時間的比例有關(guān)。調(diào)通電流有關(guān)，也和點亮?xí)r間與間隔時間的比例有關(guān)。調(diào)整電流和整電流和時間參數(shù)，可實現(xiàn)亮度較高較穩(wěn)定的顯示時間參數(shù)，可實現(xiàn)亮度較高較穩(wěn)定的顯示；若顯示器的位數(shù)不大；若顯示器的位數(shù)不大于

42、于8 8位，位，則控制顯示器公共極電位只需一個則控制顯示器公共極電位只需一個8 8位并行口位并行口( (稱為稱為掃描掃描口口或或位選口位選口 ) )。控制各位顯示器所顯示的字形也需一個共用的控制各位顯示器所顯示的字形也需一個共用的8 8位位口口( (稱為段數(shù)據(jù)口稱為段數(shù)據(jù)口) )。用于顯示位數(shù)稍多的場合，需編寫掃描程序。用于顯示位數(shù)稍多的場合，需編寫掃描程序。 一、光電隔離電路設(shè)計一、光電隔離電路設(shè)計為了防止強(qiáng)電干擾以及其他干擾信號通過為了防止強(qiáng)電干擾以及其他干擾信號通過I/OI/O控制電路進(jìn)入控制電路進(jìn)入計算機(jī)，影響其工作，通常的辦法是計算機(jī)，影響其工作，通常的辦法是首先采用首先采用濾波吸收

43、濾波吸收，抑抑制干擾信號的產(chǎn)生，然后采用制干擾信號的產(chǎn)生，然后采用光電隔離光電隔離的辦法，使微機(jī)與強(qiáng)的辦法，使微機(jī)與強(qiáng)電部件不共地，阻斷干擾信號的傳導(dǎo)電部件不共地，阻斷干擾信號的傳導(dǎo)。光電隔離電路主要由。光電隔離電路主要由光電耦合器的光電轉(zhuǎn)換元件組成，如下圖所示光電耦合器的光電轉(zhuǎn)換元件組成，如下圖所示. .光電隔離電路的主要作用：光電隔離電路的主要作用： （1）可將輸入與輸出端兩部分電路的地線分開，可將輸入與輸出端兩部分電路的地線分開，各自使用一套電源供電各自使用一套電源供電。這樣信息通過光電轉(zhuǎn)換，。這樣信息通過光電轉(zhuǎn)換，單向傳遞，又由于光電耦合器輸入與輸出端之間絕單向傳遞，又由于光電耦合器輸

44、入與輸出端之間絕緣電阻非常大緣電阻非常大(一般為一般為10111013)，寄生電容很小，寄生電容很小(一般為一般為0.52pF)，因此，因此，干擾信號很難從輸出端干擾信號很難從輸出端反饋到輸入端，從而起到隔離作用反饋到輸入端，從而起到隔離作用。 （2）可以進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換可以進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。如上圖。如上圖a所示電路，通所示電路，通過光電耦合器可以很方便地把微機(jī)的輸出信號變?yōu)檫^光電耦合器可以很方便地把微機(jī)的輸出信號變?yōu)?2V。 （3）提高驅(qū)動能力提高驅(qū)動能力。隔離驅(qū)動用光電耦合器件，。隔離驅(qū)動用光電耦合器件，如如達(dá)林頓晶體管輸出達(dá)林頓晶體管輸出和和晶閘管輸出型晶閘管輸出型光電耦合器件，光電耦合器件，不

45、但具有隔離功能，而且還具有較強(qiáng)的驅(qū)動負(fù)載能不但具有隔離功能，而且還具有較強(qiáng)的驅(qū)動負(fù)載能力。微機(jī)輸出信號通過這種光電耦合器件后，就能力。微機(jī)輸出信號通過這種光電耦合器件后，就能直接直接驅(qū)動負(fù)載。驅(qū)動負(fù)載。4-1 4-1 試說明試說明CPUCPU、MCMC與與MCSMCS之關(guān)系。之關(guān)系。4-2 4-2 試說明微型計算機(jī)的基本特點及選用要點試說明微型計算機(jī)的基本特點及選用要點. . 4-3 4-3 在設(shè)計微機(jī)控制系統(tǒng)中首先會遇到的問題是什么？在設(shè)計微機(jī)控制系統(tǒng)中首先會遇到的問題是什么？4-4 4-4 從控制的角度得出所選擇的微機(jī)應(yīng)能滿足哪些要求？從控制的角度得出所選擇的微機(jī)應(yīng)能滿足哪些要求？4-9

46、4-9 試說明試說明MCS51MCS51系列單片機(jī)的結(jié)構(gòu)特點。系列單片機(jī)的結(jié)構(gòu)特點。4-10 4-10 單片機(jī)具有哪些獨(dú)特優(yōu)點？單片機(jī)具有哪些獨(dú)特優(yōu)點？4-11 4-11 常用半導(dǎo)體存儲器的種類有哪些？常用半導(dǎo)體存儲器的種類有哪些？4-12 4-12 試說明試說明80318031單片機(jī)的輸入輸出及存儲器的擴(kuò)展方法。單片機(jī)的輸入輸出及存儲器的擴(kuò)展方法。4-13 4-13 試說明七段試說明七段LEDLED的組成原理。的組成原理。4-14 4-14 靜態(tài)顯示與動態(tài)顯示的主要區(qū)別有哪些？靜態(tài)顯示與動態(tài)顯示的主要區(qū)別有哪些？4-15 4-15 鍵盤鍵值如何確定。鍵盤鍵值如何確定。4-16 4-16 微機(jī)

47、應(yīng)用系統(tǒng)微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)I/OI/O控制可靠性設(shè)計分析方法是什么？控制可靠性設(shè)計分析方法是什么？4-17 4-17 試說明光電耦合器的光電隔離原理。試說明光電耦合器的光電隔離原理。 習(xí)題與思考題習(xí)題與思考題 五、執(zhí)行元件的選擇與設(shè)計執(zhí)行元件的選擇與設(shè)計 目的：目的：伺服系統(tǒng)的主要作用及其分類，學(xué)習(xí)步進(jìn)電機(jī)伺服裝置的基本原理和運(yùn)行特性、控制方法，了解直流伺服電機(jī)、交流伺服電機(jī)的特點。 重點：重點：開環(huán)伺服系統(tǒng)的基本設(shè)計方法，包括步進(jìn)電機(jī)的選擇、傳動比的分配、慣性匹配、力矩校核、剛度計算、定位誤差分析等。 難點：難點：清楚計算過程中每個公式的來龍去脈及其量綱。一、執(zhí)行元件的作用 1.作用：執(zhí)行元件主要

48、用來根據(jù)控制信息和指令，根據(jù)控制信息和指令，將來自電、液壓、氣壓等各種能源的能量轉(zhuǎn)換成旋將來自電、液壓、氣壓等各種能源的能量轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動、直線運(yùn)動等方式轉(zhuǎn)運(yùn)動、直線運(yùn)動等方式機(jī)械能機(jī)械能，并完成要求動作，并完成要求動作的的能量轉(zhuǎn)換裝置能量轉(zhuǎn)換裝置，它在機(jī)電一體化系統(tǒng)中所處的位置參見下圖。執(zhí)行元件的種類執(zhí)行元件的種類三、對執(zhí)行元件的基本要求（1）慣量小，動力大。慣量小，動力大。 表征執(zhí)行元件慣量的性能指標(biāo)：表征執(zhí)行元件慣量的性能指標(biāo)：m(直線運(yùn)動）、轉(zhuǎn)動慣量直線運(yùn)動）、轉(zhuǎn)動慣量J（回轉(zhuǎn)運(yùn)動）（回轉(zhuǎn)運(yùn)動） 表征輸出動力的性能指標(biāo)：推力表征輸出動力的性能指標(biāo)：推力F、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)矩T、功率、功率P 對

49、直線運(yùn)動：對直線運(yùn)動：a=F/m；對回轉(zhuǎn)運(yùn)動：；對回轉(zhuǎn)運(yùn)動：P=T，=T/J。即加速。即加速度度a與角加速度與角加速度表征了執(zhí)行元件的加速性能。表征了執(zhí)行元件的加速性能。 比功率比功率：表征動力大小的綜合指標(biāo)表征動力大小的綜合指標(biāo)，包含功率、加速性能與，包含功率、加速性能與轉(zhuǎn)速三種因素，即比功率轉(zhuǎn)速三種因素，即比功率P /=T2/J（2）體積小，重量輕體積小，重量輕: :用功率密度或比功率密度來評價用功率密度或比功率密度來評價 功率密度功率密度P/G；比功率密度；比功率密度(T2/J)/G，其中其中G為執(zhí)行元為執(zhí)行元件重量。件重量。（3）安裝方便、便于維修維護(hù)。安裝方便、便于維修維護(hù)。 最好不

50、要維修，無刷DC及AC伺服電機(jī)走向無維修（4）易于實現(xiàn)自動化控制易于實現(xiàn)自動化控制：主流是電氣式主流是電氣式。其次是液壓式和氣。其次是液壓式和氣壓式壓式( (在驅(qū)動接口中需要增加電在驅(qū)動接口中需要增加電- -液或電液或電- -氣變換環(huán)節(jié)氣變換環(huán)節(jié)) )。內(nèi)燃。內(nèi)燃機(jī)定位運(yùn)動的微機(jī)控制較難，故通常僅被用于交通運(yùn)輸機(jī)械。機(jī)定位運(yùn)動的微機(jī)控制較難，故通常僅被用于交通運(yùn)輸機(jī)械。 二、伺服系統(tǒng)的基本組成二、伺服系統(tǒng)的基本組成 由以下由以下4 4部分組成：部分組成： 控制器；控制器； 功率驅(qū)動裝置；功率驅(qū)動裝置； 檢測反饋裝置；檢測反饋裝置； 伺服電機(jī)伺服電機(jī)(M).(M). 例：數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)例：數(shù)控

51、機(jī)床伺服系統(tǒng)(3)(3)半閉環(huán)與閉環(huán)伺服系統(tǒng)區(qū)別半閉環(huán)與閉環(huán)伺服系統(tǒng)區(qū)別半閉環(huán)位置檢測半閉環(huán)位置檢測 裝置安裝位置：裝置安裝位置：注意注意: :半閉環(huán)位置檢測半閉環(huán)位置檢測裝置安裝位置裝置安裝位置在滾在滾珠絲杠或電機(jī)軸上珠絲杠或電機(jī)軸上, ,而不是工作臺上而不是工作臺上. .半開環(huán)系統(tǒng)半開環(huán)系統(tǒng)(3)(3)半閉環(huán)與閉環(huán)伺服系統(tǒng)區(qū)別半閉環(huán)與閉環(huán)伺服系統(tǒng)區(qū)別 精度較低精度較低 傳動鏈有一部分在位置閉環(huán)以外，其傳動誤傳動鏈有一部分在位置閉環(huán)以外，其傳動誤差沒有得到系統(tǒng)的補(bǔ)償，因而半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的差沒有得到系統(tǒng)的補(bǔ)償，因而半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的精度低于閉環(huán)系統(tǒng)精度低于閉環(huán)系統(tǒng). . 調(diào)整比較容易調(diào)整比較容易

52、(4)(4)半閉環(huán)和閉環(huán)伺服系統(tǒng)應(yīng)用場合半閉環(huán)和閉環(huán)伺服系統(tǒng)應(yīng)用場合 注意注意: : 半閉環(huán)系統(tǒng)應(yīng)用較多半閉環(huán)系統(tǒng)應(yīng)用較多, ,閉環(huán)系統(tǒng)一般只用在精閉環(huán)系統(tǒng)一般只用在精度要求較高的大型數(shù)控機(jī)床上度要求較高的大型數(shù)控機(jī)床上. .圖圖6-3 伺服電動機(jī)控制方式的基本形式伺服電動機(jī)控制方式的基本形式第四節(jié)第四節(jié) 步進(jìn)電動機(jī)及其驅(qū)動步進(jìn)電動機(jī)及其驅(qū)動一、步進(jìn)電動機(jī)的特點與種類一、步進(jìn)電動機(jī)的特點與種類 1. 1. 步進(jìn)電動機(jī)的特點步進(jìn)電動機(jī)的特點 步進(jìn)電動機(jī)又稱步進(jìn)電動機(jī)又稱脈沖電動機(jī)脈沖電動機(jī)。它是將。它是將電脈沖信號電脈沖信號轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換成換成機(jī)械角位移機(jī)械角位移的執(zhí)行元件。的執(zhí)行元件。 輸入一個電脈沖

53、就轉(zhuǎn)動一步，即每當(dāng)電動機(jī)繞組接輸入一個電脈沖就轉(zhuǎn)動一步，即每當(dāng)電動機(jī)繞組接受一個電脈沖，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)過一個相應(yīng)的步距角。受一個電脈沖，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)過一個相應(yīng)的步距角。轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子角位移的大小及轉(zhuǎn)速分別與輸入的電脈沖數(shù)及頻子角位移的大小及轉(zhuǎn)速分別與輸入的電脈沖數(shù)及頻率成正比，并在時間上與輸入脈沖同步率成正比，并在時間上與輸入脈沖同步。 只要只要控制輸入電脈沖的數(shù)量、頻率以及電動機(jī)繞組控制輸入電脈沖的數(shù)量、頻率以及電動機(jī)繞組通電相序即可獲得所需的轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向通電相序即可獲得所需的轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向，很容，很容易用微機(jī)實現(xiàn)數(shù)字控制。易用微機(jī)實現(xiàn)數(shù)字控制。一、步進(jìn)電動機(jī)的特點與種類一、步進(jìn)電動機(jī)的特點與種類步進(jìn)電

54、動機(jī)具有以下特點：步進(jìn)電動機(jī)具有以下特點：步進(jìn)電動機(jī)的步進(jìn)電動機(jī)的工作狀態(tài)不易受各種干擾因素的影響工作狀態(tài)不易受各種干擾因素的影響( (如電如電源電壓的波動、電流的大小與波形的變化、溫度等源電壓的波動、電流的大小與波形的變化、溫度等) )的影響，的影響，只要在它們的大小未引起步進(jìn)電動機(jī)產(chǎn)生只要在它們的大小未引起步進(jìn)電動機(jī)產(chǎn)生“丟步丟步”現(xiàn)象之前，現(xiàn)象之前，就不影響其正常工作；就不影響其正常工作；步進(jìn)電動機(jī)的步距角有誤差，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一定步數(shù)以后也會步進(jìn)電動機(jī)的步距角有誤差，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一定步數(shù)以后也會出現(xiàn)累積誤差，出現(xiàn)累積誤差，但轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一轉(zhuǎn)以后，其累積誤差變?yōu)榈D(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一轉(zhuǎn)以后，其累積誤差變?yōu)椤傲懔恪保虼瞬粫L期積累，因此不會長期積累；控制性能好控制性能好, ,在起動、停止、反轉(zhuǎn)時不易在起動、停止、反轉(zhuǎn)時不易“丟步丟步”。不需要傳感器進(jìn)行反饋，可以進(jìn)行開環(huán)控制；不需要傳感器進(jìn)行反饋，可以進(jìn)行開環(huán)控制；缺點是能量效率較低。缺點是能量效率較低。 因此，步進(jìn)電動機(jī)被廣泛應(yīng)用于因此，步進(jìn)電動機(jī)被廣泛應(yīng)用于開環(huán)開環(huán)控制的機(jī)電一體化控制的機(jī)電一體化系統(tǒng)，使系統(tǒng)簡化，并可靠地獲得較高的位置精度。系統(tǒng)，使系統(tǒng)簡化，并可靠地獲得較高的位置精度。步進(jìn)電動機(jī)與步進(jìn)電動機(jī)與DC和和AC伺服電動機(jī)相比其轉(zhuǎn)矩、效率、精度、高伺服電動機(jī)相比