機(jī)械電子學(xué)第1、2章2014秋修改

《機(jī)械電子學(xué)》

也稱之為

《機(jī)電一體化技術(shù)》主講：王振成教授

高級工程師教材：《機(jī)電一體化技術(shù)》(第2版)主編：袁中凡李彬彬電子工業(yè)出版社2010-05-01出版第1章概論

機(jī)電一體化的基本概念

1機(jī)電一體化關(guān)鍵技術(shù)

2機(jī)電一體化的發(fā)展概況

3china_54@本章學(xué)習(xí)目標(biāo)理解機(jī)電一體化技術(shù)的概念理解機(jī)電機(jī)電一體化技術(shù)的基本組成對機(jī)電一體化的關(guān)鍵技術(shù)有基本的認(rèn)識機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展方向機(jī)電一體技術(shù)在現(xiàn)在生活中的應(yīng)用china_54@1.1機(jī)電一體化技術(shù)的概念1.1.1機(jī)電一體化系統(tǒng)的功能構(gòu)成及定義

“機(jī)電一體化”是機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)相互交叉、融合的產(chǎn)物。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)、計算機(jī)技術(shù)）china_54@1.1.1機(jī)電一體化系統(tǒng)的功能構(gòu)成及定義

機(jī)電一體化系統(tǒng)組成

能源部分信息處理與控制信息輸入驅(qū)動部分執(zhí)行元件機(jī)械本體檢測部分china_54@1.1機(jī)電一體化技術(shù)的概念1.1.2機(jī)電一體化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)要素

機(jī)電一體化內(nèi)部所具有的功能

主功能（變換、傳遞、存儲）動力功能

檢測功能

控制功能

china_54@1.1機(jī)電一體化技術(shù)的概念機(jī)電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）的5大要素及其相應(yīng)的5大功能

china_54@1.1機(jī)電一體化技術(shù)的概念

1.1.3機(jī)電一體化產(chǎn)品的分類數(shù)控機(jī)械類

電子設(shè)備類

機(jī)電結(jié)合類

電液伺服類

信息控制類

china_54@1.2機(jī)電一體化關(guān)鍵技術(shù)

機(jī)械設(shè)計技術(shù)

計算機(jī)與信息處理技術(shù)

自動控制技術(shù)

傳感與檢測技術(shù)

執(zhí)行與驅(qū)動技術(shù)

機(jī)電一體化總體設(shè)計技術(shù)

china_54@

1.3機(jī)電一體化的發(fā)展概況

1.3.1機(jī)械技術(shù)發(fā)展的總趨勢階段機(jī)械技術(shù)的發(fā)展代表的產(chǎn)品賦予機(jī)械的功能第一階段機(jī)構(gòu)的發(fā)明凸輪、齒輪、軸承、聯(lián)軸器作業(yè)功能第二階段使作業(yè)機(jī)構(gòu)動作的動力機(jī)械的發(fā)明蒸汽動力、內(nèi)燃機(jī)、電動機(jī)動力功能第三階段自動控制技術(shù)的發(fā)明傳感器、伺服系統(tǒng)測定功能第四階段微電子學(xué)的發(fā)明大規(guī)模的集成電路、微型計算機(jī)智能功能china_54@

1.3機(jī)電一體化的發(fā)展概況

1.3.2國內(nèi)外機(jī)電一體化發(fā)展?fàn)顩r機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展大體上可分為三個階段

20世紀(jì)60年代以前為第一階段，也可稱為“萌芽階段”。信息技術(shù)的職能是能夠提高或擴(kuò)展人類的信息能力的方法和手段的總稱。20世紀(jì)70年代至20世紀(jì)80年代為第二階段，稱為“蓬勃發(fā)展階段”。

從20世紀(jì)90年代后期開始為第三階段，稱為“智能化階段”，機(jī)電一體化技術(shù)向智能化新階段邁進(jìn)。

china_54@1.3機(jī)電一體化的發(fā)展概況

1.3.3機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展趨勢1．智能化2．模塊化3．網(wǎng)絡(luò)化4．微型化5．綠色化6．人性化china_54@作業(yè)題1．什么是機(jī)電一體化？機(jī)電一體化系統(tǒng)的功能構(gòu)成和定義是什么？2．簡要敘述機(jī)電一體化系統(tǒng)的共性關(guān)鍵技術(shù)。3．機(jī)電一體化系統(tǒng)的組成及作用？4．機(jī)電一體化系統(tǒng)的發(fā)展趨勢是什么？china_54@

第2章機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)

china_54@

第2章機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)

機(jī)械設(shè)計概述

1傳動機(jī)構(gòu)的設(shè)計

2支撐導(dǎo)向部件的設(shè)計

3執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計

4部件應(yīng)用實(shí)例

5china_54@本章學(xué)習(xí)目標(biāo)1、了解機(jī)械設(shè)計的基本知識2、常用機(jī)械零件設(shè)計的基本理論和基本方法3、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的選用選擇4、機(jī)械零件優(yōu)化設(shè)計的思維模式china_54@

2.1機(jī)械設(shè)計概述

2.1.1機(jī)電一體化對機(jī)械系統(tǒng)的要求（1）采用低摩擦阻力的傳動部件和導(dǎo)向支撐部件，如采用滾珠絲杠副、滾動導(dǎo)向支撐、動（靜）壓導(dǎo)向支撐等。（2）縮短傳動鏈，提高傳動與支撐剛度，如用加預(yù)緊的方法提高滾珠絲杠副和滾動導(dǎo)軌副的傳動與支撐剛度；采用大扭矩、寬調(diào)速的直流或交流伺服電機(jī)直接與絲杠螺母副連接并減少中間傳動機(jī)構(gòu)；絲杠的支撐設(shè)計中采用兩端軸向預(yù)緊或預(yù)拉伸支撐結(jié)構(gòu)等。china_54@（3）選用最佳傳動比，以達(dá)到提高系統(tǒng)分辨率、減少執(zhí)行元件輸出軸上的等效轉(zhuǎn)動慣量，盡可能提高加速能力。（4）縮小反向死區(qū)誤差，如采取消除傳動間隙、減少支撐變形的措施。（5）改進(jìn)支撐及架體的結(jié)構(gòu)設(shè)計以提高剛性，減小振動，降低噪聲。如選用復(fù)合材料等來提高剛度和強(qiáng)度，減小質(zhì)量、縮小體積使結(jié)構(gòu)緊密化，以確保系統(tǒng)的小型化、輕量化、高速化和高可靠性。china_54@

2.1機(jī)械設(shè)計概述

2.1.2機(jī)械系統(tǒng)的組成傳動機(jī)構(gòu)

導(dǎo)向機(jī)構(gòu)

執(zhí)行機(jī)構(gòu)

china_54@

2.1.3機(jī)械參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響

1.剛度2.慣量3.摩擦4.傳動誤差5.諧振頻率china_54@2.2傳動機(jī)構(gòu)的設(shè)計

2.2.1機(jī)械傳動裝置

常用的機(jī)械傳動部件有螺旋傳動、齒輪傳動、同步帶、高速帶傳動以及各種非線性傳動部件等，其主要功能是傳遞轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。、帶傳動1、組成：主動輪、從動輪、張緊在兩輪上的環(huán)型傳動帶。

2、原理：原動機(jī)驅(qū)動主動輪轉(zhuǎn)動時，由于帶和帶輪間的摩擦（或嚙合），便拖動從動輪一起轉(zhuǎn)動，并傳遞一定動力。

china_54@3、類型china_54@4、特點(diǎn)（1）優(yōu)點(diǎn)帶具有良好的彈性，可以緩和沖擊，吸收振動，傳動平穩(wěn)，噪聲小；過載時，帶在帶輪上打滑，可防止其他零件損壞，起安全保護(hù)作用；適用于兩軸中心距較大的場合；結(jié)構(gòu)簡單，制造、安裝和維護(hù)方便，成本低。（2）缺點(diǎn)帶在帶輪上有相對滑動，不能保證準(zhǔn)確的傳動比；傳動效率較低，帶的壽命較短；傳動的外廓尺寸大；帶傳動需要張緊，支撐帶輪的軸和軸承受力較大；帶傳動中的摩擦?xí)a(chǎn)生電火花，不宜用于易燃、易爆等場合。china_54@5、主要參數(shù)：包角α、基準(zhǔn)長度Ld、中心距a及帶輪直徑dd1、dd2

。

6、滑動率和傳動比的計算

滑動率

式中v1為主動輪圓周速度

v2為從動輪圓周速度

帶傳動的實(shí)際傳動比

china_54@

諧波齒輪傳動

1、特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、傳動比大（幾十到幾百）、傳動精度高、回程誤差小、噪聲低、傳動平穩(wěn)、承載能力強(qiáng)、效率高。2、工作原理：諧波齒輪傳動與少齒差行星齒輪傳動十分相似。它是依靠柔性齒輪產(chǎn)生的可控變形波引起齒間的相對錯齒來傳遞動力和運(yùn)動的，因此它與一般齒輪傳動具有本質(zhì)上的差別，如下圖所示，諧波齒輪傳動由波形發(fā)生器3（H）和剛輪l、柔輪2組成。3、應(yīng)用領(lǐng)域：工業(yè)機(jī)器人、航空、火箭等機(jī)電一體化系統(tǒng)。

china_54@china_54@

滾珠螺旋傳動滾珠絲杠副：應(yīng)用十分廣泛。1、組成：滾珠絲杠副是在絲杠和螺母間以鋼球?yàn)闈L動體的螺旋傳動部件，它可將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動變?yōu)橹本€運(yùn)動，或相反。d0－公稱直徑；Dpw－節(jié)圓直徑；α－接觸角；Ph－導(dǎo)程；φ－螺旋角china_54@

滾珠螺旋傳動2、滾珠的循環(huán)方式

滾珠絲杠副中滾珠的循環(huán)方式有內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)兩種

china_54@2.3支撐導(dǎo)向部件的設(shè)計組成：導(dǎo)向支撐部件、軸系支撐部件、旋轉(zhuǎn)支撐部件和機(jī)座機(jī)架。2.3.1導(dǎo)向支撐部件1、導(dǎo)軌副組成：主要由承導(dǎo)件1和運(yùn)動件2兩部分組成。china_54@2、導(dǎo)軌副的分類china_54@3、導(dǎo)軌副間隙的調(diào)整常用的調(diào)整方法有壓板法和鑲條法兩種。對燕尾形導(dǎo)軌可采用鑲條（墊片）方法同時調(diào)整垂直和水平兩個方向的間隙。對矩形導(dǎo)軌可采用修刮壓板、調(diào)整墊片的厚度或調(diào)整螺釘?shù)姆椒ㄟM(jìn)行間隙的調(diào)整。china_54@2.3.2軸系支撐部件軸系支撐機(jī)構(gòu)由軸及安裝在軸上的齒輪、帶輪等傳動部件組成。china_54@

軸1、軸的分類：轉(zhuǎn)軸、芯軸、傳動軸。2、軸上零件常用的軸向固定方法：軸肩和軸環(huán)、套筒、圓螺母、彈性擋圈、軸端擋圈。3、軸的周向固定：緊定螺釘固定、銷釘固定、過盈配合固定。china_54@

軸轂聯(lián)結(jié)軸轂聯(lián)結(jié)主要是使軸上零件與軸周向固定以傳遞轉(zhuǎn)矩。

常用：鍵聯(lián)結(jié)、過盈聯(lián)結(jié)、無鍵聯(lián)結(jié)、銷聯(lián)結(jié)、螺紋聯(lián)結(jié)。china_54@

軸承軸承是機(jī)械傳動中的關(guān)鍵部件，在機(jī)械零件設(shè)計時，要能夠根據(jù)軸承手冊選用合理的軸承。軸承可分為滑動摩擦軸承（簡稱滑動軸承）和滾動摩擦軸承（簡稱滾動軸承）。1、滑動軸承的失效形式：磨粒磨損、疲勞剝落、刮傷、腐蝕、膠合。2、滾動軸承的失效形式：疲勞點(diǎn)蝕、塑性變形、滾動軸承的密封。3、軸承的潤滑非常重要。

china_54@2.3.3旋轉(zhuǎn)支撐部件1、旋轉(zhuǎn)支撐的種類及基本要求方向和置中精度、摩擦阻力矩的大小、許用載荷、對溫度變化的敏感性、耐磨性以及磨損后補(bǔ)償?shù)目赡苄?、抗振性及成本?、圓柱支撐china_54@2.3.3旋轉(zhuǎn)支撐部件china_54@2.3.4機(jī)架與機(jī)座1．機(jī)座機(jī)架的作用及基本要求剛度與抗振性

熱變形

穩(wěn)定性

china_54@2.4執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計2.4.1微動機(jī)構(gòu)1、定義：微動機(jī)構(gòu)是一種能在一定范圍內(nèi)精確、微量地移動到給定位置或?qū)崿F(xiàn)特定的進(jìn)給運(yùn)動的機(jī)構(gòu)。2、特點(diǎn)：靈敏度高，最小移動量達(dá)到使用要求；傳動靈活、平穩(wěn)，無空程與爬行，制動后能保持穩(wěn)定的位置；抗干擾能力強(qiáng)，響應(yīng)快速；結(jié)構(gòu)工藝性良好。

china_54@2.4執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計舉例：萬能工具顯微鏡工作臺的微動機(jī)構(gòu)（手動機(jī)械式）china_54@2.4.2定位機(jī)構(gòu)定位機(jī)構(gòu)是機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)中一種確保移動件占據(jù)準(zhǔn)確位置的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，通常采用分度機(jī)構(gòu)和鎖緊機(jī)構(gòu)組合的形式來實(shí)現(xiàn)精確定位的要求。china_54@2.5部件應(yīng)用實(shí)例2.5.1齒輪變速機(jī)構(gòu)電機(jī)的選擇要求：1、根據(jù)課本的內(nèi)容，了解電機(jī)選擇的關(guān)聯(lián)參數(shù)。2、根據(jù)相關(guān)參數(shù)，學(xué)會使用機(jī)械設(shè)計手冊進(jìn)行查詢。

3、讓同學(xué)了解常用的標(biāo)準(zhǔn)（不同行業(yè)、不同企業(yè)、不同國家采用的標(biāo)準(zhǔn)不同）china_54@2.5.2數(shù)控機(jī)床回轉(zhuǎn)刀架數(shù)控機(jī)床自動回轉(zhuǎn)刀架是在一定空間范圍內(nèi)，能使刀架執(zhí)行自動松開、轉(zhuǎn)位、精密定位等一系列動作的機(jī)構(gòu)。數(shù)控車床的刀架是機(jī)床的重要組成部分，其結(jié)構(gòu)直接影響機(jī)床的切削性能和工作效率.