機(jī)電一體化課件

機(jī)電一體化課件第1頁(yè)，共56頁(yè)，2023年，2月20日，星期一考試題型簡(jiǎn)答題：64分（6題）基本概念和原理應(yīng)用題：36分（3題）計(jì)算、分析及應(yīng)用考試時(shí)間：120分鐘考試形式：閉卷第2頁(yè)，共56頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第一章緒論1機(jī)電一體化的定義2機(jī)電一體化的特點(diǎn)3機(jī)電一體化的構(gòu)成4機(jī)電一體化的關(guān)鍵技術(shù)第3頁(yè)，共56頁(yè)，2023年，2月20日，星期一1機(jī)電一體化的定義機(jī)電一體化技術(shù)又稱為機(jī)械電子技術(shù)，是機(jī)械技術(shù)、電子技術(shù)、信息技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)等相關(guān)技術(shù)的綜合“機(jī)電一體化”被稱為“Mechatronics”，是日本人在20世紀(jì)70年代提出來(lái)的，它取機(jī)械學(xué)（Mechanics）的前半部分和電子學(xué)（Electronics）的后半部分組合起來(lái)構(gòu)成的新詞，意思是機(jī)械技術(shù)和電子技術(shù)的有機(jī)結(jié)合機(jī)電一體化信息科學(xué)機(jī)械學(xué)電子學(xué)第4頁(yè)，共56頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2機(jī)電一體化的特點(diǎn)本質(zhì)：將電子技術(shù)引入機(jī)械控制中，也就是“利用傳感器檢測(cè)機(jī)械運(yùn)動(dòng)，將檢測(cè)信息輸入到計(jì)算機(jī)，經(jīng)計(jì)算得到能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期運(yùn)動(dòng)的控制信號(hào)，由此來(lái)控制執(zhí)行裝置”。綜合性與系統(tǒng)性：電子技術(shù)、信息技術(shù)、自動(dòng)控制與機(jī)械技術(shù)結(jié)合小型化、輕型化、微型化高精度、多功能高可靠性柔性化、智能化知識(shí)密集第5頁(yè)，共56頁(yè)，2023年，2月20日，星期一3機(jī)電一體化的基本構(gòu)成機(jī)械本體機(jī)身、框架、機(jī)械聯(lián)接等產(chǎn)品支持機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)構(gòu)造功能要求：高效、多功能、節(jié)能、可靠、小型、美觀動(dòng)力與驅(qū)動(dòng)為執(zhí)行裝置提供能量并轉(zhuǎn)換成需要的形式，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力功能要求：高功率密度比，可靠性好檢測(cè)與傳感檢測(cè)產(chǎn)品內(nèi)部狀態(tài)和外部環(huán)境，實(shí)現(xiàn)計(jì)測(cè)功能要求：體積小、精度高、抗干擾控制及信息處理存儲(chǔ)、分析、運(yùn)算、決策，實(shí)現(xiàn)控制功能要求：高可靠性、柔性、智能化執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括機(jī)械傳動(dòng)與操作機(jī)構(gòu)，接收控制信息，完成要求的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)主功能第6頁(yè)，共56頁(yè)，2023年，2月20日，星期一機(jī)械本體：執(zhí)行裝置：動(dòng)力：檢測(cè)與傳感：控制：手臂的連接部分和安裝支架等氣缸氣壓系統(tǒng)的氣壓源接近傳感器、磁性傳感器、手爪傳感器系統(tǒng)的基本組成？各包含哪些部分？第7頁(yè)，共56頁(yè)，2023年，2月20日，星期一4機(jī)電一體化關(guān)鍵技術(shù)機(jī)械技術(shù)計(jì)算機(jī)與信息處理技術(shù)傳感器與檢測(cè)技術(shù)自動(dòng)控制技術(shù)伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)系統(tǒng)總體技術(shù)系統(tǒng)工程的觀點(diǎn)和方法，將系統(tǒng)各個(gè)功能模塊有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，以實(shí)現(xiàn)整體最優(yōu)。其重要內(nèi)容為接口技術(shù)。接口包括電氣接口、機(jī)械接口、人機(jī)接口第8頁(yè)，共56頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第二章機(jī)電一體化設(shè)計(jì)基本原理及方法1機(jī)電一體化設(shè)計(jì)的一般步驟2詳細(xì)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容3結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原理第9頁(yè)，共56頁(yè)，2023年，2月20日，星期一1設(shè)計(jì)步驟第10頁(yè)，共56頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2詳細(xì)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容機(jī)械本體設(shè)計(jì)線性傳動(dòng)部件非線性傳動(dòng)部件特殊傳動(dòng)部件支撐部件機(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì)負(fù)載的變化傳動(dòng)鏈慣性傳動(dòng)鏈固有頻率間隙、摩擦、潤(rùn)滑和溫升傳感與檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)接口設(shè)計(jì)微控制器的設(shè)計(jì)第11頁(yè)，共56頁(yè)，2023年，2月20日，星期一3結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原理1任務(wù)分配原理相同功能的任務(wù)分配不同功能任務(wù)分配2自補(bǔ)償原理:自增強(qiáng)，自平衡，自保護(hù)3結(jié)構(gòu)實(shí)際變?cè)簲?shù)量變?cè)恍螤钭冊(cè)?；材料變?cè)?；順序變?cè)?力傳遞原理：力流路線直接、最短；力流轉(zhuǎn)向平緩5力平衡原理6等強(qiáng)度原理7穩(wěn)定性原理8降低噪聲原理第12頁(yè)，共56頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第三章數(shù)學(xué)模型的建立機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)控制電機(jī)傳遞函數(shù)方框圖第13頁(yè)，共56頁(yè)，2023年，2月20日，星期一例1：齒輪傳動(dòng)的動(dòng)力學(xué)分析如圖所示齒輪傳動(dòng)鏈，有電機(jī)M輸入扭矩為Tm,L為輸出端負(fù)載，TL為負(fù)載扭矩。圖示Z1、Z2、Z3、

Z4為各齒輪齒數(shù)；J1、

J2、J3及θ1、θ2、θ3分別為各軸及相應(yīng)齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和轉(zhuǎn)角。B1、B2、B3為傳動(dòng)中各軸及齒輪的阻尼系數(shù)。設(shè)各軸均為絕對(duì)剛性，即扭轉(zhuǎn)彈簧常數(shù)建立系統(tǒng)微分方程模型。14Z1Z2Z3Z4TLTmT2T2J2T4T3T1θ2L齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)M

第14頁(yè)，共56頁(yè)，2023年，2月20日，星期一可得動(dòng)力學(xué)方程式：將各軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、阻尼及負(fù)載轉(zhuǎn)換到電機(jī)軸，列出Tm與θ1間的微分方程，由齒輪傳動(dòng)的基本關(guān)系可知：MLTmTeqBeqJeqθ1①②③第15頁(yè)，共56頁(yè)，2023年，2月20日，星期一令加到電樞兩端的電壓ua為輸入信號(hào)，電機(jī)有一個(gè)固定磁場(chǎng)，if為磁場(chǎng)電流，電樞回路中的電阻、電感分別為Ra，La，電樞電流為ia，M為電動(dòng)機(jī)軸上產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，J、B分別為換算到電機(jī)軸上的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和等效圓周粘性阻尼系數(shù)，eb為反電動(dòng)勢(shì)。當(dāng)系統(tǒng)輸出信號(hào)為電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)角θ，求系統(tǒng)傳遞函數(shù)。JRaLaiaBebifMθua+-例2：求電樞控制式直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)第16頁(yè)，共56頁(yè)，2023年，2月20日，星期一當(dāng)激磁磁場(chǎng)不變時(shí)，轉(zhuǎn)矩M正比于電樞電流，即M=Kia，式中K為轉(zhuǎn)矩常數(shù)。電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)矩平衡方程為：當(dāng)電樞轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電樞中會(huì)感應(yīng)反電勢(shì)eb，其值正比于轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度，即式中：Kb為反電勢(shì)常數(shù)。電樞回路的微分方程為：JRaLaiaBebifMθua+-第17頁(yè)，共56頁(yè)，2023年，2月20日，星期一對(duì)以上各式進(jìn)行拉氏變換，得：三式聯(lián)立求得傳遞函數(shù)：JRaLaiaBebifMθua+-反電動(dòng)勢(shì)方程：電樞回路電壓方程：轉(zhuǎn)矩平衡方程：第18頁(yè)，共56頁(yè)，2023年，2月20日，星期一電樞控制直流電機(jī)的傳遞函數(shù)可看作由比例、積分和慣性環(huán)節(jié)組成由于電樞回路中的電感La很小，忽略不計(jì)，即La≈0，傳遞函數(shù)簡(jiǎn)化為：式中第19頁(yè)，共56頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第四章機(jī)械傳動(dòng)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)1輪系傳動(dòng)的基本原理以及傳動(dòng)比的推導(dǎo)（行星輪系、諧波齒輪）2絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)（基本傳動(dòng)形式滾珠絲杠副的相關(guān)定義）3撓性傳動(dòng)系統(tǒng)（同步帶傳動(dòng)特點(diǎn)與分類）4步進(jìn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)（種類）5步進(jìn)電機(jī)原理（拍、步距角、驅(qū)動(dòng)脈沖頻率之間的關(guān)系）第20頁(yè)，共56頁(yè)，2023年，2月20日，星期一1輪系傳動(dòng)行星傳動(dòng)主要傳動(dòng)結(jié)構(gòu)為：行星輪，太陽(yáng)輪，外齒圈。原理：它有一個(gè)軸線位置固定的齒輪叫中心輪或太陽(yáng)輪，在太陽(yáng)輪邊上有軸線變動(dòng)的齒輪，即既作自轉(zhuǎn)又作公轉(zhuǎn)的齒輪叫行星輪，行星輪的支持構(gòu)件叫行星架，通過(guò)行星架將動(dòng)力傳到軸上，再傳給其它齒輪。它們由一組若干個(gè)齒輪組成一個(gè)輪系，只有一個(gè)原動(dòng)件，這種周轉(zhuǎn)輪系稱為行星輪系。圖4-11行星輪系傳動(dòng)中心輪1固定，雙聯(lián)齒輪2—3為行星輪，H為運(yùn)動(dòng)輸入構(gòu)件，中心輪4為運(yùn)動(dòng)輸出構(gòu)件。機(jī)構(gòu)的自由度為1，基本構(gòu)件為兩個(gè)中心輪2K和一個(gè)系桿H，故稱為2K-H型行星輪系

傳動(dòng)比第21頁(yè)，共56頁(yè)，2023年，2月20日，星期一諧波齒輪傳動(dòng)工作原理—齒差與變形諧波齒輪傳動(dòng)中，剛輪的齒數(shù)zG略大于柔輪的齒數(shù)zR，其齒數(shù)差要根據(jù)波發(fā)生器轉(zhuǎn)一周柔輪變形時(shí)與剛輪同時(shí)嚙合區(qū)域數(shù)目來(lái)決定。即zG-zR=u，錯(cuò)齒是運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的原因波發(fā)生器的長(zhǎng)度比未變形的柔輪內(nèi)圓直徑大：當(dāng)波發(fā)生器裝入柔輪內(nèi)圓時(shí)，迫使柔輪產(chǎn)生彈性變形而呈橢圓狀，使其長(zhǎng)軸處柔輪輪齒插入剛輪的輪齒槽內(nèi)，成為完全嚙合狀態(tài)；而其短軸處兩輪輪齒完全不接觸，處于脫開(kāi)狀態(tài)。由嚙合到脫開(kāi)的過(guò)程之間則處于嚙出或嚙入狀態(tài)。當(dāng)波發(fā)生器連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)：迫使柔輪不斷產(chǎn)生變形，使兩輪輪齒在進(jìn)行嚙入、嚙合、嚙出、脫開(kāi)的過(guò)程中不斷改變各自的工作狀態(tài)，產(chǎn)生了所謂的錯(cuò)齒運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)了主動(dòng)波發(fā)生器與柔輪的運(yùn)動(dòng)傳遞。ZGZR波發(fā)生器的旋轉(zhuǎn)方向與柔輪的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反。第22頁(yè)，共56頁(yè)，2023年，2月20日，星期一諧波齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)諧波齒輪傳動(dòng)既可用做減速器，也可用做增速器。柔輪、剛輪、波發(fā)生器三者任何一個(gè)均可固定，其余二個(gè)一為主動(dòng)，另一個(gè)為從動(dòng)。傳動(dòng)比大，外形輪廓小，零件數(shù)目少，傳動(dòng)效率高。效率高達(dá)92％~96％，單級(jí)傳動(dòng)比可達(dá)50~4000。承載能力較高：柔輪和剛輪之間為面接觸多齒嚙合，且滑動(dòng)速度小，齒面摩損均勻。柔輪和剛輪的齒側(cè)間隙是可調(diào)：當(dāng)柔輪的扭轉(zhuǎn)剛度較高時(shí)，可實(shí)現(xiàn)無(wú)側(cè)隙的高精度嚙合。諧波齒輪傳動(dòng)可用來(lái)由密封空間向外部或由外部向密封空間傳遞運(yùn)動(dòng)。第23頁(yè)，共56頁(yè)，2023年，2月20日，星期一主要尺寸參數(shù)主要參數(shù)：公稱直徑、基本導(dǎo)程、小徑、大徑、滾動(dòng)體直徑公稱直徑d0：滾珠與螺紋滾道在理論接觸角狀態(tài)時(shí)包絡(luò)滾珠球心的圓柱直徑。行程l：絲杠相對(duì)螺母旋轉(zhuǎn)任意弧度時(shí)，螺母上基準(zhǔn)點(diǎn)的軸向位移。螺距t：絲杠相對(duì)螺母旋轉(zhuǎn)2π弧度時(shí)，螺母上基準(zhǔn)點(diǎn)的軸向位移。螺距根據(jù)精度確定.精度高時(shí)選小螺距。2滾珠絲杠傳動(dòng)第24頁(yè)，共56頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（2）基本傳動(dòng)形式因螺母本身起著支承作用，消除了絲杠軸承可能產(chǎn)生的附加軸向竄動(dòng)，結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，可獲得較高的傳動(dòng)精度。但其軸向尺寸不宜太長(zhǎng)，剛性較差。因此只適用于行程較小的場(chǎng)合。該傳動(dòng)形式需要限制螺母的轉(zhuǎn)動(dòng)。故需導(dǎo)向裝置。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、絲杠剛性較好。適用于工作行程較大的場(chǎng)合。該傳動(dòng)方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，但在多數(shù)情況下，使用極不方便，故很少應(yīng)用。該方式的絲杠上有基本導(dǎo)程(或螺距)不同的兩段螺紋，其旋向相同。當(dāng)絲杠2轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可動(dòng)螺母1的移動(dòng)距離為

，如果兩基本導(dǎo)程的大小相差較少，則可獲得較小的位移

。這種傳動(dòng)方式多用于各種微動(dòng)機(jī)構(gòu)中。第25頁(yè)，共56頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2同步帶傳動(dòng)的特點(diǎn)傳動(dòng)比準(zhǔn)確、傳動(dòng)效率高工作平穩(wěn)，能吸收振動(dòng)不需要潤(rùn)滑、耐油水、耐高溫、耐腐蝕、維護(hù)保養(yǎng)方便中心距要求嚴(yán)格，安裝精度要求高；制造工藝復(fù)雜，成本高第26頁(yè)，共56頁(yè)，2023年，2月20日，星期一3步進(jìn)電機(jī)一拍控制繞組每改變一次通電方式，稱為一拍步距角每一拍轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的角度。第27頁(yè)，共56頁(yè)，2023年，2月20日，星期一概念

一拍控制繞組每改變一次通電方式，稱為一拍

步距角每一拍轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的角度。轉(zhuǎn)速一個(gè)θ→轉(zhuǎn)(1/zN)圈脈沖頻率為f→每秒轉(zhuǎn)(f/zN)圈脈沖當(dāng)量、減速比與步距角的關(guān)系θ=360°zNz

：轉(zhuǎn)子齒數(shù)N：拍數(shù)n=60fzNi=

θ·S/（360·Δ）3步進(jìn)電機(jī)第28頁(yè)，共56頁(yè)，2023年，2月20日，星期一1423142314231423U1U2V1V2W2W11三相單三拍

通電順序：U相→V相→W相→U相。①U相通電1423U1U2V1V2W2W11423②V相通電U1U2V1V2W2W1③W相通電14231423一步兩步三步※步距角：θ=30°工作原理第29頁(yè)，共56頁(yè)，2023年，2月20日，星期一例1：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)的步距角

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)3、要求電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為60r/min，輸入脈沖頻率為多少？工作臺(tái)的直線運(yùn)動(dòng)速度是多少？工作臺(tái)數(shù)控裝置步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器步進(jìn)電機(jī)指令輸入進(jìn)給脈沖齒輪箱第30頁(yè)，共56頁(yè)，2023年，2月20日，星期一解步距角傳動(dòng)系統(tǒng)（齒輪減速比）輸入脈沖頻率平臺(tái)的直線速度θ=360°zN第31頁(yè)，共56頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第五章傳感器與檢測(cè)系統(tǒng)傳感器的定義及組成傳感器的靜態(tài)特性位移傳感器第32頁(yè)，共56頁(yè)，2023年，2月20日，星期一1定義及組成傳感器（Transducer/Sensor）是一種能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用量的器件和裝置第33頁(yè)，共56頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2靜態(tài)特性1線性度：指其輸出量與輸入量之間的關(guān)系曲線偏離理想直線的程度。采用直線擬合的方法來(lái)線性化，線性度就用輸入-輸出關(guān)系曲線與擬合直線之間最大偏差與滿量程輸出的百分比來(lái)表示2靈敏度：傳感器輸出的變化量與引起該變化量的輸入變化量之比。3遲滯:遲滯特性表明傳感器在正(輸入量增大)反(輸入量減小)行程中輸出特性曲線不重合的程度4重復(fù)性:重復(fù)性是指?jìng)鞲衅髟谳斎肓堪赐环较蜃魅砍踢B續(xù)多次變動(dòng)時(shí)所得特性曲線間不一致的程度5分辨率:分辨率是指檢測(cè)儀表能夠精確檢測(cè)出被測(cè)量最小變化值的能力.輸入量從某個(gè)任意值緩慢增加，直到可以測(cè)量到輸出的變化為止，此時(shí)的輸入量就是分辨率6零漂：漂移是指在外界的干擾下，在一定時(shí)間間隔內(nèi)，傳感器輸出量發(fā)生與輸入量無(wú)關(guān)的或不需要的變化。漂移包括零點(diǎn)漂移和靈敏度漂移等7.精度：傳感器的精度是指測(cè)量結(jié)果的可靠程度，是測(cè)量中各類誤差的綜合反映。工程技術(shù)中為簡(jiǎn)化傳感器精度的表示方法，引用了精度等級(jí)的概念。精度等級(jí)以一系列標(biāo)準(zhǔn)百分比數(shù)值分檔表示，代表傳感器測(cè)量的最大允許誤差，即相對(duì)誤差

第34頁(yè)，共56頁(yè)，2023年，2月20日，星期一3位移傳感器電感式傳感器電容式位移傳感器光柵數(shù)字傳感器感應(yīng)同步器角數(shù)字編碼器（碼盤）第35頁(yè)，共56頁(yè)，2023年，2月20日，星期一電感式傳感器1．工作原理由銜鐵、鐵芯和匝數(shù)為W的線圈三部分構(gòu)成。根據(jù)定義，線圈的電感為式中RM——磁阻，它包括鐵芯磁阻和空氣隙的磁阻，即——鐵磁材料各段的磁阻之和，當(dāng)鐵芯一定時(shí)，其值為一定Rd

——空氣隙的磁阻，Rd=2d/m0S。S為空氣隙截面積，d為空氣隙長(zhǎng)度，m0為空氣的磁導(dǎo)率?？傻秒姼袨橛捎诟淖僤和S都是使氣隙磁阻變化，從而使電感發(fā)生變化，所以這種傳感器也叫變磁阻式傳感器因?yàn)殍F磁材料其磁阻與空氣隙磁阻相比較小，計(jì)算時(shí)可忽略不計(jì)，這時(shí)有第36頁(yè)，共56頁(yè)，2023年，2月20日，星期一電容式傳感器極距變化型：非接觸動(dòng)態(tài)測(cè)量，靈敏度高，適用于小位移的精確測(cè)量面積變化型：線性，靈敏度低，適于較大的線位移和角位移第37頁(yè)，共56頁(yè)，2023年，2月20日，星期一光柵原理：在透射式直線光柵中，把主光柵與指示光柵的刻線面相對(duì)疊合在一起，中間留有很小的間隙，并使兩者的柵線保持很小的夾角θ。在兩光柵的刻線重合處，光從縫隙透過(guò)，形成亮帶；在兩光柵刻線的錯(cuò)開(kāi)處，由于相互擋光作用而形成暗帶。光柵移動(dòng)一個(gè)柵距，莫爾條紋移動(dòng)一個(gè)條紋間隔；光柵改變運(yùn)動(dòng)方向，莫爾條紋隨之改變運(yùn)動(dòng)方向。當(dāng)移動(dòng)的刻線數(shù)i和角度θ一定時(shí)，莫爾條紋間距B與移動(dòng)距離x成正比第38頁(yè)，共56頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第六章繼電接觸控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)典型電氣控制線路第39頁(yè)，共56頁(yè)，2023年，2月20日，星期一典型控制線路設(shè)計(jì)自鎖控制電路的保護(hù)短路保護(hù)——熔斷器過(guò)載保護(hù)——熱繼電器欠壓和失壓保護(hù)——接觸器互鎖控制（正反轉(zhuǎn)控制線路）點(diǎn)動(dòng)與長(zhǎng)動(dòng)的連鎖控制第40頁(yè)，共56頁(yè)，2023年，2月20日，星期一綜合題：例1設(shè)計(jì)三相交流電機(jī)的繼電接觸控制電路，能實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)控制，并具有連鎖保護(hù)功能。第41頁(yè)，共56頁(yè)，2023年，2月20日，星期一例2下圖表示一個(gè)具有2級(jí)減速的齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)。T為電動(dòng)機(jī)輸出的力矩，作用在軸l上。Tfz是作用在軸3上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩。(J1,f1)、(J2,f2)、(J3,f3)分別代表相應(yīng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與粘滯阻尼系數(shù)，θ1、θ2、θ3分別表示相應(yīng)軸的轉(zhuǎn)角。i1、i2

為傳動(dòng)比，即i1=θ1/θ2,i2=θ2/θ3

。求以轉(zhuǎn)矩T和Tfz為輸入量，以轉(zhuǎn)角θ1為輸出量的運(yùn)動(dòng)方程。第42頁(yè)，共56頁(yè)，2023年，2月20日，星期一例3一個(gè)水池水位自動(dòng)控制系統(tǒng)如例圖1所示。試簡(jiǎn)述系統(tǒng)工作原理，指出主要變量和各環(huán)節(jié)的構(gòu)成，畫(huà)出系統(tǒng)的方框圖。第43頁(yè)，共56頁(yè)，2023年，2月20日，星期一例4如圖所示電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，已知工作臺(tái)的質(zhì)量為m=30kg，負(fù)載力為F1＝1000N，工作臺(tái)分辨力為4μm，絲杠直徑為d＝20mm，導(dǎo)程t＝4mm，齒輪減速比為i=5，總效率為?=30％。（1）如果采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，電機(jī)的步距角α應(yīng)為多少？（2）試說(shuō)明圖中的各個(gè)部分屬于機(jī)電一體化系統(tǒng)中的哪一個(gè)基本要素。第44頁(yè)，共56頁(yè)，2023年，2月20日，星期一例5（書(shū)P132，第8題）已知拖板重量W=2000N，拖板與貼塑導(dǎo)軌間的摩擦系數(shù)μ=0.06，車削時(shí)最大切削負(fù)載Fz=2150N(與運(yùn)動(dòng)方向相反)，y向切削分力Fy=2Fz=4300N(垂直于導(dǎo)軌)，要求導(dǎo)軌的進(jìn)給速度為v1=10-500mm/min，快速行程速度v2=300mm/min，滾珠絲杠名義直徑d0=32mm，導(dǎo)程L=6mm，絲杠總長(zhǎng)L=1400mm，拖板最大行程為1150mm，定位精度±0.01mm，試選擇合適的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，并檢查其起動(dòng)特性和工作速度。第45頁(yè)，共56頁(yè)，2023年，2月20日，星期一464.5控制電動(dòng)機(jī)選擇與計(jì)算解：1．脈沖當(dāng)量的選擇初選三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角為0.75／1.5，當(dāng)三相六拍運(yùn)行時(shí)，步距角θ=0.75，其每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)

初選脈沖當(dāng)量(每輸入一個(gè)指令脈沖，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)的移動(dòng)距離，單位mm／p)△=0.01mm／p，由此可得中間齒輪傳動(dòng)i為

選小齒輪齒數(shù)z1=20，z2=25，模數(shù)m=2mm。第46頁(yè)，共56頁(yè)，2023年，2月20日，星期一4.5控制電動(dòng)機(jī)選擇與計(jì)算472．等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩計(jì)算

(1)空載時(shí)的摩擦轉(zhuǎn)矩TLF

(2)車削加工時(shí)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL

式中=0.8，為絲杠頂緊時(shí)的傳動(dòng)效率。第47頁(yè)，共56頁(yè)，2023年，2月20日，星期一484.5控制電動(dòng)機(jī)選擇與計(jì)算3．等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算

(1)滾動(dòng)絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量式中，絲杠密度第48頁(yè)，共56頁(yè)，2023年，2月20日，星期一495控制電動(dòng)機(jī)選擇與計(jì)算(2)拖板運(yùn)動(dòng)慣量換算到電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jw

(3)大齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jg1

式中b2=10mm為大齒輪寬度。

第49頁(yè)，共56頁(yè)，2023年，2月20日，星期一4.5控制電動(dòng)機(jī)選擇與計(jì)算5