第二章 機械本體設(shè)計-SolidWorks應(yīng)用111

機電一體化技術(shù)實踐工程教學(xué)實習(xí)訓(xùn)練中心機電一體化是精密機械工程、電子控制和系統(tǒng)思想在產(chǎn)品設(shè)計和制造過程中的協(xié)同結(jié)合。mechatronicsmechanicselectronics+在工業(yè)產(chǎn)品和過程的設(shè)計與制造中，機械工程與電子和智能計算機控制的協(xié)同集成。第一章緒論

機電一體化技術(shù)精密機械技術(shù)傳感檢測技術(shù)伺服驅(qū)動技術(shù)自動控制技術(shù)第二章機電一體化系統(tǒng)的單元技術(shù)

四軸聯(lián)動數(shù)控雕銑機裝配圖第一節(jié)精密機械技術(shù)

1機械傳動機構(gòu)

1.1

絲杠螺母機構(gòu)

1機械傳動機構(gòu)

1.2齒輪傳動機構(gòu)

1機械傳動機構(gòu)

1.3撓性傳動機構(gòu)

1機械傳動機構(gòu)

1.3間歇傳動機構(gòu)

2機械導(dǎo)向機構(gòu)

2機械導(dǎo)向機構(gòu)

2機械導(dǎo)向機構(gòu)

3機械執(zhí)行機構(gòu)

3機械執(zhí)行機構(gòu)

3機械執(zhí)行機構(gòu)

4軸系

4軸系

5機座或機架

傳感器是能夠感受規(guī)定的被測量，并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用的輸出信號的器件或裝置。第二節(jié)傳感檢測技術(shù)

2.1概述第二節(jié)傳感檢測技術(shù)

2.1概述傳感器與人的感官一一對應(yīng)，相當(dāng)人眼（視覺）的光傳感器，如光敏元件、電荷耦合器件（ＣＣＤ）、圖像傳感器和光敏二極管等；相當(dāng)于人耳（聽覺）的音響傳感器，如傳聲器、壓電元件等；相當(dāng)于人皮膚（觸覺）的振動傳感器、溫度傳感器和壓力傳感器，其中振動傳感器有應(yīng)變片、半導(dǎo)體壓力傳感器等，溫度傳感器有熱敏電阻、鉑電阻、熱電偶和熱釋電傳感器等，壓力傳感器有膜片、力敏聚合物等；相當(dāng)于人舌頭（味覺）的味覺傳感器，如鉑、氧化物、離子傳感器等；相當(dāng)于人鼻（嗅覺）的嗅覺傳感器，如生物化學(xué)元件等。此外，還有檢測位移量的差動變壓器、檢測轉(zhuǎn)速的編碼器、磁性傳感器等。第二節(jié)傳感檢測技術(shù)

2.1概述第二節(jié)傳感檢測技術(shù)

2.1概述第二節(jié)傳感檢測技術(shù)

2.1概述熱敏傳感器：熱敏傳感器是將溫度轉(zhuǎn)換為電信號的裝置。

2.2傳感器的基本特性1.傳感器的靜特性傳感器的靜態(tài)特性是指當(dāng)被測量處于穩(wěn)定狀態(tài)下，傳感器的輸入與輸出值之間的關(guān)系。傳感器靜態(tài)特性的主要技術(shù)指標(biāo)有：線性度、靈敏度、遲滯和重復(fù)性等。(1)線性度傳感器的線性度是指傳感器實際輸出—輸入特性曲線與理論直線之間的最大偏差與輸出滿度值之比，即(2)靈敏度傳感器的靈敏度是指傳感器在穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)條件下，輸出量的變化量與輸入量的變化量之比，即(3)遲滯傳感器在正（輸入量增大）反（輸入量減?。┬谐讨?，輸出——輸入特性曲線不重合的程度稱為遲滯，遲滯誤差一般以滿量程輸出的百分數(shù)表示

2.2傳感器的基本特性2.2傳感器的基本特性(4)重復(fù)性傳感器在同一條件下，被測輸入量按同一方向作全量程連續(xù)多次重復(fù)測量時，所得輸出--輸入曲線的不一致程度，稱重復(fù)性。重復(fù)性誤差用滿量程輸出的百分數(shù)表示，即近似計算精確計算（5）分辨力傳感器能檢測到的最小輸入增量稱分辨力，在輸入零點附近的分辨力稱為閾值。（6）零漂傳感器在零輸入狀態(tài)下，輸出值的變化稱為零漂，零漂可用相對誤差表示，也可用絕對誤差表示。2.2傳感器的基本特性2.傳感器的動態(tài)特性傳感器能測量動態(tài)信號的能力用動態(tài)特性表示。動態(tài)特性是指傳感器測量動態(tài)信號時，輸出對輸入的響應(yīng)特性。傳感器動態(tài)特性的性能指標(biāo)可以通過時域、頻域以及試驗分析的方法確定，其動態(tài)特性參數(shù)如：最大超調(diào)量、上升時間、調(diào)整時間、頻率響應(yīng)范圍、臨界頻率等。

2.2傳感器的基本特性2.3常用傳感器一、電阻式傳感器（

resistancetypetransducer）把位移、力、壓力、加速度、扭矩等非電物理量轉(zhuǎn)換為電阻值變化的傳感器。它主要包括電阻應(yīng)變式傳感器、電位器式傳感器等。電阻式傳感器與相應(yīng)的測量電路組成的測力、測壓、稱重、測位移、加速度、扭矩等測量儀表。（一）變阻器式傳感器變阻器式傳感器也稱電位器式傳感器，其工作原理是將物體的位移轉(zhuǎn)換為電阻的變化。

2.3常用傳感器a)直線位移型b)角位移型c)非線性型又稱函數(shù)電位器。是其輸出電阻與電刷位移之間具有非線性函數(shù)關(guān)系的一種電位器，即它可以實現(xiàn)指數(shù)函數(shù)、三角函數(shù)、對數(shù)函數(shù)等各種特定函數(shù)，也可以是其它任意函數(shù)。非線性電位器可以應(yīng)用于測量控制系統(tǒng)、解算裝置等。2.3常用傳感器負載電阻為

，，電位器長度為l，總電阻為Ｒ，電刷位移為x，相應(yīng)的電阻為

Rx，電源電壓為U，輸出電壓為U0為:

當(dāng)時2.3常用傳感器優(yōu)點：①結(jié)構(gòu)簡單、尺寸小、重量輕、價格低廉且性能穩(wěn)定；②受環(huán)境因素(如溫度、濕度、電磁場干擾等)影響?。虎劭梢詫崿F(xiàn)輸出—輸入間任意函數(shù)關(guān)系；④輸出信號大，一般不需放大。缺點：①因為存在電刷與線圈或電阻膜之間摩擦，因此需要較大的輸入能量；②由于磨損不僅影響使用壽命和降低可靠性，而且會降低測量精度，所以分辨力較低；③動態(tài)響應(yīng)較差，適合于測量變化較緩慢的量。2.3常用傳感器（二）電阻應(yīng)變式傳感器

以應(yīng)變片為傳感元件的傳感器。體積小，結(jié)構(gòu)簡單，動態(tài)響應(yīng)快，測量精度高，壽命長，性能穩(wěn)定可靠，可用于測量應(yīng)變、力、位移、加速度、扭矩等參數(shù)。①

直接用來測定結(jié)構(gòu)的應(yīng)變或應(yīng)力。②

將應(yīng)變片貼于彈性元件上，作為測量力、位移、壓力、加速度等物理參量的傳感器。2.3常用傳感器（二）電阻應(yīng)變式傳感器——縱向應(yīng)變

——橫向應(yīng)變

——泊松比優(yōu)點:結(jié)構(gòu)簡單,性能穩(wěn)定,價格低。缺點:精度不高,靈敏度低。1金屬電阻應(yīng)變片2.3常用傳感器（二）電阻應(yīng)變式傳感器

2半導(dǎo)體應(yīng)變片工作原理：半導(dǎo)體材料壓阻效應(yīng)。壓阻效應(yīng)：單晶片材料在沿某一軸向受到外力作用時，其電阻率

發(fā)生變化的現(xiàn)象。比金屬絲的靈敏度大50~70倍。優(yōu)點：靈敏度高。缺點：溫度穩(wěn)定性能差，靈敏度分散度大，以及在較大應(yīng)變作用下，非線性誤差大等。2.3常用傳感器（三）壓阻式傳感器

半導(dǎo)體材料受到應(yīng)力作用時，其電阻率會發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為壓阻效應(yīng)。實際上，任何材料都不同程度地呈現(xiàn)壓阻效應(yīng)，但半導(dǎo)體材料的這種效應(yīng)特別強。壓阻式傳感器的優(yōu)點是:靈敏度非常高，有時傳感器的輸出不需放大可直接用于測量；分辨率高，例如測量壓力時可測出10～20Pa的微壓；測量元件的有效面積可做得很小，故頻率響應(yīng)高；可測量低頻加速度和直線加速度。最大的缺點是溫度誤差大，故需溫度補償或恒溫條件下使用。2.3常用傳感器二、電容式傳感器（

capacitivetypetransducer）把被測的機械量，如位移、壓力等轉(zhuǎn)換為電容量變化的傳感器。它的敏感部分就是具有可變參數(shù)的電容器。其最常用的形式是由兩個平行電極組成、極間以空氣為介質(zhì)的電容器。以最簡單的平行極板電容器為例說明其工作原理。在忽略邊緣效應(yīng)的情況下，平板電容器的電容量為壓力、液位、振動、位移、速度、加速度2.3常用傳感器根據(jù)電容器參數(shù)變化的特性，電容式傳感器可分為極距變化型、面積變化型和介質(zhì)變化型三種，其中極距變化型和面積變化型應(yīng)用較廣。1極距變化型優(yōu)點：可進行非接觸測量缺點：①

靈敏度與成反比，極距越小，靈敏度越高②

存在非線性誤差，測量范圍?、?/p>

配合使用的電子線路復(fù)雜2.3常用傳感器根據(jù)電容器參數(shù)變化的特性，電容式傳感器可分為極距變化型、面積變化型和介質(zhì)變化型三種，其中極距變化型和面積變化型應(yīng)用較廣。2面積變化型優(yōu)點：靈敏度為線性，測量范圍大?？捎糜跍y量大的角位移或線位移，差動式比單邊結(jié)構(gòu)的靈敏度高一倍。a)角位移型b)平面線位移型c)圓柱體線位移型2.3常用傳感器根據(jù)電容器參數(shù)變化的特性，電容式傳感器可分為極距變化型、面積變化型和介質(zhì)變化型三種，其中極距變化型和面積變化型應(yīng)用較廣。3介質(zhì)變化型利用介質(zhì)介電常數(shù)變化將被測量轉(zhuǎn)化為電容量的傳感器。常用測量材料的厚度、液位等。2.3常用傳感器三、電感式傳感器（

inductancetypetransducer

）電感式傳感器是利用電磁感應(yīng)把被測的物理量如位移，壓力，流量，振動等轉(zhuǎn)換成線圈的自感系數(shù)和互感系數(shù)的變化，再由電路轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化量輸出，實現(xiàn)非電量到電量的轉(zhuǎn)換。力、張力、壓力、壓差、加速度、振動、應(yīng)變、流量、厚度、液位、比重、轉(zhuǎn)矩等

2.3常用傳感器1自感型1）可變磁阻式電感傳感器可變磁阻式傳感器的結(jié)構(gòu)原理如圖所示，它由線圈、鐵芯及銜鐵組成。2.3常用傳感器1自感型1）可變磁阻式電感傳感器可變磁阻式傳感器的結(jié)構(gòu)原理如圖所示，它由線圈、鐵芯及銜鐵組成。靈敏度S與氣隙長度的平方成反比，δ愈小，靈敏度愈高。由于S不是常數(shù)，故會出現(xiàn)非線性誤差，為了減小這一誤差，通常規(guī)定δ在較小的范圍內(nèi)工作。。故靈敏度S趨于定值，即輸出與輸入近似成線性關(guān)系。這種傳感器適用于較小位移的測量，一般約為0.001～1mm。2.3常用傳感器1自感型2）渦電流式利用金屬體在交變磁場中的渦電流效應(yīng)。分析表明：由于渦流磁場的作用使原線圈的等效阻抗Z發(fā)生變化。Z的變化與δ、金屬板的電阻率ρ、磁導(dǎo)率μ以及線圈激磁圓頻率ω等有關(guān)。改變其中某一因素，即可達到不同的變換目的。例：變化δ，可作為位移，振動測量。變化ρ或μ，可作為材質(zhì)鑒別或探傷等。2.3常用傳感器1自感型2）渦電流式2.3常用傳感器2互感式傳感器——差動變壓器式電傳感器原理：利用電磁感應(yīng)中的互感現(xiàn)象，將被測位移轉(zhuǎn)化成線圈互感的變化。2.3常用傳感器2互感式傳感器——差動變壓器式電傳感器原理：利用電磁感應(yīng)中的互感現(xiàn)象，將被測位移轉(zhuǎn)化成線圈互感的變化。

差動變壓器傳感器工作原理a）、b）工作原理c）輸出特性由一個線圈中的電流發(fā)生變化而使其它線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的現(xiàn)象叫互感現(xiàn)象。階段步驟方法主要指導(dǎo)理論產(chǎn)品規(guī)劃設(shè)計方法預(yù)測技術(shù)設(shè)計方法學(xué)技術(shù)預(yù)測理論市場學(xué)信息學(xué)機械產(chǎn)品設(shè)計一般進程信息集約可行性報告、設(shè)計要求項目表產(chǎn)品設(shè)計任務(wù)預(yù)測調(diào)研可行性分析明確任務(wù)要求階段步驟方法主要指導(dǎo)理論原理方案設(shè)計系統(tǒng)化設(shè)計法創(chuàng)造技法評價決策方法系統(tǒng)工程學(xué)形態(tài)學(xué)創(chuàng)造學(xué)思維心理學(xué)決策論模糊數(shù)學(xué)總功能分析原理參數(shù)表、方案原理圖功能分解功能載體組合功能原理方案(多個)功能元求解原理試驗評價決策最優(yōu)原理方案階段步驟方法主要指導(dǎo)理論技術(shù)設(shè)計價值設(shè)計優(yōu)化設(shè)計可靠性設(shè)計宜人性設(shè)計產(chǎn)品造型設(shè)計系列化設(shè)計機械性能設(shè)計工藝性設(shè)計自動化設(shè)計價值工程學(xué)最優(yōu)化方法、工程遺傳算法可靠性理論與實驗人機工程學(xué)工業(yè)美學(xué)模塊化設(shè)計、相似理論有限元法、動態(tài)設(shè)計、摩擦學(xué)設(shè)計、高等機構(gòu)學(xué)機械設(shè)計的工藝基礎(chǔ)控制理論、智能工程、人工神經(jīng)元計算方法、專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案(多個)結(jié)構(gòu)價值分析試驗?zāi)Ｐ驮囼灴傮w設(shè)計結(jié)構(gòu)設(shè)計造型設(shè)計造型價值分析外觀方案(多個)評價決策評價決策最優(yōu)結(jié)構(gòu)方案最優(yōu)造型方案最優(yōu)技術(shù)設(shè)計方案總體布置圖、裝配草圖、技術(shù)文件總體效果圖、外觀效果模型階段步驟方法主要指導(dǎo)理論工藝設(shè)計各種制造、裝配、造型、裝飾、檢驗等方法各種工藝學(xué)批量生產(chǎn)計算機輔助制造銷售反饋控制法零件工作圖外觀件加工工藝、面飾工藝規(guī)程部件裝配圖效果圖、檢驗標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)文件造型工藝文件試制修改批量生產(chǎn)技術(shù)服務(wù)用戶訪問

二、機械總體方案設(shè)計的目的和內(nèi)容

目的產(chǎn)品功能是否齊全、性能是否優(yōu)良、經(jīng)濟效益是否顯著，在很大程度上取決于總體方案設(shè)計的構(gòu)思和方案擬定時的設(shè)計思想。

內(nèi)容

執(zhí)行系統(tǒng)的方案設(shè)計執(zhí)行系統(tǒng)方案評價與決策執(zhí)行系統(tǒng)協(xié)調(diào)設(shè)計執(zhí)行機構(gòu)型式設(shè)計運動規(guī)律設(shè)計系統(tǒng)功能原理設(shè)計機構(gòu)尺度設(shè)計運動和動力分析原動機類型的選擇和傳動系統(tǒng)的方案設(shè)計各級傳動比的分配傳動鏈中機構(gòu)順序的安排傳動路線選擇傳動類型選擇控制系統(tǒng)的方案設(shè)計其它輔助系統(tǒng)的設(shè)計照明系統(tǒng)設(shè)計安全保障系統(tǒng)設(shè)計故障檢測系統(tǒng)設(shè)計冷卻系統(tǒng)設(shè)計潤滑系統(tǒng)設(shè)計第二節(jié)機械執(zhí)行系統(tǒng)運動方案設(shè)計

重要性執(zhí)行系統(tǒng)是機械系統(tǒng)中的重要組成部分，直接完成機械系統(tǒng)預(yù)期工作任務(wù)。機械執(zhí)行系統(tǒng)的方案設(shè)計是機械系統(tǒng)總體方案設(shè)計的核心，是整個機械設(shè)計工作的基礎(chǔ)。機械執(zhí)行系統(tǒng)的組成

由一個或多個執(zhí)行機構(gòu)組成。執(zhí)行構(gòu)件是執(zhí)行機構(gòu)的輸出構(gòu)件，其數(shù)量及運動形式、運動規(guī)律和傳動特性等要求，決定了整個執(zhí)行系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方案。

一、機械執(zhí)行系統(tǒng)運動方案設(shè)計的主要內(nèi)容和過程

功能原理設(shè)計根據(jù)需要制定機械的總功能，擬定實現(xiàn)總功能的工作原理和技術(shù)手段，確定機械所要實現(xiàn)的工藝動作運動規(guī)律設(shè)計通過對工作原理所提出的工藝動作進行分解，決定采用何種運動規(guī)律來實現(xiàn)工作原理執(zhí)行機構(gòu)型式設(shè)計決定選擇何種機構(gòu)實現(xiàn)給定的運動規(guī)律執(zhí)行系統(tǒng)協(xié)調(diào)設(shè)計執(zhí)行機構(gòu)型式設(shè)計根據(jù)工藝過程對各動作的要求，分析各執(zhí)行機構(gòu)應(yīng)當(dāng)如何協(xié)調(diào)配合，設(shè)計出機械運動循環(huán)圖確定各執(zhí)行機構(gòu)的運動尺寸，繪制出各執(zhí)行機構(gòu)的運動簡圖運動和動力分析檢驗執(zhí)行系統(tǒng)是否滿足運動要求和動力性能方面的要求方案評價與決策對方案進行定性評價和定量評價并從中選出最佳設(shè)計方案

二、執(zhí)行系統(tǒng)的功能原理設(shè)計

1.功能原理的選擇與構(gòu)思產(chǎn)品的功能產(chǎn)品的用途、性能、使用價值等，根據(jù)人們生產(chǎn)或生活需要提出。確定功能指標(biāo)的考慮因素先進性可行性經(jīng)濟性功能原理設(shè)計的重要性決定產(chǎn)品的技術(shù)水平、工作質(zhì)量、傳動方案、結(jié)構(gòu)型式、制造成本等。

功能原理設(shè)計的多方案性

工作原理不同，運動方案也不同齒輪加工剃齒范成原理仿形原理

工作原理相同，運動方案不同齒輪加工插齒滾齒

三、執(zhí)行系統(tǒng)的運動規(guī)律設(shè)計

1.工藝動作分解和運動方案選擇刀具作復(fù)合運動刀具與工作臺分別運動

運動規(guī)律設(shè)計通常是對工藝方法和工藝動作進行分析，把其分解成若干個基本動作。工藝動作分解的方法不同，所形成的運動方案也不同。立式鉆床工藝動作分解直線運動曲線運動復(fù)合運動往復(fù)擺動執(zhí)行構(gòu)件運動形式回轉(zhuǎn)運動每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)rpm由兩個以上單一運動合成間歇轉(zhuǎn)動停歇往復(fù)直線運動停歇單向直線運動沿可變曲線運動連續(xù)轉(zhuǎn)動沿固定曲線運動往復(fù)直線運動每分鐘轉(zhuǎn)位次數(shù)、轉(zhuǎn)角大小、運動系數(shù)每分鐘擺動次數(shù)、轉(zhuǎn)角大小、行程速度變化系數(shù)每分鐘行程數(shù)、大小、行程速度變化系數(shù)每次進給量的大小每循環(huán)停歇次數(shù)、位置、時間、行程大小和工作速度

四、執(zhí)行機構(gòu)的型式設(shè)計

1.

設(shè)計原則●滿足執(zhí)行構(gòu)件的工藝動作和運動要求●盡量簡化和縮短運動鏈●盡量減小機構(gòu)尺寸●選擇合適的運動副形式

●考慮動力源的形式●使執(zhí)行系統(tǒng)具有良好的傳力和動力特性●使機械具有調(diào)節(jié)某些運動參數(shù)的能力●保證機械的安全運轉(zhuǎn)

2.

機構(gòu)的選型

目的選擇或創(chuàng)造出滿足執(zhí)行構(gòu)件運動和動力要求的機構(gòu)。⑴傳遞連續(xù)轉(zhuǎn)動的機構(gòu)嚙合傳動機構(gòu)

連