机电一体化系统执行元件的选择与设计.
机电一体化机械系统的设计
浅谈机电一体化机械系统的设计摘要：机电一体化是在微电子技术向机械工业领域渗透过程中逐渐形成并发展起来的一门独立的综合性交叉学科,是多种技术向“机械母体”不断渗透的结果;机械系统是机电一体化的重要组成部分,是实现机电一体化产品功能的最基本的部件,机械系统的发展和进步推动和促进了机电一体化的发展。
在机电一体化日益发展的今天,探讨机电一体化机械系统设计的思路和对策,有着重要的现实意义。
关键词：机电一体化；机械系统；设计中图分类号：th-39文献标识码：a文章编号：引言：随着科技的发展,尤其是:电子技术、信息技术的发展,使得传统的机械系统的设计受到了极大的冲击。
现在,越来越多的机电‘一体化产品在机械系统中发挥着重要的作用。
面对信息时代冲击,客观要求工程技术人员改变传统的设计思维理念,在传统的机械系统设计的基础上,结合电子技术、信息技术,设计出更多更好的机电一体化产品。
1.机电一体化机械系统的设计特点传统的机械系统和机电一体化机械系统的主要功能都是完成一系列的机械运动,但由于它们的组成不同,导致它们实现运动的方式也不同。
传统机械系统一般是由动力件、传动件、执行件3部分加上电器、液压和机械控制等部分组成,而机电一体化中的机械系统应该是“由计算机信息网络协调与控制的,用于完成包括机械力、运动和能量流等动力学任务的机械和(或)机电部件相互联系的系统”。
其核心是由计算机控制的,包括机、电、液、光、磁等技术的伺服系统。
由此可见,机电一体化中的机械系统,已经成为机电一体化伺服系统中的一个重要组成部分,它不再仅仅是转速和转矩的变换器,还需使伺服电机和负载之间的转速与转矩得到匹配,也就是在满足伺服系统高精度、高响应速度、良好稳定性的前提下,还应该具有较大的刚度、较高的可靠性和重量轻、体积小、寿命长等特点。
机电一体化机械系统设计与传统的机械系统设计一样有传动设计和结构设计部分,只是由于机电一体化的特征决定了在机械系统设计过程中有它自身的特点,下面就从传动设计和结构设计两方面进行叙述。
机电一体化系统设计
一．电气控制系统与电气控制系统图电器与电气的区别？电气就是以电能、电器设备和电气技术为研究内容，是一门技术，也指相应的系统。
电器泛指所有用电的器具。
一方面指用于对电路进行接通、分断，对电路参数进行变换，以实现对电路或用电设备的控制、调节、切换、检测和保护等作用的电工装置、设备和元件，另一方面也指具体的产品，如家用电器。
机电一体化生产机械的运动需要执行元件（电动机）的拖动，但执行元件（电动机）的启动、调速、正反转、制动等需要一定的电器装置进行电气控制。
电气控制系统：实际的生产机械系统用继电器、接触器、按钮、行程开关等电器元件，按一定的接线方式组织而成的系统。
电气控制系统的主要元件都安装在电控柜内。
电气控制系统图：指根据国家电气制图标准，用规定的电气符号、图线来表示系统中各电气设备、装置、元器件的连接关系的电气工程图。
电气控制系统图包括：1）电气原理图2）电器安装图3）电气接线图1 电气原理图：用图形符号（～）和文字符号（KM）表示电路各个电器元件连接关系和工作原理的图，而不考虑各电器元件实际安装的位置和实际连线情况。
便于阅读和设计较复杂的控制电路。
它是生产机械电气设备设计的基本和重要的技术资料。
电气原理图绘制原则1）电气原理图应按主电路、控制电路、照明电路、信号电路分开绘制。
电源电路用水平线画出，电源相序自上而下排列，中性线（N）和保护接地线（PE）放在相线之下。
2）主电路用粗线条垂直画在左边；控制电路用细线条垂直画在右边。
3）电器元件，采用国家标准规定的图形符号和文字符号表示。
耗电元件（如继电器的线圈，电磁铁，信号灯等）直接与下方水平线连接。
4）需要测试和拆、接外部引线的端子，应用图形符号“空心圆”表示。
电路的连接点用“实心圆”表示。
5）将图分成若干图区，上方为该区电路的用途和作用，下方为图区号。
6）同一电器元件的各部件可不画在一起，但文字符号要相同。
若有多个同一种类的电器元件，可在文字符号后加上数字符号来区别，如KM1、KM2等。
机电一体化系统设计
1. 机电一体化技术（或产品）的定义定义：在机械的主功能，动力功能，信息功能，控制功能基础上引入微电子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机的结合所构成的系统的总称。
2. 机电一体化系统或产品设计的目的是什么？主要目的：增加机械系统或产品的附加值和自动化程度3. 机电一体化系统（产品）的主要构成单元或组成部分有哪些？机械系统，电子信息处理系统，动力系统，传感系统，执行控制系统4、简述机电一体化系统或产品的机电结合（融合）设计方法。
机电结合设计方法是将个组成要素有机的结合为一体而构成专用或通用的功能部件，其要素之间机电参数的有机匹配比较充分5、简述机电一体化系统（产品）的机电组合设计方法，特点是什么？。
机电一体化系统的机电组合设计方法是将用结合法制成的功能部件，功能模块，像积木那样组合成各种机电一体化系统，特点是可以缩短设计与研制周期，节约工装设备费用，且有利于生产管理，使用和维修。
6. 机械传动系统在机电一体化系统（产品）中的基本功能和作用是什么？机械传动系统在机电一体化系统中的基本功能是传递力/转矩和速度/转速。
实质上是一种转矩，转速变换器。
作用是使执行原件与负载之间在转矩和转速方面达到合理的匹配。
7. 简答机电一体化机械传动的主要功能，目的，基本要求。
功能：传递力/转矩和速度/转速目的：使执行元件与负载之间在转矩和转速方面达到合理的匹配。
基固本要求：转动间隙小，精度高，体积小，重量轻，运动平稳，传动转矩大。
8. 机电一体化系统（产品）的机械部分与一般机械系统相比，应具备哪些特殊要求？1.较高的定位精度。
2.良好的动态响应特性－响应快，稳定性好，收敛时间合理。
3。
无间隙，低摩擦，低惯量，大刚度。
4。
高的消振频率，合理的阻尼比。
9. 简述滚珠丝杠传动装置的组成，结构和应用特点。
滚珠丝杠传动装置的组成由带螺旋槽的丝杆，螺母，滚动元件，回珠装置组成。
结构：丝杆轻动时，带动滚珠螺纹滚道滚动，为阻止滚珠从滚道端面掉出，在螺母的螺旋槽两端没有滚珠回程引导装置构成滚珠的循环返回通道，从而形成滚珠滚动的闭合通路。
机电一体化系统设计教学大纲 张建民版 第四版
《机电一体化系统设计》教学大纲一、课程名称1、中文名称：机电一体化系统设计2、英文名称：Mechatronics System Design二、学时总学时：90学时，其中，理论学时：72学时，实践学时：18学时学分：4学分三、开课学期第7学期四、课程考核要求考查，平时成绩占总成绩的30％，实验成绩占总成绩的20％，考试成绩占总成绩的50％。
五、课程概述本课程是机械电子工程专业的专业必修课。
本课程从系统的观点出发，利用机械技术和电子技术，通过机电有机结合构造最佳的机电系统。
课程性质：机械电子工程专业必修课。
六、适用专业机械电子工程、机械制造及其自动化等。
先行、后续课程情况：先行课：机械原理，机械设计，电工学，数字电子技术，模拟电子技术，控制工程基础，微机原理，电气控制技术，数控技术；后续课：无。
七、课程的目的与任务1、课程目的本课程是机械电子工程专业的专业必修课，通过本课程的学习，使学生建立机电产品的一体化设计思想，把电子技术、传感器技术，自动控制技术、计算机技术和机械技术有机地结合起来，了解各项技术之间的接口关系，能运用所学知识对机电一体化产品进行分析或设计，使学生具备解决生产过程中机电设备的运行、管理、维护和改造等实际问题的初步能力。
培养学生综合运用所学基础理论和专业知识进行创新设计的能力。
2、课程的基本要求1）学习机电一体化基本概念，理解机电一体化系统中各结构要素在系统中的作用和相互关系，初步建立机电产品的系统化设计思想。
2）了解机电一体化系统中常用传感器、传动机构、动力驱动装置和计算机控制系统种类和特点。
3）熟悉机电一体化产品的设计方法和工程路线，能够针对具体的机电一体化产品确定产品开发技术路线。
4）掌握机电一体化系统中机械、传感检测、动力、控制等基本结构要素的技术特点，掌握典型装置的技术原理和使用方法。
5）了解典型机电一体化产品的构成、特点和设计方法，学会设计简单的机电一体化产品。
3、课程教学内容第1章概述（6学时）1．基本要求：了解典型机电一体化产品的构成、特点和设计方法，学会设计简单的机电一体化产品。
机电一体化系统设计教案2
（3）滚珠丝杠副的典型结构类型 主要按螺纹滚道截面形状、滚珠的 循环方式、消除轴向间隙的调整与预 紧方式三种形式进行分类。 1）按螺纹滚道截面形状分类： 分单圆弧型和双圆弧型两类。
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a) 单圆弧型滚道
b) 双圆弧型滚道
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单圆弧滚道和双圆弧滚道的结构特点
单圆弧滚道：结构简单， 传递精度由加工质量保证， 轴向间隙小，无轴向间隙 调整和预紧能力，加工困 难，加工精度要求高，成 本高，一般在轻载条件下 工作。 双圆弧滚道：结构简单， 存在轴向间隙，加工质量 易于保证，在使用双螺母 结构的条件下，具有轴向 间隙调整和预紧能力，传 递精度高。
工 厚 励德 志达 勤理
机电一体化机械系统的特殊要求
机电一体化的机械系统与一般机械系统 相比，具有一定的特殊要求：
（1）较高的定位精度。
工 厚 励德 志达 勤理
（2）良好的动态响应特性。
——响应快、稳定性好。 （3）无间隙、低摩擦、低惯量、大刚度。 （4）高的谐振频率、合理的阻尼比。 这表明了机械系统部件选择与设计时的特 点和要求。
非接触盘式电磁离合器/制动器
工 厚 励德 志达 勤理
非接触式导轨式电磁制动器
工 厚 励德 志达 勤理
（5）滚珠丝杠副的润滑与密封 润滑：主要有脂润滑和滴油润滑。 密封：接触式密封（动或静密封） 和非接触式密封（迷宫式密封）。 防尘与防护：折叠式防尘套、伸缩 式防尘套、伸缩挡板防尘装置等。
工 厚 励德 志达 勤理
双圆弧螺纹滚道的双螺母丝杠副
——主要用于重载，以传递动力和运动 为主，对传递动力和运动的平稳性有较 高的要求，传递精度高、丝杠刚度大防 尘效果好的高精度机器设备上。
预拉方向 调整垫片 螺母A 螺母B 预拉方向
机电一体化
组成要素与四大原则1.五大组成要素一个机电一体化系统中一般由结构组成要素、动力组成要素、运动组成要素、感知组成要素、职能组成要素五大组成要素有机结合而成。
机械本体（结构组成要素）是系统的所有功能要素的机械支持结构，一般包括有机身、框架、支撑、联接等。
动力驱动部分（动力组成要素）依据系统控制要求，为系统提供能量和动力以使系统正常运行。
测试传感部分（感知组成要素）对系统的运行机电一体化所需要的本身和外部环境的各种参数和状态进行检测，并变成可识别的信号，传输给信息处理单元，经过分析、处理后产生相应的控制信息。
控制及信息处理部分（职能组成要素）将来之测试传感部分的信息及外部直接输入的指令进行集中、存储、分析、加工处理后，按照信息处理结果和规定的程序与节奏发出相应的指令，控制整个系统有目的的运行。
执行机构（运动组成要素）<BR>根据控制及信息处理部分发出的指令，完成规定的动作和功能。
机电一体化系统一般由机械本体、检测传感部分、电子控制单元、执行器和动力源5个组成部分构成。
2.四大原则构成机电一体化系统的五大组成要素其内部及相互之间都必须遵循结构耦合、运动传递、信息控制与能量转换四大原则。
接口耦合：两个需要进行信息交换和传递的环节之间，由于信息模式不同（数字量与模拟量，串行码与并行码，连续脉冲与序列脉冲等）无法直接传递和交换，必须通过接口耦合来实现。
而两个信号强弱相差悬殊的环节之间，也必须通过接口耦合后，才能匹配。
变换放大后的信号要在两个环节之间可靠、快速、准确的交换、传递，必须遵循一致的时序、信号格式和逻辑规范才行，因此接口耦合时就必须具有保证信息的逻辑控制功能，使信息按规定的模式进行交换与传递。
能量转换：两个需要进行传输和交换的环节之间，由于模式不同而无法直接进行能量的转换和交流，必须进行能量的转换，能量的转换包括执行器，驱动器和他们的不同类型能量的最优转换方法及原理。
信息控制：在系统中，所谓智能组成要素的系统控制单元，在软、硬件的保证下，完成信息的采集、传输、储存、分析、运算、判断、决策，以达到信息控制的目的。
机电一体化系统设计指南
机电一体化系统设计指南第一章总论 (2)1.1 机电一体化系统概述 (2)1.2 设计原则与目标 (2)第二章系统需求分析 (3)2.1 功能需求分析 (3)2.2 功能需求分析 (4)2.3 可靠性需求分析 (4)2.4 安全与环保需求分析 (4)第三章系统方案设计 (4)3.1 总体方案设计 (4)3.2 功能模块划分 (5)3.3 系统架构设计 (6)第四章机械系统设计 (6)4.1 机械结构设计 (6)4.2 传动系统设计 (7)4.3 支撑与固定设计 (7)第五章电气系统设计 (7)5.1 电气原理设计 (7)5.2 电气布线设计 (8)5.3 控制系统设计 (8)第六章控制算法与软件设计 (9)6.1 控制算法选择 (9)6.2 软件架构设计 (9)6.3 程序设计与调试 (10)第七章传感器与执行器选型 (11)7.1 传感器选型 (11)7.2 执行器选型 (11)7.3 传感器与执行器接口设计 (12)第八章信号处理与通信 (12)8.1 信号处理技术 (12)8.2 通信协议设计 (13)8.3 网络架构设计 (13)第九章系统集成与调试 (14)9.1 系统集成 (14)9.1.1 确定系统集成目标 (14)9.1.2 系统组件选型 (14)9.1.3 系统架构设计 (14)9.1.4 系统集成实施 (14)9.1.5 系统集成测试 (14)9.2 调试与测试 (15)9.2.1 调试策略 (15)9.2.2 功能调试 (15)9.2.3 功能调试 (15)9.2.4 稳定性调试 (15)9.2.5 测试方法 (15)9.3 故障分析与处理 (15)9.3.1 故障现象描述 (15)9.3.2 故障原因分析 (15)9.3.3 故障定位 (15)9.3.4 故障处理 (15)9.3.5 故障预防 (16)第十章产业化与维护 (16)10.1 产业化流程 (16)10.2 维护与保养 (16)10.3 用户手册编写 (17)10.4 技术支持与服务 (17)第一章总论1.1 机电一体化系统概述机电一体化系统是一种将机械、电子、控制、计算机等技术相互融合，实现设备或系统的高效、智能、自动化运行的技术体系。
机电一体化系统设计研究
机电一体化系统设计研究摘要：机电一体化系统的主要功能仍然是完成特定的工艺操作要求，所以执行机构是完成主要功能的主体，而信息检测和信息处理完成主要功能。
因此，虽然执行器运动方案设计仍然是该过程模型的核心，但也必须充分考虑信息检测和信息处理。
基于上述原因，机电一体化系统的概念设计过程模型被判断为与机械运动系统的常规概念设计过程模型相似，但同时，电子技术与计算机技术的融合不可避免地会出现差异。
关键词：机电一体化；系统概念设计；基本原理介绍机电一体化系统广泛集成了机械、微电子、自动控制、信息、传感测试、电力电子、接口、信号转换和软件编程等技术。
将这些技术有机地结合在一起，是当今全球机械行业技术和产品发展的趋势。
机电一体化技术并不是当今最新的尖端技术，而是微电子技术与精密机械技术的结合，实现系统整体优化，属于综合技术应用范畴。
它是对多学科合作与共存的彻底追求的体现。
一、机电一体化发展背景一般来说，机电一体化技术的发展可分为三个阶段。
1960年以前的时期可以说是第一个时期。
在机电一体化发展初期，由于当时电子、机械技术水平不成熟，利用机电一体化技术开发的产品并未广泛普及。
然而，人们开始有意无意地使用简单的电子技术来提高产品的机械性能。
特别是在战争时期，由于电子技术与机械产品的完美结合，这项军事技术发挥了重要作用。
战后，这项技术从军事用途转向民用，刺激了战后经济的快速发展。
第二个发展阶段是1970年至1980年。
在这一发展时期，机电一体化技术不仅得到了通信、计算机和控制技术提供的技术基础，而且受益于微型计算机和大规模集成技术的快速发展，电路和机电一体化也获得了充足的物质基础。
1990年以来，机电一体化技术迈向智能化新阶段。
在这个深入发展的阶段，人工智能技术、光纤技术、神经网络技术等多项技术迅速发展，开辟了机电一体化技术发展的新天地。
二、机电一体化系统设计1.机电一体化系统配置机电一体化系统的构成由5部分组成：机械系统（机构）、电子信息处理系统（电子计算机）、动力系统（动力源）、传感检测系统（传感器）、执行元件系统（电动机等）。