机电一体化考研总复习教材.docx
- 文档编号:8638476
- 上传时间:2023-02-01
- 格式:DOCX
- 页数:12
- 大小:30.23KB
机电一体化考研总复习教材.docx
《机电一体化考研总复习教材.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《机电一体化考研总复习教材.docx(12页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
机电一体化考研总复习教材
机电一体化西南大学工程技术学院
第1章章概论机电一体化本章要求:
本章要求:
掌握:
机电一体化系统的构成要素及功能构成、掌握:
机电一体化系统的构成要素及功能构成、构成要素的相互联接、设计流程、评价、要素的相互联接、设计流程、评价、机电一体化系统设计的考虑方法及设计类型等。
化系统设计的考虑方法及设计类型等。
了解:
机电一体化工程与系统工程、机电一体化系统了解:
机电一体化工程与系统工程、设计与现代设计方法的关系和基本概念。
设计与现代设计方法的关系和基本概念。
第2章机电一体化一、机电一体化系统的功能构成三大目的功能:
三大目的功能:
1.变换(加工、处理)功能2.传递(移动、输送)功能3.储存(保持、积蓄、记录)功能工业三大要素:
工业三大要素:
物质能量信息
第3章机电一体化动力计测控制构造动力源检测元件控制器机械本体图b机电一体化产品五大要素与功能执行机构操作机械本体动力源控制与信息处理装置检测与传感装置执行机构五要素
第4章机电一体化全闭环系统:
通过传感器直接检测目标运动并进行反馈控制的系统。
半闭环系统:
通过传感器检测某一部位运动并进行反馈、间接控制目标运动的系统。
图1.9机电一体化系统构成要素之间的相互联系
第5章机电一体化1.7机电一体化系统的设计流程1.根据目的功能确定产品规1.根据目的功能确定产品规性能指标。
格、性能指标。
2.系统功能部件、2.系统功能部件、功能要素系统功能部件的划分。
的划分。
3.接口的设计3.接口的设计4.整体评价4.整体评价5.可靠性复查5.可靠性复查6.试制与调试6.试制与调试
第6章机电一体化1.6机电一体化系统设计的考虑方法和设计类型1.6.1机电一体化系统设计的考虑方法◆机电互补(取代)法:
利用通用或专用电子部件取代传统机机电互补(取代)械产品中的复杂机械功能部件或功能子系统,以弥补其不足。
◆结合(融合)法:
是将各组成要素有机结合为一体构成专用结合(融合)或通用的功能部件,其要素之间的有机匹配比较充分。
◆组合法:
是将用结合法制成的功能部件、功能模块,像积木组合法:
那样组合成各种机电一体化系统目的:
目的:
综合运用机械技术和微电子技术各自的特长,设计最佳的机电一体化系统
第7章机电一体化1.6.2机电一体化系统的设计类型◆开发性设计开发性设计:
是没有参照产品的设计,仅仅是根据抽象的设计原理和要求,设计出在质量和性能方面满足目的要求的产品或系统。
◆适应性设计:
是在总的方案原理基本保持不变的情况下,对适应性设计:
现有产品进行局部更改,或用微电子技术代替原有的机械结构或为了进行微电子控制对机械结构进行局部适应性设计,以使产品的性能和质量增加某些附加值。
◆变异性设计:
是在设计方案和功能结构不变的情况下,仅改变异性设计:
变现有产品的规格尺寸使之适应于量的方面有所变更的要求。
第8章机电一体化机械系统子系统控制与信息处理系统动力系统传感检测系统执行元件系统主要内容1.机电一体化系统的机械系统部件的选择与设计2.机电一体化系统的执行元件的选择与设计3.机电一体化系统的微机控制系统的选择与设计4.机电一体化系统的机电有机结合分析与设计5.典型机电一体化系统
第9章第2章章机械系统部件的选择与设计
第10章机电一体化本章要求:
本章要求:
掌握:
机械传动部件的选择与设计、掌握机械传动部件的选择与设计、导向支撑部件的选择机械传动部件的选择与设计与设计、旋转支撑的选择与设计、与设计、旋转支撑的选择与设计、轴系部件的选择与设计。
与设计。
了解:
机电一体化系统的机座或机架内容。
了解机电一体化系统的机座或机架内容。
机电一体化系统的机座或机架内容应用:
针对具体系统选择和设计机械部件。
应用针对具体系统选择和设计机械部件。
针对具体系统选择和设计机械部件
第11章机电一体化2.1概述2.1.2机电一体化对机械系统的基本要求◆高精度精度决定质量,首要要求高精度:
◆快速响应:
准确完成任务快速响应◆良好的稳定性抗干扰力强良好的稳定性:
第12章机电一体化2.1概述2.1.3机电一体化机械系统的组成◆传动部件◆导向支撑部件◆旋转支撑部件◆轴系部件◆机座或机架
第13章机电一体化2.2机械传动部件的选择与设计2.2.1机械传动部件及其功能要求功能:
传递运动(速度、位移)和动力(力、力矩)增速或减速;改变运动规律或形式改变力的大小,形式传动部件实质上是执行元件和执行机构之间的一个机械接口,用于对运动和力进行变换和传递,伺服系统中执行元件以输出转速和转矩为主,而执行机构多为直线运动或旋转运动。
。
第14章机电一体化2.2机械传动部件的选择与设计2.2.2丝杠螺母机构基本传动形式主要功能:
主要功能:
将旋转运动变换为直线运动或将直线运动变换为旋转运动。
第15章机电一体化图2.1图2.1基本传动形式基本传动形式分类:
基本传动形式分类:
(根据丝杠和螺母相对运动的组合情况)●●●●螺母固定、丝杆转动并移动:
只适用于行程较小的场合螺母移动、丝杆转动:
适用于工作行程较大的场合螺母转动、丝杆移动:
应用较少螺母转动并移动、丝杆固定:
很少应用
第16章机电一体化差动传动方式:
差动传动方式:
用于各种微动机构中
第17章机电一体化滚珠的循环方式◆内循环:
内循环:
滚珠在循环过程中始终与丝杠保持接触◆外循环:
滚珠在循环过程中有时与丝杠脱离接触外循环:
滚珠在循环过程中有时与丝杠脱离接触
第18章机电一体化外循环:
多圈一个循环,外循环:
多圈一个循环,在循环过程中一部分滚珠与丝杠脱离接触内循环:
一圈一个循环,内循环:
一圈一个循环,在循环过程中滚珠与丝杠始终不脱离接触
第19章机电一体化3.滚珠丝杠副的典型结构类型(3)消除轴向间隙的调整方法消除轴向间隙的调整方法滚珠与螺母原有的间隙承载时滚珠与滚道弹性变形引起的间隙当丝杠改变转动方向时,间隙会使运动产生空回,从而影响机构的传动精度和稳定性。
通常采用双螺母预紧的方法消除间隙,提高刚度。
双螺母消除轴向间隙的三种结构形式:
三种结构形式:
三种结构形式垫片调隙式螺纹调隙式齿差调隙式轴向间隙包括两部分
第20章机电一体化1、垫片调隙式调整垫片厚度,使螺母产生轴向位移,该形式结构简单,调整垫片厚度,使螺母产生轴向位移,该形式结构简单,调整方便,应用广,但仅适用于一般精度机构。
整方便,应用广,但仅适用于一般精度机构。
2、螺纹调隙式、通过圆螺母调整,消除间隙并产生预紧力,通过圆螺母调整,消除间隙并产生预紧力,再用锁紧螺母锁紧,结构紧凑,调整方便,但调整精度较差。
锁紧,结构紧凑,调整方便,但调整精度较差。
第21章机电一体化3、齿差调隙式、两螺母的凸缘上制有圆柱外齿,两螺母的凸缘上制有圆柱外齿,齿数分别为Z1、Z2,分别与内齿轮啮合(两个内齿轮的齿数与外齿轮的齿数相同),调整时先取下内齿轮,使两两个内齿轮的齿数与外齿轮的齿数相同),调整时先取下内齿轮,),调整时先取下内齿轮螺母产生相对位移(即在同方向转过一个齿或几个齿,根据间隙大小),螺母产生相对位移(即在同方向转过一个齿或几个齿,根据间隙大小),然后将内齿轮复位固定,达到消除间隙的目的。
然后将内齿轮复位固定,达到消除间隙的目的。
产生的轴向相对位移(即消除的间隙)产生的轴向相对位移(即消除的间隙)δ为:
轴向相对位移11δ=()Zl0Z1Z2其中:
为两螺母在同一方向转过的齿数其中:
Z为两螺母在同一方向转过的齿数l0为丝杠的基本导程例:
若Z1=99,Z2=100,Z=1,l0=6mm,,则δ=0.6m该结构复杂,加工和装配工艺性差,该结构复杂,加工和装配工艺性差,但是调整的精度高,工作可靠。
是调整的精度高,工作可靠。
第22章机电一体化举例:
举例:
a.当必须有预紧或在使用过程中因磨损需要定期调整时,应当必须有预紧或在使用过程中因磨损需要定期调整时选用双螺母螺纹预紧或齿差紧式结构;选用双螺母螺纹预紧或齿差预紧式结构;b.当具备良好的防尘条件,且只需在装配时调整预紧力时b.当具备良好的防尘条件,且只需在装配时调整预紧力时,应采用结构简单的双螺母垫片调整紧式结构。
应采用结构简单的双螺母垫片调整预紧式结构。
c.当具备良好的防尘条件,且只需在装配时调整预紧力时,可当具备良好的防尘条件,且只需在装配时调整预紧力时采用结构简单的双螺母垫片调整紧式结构。
采用结构简单的双螺母垫片调整预紧式结构。
第23章机电一体化2.2机械传动部件的选择与设计2.2.4齿轮传动部件2.齿轮传动链的级数和各级传动比的选择齿轮传动链的级数和各级传动比的选择总原则:
尽量采用较大传动比的单级传动总原则多级传动时,各级传动比的分配遵循如下原则:
多级传动时,各级传动比的分配遵循如下原则原则1、重量最轻原则、小功率传动时,i的分配各级相等各级相等;各级相等大功率传动时,i的分配先大后小先大后小。
先大后小2、输出轴转角误差最小原则、传动比i的分配先小后大先小后大,并且提高末一级齿轮副的精度,使输出轴先小后大转角误差最小。
3、最小等效转动惯量原则最小等效转动惯量原则传动比i的分配先小后大级数越多等效转动惯量越小先小后大,级数越多等效转动惯量越小先小后大级数越多等效转动惯量越小,但级数太多时,结构复杂化,并且等效转动惯量降低不明显。
对数减少传动精度提高
第24章机电一体化设各级齿轮换算到末级输出轴上的总转角误差为φmaxφmax=∑φk/i(kn)k=1n式中φk—第k个齿轮所具有的转角误差i(kn)—第k个齿轮的转轴至n级输出轴的传动比则四级齿轮传动系统中各级齿轮的转角误差(φ1,φ2,…,φ…φ8)换算到末级输出轴上的总转角误差为φmaxφ1φ2+φ3φ4+φ5φ6+φ7=++++φ8ii2i3i4i3i4i4总转角误差主要取决于最末一级齿轮的转角误差和传动比的大小。
总转角误差主要取决于最末一级齿轮的转角误差和传动比的大小。
第25章机电一体化三种传动比分配原则的选择在设计齿轮传动装置时,在设计齿轮传动装置时,上述三条原则应根据具体工作条件综合考虑。
作条件综合考虑。
1)对于要求质量尽可能小的降速传动链,可按重量最轻原)对于要求质量尽可能小的降速传动链可按重量最轻原可按则设计。
设计。
2)对于要求运转平稳、启停频繁和动态性能好的降速传动)对于要求运转平稳、链,可按等效转动惯量最小原则和输出轴转角误差最小可按等效转动惯量最小原则和等效转动惯量最小原则原则设计。
原则设计。
设计3)对于传动精度要求高的降速齿轮传动链可按输出轴可按输出轴)对于传动精度要求高的降速齿轮传动链,可按转角误差最小原则设计若为增速传动,则应在开始几设计。
转角误差最小原则设计。
若为增速传动则应在开始几级就增速。
级就增速。
第26章机电一体化2.2.4齿轮传动部件3谐波齿轮传动一、谐波齿轮传动原理利用行星轮系传动原理,波发生器转动,迫使柔性齿轮产生可控制的变形波(近似谐波),并和刚轮作用引起齿间相对位移,传递运动和动传递运动和动力。
由三个基本构件组成:
波发生器柔轮波发生器、柔轮波发生器柔轮、刚轮,
第27章实质是一种新刚轮新型减速器。
型减速器谐波齿轮传动原理
第28章机电一体化设ωg、ωr和ωH分别为刚轮、柔轮和波形发生器的角速度,则ωrωHzgi==ωgωHzrHrg1)当柔轮固定柔轮固定时,ωr=0,则柔轮固定“+”刚轮与波形发生器的转向相同相同iHgzgωH==ωgzgzr2)当刚轮固定刚轮固定时,ωg=0,则刚轮固定“-”柔轮与波形发生器的转向相反-相反ωHzriHr==ωrzrzg
第29章机电一体化2.2机械传动部件的选择与设计2.2.4齿轮传动部件4.齿轮传动间隙(齿侧间隙)的调整方法齿轮传动间隙(齿侧间隙)
(1)圆柱齿轮传动)◆◆◆偏心套(轴)调整法:
结构简单,但其侧隙不能自动补偿轴向垫片调整法:
同上双片薄齿轮错齿调整法:
结构复杂,但其侧隙能自动补偿周向弹簧式:
仅适用于读数装置而不适用于功率驱动装置可调拉簧式
第30章机电一体化4.齿轮传动间隙的调整方法
(2)斜齿轮传动)◆垫片错齿调整法:
垫片错齿调整法结构简单,但调整费时,且齿侧侧隙不能自动补偿◆轴向压簧错齿调整法:
轴向压簧错齿调整法结构不紧凑,轴向尺寸大,但其侧隙可以自动补偿原理都与错齿调整法基本相同,原理都与错齿调整法基本相同,也是用两个薄片齿轮与一个宽齿轮啮合,只是在两个薄片斜齿轮的中间隔开了一小个宽齿轮啮合,只是在两个薄片斜齿轮的中间隔开了一小段距离。
段距离。
第31章机电一体化2.2机械传动部件的选择与设计2.2.5挠性传动部件适合于轴间距离大的轴之间传递回转运动适合于轴间距离大的轴之间传递回转运动轴间距离大的轴之间传递◆◆◆同步带传动:
钢带传动:
绳轮传动:
第32章机电一体化2.2机械传动部件的选择与设计2.2.6间歇传动部件功能:
功能:
将原动机的连续运动转换为间歇运动基本要求:
基本要求:
移位迅速、移位过程中运动无冲击、停位准确可靠。
◆◆◆棘轮传动机构:
槽轮传动机构:
蜗形凸轮传动机构:
第33章机电一体化2.3导向支撑部件的选择与设计2.3.1导轨副的组成、种类及其应满足的要求导轨副的组成、功用:
功用:
支撑和导向组成:
组成:
承导件和运动件
第34章机电一体化2.4旋转支承的选择与设计运动件转动时,轴线与承导件的轴线产生倾斜的程度。
与承导件的轴线产生倾斜的程度方向精度:
运动件转动时,其轴线与承导件的轴线产生倾斜的程度。
置中精度:
在任意截面上,运动件的中心与承导件中心之间产生偏移的程度。
在任意截面上,运动件的中心与承导件中心之间产生偏移的程度中心与承导件中心之间产生偏移的程度。
温度敏感性:
温度变化时,由于承导件和运动件尺寸的变化,引起支承中摩擦温度敏感性:
温度变化时,由于承导件和运动件尺寸的变化,引起支承中摩擦尺寸的变化阻力矩的增大或运动不灵活的现象。
阻力矩的增大或运动不灵活的现象。
P64结论
第35章机电一体化2.5轴系部件的选择与设计2.5.1轴系设计的基本要求轴系组成:
安装在轴上的齿轮、轴系组成:
轴及安装在轴上的齿轮、带轮等安装在轴上的齿轮带轮等传动部件,主要作用:
传递转矩及传递精确的回转运动主要作用:
传递转矩传递精确的回转运动
第36章机电一体化2.6机电一体化系统的机座或机架2.6.1机座或机架的作用及基本要求作用:
支撑作用支撑作用;承受其他零部件的重量和工作载荷作用:
1.支撑作用2.基准作用基准作用:
保证各零部件相对位置基准作用
第三章执行元件的选择与设计
机电一体化本章要求■了解:
机电一体化系统(产品)的执行元件、了解:
机电一体化系统(产品)的执行元件、常用的控制用电动机的概念和种类■掌握:
步进电动机及其驱动、直流(DC)、交流(AC)掌握:
步进电动机及其驱动、直流()、交流())、交流伺服电动机及其驱动。
伺服电动机及其驱动。
■应用:
针对具体系统选择合适的电动机。
应用:
针对具体系统选择合适的电动机。
机电一体化3.1执行元件定义:
执行元件是处于定义:
执行元件是处于机电一体化系统的机械机电一体化系统的机械运行机构与运行机构与微电子控制装置联接部位的能量转装置联接部位的换元件,换元件,能在控制装置的控制下,的控制下,将输入的各种形式的能量转换为机种形式的能量转换为机械能。
械能。
机电一体化3.1.2机电一体化系统对执行元件的基本要求◆惯量小、动力大:
快速响应性好,承载能力强惯量小、动力大◆体积小、重量轻:
易于安装及与机械系统联接体积小、重量轻◆便于维修、安装:
最好不需要维修便于维修、安装◆宜于微机控制宜于微机控制:
主流是电气式,其他需增加接口名词定义:
名词定义:
比功率——表征执行元件动力大小的综合性能指标,包含了功率,加速表征执行元件动力大小的综合性能指标,包含了功率,比功率表征执行元件动力大小的综合性能指标三个因素,其值为T性能与转速三个因素,其值为2/J比功率密度——执行元件单位重量所能达到的比功率,其值为(T2/J)/G执行元件单位重量所能达到的比功率,其值为比功率密度执行元件单位重量所能达到的比功率功率密度——执行元件单位重量所能达到的输出功率,其值为P/G执行元件单位重量所能达到的输出功率,其值为功率密度执行元件单位重量所能达到的输出功率
机电一体化3.2.3伺服电动机控制方式的基本形式
机电一体化1.开环方式:
没有检测反馈环节开环方式:
开环方式2.半闭环方式:
有检测反馈环节,通过传感器检测位于半闭环方式:
有检测反馈环节,半闭环方式目标(执行机构)之前的某个中间部位目标(执行机构)之前的某个中间部位(如伺服电动机)运动并进行反馈、如伺服电动机)运动并进行反馈、间接控制目标运动间接控制目标运动目标3.闭环方式:
有检测反馈环节,通过传感器检测闭环方式:
有检测反馈环节,执行机构)运动并进行反馈,目标(执行机构)运动并进行反馈,直接控制目标运动直接控制目标运动闭环控制和半闭环控制的区别与联系联系:
从控制原理上讲是一样的,联系:
从控制原理上讲是一样的,都是对系统输出进行实时检测和反馈,并根据偏差对系统实施控制。
和反馈,并根据偏差对系统实施控制。
区别:
区别:
传感器检测信号位置不同
机电一体化一、步进电动机的特点3.3步进电动机及其驱动步进电动机是将电脉冲信号转变为角位移的电气执行元件,电机绕组每步进电动机是将电脉冲信号转变为角位移的电气执行元件,电机绕组每接受一个脉冲,转子转过相应的角度(即步距角),低频率运行时,明接受一个脉冲,转子转过相应的角度(即步距角),低频率运行时,明显可见电机轴是一步一步转动的,故称为步进电动机。
转子角位移大小电脉冲数转子角位移大小——电脉冲数大小电脉冲转子转速电脉冲频率转子转速——电脉冲频率转速电脉冲转子转向绕组的通电顺序转子转向——绕组的通电顺序转向绕组的便于微机数字控制◆不易受干扰因素的影响◆误差不会长期积累◆控制性能好
机电一体化二、步进电动机的种类按励磁相数分:
有三相、四相、五相等步进电动机按运转方式分:
有旋转式步进电动机和直线式步进电动机按运转方式分:
有旋转式步进电动机和直线式步进电动机旋转式步进电动机按转子结构分为三种:
旋转式步进电动机按转子结构分为三种:
可变磁阻(VR——VariableReluctance)型可变磁阻(VR——VariableReluctance)型永磁(PM——PermanentMagnet)型(PM——PermanentMagnet)型混合HB——Hybrid)型HB——Hybrid)型
机电一体化步进电机型号表示:
BF励磁绕组相数或代号反应式(BY永磁式、BYG混合式步进电机永磁式、混合式)步进电机反应式永磁式混合式电机外径(电机外径(mm)
机电一体化通电方式从一相通电换接到另一相通电称为一拍从一相通电换接到另一相通电称为一拍每一拍转子转动一个步距角,每一拍转子转动一个步距角,即“一拍一步”一拍一步”三相励磁绕组依次单独通电运行,换接三次完成一个通电循环,称相励磁绕组依次单独通电运行,换接三次完成一个通电循环,三相单三拍通电方式通电方式,为三相单三拍通电方式,如ABCA三相励磁绕组每次有两相同时通电运行,换接三次完成一个通电相励磁绕组每次有两相同时通电运行,换接三循环,称为三相双三拍通电方式,三相双三拍通电方式循环,称为三相双三拍通电方式,如ABBCCAAB三相励磁绕组一次单相,一次双相交替通电运行,换接六次完成一相励磁绕组一次单相,一次双相交替通电运行,换接六交替通电运行个通电循环,称为三相六拍通电方式,三相六拍通电方式个通电循环,称为三相六拍通电方式,如AABBBCCCAA一般情况下,相步进电动机可采用N相单相单N拍相双N拍一般情况下,N相步进电动机可采用相单拍,N相双拍或N相相双相2N拍三种通电方式工作。
拍三种通电方式工作。
1
机电一体化综上所述,可以得出关于步进电动机的以下结论:
结论综上所述,可以得出关于步进电动机的以下结论:
1)定子绕组的通电状态每改变一次,它的转子便转过一个确)定子绕组的通电状态每改变一次,定的角度,即步进电动机的步距角;定的角度,即步进电动机的步距角;2)改变定子绕组的通电顺序,转子的旋转方向也随之改变;)改变定子绕组的通电顺序,转子的旋转方向也随之改变;3)定子绕组通电状态的改变越快,其转子旋转的速度越快,)定子绕组通电状态的改变越快,其转子旋转的速度越快,即通电状态的变化频率越高,转子的转速越高;即通电状态的变化频率越高,转子的转速越高;4)步距角α与定子绕组的相数,转子的齿数及通电方式有关,)步距角α与定子绕组的相数,转子的齿数及通电方式有关,其计算公式为:
其计算公式为:
α=360kNz式中,转子齿数;式中,z—转子齿数;N—定子绕组的相数;定子绕组的相数;定子绕组的相数k—通电方式系数,单拍(即N相N拍)时,k=1;通电方式系数,通电方式系数单拍(相拍;双拍(双拍(即N相2N拍)时,k=2
机电一体化5)当通电脉冲的频率为时,由于转子每经过kNZ个脉冲旋转一周,)当通电脉冲的频率为由于转子每经过个脉冲旋转一周,个脉冲旋转一周故步进电动机每分钟的转速60ffαn==kNz6可见,反应式步进电动机的转速与拍数kN,转子齿数Z,及脉冲的可见,反应式步进电动机的转速与拍数转子齿数频率有关。
当转子齿数一定,转速与输入脉冲的频率成正比,频率有关。
当转子齿数一定,转速与输入脉冲的频率成正比,改变脉冲的频率可以改变电机的转速。
脉冲的频率可以改变电机的转速。
α单位:
角度单位:
矩角特性曲线近似正弦波θe=0是理想的稳定平衡位置是理想的稳定平衡位置。
因为此时若有外力矩干扰使转子偏离它的稳定平衡位置,子偏离它的稳定平衡位置,只要偏离的角度在-π~+π之间,一之间,要偏离的角度在之间旦干扰消失,旦干扰消失,电机的转子在静转矩的作用下,转矩的作用下,将自动恢复到θe=0这一位置,从而消除失这一位置,调角。
调角。
Tj=Tj
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 机电 一体化 考研 复习 教材