機電一體化概論21ppt課件

1、機電一體化概論An Introduction to Mechatronics 第第2章章 機電一體化的系統(tǒng)組成機電一體化的系統(tǒng)組成機電一體化系統(tǒng)主要由機械單元、檢測單元、機電一體化系統(tǒng)主要由機械單元、檢測單元、控制單元、伺服與驅(qū)動單元組成?？刂茊卧?、伺服與驅(qū)動單元組成。 這些單元具有怎樣的結(jié)構(gòu)和工作原理這些單元具有怎樣的結(jié)構(gòu)和工作原理? 單元能夠完成哪些功能單元能夠完成哪些功能? 單元之間是如何連接的單元之間是如何連接的? 單元之間如何接受前一級元件的信號，將做出單元之間如何接受前一級元件的信號，將做出怎樣的處理，又如何向下一級元件傳遞輸出怎樣的處理，又如何向下一級元件傳遞輸出呢？呢？ 參考教

2、材：第參考教材：第2 2章章機電一體化概論An Introduction to Mechatronics 第第2章章 機電一體化的系統(tǒng)組成機電一體化的系統(tǒng)組成 2.1 機械單元機械單元2.2 伺服與驅(qū)動單元伺服與驅(qū)動單元2.3 檢測單元檢測單元2.4 控制單元控制單元2.5 接口技術(shù)接口技術(shù)機電一體化概論An Introduction to Mechatronics 2.1 機械單元機械單元2.1.1 機械單元基礎機械單元基礎2.1.2 執(zhí)行元件執(zhí)行元件2.1.3 傳動與導向元件傳動與導向元件手表的精確定時是靠機械傳動實現(xiàn)的手表的精確定時是靠機械傳動實現(xiàn)的機電一體化概論An Introduct

3、ion to Mechatronics 2.1.1 機械單元機械單元Mechanical unit根底根底p 機械單元是機電一體化系統(tǒng)的基礎，是系機械單元是機電一體化系統(tǒng)的基礎，是系統(tǒng)中所有功能單元的安裝骨架和支撐結(jié)構(gòu)，同統(tǒng)中所有功能單元的安裝骨架和支撐結(jié)構(gòu)，同時還具有傳遞動力和運動的作用。時還具有傳遞動力和運動的作用。p線性傳動元件：減速裝置、絲杠螺母副、蝸線性傳動元件：減速裝置、絲杠螺母副、蝸輪蝸桿副等；輪蝸桿副等；p非線性傳動元件：連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)等；非線性傳動元件：連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)等；p導向支承元件、旋轉(zhuǎn)支承元件導向支承元件、旋轉(zhuǎn)支承元件p軸系及架體等軸系及架體等機電一體化概論An

4、 Introduction to Mechatronics 2.1.1 機械單元機械單元Mechanical unit根底根底基本要求：精度高，慣量小，剛度大基本要求：精度高，慣量小，剛度大基本組成：基本組成： 執(zhí)行元件執(zhí)行元件Executive componentExecutive component） 機械執(zhí)行元件，液壓缸、氣缸等；機械執(zhí)行元件，液壓缸、氣缸等； 電氣執(zhí)行元件，如電動機、電磁閥、電磁開關、電磁電氣執(zhí)行元件，如電動機、電磁閥、電磁開關、電磁離合器等離合器等 傳動與導向元件傳動與導向元件Transmission and guide Transmission and guide

5、componentscomponents） 傳動帶、傳動鏈、傳動齒輪、傳動軸等。傳動帶、傳動鏈、傳動齒輪、傳動軸等。 導軌、導向鍵等導軌、導向鍵等 機座元件機座元件機電一體化概論An Introduction to Mechatronics 2.1.2 執(zhí)行元件執(zhí)行元件機械執(zhí)行元件是機器的直接工作部分，它是將動力和運動轉(zhuǎn)機械執(zhí)行元件是機器的直接工作部分，它是將動力和運動轉(zhuǎn)化為克服有效外載、對外做功、完成人們設計任務的元件?；癁榭朔行廨d、對外做功、完成人們設計任務的元件。如，汽車驅(qū)動輪、夾持機器人手指等。如，汽車驅(qū)動輪、夾持機器人手指等。機電一體化系統(tǒng)中，執(zhí)行元件主要包括機械執(zhí)行元件、機電一

6、體化系統(tǒng)中，執(zhí)行元件主要包括機械執(zhí)行元件、電磁執(zhí)行元件、機械手末端執(zhí)行器等。電磁執(zhí)行元件、機械手末端執(zhí)行器等。機電一體化概論An Introduction to Mechatronics 2.1.2 執(zhí)行元件執(zhí)行元件1. 1. 機械執(zhí)行元件機械執(zhí)行元件 微動機構(gòu)是機電一體化系統(tǒng)中廣泛應用的執(zhí)行元件微動機構(gòu)是機電一體化系統(tǒng)中廣泛應用的執(zhí)行元件 機械式：精密絲杠、精密杠桿、齒輪機構(gòu)、凸輪機構(gòu)以及機械式：精密絲杠、精密杠桿、齒輪機構(gòu)、凸輪機構(gòu)以及彈性機構(gòu)等。彈性機構(gòu)等。 機電式：電熱式、電磁式、壓電式、電致伸縮式、磁致伸機電式：電熱式、電磁式、壓電式、電致伸縮式、磁致伸縮式等。縮式等。（1 1螺旋微

7、動機構(gòu)螺旋微動機構(gòu) 萬能工具顯微鏡工作臺的螺旋微動裝置萬能工具顯微鏡工作臺的螺旋微動裝置機電一體化概論An Introduction to Mechatronics 2.1.2 執(zhí)行元件執(zhí)行元件（2 2蝸輪蝸輪- -凸輪微動機構(gòu)凸輪微動機構(gòu) （3 3齒輪齒輪- -杠桿微動機構(gòu)杠桿微動機構(gòu)扇形齒輪扇形齒輪（杠桿）（杠桿）機電一體化概論An Introduction to Mechatronics 2.1.2 執(zhí)行元件執(zhí)行元件（4 4熱變形式微動機構(gòu)熱變形式微動機構(gòu)機構(gòu)原理示意圖機構(gòu)原理示意圖 熱變形微動機構(gòu)熱變形微動機構(gòu)機電一體化概論An Introduction to Mechatronics

8、 2.1.2 執(zhí)行元件執(zhí)行元件（5 5磁致伸縮式微動機構(gòu)磁致伸縮式微動機構(gòu)機電一體化概論An Introduction to Mechatronics 2.1.2 執(zhí)行元件執(zhí)行元件2. 2. 電磁執(zhí)行元件電磁執(zhí)行元件Electromagnetic actuatorElectromagnetic actuator）利用電磁感應現(xiàn)象驅(qū)動被控對象。利用電磁感應現(xiàn)象驅(qū)動被控對象。 電磁閥電磁閥 電磁馬達電磁馬達 電磁離合器電磁離合器機電一體化概論An Introduction to Mechatronics 2.1.2 執(zhí)行元件執(zhí)行元件2. 2. 電磁執(zhí)行元件電磁執(zhí)行元件Electromagnetic

9、 actuatorElectromagnetic actuator）左端電線圈通電左端電線圈通電 右端電線圈通電右端電線圈通電二位五通電磁閥工作原理二位五通電磁閥工作原理機電一體化概論An Introduction to Mechatronics 2.1.3 傳動與導向元件傳動與導向元件1. 1. 桿系桿系Bar-linkage systemBar-linkage system） 示意圖示意圖 縫紉機下針機構(gòu)縫紉機下針機構(gòu) 平面桿系平面桿系 空間桿系空間桿系 空間桿系，若干個連桿機構(gòu)按照一定的方式組合在一起，空間桿系，若干個連桿機構(gòu)按照一定的方式組合在一起，可以實現(xiàn)更為復雜的平面平移、角度傾斜

10、、回轉(zhuǎn)等復合運動?？梢詫崿F(xiàn)更為復雜的平面平移、角度傾斜、回轉(zhuǎn)等復合運動。機電一體化概論An Introduction to Mechatronics 2.1.3 傳動與導向元件傳動與導向元件2. 2. 輪系輪系（1齒輪傳動齒輪傳動Gear transmission）（2齒輪齒條傳動齒輪齒條傳動Gear-rack transmission）機電一體化概論An Introduction to Mechatronics 2.1.3 傳動與導向元件傳動與導向元件2. 2. 輪系輪系同步帶實物同步帶實物 打印機上的字車結(jié)構(gòu)打印機上的字車結(jié)構(gòu) （3同步帶傳動同步帶傳動Timing-belt transmi

11、ssion）機電一體化概論An Introduction to Mechatronics 2.1.3 傳動與導向元件傳動與導向元件3. 螺旋傳動螺旋傳動Helix transmission）結(jié)構(gòu)原理圖結(jié)構(gòu)原理圖 實物實物滾珠絲杠傳動滾珠絲杠傳動螺紋傳動螺紋傳動機電一體化概論An Introduction to Mechatronics 2.1.3 傳動與導向元件傳動與導向元件滾珠絲杠傳動特點滾珠絲杠傳動特點摩擦損失小，傳動效率高達摩擦損失小，傳動效率高達0.920.96，而普通滑動絲，而普通滑動絲 杠的杠的傳動效率為傳動效率為0.200.40。絲杠螺母之間預緊后，可以完全消除間隙，傳動精度高，

12、絲杠螺母之間預緊后，可以完全消除間隙，傳動精度高，剛度好。剛度好。摩擦阻力小，且?guī)缀跖c運動速度無關，動靜摩擦力之差極摩擦阻力小，且?guī)缀跖c運動速度無關，動靜摩擦力之差極小，不易產(chǎn)生低速爬行現(xiàn)象。保證了運動的平穩(wěn)性。小，不易產(chǎn)生低速爬行現(xiàn)象。保證了運動的平穩(wěn)性。磨損小，壽命長，精度保持性好。磨損小，壽命長，精度保持性好。不能自鎖，能實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運動與直線運動的可逆轉(zhuǎn)換，但在不能自鎖，能實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運動與直線運動的可逆轉(zhuǎn)換，但在立式使用時應增加制動裝置。立式使用時應增加制動裝置。制造工藝復雜，成本高。制造工藝復雜，成本高。機電一體化概論An Introduction to Mechatronics 2.1.

13、3 傳動與導向元件傳動與導向元件4. 凸輪傳動凸輪傳動Cam transmission）特點：特點：結(jié)構(gòu)簡單、緊湊；結(jié)構(gòu)簡單、緊湊；高副接觸，易磨損，傳力不大；高副接觸，易磨損，傳力不大；可實現(xiàn)任意要求的從動件運動規(guī)律?？蓪崿F(xiàn)任意要求的從動件運動規(guī)律。原理圖原理圖 結(jié)構(gòu)示意圖結(jié)構(gòu)示意圖由凸輪、從動件、機架這三個基本構(gòu)件組成由凸輪、從動件、機架這三個基本構(gòu)件組成發(fā)動機配氣機構(gòu)的凸輪傳動結(jié)構(gòu)發(fā)動機配氣機構(gòu)的凸輪傳動結(jié)構(gòu)機電一體化概論An Introduction to Mechatronics 2.1.3 傳動與導向元件傳動與導向元件凸輪微動機構(gòu)應用凸輪微動機構(gòu)應用電機電機1帶動長軸帶動長軸2轉(zhuǎn)動

14、，長軸轉(zhuǎn)動，長軸2末端與端面凸輪末端與端面凸輪7相連并隨之轉(zhuǎn)動，使殼體相連并隨之轉(zhuǎn)動，使殼體6和和套筒套筒5沿軸向運動。當凸輪轉(zhuǎn)動到回程時，凸輪推動殼體沿軸向運動。當凸輪轉(zhuǎn)動到回程時，凸輪推動殼體6向右側(cè)運動，殼向右側(cè)運動，殼體內(nèi)的彈簧體內(nèi)的彈簧4推動套筒推動套筒5向右運動。反之，當凸輪轉(zhuǎn)動到推程時，套筒右側(cè)向右運動。反之，當凸輪轉(zhuǎn)動到推程時，套筒右側(cè)的彈簧推動套筒向左運動。套筒和支座上分別焊接了固定銷的彈簧推動套筒向左運動。套筒和支座上分別焊接了固定銷8，微動裝置就，微動裝置就是通過兩固定銷驅(qū)動外固定架的兩段沿軸向往復運動，外固定架再通過鋼是通過兩固定銷驅(qū)動外固定架的兩段沿軸向往復運動，外固

15、定架再通過鋼釘驅(qū)動骨折段微動。釘驅(qū)動骨折段微動。通過調(diào)整微動頻率、微動幅度、微動力，對骨折段施加載荷，使骨折段產(chǎn)通過調(diào)整微動頻率、微動幅度、微動力，對骨折段施加載荷，使骨折段產(chǎn)生微動，以此來提高患者在術(shù)后的治療效果。生微動，以此來提高患者在術(shù)后的治療效果。單側(cè)外固定架單側(cè)外固定架11電機電機 2 2長軸長軸33支座支座 4 4彈簧彈簧55可調(diào)節(jié)套筒可調(diào)節(jié)套筒66殼體殼體 7 7凸輪凸輪88固定銷固定銷 9 9連接桿連接桿1010固定夾固定夾 11 11鋼針鋼針機電一體化概論An Introduction to Mechatronics 2.1.3 傳動與導向元件傳動與導向元件5. 滾動導軌滾動導軌Rolling guide）直線滾動導軌直線滾動導軌Linear rolling guide由鋼球在滑塊與滑由鋼球在滑塊與滑軌之間作無限滾動循環(huán)，使得負載平臺能沿著滑軌輕易的軌之間作無限滾動循環(huán)，使得負載平臺能沿著滑軌輕易的以高精度作直線運動，其摩擦系數(shù)僅為傳統(tǒng)滑動導軌的以高精度作直線運動，其摩擦系數(shù)僅為傳統(tǒng)滑動導軌的1/50，定位精度可達到，定位精度可達到m級。級。 實物 內(nèi)部結(jié)構(gòu)機電一體化概