機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)第五章元、部件特性分析

1、第五章第五章機(jī)電一體化系統(tǒng)元、部件的特性分析機(jī)電一體化系統(tǒng)元、部件的特性分析 張建民張建民 編著編著高等教育出版社高等教育出版社講授：何慶中講授：何慶中機(jī)機(jī) 電電 工工 程程 系系厚德達(dá)理厚德達(dá)理 勵(lì)志勤工勵(lì)志勤工 機(jī)電一體化系統(tǒng)中的機(jī)械系統(tǒng)、傳感檢機(jī)電一體化系統(tǒng)中的機(jī)械系統(tǒng)、傳感檢測(cè)系統(tǒng)、執(zhí)行元件系統(tǒng)、電子信息處理控測(cè)系統(tǒng)、執(zhí)行元件系統(tǒng)、電子信息處理控制系統(tǒng)等，由于各子系統(tǒng)的輸入制系統(tǒng)等，由于各子系統(tǒng)的輸入/輸出之輸出之間不一定成比例關(guān)系，但總存在某種頻率間不一定成比例關(guān)系，但總存在某種頻率特性關(guān)系（動(dòng)態(tài)特性或傳遞函數(shù)），如線(xiàn)特性關(guān)系（動(dòng)態(tài)特性或傳遞函數(shù)），如線(xiàn)性或非線(xiàn)性特性。正確分析掌握這

2、些頻率性或非線(xiàn)性特性。正確分析掌握這些頻率特性，對(duì)有效地設(shè)計(jì)機(jī)電一體化系統(tǒng)或產(chǎn)特性，對(duì)有效地設(shè)計(jì)機(jī)電一體化系統(tǒng)或產(chǎn)品是非常重要的。品是非常重要的。 本章節(jié)重點(diǎn)掌握和了解機(jī)械系統(tǒng)、傳感本章節(jié)重點(diǎn)掌握和了解機(jī)械系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)和執(zhí)行元件系統(tǒng)等的基本特性，從機(jī)系統(tǒng)和執(zhí)行元件系統(tǒng)等的基本特性，從機(jī)電一體化系統(tǒng)構(gòu)成要素的角度出發(fā)掌握其電一體化系統(tǒng)構(gòu)成要素的角度出發(fā)掌握其分析方法。分析方法。 厚德達(dá)理厚德達(dá)理 勵(lì)志勤工勵(lì)志勤工 機(jī)械系統(tǒng)主功能：將一機(jī)械物理量變換成與目的相機(jī)械系統(tǒng)主功能：將一機(jī)械物理量變換成與目的相對(duì)應(yīng)的另一機(jī)械物理量（運(yùn)動(dòng)參量、力對(duì)應(yīng)的另一機(jī)械物理量（運(yùn)動(dòng)參量、力/ /力矩參量）。力矩參量

3、）。 機(jī)械系統(tǒng)的基本特性要求：在具有承擔(dān)外載荷足夠機(jī)械系統(tǒng)的基本特性要求：在具有承擔(dān)外載荷足夠的強(qiáng)度（的強(qiáng)度（b b, , s s, , p p）和剛度（結(jié)構(gòu)剛度、接觸剛）和剛度（結(jié)構(gòu)剛度、接觸剛度和局部剛度）的前提下，質(zhì)量和慣量要小，系統(tǒng)響度和局部剛度）的前提下，質(zhì)量和慣量要小，系統(tǒng)響應(yīng)要快，帶負(fù)載的能力要強(qiáng)應(yīng)要快，帶負(fù)載的能力要強(qiáng)。（1）一般線(xiàn)性機(jī)械系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性（傳遞函數(shù)）：）一般線(xiàn)性機(jī)械系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性（傳遞函數(shù)）： X(s)/FX(s)/Fx x(s) = 1/(J(s) = 1/(Jm m+J+JL L/i/i2 2)s)s2 2 典型機(jī)械系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性（傳遞函數(shù)）：典型機(jī)械系統(tǒng)的動(dòng)

4、態(tài)特性（傳遞函數(shù)）： 齒輪減速齒輪減速：Y = f(x) = (1/i)xY = f(x) = (1/i)x 只有機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：只有機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：X(s)/FX(s)/Fx x(s) = 1/J(s) = 1/Jm ms s2 2 只有負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：只有負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：X(s)/FX(s)/Fx x(s) = 1/(J(s) = 1/(JL L/i/i2 2)s)s2 2（2）非線(xiàn)性機(jī)械系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性（傳遞函數(shù)）：非線(xiàn)性機(jī)械系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性（傳遞函數(shù)）：),()(),(yyyFdtxdfxxxFFymx 厚德達(dá)理厚德達(dá)理 勵(lì)志勤工勵(lì)志勤工 機(jī)電一體化系統(tǒng)中所用的機(jī)械變換機(jī)構(gòu)有：齒輪機(jī)電一體化系統(tǒng)中

5、所用的機(jī)械變換機(jī)構(gòu)有：齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)（線(xiàn)性）、柔性帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)（線(xiàn)性）、柔性帶/ /鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)（線(xiàn)性）、鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)（線(xiàn)性）、回轉(zhuǎn)回轉(zhuǎn)/ /直線(xiàn)機(jī)構(gòu)（線(xiàn)性）、間歇機(jī)構(gòu)（非線(xiàn)性）、直線(xiàn)機(jī)構(gòu)（線(xiàn)性）、間歇機(jī)構(gòu)（非線(xiàn)性）、連桿機(jī)構(gòu)（非線(xiàn)性）、凸輪機(jī)構(gòu)（非線(xiàn)性）等。連桿機(jī)構(gòu)（非線(xiàn)性）、凸輪機(jī)構(gòu)（非線(xiàn)性）等。（1 1）齒輪變換機(jī)構(gòu)特性）齒輪變換機(jī)構(gòu)特性 1 1）定軸輪系）定軸輪系 指圓柱齒輪傳動(dòng)、圓錐齒輪傳動(dòng)、蝸輪蝸桿傳動(dòng)。指圓柱齒輪傳動(dòng)、圓錐齒輪傳動(dòng)、蝸輪蝸桿傳動(dòng)。 傳動(dòng)變換特性：傳動(dòng)變換特性：i=i=1 1/2 2 2）行星齒輪傳動(dòng)）行星齒輪傳動(dòng) 一般由中心輪、行星輪、內(nèi)齒輪、行星架等組成。一般由中心輪、

6、行星輪、內(nèi)齒輪、行星架等組成。依據(jù)輸入軸、輸出軸、機(jī)架不同，其傳動(dòng)變換特性依據(jù)輸入軸、輸出軸、機(jī)架不同，其傳動(dòng)變換特性也有所不同。也有所不同。厚德達(dá)理厚德達(dá)理 勵(lì)志勤工勵(lì)志勤工i1i21i=i i22123Hi=1-23Z Z1Z Z2Z =grZ +2ngZ -ZZi=grg當(dāng)柔輪固定時(shí)，=2ZgZ rHn21321ZZZZi厚德達(dá)理厚德達(dá)理 勵(lì)志勤工勵(lì)志勤工 由諧波發(fā)生器（輪）、柔性輪、剛性輪等組由諧波發(fā)生器（輪）、柔性輪、剛性輪等組成。依據(jù)輸入軸、輸出軸、機(jī)架不同，其傳動(dòng)成。依據(jù)輸入軸、輸出軸、機(jī)架不同，其傳動(dòng)變換特性同樣有所不同。變換特性同樣有所不同。 如圖所示的諧波齒輪傳動(dòng)，傳動(dòng)變換

7、特性為：如圖所示的諧波齒輪傳動(dòng)，傳動(dòng)變換特性為：ggrgZZZZi221212121/1121ZZZZ厚德達(dá)理厚德達(dá)理 勵(lì)志勤工勵(lì)志勤工4）差動(dòng)齒輪傳動(dòng)）差動(dòng)齒輪傳動(dòng) 如圖所示差動(dòng)齒輪傳動(dòng)，如圖所示差動(dòng)齒輪傳動(dòng)， 傳動(dòng)變換特性為：傳動(dòng)變換特性為： 主要指同帶傳動(dòng)（平帶、三角形帶、步齒型主要指同帶傳動(dòng)（平帶、三角形帶、步齒型帶），綱帶傳動(dòng)，鏈輪傳動(dòng)，繩輪傳動(dòng)等。具帶），綱帶傳動(dòng)，鏈輪傳動(dòng)，繩輪傳動(dòng)等。具有傳動(dòng)距離較遠(yuǎn)，可略改變傳動(dòng)軸的方向，但有傳動(dòng)距離較遠(yuǎn)，可略改變傳動(dòng)軸的方向，但采用摩擦傳動(dòng)，由于滑動(dòng)將影響傳遞精度，同采用摩擦傳動(dòng)，由于滑動(dòng)將影響傳遞精度，同時(shí)需要張緊機(jī)構(gòu)。時(shí)需要張緊機(jī)構(gòu)。 傳

8、動(dòng)變換特性為：傳動(dòng)變換特性為：i=Z2/Z1 或或 I=d2/d1 （3）回轉(zhuǎn)）回轉(zhuǎn)/直線(xiàn)線(xiàn)性變換機(jī)構(gòu)直線(xiàn)線(xiàn)性變換機(jī)構(gòu) 主要有齒輪齒條機(jī)構(gòu)、滑動(dòng)絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)機(jī)主要有齒輪齒條機(jī)構(gòu)、滑動(dòng)絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)機(jī)構(gòu)和滾動(dòng)絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)機(jī)構(gòu)。構(gòu)和滾動(dòng)絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)機(jī)構(gòu)。 傳動(dòng)變換特性為：傳動(dòng)變換特性為：V= pz1n1 或或 V = pk1n1 （L=pk1）厚德達(dá)理厚德達(dá)理 勵(lì)志勤工勵(lì)志勤工 傳動(dòng)變換特性為：傳動(dòng)變換特性為：624323)(12f厚德達(dá)理厚德達(dá)理 勵(lì)志勤工勵(lì)志勤工 多自由度非線(xiàn)性變換機(jī)構(gòu)主要指連桿機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)。多自由度非線(xiàn)性變換機(jī)構(gòu)主要指連桿機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)。 1）連桿機(jī)構(gòu)）連桿機(jī)構(gòu) 連桿機(jī)構(gòu)的特

9、點(diǎn)：連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)：具有剛性大，運(yùn)動(dòng)速度高，改變具有剛性大，運(yùn)動(dòng)速度高，改變連桿尺寸參數(shù)可實(shí)現(xiàn)需要的運(yùn)動(dòng)，對(duì)力連桿尺寸參數(shù)可實(shí)現(xiàn)需要的運(yùn)動(dòng)，對(duì)力/力矩和運(yùn)動(dòng)軌力矩和運(yùn)動(dòng)軌跡跡/速度具有放大或縮小的功能。但連桿機(jī)構(gòu)一般只能速度具有放大或縮小的功能。但連桿機(jī)構(gòu)一般只能實(shí)現(xiàn)一定范圍內(nèi)的運(yùn)動(dòng)，在某些點(diǎn)上近似地滿(mǎn)足輸入實(shí)現(xiàn)一定范圍內(nèi)的運(yùn)動(dòng)，在某些點(diǎn)上近似地滿(mǎn)足輸入與輸出之間函數(shù)關(guān)系、運(yùn)動(dòng)關(guān)系一旦確定就不能改變。與輸出之間函數(shù)關(guān)系、運(yùn)動(dòng)關(guān)系一旦確定就不能改變。 連桿機(jī)構(gòu)主要有：連桿機(jī)構(gòu)主要有：平面平面/空間連桿機(jī)構(gòu)、多自由度串空間連桿機(jī)構(gòu)、多自由度串聯(lián)機(jī)構(gòu)和并聯(lián)機(jī)構(gòu)、直線(xiàn)平移機(jī)構(gòu)等。聯(lián)機(jī)構(gòu)和并聯(lián)機(jī)構(gòu)、直線(xiàn)

10、平移機(jī)構(gòu)等。厚德達(dá)理厚德達(dá)理 勵(lì)志勤工勵(lì)志勤工 凸輪機(jī)構(gòu)通常作為執(zhí)行元件輸出要求的復(fù)凸輪機(jī)構(gòu)通常作為執(zhí)行元件輸出要求的復(fù)合運(yùn)動(dòng)軌跡和驅(qū)動(dòng)力，運(yùn)動(dòng)軌跡由凸輪輪廓合運(yùn)動(dòng)軌跡和驅(qū)動(dòng)力，運(yùn)動(dòng)軌跡由凸輪輪廓形狀保證。但凸輪機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)效率較低，凸形狀保證。但凸輪機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)效率較低，凸輪輪廓形狀生產(chǎn)制造困難。輪輪廓形狀生產(chǎn)制造困難。厚德達(dá)理厚德達(dá)理 勵(lì)志勤工勵(lì)志勤工機(jī)構(gòu)靜力學(xué)所研究的主要問(wèn)題：機(jī)構(gòu)靜力學(xué)所研究的主要問(wèn)題： * 機(jī)構(gòu)輸出端所受負(fù)載（力或力矩）向輸入機(jī)構(gòu)輸出端所受負(fù)載（力或力矩）向輸入端的換算。端的換算。 機(jī)電有機(jī)結(jié)合研究的主要問(wèn)題。機(jī)電有機(jī)結(jié)合研究的主要問(wèn)題。 * 機(jī)構(gòu)內(nèi)部的摩擦力（或轉(zhuǎn)矩）對(duì)

11、輸入端的機(jī)構(gòu)內(nèi)部的摩擦力（或轉(zhuǎn)矩）對(duì)輸入端的影響。影響。 機(jī)電有機(jī)結(jié)合研究的主要問(wèn)題。機(jī)電有機(jī)結(jié)合研究的主要問(wèn)題。 * 求外載荷、內(nèi)部作用力、重力求外載荷、內(nèi)部作用力、重力/慣性加速度慣性加速度引起機(jī)構(gòu)內(nèi)部各元件的受力。引起機(jī)構(gòu)內(nèi)部各元件的受力。 機(jī)構(gòu)學(xué)強(qiáng)度、剛度、振動(dòng)研究的主要機(jī)構(gòu)學(xué)強(qiáng)度、剛度、振動(dòng)研究的主要問(wèn)題。問(wèn)題。厚德達(dá)理厚德達(dá)理 勵(lì)志勤工勵(lì)志勤工 在機(jī)構(gòu)內(nèi)部摩擦損失小時(shí)，在機(jī)構(gòu)內(nèi)部摩擦損失小時(shí)，應(yīng)用虛功原理便可得到輸出應(yīng)用虛功原理便可得到輸出負(fù)載向輸入端的換算。負(fù)載向輸入端的換算。1）單輸入）單輸入單輸出機(jī)械系統(tǒng)單輸出機(jī)械系統(tǒng)yxyyxyxFddFFnnyynnxxMMMFTTTF2

12、2112211),(),(yTxyxFFFxxyyFy = f(x),M,M,M,T,T,TFxxFyyy = f(x)2）多輸入）多輸入多輸出機(jī)械系統(tǒng)多輸出機(jī)械系統(tǒng) 輸入功的總和與輸出功的總和：輸入功的總和與輸出功的總和：輸入力與輸出負(fù)載的關(guān)系：輸入力與輸出負(fù)載的關(guān)系：厚德達(dá)理厚德達(dá)理 勵(lì)志勤工勵(lì)志勤工 機(jī)構(gòu)內(nèi)部由于摩擦阻力的存在，機(jī)構(gòu)的輸入與輸出機(jī)構(gòu)內(nèi)部由于摩擦阻力的存在，機(jī)構(gòu)的輸入與輸出變換關(guān)系難于確定。但對(duì)于線(xiàn)性系統(tǒng)而言，變換關(guān)系變換關(guān)系難于確定。但對(duì)于線(xiàn)性系統(tǒng)而言，變換關(guān)系的變化可認(rèn)為僅與摩擦角相關(guān)，與輸入轉(zhuǎn)角無(wú)關(guān)。的變化可認(rèn)為僅與摩擦角相關(guān)，與輸入轉(zhuǎn)角無(wú)關(guān)。 1）機(jī)械線(xiàn)性變換機(jī)構(gòu)）

13、機(jī)械線(xiàn)性變換機(jī)構(gòu) 主要有絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)機(jī)構(gòu)和齒輪齒條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。主要有絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)機(jī)構(gòu)和齒輪齒條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。 如絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)機(jī)構(gòu)，在如絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)機(jī)構(gòu)，在x向和向和y向的傳動(dòng)分力向的傳動(dòng)分力Fx,Fy：sincoscossinnnynnxFFFFFF)arctantan()tan(000rFrFrFTyyxx)arctantan(0r厚德達(dá)理厚德達(dá)理 勵(lì)志勤工勵(lì)志勤工可推導(dǎo)出：可推導(dǎo)出：Fy 向向Tx 轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換的變換系數(shù)為：變換系數(shù)為：該值有所變化該值有所變化 由于機(jī)械變換中固然存在摩擦阻力，由于機(jī)械變換中固然存在摩擦阻力，一般情況下，非線(xiàn)性變換機(jī)構(gòu)的變換關(guān)一般情況下，非線(xiàn)性變換機(jī)構(gòu)的變換關(guān)系具有

14、不確定性，將會(huì)影響機(jī)電一體化系具有不確定性，將會(huì)影響機(jī)電一體化系統(tǒng)的整體特性，因此，在機(jī)械變換機(jī)系統(tǒng)的整體特性，因此，在機(jī)械變換機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡可能地減少機(jī)械傳動(dòng)的構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡可能地減少機(jī)械傳動(dòng)的摩擦阻力。摩擦阻力。 厚德達(dá)理厚德達(dá)理 勵(lì)志勤工勵(lì)志勤工其輸入動(dòng)力其輸入動(dòng)力T與輸出外載荷與輸出外載荷Fy的關(guān)系可寫(xiě)為：的關(guān)系可寫(xiě)為：yFaT)cos()sin(cosarctan其中：其中：ABCabFyy厚德達(dá)理厚德達(dá)理 勵(lì)志勤工勵(lì)志勤工 機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)是研究機(jī)構(gòu)要素的慣性、機(jī)構(gòu)中各元機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)是研究機(jī)構(gòu)要素的慣性、機(jī)構(gòu)中各元部件的剛性所產(chǎn)生的振動(dòng)問(wèn)題。部件的剛性所產(chǎn)生的振動(dòng)問(wèn)題。 主要研究?jī)?nèi)容：主

15、要研究?jī)?nèi)容：（1）平面運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)要素的動(dòng)態(tài)力和動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩。）平面運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)要素的動(dòng)態(tài)力和動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩。 剛體動(dòng)力學(xué)問(wèn)題。剛體動(dòng)力學(xué)問(wèn)題。（2）空間運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)要素的動(dòng)態(tài)力和動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩。）空間運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)要素的動(dòng)態(tài)力和動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩。 剛體動(dòng)力學(xué)問(wèn)題。剛體動(dòng)力學(xué)問(wèn)題。（3）Lagrange公式與動(dòng)態(tài)力或轉(zhuǎn)矩向輸入端的換算。公式與動(dòng)態(tài)力或轉(zhuǎn)矩向輸入端的換算。 剛體動(dòng)力學(xué)問(wèn)題。剛體動(dòng)力學(xué)問(wèn)題。（4）機(jī)構(gòu)輸出端的彈性與動(dòng)態(tài)特性。）機(jī)構(gòu)輸出端的彈性與動(dòng)態(tài)特性。 彈性動(dòng)力學(xué)問(wèn)題。彈性動(dòng)力學(xué)問(wèn)題。 由于動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的研究較為復(fù)雜，在此不做講解。由于動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的研究較為復(fù)雜，在此不做講解。厚德達(dá)理厚德達(dá)理 勵(lì)志勤工勵(lì)志勤工 機(jī)電一體化中

16、傳感器輸入量多機(jī)械物理量，最終輸機(jī)電一體化中傳感器輸入量多機(jī)械物理量，最終輸出應(yīng)為與控制系統(tǒng)香匹配的電信號(hào)物理量。在此過(guò)程出應(yīng)為與控制系統(tǒng)香匹配的電信號(hào)物理量。在此過(guò)程中要經(jīng)過(guò)一定的參量變換，即需傳遞函數(shù)（動(dòng)態(tài)特性）中要經(jīng)過(guò)一定的參量變換，即需傳遞函數(shù)（動(dòng)態(tài)特性）轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換。 傳感器檢測(cè)信號(hào)的一般變換過(guò)程：傳感器檢測(cè)信號(hào)的一般變換過(guò)程：機(jī)械量變換機(jī)械-電氣變換運(yùn)算放大電路GmGmeGexsyvv 輸入量與電信號(hào)輸出量之間的變換關(guān)系（傳遞函數(shù)）輸入量與電信號(hào)輸出量之間的變換關(guān)系（傳遞函數(shù)） Gs = Gm Gme Ge 除此之外，有時(shí)還需整形濾波、模數(shù)轉(zhuǎn)換的處理變除此之外，有時(shí)還需整形濾波、模數(shù)

17、轉(zhuǎn)換的處理變換等信號(hào)轉(zhuǎn)換過(guò)程。換等信號(hào)轉(zhuǎn)換過(guò)程。厚德達(dá)理厚德達(dá)理 勵(lì)志勤工勵(lì)志勤工 傳感器變換器的變換過(guò)程，依據(jù)所選用傳感器的傳感器變換器的變換過(guò)程，依據(jù)所選用傳感器的類(lèi)型和所轉(zhuǎn)換物理量的處理過(guò)程及要求不同，通常類(lèi)型和所轉(zhuǎn)換物理量的處理過(guò)程及要求不同，通常分為以下幾種形式。分為以下幾種形式。 1）機(jī)械物理量變換）機(jī)械物理量變換 加速度、速度、位移等機(jī)械物理參量之間的變換。加速度、速度、位移等機(jī)械物理參量之間的變換。 2）電）電/磁變換磁變換 機(jī)械機(jī)械電電/磁變換、電磁變換、電磁變換。動(dòng)電式、靜電式、磁變換。動(dòng)電式、靜電式、磁阻式、霍爾效應(yīng)式等。磁阻式、霍爾效應(yīng)式等。 3）應(yīng)變）應(yīng)變/電阻轉(zhuǎn)換電

18、阻轉(zhuǎn)換 機(jī)械位移機(jī)械位移阻抗轉(zhuǎn)換。應(yīng)變片、半導(dǎo)體應(yīng)變片等。阻抗轉(zhuǎn)換。應(yīng)變片、半導(dǎo)體應(yīng)變片等。 4）光電變換）光電變換 光信號(hào)光信號(hào)電信號(hào)轉(zhuǎn)換。光電二極管、光敏晶體管。電信號(hào)轉(zhuǎn)換。光電二極管、光敏晶體管。厚德達(dá)理厚德達(dá)理 勵(lì)志勤工勵(lì)志勤工 動(dòng)電式變換器：將回轉(zhuǎn)或平移機(jī)械量轉(zhuǎn)換成動(dòng)電式變換器：將回轉(zhuǎn)或平移機(jī)械量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的一種變換器。電信號(hào)的一種變換器。dtdiLvdxdyksdtdiLvdtdksRLsKsGme/1動(dòng)電式變換器的變換式為：動(dòng)電式變換器的變換式為：或或傳遞函數(shù)：傳遞函數(shù)：厚德達(dá)理厚德達(dá)理 勵(lì)志勤工勵(lì)志勤工 是將壓電元件在外力是將壓電元件在外力F作用下生產(chǎn)的位移作用下生產(chǎn)的位移x

19、所所形成的電荷形成的電荷Q轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的變換元件。轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的變換元件。 變換關(guān)系（特性）：變換關(guān)系（特性）：sFsFvKxdSFvCRsxKQ0/1dkKF/20/ddSk khESKdddF/0壓電系數(shù) dRCsRsdkRsRCsRsGsFsVmes11傳遞函數(shù)：傳遞函數(shù)：0/dSC式中：電容量：式中：電容量： 感應(yīng)系數(shù)。感應(yīng)系數(shù)。厚德達(dá)理厚德達(dá)理 勵(lì)志勤工勵(lì)志勤工 這類(lèi)傳感器變換器指在一定檢測(cè)范圍內(nèi)輸這類(lèi)傳感器變換器指在一定檢測(cè)范圍內(nèi)輸入與輸出之間近似地成正比。入與輸出之間近似地成正比。 傳遞函數(shù)：傳遞函數(shù)：Gm = K。鐵氧體鐵芯一次線(xiàn)圈二次線(xiàn)圈yyy發(fā)光元件受光元件（1）差動(dòng)變壓器

20、。）差動(dòng)變壓器。（2）靜電式變換器。）靜電式變換器。（3）應(yīng)變應(yīng)力變化變）應(yīng)變應(yīng)力變化變換器。換器。（4）光電編碼器。）光電編碼器。厚德達(dá)理厚德達(dá)理 勵(lì)志勤工勵(lì)志勤工 將被檢測(cè)量將被檢測(cè)量x變換成機(jī)械變量變換成機(jī)械變量y的過(guò)程中，在力或位的過(guò)程中，在力或位移的變化速度較快時(shí)，若要滿(mǎn)足一定的變換精度，變移的變化速度較快時(shí)，若要滿(mǎn)足一定的變換精度，變換器的頻率使用范圍將受到一定的限制，即避免變換換器的頻率使用范圍將受到一定的限制，即避免變換器產(chǎn)生共振（變換器固有頻率器產(chǎn)生共振（變換器固有頻率wn應(yīng)為使用最高頻率的應(yīng)為使用最高頻率的10倍以上）。這一特性是傳感檢測(cè)系統(tǒng)的重要特性。倍以上）。這一特性是

21、傳感檢測(cè)系統(tǒng)的重要特性。（1）對(duì)于典型的質(zhì)量、彈簧、阻尼系統(tǒng)（檢）對(duì)于典型的質(zhì)量、彈簧、阻尼系統(tǒng)（檢測(cè)對(duì)象為位移測(cè)對(duì)象為位移x） 厚德達(dá)理厚德達(dá)理 勵(lì)志勤工勵(lì)志勤工0kyyyxm 運(yùn)動(dòng)方程：運(yùn)動(dòng)方程：mkn/固有頻率：固有頻率：mk2/阻阻 尼尼 比：比： 2222nnmssssxsysG 傳遞函數(shù)：傳遞函數(shù)：0.11010.110= 0.10.20.50.711振幅頻率特性曲線(xiàn)振幅頻率特性曲線(xiàn)x 0kyyyxm 運(yùn)動(dòng)方程運(yùn)動(dòng)方程：0.11101010.1= 0.10.20.50.71n/振幅頻率振幅頻率特性曲線(xiàn)特性曲線(xiàn)傳遞函數(shù)：傳遞函數(shù)： 22221nnmsssXssYsG厚德達(dá)理厚德達(dá)理

22、勵(lì)志勤工勵(lì)志勤工 常用執(zhí)行元件有電氣式、液壓式、氣壓式，輸入信常用執(zhí)行元件有電氣式、液壓式、氣壓式，輸入信號(hào)盡管有所不同，但輸出均為機(jī)械量（位移、力等），號(hào)盡管有所不同，但輸出均為機(jī)械量（位移、力等），由此所具有的工作特性也有所不同。由此所具有的工作特性也有所不同。 下面簡(jiǎn)要介紹電氣執(zhí)行元件的工作特性。下面簡(jiǎn)要介紹電氣執(zhí)行元件的工作特性。 電氣執(zhí)行元件系統(tǒng)一般組成：電氣執(zhí)行元件系統(tǒng)一般組成： 驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入驅(qū)動(dòng)電路（整形驅(qū)動(dòng)電路（整形/濾波放大電路和濾波放大電路和功率放大電路）功率放大電路）電電/機(jī)變換器（伺服電動(dòng)機(jī)）機(jī)變換器（伺服電動(dòng)機(jī)）機(jī)械量變換器（減速器、絲杠螺母機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)機(jī)械量變換器（減速器、絲杠螺母機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)等）。等）。Ge驅(qū) 動(dòng)