機電一體化系統(tǒng)設計_2014復習

1、河南理工大學機械學院機電一體化系統(tǒng)(xtng)設計復習提綱主講(zhjing)教師：張業(yè)明QQ403597998Tel: 158 3890 (zym123)河南理工大學機械學院精品資料河南理工大學機械學院機電一體化系統(tǒng)設計 2013-2014年度第一學期 新校區(qū)考試安排：時間：16周，2013年12月21日 周五下午2點半-4點半地點：3204（機制09-5 機制09-6 機制09-7 機制09-8 機制09-9 ）；3202（機制本11-3 機制本11-4， 機制單09-1 ）；3203（機制才11-1）?？荚囆问?xngsh)：閉卷。題型：一、填空題（8個小題，共16分）；二、多項選擇題（

2、8個小題，共16分）；三、簡答題（5個小題，共45分）；四分析題（2個小題，共23分）精品資料河南理工大學機械學院第第1章章 緒論緒論(xln) 目的：對什么是目的：對什么是“機電一體化機電一體化”有初步的感性有初步的感性認識，了解機電一體化系統(tǒng)的概念，基本認識，了解機電一體化系統(tǒng)的概念，基本(jbn)組成及相關技術。組成及相關技術。 重點：掌握組成機電一體化系統(tǒng)的五大組成重點：掌握組成機電一體化系統(tǒng)的五大組成部分即機械系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、能源動力系統(tǒng)、部分即機械系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、能源動力系統(tǒng)、執(zhí)行單元、檢測傳感器等的功能。執(zhí)行單元、檢測傳感器等的功能。精品資料河南理工大學機械學院 物質(zhì)、能量和信息

3、物質(zhì)、能量和信息(即工業(yè)三大要素即工業(yè)三大要素) 機電一體化系統(tǒng)須具有機電一體化系統(tǒng)須具有(jyu)以下三大以下三大“目目的功能的功能”：變換：變換(加工、處理加工、處理)功能、傳遞功能、傳遞(移動、移動、輸送輸送)功能和儲存功能和儲存(保持、積累、記錄保持、積累、記錄)功能。功能。 機電一體化機電一體化的外文名詞是機電一體化機電一體化的外文名詞是 Mechatronics ，來源于日本（，來源于日本（70年代）。年代）。取英語取英語Mechanics（機械學）的前半部和（機械學）的前半部和Electronics（電子學）的后半部拼合而成。（電子學）的后半部拼合而成。我國通常稱為機電一體化或機

4、械電子學；我國通常稱為機電一體化或機械電子學；精品資料河南理工大學機械學院 典型的機電一體化系統(tǒng)包含哪些基本要素典型的機電一體化系統(tǒng)包含哪些基本要素(yo s)？ 一個典型的機電一體化系統(tǒng)應包含以下幾個基本一個典型的機電一體化系統(tǒng)應包含以下幾個基本要素要素(yo s)： 機械本體、動力與驅(qū)動部分、機械本體、動力與驅(qū)動部分、執(zhí)行機構、傳感測試部分、控制及信息處理部分執(zhí)行機構、傳感測試部分、控制及信息處理部分。 這些組成要素這些組成要素(yo s)內(nèi)部及其之間內(nèi)部及其之間,形成通過形成通過接口耦合來實現(xiàn)運動傳遞、信息控制、能量轉(zhuǎn)換接口耦合來實現(xiàn)運動傳遞、信息控制、能量轉(zhuǎn)換等有機融合的一個完整系統(tǒng)。

5、等有機融合的一個完整系統(tǒng)。精品資料河南理工大學機械學院 什么是機電一體化技術？它主要涉及哪些學科？什么是機電一體化技術？它主要涉及哪些學科？ 從系統(tǒng)從系統(tǒng)(xtng)的觀點出發(fā)，將機械技術的觀點出發(fā)，將機械技術 、微電、微電子技術、信息技術、控制技術等在系統(tǒng)子技術、信息技術、控制技術等在系統(tǒng)(xtng)工工程基礎上有機地加以綜合，以實現(xiàn)整個系統(tǒng)程基礎上有機地加以綜合，以實現(xiàn)整個系統(tǒng)(xtng)最佳化的一門新科學技術。機電一體化不最佳化的一門新科學技術。機電一體化不是機械與電子簡單的疊加，而是在信息論、控制是機械與電子簡單的疊加，而是在信息論、控制論和系統(tǒng)論和系統(tǒng)(xtng)論等的基礎上建立起來

6、的應用技論等的基礎上建立起來的應用技術。術。 涉及到許多相關的學科：涉及到許多相關的學科： 機械學：機械設計、機械制造等；機械學：機械設計、機械制造等； 電子學：電工學、電機學、數(shù)字電路、模擬電路電子學：電工學、電機學、數(shù)字電路、模擬電路等；等； 控制論：經(jīng)典控制（控制工程基礎控制論：經(jīng)典控制（控制工程基礎)、現(xiàn)代控制（、現(xiàn)代控制（多變量多變量)等；等； 計算機科學：微處理系統(tǒng)計算機科學：微處理系統(tǒng)(xtng)及接口技術，應及接口技術，應用軟件技術（用軟件技術（CAD、CAM、FMS、CAT、CNC）等。）等。精品資料河南理工大學機械學院機電一體化系統(tǒng)的主要關鍵技術機電一體化系統(tǒng)的主要關鍵技術

7、1. 機械技術機械技術 機械技術是機電一體化的基礎。機械技術是機電一體化的基礎。2. 計算機與信息處理技術計算機與信息處理技術 包括信息的輸入、變換、運算、存儲及輸出。包括信息的輸入、變換、運算、存儲及輸出。信息處理的工具是計算機，因此信息處理技術是和計算信息處理的工具是計算機，因此信息處理技術是和計算機技術緊密機技術緊密(jnm)相關，包括硬件、軟件、網(wǎng)絡與通訊相關，包括硬件、軟件、網(wǎng)絡與通訊、數(shù)據(jù)庫技術等；、數(shù)據(jù)庫技術等；機電系統(tǒng)中采用工業(yè)控制計算機進行信息處理，其硬件機電系統(tǒng)中采用工業(yè)控制計算機進行信息處理，其硬件包括輸入包括輸入/輸出設備、顯示器、外部存儲器、主機、可編輸出設備、顯示器

8、、外部存儲器、主機、可編程控制器、數(shù)控裝置等。程控制器、數(shù)控裝置等。精品資料河南理工大學機械學院3.自動控制技術 機電系統(tǒng)自動控制包括(boku)位置控制、速度控制、力或力矩控制、自校正補償?shù)?，自動控制的基礎是自動控制原理，分為經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論4. 伺服傳動技術 所謂“伺服”（Servo）即“伺候服侍”的意思。 在控制指令的指揮下，控制驅(qū)動元件，使機械運動部件按照指令的要求進行運動，并具有良好的動態(tài)性能。 伺服傳動系統(tǒng)采用的驅(qū)動技術與使用的執(zhí)行元件有關。按照執(zhí)行元件的不同分為電氣伺服、液壓伺服、氣壓伺服精品資料河南理工大學機械學院5. 檢測傳感技術 是機電一體化系統(tǒng)的感覺器官，即從待

9、測對象獲取信號并送到信息處理(chl)部分。 主要內(nèi)容包括：一是將物理量（位移、速度、加速度、力、力矩、溫度等）轉(zhuǎn)換成一定的與其成比例的電量；二是對轉(zhuǎn)換的電信號的加工處理(chl)如放大、補償、標定。 檢測傳感裝置是實現(xiàn)自動控制的重要環(huán)節(jié)，要求傳感器及其放大處理(chl)電路快速、精確地獲取信息，并能夠抗干擾、可靠性高。精品資料河南理工大學機械學院6.系統(tǒng)總體技術 從整體的觀點出發(fā)，組織應用各種相關(xinggun)技術，即從全局和系統(tǒng)目標角度，將系統(tǒng)分解成若干功能子系統(tǒng)，對于每個子系統(tǒng)的技術方案要從整個系統(tǒng)技術協(xié)調(diào)的觀點考慮，最終使整個系統(tǒng)實現(xiàn)最優(yōu)化。精品資料河南理工大學機械學院第第2章章

10、機械系統(tǒng)部件的選擇機械系統(tǒng)部件的選擇(xunz)與設計與設計 目的：通過本章的學習，把已學過的一些機械設計的初步目的：通過本章的學習，把已學過的一些機械設計的初步知識運用到系統(tǒng)中，并進一步學習一些典型的機械結構設知識運用到系統(tǒng)中，并進一步學習一些典型的機械結構設計方法。計方法。 重點：突出在機電一體化系統(tǒng)中常用的機械傳動裝置的設重點：突出在機電一體化系統(tǒng)中常用的機械傳動裝置的設計和選用，以及主要機械結構如主軸組件、導軌、支承件計和選用，以及主要機械結構如主軸組件、導軌、支承件在設計時應注意的問題。在設計時應注意的問題。 難點：常用的傳動裝置如滾珠絲杠副、同步齒輪難點：常用的傳動裝置如滾珠絲杠副

11、、同步齒輪(chln)帶帶等的選擇及設計計算。等的選擇及設計計算。 技巧注意事項：因為該部分內(nèi)容與所學過的機械設計課程技巧注意事項：因為該部分內(nèi)容與所學過的機械設計課程聯(lián)系緊密，學生必要時應該復習以前內(nèi)容。聯(lián)系緊密，學生必要時應該復習以前內(nèi)容。精品資料河南理工大學機械學院p機電機電(jdin)一體化系統(tǒng)常用的傳動機構有一體化系統(tǒng)常用的傳動機構有哪些？它們的作用是什么？哪些？它們的作用是什么？ 常用傳動部件：螺旋常用傳動部件：螺旋(luxun)傳動、齒輪傳動、同步齒形傳動、齒輪傳動、同步齒形傳動、高速帶傳動，及各種凸輪、連桿其它非線性傳動元傳動、高速帶傳動，及各種凸輪、連桿其它非線性傳動元件。件

12、。 其主要功能是傳遞轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。因此，它實質(zhì)上是一種轉(zhuǎn)其主要功能是傳遞轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。因此，它實質(zhì)上是一種轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速變換器。矩、轉(zhuǎn)速變換器。 目的是使執(zhí)行元件與負載之間在轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速方面得到最佳目的是使執(zhí)行元件與負載之間在轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速方面得到最佳匹配。匹配。精品資料河南理工大學機械學院滾珠滾珠(gnzh)的循環(huán)方式的循環(huán)方式滾珠滾珠(gnzh)絲杠副中滾珠絲杠副中滾珠(gnzh)的循環(huán)方的循環(huán)方式有內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)兩種。式有內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)兩種。內(nèi)循環(huán)：內(nèi)循環(huán)： 滾珠在循環(huán)過程中始滾珠在循環(huán)過程中始終終(shzhng)與螺桿保持接觸的與螺桿保持接觸的循環(huán)叫內(nèi)循環(huán)。循環(huán)叫內(nèi)循環(huán)。外循環(huán)：外循環(huán)： 滾珠在返回

13、時與螺桿脫離接觸滾珠在返回時與螺桿脫離接觸的循環(huán)稱為外循環(huán)。按結構的不同的循環(huán)稱為外循環(huán)。按結構的不同,外循外循環(huán)可分為環(huán)可分為螺旋槽式、插管式螺旋槽式、插管式和和端蓋式端蓋式三種。三種。精品資料河南理工大學機械學院p 什么是滾珠絲杠的軸向間隙？如何調(diào)整滾珠絲杠的軸向什么是滾珠絲杠的軸向間隙？如何調(diào)整滾珠絲杠的軸向間隙？間隙？p 軸向間隙通常是指絲杠和螺母軸向間隙通常是指絲杠和螺母(lum)無相對轉(zhuǎn)動無相對轉(zhuǎn)動時，絲杠和螺母時，絲杠和螺母(lum)之間的最大軸向竄動。除了結之間的最大軸向竄動。除了結構本身的游隙之外，在施加軸向載荷之后，軸向間隙還構本身的游隙之外，在施加軸向載荷之后，軸向間隙還

14、包括彈性變形所造成的竄動。包括彈性變形所造成的竄動。 滾珠與螺母滾珠與螺母(lum)原有的原有的間隙間隙承載時滾珠與滾道彈性變形引起的間隙承載時滾珠與滾道彈性變形引起的間隙 當絲杠改變轉(zhuǎn)動方向時，間隙會使運動產(chǎn)生當絲杠改變轉(zhuǎn)動方向時，間隙會使運動產(chǎn)生空程空程，從而影響機構，從而影響機構的傳動精度。的傳動精度。通常采用通常采用雙螺母雙螺母預緊預緊的方法的方法消除間隙，提高剛消除間隙，提高剛度。度。 常用調(diào)整結構形式：常用調(diào)整結構形式：雙螺母螺紋預緊調(diào)整式雙螺母螺紋預緊調(diào)整式 雙螺母齒差調(diào)隙式雙螺母齒差調(diào)隙式 雙螺母墊片調(diào)隙式彈簧式自動調(diào)整式雙螺母墊片調(diào)隙式彈簧式自動調(diào)整式 單螺母變位導程調(diào)隙式和

15、單螺母變位導程調(diào)隙式和單螺母滾珠過盈預緊式單螺母滾珠過盈預緊式（不常用）（不常用）當螺旋機構中存在間隙，若螺桿的當螺旋機構中存在間隙，若螺桿的轉(zhuǎn)動方向改變，螺母不能立即產(chǎn)生轉(zhuǎn)動方向改變，螺母不能立即產(chǎn)生反向運動，只有螺桿轉(zhuǎn)動某一角度反向運動，只有螺桿轉(zhuǎn)動某一角度后才能使螺母開始反向運動，這種后才能使螺母開始反向運動，這種現(xiàn)象稱為現(xiàn)象稱為空回空回。 軸向間隙包括兩部分軸向間隙包括兩部分精品資料河南理工大學機械學院 “齒輪傳動部件(bjin)是轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向的變換器”一、 齒輪傳動系統(tǒng)的總傳動比及其分配 設計機電一體化齒輪傳動系統(tǒng)，主要是研究它的動力學特性。 2.2.4 齒輪齒輪(chln)傳動

16、傳動 1.最佳總傳動比最佳總傳動比 由于負載特性和工作條件的不同，最佳傳動比有各由于負載特性和工作條件的不同，最佳傳動比有各種各樣的選擇方法。在伺服電動機驅(qū)動負載的傳動系統(tǒng)種各樣的選擇方法。在伺服電動機驅(qū)動負載的傳動系統(tǒng)中常采用使中常采用使負載加速度最大的方法負載加速度最大的方法。精品資料河南理工大學機械學院 常用的圓柱齒輪常用的圓柱齒輪(chln)傳動傳動的間隙調(diào)整方法的間隙調(diào)整方法 (a) 偏心套偏心套(軸軸)調(diào)整法調(diào)整法 如右圖所示，將相互嚙合的一如右圖所示，將相互嚙合的一對齒輪對齒輪(chln)中的一個齒輪中的一個齒輪(chln)4裝在電機輸出軸上，裝在電機輸出軸上，并將電機并將電機2

17、安裝在偏心套安裝在偏心套1(或或偏心軸偏心軸)上，通過轉(zhuǎn)動偏心套上，通過轉(zhuǎn)動偏心套(偏心軸偏心軸)的轉(zhuǎn)角，就可調(diào)節(jié)兩的轉(zhuǎn)角，就可調(diào)節(jié)兩嚙合齒輪嚙合齒輪(chln)的中心距，的中心距，從而消除圓柱齒輪從而消除圓柱齒輪(chln)正、正、反轉(zhuǎn)時的齒側(cè)間隙。特點是結反轉(zhuǎn)時的齒側(cè)間隙。特點是結構簡單，但其側(cè)隙不能自動補構簡單，但其側(cè)隙不能自動補償。償。 2.2.4 齒輪齒輪(chln)傳動傳動1偏心套 2電動機3減速箱 4和5減速齒輪 齒輪嚙合間隙會造成齒輪嚙合間隙會造成傳動死區(qū)傳動死區(qū)，若死區(qū)在，若死區(qū)在閉環(huán)系統(tǒng)中，則可能造成系統(tǒng)不穩(wěn)定，常會閉環(huán)系統(tǒng)中，則可能造成系統(tǒng)不穩(wěn)定，常會使得系統(tǒng)產(chǎn)生以使得系

18、統(tǒng)產(chǎn)生以15倍的間隙而進行的低頻振倍的間隙而進行的低頻振蕩。蕩。 為此盡量采用齒側(cè)隙較小、精度較高的齒為此盡量采用齒側(cè)隙較小、精度較高的齒輪傳動副。但輪傳動副。但為了降低制造成本為了降低制造成本，則多采用，則多采用各種調(diào)整齒側(cè)隙的方法來消除或減小嚙合各種調(diào)整齒側(cè)隙的方法來消除或減小嚙合間隙，以提高傳動精度和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。間隙，以提高傳動精度和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。精品資料河南理工大學機械學院 (b) 軸向墊片調(diào)整法軸向墊片調(diào)整法 如右圖所示，齒輪如右圖所示，齒輪1和和2相嚙合，相嚙合，其分度圓弧齒厚沿軸線方向其分度圓弧齒厚沿軸線方向略有錐度，這樣就可以略有錐度，這樣就可以(ky)用軸向墊片用軸向墊片3

19、使齒輪使齒輪2沿軸向沿軸向移動，從而消除兩齒輪的齒移動，從而消除兩齒輪的齒側(cè)間隙。裝配時軸向墊片側(cè)間隙。裝配時軸向墊片3的的厚度應使得齒輪厚度應使得齒輪1和和2之間既之間既齒側(cè)間隙小，運轉(zhuǎn)又靈活。齒側(cè)間隙小，運轉(zhuǎn)又靈活。特點同偏心套特點同偏心套(軸軸)調(diào)整法。調(diào)整法。2.2.4 齒輪齒輪(chln)傳動傳動1 1、2-2-齒輪齒輪 3-3-墊片墊片精品資料河南理工大學機械學院(c) 雙片薄齒輪錯齒調(diào)整法雙片薄齒輪錯齒調(diào)整法 這種消除齒側(cè)間隙的方法是將其中一個做這種消除齒側(cè)間隙的方法是將其中一個做成寬齒輪，另一個用兩片可相對轉(zhuǎn)動成寬齒輪，另一個用兩片可相對轉(zhuǎn)動(zhun dng)的薄齒輪組成。采

20、取措施使的薄齒輪組成。采取措施使一個薄齒輪的左齒側(cè)和另一個薄齒輪的右一個薄齒輪的左齒側(cè)和另一個薄齒輪的右齒側(cè)分別緊貼在寬齒輪齒槽的左、右兩側(cè)，齒側(cè)分別緊貼在寬齒輪齒槽的左、右兩側(cè)，以消除齒側(cè)間隙，反向時不會出現(xiàn)死區(qū)。以消除齒側(cè)間隙，反向時不會出現(xiàn)死區(qū)。具體措施有：具體措施有： （1）周向彈簧式）周向彈簧式 （2）可調(diào)拉簧式）可調(diào)拉簧式 2.2.4 齒輪齒輪(chln)傳動傳動精品資料河南理工大學機械學院p 齒輪齒輪(chln)傳動傳動鏈的級數(shù)和級比的選擇應遵循傳動傳動鏈的級數(shù)和級比的選擇應遵循原則原則 總原則：盡量采用較大傳動比的單級傳動配置傳動比的目的：滿足驅(qū)動(q dn)元件與負載之間的位

21、移、速度、加速度、傳動精度（誤差）相互匹配的基本要求。多級傳動時，遵循如下的原則：1、最小等效轉(zhuǎn)動慣量原則 傳動比 i 的分配先小后大，級數(shù)越多等效轉(zhuǎn)動慣量越小，但級數(shù)太多時，結構復雜化，并且等效轉(zhuǎn)動慣量降低不明顯。2、輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則 傳動比i 的分配先小后大，并且提高末一級齒輪副的精度，使輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小。3、重量最輕原則小功率傳動時， i 的分配各級相等；大功率傳動時， i 的分配先大后小。對數(shù)減少傳動精度提高精品資料河南理工大學機械學院三、三、 諧波齒輪諧波齒輪(chln)(chln)傳動傳動1、諧波齒輪、諧波齒輪(chln)傳動原傳動原理理 利用行星輪系傳動原理，波發(fā)生利用行

22、星輪系傳動原理，波發(fā)生器轉(zhuǎn)動，迫使柔性齒輪產(chǎn)生可控制的器轉(zhuǎn)動，迫使柔性齒輪產(chǎn)生可控制的變形波（近似諧波），并和剛輪作用變形波（近似諧波），并和剛輪作用引起齒間相對位移，傳遞運動和動力引起齒間相對位移，傳遞運動和動力。 由三個基本構件組成：波由三個基本構件組成：波發(fā)生器、柔輪、剛輪，其實質(zhì)發(fā)生器、柔輪、剛輪，其實質(zhì)是一種新型減速器。是一種新型減速器。波發(fā)生器是行星輪系的轉(zhuǎn)臂剛輪是中心輪柔輪是行星輪精品資料河南理工大學機械學院2.2.6 間歇傳動(chundng)部件 在機械在機械(jxi)和儀表中，常常需要原動件作連和儀表中，常常需要原動件作連續(xù)運動，而從動件則產(chǎn)生周期性時動時停的間歇運續(xù)運動，

23、而從動件則產(chǎn)生周期性時動時停的間歇運動，實現(xiàn)這種間歇運動的機構稱為間歇運動機構。動，實現(xiàn)這種間歇運動的機構稱為間歇運動機構。 常見的間歇傳動部件有：棘輪傳動、槽輪傳動、常見的間歇傳動部件有：棘輪傳動、槽輪傳動、蝸形凸輪傳動等部件蝸形凸輪傳動等部件精品資料河南理工大學機械學院2.4.1導向?qū)?do xin)支承部件支承部件導向?qū)?do xin)支承部件的作用是支承和限制支承部件的作用是支承和限制運動部件按給定的運動要求和規(guī)定的運動方運動部件按給定的運動要求和規(guī)定的運動方向運動。這樣的部件通常被標為導軌副，簡向運動。這樣的部件通常被標為導軌副，簡稱導軌。稱導軌。 導軌副主要由承導件導軌副主要由

24、承導件1和運動件和運動件2兩部分組成，兩部分組成，如圖如圖2-20所示。運動方向為直線的被稱為直所示。運動方向為直線的被稱為直線導軌副，為回轉(zhuǎn)的被稱為回轉(zhuǎn)運動導軌副。線導軌副，為回轉(zhuǎn)的被稱為回轉(zhuǎn)運動導軌副。常用的導軌副種類很多，按其接觸面的摩擦常用的導軌副種類很多，按其接觸面的摩擦性質(zhì)可分為滑動導軌、滾動導軌、流體介質(zhì)性質(zhì)可分為滑動導軌、滾動導軌、流體介質(zhì)摩擦導軌等。摩擦導軌等。 圖圖2-20 導軌副的組成導軌副的組成(z chn)1承導件承導件 2運動件運動件精品資料河南理工大學機械學院 機電一體化系統(tǒng)和計算機外圍設備等的精度和運機電一體化系統(tǒng)和計算機外圍設備等的精度和運動速度都比較動速度都

25、比較(bjio)高，因此，其導軌應具有較好高，因此，其導軌應具有較好的靈活性和平穩(wěn)性，工作時應輕便省力，速度均勻，的靈活性和平穩(wěn)性，工作時應輕便省力，速度均勻，低速運動或微量位移時不出現(xiàn)爬行現(xiàn)象；高速運動低速運動或微量位移時不出現(xiàn)爬行現(xiàn)象；高速運動時應無振動。時應無振動。 在低速運行時在低速運行時(如如0.05mmmin)，往往不是作連續(xù)，往往不是作連續(xù)的勻速運動而是時走時停的勻速運動而是時走時停(即爬行即爬行)。其主要原因是。其主要原因是摩擦系數(shù)隨運動速度的變化和傳動系統(tǒng)剛性不足。摩擦系數(shù)隨運動速度的變化和傳動系統(tǒng)剛性不足。 運動(yndng)的靈活性和低速運動(yndng)的平穩(wěn)性精品資料

26、河南理工大學機械學院導軌的爬行現(xiàn)象機理（彈簧導軌的爬行現(xiàn)象機理（彈簧(tnhung)-阻阻尼系統(tǒng)）尼系統(tǒng)） 傳動系統(tǒng)傳動系統(tǒng) 2 帶動運動件帶動運動件3在靜導軌在靜導軌4上運動時，作用在導軌副內(nèi)的摩擦力上運動時，作用在導軌副內(nèi)的摩擦力是變化的。導軌副相對靜止時，靜摩擦系數(shù)較大。運動開始的低速階段，動是變化的。導軌副相對靜止時，靜摩擦系數(shù)較大。運動開始的低速階段，動摩探系數(shù)隨導軌副相對滑動速度的增大而降低，直到相對速度增大到某一臨摩探系數(shù)隨導軌副相對滑動速度的增大而降低，直到相對速度增大到某一臨界值，動摩擦系數(shù)才隨相對速度的減小而增加。由此來分析下圖所示的運動界值，動摩擦系數(shù)才隨相對速度的減小而

27、增加。由此來分析下圖所示的運動系統(tǒng)是：勻速運動的主動件系統(tǒng)是：勻速運動的主動件1，通過壓縮，通過壓縮(y su)彈簧推動靜止的運動件彈簧推動靜止的運動件3，當運動件當運動件3受到的逐漸增大的彈簧力小于靜摩擦力受到的逐漸增大的彈簧力小于靜摩擦力F時，時，3不動。直到彈簧力剛不動。直到彈簧力剛剛大于靜摩擦力剛大于靜摩擦力F時，時，3才開始運動，動摩擦力隨著動摩擦系數(shù)的降低而變小才開始運動，動摩擦力隨著動摩擦系數(shù)的降低而變小，3的速度相應增大，同時彈簧相應伸長，作用在的速度相應增大，同時彈簧相應伸長，作用在3上的彈簧力逐漸減小，上的彈簧力逐漸減小，3產(chǎn)產(chǎn)生負加速度，速度降低，動摩擦力相應增大，速度逐

28、漸下降，直到生負加速度，速度降低，動摩擦力相應增大，速度逐漸下降，直到3停止運動停止運動，主動件，主動件 l 這時再重新壓縮這時再重新壓縮(y su)彈簧，爬行現(xiàn)象進入下一個周期。彈簧，爬行現(xiàn)象進入下一個周期。 彈簧彈簧-阻尼系統(tǒng)圖阻尼系統(tǒng)圖1-1-主動件；主動件；2-2-彈簧彈簧- -阻尼；阻尼；3-3-運運動件；動件；4-4-靜導軌靜導軌精品資料河南理工大學機械學院 為防止爬行現(xiàn)象的出現(xiàn)，可同時采取以下幾項措施：為防止爬行現(xiàn)象的出現(xiàn)，可同時采取以下幾項措施： 采用滾動導軌、靜壓導軌、卸荷導軌、貼塑料層導軌等；采用滾動導軌、靜壓導軌、卸荷導軌、貼塑料層導軌等； 在普通滑動導軌上使用含有極性添

29、加劑的導軌油；在普通滑動導軌上使用含有極性添加劑的導軌油； 用減小結合面、增大結構尺寸、縮短傳動鏈、減少傳動副用減小結合面、增大結構尺寸、縮短傳動鏈、減少傳動副等方法等方法(fngf)來提高傳動系統(tǒng)的剛度。來提高傳動系統(tǒng)的剛度。 防止爬行現(xiàn)象采取防止爬行現(xiàn)象采取(ciq)以下幾項措施以下幾項措施精品資料河南理工大學機械學院第第3章章 傳感檢測系統(tǒng)傳感檢測系統(tǒng)(xtng)的選擇與設計的選擇與設計 目的：了解并會選用在機電一體化系統(tǒng)中目的：了解并會選用在機電一體化系統(tǒng)中常用的一些傳感元件。常用的一些傳感元件。 重點：掌握傳感器的各種類型、測量精度、重點：掌握傳感器的各種類型、測量精度、范圍、基本的

30、結構以及范圍、基本的結構以及(yj)連接方式等。連接方式等。 難點：各類傳感器的輸入輸出信號處理技難點：各類傳感器的輸入輸出信號處理技術和測試技術基本知識的運用。術和測試技術基本知識的運用。精品資料河南理工大學機械學院3.1傳感器的組成傳感器的組成(z chn)和分類和分類3.1.1傳感器的組成傳感器的組成(z chn)通常傳感器由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和轉(zhuǎn)換電路通常傳感器由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和轉(zhuǎn)換電路三部分組成三部分組成(z chn)。 圖3-1傳感器的組成（1）敏感元件）敏感元件: 是一種能夠?qū)⒈粶y量轉(zhuǎn)換成易于測量的物理量的預變換裝置,其輸入、輸出間具有確定的數(shù)學關系（最好為線性）。如彈性敏感

31、元件將力轉(zhuǎn)換為位移或應變輸出。（2）轉(zhuǎn)換元件：）轉(zhuǎn)換元件：將敏感元件輸出的非電物理量(如位移、應變、光強等)轉(zhuǎn)換成電信號（如電阻、電感、電容等）形式。（3）基本轉(zhuǎn)換電路：）基本轉(zhuǎn)換電路：將電信號量轉(zhuǎn)換成便于測量的電量,如電壓、電流、頻率等。 精品資料河南理工大學機械學院表表3.2 傳感器的技術指標傳感器的技術指標精品資料河南理工大學機械學院 傳感器標定是指利用較高等級的標準器具（或儀傳感器標定是指利用較高等級的標準器具（或儀器、儀表器、儀表(ybio)）對傳感器的特性進行刻度，或者）對傳感器的特性進行刻度，或者說通過試驗建立傳感器的輸入量與輸出量之間的關系。說通過試驗建立傳感器的輸入量與輸出量

32、之間的關系。同時，也確定出不同使用條件下的誤差關系。同時，也確定出不同使用條件下的誤差關系。 傳感器的標定分靜態(tài)標定和動態(tài)標定傳感器的標定分靜態(tài)標定和動態(tài)標定:1. 感器靜態(tài)特性標定感器靜態(tài)特性標定 靜態(tài)標定目的是確定傳感器的靜態(tài)特性指標，靜態(tài)標定目的是確定傳感器的靜態(tài)特性指標，如線性度、靈敏度、精度、遲滯性和重復性等。如線性度、靈敏度、精度、遲滯性和重復性等。2. 傳感器動態(tài)特性標定傳感器動態(tài)特性標定 動態(tài)特性標定的目的確定傳感器的動態(tài)特性參數(shù)，動態(tài)特性標定的目的確定傳感器的動態(tài)特性參數(shù)，如時間常數(shù)、上升時間或工作頻率、通頻帶等。如時間常數(shù)、上升時間或工作頻率、通頻帶等。p 傳感器的標定傳感

33、器的標定(bio dn)精品資料河南理工大學機械學院3.2 線位移線位移(wiy)檢測傳感器檢測傳感器 3.2.1 光柵光柵(gungshn)位移傳感器位移傳感器 3.2.2 感應同步器感應同步器 3.2.3 磁柵位移傳感器磁柵位移傳感器精品資料河南理工大學機械學院3.3 角位移檢測角位移檢測(jin c)傳感器傳感器 一、旋轉(zhuǎn)變壓器一、旋轉(zhuǎn)變壓器 旋轉(zhuǎn)變壓器是一種利用電磁感應原理將轉(zhuǎn)角變換為電壓旋轉(zhuǎn)變壓器是一種利用電磁感應原理將轉(zhuǎn)角變換為電壓(diny)信號的傳感器。由于它結構簡單，動作靈敏，對環(huán)境信號的傳感器。由于它結構簡單，動作靈敏，對環(huán)境無特殊要求，輸出信號大，抗干擾好，因此被廣泛應用

34、于機無特殊要求，輸出信號大，抗干擾好，因此被廣泛應用于機電一體化產(chǎn)品中。電一體化產(chǎn)品中。 二、光電編碼器二、光電編碼器 光電編碼器是一種碼盤式角度光電編碼器是一種碼盤式角度數(shù)字檢測元件。它有兩數(shù)字檢測元件。它有兩種基本類型：一種是增量式編碼器，一種是絕對式編碼器。種基本類型：一種是增量式編碼器，一種是絕對式編碼器。 增量式編碼器具有結構簡單、價格低、精度易于保證等增量式編碼器具有結構簡單、價格低、精度易于保證等優(yōu)點，所以目前采用最多。優(yōu)點，所以目前采用最多。 絕對式編碼器能直接給出對應于每個轉(zhuǎn)角的數(shù)字信息，絕對式編碼器能直接給出對應于每個轉(zhuǎn)角的數(shù)字信息，便于計算機處理，但當進給數(shù)大于一轉(zhuǎn)時，須

35、作特別處理，便于計算機處理，但當進給數(shù)大于一轉(zhuǎn)時，須作特別處理，而且必須用減速齒輪將兩個以上的編碼器連接起來，組成多而且必須用減速齒輪將兩個以上的編碼器連接起來，組成多級檢測裝置，使其結構復雜、成本高。級檢測裝置，使其結構復雜、成本高。 精品資料河南理工大學機械學院4 4、傳感器與微機的基本接口、傳感器與微機的基本接口 輸入到微機的信息必須是微機能夠處理的數(shù)字量輸入到微機的信息必須是微機能夠處理的數(shù)字量信息。傳感器的輸出形式信息。傳感器的輸出形式(xngsh)(xngsh)可分為模擬量、可分為模擬量、數(shù)字量和開關量。與此相應的有三種基本接口方式，數(shù)字量和開關量。與此相應的有三種基本接口方式，見

36、下表。見下表。一、檢測系統(tǒng)一、檢測系統(tǒng)(xtng)的組成的組成精品資料河南理工大學機械學院第第4章章 微機微機(wi j)控制系統(tǒng)的選擇及接口設計控制系統(tǒng)的選擇及接口設計 目的：了解控制系統(tǒng)在機電一體化系統(tǒng)的作目的：了解控制系統(tǒng)在機電一體化系統(tǒng)的作用用(zuyng)及常用的控制系統(tǒng)類型，掌握及常用的控制系統(tǒng)類型，掌握基本的設計方法，對執(zhí)行機構運動的分析等。基本的設計方法，對執(zhí)行機構運動的分析等。 重點：微機控制系統(tǒng)在機電一體化中的應用。重點：微機控制系統(tǒng)在機電一體化中的應用?？紤]接口的設計（主要是硬件）。學習了解考慮接口的設計（主要是硬件）。學習了解Protel電路設計與制板軟件的使用。電路設

37、計與制板軟件的使用。 難點：程序語言設計和微機控制所學內(nèi)容在難點：程序語言設計和微機控制所學內(nèi)容在本章的靈活運用。本章的靈活運用。 技巧注意事項：復習控制工程、微機控制等技巧注意事項：復習控制工程、微機控制等相關內(nèi)容。相關內(nèi)容。精品資料河南理工大學機械學院第一節(jié)第一節(jié) 微機控制系統(tǒng)設計的一般微機控制系統(tǒng)設計的一般(ybn)知識知識 一、微機部分的作用及機電一體化系統(tǒng)對其基本要求一、微機部分的作用及機電一體化系統(tǒng)對其基本要求1.作用：作用： 將來自傳感器的檢測信息和外部輸入命令進行處理，將來自傳感器的檢測信息和外部輸入命令進行處理，并按照一定的程序和節(jié)奏發(fā)出相應的指令控制并按照一定的程序和節(jié)奏發(fā)

38、出相應的指令控制(kngzh)整整個機電一體化系統(tǒng)有目的地運行。它在機電一體化系統(tǒng)中個機電一體化系統(tǒng)有目的地運行。它在機電一體化系統(tǒng)中所處的位置見下圖。所處的位置見下圖。精品資料河南理工大學機械學院第九節(jié)第九節(jié) 數(shù)字顯示器及鍵盤數(shù)字顯示器及鍵盤(jinpn)(jinpn)的接口的接口電路電路 一、數(shù)字顯示器的結構及其工作原理一、數(shù)字顯示器的結構及其工作原理 單片機應用系統(tǒng)中，常使用單片機應用系統(tǒng)中，常使用LED(發(fā)光二極管，發(fā)光二極管，Light Emitting Diode )、CRT（陰極射線管（陰極射線管Cathode Ray Tube）顯示器和）顯示器和LCD(液晶顯示器，液晶顯示器，

39、Liquid Crystal Display )等等作為顯示器件。其中作為顯示器件。其中(qzhng)LED和和LCD成本低、配置靈成本低、配置靈活、與單片機接口方便，應用廣泛?；?、與單片機接口方便，應用廣泛。 精品資料河南理工大學機械學院1、LED顯示器顯示器LED是由若干個發(fā)光二極管組成的。當發(fā)光二極管導通時，相應的一個點或一個筆劃是由若干個發(fā)光二極管組成的。當發(fā)光二極管導通時，相應的一個點或一個筆劃發(fā)亮。控制不同組合的二極管導通，就能顯示出各種字符發(fā)亮?？刂撇煌M合的二極管導通，就能顯示出各種字符(z f)。這種筆劃式的七段顯示。這種筆劃式的七段顯示器，能顯示的字符器，能顯示的字符(z

40、f)數(shù)量少，但控制簡單、使用方便。數(shù)量少，但控制簡單、使用方便。 發(fā)光二極管的陽極連在一起的稱為共陽極顯示器，陰極連在一起的稱為共陰極顯示器發(fā)光二極管的陽極連在一起的稱為共陽極顯示器，陰極連在一起的稱為共陰極顯示器。共陽極共陽極(yngj)共陰極共陰極精品資料河南理工大學機械學院通常的七段LED顯示塊中有八個發(fā)光二極管，故也稱之為八段顯示塊。其中(qzhng)七個發(fā)光二極管構成七筆字形“8”。一個發(fā)光二極管構成小數(shù)點。七段顯示塊與單片機接口非常容易。只要將一個8位并行輸出口與顯示塊的發(fā)光二極管引腳相連即可。8位并行輸出口輸出不同的字節(jié)數(shù)據(jù)即可獲得不同的數(shù)字或字符。通常將控制發(fā)光二極管的8位字節(jié)

41、數(shù)據(jù)稱為段選碼。共陽極與共陰極的段選碼互為補數(shù)，二者之和為FFH。 精品資料河南理工大學機械學院p 數(shù)碼管顯示有靜態(tài)數(shù)碼管顯示有靜態(tài)(jngti)(jngti)和動態(tài)兩種和動態(tài)兩種方法：方法：（1 1）. . 靜態(tài)顯示靜態(tài)顯示 就是就是(jish)(jish)當顯示器顯示某一個字符時，相應當顯示器顯示某一個字符時，相應的發(fā)光二極管恒定地導通或截止。例如七段顯示器的發(fā)光二極管恒定地導通或截止。例如七段顯示器的的a a、b b、c c、d d、e e、f f導通，導通，g g截止，顯示截止，顯示0 0。這種顯。這種顯示方式每一位都需要一個示方式每一位都需要一個8 8位輸出口控制，三位顯示位輸出口控

42、制，三位顯示器的接口邏輯如下圖所示。器的接口邏輯如下圖所示。精品資料河南理工大學機械學院靜態(tài)顯示靜態(tài)顯示(xinsh)的特點：的特點：每一位都需要一個每一位都需要一個8位輸出口控制，用于顯示位輸出口控制，用于顯示(xinsh)位數(shù)較少（僅一、二位）的場合；位數(shù)較少（僅一、二位）的場合；較小的電流能得到較高的亮度，可以由較小的電流能得到較高的亮度，可以由8255的的輸出口直接驅(qū)動。輸出口直接驅(qū)動。精品資料河南理工大學機械學院 （2 2）動態(tài)顯示）動態(tài)顯示 動態(tài)顯示就是一位一位地輪流點亮各位顯示器(掃描)。對于每一位顯示器來說，每隔一段時間點亮一次。顯示器的亮度既與導通電流有關，也和點亮時間與間隔

43、時間的比例有關。調(diào)整電流和時間參數(shù)，可實現(xiàn)亮度較高較穩(wěn)定的顯示；若顯示器的位數(shù)不大于8位，則控制顯示器公共極電位只需一個8位并行口(稱為掃描口或位選口 )?？刂聘魑伙@示器所顯示的字形也需一個共用的8位口(稱為段數(shù)據(jù)口)。用于顯示位數(shù)稍多的場合(chng h)，需編寫掃描程序。 精品資料河南理工大學機械學院一、光電隔離一、光電隔離(gl)電路設計電路設計為了防止強電干擾以及其他干擾信號通過為了防止強電干擾以及其他干擾信號通過I/OI/O控制電路進入控制電路進入計算機，影響其工作，通常的辦法是首先采用濾波吸收，抑制計算機，影響其工作，通常的辦法是首先采用濾波吸收，抑制干擾信號的產(chǎn)生，然后采用光電隔

44、離干擾信號的產(chǎn)生，然后采用光電隔離(gl)(gl)的辦法，使微機與的辦法，使微機與強電部件不共地，阻斷干擾信號的傳導。光電隔離強電部件不共地，阻斷干擾信號的傳導。光電隔離(gl)(gl)電路電路主要由光電耦合器的光電轉(zhuǎn)換元件組成，如下圖所示主要由光電耦合器的光電轉(zhuǎn)換元件組成，如下圖所示. .精品資料河南理工大學機械學院p 光電隔離電路的主要光電隔離電路的主要(zhyo)作用：作用： （1）可將輸入與輸出端兩部分電路的地線分開，各自使用一套電源供電。這樣信息通過光電轉(zhuǎn)換，單向傳遞，又由于光電 耦 合 器 輸 入 與 輸 出 端 之 間 絕 緣 電 阻 非 常 大 ( 一 般 為10111013)

45、，寄生電容很小(一般為0.52pF)，因此，干擾信號很難從輸出端反饋到輸入端，從而起到隔離作用。 （2）可以進行電平轉(zhuǎn)換。如上圖a所示電路，通過光電耦合器可以很方便地把微機的輸出信號變?yōu)?2V。 （3）提高驅(qū)動能力。隔離驅(qū)動用光電耦合器件，如達林頓晶體管輸出和晶閘管輸出型光電耦合器件，不但具有隔離功能(gngnng)，而且還具有較強的驅(qū)動負載能力。微機輸出信號通過這種光電耦合器件后，就能直接驅(qū)動負載。精品資料河南理工大學機械學院第第5章章 執(zhí)行元件執(zhí)行元件(yunjin)的選擇與設計的選擇與設計 目的：伺服系統(tǒng)的主要目的：伺服系統(tǒng)的主要(zhyo)作用及其分作用及其分類，學習步進電機伺服裝置的

46、基本原理和運類，學習步進電機伺服裝置的基本原理和運行特性、控制方法，了解直流伺服電機、交行特性、控制方法，了解直流伺服電機、交流伺服電機的特點。流伺服電機的特點。 重點：開環(huán)伺服系統(tǒng)的基本設計方法，包括重點：開環(huán)伺服系統(tǒng)的基本設計方法，包括步進電機的選擇、傳動比的分配、慣性匹配、步進電機的選擇、傳動比的分配、慣性匹配、力矩校核、剛度計算、定位誤差分析等。力矩校核、剛度計算、定位誤差分析等。 難點：清楚計算過程中每個公式的來龍去脈難點：清楚計算過程中每個公式的來龍去脈及其量綱。及其量綱。精品資料河南理工大學機械學院一、執(zhí)行元件(yunjin)的作用 1.作用(zuyng)：執(zhí)行元件主要用來根據(jù)控

47、制信息和指令，將來自電、液壓、氣壓等各種能源的能量轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)運動、直線運動等方式機械能，并完成要求動作的能量轉(zhuǎn)換裝置，它在機電一體化系統(tǒng)中所處的位置參見下圖。精品資料河南理工大學機械學院執(zhí)行元件執(zhí)行元件(yunjin)(yunjin)的種類的種類精品資料河南理工大學機械學院三、對執(zhí)行(zhxng)元件的基本要求（1 1）慣量小，動力大。）慣量小，動力大。 表征執(zhí)行元件慣量的性能指標：表征執(zhí)行元件慣量的性能指標：m(m(直線運動）、轉(zhuǎn)動慣量直線運動）、轉(zhuǎn)動慣量J J（回轉(zhuǎn)運動）（回轉(zhuǎn)運動） 表征輸出動力的性能指標：推力表征輸出動力的性能指標：推力F F、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)矩T T、功率、功率P P對直線運

48、動：對直線運動：a=F/ma=F/m；對回轉(zhuǎn)運動：；對回轉(zhuǎn)運動：P=TP=T，=T/J=T/J。即加速度。即加速度a a與角加速與角加速度度表征了執(zhí)行元件的加速性能。表征了執(zhí)行元件的加速性能。 比功率：表征動力大小的綜合指標，包含功率、加速性能與轉(zhuǎn)速三種因比功率：表征動力大小的綜合指標，包含功率、加速性能與轉(zhuǎn)速三種因素，即比功率素，即比功率P /=T2/JP /=T2/J（2 2）體積小，重量輕）體積小，重量輕: :用功率密度或比功率密度來評價用功率密度或比功率密度來評價 功率密度功率密度P/GP/G；比功率密度；比功率密度(T2/J)/G(T2/J)/G，其中，其中G G為執(zhí)行元件重量。為執(zhí)

49、行元件重量。（3 3）安裝方便、便于維修維護。）安裝方便、便于維修維護。 最好不要維修，無刷最好不要維修，無刷DCDC及及ACAC伺服電機伺服電機走向走向(zuxing)(zuxing)無維修無維修（4 4）易于實現(xiàn)自動化控制：主流是電氣式。其次是液壓式和氣壓式）易于實現(xiàn)自動化控制：主流是電氣式。其次是液壓式和氣壓式( (在驅(qū)在驅(qū)動接口中需要增加電動接口中需要增加電- -液或電液或電- -氣變換環(huán)節(jié)氣變換環(huán)節(jié)) )。內(nèi)燃機定位運動的微機控。內(nèi)燃機定位運動的微機控制較難，故通常僅被用于交通運輸機械。制較難，故通常僅被用于交通運輸機械。精品資料河南理工大學機械學院p 伺服系統(tǒng)的基本組成和伺服電動機

50、的主要控制方式伺服系統(tǒng)的基本組成和伺服電動機的主要控制方式p 由以下由以下(yxi)4(yxi)4部分組成：部分組成： p 控制器；控制器； 功率驅(qū)動裝置；功率驅(qū)動裝置；p 檢測反饋裝置；檢測反饋裝置； 伺服電機伺服電機(M). (M). 例：數(shù)控機床例：數(shù)控機床(sh kn j chun)伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)精品資料河南理工大學機械學院(3)(3)半閉環(huán)與閉環(huán)伺服系統(tǒng)區(qū)別半閉環(huán)與閉環(huán)伺服系統(tǒng)區(qū)別(qbi)(qbi)半閉環(huán)位置檢測半閉環(huán)位置檢測 裝置安裝裝置安裝(nzhung)(nzhung)位位置：置：注意注意: :半閉環(huán)位置檢半閉環(huán)位置檢測裝置安裝測裝置安裝(nzhung)(nzhung)位位

51、置在滾珠絲杠或置在滾珠絲杠或電機軸上電機軸上, ,而不是而不是工作臺上工作臺上. .半開環(huán)系統(tǒng)半開環(huán)系統(tǒng)精品資料河南理工大學機械學院(3)(3)半閉環(huán)與閉環(huán)伺服系統(tǒng)區(qū)別半閉環(huán)與閉環(huán)伺服系統(tǒng)區(qū)別(qbi)(qbi) 精度較低精度較低 傳動鏈有一部分在位置閉環(huán)以外，其傳傳動鏈有一部分在位置閉環(huán)以外，其傳動誤差沒有得到系統(tǒng)的補償動誤差沒有得到系統(tǒng)的補償(bchng)(bchng)，因而半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的精度低于閉環(huán)系統(tǒng)因而半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的精度低于閉環(huán)系統(tǒng). . 調(diào)整比較容易調(diào)整比較容易(4)(4)半閉環(huán)和閉環(huán)伺服系統(tǒng)應用場合半閉環(huán)和閉環(huán)伺服系統(tǒng)應用場合 注意注意: : 半閉環(huán)系統(tǒng)應用較多半閉環(huán)系統(tǒng)應用

52、較多, ,閉環(huán)系統(tǒng)一般只閉環(huán)系統(tǒng)一般只用在精度要求較高的大型數(shù)控機床上用在精度要求較高的大型數(shù)控機床上. .精品資料河南理工大學機械學院圖圖6-3 伺服電動機控制方式的基本伺服電動機控制方式的基本(jbn)形式形式精品資料河南理工大學機械學院第四節(jié)第四節(jié) 步進電動機及其驅(qū)動步進電動機及其驅(qū)動(q (q dn)dn)一、步進電動機的特點與種類一、步進電動機的特點與種類 1. 1. 步進電動機的特點步進電動機的特點 步進電動機又稱脈沖電動機。它是將電脈沖步進電動機又稱脈沖電動機。它是將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成機械角位移的執(zhí)行元件。信號轉(zhuǎn)換成機械角位移的執(zhí)行元件。輸入一個電脈沖就轉(zhuǎn)動一步，即每當電動機繞輸入

53、一個電脈沖就轉(zhuǎn)動一步，即每當電動機繞組接受一個電脈沖，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)過一個相應的組接受一個電脈沖，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)過一個相應的步距角。轉(zhuǎn)子角位移的大小及轉(zhuǎn)速分別與輸步距角。轉(zhuǎn)子角位移的大小及轉(zhuǎn)速分別與輸入的電脈沖數(shù)及頻率成正比，并在時間上與入的電脈沖數(shù)及頻率成正比，并在時間上與輸入脈沖同步。輸入脈沖同步。只要控制輸入電脈沖的數(shù)量、頻率以及電動機只要控制輸入電脈沖的數(shù)量、頻率以及電動機繞組通電相序即可獲得繞組通電相序即可獲得(hud)(hud)所需的轉(zhuǎn)角、所需的轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向，很容易用微機實現(xiàn)數(shù)字控制。轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向，很容易用微機實現(xiàn)數(shù)字控制。精品資料河南理工大學機械學院一、步進電動機的特點一、步進電動機的特點

54、(tdin)(tdin)與種類與種類步進電動機具有以下特點：步進電動機具有以下特點：步進電動機的工作狀態(tài)不易受各種干擾因素的影響步進電動機的工作狀態(tài)不易受各種干擾因素的影響(如電源電壓的如電源電壓的波動、電流的大小與波形的變化、溫度等波動、電流的大小與波形的變化、溫度等)的影響，只要在它們的大小的影響，只要在它們的大小未引起步進電動機產(chǎn)生未引起步進電動機產(chǎn)生“丟步丟步”現(xiàn)象之前，就不影響其正常工作；現(xiàn)象之前，就不影響其正常工作；步進電動機的步距角有誤差，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一定步數(shù)以后也會出現(xiàn)累積步進電動機的步距角有誤差，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一定步數(shù)以后也會出現(xiàn)累積誤差，但轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一轉(zhuǎn)以后，其累積誤差變?yōu)檎`差，但轉(zhuǎn)子

55、轉(zhuǎn)過一轉(zhuǎn)以后，其累積誤差變?yōu)椤傲懔恪保虼瞬粫L期積，因此不會長期積累；累；控制性能好控制性能好,在起動、停止、反轉(zhuǎn)時不易在起動、停止、反轉(zhuǎn)時不易“丟步丟步”。不需要傳感器進行反饋，可以進行開環(huán)控制；不需要傳感器進行反饋，可以進行開環(huán)控制；缺點是能量效率較低。缺點是能量效率較低。 因此，步進電動機被廣泛應用于開環(huán)控制的機電一體化系統(tǒng)，使系因此，步進電動機被廣泛應用于開環(huán)控制的機電一體化系統(tǒng)，使系統(tǒng)簡化統(tǒng)簡化(jinhu)，并可靠地獲得較高的位置精度。，并可靠地獲得較高的位置精度。步進電動機與步進電動機與DC和和AC伺服電動機相比其轉(zhuǎn)矩、效伺服電動機相比其轉(zhuǎn)矩、效率、精度、高速性比較差，但步進電

56、動機具有率、精度、高速性比較差，但步進電動機具有低速時低速時轉(zhuǎn)矩大、速度控制比較簡單、外形尺寸小等優(yōu)點轉(zhuǎn)矩大、速度控制比較簡單、外形尺寸小等優(yōu)點，所以在辦公室自動化方面的打印機、繪圖機、復印所以在辦公室自動化方面的打印機、繪圖機、復印機等機電一體化產(chǎn)品中得到廣泛使用，在工廠自動機等機電一體化產(chǎn)品中得到廣泛使用，在工廠自動化方面也可代替低檔的化方面也可代替低檔的DC伺服電動機。伺服電動機。 精品資料河南理工大學機械學院 (3) (3)工作原理小結工作原理小結 步進電機每次轉(zhuǎn)過一個確定的角度步進電機每次轉(zhuǎn)過一個確定的角度, ,即步距角即步距角； 式中：式中： m m為相數(shù)為相數(shù),k,k為通電方式系

57、數(shù)。為通電方式系數(shù)。m m相相m m拍時拍時( (如單相如單相或雙相勵磁時，或雙相勵磁時，k=1k=1；m m相相2m2m拍時拍時( (如單雙相勵磁時如單雙相勵磁時) )，k=2k=2；z z為轉(zhuǎn)子齒數(shù)為轉(zhuǎn)子齒數(shù). . 通過改變通電順序來改變旋轉(zhuǎn)方向通過改變通電順序來改變旋轉(zhuǎn)方向(fngxing)(fngxing)； 通電狀態(tài)的變化頻率越高，轉(zhuǎn)速就越高通電狀態(tài)的變化頻率越高，轉(zhuǎn)速就越高. . p步進電動機的工作步進電動機的工作(gngzu)原原理理0360 /()mzk精品資料河南理工大學機械學院334013360360Zkm精品資料河南理工大學機械學院45 .km3

58、4013360360Zkm精品資料河南理工大學機械學院 步進電機的主要步進電機的主要(zhyo)(zhyo)特性特性 主要主要(zhyo)(zhyo)特性有特性有5 5個：個： 步距角與靜態(tài)步距誤差；步距角與靜態(tài)步距誤差； 啟動頻率啟動頻率fq fq ； 連續(xù)運行的最高工作頻率；連續(xù)運行的最高工作頻率； 加減速特性；加減速特性； 矩頻特性與動態(tài)轉(zhuǎn)矩矩頻特性與動態(tài)轉(zhuǎn)矩. . 三、步進電動機的運行(ynxng)特性及性能指標精品資料河南理工大學機械學院軟件脈沖(michng)分配 軟件環(huán)形分配器的設計方法有很多，如查表法、比較法、移位寄存器法等，它們各有特點，其中(qzhng)常用的是查表法。精品

59、資料河南理工大學機械學院 減速器傳動減速器傳動(chundng)比的計算及分配比的計算及分配 減速器傳動減速器傳動(chundng)比應滿足驅(qū)動部件與負比應滿足驅(qū)動部件與負載之間的位移、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的關系。不但要求傳動載之間的位移、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的關系。不但要求傳動(chundng)構件要有足夠的強度，還要求其轉(zhuǎn)動構件要有足夠的強度，還要求其轉(zhuǎn)動慣量盡量小，以便在獲得同一加速度時所需轉(zhuǎn)矩小，慣量盡量小，以便在獲得同一加速度時所需轉(zhuǎn)矩小，即在同一驅(qū)動功率時，其加速度響應為最大。以步即在同一驅(qū)動功率時，其加速度響應為最大。以步進電動機為例，其傳動進電動機為例，其傳動(chundng)比可按下式計比可按下

60、式計算：算： 式中式中 為步進電動機步距角為步進電動機步距角(o)； 為絲杠導程為絲杠導程(mm)； 為工作臺運動的脈沖當量為工作臺運動的脈沖當量(mm)。 360PpipP脈沖脈沖(michng)當量指對應于系統(tǒng)當量指對應于系統(tǒng)輸入端的一個進給脈沖輸入端的一個進給脈沖(michng)，系統(tǒng)輸出端產(chǎn)生的轉(zhuǎn)角或位移。，系統(tǒng)輸出端產(chǎn)生的轉(zhuǎn)角或位移。精品資料河南理工大學機械學院第第 6 章章 機電一體化系統(tǒng)機電一體化系統(tǒng)(xtng)的抗干擾設計的抗干擾設計 p 電磁干擾的兩種傳輸途徑：電磁干擾的兩種傳輸途徑：p 輻射耦合途徑，傳導耦合途徑。輻射耦合途徑，傳導耦合途徑。 p 電磁干擾的存在必須具備三個