机电一体化设计基础

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1、机电一体化设计基础【第一章】1.机电一体化是机械与电子技术有机结合的产物。2.机电一体化乃是在机械的主功能、动力功能、信息功能和控制功能上引进微电子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机结合而构成系统的总称。3.机电一体化是一个综合的概念，包含了技术（首要）和产品两方面内容。4.机电一体化产品是具有高技术含量的产品，其技术附加值随机电结合程度的加深而提高。5.直到70年代初，日本人对机电一体化的长期实践和最新应用成果加以系统地概括和总结，才形成一个比较完整的机电一体化概念。6.目的功能：都能对输入的物质、能量、信息（即工业三大要素）进行某种处理，输出具有所需形式或所需特性的物质、能量和信

2、息。7.机电一体化产品5种内部功能：主功能、动力功能、计测功能、控制功能、构造功能。8.机电一体化产品5个基本要素：执行机构、动力源、检测与传感装置、控制与信息处理装置、机械本体。9.机电一体化产品分类：功能附加型、功能替代型、机电融合型。（1）功能附加型产品的主要特征：在原有机械产品基础上，采用微电子技术，使产品功能增加和增强，性能得到适当的提高。代表：经济型数控机床、电子秤、数显量具、全自动洗衣。（2）功能替代型产品的主要特征：采用微电子技术及装置取代原产品中的机械控制功能、信息处理功能或主功能，使产品结构简化，性能提高，柔性增加。代表：电子缝纫机、自动照相机、线切割加工机床、激光手术器

3、。（3）机电融合型产品的主要特征：根据产品的功能和性能要求及技术规范，采用专门设计的或具有特定用途的集成电路来实现产品中的控制和信息处理等功能，因而使产品结构更加紧凑、设计更灵活、成本进一步降低。代表：传真机、复印机、摄象机、磁盘驱动器、CNC数控机床。（附加值最高）10.CAPP计算机辅助工艺过程设计FMS柔性制造系统NC数字控制CIMS计算机集成制造系统CNC计算机数字控制机床CAM计算机辅助制造DNC分布式数字控制CAT计算机辅助翻译CMM坐标测量化MRP物料需求计划11.机电一体化6项共性关键技术：机械技术、计算机与信息处理技术、检测与传感技术、自动控制技术、伺服驱动技术、系统总体技

4、术。12.机电一体化设计必须充分考虑各种技术方案的等效性、互补性、可比性。13.机电一体化产品设计3种类型：开发性设计、适应性设计、变异性设计【第二章】1.机电一体化对机械系统的基本要求：高精度（首要）、快速响应、良好的稳定性。2.伺服系统的基本要求：稳定性（首要）、快速响应性、精度。3.机械系统的组成：传动机构、导向机构（导轨作用是支承和导向）、执行机构。4.传动机构性能要求：转动惯量小、刚度大、阻尼合适。（1）转动惯量大会使机械负载增大；系统响应速度降低，灵敏度下降；系统固有频率减小，容易产生谐振。（2）刚度大：伺服系统动力损失减小；机构固有频率高，不易产生共振；增加闭环伺服系统的稳定性

5、。（3）阻尼越大，最大振幅越小且衰减越快，使系统的稳态误差增大、精度减小。5.机电一体化产品要求传动机构具有自动变向功能，这就要求齿轮传动机构必须采取措施消除齿侧间隙，以保证机构的双向传动精度。6.滚珠丝杠副传动机构特点：传动效率高、运动具有可逆性、系统刚度好、传动精度高、使用寿命长、不能自锁、制造工艺复杂。7.滚珠丝杠副的轴向间隙是承载时在滚珠与滚道型面接触点的弹性形变所引起的螺母位移量和螺母原有间隙的总和。8.采用双螺母预紧的方法，把弹性形变控制在最小限度内，以减小或消除轴向间隙，并可以提高滚珠丝杠副的刚度，保证其反向传动精度。9.常用的3种双螺母消除轴向间隙的结构形式：垫片调隙式、螺纹

6、调隙式、齿差调隙式。10.滚珠丝杠副精度：C（最高）、D、E、F、G、H（最低）。11.滚珠丝杠副支承形式特点：（1）一端固定、一端自由（F—O）：<1>结构简单；<2>丝杠的轴向刚度比两端固定低；<3>丝杠的压杆稳定性和临界转速都较低；<4>设计时尽量使丝杠受拉伸；<5>适用于较短和竖直的丝杠。（2）一端固定、一端游动（F—S）：<1>需要保持螺母与两端支承同轴，结构复杂，工艺困难；<1>丝杠的轴向刚度和F-O相同；<3>压杆稳定性和临界转速比同长度的F-O高；<4>丝杠有热膨胀的余地；<5>适用于较长的卧式安装丝杠。（3）两端固定（F-F）：<1>同F-S的L；<2>只要轴承无间隙，丝杠

7、的轴向刚度为一端固定的4倍；<3>丝杠一般不会受压，无压杆稳定问题，固有频率比一端固定要高；4>可以预拉伸，预拉伸后可减少丝杠自重的下垂和热补偿膨胀，但需一套预拉伸的丝杠，结构和工艺都困难；<5>要进行预拉伸的丝杠，其目标行程应略小于公称形成，减少量等于拉伸量；<6>适用于对刚度和位移精度要求高的场合。12.导轨组成：支承导轨（固定不动），动导轨（相对支承导轨作直线或回转运动）13.导轨分类：滑动导轨、滚动导