机电一体化概论 教学课件 作者 于爱兵 机电一体化概论 2-1.ppt

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1、第2章机电一体化的系统组成2.1机械单元2.2伺服与驱动单元2.3检测单元2.4控制单元2.5接口技术第2章机电一体化的系统组成机电一体化系统主要由机械单元、检测单元、控制单元、伺服与驱动单元等组成。2.1机械单元2.1.1机械单元基础2.1.2执行元件2.1.3传动与导向元件手表的精确定时是靠机械传动实现的2.1.1机械单元（Mechanicalunit）基础机械单元是机电一体化系统的基础，是系统中所有功能单元的安装骨架和支撑结构，同时还具有传递动力和运动的作用。线性传动元件：减速装置、丝杠螺母副、蜗轮蜗杆副等；非线性传动元件：连杆机构、凸轮机构等；导向支承元件、旋转支

2、承元件轴系及架体等2.1.1机械单元（Mechanicalunit）基础基本要求：精度高，惯量小，刚度大基本组成：执行元件（Executivecomponent）机械执行元件，液压缸、气缸等；电气执行元件，如电动机、电磁阀、电磁开关、电磁离合器等传动与导向元件（Transmissionandguidecomponents）传动带、传动链、传动齿轮、传动轴等。导轨、导向键等机座元件2.1.2执行元件机械执行元件是机器的直接工作部分，它是将动力和运动转化为克服有效外载、对外做功、完成人们设计任务的元件。如，汽车驱动轮、夹持机器人手指等。机电一体化系统中，执行元件主要包括机械执

3、行元件、电磁执行元件、机械手末端执行器等。2.1.2执行元件1.机械执行元件微动机构是机电一体化系统中广泛应用的执行元件机械式：精密丝杠、精密杠杆、齿轮机构、凸轮机构以及弹性机构等。机电式：电热式、电磁式、压电式、电致伸缩式、磁致伸缩式等。（1）螺旋微动机构万能工具显微镜工作台的螺旋微动装置2.1.2执行元件（2）蜗轮-凸轮微动机构（3）齿轮-杠杆微动机构扇形齿轮（杠杆）2.1.2执行元件（4）热变形式微动机构机构原理示意图热变形微动机构2.1.2执行元件（5）磁致伸缩式微动机构2.1.2执行元件2.电磁执行元件（Electromagneticactuator）利用电磁感

4、应现象驱动被控对象。电磁阀电磁马达电磁离合器2.1.2执行元件2.电磁执行元件（Electromagneticactuator）左端电线圈通电右端电线圈通电二位五通电磁阀工作原理2.1.3传动与导向元件1.杆系（Bar-linkagesystem）示意图缝纫机下针机构平面杆系空间杆系空间杆系，若干个连杆机构按照一定的方式组合在一起，可以实现更为复杂的平面平移、角度倾斜、回转等复合运动。2.1.3传动与导向元件2.轮系（1）齿轮传动（Geartransmission）（2）齿轮齿条传动（Gear-racktransmission）2.1.3传动与导向元件2.轮系同步带实物打

5、印机上的字车结构（3）同步带传动（Timing-belttransmission）2.1.3传动与导向元件3.螺旋传动（Helixtransmission）结构原理图实物滚珠丝杠传动螺纹传动2.1.3传动与导向元件滚珠丝杠传动特点摩擦损失小，传动效率高达0.92~0.96，而普通滑动丝杠的传动效率为0.20~0.40。丝杠螺母之间预紧后，可以完全消除间隙，传动精度高，刚度好。摩擦阻力小，且几乎与运动速度无关，动静摩擦力之差极小，不易产生低速爬行现象。保证了运动的平稳性。磨损小，寿命长，精度保持性好。不能自锁，能实现旋转运动与直线运动的可逆转换，但在立式使用时应增加制动装置

6、。制造工艺复杂，成本高。2.1.3传动与导向元件4.凸轮传动（Camtransmission）特点：结构简单、紧凑；高副接触，易磨损，传力不大；可实现任意要求的从动件运动规律。原理图结构示意图由凸轮、从动件、机架这三个基本构件组成发动机配气机构的凸轮传动结构2.1.3传动与导向元件凸轮微动机构应用电机1带动长轴2转动，长轴2末端与端面凸轮7相连并随之转动，使壳体6和套筒5沿轴向运动。当凸轮转动到回程时，凸轮推动壳体6向右侧运动，壳体内的弹簧4推动套筒5向右运动。反之，当凸轮转动到推程时，套筒右侧的弹簧推动套筒向左运动。套筒和支座上分别焊接了固定销8，微动装置就是通过两固定

7、销驱动外固定架的两段沿轴向往复运动，外固定架再通过钢钉驱动骨折段微动。通过调整微动频率、微动幅度、微动力，对骨折段施加载荷，使骨折段产生微动，以此来提高患者在术后的治疗效果。单侧外固定架1—电机2—长轴3—支座4—弹簧5—可调节套筒6—壳体7—凸轮8—固定销9—连接杆10—固定夹11—钢针2.1.3传动与导向元件5.滚动导轨（Rollingguide）直线滚动导轨（Linearrollingguide）由钢球在滑块与滑轨之间作无限滚动循环，使得负载平台能沿着滑轨轻易的以高精度作直线运动，其摩擦系数仅为传统滑动导轨的1/50，定