机电一体化 第一章

1、张建民张建民 编著编著北京理工大学出版社北京理工大学出版社讲授：张丽秀讲授：张丽秀交通与机械工程学院交通与机械工程学院EmailEmail：QQQQ：851617088851617088要求要求1、遵守课堂纪律2、提问3、迟到，早退4、黑板清洁l参考理论学时：参考理论学时：26+6（实验）（实验）l参考学分：参考学分：2.5l先修课程：先修课程：机械设计机械设计、单片微机原理单片微机原理、机械原理机械原理、金属切削机床金属切削机床、电工技电工技术术、电子技术电子技术及及可编程控制器可编程控制器等等l选用教材：选用教材：机电一体化系统设计机电一体化系统设计张建民张建民 编著，北编著，北京理工大学

2、出版社。京理工大学出版社。l主要参考书：主要参考书：机电一体化控制系统设计机电一体化控制系统设计赵松年主编，机械工业赵松年主编，机械工业出版社出版社机电一体化系统设计基础机电一体化系统设计基础中央广播电视大学出版中央广播电视大学出版社，李建勇主编社，李建勇主编机电一体化系统设计基础机电一体化系统设计基础中央广播电视大学出版中央广播电视大学出版社，张立勋主编社，张立勋主编 1.1.考查考查( (机设）机设）: : 期末考试（期末考试（50%50%）平时出勤（平时出勤（15%15%）作业（作业（15%15%）实验成绩（实验成绩（20%20%）2. 2. 考试（机制考试（机制+ +机电）机电）考试改

3、革考试改革期中考试（期中考试（20%20%）实验成绩（实验成绩（20%20%）期末考试（期末考试（50%50%）作业（作业（10%10%）章章内内 容容学时学时1 1总论总论2 22 2机电一体化系统的机械系统机电一体化系统的机械系统部件选择与设计部件选择与设计6 63 3机电一体化系统执行元件的机电一体化系统执行元件的选择与设计选择与设计4 44 4机电一体化系统的微机控制机电一体化系统的微机控制系统选择及接口设计系统选择及接口设计12125 5机动机动2 2 总总 计计2626（1）掌握组成机电一体化系统或产品机械系统机械系统元件和部件的基本工作原理、特点、选用原则与方法；（2）常用机电执

4、行元件和传感元件机电执行元件和传感元件的基本工作原理、特点、选用原则与方法；（3）微电子控制系统和微机控制系统微机控制系统等的基本工作原理、特点、选用原则与方法；（4）机电产品设计实例分析，从机电有机结合的角度出发，初步掌握机电一体化系统或产品的设计方法设计方法。第第1.11.1节节 概述概述1 1 机电一体化的定义机电一体化的定义机械学（机械学（MechanicsMechanics）+ + 电子学电子学（ElectronicsElectronics） = = 机电一体化机电一体化 或或 机械电子机械电子工程（工程（MechatronicsMechatronics）定义：定义：在机械的主功能、

5、动力功能、信息功能、控制功能基础在机械的主功能、动力功能、信息功能、控制功能基础上引入微电子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机上引入微电子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机地结合所构成系统的总称。地结合所构成系统的总称。( (日本机械振兴协会，日本机械振兴协会，19811981）l机电一体化技术使机械传动部分减少，因而使机机电一体化技术使机械传动部分减少，因而使机械磨损，配合间隙及受力变形等所引起的误差大械磨损，配合间隙及受力变形等所引起的误差大大减少；大减少；l同时由于采用电子技术实现自动检测，控制，补同时由于采用电子技术实现自动检测，控制，补偿和校正因各种干扰因素造成的误差

6、，从而提高偿和校正因各种干扰因素造成的误差，从而提高精度。精度。2.2.为什么采用机电一体化技术可以提高系统的精度为什么采用机电一体化技术可以提高系统的精度？机电一体化的三大效果：省能、省资源、智能化机电一体化的三大效果：省能、省资源、智能化变换功能（加工处理）；变换功能（加工处理）；传递功能（移动、输送）；传递功能（移动、输送）；储存功能（保持、积蓄、记录）储存功能（保持、积蓄、记录）（ 变 换 、 传 递 、 储 存 ）主 功 能计 测 功 能动 力 功 能控 制 功 能信 息能 源物 质新 输 出干 扰废 弃 物 输 出动 力 输 入（ 能 源 ）（ 信 息 ）输 入控 制输 出控 制人

7、 或 其 他 系 统构造功能（ 加 工 机 构 ）位 置 检 测切 削 加 工机械结构能外 部 电 源（ 能 源 ）电 源毛坯物质原 输 入热 、 振 动操 作人 员输 入控 制（ 信 息 ）控 制 器 CNC新 输 出工件物质热 、 振 动 、 切 屑监 视CNC程 序图 纸 信 息 等原 输 入物 质能 源信 息实例：实例：CNCCNC机床内部功能构成机床内部功能构成l机械本体：用于机械本体：用于支撑支撑和和连接连接其它要素，并把这些要素合理地其它要素，并把这些要素合理地结合起来，形成有机的整体。必要的组成部分，没有它，系结合起来，形成有机的整体。必要的组成部分，没有它，系统的各部件就支离

8、破碎。统的各部件就支离破碎。l动力系统。为机电一体化产品提供能量和动力功能，去驱动动力系统。为机电一体化产品提供能量和动力功能，去驱动执行机构工作以完成预定的主功能，包括电、液、气等多种执行机构工作以完成预定的主功能，包括电、液、气等多种动力源。动力源。l传感与检测系统。将机电一体化产品在运行过程中所需要的传感与检测系统。将机电一体化产品在运行过程中所需要的自身和外界环境的各种参数及状态转换成可以测定的物理量，自身和外界环境的各种参数及状态转换成可以测定的物理量，同时利用检测系统的功能对这些物理量进行测定，为机电一同时利用检测系统的功能对这些物理量进行测定，为机电一体化产品提供运行控制所需的各

9、种信息。体化产品提供运行控制所需的各种信息。l信息处理及控制系统。根据机电一体化产品的信息处理及控制系统。根据机电一体化产品的功能和性能要求，信息处理及控制系统接收传功能和性能要求，信息处理及控制系统接收传感器与检测系统的反馈信息，并对其进行相应感器与检测系统的反馈信息，并对其进行相应的处理，运算和决策，以对产品的运行实施按的处理，运算和决策，以对产品的运行实施按要求的控制。要求的控制。控制单元已经实现标准化控制单元已经实现标准化l执行部件。在控制信息的作用下完成要求的动执行部件。在控制信息的作用下完成要求的动作，实现产品的主功能。执行部件一般是运动作，实现产品的主功能。执行部件一般是运动部件

10、，常采用机械、电液、气动等机构。执行部件，常采用机械、电液、气动等机构。执行机构是实现产品目的功能的直接执行者，其性机构是实现产品目的功能的直接执行者，其性能的好坏决定着整个产品的性能。能的好坏决定着整个产品的性能。接口技术的作用：接口技术的作用： 实现机械、电子、信息等各种技术在机实现机械、电子、信息等各种技术在机电一体化系统中的物质、能源、信息的传电一体化系统中的物质、能源、信息的传递与转换，达到系统所需目的。递与转换，达到系统所需目的。接口技术的功能：接口技术的功能： 系统输入系统输入/ /输出接口信息的匹配。输出接口信息的匹配。 系统信息的转换、调整，能源信息匹配。系统信息的转换、调整

11、，能源信息匹配。7 7、 接口技术接口技术 按变换调整功能分类：按变换调整功能分类：零接口（导线）：不进行任何变换和调整零接口（导线）：不进行任何变换和调整无源接口（齿轮减速器）：只用无源要素进行变换、调整无源接口（齿轮减速器）：只用无源要素进行变换、调整有源接口有源接口: :（电磁离合器、放大器、（电磁离合器、放大器、A/DA/D等）含有有源要素、等）含有有源要素、主动进行匹配的接口智能接口主动进行匹配的接口智能接口: : 按输入输出功能分类：机械接口、物理接口、信息接口、按输入输出功能分类：机械接口、物理接口、信息接口、环境接口（对周围环境有保护作用）。环境接口（对周围环境有保护作用）。

12、实际上实际上，机电一体化技术研究的核心问题就是接口技术机电一体化技术研究的核心问题就是接口技术问题问题。1.5.3 1.5.3 机电一体化系统设计的一般原则机电一体化系统设计的一般原则原则：原则：从规范性、通用性、耐环境性、可靠性、经从规范性、通用性、耐环境性、可靠性、经济性等多方面综合分析，结合现代设计方法和手济性等多方面综合分析，结合现代设计方法和手段，达到机电一体化系统设计的三大目的省能源、段，达到机电一体化系统设计的三大目的省能源、省资源、智能化，提高机电产品的附加值和自动省资源、智能化，提高机电产品的附加值和自动化程度。化程度。常用的设计方法：常用的设计方法：机电互补法机电互补法 机

13、电结合（融合）法机电结合（融合）法 机电组合法机电组合法常见的设计类型：常见的设计类型：开发性设计开发性设计 适应性设计适应性设计 变异性设计变异性设计 本章节应重点掌握机电一体化系统设计的本章节应重点掌握机电一体化系统设计的内涵、作用、目标以及研究的主要核心技术内涵、作用、目标以及研究的主要核心技术问题，机电一体化系统（产品）的构成要素问题，机电一体化系统（产品）的构成要素和功能要素，以及它们之间的相互联系；机和功能要素，以及它们之间的相互联系；机电一体化系统（产品）的一般设计设计工作电一体化系统（产品）的一般设计设计工作流程；应考虑的方法和设计类型；了解机电流程；应考虑的方法和设计类型；了解机电一体化系统（产品）设计的基本程序、准则一体化系统（产品）设计的基本程序、准则与规律；与规律； 1.1.机电一体化的涵义、目的、特征、基本组成机电一体化的涵义、目的、特征、基本组成要素以及分别实现哪些功能。要素以及分别实现哪些功能。 2.2.工业三大