【正文】 中心 機電一體化的特征： 有機械機構、 有CPU、有軟件 （有微機、單片機、 PLC等） 系統(tǒng)的五個子系統(tǒng)及其功能 ? 1 計算機（微機） 控制功能 ? 2 執(zhí)行元件 操作功能 ? 3 機構 構造功能 ? 4 傳感器 檢測功能 ? 5 動力源 動力功能 機電一體化相關技術 機械技術、微電子技術、信息技術、 控制技術、傳感器技術、驅動技術、 計算機技術、軟件技術 等多種學科的技術融合在一起，緊密結合在一起。 ? 其關鍵是建立統(tǒng)一的全局產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)管理及共享的機制，以保證正確的信息在正確的時刻以正確的方式傳到所需的地方。 并行工程（ CE－ Concurrent Engineering） 并行工程是集成地、并行地設計產(chǎn)品及其相關過程（包括制造過程和支持過程）的系統(tǒng)方法。包含了三大部分：以設計為中心的數(shù)字制造，以控制為中心的數(shù)字制造和以管理為中心的數(shù)字制造。 以“自動化”技術為發(fā)展前提 “自動化”從自動控制、自動調(diào)節(jié)、自動補償、自動辨識等發(fā)展到自學習、自組織、自維護、自修復等更高的自動化水平。 “綠色”是 CIMS未來發(fā)展的必然趨勢 “綠色”是從環(huán)境保護領域中引用來的。 ? 2縮短傳動鏈，提高傳動與支承剛度。 2第二章 機械系統(tǒng)部件設計 ? 傳動部件及其功能要求 ? 絲杠傳動部件 ? 滾珠絲杠傳動部件 ? 齒輪傳動部件 ? 柔性傳動部件 傳動部件選擇與設計 ?傳動機構的作用 ?傳遞動力（扭矩） ?傳遞運動（動作） ?傳遞速度（轉速） 1按摩擦類型分 滑動摩擦機構和滾動摩擦機構 ? 滑動絲杠螺母機構 結構簡單、加工方便、制造成本低、具有自鎖功能，但其摩擦阻力矩大、傳動效率低 (30％～ 40％ )。 但其軸向尺寸不易太長 ， 剛性較差 。 ? 3)螺母轉動 、 絲桿移動 該傳動形式需要限制螺母移動和絲桿的轉動 ， 由于結構較復雜且占用軸向空間較大 ， 故應用較少 。其不足是反向器加工困難、裝配調(diào)整也不方便 外循環(huán)有以下三種形式： 1)螺旋槽式 2)插管式 3)端蓋式 螺旋槽 插管式 端蓋式 1)螺旋槽式 ? 這種結構的特點是工藝簡單、徑向尺寸小、易于制造。 3)端蓋式 ? 這種方式結構簡單、工藝性好，但滾道吻接和彎曲處圓角不易準確制作而影響其性能，故應用較少。 2)雙推一雙推式 ? 兩端分別安裝止推軸承與深溝球軸承的組合，并施加預緊力，其軸向剛度最高。雙推端可預拉伸安裝，預緊力小，軸承壽命較高，適用于中速、傳動精度較高的長絲杠傳動系統(tǒng)。 ? 3）轉動慣量最小原則 等效慣量： 因為： 所以得： 因此： 得： 同樣方法得： ① 等齒寬等模數(shù) ② 其他： 實際：先小后大 ? 原則的運用： ? （ 1）對于要求體積小重量輕的齒輪傳動系統(tǒng)，可用 重量最輕原則 。 ? （ 5）大傳動比系統(tǒng)可 采用行星輪系或諧波齒輪傳動。 ? 原則的運用方法（五點）。 導軌的水平與鉛垂誤差互相影響 。磨損不能自動補償 ， 摩擦力和接觸變形比三角導軌小 。 場合 2 導軌副的組合形式 ? （ 1） 雙三角形導軌 ? （ 2） 矩形和矩形組合導軌 ? （ 3） 三角形和矩形組合導軌 ? （ 4） 三角形和平面導軌組合導軌 ? （ 5） 燕尾形導軌及其組合 （ 1）雙三角形導軌 特點： 導向性好 、 精度保持性好 (磨損能自動補償 ) 接觸剛度好 。 4．導軌副的材料 類別 性 能 材 料 鑄鐵 耐磨性和減振性好，熱穩(wěn)定性高，易于鑄造和切削加工，成本低 。 錦綸和酚醛夾布塑料、環(huán)氧樹脂、 聚四氟乙烯 不同情況下摩擦系數(shù) 有潤滑 無潤滑 ? 鋼 鑄鐵 ? 鋼 黃銅 ? 鋼 青銅 ? 鋼 鋁 ? 鑄鐵 青銅 ? 黃銅 黃銅 ? 鋁 鋼 ? 聚四氟乙烯 （自潤滑） 5．提高導軌副耐磨性的措施 影響因素： 摩擦系數(shù) （材料，潤滑） 摩擦力 ↓ （壓力 ↓，摩擦系數(shù) ↓） 壓比 ↓ （壓力 ↓ 、接觸面積 ↑） 磨損 ↓ （表面質量 ↑ ） 設計、制造中采取的措施 ： 結構、材料、熱處理、加工質量。 ? 淬硬層（磨后） 不低于 。 ? 方向精度、置中精度、摩擦力矩、載荷大小、溫度影響、耐磨性、抗振性、成本。39。 措施： 提高零件制造精度和裝配精度 。 軸系受載荷為徑向力 (如帶輪 、 齒輪上承受的徑向力 )時會產(chǎn)生 彎曲變形 。 原因： 有軸系組件 質量不勻 引起的 不平衡 、 軸的 剛度及 單向受力 等； 危害： 直接影響旋轉精度和軸承壽命 。 危害： 影響整個傳動系統(tǒng)的 傳動精度 、 旋轉精度 及位置精度 。 危害： 影響主軸前端運動精度和位置精度。 ? 軸系軸端的 軸向竄動 主要原因： ① 被測端面的幾何形狀誤差； ② 被測端面對軸心線的不垂直度； ③ 旋轉軸線的軸向竄動 。 ② 對軸系的主要零部件均應進行靜態(tài)和動態(tài)平衡 ，選用傳動平穩(wěn)的傳動件 、 對軸承進行合理預緊等 。 并提高相關制造和裝配的質量 。 ? （ 3）穩(wěn)定性（精度保持性） ? 自然時效、人工時效。 位 ) 數(shù)十次 /每秒 通道數(shù)（ 6） 有光隔離和無隔離 計數(shù)器卡 計數(shù) /計脈沖 （ 216 16位 ） 脈沖輸出傳感器 有光隔離和無光隔離型 5系統(tǒng)特性分析 ? 一般是高階系統(tǒng) ? 一階閉環(huán)系統(tǒng) （ 沒有慣性 、 沒有阻尼 、 剛度無窮大 ） ? 實際情況可做到：慣性很小 、 剛度非常大 、 有阻尼 、 固有頻率很高 ? （ 1） 系統(tǒng)的響應 輸入 ——輸出特性 （ 系統(tǒng)的響應 ） （ 2） 系統(tǒng)的傳遞函數(shù) )t(u)t(y輸入函數(shù)輸出函數(shù))S(U)S(Y拉普拉氏變換拉普拉氏變換 系統(tǒng)的傳遞函數(shù) n1n1n1nm1m1m1m0 aSaSaS bSbSbSb)s(U )s(Y)s(G ???? ?????????? ? ?（ 3） 一階系統(tǒng) as1)s(U)s(Y)s(G???（ 4）二階系統(tǒng) )t(u)t(yadt )t(dyadt )t(yd 2122 ???初始條件： y(0)=y’(0)=0， 拉氏變換得： )S(U)S(Ya)S(SYa)S(YS 212 ???得傳遞函數(shù)： 212 aSaS1)S(U)S(Y)s(G????標準形式： 2nn22n2S)s( ????????Mn TK??MKT21??ωn 系統(tǒng)無阻尼固有頻率 ξ 系統(tǒng)阻尼比 K 系統(tǒng)各傳遞系數(shù) （ 比例系數(shù) 、 放大倍數(shù) ） 之積 TM 系統(tǒng)時間常數(shù) [1] ξ 1 1S 2nn2,1 ???????? （ 過阻尼 ） 系統(tǒng)穩(wěn)定 [2] ξ =1 n2,1S ???? （ 臨界阻尼 ） 臨界狀態(tài) [3] 1ξ 1 1jS 2nn2,1 ???????? （欠阻尼）衰減阻尼 ,系統(tǒng)穩(wěn)定 ,有超調(diào)。 傳遞函數(shù)分母多項式的根稱為極點； Pi(I=1,2,… n)。 ? 機電伺服系統(tǒng)是典型的機電一體化系統(tǒng)。 （ 變化或恒定的力或 轉矩 ） ③ 彈性負載 。 [2]工程上轉速 n用 rmp (轉 /分 )。 ?????? ? 慣 ? 減速比的選擇： （ 1）加速度最大 （ 2）速度最大 (f1 電動機粘性摩擦系數(shù) ,f2負載粘性摩擦系數(shù)） （ 3）轉角匹配（位移） （ 4）輸出軸轉角誤差最小 （ 5）對速度、加速度均有要求 按（ 1）求 i， 再檢驗： 21ffTTTTimLFmLF ???mLmLFmLF JJTTTTi ????? ?360 hPi ??????? ni nkki??m a xmLi ?? ?m a xmLmLFmLF JJTTTTi ???各級轉速分配原則： ? 重量最輕原則 輸出軸轉角誤差最小原則 轉動慣量最小原則 iiii ??????? 321????? ni nkki??m a x 121)12(2121 2 ????? nnniin),3,2()2(2 1222/1nkii nknk????? ??? 等模數(shù)，等齒寬（小功率）： ? 否則： 先大后小 ? 等模數(shù)，等齒寬（小功率） ? 大功率：由 大到小 末級取大，提高最后一個齒輪的精度 、執(zhí)行元件與接口電路匹配 ? 一、模擬信號 ? 傳感器 ——接口卡（ AD卡） ? 電壓匹配，阻抗匹配。 ? 二、脈沖信號 ? 傳感器輸出 ——接口卡（計數(shù)器卡） ? 脈沖整形與放大。 AD轉換 DO DI DA轉換 機電一體化系統(tǒng)的典型微機控制系統(tǒng)組成 ? 動態(tài)設計： （ 1）系統(tǒng)控制方法 （ 2）校正形式 （ 3）設計校正器 ? 目標：使系統(tǒng)滿足動態(tài)指標的要求而成為穩(wěn)定系統(tǒng)。 ? 一般超調(diào)量 ~25% ξ取 ~ 5 1S 2nn2,1 ????????n2,1S ????1jS 2nn2,1 ????????n2,1 jS ???? 傳遞函數(shù)分子多項式的根稱為零點；Zi(I=1,2,… m) ? 傳遞函數(shù)分母多項式的根稱為極點；Pi(I=1,2,… n) ? 則傳遞函數(shù)寫為： ? 分母多項式 =0 ? 稱為系統(tǒng)的特征方程 ， 其根稱為特征根 ， 與上述極點是一致的 ， 反映了系統(tǒng)的共振點 。 ? 用 概率理 論 定量分析 產(chǎn)品在工作中的 可靠程度 。 相反地 ， 實際微分 PID算法由于慣性濾波的存在 ， 使微分作用可持續(xù)多個采樣周期 ， 有效地避免了上述問題的產(chǎn)生 ，因而具有更好的控制性能 。 積分的主要作用 ： 在控制的后期消除穩(wěn)態(tài)偏差 普通分離算法：大偏差時不積分 當 時 ， 采用 PID控制 當 時，采用 PD控制 ()ek ??()ek ?? 積分分離值的確定原則 abcytPDPDP I D??圖 93 不同積分分離值下的系統(tǒng)響應曲線 變速積分 ( ) [ ( ) ] ( )iiu k f e k K e k??? ?1 ( )()( ) ( )0 ( )e k BA e k Bf e k B e k A BAe k A B??????? ? ? ???????0 B A+B B AB e(k) t PID 變速積分 變速積分 PD PD 抗積分飽和措施 現(xiàn)象 ： 由于控制輸出與被控量不是一一對應的，控制輸出可能達到限幅值，持續(xù)的積分作用可能使輸出進一步超限，此時系統(tǒng)處于開環(huán)狀態(tài)，當需要控制量返回正常值時，無法及時“回頭”，使控制品質變差 。 ※ 不同：抗積分飽和根據(jù)最后的控