【正文】 ? 執(zhí)行元件所做的功： ? 所以，得： ? 工程上用轉(zhuǎn)矩計算： 計算注意事項(xiàng)： [1]理論公式單位 kg m s制。 （ 與位移或 轉(zhuǎn)角 成比例 ） ④ 摩擦負(fù)載 (滑動摩擦負(fù)載 、 黏性摩擦負(fù)載 、 滾動摩擦負(fù)載等 )。（ 與加速度或 角加速度 成比例 ） ② 外力負(fù)載 。 轉(zhuǎn)速 、位移、加速度、功率、轉(zhuǎn)矩；增益、驅(qū)動電流 ； 機(jī)械機(jī)構(gòu)、電路與控制器、軟件（控制機(jī)理） ? 動態(tài)設(shè)計 （系統(tǒng)穩(wěn)定性、響應(yīng)快速性、震蕩等） 設(shè)計 校正補(bǔ)償裝置 ，使系統(tǒng)滿足 動態(tài)技術(shù)指標(biāo)要求 ，通常要進(jìn)行計算機(jī) 仿真 ，或 輔助設(shè)計 ? 初步方案 ? 穩(wěn)態(tài)設(shè)計 (機(jī)械結(jié)構(gòu)、電氣原理、監(jiān)控軟件 ) ? 系統(tǒng)的輸出 運(yùn)動參數(shù) 達(dá)到 技術(shù)指標(biāo)要求（結(jié)構(gòu)設(shè)計）； ? 執(zhí)行元件 (如電動機(jī) )的匹配 選型； ? 各主要元部件的選擇 與 控制電路 設(shè)計，并為動態(tài)設(shè)計中的校正補(bǔ)償裝置留有余地。 ? 靜態(tài)設(shè)計與動態(tài)設(shè)計 ? 機(jī)電一體化系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)設(shè)計考慮方法 ? 機(jī)電一體化系統(tǒng)的動態(tài)設(shè)計考慮方法 ? 機(jī)電一體化系統(tǒng)的可靠性設(shè)計和安全性設(shè)計 穩(wěn)態(tài)設(shè)計與動態(tài)設(shè)計的概念 ? 機(jī)電一體化系統(tǒng) (產(chǎn)品 )的設(shè)計過程是 機(jī)電參數(shù)相互匹配 ，即機(jī)電有機(jī)結(jié)合的過程。 則傳遞函數(shù)寫為： )())(( )())((0)( 2121nmPSPSPS ZSZSZSbsG ?????? ???????分母多項(xiàng)式 nnnn aSaSaS ??????? ?? 111稱為系統(tǒng)的特征方程 ， 其根稱為特征根 ， 與上述極點(diǎn)是一致的 ， 反映了系統(tǒng)的共振點(diǎn) 。 一般超調(diào)量 ~25% ξ取 ~ 5 5 傳遞函數(shù)的極點(diǎn)與零點(diǎn) 傳遞函數(shù)分子多項(xiàng)式的根稱為零點(diǎn)； Zi(I=1,2,… m)。 ξ 小響應(yīng)速度快，但超調(diào)量大，系統(tǒng)的穩(wěn)定性和響應(yīng)的平穩(wěn)性差。 4 189。 ? （ 4）結(jié)構(gòu)工藝性 ? （ 5）人機(jī)工程 ? （ 6）對環(huán)境的影響 3執(zhí)行元件的選擇 ? 執(zhí)行元件的要求 （可控性、可與計算機(jī)接口聯(lián)接） 轉(zhuǎn)角可控、 ? 執(zhí)行元件的種類 ? 執(zhí)行元件的選擇 ? 執(zhí)行元件的驅(qū)動及其接口 機(jī)座或機(jī)架設(shè)計要點(diǎn) ? 一、鑄造機(jī)座 ? （ 1）提高本身的剛度 ? ① 合理選擇截面形狀和尺寸 ? ② 合理布置肋板和加強(qiáng)筋 ? ③ 合理開孔或加蓋 肋板和加強(qiáng)肋形式 ? （ 2）提高接觸剛度 表面粗糙度、加筋板等 ? ? （ 3）機(jī)座的模型剛度試驗(yàn)或計算 ? 用機(jī)座縮小的模型做剛度試驗(yàn) ? 用有限元分析計算機(jī)座的剛度及動態(tài)特性 ? （ 4）結(jié)構(gòu)工藝性 結(jié)構(gòu)工藝性 ? （ 5）材料 ? 鑄鐵 ? 鋼 ? 其他材料（花崗巖、大理石、陶瓷等） ? 二、焊接件 ? 鋼板、角鋼、型鋼等焊接而成 ? 三、鋁合金型材 ? 用鋁合金型材與連接件組合而成 3執(zhí)行元件的選擇 ?執(zhí)行元件的要求 ?執(zhí)行元件的種類 ?執(zhí)行元件的特點(diǎn)選擇 ?執(zhí)行元件的驅(qū)動及其接口 執(zhí)行元件的要求 電可控性 （角位移、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速等） （應(yīng)用電壓、電流、脈沖控制等） 可與計算機(jī)接口聯(lián)接 （宜于計算機(jī)連接） 響應(yīng)迅速、反應(yīng)靈敏 （慣性小 動力大） 體積小重量輕 便于安裝與維修 執(zhí)行元件的種類 ? 電氣式 電磁式 電動機(jī) 伺服電機(jī)（交流、直流 ） 步進(jìn)電機(jī) 變頻電機(jī) 力矩電機(jī) 電磁鐵 其他 壓電元件、雙金屬片、形狀記憶合金 ? 液壓式 液壓缸、液壓馬達(dá) ? 氣壓式 氣缸、氣壓馬達(dá) ? 執(zhí)行元件的特點(diǎn)與選擇 ? 伺服電機(jī)（交流） 角位移控制、恒轉(zhuǎn)速控制、恒轉(zhuǎn)矩控制 （可雙目標(biāo)控制） （低速大轉(zhuǎn)矩、高速恒功率 ） ? 步進(jìn)電機(jī) 角位移控制 （低速大轉(zhuǎn)矩） ? 變頻電機(jī) 恒轉(zhuǎn)速控 （低速恒轉(zhuǎn)矩，高速恒功率） ? 力矩電機(jī) 恒線速度控制 （恒轉(zhuǎn)矩） 常用可控電機(jī)的特點(diǎn)與選擇 控制電機(jī) 控制特點(diǎn) 動力特性 傳動比計算 選擇主參數(shù) 伺服電機(jī) 角位移控制 恒轉(zhuǎn)速控制 恒轉(zhuǎn)矩控制 低速大轉(zhuǎn)矩 高速恒功率 0ω 電機(jī)最大功率 步進(jìn)電機(jī) 角位移控制 低速大轉(zhuǎn)矩 靜扭矩 變頻電機(jī) 恒轉(zhuǎn)速控 低速恒轉(zhuǎn)矩， 高速恒功率 02ω 電機(jī)最大功率 力矩電機(jī) 恒線速度控制 恒轉(zhuǎn)矩 0ω 堵轉(zhuǎn)扭矩 mLmLFmLF JJTTTTi ???21ffTTTTimLFmLF ????? ?360 hPi ???? ?360 hPi ??21ffTTTTimLFmLF ???21ffTTTTimLFmLF ???執(zhí)行元件的接口與驅(qū)動 弱電與強(qiáng)電的連接 4 控制系統(tǒng)的選擇與設(shè)計 ? 控制系統(tǒng)的種類 ? 控制系統(tǒng)的選擇 ? 檢測傳感器性能特點(diǎn)、選用及微機(jī)接口 ?LPC可編程控制器 ?單片機(jī) （有嵌入式） ?工業(yè)微機(jī)（工控機(jī)、有嵌入式） ?數(shù)控箱（專用控制器） （ 1） 控制器選擇 ? PLC可編程控制器 簡單邏輯控制 ? 單片機(jī) 大批量生產(chǎn) ? 微機(jī) 復(fù)雜控制 （復(fù)雜計算、智能控制、圖形顯示、 高速、大容量控制、友好界面） (2) 單片機(jī)系統(tǒng) （ 4）微機(jī)控制系統(tǒng)組成 （ 3）微機(jī)系統(tǒng)輸入輸出的可靠性 （ 4）微機(jī)、接口、驅(qū)動 ? DI （開關(guān)量輸入） 接按鈕、開關(guān)等 ? DO （開關(guān)量輸出） 電磁鐵、電磁閥線圈、 步進(jìn)電機(jī)等 ? AI ( AD 轉(zhuǎn)換） 模擬量 傳感器 ? AO （ DA轉(zhuǎn)換 ） 模擬量輸出控制 （伺服、變頻 電機(jī)驅(qū)動器等） ? 計數(shù)器 /定時器 計脈沖數(shù) 、脈沖發(fā)生、 脈沖寬度 輸出接口卡 開關(guān)量輸出接口卡 繼電器輸出 電磁閥、異步電機(jī)、交流接觸器 OC輸出 伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、電磁閥、繼電器 有光隔離和無光隔離型 晶閘管輸出 伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、電磁閥、繼電器 有光隔離 D/A接口卡 分辨率（ 8位、 10位、 12位、 16位） 伺服電機(jī)、變頻電機(jī)、力矩電機(jī) 通道數(shù)（ 6） 有光隔離和無隔離 定時器卡 頻率發(fā)生或脈沖發(fā)生 伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī) 有光隔離和無光隔離型 微機(jī)輸出接口弱電 /強(qiáng)電連接 微機(jī)模擬量輸出接口 ? 檢測元件的要求 ? 傳感器的（檢測元件）種類 ? （ 1）開關(guān)量傳感器 ? （ 2）模擬量傳感器 ? （ 3）數(shù)字量傳感器 輸入接口卡 開關(guān)量輸入接口卡 I(位輸入接口卡 ) 有光隔離和無光隔離型 I/O接口卡 16I+16O 32I+32O A/D接口卡 轉(zhuǎn)換時間 直接轉(zhuǎn)換型（分辨率 6位、 8位、10位） 微秒 通道數(shù)（ 6） 有光隔離和無隔離 逐步逼近型（分辨率 8位、 10位、 12位、 16位） 毫秒 通道數(shù)（ 6） 有光隔離和無隔離 雙積分型（ 2 189。 機(jī)架與箱體部件設(shè)計 ? 機(jī)座或機(jī)架的作用及基本要求 ? 機(jī)座或機(jī)架設(shè)計要點(diǎn) ? 1 作用 支承其他零件 （重力和工作載荷） 、 各零件的安裝基準(zhǔn) （保證各零件之間的相對位置） ? 2 特點(diǎn) 尺寸大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、加工面多、精度高 ? 3 要求： ? （ 1） 靜剛度、動剛度（抗震性）要求 ①提高靜剛度 ②增加阻尼 ③減少質(zhì)量（提高固有頻率） ④隔振措施 ? （ 2）熱變形 ? 控制環(huán)境溫度、控制熱源（減少發(fā)熱和加強(qiáng)散熱）、減少摩擦 ? 采用熱對稱（變形對稱） ? 采用熱平衡，減少各處的溫差。 采取適當(dāng)?shù)臐櫥绞娇山档洼S承的溫升 。 合理選用軸承類型和精度 。 ③ 采用吸振 、 隔振和消振裝置 。 ? 提高其抗振性的主要措施有： ① 提高軸系組件的固有振動頻率 、 剛度和阻尼 。 提高其旋轉(zhuǎn)精度的主要措施有 ： ① 提高軸頸與架體 (或箱體 )支承的加工精度； ② 用選配法提高軸承裝配與預(yù)緊精度； ③ 軸系組件裝配后對輸出端軸的外徑 、 端面及內(nèi)孔通過互為基準(zhǔn)進(jìn)行精加工 。 2）非標(biāo)滾動軸承 3）靜壓軸承（動壓軸承、靜動壓軸承） (1)提高軸系的旋轉(zhuǎn)精度 ? 軸承 (如主軸 )的 旋轉(zhuǎn)精度中的徑向跳動 主要原因： ① 被測表面的幾何形狀誤差； ② 被測表面對旋轉(zhuǎn)軸線的偏心； ③ 旋轉(zhuǎn)軸線在旋轉(zhuǎn)過程中的徑向漂移等因素引起 。 措施： 作受力分析，合理布置軸上零件位置和采用卸荷結(jié)構(gòu)。 5)軸上零件的布置 原因： 軸上傳動件的布置是否合理對軸的受力變形、熱變形及振動影響較大。 又由于溫度的上升會使?jié)櫥偷恼扯劝l(fā)生變化 ， 使滑動或滾動軸承的 承載能力降低 。 4)熱變形 原因： 軸系的受熱會使軸伸長或使軸系零件間隙發(fā)生變化 。 影響傳動精度和位置精度 。 3)抗振性 軸系的振動表現(xiàn)為強(qiáng)迫振動和自激振動兩種形式 。 危害： 引起擾度或轉(zhuǎn)角誤差 ， 影響傳動精度或位精度 。 相應(yīng)的變形量為 撓度 、扭轉(zhuǎn)角 ， 其剛度為 抗彎剛度和抗扭剛度 。 在工作轉(zhuǎn)速下 ， 其旋轉(zhuǎn)精度 即它的運(yùn)動精度取決于其轉(zhuǎn)速 、 軸承性能以及軸系的動平衡狀態(tài) 。 危害： 影響軸系運(yùn)動精度 。0??? 圓柱 頸向載荷 軸向載荷 球面軸向載荷 （ 2）方向精度和置中精度 置中精度： 任何截面上運(yùn)動件中心與支承件中心產(chǎn)生的最大中心之間的偏差程度 方向精度： 運(yùn)動件轉(zhuǎn)動時，其軸線與支承件軸線產(chǎn)生的傾向程度 )()(21 m i nm a x ZKdzDK dDC ????? ??LC /t a n ??? ?（ 3）溫度影響 線膨脹系數(shù) α （ 材料搭配） : 淬火鋼 012/℃ 鑄鐵 0104/ ℃ 合金鋼 020/ ℃ 黃銅 0192/ ℃ )](1[)](1[ 00 ttdttDX ZZKK ??????? ??圓錐支承 填入式滾動支承 ? 1 軸系設(shè)計基本要求 1)旋轉(zhuǎn)精度 2)剛度軸系的剛度 3)抗振性 (強(qiáng)迫振動和自激振動 ) 4)熱變形 5)軸上零件的布置 ? 2 軸系的軸承選擇 1）標(biāo)準(zhǔn)滾動軸承 2）非標(biāo)滾動軸承 3）靜壓軸承（動壓軸承、靜動壓軸承） ? 3 提高軸系抗振性的措施 1）提高軸系的旋轉(zhuǎn)精度 2）提高軸系組件的抗振性 3）采取溫度控制 (1) 軸系設(shè)計基本要求 1)旋轉(zhuǎn)精度 2)剛度軸系的剛度 3)抗振性 (強(qiáng)