1、機電一體化技術實踐工程教學實習訓練中心工程教學實習訓練中心 機電一體化是精密機械工程、電子控制和系統思想在產品設計和制造過程中的協同結合。mechatronicsmechanicselectronics+ 在工業產品和過程的設計與制造中，機械工程與電子和智能計算機控制的協同集成。第一章第一章 緒論緒論 機電一體化技術精密機械技術傳感檢測技術伺服驅動技術自動控制技術第二章第二章 機電一體化系統的單元技術機電一體化系統的單元技術 四軸聯動數控雕銑機裝配圖第一節精密機械技術第一節精密機械技術 1機械傳動機構機械傳動機構 1.1 絲杠螺母機構絲杠螺母機構 1機械傳動機構機械傳動機構 1.2 齒輪傳動機

2、構齒輪傳動機構 1機械傳動機構機械傳動機構 1.3 撓性傳動機構撓性傳動機構 1機械傳動機構機械傳動機構 1.3 間歇傳動機構間歇傳動機構 2機械導向機構機械導向機構 2機械導向機構機械導向機構 2機械導向機構機械導向機構 3機械執行機構機械執行機構 3機械執行機構機械執行機構 3機械執行機構機械執行機構 4軸系軸系 4軸系軸系 5機座或機架機座或機架 傳感器是能夠感受規定的被測量，傳感器是能夠感受規定的被測量，并按照一定的規律轉換成可用的輸出信并按照一定的規律轉換成可用的輸出信號的器件或裝置。號的器件或裝置。第二節傳感檢測技術第二節傳感檢測技術 2.1 2.1 概述概述第二節傳感檢測技術第二

3、節傳感檢測技術 2.1 2.1 概述概述 傳感器與人的感官一一對應，相當人眼（視覺）的光傳感器，如光敏元件、電荷耦合器件（）、圖像傳感器和光敏二極管等；相當于人耳（聽覺）的音響傳感器，如傳聲器、壓電元件等；相當于人皮膚（觸覺）的振動傳感器、溫度傳感器和壓力傳感器，其中振動傳感器有應變片、半導體壓力傳感器等，溫度傳感器有熱敏電阻、鉑電阻、熱電偶和熱釋電傳感器等，壓力傳感器有膜片、力敏聚合物等；相當于人舌頭（味覺）的味覺傳感器，如鉑、氧化物、離子傳感器等；相當于人鼻（嗅覺）的嗅覺傳感器，如生物化學元件等。此外，還有檢測位移量的差動變壓器、檢測轉速的編碼器、磁性傳感器等。第二節傳感檢測技術第二節傳感

4、檢測技術 2.1 2.1 概述概述第二節傳感檢測技術第二節傳感檢測技術 2.1 2.1 概述概述第二節傳感檢測技術第二節傳感檢測技術 2.1 2.1 概述概述熱敏傳感器：熱敏傳感器是將溫度轉換為熱敏傳感器：熱敏傳感器是將溫度轉換為電信號的裝置。電信號的裝置。 2.2 2.2 傳感器的基本特性傳感器的基本特性 1. 傳感器的靜特性 傳感器的靜態特性是指當被測量處于穩定狀態下，傳感器的輸入與輸出值之間的關系。傳感器靜態特性的主要技術指標有：線性度、靈敏度、遲滯和重復性等。 (1) 線性度 傳感器的線性度是指傳感器實際輸出輸入特性曲線與理論直線之間的最大偏差與輸出滿度值之比，即100%maxFSyL

5、 xyS0%100FSmyHH2.2 2.2 傳感器的基本特性傳感器的基本特性2.2 2.2 傳感器的基本特性傳感器的基本特性100%FSmRyR 1322nyyyiFSR2.2 2.2 傳感器的基本特性傳感器的基本特性2. 2. 傳感器的動態特性傳感器的動態特性 傳感器能測量動態信號的能力用動態特性表示。動傳感器能測量動態信號的能力用動態特性表示。動態特性是指傳感器測量動態信號時，輸出對輸入的態特性是指傳感器測量動態信號時，輸出對輸入的響應特性。傳感器動態特性的性能指標可以通過時響應特性。傳感器動態特性的性能指標可以通過時域、頻域以及試驗分析的方法確定，其動態特性參域、頻域以及試驗分析的方法

6、確定，其動態特性參數如：最大超調量、上升時間、調整時間、頻率響數如：最大超調量、上升時間、調整時間、頻率響應范圍、臨界頻率等。應范圍、臨界頻率等。 2.2 2.2 傳感器的基本特性傳感器的基本特性2.3 2.3 常用傳感器常用傳感器一、電阻式傳感器電阻式傳感器（ resistance type transducer ） 把位移、力、壓力、加速度、扭矩等非電物理量轉換為電阻值變化的傳感器。它主要包括電阻應變式傳感器、電位器式傳感器等。電阻式傳感器與相應的測量電路組成的測力、測壓、稱重、測位移、加速度、扭矩等測量儀表。（一）變阻器式傳感器（一）變阻器式傳感器 變阻器式傳感器也稱電位器式傳感器，其工

7、作原理是將物體的位移轉換為電阻的變化。 AlR2.3 2.3 常用傳感器常用傳感器xkRllkdxdRSa)直線位移型 b)角位移型 c)非線性型 常數kddRS 又稱函數電位器。是其輸出電阻與電刷位移之間具有非線性函數關系的一種電位器，即它可以實現指數函數、三角函數、對數函數等各種特定函數，也可以是其它任意函數。非線性電位器可以應用于測量控制系統、解算裝置等。2.3 2.3 常用傳感器常用傳感器負載電阻為 ，電位器長度為l，總電阻為，電刷位移為x，相應的電阻為 Rx，電源電壓為U，輸出電壓為U0為: 當時2.3 2.3 常用傳感器常用傳感器優點：結構簡單、尺寸小、重量輕、價格低廉且性能穩定；

8、受環境因素(如溫度、濕度、電磁場干擾等)影響小；可以實現輸出輸入間任意函數關系；輸出信號大，一般不需放大。缺點：因為存在電刷與線圈或電阻膜之間摩擦，因此需要較大的輸入能量；由于磨損不僅影響使用壽命和降低可靠性，而且會降低測量精度，所以分辨力較低；動態響應較差，適合于測量變化較緩慢的量。2.3 2.3 常用傳感器常用傳感器（二）（二）電阻應變式傳感器電阻應變式傳感器 以應變片為傳感元件的傳感器。體積小，結構簡單，動態響應快，測量精度高，壽命長，性能穩定可靠，可用于測量應變、力、位移、加速度、扭矩等參數。半導體應變式金屬電阻應變片 直接用來測定結構的應變或應力。 將應變片貼于彈性元件上，作為測量力

9、、位移、壓力、加速度等物理參量的傳感器。2.3 2.3 常用傳感器常用傳感器（二）（二）電阻應變式傳感器電阻應變式傳感器AlRdRdAARdllRdRdrdrldlRdR2ldlrdrldlrdr縱向應變 橫向應變 泊松比21212EERdREd優點:結構簡單,性能穩定,價格低。缺點:精度不高,靈敏度低。1 金屬電阻應變片2.3 2.3 常用傳感器常用傳感器（二）（二）電阻應變式傳感器電阻應變式傳感器 2 半導體應變片工作原理：半導體材料壓阻效應。壓阻效應：單晶片材料在沿某一軸向受到外力作用時，其電阻率 發生變化的現象。ERdRERdRSg比金屬絲的靈敏度大5070倍。優點：靈敏度高。缺點：溫

10、度穩定性能差，靈敏度分散度大，以及在較大應變作用下，非線性誤差大等。2.3 2.3 常用傳感器常用傳感器（三）壓阻（三）壓阻式傳感器式傳感器 半導體材料受到應力作用時，其電阻率會發生變化，這種現象稱為壓阻效應。實際上，任何材料都不同程度地呈現壓阻效應，但半導體材料的這種效應特別強。壓阻式傳感器的優點是:靈敏度非常高，有時傳感器的輸出不需放大可直接用于測量；分辨率高，例如測量壓力時可測出1020Pa的微壓；測量元件的有效面積可做得很小，故頻率響應高；可測量低頻加速度和直線加速度。最大的缺點是溫度誤差大，故需溫度補償或恒溫條件下使用。2.3 2.3 常用傳感器常用傳感器二、電容式傳感器電容式傳感器

11、（ capacitive type transducer ） 把被測的機械量，如位移、壓力等轉換為電容量變化的傳感器。它的敏感部分就是具有可變參數的電容器。其最常用的形式是由兩個平行電極組成、極間以空氣為介質的電容器。以最簡單的平行極板電容器為例說明其工作原理。在忽略邊緣效應的情況下，平板電容器的電容量為壓力、液位、振動、位移、速度、加速度壓力、液位、振動、位移、速度、加速度2.3 2.3 常用傳感器常用傳感器根據電容器參數變化的特性，電容式傳感器可分為極距變化型、面積變化型和介質變化型三種，其中極距變化型和面積變化型應用較廣。1 極距變化型極距變化型20AddCS優點：可進行非接觸測量缺點：

12、 靈敏度與成反比，極距越小，靈敏度越高 存在非線性誤差，測量范圍小 配合使用的電子線路復雜2.3 2.3 常用傳感器常用傳感器根據電容器參數變化的特性，電容式傳感器可分為極距變化型、面積變化型和介質變化型三種，其中極距變化型和面積變化型應用較廣。2 面積變化型面積變化型常數0dAdCS優點：靈敏度為線性，測量范圍大。可用于測量大的角位移或線位移，差動式比單邊結構的靈敏度高一倍。a)角位移型 b)平面線位移型 c)圓柱體線位移型2.3 2.3 常用傳感器常用傳感器根據電容器參數變化的特性，電容式傳感器可分為極距變化型、面積變化型和介質變化型三種，其中極距變化型和面積變化型應用較廣。3 介質變化型

13、介質變化型利用介質介電常數變化將被測量轉化為電容量的傳感器。常用測量材料的厚度、液位等。2.3 2.3 常用傳感器常用傳感器三、電感式傳感器電感式傳感器（ inductance type transducer ） 電感式傳感器是利用電磁感應把被測的物理量如位移，壓力，流量，振動等轉換成線圈的自感系數和互感系數的變化，再由電路轉換為電壓或電流的變化量輸出，實現非電量到電量的轉換。 力、張力、壓力、壓差、加速度、振動、應變、流量、厚度、力、張力、壓力、壓差、加速度、振動、應變、流量、厚度、液位、比重、轉矩等液位、比重、轉矩等 2.3 2.3 常用傳感器常用傳感器1 自感型1）可變磁阻式電感傳感器可

14、變磁阻式傳感器的結構原理如圖所示，它由線圈、鐵芯及銜鐵組成。2.3 2.3 常用傳感器常用傳感器1 自感型1）可變磁阻式電感傳感器可變磁阻式傳感器的結構原理如圖所示，它由線圈、鐵芯及銜鐵組成。靈敏度S與氣隙長度的平方成反比，愈小，靈敏度愈高。由于S不是常數，故會出現非線性誤差，為了減小這一誤差，通常規定在較小的范圍內工作。 故靈敏度S趨于定值，即輸出與輸入近似成線性關系。這種傳感器適用于較小位移的測量，一般約為0.0011 mm。2.3 2.3 常用傳感器常用傳感器1 自感型2）渦電流式利用金屬體在交變磁場中的渦電流效應。分析表明：由于渦流磁場的作用使原線圈的等效阻抗Z發生變化。Z的變化與、金

15、屬板的電阻率、磁導率以及線圈激磁圓頻率等有關。改變其中某一因素，即可達到不同的變換目的。例：變化 ，可作為位移，振動測量。變化或 ，可作為材質鑒別或探傷等。2.3 2.3 常用傳感器常用傳感器1 自感型2）渦電流式2.3 2.3 常用傳感器常用傳感器2 互感式傳感器差動變壓器式電傳感器原理：利用電磁感應中的互感現象，將被測位移轉化成線圈互感的變化。dtdiMe1122.3 2.3 常用傳感器常用傳感器2 互感式傳感器差動變壓器式電傳感器原理：利用電磁感應中的互感現象，將被測位移轉化成線圈互感的變化。 差動變壓器傳感器工作原理a）、b）工作原理 c）輸出特性由一個線圈中的電流發生變化而使其它線圈

16、產生感應電動勢的現象叫互感現象。階階段段步驟步驟方法方法主主 要要 指指 導導 理理 論論產產品品規規劃劃設計方法設計方法預測技術預測技術設計方法學設計方法學技術預測理論技術預測理論市場學市場學信息學信息學機械產品設計一般進程機械產品設計一般進程信息集約信息集約可行性報告、設計要求項目表可行性報告、設計要求項目表產品設計任務產品設計任務預測調研預測調研可行性分析可行性分析明確任務要求明確任務要求階階段段步驟步驟方方法法主主 要要 指指 導導 理理 論論原原理理方方案案設設計計系統化設計法系統化設計法創造技法創造技法評價決策方法評價決策方法系統工程學系統工程學形態學形態學創造學創造學思維心理學思

17、維心理學決策論決策論模糊數學模糊數學總功能分析總功能分析原理參數表、方案原理圖原理參數表、方案原理圖功能分解功能分解功能載體組合功能載體組合功能原理方案功能原理方案( (多個多個) )功能元求解功能元求解原理試驗原理試驗評價決策評價決策最優原理方案最優原理方案階階段段步驟步驟方法方法主要指導理論主要指導理論技技術術設設計計價值設計價值設計優化設計優化設計可靠性設計可靠性設計宜人性設計宜人性設計產品造型設產品造型設計計系列化設計系列化設計機械性能設機械性能設計計工藝性設計工藝性設計自動化設計自動化設計價值工程學價值工程學最優化方法、工程最優化方法、工程遺傳算法遺傳算法可靠性理論與實驗可靠性理論與

18、實驗人機工程學人機工程學工業美學工業美學模塊化設計、模塊化設計、相似理論相似理論有限元法、動態設有限元法、動態設計、摩擦學設計、計、摩擦學設計、高等機構學高等機構學機械設計的工藝基機械設計的工藝基礎礎控制理論、智能工控制理論、智能工程、人工神經元計程、人工神經元計算方法、專家系統算方法、專家系統結構方案結構方案( (多個多個) )結構價值分析結構價值分析試驗模型試驗模型試驗試驗總體設計總體設計結構設計結構設計造型設計造型設計造型價值分析造型價值分析外觀方案外觀方案( (多個多個) )評價決策評價決策評價決策評價決策最優結構方案最優結構方案最優造型方案最優造型方案最優技術設計方案最優技術設計方案

19、總體布置圖、裝配總體布置圖、裝配草圖、技術文件草圖、技術文件總體效果圖、總體效果圖、外觀效果模型外觀效果模型階階段段步驟步驟方法方法主要指導主要指導理論理論工工藝藝設設計計各種制造、裝各種制造、裝配、造型、裝配、造型、裝飾、檢驗等方飾、檢驗等方法法各種工藝學各種工藝學批批量量生生產產計算機輔助制計算機輔助制造造銷銷售售反饋控制法反饋控制法零件工作圖零件工作圖外觀件加工工藝、外觀件加工工藝、面飾工藝規程面飾工藝規程部件裝配圖部件裝配圖效果圖、檢驗標準效果圖、檢驗標準技術文件技術文件造型工藝文件造型工藝文件試制試制修改修改批量生產批量生產技術服務技術服務用戶訪問用戶訪問 二、二、機械總體方案設計的

20、目的和內容機械總體方案設計的目的和內容目的目的 產品功能是否齊全、性能是否優良、經濟效益是否顯產品功能是否齊全、性能是否優良、經濟效益是否顯著，在很大程度上取決于總體方案設計的構思和方案擬定時著，在很大程度上取決于總體方案設計的構思和方案擬定時的設計思想。的設計思想。內容內容執行系統的方案設計執行系統的方案設計執行系統方案評價與決策執行系統方案評價與決策執行系統協調設計執行系統協調設計執行機構型式設計執行機構型式設計運動規律設計運動規律設計系統功能原理設計系統功能原理設計機構尺度設計機構尺度設計運動和動力分析運動和動力分析原動機類型的選擇和原動機類型的選擇和傳動系統的方案設計傳動系統的方案設計

21、各級傳動比的分配各級傳動比的分配傳動鏈中機構傳動鏈中機構順序的安排順序的安排傳動路線選擇傳動路線選擇傳動類型選擇傳動類型選擇控制系統的方案設計控制系統的方案設計其它輔助系統的設計其它輔助系統的設計照明系統設計照明系統設計安全保障系統設計安全保障系統設計故障檢測系統設計故障檢測系統設計冷卻系統設計冷卻系統設計潤滑系統設計潤滑系統設計第二節第二節 機械執行系統運動方案設計機械執行系統運動方案設計 重要性重要性執行系統是機械系統中的重要組成部分，直接完成機械執行系統是機械系統中的重要組成部分，直接完成機械系統預期工作任務。系統預期工作任務。機械執行系統的方案設計是機械系統總體方案設計的核機械執行系統

22、的方案設計是機械系統總體方案設計的核心，是整個機械設計工作的基礎。心，是整個機械設計工作的基礎。機械執行系統的組成機械執行系統的組成 由一個或多個執行機構組成。執行構件是執行機構的輸由一個或多個執行機構組成。執行構件是執行機構的輸出構件，其數量及運動形式、運動規律和傳動特性等要求，出構件，其數量及運動形式、運動規律和傳動特性等要求，決定了整個執行系統的結構方案。決定了整個執行系統的結構方案。 一、機械執行系統運動方案設計的主要內容和過程一、機械執行系統運動方案設計的主要內容和過程 功能原理設計功能原理設計根據需要制定機械的總功能，擬根據需要制定機械的總功能，擬定實現總功能的工作原理和技術定實現

23、總功能的工作原理和技術手段，確定機械所要實現的工藝手段，確定機械所要實現的工藝動作動作運動規律設計運動規律設計通過對工作原理所提出的工通過對工作原理所提出的工藝動作進行分解，決定采用藝動作進行分解，決定采用何種運動規律來實現工作原何種運動規律來實現工作原理理執行機構型式設計執行機構型式設計決定選擇何決定選擇何種機構實現種機構實現給定的運動給定的運動規律規律執行系統協調設計執行系統協調設計執行機構型式設計執行機構型式設計根據工藝過程對各動根據工藝過程對各動作的要求，分析各執作的要求，分析各執行機構應當如何協調行機構應當如何協調配合，設計出機械運配合，設計出機械運動循環圖動循環圖確定各執行機確定各

24、執行機構的運動尺寸，構的運動尺寸，繪制出各執行繪制出各執行機構的運動簡機構的運動簡圖圖運動和動力分析運動和動力分析檢驗執行系檢驗執行系統是否滿足統是否滿足運動要求和運動要求和動力性能方動力性能方面的要求面的要求方案評價與決策方案評價與決策對方案進行定性對方案進行定性評價和定量評價評價和定量評價并從中選出最佳并從中選出最佳設計方案設計方案 二、執行系統的功能原理設計二、執行系統的功能原理設計1. 功能原理的選擇與構思功能原理的選擇與構思產品的功能產品的功能產品的用途、性能、使用價值等，根據人們生產或生活產品的用途、性能、使用價值等，根據人們生產或生活需要提出。需要提出。 確定功能指標的考慮因素確

25、定功能指標的考慮因素先進性先進性可行性可行性經濟性經濟性功能原理設計的重要性功能原理設計的重要性決定產品的技術水平、工作質量、傳動方案、結構型決定產品的技術水平、工作質量、傳動方案、結構型式、制造成本等。式、制造成本等。功能原理設計的多方案性功能原理設計的多方案性工作原理不同，運動方案也不同工作原理不同，運動方案也不同齒輪加工齒輪加工剃齒剃齒范成原理范成原理仿形原理仿形原理工作原理相同，運動方案不同工作原理相同，運動方案不同齒輪加工齒輪加工插齒插齒滾齒滾齒 三、執行系統的運動規律設計三、執行系統的運動規律設計 1. 工藝動作分解和運動方案選擇工藝動作分解和運動方案選擇刀具作復合運動刀具作復合運

26、動刀具與工作臺分別運動刀具與工作臺分別運動 運動規律設計通常是對工藝方法和工藝動作進行分析，運動規律設計通常是對工藝方法和工藝動作進行分析，把其分解成若干個基本動作。工藝動作分解的方法不同，所把其分解成若干個基本動作。工藝動作分解的方法不同，所形成的運動方案也不同。形成的運動方案也不同。立式鉆床工藝動作分解立式鉆床工藝動作分解直線運動直線運動曲線運動曲線運動復合運動復合運動往復擺動往復擺動執執行行構構件件運運動動形形式式回轉運動回轉運動每分鐘轉數每分鐘轉數 rpm由兩個以上單一運動合成由兩個以上單一運動合成間歇轉動間歇轉動停歇往復直線運動停歇往復直線運動停歇單向直線運動停歇單向直線運動沿可變曲

27、線運動沿可變曲線運動連續轉動連續轉動沿固定曲線運動沿固定曲線運動往復直線運動往復直線運動每分鐘轉位次數、轉角大小、運動系數每分鐘轉位次數、轉角大小、運動系數每分鐘擺動次數、轉角大小、行程速度變每分鐘擺動次數、轉角大小、行程速度變化系數化系數每分鐘行程數、大小、行程每分鐘行程數、大小、行程速度變化系數速度變化系數每次進給量的大小每次進給量的大小每循環停歇次數、位置、時每循環停歇次數、位置、時間、行程大小和工作速度間、行程大小和工作速度四、執行機構的型式設計四、執行機構的型式設計1. 設計原則設計原則 滿足執行構件的工藝動作和運動要求滿足執行構件的工藝動作和運動要求 盡量簡化和縮短運動鏈盡量簡化和

28、縮短運動鏈 盡量減小機構尺寸盡量減小機構尺寸 選擇合適的運動副形式選擇合適的運動副形式 考慮動力源的形式考慮動力源的形式 使執行系統具有良好的傳力和動力特性使執行系統具有良好的傳力和動力特性 使機械具有調節某些運動參數的能力使機械具有調節某些運動參數的能力 保證機械的安全運轉保證機械的安全運轉 2. 機構的選型機構的選型 目的目的選擇或創造出滿足執行構件運動和動力要求的機構。選擇或創造出滿足執行構件運動和動力要求的機構。 傳遞連續轉動的機構傳遞連續轉動的機構嚙合傳動機構嚙合傳動機構 連桿機構連桿機構 傳遞連續傳遞連續轉動機構轉動機構摩擦傳動機構摩擦傳動機構 摩擦輪傳動摩擦輪傳動 蝸桿傳動蝸桿傳

29、動 鏈傳動鏈傳動 齒輪傳動齒輪傳動 平行四邊形機構平行四邊形機構 雙曲柄機構雙曲柄機構 帶傳動帶傳動 實現單向間歇轉動的機構實現單向間歇轉動的機構棘輪機構棘輪機構 齒輪齒輪-連桿機構連桿機構 單向間歇單向間歇轉動機構轉動機構槽輪機構槽輪機構 不完全齒輪機構不完全齒輪機構 凸輪式間歇運動機構凸輪式間歇運動機構 適用于轉角固定的轉位運動適用于轉角固定的轉位運動 每次轉角小，或轉角大小可調的低速場合每次轉角小，或轉角大小可調的低速場合大轉角而速度不高的場合大轉角而速度不高的場合運動平穩、分度、定位準確，運動平穩、分度、定位準確，但制造困難、高精度定位、高但制造困難、高精度定位、高速場合速場合特殊要求

30、的輸送機構特殊要求的輸送機構 實現往復移動往復擺動運動的機構實現往復移動往復擺動運動的機構凸輪機構凸輪機構 組合機構組合機構 往復運動往復運動機構機構連桿機構連桿機構 螺旋機構螺旋機構 齒輪齒條機構齒輪齒條機構 液壓缸、氣缸液壓缸、氣缸 正弦機構正弦機構 正切機構正切機構 多桿機構多桿機構 曲柄滑塊機構曲柄滑塊機構 連桿機構特點連桿機構特點制造容易、承載能力大，但難以實現精確運制造容易、承載能力大，但難以實現精確運動，適用于無嚴格運動規律的場合。動，適用于無嚴格運動規律的場合。 凸輪機構特點凸輪機構特點能實現任意復雜的運動和各構件之間的運動能實現任意復雜的運動和各構件之間的運動協調，承載能力不

31、大。協調，承載能力不大。 螺旋機構特點螺旋機構特點可獲得大的減速比和較高的運動精度，常用可獲得大的減速比和較高的運動精度，常用作低速進給和精密微調機構。作低速進給和精密微調機構。 齒輪齒條機構特點齒輪齒條機構特點適用于移動速度較高的場合，精密齒條適用于移動速度較高的場合，精密齒條制造困難，傳動精度及平穩性不及螺旋機構。制造困難，傳動精度及平穩性不及螺旋機構。 凸輪機構凸輪機構 連桿機構連桿機構 實現往復移動往復擺動運動的機構實現往復移動往復擺動運動的機構組合機構組合機構 往復運動往復運動機構機構螺旋機構螺旋機構 齒輪齒條機構齒輪齒條機構 液壓缸、氣缸液壓缸、氣缸 正弦機構正弦機構 正切機構正切

32、機構 多桿機構多桿機構 曲柄滑塊機構曲柄滑塊機構 再現軌跡的機構再現軌跡的機構齒輪齒輪連桿組合機構連桿組合機構聯動凸輪機構聯動凸輪機構 再現軌跡再現軌跡機構機構連桿機構連桿機構 凸輪凸輪連桿組合機構連桿組合機構 一般而言，除了凸輪機構能實現精確的曲線軌跡之外，一般而言，除了凸輪機構能實現精確的曲線軌跡之外，其它機構都只能近似實現預定的曲線軌跡。其它機構都只能近似實現預定的曲線軌跡。 齒輪齒輪連桿組合機構連桿組合機構攪拌機構攪拌機構CBADE聯動凸輪機構聯動凸輪機構凸輪凸輪連桿組合機構連桿組合機構 五、執行系統的協調設計五、執行系統的協調設計 執行系統協調設計原則執行系統協調設計原則 滿足各執行

33、機構動作先后的順序性要求滿足各執行機構動作先后的順序性要求 滿足各執行機構動作在時間上的同步性要求滿足各執行機構動作在時間上的同步性要求 滿足各執行機構在空間布置上的協調性要求滿足各執行機構在空間布置上的協調性要求 滿足各執行機構在操作上的協同性要求滿足各執行機構在操作上的協同性要求 各執行機構的動作安排要有利于提高勞動生產率各執行機構的動作安排要有利于提高勞動生產率 各執行機構的的布置要有利于系統的能量協調和效率的各執行機構的的布置要有利于系統的能量協調和效率的提高提高 執行系統協調設計方法執行系統協調設計方法 確定機械的工作循環周期確定機械的工作循環周期 確定機械在一個運動循環中各執行構件

34、的各個行程段及確定機械在一個運動循環中各執行構件的各個行程段及其所需時間其所需時間 確定各執行構件動作間的配合關系確定各執行構件動作間的配合關系 機械運動循環圖機械運動循環圖用于描述機械在一個運動循環中各執行構件運動間相互用于描述機械在一個運動循環中各執行構件運動間相互協調配合的圖。協調配合的圖。通常選取機械中某一主要的執行構件為參考構件，以生通常選取機械中某一主要的執行構件為參考構件，以生產工藝的起始點作為運動循環的起始點，據此確定其它執行產工藝的起始點作為運動循環的起始點，據此確定其它執行構件的運動相對于參考構件的先后次序和配合關系。構件的運動相對于參考構件的先后次序和配合關系。 六、方案

35、評價與決策六、方案評價與決策評價指標評價指標 系統功能系統功能實現運動規律或運動軌跡、實現工藝動作的實現運動規律或運動軌跡、實現工藝動作的準確性準確性 運動性能運動性能運轉速度、行程可調性、運動精度等運轉速度、行程可調性、運動精度等 動力性能動力性能承載能力、增力特性、傳力特性、振動噪音承載能力、增力特性、傳力特性、振動噪音等等 工作性能工作性能效率高低、壽命長短、可操作性、安全性、效率高低、壽命長短、可操作性、安全性、可靠性適用范圍等可靠性適用范圍等 經濟性經濟性加工難易、能耗大小、制造成本等加工難易、能耗大小、制造成本等 結構緊湊性結構緊湊性 尺寸、重量、結構復雜性等尺寸、重量、結構復雜性

36、等 一、機械傳動系統方案設計一、機械傳動系統方案設計1. 設計過程設計過程 確定傳動系統總傳動比確定傳動系統總傳動比 選擇傳動類型選擇傳動類型 擬定傳動鏈布置方案擬定傳動鏈布置方案 分配傳動比分配傳動比 確定各級傳動機構的基本參數和主要幾何尺寸，計算確定各級傳動機構的基本參數和主要幾何尺寸，計算傳動系統的各項運動學和動力學參數傳動系統的各項運動學和動力學參數 繪制傳動系統運動簡圖繪制傳動系統運動簡圖第三節第三節 機械傳動系統方案設計機械傳動系統方案設計 和原動機選擇和原動機選擇 2. 傳動類型選擇傳動類型選擇類型與特點類型與特點撓性撓性( (件件) )傳動傳動 摩擦輪傳動摩擦輪傳動 繩傳動繩傳

37、動 圓形齒輪傳動圓形齒輪傳動 撓性嚙合傳動撓性嚙合傳動 帶傳動帶傳動 嚙合傳動嚙合傳動 機械機械傳動傳動摩擦傳動摩擦傳動單級齒輪傳動單級齒輪傳動 齒輪系傳動齒輪系傳動 同步齒形帶傳動同步齒形帶傳動 螺旋齒輪傳動螺旋齒輪傳動 蝸桿蝸輪傳動蝸桿蝸輪傳動 圓錐齒輪傳動圓錐齒輪傳動 圓柱齒輪傳動圓柱齒輪傳動 定軸輪系傳動定軸輪系傳動 周轉輪系傳動周轉輪系傳動 鏈傳動鏈傳動 非圓齒輪傳動非圓齒輪傳動 行星輪系傳動行星輪系傳動 差動輪系傳動差動輪系傳動 選擇原則選擇原則 執行系統的工況和工作要求與原動機的機械特性相匹配執行系統的工況和工作要求與原動機的機械特性相匹配 考慮工作要求傳遞的功率和運轉速度考慮工

38、作要求傳遞的功率和運轉速度 有利于提高傳遞效率有利于提高傳遞效率 盡可能結構簡單的單級傳動裝置盡可能結構簡單的單級傳動裝置 考慮結構布置考慮結構布置 考慮經濟性考慮經濟性 考慮機械安全運轉條件考慮機械安全運轉條件 傳動比的合理分配傳動比的合理分配傳動機構傳動機構種類種類平帶平帶V帶帶摩擦輪摩擦輪 齒輪齒輪蝸桿蝸桿鏈鏈圓周速度圓周速度 m s5 255 3015 2515 12015 3515 40減速比減速比 5 8 157 10 4 8 80 6 10最大功率最大功率 kW200750 1200150 250500005503750常用原動機的類型及主要特點常用原動機的類型及主要特點 原動機

39、類型原動機類型主要特點主要特點三相異步電動機三相異步電動機 結構簡單、價格便宜、體積小、運行可靠、維護方結構簡單、價格便宜、體積小、運行可靠、維護方便、堅固耐用；能保持恒速運行及經受較頻繁的啟便、堅固耐用；能保持恒速運行及經受較頻繁的啟動、反轉及制動；但啟動轉矩小，調速困難。一般動、反轉及制動；但啟動轉矩小，調速困難。一般機械系統中應用最多。機械系統中應用最多。 同步電動機同步電動機 能在功率因子能在功率因子cos 1的狀態下運行，不從電網吸收的狀態下運行，不從電網吸收無功功率，運行可靠，保持恒速運行；但結構較異無功功率，運行可靠，保持恒速運行；但結構較異步電動機復雜，造價較高，轉速不能調節。

40、適用于步電動機復雜，造價較高，轉速不能調節。適用于大功率離心式水泵和通風機等。大功率離心式水泵和通風機等。 直流電動機直流電動機 能在恒功率下進行調速，調速性能好，調速范圍寬，能在恒功率下進行調速，調速性能好，調速范圍寬，啟動轉矩大；但結構較復雜、維護工作量較大、價啟動轉矩大；但結構較復雜、維護工作量較大、價格較高；機械特性較軟、需直流電源。格較高；機械特性較軟、需直流電源。 二、原動機的選擇二、原動機的選擇常用原動機的類型及主要特點常用原動機的類型及主要特點 原動機類型原動機類型主要特點主要特點控制電動機控制電動機 能精密控制系統位置和角度、體積小、重量輕；具有寬廣而能精密控制系統位置和角度

41、、體積小、重量輕；具有寬廣而平滑的調速范圍和快速響應能力，其理想的機械特性和調速平滑的調速范圍和快速響應能力，其理想的機械特性和調速特性均為直線。廣泛用于工業控制、軍事、航空航天等領域。特性均為直線。廣泛用于工業控制、軍事、航空航天等領域。 內燃機內燃機 功率范圍寬、操作簡便、啟動迅速；但對燃油要求高、排氣功率范圍寬、操作簡便、啟動迅速；但對燃油要求高、排氣污染環境、噪聲大、結構復雜。多用于工程機械、農業機械、污染環境、噪聲大、結構復雜。多用于工程機械、農業機械、船舶、車輛等。船舶、車輛等。 液壓馬達液壓馬達 可獲得很大的動力和轉矩，運動速度和輸出動力、轉矩調整可獲得很大的動力和轉矩，運動速度

42、和輸出動力、轉矩調整控制方便，易實現復雜工藝過程的動作要求；但需要有高壓控制方便，易實現復雜工藝過程的動作要求；但需要有高壓油的供給系統，油溫變化較大時，影響工作穩定性；密封不油的供給系統，油溫變化較大時，影響工作穩定性；密封不良時，污染工作環境；液壓系統制造裝配要求高。良時，污染工作環境；液壓系統制造裝配要求高。 氣動馬達氣動馬達 工作介質為空氣，易遠距離輸送、無污染，能適應惡劣環境、工作介質為空氣，易遠距離輸送、無污染，能適應惡劣環境、動作速度快；但工作穩定性較差，噪聲大；輸出轉矩不大，動作速度快；但工作穩定性較差，噪聲大；輸出轉矩不大，傳動時速度較難控制。適用于小型輕載的工作機械。傳動時

43、速度較難控制。適用于小型輕載的工作機械。 一般的鉆床多采用第一種方案，但本例是三軸專用鉆床，因工件小，工作臺輕，移動工作臺比移動三軸容易。故采用第二種方案。多頭專用鉆多頭專用鉆床床機械傳動系統設計機械傳動系統設計 設計任務設計任務設計一臺自動鉆床，用來同時加工圖示零件上的三個孔，設計一臺自動鉆床，用來同時加工圖示零件上的三個孔，并能自動送料。并能自動送料。3020382020502010 運動方案選擇運動方案選擇 工藝動作工藝動作鉆頭一邊旋轉，同鉆頭一邊旋轉，同時相對于工件作移動時相對于工件作移動三種運動方案三種運動方案 鉆頭旋轉，同時軸向進給，鉆頭旋轉，同時軸向進給，工作臺靜止工作臺靜止 鉆

44、頭旋轉，工作臺帶動工件進給鉆頭旋轉，工作臺帶動工件進給 工作臺旋轉，鉆頭作軸向進給工作臺旋轉，鉆頭作軸向進給送料機構采取從料倉推送工件的方式送料機構采取從料倉推送工件的方式 執行系統運動規律設計執行系統運動規律設計工作臺工作臺送料桿送料桿料倉料倉三個執行構件三個執行構件鉆頭、工作臺、送料桿鉆頭、工作臺、送料桿 工藝過程工藝過程 送料桿往右推出零送料桿往右推出零件，并頂出加工好件，并頂出加工好的零件的零件 夾具將工件定位并夾緊夾具將工件定位并夾緊 送料桿返回，工作臺帶動工件快速上送料桿返回，工作臺帶動工件快速上移接近鉆頭移接近鉆頭 工作臺慢速工進；工作臺慢速工進； 鉆孔結束后，工作臺快速退回，完

45、成一個工作循環鉆孔結束后，工作臺快速退回，完成一個工作循環鉆頭的轉速鉆頭的轉速 nc 1000v ( d)d鉆頭直徑，鉆頭直徑，d 8 mm v 切削速度，查手冊切削速度，查手冊45鋼，可選鋼，可選v 12.5m minnc 500 rpm工作臺為往復運動工作臺為往復運動鉆孔工藝要求鉆孔工藝要求 工作臺帶動工件快速上移接近鉆頭工作臺帶動工件快速上移接近鉆頭 工作臺改用工作進給速度先鉆凸臺上的孔，待鉆到工作臺改用工作進給速度先鉆凸臺上的孔，待鉆到 一定一定深度時，三個鉆頭才同時鉆進，因工作阻力增加，故進給深度時，三個鉆頭才同時鉆進，因工作阻力增加，故進給速度應減小速度應減小 鉆孔結束后，工作臺快

46、速退回，完成一個工作循環鉆孔結束后，工作臺快速退回，完成一個工作循環工作臺一個工作循環總時間工作臺一個工作循環總時間 T1 t1 t2 t3 t4 t5 24.6 s工作臺每分鐘工作循環數工作臺每分鐘工作循環數 n1 60 T1 2.44送料桿的運動為往復直動，運動循環時間與工作臺相同送料桿的運動為往復直動，運動循環時間與工作臺相同 Ts 24.6 s工作臺的行程工作臺的行程 Hf h0 h1 h2h1 單孔鉆削深度，取單孔鉆削深度，取h1 13 mmh2 三孔同時鉆削深度，取三孔同時鉆削深度，取h2 13 mm送料桿的行程取工件的兩倍送料桿的行程取工件的兩倍Hs 100 mmh0 工作臺快速趨近鉆頭的運動距離，取工作臺快速趨近鉆頭的運動距離，取h0 15 mm工作循環圖工作循環圖凸輪轉角凸輪轉角 0 90 180 270 360 送料桿送料桿 送料送料 靜靜 止止 送料送料工作臺工作臺 停止停止 單孔鉆單孔鉆 三孔鉆三孔鉆 快退快退快快進進 原動機的選擇原動機的選擇類型類型交流異步感應電動