1、機(jī)電一體化概論An Introduction to Mechatronics 第第2章章 機(jī)電一體化的系統(tǒng)組成機(jī)電一體化的系統(tǒng)組成機(jī)電一體化系統(tǒng)主要由機(jī)械單元、檢測單元、機(jī)電一體化系統(tǒng)主要由機(jī)械單元、檢測單元、控制單元、伺服與驅(qū)動單元組成。控制單元、伺服與驅(qū)動單元組成。 這些單元具有怎樣的結(jié)構(gòu)和工作原理這些單元具有怎樣的結(jié)構(gòu)和工作原理? 單元能夠完成哪些功能單元能夠完成哪些功能? 單元之間是如何連接的單元之間是如何連接的? 單元之間如何接受前一級元件的信號，將做出單元之間如何接受前一級元件的信號，將做出怎樣的處理，又如何向下一級元件傳遞輸出怎樣的處理，又如何向下一級元件傳遞輸出呢？呢？ 參考教

2、材：第參考教材：第2 2章章機(jī)電一體化概論An Introduction to Mechatronics 第第2章章 機(jī)電一體化的系統(tǒng)組成機(jī)電一體化的系統(tǒng)組成 2.1 機(jī)械單元機(jī)械單元2.2 伺服與驅(qū)動單元伺服與驅(qū)動單元2.3 檢測單元檢測單元2.4 控制單元控制單元2.5 接口技術(shù)接口技術(shù)機(jī)電一體化概論An Introduction to Mechatronics 2.1 機(jī)械單元機(jī)械單元2.1.1 機(jī)械單元基礎(chǔ)機(jī)械單元基礎(chǔ)2.1.2 執(zhí)行元件執(zhí)行元件2.1.3 傳動與導(dǎo)向元件傳動與導(dǎo)向元件手表的精確定時(shí)是靠機(jī)械傳動實(shí)現(xiàn)的手表的精確定時(shí)是靠機(jī)械傳動實(shí)現(xiàn)的機(jī)電一體化概論An Introduct

3、ion to Mechatronics 2.1.1 機(jī)械單元機(jī)械單元Mechanical unit根底根底p 機(jī)械單元是機(jī)電一體化系統(tǒng)的基礎(chǔ)，是系機(jī)械單元是機(jī)電一體化系統(tǒng)的基礎(chǔ)，是系統(tǒng)中所有功能單元的安裝骨架和支撐結(jié)構(gòu)，同統(tǒng)中所有功能單元的安裝骨架和支撐結(jié)構(gòu)，同時(shí)還具有傳遞動力和運(yùn)動的作用。時(shí)還具有傳遞動力和運(yùn)動的作用。p線性傳動元件：減速裝置、絲杠螺母副、蝸線性傳動元件：減速裝置、絲杠螺母副、蝸輪蝸桿副等；輪蝸桿副等；p非線性傳動元件：連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)等；非線性傳動元件：連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)等；p導(dǎo)向支承元件、旋轉(zhuǎn)支承元件導(dǎo)向支承元件、旋轉(zhuǎn)支承元件p軸系及架體等軸系及架體等機(jī)電一體化概論An

4、 Introduction to Mechatronics 2.1.1 機(jī)械單元機(jī)械單元Mechanical unit根底根底基本要求：精度高，慣量小，剛度大基本要求：精度高，慣量小，剛度大基本組成：基本組成： 執(zhí)行元件執(zhí)行元件Executive componentExecutive component） 機(jī)械執(zhí)行元件，液壓缸、氣缸等；機(jī)械執(zhí)行元件，液壓缸、氣缸等； 電氣執(zhí)行元件，如電動機(jī)、電磁閥、電磁開關(guān)、電磁電氣執(zhí)行元件，如電動機(jī)、電磁閥、電磁開關(guān)、電磁離合器等離合器等 傳動與導(dǎo)向元件傳動與導(dǎo)向元件Transmission and guide Transmission and guide

5、componentscomponents） 傳動帶、傳動鏈、傳動齒輪、傳動軸等。傳動帶、傳動鏈、傳動齒輪、傳動軸等。 導(dǎo)軌、導(dǎo)向鍵等導(dǎo)軌、導(dǎo)向鍵等 機(jī)座元件機(jī)座元件機(jī)電一體化概論An Introduction to Mechatronics 2.1.2 執(zhí)行元件執(zhí)行元件機(jī)械執(zhí)行元件是機(jī)器的直接工作部分，它是將動力和運(yùn)動轉(zhuǎn)機(jī)械執(zhí)行元件是機(jī)器的直接工作部分，它是將動力和運(yùn)動轉(zhuǎn)化為克服有效外載、對外做功、完成人們設(shè)計(jì)任務(wù)的元件。化為克服有效外載、對外做功、完成人們設(shè)計(jì)任務(wù)的元件。如，汽車驅(qū)動輪、夾持機(jī)器人手指等。如，汽車驅(qū)動輪、夾持機(jī)器人手指等。機(jī)電一體化系統(tǒng)中，執(zhí)行元件主要包括機(jī)械執(zhí)行元件、機(jī)電一

6、體化系統(tǒng)中，執(zhí)行元件主要包括機(jī)械執(zhí)行元件、電磁執(zhí)行元件、機(jī)械手末端執(zhí)行器等。電磁執(zhí)行元件、機(jī)械手末端執(zhí)行器等。機(jī)電一體化概論An Introduction to Mechatronics 2.1.2 執(zhí)行元件執(zhí)行元件1. 1. 機(jī)械執(zhí)行元件機(jī)械執(zhí)行元件 微動機(jī)構(gòu)是機(jī)電一體化系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用的執(zhí)行元件微動機(jī)構(gòu)是機(jī)電一體化系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用的執(zhí)行元件 機(jī)械式：精密絲杠、精密杠桿、齒輪機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)以及機(jī)械式：精密絲杠、精密杠桿、齒輪機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)以及彈性機(jī)構(gòu)等。彈性機(jī)構(gòu)等。 機(jī)電式：電熱式、電磁式、壓電式、電致伸縮式、磁致伸機(jī)電式：電熱式、電磁式、壓電式、電致伸縮式、磁致伸縮式等。縮式等。（1 1螺旋微

7、動機(jī)構(gòu)螺旋微動機(jī)構(gòu) 萬能工具顯微鏡工作臺的螺旋微動裝置萬能工具顯微鏡工作臺的螺旋微動裝置機(jī)電一體化概論An Introduction to Mechatronics 2.1.2 執(zhí)行元件執(zhí)行元件（2 2蝸輪蝸輪- -凸輪微動機(jī)構(gòu)凸輪微動機(jī)構(gòu) （3 3齒輪齒輪- -杠桿微動機(jī)構(gòu)杠桿微動機(jī)構(gòu)扇形齒輪扇形齒輪（杠桿）（杠桿）機(jī)電一體化概論An Introduction to Mechatronics 2.1.2 執(zhí)行元件執(zhí)行元件（4 4熱變形式微動機(jī)構(gòu)熱變形式微動機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)原理示意圖機(jī)構(gòu)原理示意圖 熱變形微動機(jī)構(gòu)熱變形微動機(jī)構(gòu)機(jī)電一體化概論An Introduction to Mechatronics

8、 2.1.2 執(zhí)行元件執(zhí)行元件（5 5磁致伸縮式微動機(jī)構(gòu)磁致伸縮式微動機(jī)構(gòu)機(jī)電一體化概論An Introduction to Mechatronics 2.1.2 執(zhí)行元件執(zhí)行元件2. 2. 電磁執(zhí)行元件電磁執(zhí)行元件Electromagnetic actuatorElectromagnetic actuator）利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象驅(qū)動被控對象。利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象驅(qū)動被控對象。 電磁閥電磁閥 電磁馬達(dá)電磁馬達(dá) 電磁離合器電磁離合器機(jī)電一體化概論An Introduction to Mechatronics 2.1.2 執(zhí)行元件執(zhí)行元件2. 2. 電磁執(zhí)行元件電磁執(zhí)行元件Electromagnetic

9、 actuatorElectromagnetic actuator）左端電線圈通電左端電線圈通電 右端電線圈通電右端電線圈通電二位五通電磁閥工作原理二位五通電磁閥工作原理機(jī)電一體化概論An Introduction to Mechatronics 2.1.3 傳動與導(dǎo)向元件傳動與導(dǎo)向元件1. 1. 桿系桿系Bar-linkage systemBar-linkage system） 示意圖示意圖 縫紉機(jī)下針機(jī)構(gòu)縫紉機(jī)下針機(jī)構(gòu) 平面桿系平面桿系 空間桿系空間桿系 空間桿系，若干個(gè)連桿機(jī)構(gòu)按照一定的方式組合在一起，空間桿系，若干個(gè)連桿機(jī)構(gòu)按照一定的方式組合在一起，可以實(shí)現(xiàn)更為復(fù)雜的平面平移、角度傾斜

10、、回轉(zhuǎn)等復(fù)合運(yùn)動。可以實(shí)現(xiàn)更為復(fù)雜的平面平移、角度傾斜、回轉(zhuǎn)等復(fù)合運(yùn)動。機(jī)電一體化概論An Introduction to Mechatronics 2.1.3 傳動與導(dǎo)向元件傳動與導(dǎo)向元件2. 2. 輪系輪系（1齒輪傳動齒輪傳動Gear transmission）（2齒輪齒條傳動齒輪齒條傳動Gear-rack transmission）機(jī)電一體化概論An Introduction to Mechatronics 2.1.3 傳動與導(dǎo)向元件傳動與導(dǎo)向元件2. 2. 輪系輪系同步帶實(shí)物同步帶實(shí)物 打印機(jī)上的字車結(jié)構(gòu)打印機(jī)上的字車結(jié)構(gòu) （3同步帶傳動同步帶傳動Timing-belt transmi

11、ssion）機(jī)電一體化概論An Introduction to Mechatronics 2.1.3 傳動與導(dǎo)向元件傳動與導(dǎo)向元件3. 螺旋傳動螺旋傳動Helix transmission）結(jié)構(gòu)原理圖結(jié)構(gòu)原理圖 實(shí)物實(shí)物滾珠絲杠傳動滾珠絲杠傳動螺紋傳動螺紋傳動機(jī)電一體化概論An Introduction to Mechatronics 2.1.3 傳動與導(dǎo)向元件傳動與導(dǎo)向元件滾珠絲杠傳動特點(diǎn)滾珠絲杠傳動特點(diǎn)摩擦損失小，傳動效率高達(dá)摩擦損失小，傳動效率高達(dá)0.920.96，而普通滑動絲，而普通滑動絲 杠的杠的傳動效率為傳動效率為0.200.40。絲杠螺母之間預(yù)緊后，可以完全消除間隙，傳動精度高，

12、絲杠螺母之間預(yù)緊后，可以完全消除間隙，傳動精度高，剛度好。剛度好。摩擦阻力小，且?guī)缀跖c運(yùn)動速度無關(guān)，動靜摩擦力之差極摩擦阻力小，且?guī)缀跖c運(yùn)動速度無關(guān)，動靜摩擦力之差極小，不易產(chǎn)生低速爬行現(xiàn)象。保證了運(yùn)動的平穩(wěn)性。小，不易產(chǎn)生低速爬行現(xiàn)象。保證了運(yùn)動的平穩(wěn)性。磨損小，壽命長，精度保持性好。磨損小，壽命長，精度保持性好。不能自鎖，能實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動與直線運(yùn)動的可逆轉(zhuǎn)換，但在不能自鎖，能實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動與直線運(yùn)動的可逆轉(zhuǎn)換，但在立式使用時(shí)應(yīng)增加制動裝置。立式使用時(shí)應(yīng)增加制動裝置。制造工藝復(fù)雜，成本高。制造工藝復(fù)雜，成本高。機(jī)電一體化概論An Introduction to Mechatronics 2.1.

13、3 傳動與導(dǎo)向元件傳動與導(dǎo)向元件4. 凸輪傳動凸輪傳動Cam transmission）特點(diǎn)：特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、緊湊；結(jié)構(gòu)簡單、緊湊；高副接觸，易磨損，傳力不大；高副接觸，易磨損，傳力不大；可實(shí)現(xiàn)任意要求的從動件運(yùn)動規(guī)律。可實(shí)現(xiàn)任意要求的從動件運(yùn)動規(guī)律。原理圖原理圖 結(jié)構(gòu)示意圖結(jié)構(gòu)示意圖由凸輪、從動件、機(jī)架這三個(gè)基本構(gòu)件組成由凸輪、從動件、機(jī)架這三個(gè)基本構(gòu)件組成發(fā)動機(jī)配氣機(jī)構(gòu)的凸輪傳動結(jié)構(gòu)發(fā)動機(jī)配氣機(jī)構(gòu)的凸輪傳動結(jié)構(gòu)機(jī)電一體化概論An Introduction to Mechatronics 2.1.3 傳動與導(dǎo)向元件傳動與導(dǎo)向元件凸輪微動機(jī)構(gòu)應(yīng)用凸輪微動機(jī)構(gòu)應(yīng)用電機(jī)電機(jī)1帶動長軸帶動長軸2轉(zhuǎn)動

14、，長軸轉(zhuǎn)動，長軸2末端與端面凸輪末端與端面凸輪7相連并隨之轉(zhuǎn)動，使殼體相連并隨之轉(zhuǎn)動，使殼體6和和套筒套筒5沿軸向運(yùn)動。當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)動到回程時(shí)，凸輪推動殼體沿軸向運(yùn)動。當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)動到回程時(shí)，凸輪推動殼體6向右側(cè)運(yùn)動，殼向右側(cè)運(yùn)動，殼體內(nèi)的彈簧體內(nèi)的彈簧4推動套筒推動套筒5向右運(yùn)動。反之，當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)動到推程時(shí)，套筒右側(cè)向右運(yùn)動。反之，當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)動到推程時(shí)，套筒右側(cè)的彈簧推動套筒向左運(yùn)動。套筒和支座上分別焊接了固定銷的彈簧推動套筒向左運(yùn)動。套筒和支座上分別焊接了固定銷8，微動裝置就，微動裝置就是通過兩固定銷驅(qū)動外固定架的兩段沿軸向往復(fù)運(yùn)動，外固定架再通過鋼是通過兩固定銷驅(qū)動外固定架的兩段沿軸向往復(fù)運(yùn)動，外固

15、定架再通過鋼釘驅(qū)動骨折段微動。釘驅(qū)動骨折段微動。通過調(diào)整微動頻率、微動幅度、微動力，對骨折段施加載荷，使骨折段產(chǎn)通過調(diào)整微動頻率、微動幅度、微動力，對骨折段施加載荷，使骨折段產(chǎn)生微動，以此來提高患者在術(shù)后的治療效果。生微動，以此來提高患者在術(shù)后的治療效果。單側(cè)外固定架單側(cè)外固定架11電機(jī)電機(jī) 2 2長軸長軸33支座支座 4 4彈簧彈簧55可調(diào)節(jié)套筒可調(diào)節(jié)套筒66殼體殼體 7 7凸輪凸輪88固定銷固定銷 9 9連接桿連接桿1010固定夾固定夾 11 11鋼針鋼針機(jī)電一體化概論An Introduction to Mechatronics 2.1.3 傳動與導(dǎo)向元件傳動與導(dǎo)向元件5. 滾動導(dǎo)軌滾動導(dǎo)軌Rolling guide）直線滾動導(dǎo)軌直線滾動導(dǎo)軌Linear rolling guide由鋼球在滑塊與滑由鋼球在滑塊與滑軌之間作無限滾動循環(huán)，使得負(fù)載平臺能沿著滑軌輕易的軌之間作無限滾動循環(huán)，使得負(fù)載平臺能沿著滑軌輕易的以高精度作直線運(yùn)動，其摩擦系數(shù)僅為傳統(tǒng)滑動導(dǎo)軌的以高精度作直線運(yùn)動，其摩擦系數(shù)僅為傳統(tǒng)滑動導(dǎo)軌的1/50，定位精度可達(dá)到，定位精度可達(dá)到m級。級。 實(shí)物 內(nèi)部結(jié)構(gòu)機(jī)電一體化概