第一篇：機電一體化系統設計論文

機電一體化系統設計論文

班級：數控姓名：潘萬順學號：081841191

摘要：機電一體化是現代科學技術發展的必然結果,本文簡述了機電一體化技術的基本概要和發展背景。綜述了國內外機電一體化技術的現狀，分析了機電一體化技術的發展趨勢。作為機電系的一名學生，將來工作學習都會以機電為主，所以必須掌握好各種機電的專業知識。我會本著認真的態度對待專業課的學習，提高自己的專業素養.接下來我將介紹一下我對電動機的認識。

關鍵詞：機電一體化；技術；應用

引言

現代科學技術的不斷發展，極大地推動了不同學科的交叉與滲透，導致了工程領域的技術革命與改造。在機械工程領域，由于微電子技術和計算機技術的迅速發展及其向機械工業的滲透所形成的機電一體化，使機械工業的技術結構、產品機構、功能與構成、生產方式及管理體系發生了巨大變化，使工業生產由“機械電氣化”邁入了“機電一體化”為特征的發展階段。

第二篇：機電一體化系統設計

機電一體化系統設計

1、動力系統（動力源）、傳感檢測系統（傳感器）、執行元件系統（如電動機）等五個子系統組成。

2、系統必須具有以下三大“目的功能”：①變換（加工、處理）功能；②傳遞（移動、輸送）功能；③儲存（保持、積蓄、記錄）功能。

3的變換、調整功能，可將接口分成四種：1）零接口；2）無源接口；3）有源接口；4）智能接口。

4、機電一體化系統設計的考慮方法通常有：機電互補法、結合（融合）法和結合法。

5擦、低慣量、高強度、高諧振頻率、適當的阻尼比等要求。

6、為達到上述要求，主要從以下幾個方面采取措施：

1）采用低摩擦阻力的傳動部件和導向支承部件，如采用滾珠絲杠副、滾動導向支承、動（靜）壓導向支承等。

2如用加預緊的方法提高滾珠絲杠副和滾動導軌副的傳動和支承剛度；采用大扭矩、寬調速的直流或交流伺服電機直接與絲杠螺母副連接以減少中間傳動機構；絲杠的支承設計中采用兩端軸向預緊或預拉伸支承結構等。

3的等效動慣量，盡可能提高加速能力。

5如選用復合材料等來提高剛度和強度，減輕重量、縮小體積使結構緊密化，以確保系統的小型化、輕量化、高速化和高可靠性化。

第三篇：機電一體化系統設計基礎

（一）判斷題

1．在機電一體化系統驅動裝置中，反饋通道上環節的誤差與輸入通道上環節的誤差對系統輸出精度的影響是相同的。（＋）

2．通常，采用STD總線的工業控制機與外部設備的電氣接口均為TTL電平接口。

（－）

（二）選擇題

1．在機電一體化系統中，機械傳動要滿足伺服控制的三個主要要求是（A）。

A．傳動精度、穩定性、快速響應性

B．傳動精度、穩定性、低噪聲C．傳動精度、高可靠性、小型輕量化D．傳動精度、高可靠性、低沖擊振動

2．在機電一體化系統中，通過（B、C、E）可有效提高系統的穩定性。

A．提高驅動元件的驅動力

B．增大執行裝置的固有頻率 C．提高系統的阻尼能力

D．減小機構的傳動誤差 E．消除傳動系統的回程誤差

（三）簡答題

例：試述機電一體化產品的定義和分類方法。

解答：機電一體化產品是新型機械與微電子器件，特別是與微處理器、微型計算機相接合而開發的新一代電子化機械產品。

按用途可分為信息機電一體化產品、產業機電一體化產品和家庭用機電一體化產品。

（四）分析題

例：已知數控機床控制系統如圖所示，試說明圖中的各個部分屬于機電一體化系統中的哪個基本要素？

解：（1）依題意有兩種測量方案 a.高速端測量方案：

傳感器安裝在電機的尾部，通過測量電機的轉角實現工作臺位移的間接測量?？蛇x用光電編碼器式傳感器或者磁電式編碼器。

b.低速端測量方案： 傳感器安裝在工作臺上，直接測量工作臺的位移。可選用光柵式位移傳感器、感應同步器或者電位計式位移傳感器。

(2)控制計算機和控制方案的選擇

可以使用工業PC機及或者單片機完成系統的控制。具體可有以下三種方案： a．工業PC機集中控制方案：用一臺工業PC機對三個自由度實現集中控制，包括任務管理和三個自由度的伺服控制系統原理圖如下：

b．工業PC機、單片機分級控制方案：用一臺工業PC機與三個單片機通信，對三個單片機實現管理，每個單片機負責一個自由度的伺服控制，控制系統原理圖如下：

第四篇：機電一體化系統設計實驗報告范文

機電一體化系統設計

實 驗 報告

院

校：

系

別：

專

業：

班

級：

姓

名：

學

號：

實驗 1 1、三坐標測量機實驗

一、實驗要求 ? 掌握三坐標測量機的組成、工作原理、應用領域以及測量方法。

二、實驗目的 ? 1．通過觀摩學習三坐標測量機，掌握三坐標測量機的工作原理。

? 2．掌握三坐標測量機的測量方法。

三、實驗裝置：三坐標測量機。

四、實驗內容

（1）

對瑞士 FARO 便攜式三坐標測量機的原理結構和測量方法進行深入的探討和掌握，FARO 軟件的基本操作也進行了學習。FARO 便攜式三坐標測量機的精度可以達到 20um。

（2）

進行了零件平面度的測量方法，零件圓度的測量方法，測量誤差小于0.032mm（3）

對零件表面和工作臺表面兩個平面的平行度也進行了測量，平行度誤差約為 0.68mm，原因：這主要是工件的放置不太平整，工作臺表面有雜質顆粒導致平面度的誤差偏大。

五、實驗心得

通過本次試驗，學習了。，知道了。用途。在以后的工作中，如果遇到。。情況下，可以考慮采用三坐標測量機進行精確測量。

實驗 2 2、PLC、變頻器、觸摸屏及電機控制實驗 一、實驗要求 ? 會寫簡單的 PLC 梯形圖語言；能夠實現變頻器對三相異步電機的內部或外部變頻控制；熟悉觸摸屏的編程，并與 PLC 進行聯接。

二、實驗目的 ? 1．了解變頻器控制電機的基本原理。

? 2．掌握 PLC 的簡單編程方法。

? 3．了解工業觸摸屏的編程和通訊。

三、實驗裝置：工業控制實驗裝置。

四、實驗內容

圖 1 整體電氣回路圖

（1）變頻器控制電機實驗 電路圖 ? 變頻器內部 PU 控制 設置方法。。

電機連接方法 ? 變頻器外部 EXT 控制 設置方法。。

電機連接方法（2）PLC 和變頻器的電機正反轉實驗

電氣連接方法

（2）觸摸屏、PLC 和變頻器的電機正反轉實驗

電氣連接方法

五、實驗心得

通過本次試驗，學習了。，知道了。用途。在以后的工作中，如果遇到。。

情況下，可以考慮工業的自動化設備，如變頻器、PLC、觸摸屏等設備進行工廠設備的改造升級，提高勞動生產率，節省能源。

第五篇：機電一體化系統設計講稿

項目一 數控車床主傳動系統設計與部件選擇

1.1無級變速傳動鏈

1.1.1機床主傳動系統設計滿足的基本要求

機床主傳動系統因機床的類型、性能、規格尺寸等因素的不同，應滿足的要求一也不一樣。在設計機床主傳動系統時最基本的原則就是以最經濟、合理的方式滿足既定的要求。在設計時應結合具體機床進行分析，一般應滿足下述基本要求:(1)滿足機床使用性能要求。

首先應滿足機床的運動特性，如機床的主軸有足夠的轉速范圍和轉速級數(對于主傳動為直線運動的機床，則有足夠的每分鐘雙行程數范圍及變速級數);傳動系統設計合理，操作方便靈活、迅速、安全可靠等。(2)滿足機床傳遞動力要求。

主電動機和傳動機構能提供和傳遞足夠的功率和轉矩，具有較高的傳動效率。

1.1.2數控機床主傳動系統分類

機床主傳動系統可按以下不同的特征來分類:(1)按驅動主傳動的電動機類型可分為交流電動機驅動和直流電動機驅動。交流電動機驅動中又可分為單速交流電動機驅動或調速交流電動機驅動兩種。調速交流電動機驅動又有多速交流電動機驅動和無級調速交流電動機驅動。無級調速交流電動機通常采用變頻調速的原理。(2)按傳動裝置類型可分為機械傳動裝置、液壓傳動裝置、電氣傳動裝置及其組合。(3)按變速的連續性可分為分級變速傳動和無級變速傳動(此部分在下面詳細介紹)。數控機床的主傳動要求有較大的調速范圍，以保證在加工時能選用合理的切削用量，從而獲得最佳的生產率、加工精度和表面質量。數控機床的變速是按照控制指令自動進行的，因此變速機構必須適應自動操作的要求。大多數數控機床采用無級變速系統，數控機床主傳動系統主要有以下四種配置方式:(1)主軸電動機直接驅動。

如圖2一1(a)所示，電動機軸與主軸用聯軸器連接，這種方式大大簡化了主軸箱和主軸結構，有效地提高了主軸部件的剛度，但主軸輸出扭矩小，電動機發熱對主軸影響較大。目前，多采用交流伺服電動機，它的功率很大，但輸出功率與實際消耗的功率保持同步，效率很高。(2)電動機經同步齒形帶帶動主軸。

如圖1一1(b)所示，電動機將其運動經同步齒形帶以定比傳動傳遞給主軸。由于輸出扭矩較小，這種傳動方式主要用于小型數控機床低扭矩特性要求的主軸，可以減小傳動中的振動和噪聲。

(3)電動機經齒輪變速傳動主軸。

如圖1一1(c)所示，主軸電動機經二級齒輪傳動變速，使主軸獲得低速和高速兩種轉速，從而使之實現分段無級變速，這種方式在大、中型數控機床中采用較多。經過齒輪傳動降速后，電動機輸出轉矩可以擴大，以滿足主軸低速運轉時輸出扭矩大的特性要求。一部分小型數控機床一也采用這種傳動方式，以獲得強力切削時所需要的扭矩。(4)電主軸。

如圖1一1(d)所示，將調速電動機與主軸合成一體(電動機轉子軸即機床主軸)，其優點是主軸部件結構緊湊、剛度高、質量輕、慣量小，且可提高調速電動機啟動、停止的響應特性;其缺點是電動機發熱易引起熱變形。1.1.3無級變速傳動鏈的設計 無級變速傳動鏈可以在一定的變速范圍內連續改變轉速，以得到最有利的切削速度;能在運轉中變速，便于實現變速自動化;能在負載下變速，便于車削大端面時保持恒定的切削速度，以提高生產效率和加工質量。無級變速傳動可由機械摩擦無級變速器、液壓無級變速器和電氣無級變速器來實現。機械摩擦無級變速器結構簡單、使用可靠，常用于中、小型車床、銑床等主傳動系統中。液壓無級變速器傳動平穩、運動換向沖擊小，易于實現直線運動，常用于主運動為直線運動的機床，如磨床、拉床、刨床等機床的主傳動系統中。電氣無級變速器有由直流電動機或交流調速電動機驅動的兩種，由于它可以大大簡化機械結構，便于實現自動變速、連續變速和負載下變速，故其應用越來越)’一泛，尤其在數控機床上目前幾乎全都采用電氣無級變速器。

數控機床的主運動廣泛采用無級變速傳動，這不僅能使其在一定的調速范圍內選擇到合理的切削速度，而且還能在運轉中自動變速。無級變速系統有機械、液壓和電氣等多種形式，數控機床一般采用由直流或交流調速電動機作為驅動源的電氣無級變速。由于數控機床主運動的調速范圍較寬，一般情況下單靠調速電動機無法滿足;另一方面調速電動機的功率和轉矩特性一也難以直接與機床的功率和轉矩要求安全匹配。因此，需要在無級調速電動機之后串聯機械分級變速傳動，以滿足調速范圍和功率、轉矩特性的要求。(1)無級變速裝置的分類。

機床主傳動中常用的無級變速裝置有三類:變速電動機、機械無級變速裝置和液壓無級變速裝置。

1)變速電動機。

機床上常用的變速電動機有直流電動機和交流電動機，它們在額定轉速以上為恒功率變速，通常變速范圍僅為2 ~3;額定轉速以下為恒定轉矩變速，調整范圍很大，變速范圍可達30甚至更大。上述功率和轉矩特性一般不能滿足機床的使用要求。為了擴大恒功率變速范圍，可在變速電動機和主軸之間串連一個分級變速箱。變速電動機I’一泛用于數控機床和大型機床中。

2)機械無級變速裝置。

機械無級變速裝置有柯普(Koop)型、行星錐輪型、分離錐輪鋼環型和寬帶型等多種結構，它們都是利用摩擦力來傳遞轉矩的，通過連續地改變摩擦傳動副工作半徑來實現無級變速。由于它的變速范圍小，多數是恒轉矩傳動，通常較少單獨使用，而是與分級變速機構串聯使用，以擴大變速范圍。機械無級變速器應用于要求功率和變速范圍較小的中、小型車型、銑床等機床的主傳動中，更多的是用于進給變速傳動中。

3)液壓無級變速裝置。

液壓無級變速裝置通過改變單位時間內輸入液壓缸或液動機中液體的油量來實現無級變速。它的特點是變速范圍較大，變速方便，傳動平穩，在運動換向時沖擊小;易于實現直線運動和自動化。液壓無級變速裝置常用在主運動為直線運動的機床中，如刨床、拉床等。(2)無級變速裝置與機械分級變速機構的串聯。在無級變速系統裝置單獨使用時，其調速范圍都較小，遠遠不能滿足現代通用機床變速范圍的要求。因此，常常將無級變速裝置與機械分級變速機構串聯，以擴大其變速范圍。(3)采用直流或交流電動機無級調速。

機床上常用的無級變速機構為直流或交流調速電動機。直流電動機是采用調壓和調磁方式來得到主軸所需轉速的。直流電動機從額定轉速向上至最高轉速是用調節磁場電流(簡稱調磁)的辦法來調速的，屬于恒功率調速;從額定轉速向下至最低轉速是用調節電樞電壓(簡稱調壓)的辦法來調速的，屬恒轉矩調速。通常，直流電動機的恒功率變速范圍較小，僅為2~4，而恒轉矩變速范圍很大，可達幾十，甚至超過100。交流調速電動機靠調節供電頻率的方式來調速，所以其常被稱為調頻主軸電動機。通常額定轉速向上至最高轉速氣max為恒定功率，變速范圍為3~5;額定轉速至最低轉速氣為恒轉矩，變速范圍為幾十，甚至超100。直流和交流電動機的功率轉矩特性如圖1-2所示。

交流調速電動機由于體積小、轉動慣性小、動態響應快、沒有電刷且能達到的最高轉速比同功率的直流電動機高，故磨損和故障也少?，F在在中、小功率領域，交流調速電動機已占優勢，應用一也更加廣泛。伺服電動機和脈沖步進電動機都是恒轉矩的，而且功率不大，所 以只能用于直線進給運動和輔助運動?；谏鲜龇治隹芍?，如果直流或交流調速電動機用于拖動直線運動執行器，例如龍門刨床工作臺(主運動)或立式車床刀架(進給運動)，可直接利用調速電動機的恒轉矩變速范圍，用電動機直接帶動或通過定比減速齒輪拖動執行機構。

1.2主傳動系統分析

數控車床用于加工回轉體零件。它集中了臥式車床、轉塔車床、多刀車床、仿形車床、自動和半自動車床的功能，是數控機床中應用較廣泛的品種之一。下面以一個典型數控車床C K3263 B為例說明如何分析數控機床主傳動系統，圖1一4所示為C K3263 B主傳動系統。主電動機經帶輪副和四速變速機構驅動主軸，其傳動路線表達式是

擬定轉速圖如圖2-5所示，從圖中可知，主軸共得到四段轉速:

1.3 車床數控化改裝主傳動系統方案設計

將06140臥式車床改造成用MCS-51系列單片機控制的經濟型數控車床，采用步進電動機開環控制，縱向和橫向均具有直線和圓弧插補功能。將原來的主傳動系統改裝為主變速系統。一般的臥式車床在改裝為經濟型數控車床時，主傳動系統和變速操縱機構是不動的，可利用暫停指令進行手動變速換擋，然后再繼續加工。如果要提高機床的自動化程度或者所加工工件的直徑相差較大，在加工過程中需要自動變速時，可考慮設置加工過程中的自動變速裝置，本任務即后一種情況。

將機械主傳動系統改裝為自動變速裝置的幾種方案說明見下文介紹。1.采用多速電動機改裝

目前采用多速電動機對主傳動系統進行改裝，一般是將主電動機更換為雙速或四速電動機，由微機系統信號自動控制切換電動機的轉速。這樣做的好處是機床性能良好，主傳動鏈改裝量較少，但多速電動機的功率是隨著轉速的變化而變化的，所以電動機功率要選的大一些，同時電動機的尺寸一也大，因此還要增加一套電動機變速系統。2.主變速系統改裝

對主軸箱內變速系統進行改裝，一般是將滑移齒輪變速改為電磁離合變速。這種變速機構仍為有級變速，一般變速級數不超過四級。3.采用直流主軸電動機或交流主軸電動機改裝

改裝后，機床主軸由直流主軸電動機(或交流主軸電動機)通過皮帶直接帶動，并通過電氣系統實現無級變速。

采用直流主軸電動機或交流主軸電動機改裝，其改裝成本高，但效果好，能獲得滿意的速度，而且由于傳動鏈中沒有齒輪，故噪聲很小。另外在改裝中要注意，主軸電動機的選擇要與進給系統電動機配套，以利于使用CNC系統。圖1-5所示為本任務改裝后的主傳動系統示意。拆下原操縱手柄，裝上齒輪2;以一個180 W的交流小電動機8通過蝸輪副7和齒輪3, 2將運動傳給手柄軸1，帶動主軸箱內的撥叉和滑塊進行變速。另外將手柄軸接長，在接長軸4上安裝帶單個壓塊6的圓盤，并在附加的機殼上固定一個裝有6個微動開關的圓盤5, 6個微動開關的位置與6級變速擋位對應。當手柄軸帶動圓盤轉動時，壓塊6依次壓下6個微動開關，發出6個不同信號，數控系統通過對電路信號的識別來控制變速。

自動變速過程如下:當變速電動機接到S指令后，便開始轉動，通過傳動裝置使手柄軸帶動撥叉滑塊使變速齒輪移位。與此同時，在速度繼電器的控制下，主電動機低速點動，以便滑移齒輪順利地進人嚙合位片。當壓塊壓下的觸點信號與數控系統S指令信號相符時，小電動機制動，主運動變速完成。這種方案保留了原主軸箱的結構，改裝量小，但只適合于06140型車床。

1.3.2主傳動系統設計過程 1.明確已知條件，草擬轉速圖 擬定轉速圖的一般步驟如下:(i)確定變速組數及各變速組的傳動副數;(2)安排變速組的傳動順序，擬定結構式(網);(3)分配傳動副傳動比.繪制轉涼圖 2.齒輪齒數的確定

齒輪的齒數取決于傳動比和徑向尺寸要求。在同一變速組中，若模數相同且不采用變位齒輪，則傳動副的齒數和相同;若模數不同，則齒數和S與模數m,成反比，即:

對于三聯滑移齒輪，當采用標準齒輪且模數相同時，最大齒輪與次大齒輪的齒數差應大于4，以避免滑移過程中的齒頂干涉。

當傳動比i采用標準公比的整數次方時，齒數和S及小齒輪齒數可以從表1一1中查得。

1.4 實訓準備

1.項目任務單

項日任務單見附錄二。2.項目要求

學完基礎知識及實例后，學生自主分析數控車床主軸箱實物，熟悉內部組成，然后分組制訂設計方案，方案合格后，開始具體設計。3.儀器與設備(1)CAK4085數控車床6(2)《機床設計手冊》若干。(3)扳手、鉗子、直尺。4.實訓步驟

(1)學生分組，并在現場分析數控車床主軸箱實物。(2)學生分組，制定任務實施方案。

(3)根據任務實施方案，學生將任務實施過程填入記錄表1一2中。1.4.2項目評價

項日的整體評價如表1-3所示。

圖1一1數控機床主傳動的配置方式

圖1-2直流和交流調速電動機的功率轉矩特性

圖1-4 CK3263B主傳動系統

圖1-5改裝后主傳動系統示意圖

表1一1常見傳動比的適用齒數

表1一2項目實施過程記錄表

表1-3項目評價表

項目二數控車床導軌副設計 2.1.1導軌副設計步驟

(1)根據已知的工作條件，選擇合適的導軌類型，常見導軌形式見表2-1.(2)選擇導軌截面形狀與組合方式。常見導軌截面形狀見表2一2。1)雙三角形導軌。如圖2-1所示，雙三角形導軌導向性和精度保持性都很高，磨損后能自動下沉補償磨損量。兩條三角形導軌副同時起支撐和導向作用，由于結構對稱，兩條導軌磨損均勻，故接觸剛度好。但由于超定位，加工、檢驗、維修都較困難，而且當量摩擦系數也高，因此適于精度高的場合。例如絲杠車床、單柱坐標鎖床的導軌副等。2)雙矩形導軌。

如圖2一2所示，雙矩形導軌的剛度高，當量摩擦系數比雙三角形導軌低，承載能力強，加工、檢驗、維修都較方便，因此被廣泛使用，例如數控機床的導軌副。雙矩形導軌承載面和導向面是分開的，存在側向間隙，必須用鑲條調節。

如圖2一2(a)所示，用兩外側面做導向面時，間距大、熱變形大、間隙大，因而導向精度低、承載能力大;如圖2-2(b)所示，以內外側面做導向面時，間距小、熱變形小、間隙小，因而導向精度高、易獲得較高的平行度;如圖2一2(c)所示，用兩內側面做導向面時，由于導軌面對稱分布在導軌中部，當傳動件位于對稱中心線上時，避免了由于牽引力與導向中心線不合而引起的偏轉，不致在改變運動方向時引起位置誤差，故導向精度高。3)三角形與矩形組合。

如圖2-3(a)和圖2-3(b)所示，三角形與矩形組合導軌兼有三角形導軌的良好導向性及矩形導軌的制造方便、剛性好等優點，并避免了由于熱變形所引起的配合變化。其缺點是三角形導軌比矩形導軌磨損快，易造成磨損不均勻，磨損后又不能通過調節來補償，故對位置精度有影響。

三角形與矩形組合導軌兼有導向性好、制造方便和剛度高等諸多優點，因此被廣泛使用，例如車床、磨床、龍門刨床、龍門銑床、滾齒機、坐標鎖床的導軌副等。4)雙燕尾形導軌。

如圖2一4(a)所示，它的高度較小，可以承受顛覆力矩，是閉式導軌中接觸面最少的一種結構。間隙調整方便，用一根鑲條就可以調節各接觸面的間隙。這種導軌剛度較差，加工、檢驗、維修都不大方便，適用于受力小、層次多、要求間隙調整方便的場合，例如牛頭刨床和插床的滑枕導軌、升降臺銑床的床身導軌、車床刀架導軌副和儀表機床導軌等。5)矩形與燕尾形導軌組合。

如圖2一4(b)所示，由于它兼有調整方便、能承受較大力矩的優點，故多用于橫梁、立柱和搖臂的導軌副。6)雙圓柱導軌組合。圓柱導軌具有制造方便、不宜積存較大切屑的優點，但間隙難以調整，磨損后一也不易補償，因此適用于移動件只受軸向力的場合，例如攻螺紋機、機械手的導軌副等。(3)通過計算選擇結構參數。

1)計算額定動載荷Ca’(單位N)。

式中: KW—負荷系數，按表2一3選取;KH----硬度系數，按表2一4選取;KT—溫度系數，按表2一5選取;KC—接觸系數，按表2一6選取;K—壽命系數，一般取K=50;2)依據 的原則，選擇結構參數。(4)其他參數選擇。1)導軌材料選擇。

鑄鐵耐磨性好，熱穩定性高，減振性好，成本低，易于加工，在滑動導軌中應用廣泛。淬硬的鋼導軌耐磨性好。鑲裝塑料導軌具有耐磨性好，動、靜摩擦系數接近，化學穩定性好，抗振性好，抗撕傷能力強，工作范圍廣，成本低等諸多優點。在選材時，支撐導件與運動件應選不同的材料，其熱處理的方式一也有所不同。2)調整裝置。

導軌工作時會產生間隙，間隙過小會增加摩擦阻力，間隙過大會降低導向精度，所以應選擇合適的調整裝置進行調整。例如滑動導軌副采用壓板和鑲條兩種方法調整。①鑲條。

鑲條用來調整矩形導軌、燕尾形導軌的側隙，以保證導軌面能正常接觸。鑲條應放在導軌受力較小的一側，常用的有平鑲條和楔形鑲條兩種。

平鑲條如圖2一5所示，它是靠調整螺釘1移動鑲條2的位置來調整間隙的，圖2一5(c)所示為在間隙調整好后，再用螺釘3將鑲條2緊固。平鑲條調整方便，制造容易，圖2一5(a)和圖2一5(b)所示的鑲條較薄，而且只在與螺釘接觸的幾個點上受力，容易變形，剛度較低，日前較少使用。楔形鑲條如圖2一6所示，鑲條的兩個面分別與動導軌和支撐導軌均勻接觸，所以比平鑲條剛度高，但加工較困難。

楔形鑲條的斜度為1 : 100一1:40,鑲條越長，斜度應越小，以免兩端厚度相差太大。如圖2一6(a)所示的調整方法是用調節螺釘1帶動鑲條2做縱向移動以調節間隙。鑲條上的溝槽a在刮配好后加工，這種方法構造簡單，但螺釘頭凸肩和鑲條上溝槽之間的間隙會引起鑲條在運動中竄動。圖2一6(b)所示為從兩端用螺釘3和5調節，避免了鑲條4的竄動，性能較好。圖2一6(c)所示為通過螺釘6和螺母7調節，鑲條8上的圓孔在刮配好后加工，這種調節方法方便，且能防止鑲條8的竄動，但其縱向尺寸較長。②壓板。

壓板用來調整輔助導軌面的間隙和承受的顛覆力矩，如圖2一7所示。

2.2.1選擇導軌副

1.確定最大載荷F-max 已知作用在單滑座上的最大載荷Fmax，滑座數M=4，工作臺受到進給方向的載荷(與絲杠軸線平行)Ff= 1 401 N，工作臺受到橫向的載荷(與絲杠軸線垂直)F-n= 337 N ,工作臺受到垂直方向的載荷(與工作臺面垂直)Fe=512 N，移動部件總重量G =736 N。單滑塊所受的最大垂直

2.確定額定工作時間壽命孔 要求該導軌副每天開機6h，每年工作300個工作日，且工作8年以上，則額定工作時間壽命:

3.確定行程長度系數TS 要求單向行程長度LS = 0.52m，每分鐘往返次數為3，則額定行程長度系數: 4.計算額定動載荷Ca’(單位為N)要求工作溫度不超過120 0C，工作速度為40 m/min，滾道表面硬度取60 HRC。由前面的計算結果得額定工作時間壽命Th = 14 400 h。則:

表2一7為JSA一KL型直線滾動導軌副(寬型螺孔)尺寸參數，圖2一8所示為其外形圖;表28 JSA-ZL型直線滾動導軌副尺寸參數

表2-9項目實施過程記錄表

表2-10項目評價表

項目三 簡易機電產品設計與制作

3.1.1設計原則

一方面，在保證產品完成規定功能的前提下，通過對構成各子系統的方案進行優化組合，降低成本，使系統功能平穩、準確、快速，以滿足用戶的要求。機電一體化產品的主要特征是自動化操作，功能是產品的生命，只有功能可靠，產品才具有價值。另一方面，要使功能達到最佳，機械子系統、電子信息處理子系統、動力子系統、傳感檢測子系統和執行機構子系統5部分構成要素的匹配、相互協調和相互補充也極為重要。而通過降低成本，并且使系統功能達到穩、準、快，又增強了產品的市場競爭力。

3.1.2設計工作流程

一個全新的機電一體化產品的正向設計和開發過程大體可以分為產品規劃、概念設計和詳細設計三個階段。1.產品規劃階段

產品規劃包括需求分析、市場預測和技術可行性分析，最后確定設計參數及設計制約條件，提出設計要求，并將其作為設計、評價和決策的依據。(1)需求分析。

需求分析從需求識別開始，認識需求是一種創造性工作，設計人員應深人實際，細致觀察，敏銳捕捉市場的需求，并及時完成產品的開發和試制工作。(2)市場預測。

市場預測是產品的前期調研工作，調研內容主要有以下三方面: 1)面向用戶的產品市場調研:主要有產品銷售對象的可能銷售量，用戶對產品的功能、性能、質量、使用維護、包裝及價格等方面的要求。此外，還應了解競爭產品的種類、優缺點和市場占有率等情況。

2)面向產品設計的技術調研:主要有行業和專業技術發展動態，相關理論的研究成果和新材料、新器件的發展動態，競爭企業、競爭產品的技術特點分析等。此外，還要了解本單位的生產基礎條件。

3)面向產品生命周期的社會環境調研:主要有產品生產和目標市場所在地的經濟技術政策(如產業發展政策、投資動向、環境保護及安全法規等)，產品的種類、規模及分布，社會的風俗習慣，社會人員構成狀況及消費水平、消費心理和購買能力等。

通過調研應確定開發產品的必要性、種類和生命周期，預測產品的技術水平、經濟效益和社會效益等，確定用戶對產品的功能、性能、質量、外觀和價格等方面的要求，即形成產品的初步概念，然后進行技術可行性分析。(3)技術可行性分析。

技術可行性分析包括以下幾個方面: 1)關鍵技術和技術線路:研究本產品需要的關鍵技術，指明產品實現的技術路線和技術標準。例如，一個新概念汽車，采用什么樣的發動機、什么樣的控制總線和什么樣的人機接口等。所使用的關鍵性技術應該是比較成熟的、成本和技術風險容易控制的。如果要采用比較前沿的新技術，則需要在市場和成本方面多做考慮。

2)可選技術方案:同樣的產品可能有多種技術方案可選擇，設計人員必須根據一定的準則從中選擇一個最合適的方案或將這些方案進行綜合處理。

3)主要性能指標及技術規格的可行性:產品的性能指標及技術規格對產品的成本和市場競爭力至關重要。性能指標和技術規格越高，產品的成本就越高，價格也就越高。但市場競爭力不完全由技術性能決定，還與其價格、品牌等許多因素有關。用戶往往追求性價比高的產品。因此制定產品的規格和性能指標需要綜合考慮各方面的因素，突出產品的特色，力爭做到高性能、低價格。在制定主要產品的規格和性能指標時還要充分參考競爭對手的產品及發展趨勢，制定最合理的參數。

4)主要技術風險:綜合分析產品功能、技術規格及性能指標實現的可能性，分析產品開發、生產中可能存在的各種問題和風險，以及這些問題與風險的解決和規避方法。如果不充分考慮這些問題和風險，產品開發時間則可能拖延，從而錯過市場最佳時機，使產品的成本過高、質量和成品率低或者大規模地更換生產設備等。因此，必須提前對這些問題進行充分的評估，使產品開發和生產能順利進行。

5)成本分析:根據所制定的產品技術規格和技術路線，綜合分析產品成本，包括技術成本、原材料成本、制造成本和人力成本等，為產品的立項提供決策支持。

6)結論和建議:根據產品的成本分析和技術風險分析，對產品的技術規格、性能指標和市場定位等參數提出修改建議，確定產品是否立項。產品立項應給出生產設計要求表，表中所列要求分為特征指標、優化指標和尋常指標，各項要求應盡可能量化，并按重要程度分出等級。2.概念設計階段

在概念設計階段輸人生產設計要求表，輸出總體方案。該方案主要包括產品外觀和結構布置方案、產品部件或子系統劃分以及設計目標、各部件或子系統的接口設計等三個方面，并制訂詳細設計任務書、驗收規范及進度計劃。

3.3案例導入

(3)確定小帶輪齒數Z1和小帶輪節圓直徑d1.應使小帶輪齒數，而帶輪最小許用齒數Z min可查表3一3獲得。當帶速和安裝尺比寸允許時，Z1盡可能選用較大值，初步選取Z1=12。(4)確定大帶輪齒數Z2和大帶輪節圓直徑d2(5)初選中心距久ao、帶的節線長度Lop、帶的齒數Zb。

根據表9-4選取接近標準的節線長度Lp=381mm，相應齒數Zb= 40。(6)計算實際中心距a。

設計同步帶傳動時，中心距a應該可以調整，以便獲得適當的張緊力。(7)校驗帶與小帶輪的嚙合齒數Zm 嚙合齒數:(8)計算基準額定功率P0

(9)確定實際所需的同步帶寬度bs。

式中bs0—選定型號的基準寬度，由表9-5可查得bs0 = 25.4mm;Kz—小帶輪嚙合齒數系數，由表9-6可查得K, = 0.8。10)帶的工作能力驗算。

根據下式計算同步帶額定功率P的精確值，若結果滿足 率)，則帶的工作能力合格。

帶的設計功

同步帶傳動示意簡圖如圖3-9所示。(11)結果整理。

同步帶:選用L型同步帶，訂購型號為150 L100

最后，經過廠家訂購與協商，確定帶輪及帶，零件如圖3一

10、圖3一11所示，同步帶傳動效果如圖3一12所示。3.3.3錐齒輪傳動設計

(1)確定齒輪材料及精度等級。

錐齒輪材料選擇45 #鋼調質，齒面硬度為217~225 HBS。經過計算齒輪傳動的最大圓周速度為4.19 m/s，查表3一8可確定錐齒輪精度等級為7級)(2)確定模數及齒數。(3)計算相關參數。

根據以上尺寸畫出小錐齒輪零件(見圖3一13)和大錐齒輪零件圖(見圖3一14)。錐齒輪傳動嚙合部分三維造型如圖3一15所示。3.3.4計數系統設計 在啤酒、汽水和罐頭等灌裝生產線上，常常需要對隨傳送帶傳送到包裝處的成品瓶進行自動計數，以便統計產量或為計算機管理系統提供數據。光電計數器是通過紅外線發射和接收進行計數的，有直射式和反射式兩種。直射式的發射、接收分體，發生器和接收器分別置于流水線兩邊，中間沒有阻擋時發射器的紅外線反射到接收器上，接收器收到發射來的紅外線，經相反處理使之沒有信號輸出，有工件經過時擋住光路，接收機失去紅外線信號便輸出一個脈沖信號到運算累加器進行計數。發射式是發射、接收同體，置流水線一邊，前面沒有工件往下流時，發射器發出的紅外線直接射出沒有反射，接收器沒有接收到反射來的紅外線信號則沒有輸出。有工件經過時，其將擋住光電路使發射器發出的紅外線信號反射到接收器上，接收器接收到反射來的紅外線信號便輸出一個脈沖信號到運算累加器進行計數。本項目的設計日的是每推一個料，計數器顯示一個數，逐次遞增。整體方案是:通過傳感器(光電開關或磁性開關)檢測到推桿動作，將信號傳到單片機，單片機輸出，并令數碼管顯示推出工件個數)其結構如圖3一16所示。

本設計是兩種傳感器均可，接線圖如圖3一17所示。

本設計中的計數器、光電開關、磁性開關均需外購，其外形如圖3一18所示。

3.4.1實訓準備

1.項目目的

(1)使學生具備一般機電產品方案的設計能力。(2)熟練掌握同步帶設計方法。(3)學會查《機械設計手冊》。2.項目要求

每組學生自行設計同步帶系統和計數系統。3.儀器與設備

(1)電腦若干(二維設計軟件、三維設計軟件必有)。(2)《機械設計手冊》若干。4.實訓步驟(1)學生分組設計方案。

(2)兩位指導教師及各組組長審核方案。

(3)方案通過后，具體設計，學生將項目實施過程填入記錄表3-9中。3.4.2項目評價

項目的整體評價見表3一10。

圖3一1機電一體化系統設計流程

圖3一2常用電子類組裝工具

圖3一4方案一草圖

圖3一5風能供料裝置結構示意

圖3一6風能供料裝置主要部件示意

圖3一7同步帶

表3-1同步帶載荷修正系數KA

表3一3帶輪最小許用齒數Zmin

表3一4同步帶節線長度L P

表3-5同步帶在基準帶寬下的許用工作拉力和線密度

表3一6小帶輪嚙合齒數系數

圖3-9同步帶傳動示意簡圖

圖3一10小帶輪零件

圖3一11大帶輪零件

圖3一12同步帶傳動效果

表3-10項目評價表