机电一体化设计

机电一体化设计（精选十篇）

机电一体化设计 篇1

关键词：机电一体化,传感器,发展趋势

0 引言

现代科学技术的不断发展,极大地推动了不同学科的交叉与渗透,导致了工程领域的技术革命与改造。在机械工程领域,由于微电子技术和计算机技术的迅速发展及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化,使机械工业的技术结构、产品机构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化,使工业生产由“机械电气化”迈入了“机电一体化”为特征的发展阶段。

1 机电一体化认识

日本在1971年提出一个新的英文集成名词“Mechatronics”词首Mecha取自Mechanics(机械学),词尾tronics取自Electronics(电子学)。我国经常译为机电一体化或机械电子学。在1981年德国工程师协会,德国电气工程技术人员协会共同组成的精密工程技术专家组提出的“关于大学精密工程技术专业的建议书”中,把精密工程技术定义为光-机-电一体化的综合技术。它包括机械(含液压,气动及微机械),电工与电子,光学等技术及其组合,其核心为精密工程技术。在当前“信息爆炸”的形式下,相对于专门型人才来说,市场对复合型人才的需求更加迫切。在中国,我们认为机械发展新阶段是机电一体化阶段。机电一体化是指在机构的主功能、动力功能、信息处理功能和控制功能上引进电子技术,将机械装置与电子化设计及软件结合起来所构成的系统的总称。机电一体化发展至今也已成为一门有着自身体系的新型学科,随着科学技术的不但发展,还将被赋予新的内容,基本特征可概括为:机电一体化是从系统的观点出发,综合运用机械技术、微电子技术、自动控制技术、计算机技术、信息技术、传感测控技术、电力电子技术、接口技术、信息变换技术以及软件编程技术等群体技术,根据系统功能目标和优化组织目标,合理配置与布局各功能单元,在多功能、高质量、高可靠性、低能耗的意义上实现特定功能价值,并使整个系统最优化的系统工程技术。因此,“机电一体化”涵盖“技术”和“产品”两个方面。只是,机电一体化技术是基于上述群体技术有机融合的一种综合技术,而不是机械技术、微电子技术以及其它新技术的简单组合、拼凑。这是机电一体化与机械加电气所形成的机械电气化在概念上的根本区别。机械工程技术有纯技术发展到机械电气化,仍属传统机械,其主要功能依然是代替和放大的体力。但是发展到机电一体化后,其中的微电子装置除可取代某些机械部件的原有功能外,还能赋予许多新的功能,如自动检测、自动处理信息、自动显示记录、自动调节与控制自动诊断与保护等。即机电一体化产品不仅是人的手与肢体的延伸,还是人的感官与头脑的眼神,具有智能化的特征是机电一体化与机械电气化在功能上的本质区别。

2 机电一体化的设计过程

机电一体化的机械动力部分由一般电动机演变为控制电动机,里程碑式地引入了电子和计算机等先进技术,代替人完成机器的检测与控制等工作。在知识经济中体现了制造业高科技化,促进了高科技产业和知识经济的发展。它是一种用于机电产品最优设计的方法学。它包括4个基本学科:电气、机械、计算机科学和信息技术。如图1所示。

机电一体化系统和多学科系统之间的区别不在于它们的组成要素,而在于这些组成要素设计的次序。一直以来,多学科系统设计使用一种按学科顺序设计的方法。比如,机电系统的设计一般通过以机械设计开始的三个步骤完成。当机械设计完成后,设计电源和微电子系统,接着是控制算法的设计及其实施。按学科顺序设计的方法的最大缺点是对整个过程中各个点的固定设计导致新的限制,这种限制源于对这些点的设计,而且会传递到下一个学科点的设计。使用并行方法进行预先设计可以使产品更具协同性。它补充了信息系统以指导设计,这种指导贯穿于设计的各个阶段,而不只是预先设计阶段,从而使之更加综合。在将机械,电气及计算机系统和信息系统进行集成以设计制造产品和过程时,需要进行协同。最终产品的功能应大于其各部分功能之和。如果没有协同组合的话,机电一体化产品具有的性能特征是很难实现的,机电一体化的关键要素如图2。

机电一体化系统是在物理系统中使用信息系统的结果。物理系统包括机械系统,计算机系统,执行器,传感器和实时接口。机电一体化系统不只是机电系统,而且还是一个控制系统。传感器和执行器用来把能量从动力大的一边(通常是机械的一边),转换到动力小的一边(通常是电气和计算机的一边)。上图中的机械系统不仅包括机械零部件,还可能包括流体,气动,热,声,化学及其它学科。传感技术已经出现了新的发展以适应对特殊监测应用解决方案不断增长的需要。

2.1 机电一体化中的集成设计问题

由于机电一体化方法内在的并行性,或同时性工程,所以样机试制阶段的建模与仿真很重要。因为模型来自于各学科的综合应用。所以应用一种可视化的编程软件是很重要的。这样就涉及到了框图,流程图,状态转换图和波特图。机电一体化是一种设计哲学,其产品或设备有一个重要的特点就是它们内部的智能,这是将执行器,传感器,控制系统和计算机组合设计实现的。系统的集成是通过硬件(部件)和软件(信息处理)的联合实现的。硬件集成是将机电一体化系统看成一个整体系统来设计的,将传感器,执行器和微处理器融入到机械系统中,软件集成主要基于高级控制功能在设计时应首先分析客户要求以及系统集成的技术环境。在制作时应考虑了解客户,市场分析,优化性能,生命周期性能,质量,可靠性和销售。

2.2 机电一体化关键要素

(1)信息系统:信息系统包括信息传输的所有方面,从信号处理到控制系统到分析技术。信息系统结合了以下四种学科:通讯系统,信号处理,控制系统和数值计算方法。在机电一体化应用中,我们最关心的是建模,仿真,自动控制和用于优化的数字方法。(2)自动控制:控制系统工程学是在19世纪晚期产生的学科,认为在低阶系统(三阶或三阶以下)系统的稳定性依赖于特征方程的根和劳思(Routh)判据,这是一个很好的判断系统稳定性的分析工具。(3)最优化:就是先确认最优轨迹,最优轨迹是根据系统的要求即约束条件确定的,然后设计控制系统,在设计控制系统的时候应使系统的各参数最终满足控制要求,使误差最小化,或者说使目标函数的扰动最小化,可用最优化过程反复迭代公式(Pk+1=Pk+τ·S k)这里k是迭代次数,S k是P空间内的探索方向,τ是该方向上的探索步长空间内的探索步长,当P值不能再改进时这个过程结束,此时为最优化。(4)机械系统:机械系统考虑力作用下物体的特性。这样的系统按其性质可分为刚性的,可变形的和可流动的。大多数机电一体化系统应用的刚体系统,都依赖于物理学中的基本定律。(5)电气系统:电气系统由两个分支组成:电源系统和通讯系统。通讯系统以低能量的电信号形式在各点之间传输信息。诸如信息存储,处理和交换是通信系统的常见组成部分。电气工程的这个领域也称电子学。另一方面,电源系统用来在各点之间有效的传递大量的电能,而不是信息,例如:发电机是把机械能转化为电能,而电动机是把电能转化为机械能。

3 传感器和变换器

仪器仪表在现代科技领域中起着关键的作用。传感器是与仪器仪表紧密相关的机电一体化系统中一个非常重要的组件,其作用是为特定工业过程提供收集不同信息的机制。传感器广泛应用于过程检测以及工况评价方面,为用计算机系统对制造作业作较高级的监控提供便利,可应用于过程前,过程中及过程后。有时,传感器可以将一种物理现象转化为决策分析的可用信号。智能系统用传感器来监测由环境变化影响的特定场合,然后通过校正动作对其控制。

实际上在所有的应用中,传感器是将各种现实世界的数据转化为电信号,因此可定义为:传感器是一种把被测物理量转换成输出信号的装置。因此传感器也可以称为变换器,应用范围广泛,甚至可以用于分辨那些人类感官无法觉察到的环境变化。它们作为一次元件,连续的将变化着的信息转变成另一种形式,也就是说,传感装置检测被测量,并将其转换成系统可接受形式的信号,通常为电信号。整个系统的最大准确度由传感器的灵敏度和其内部噪声干扰所决定。在测控系统中,任何参数的变化,不论是在被测量中还是在信号修整中,都会直接影响系统的准确度。传感器和变换器是现代控制系统(电,光,机械或流体系统)的两个重要组成部分,传感器和变换器选用的程度取决于控制系统的自动化水平和复杂程度。要构成一个复杂控制系统,测量装置必须能够满足快速,灵敏和精确的要求。随着使用要求的不断提高,传感器的体积也不断的小型化,并通常将多个传感器和数据处理系统组合固定在一起。传感器的分类:根据传感器的输出信号形式,电源,工作模式以及被测变量可将传感器分为以下两大类。模拟传感器:模拟是指连续的,不中断的一系列事件。典型的模拟传感器的输出与被测变量是成正比例的,输出信号以连续方式变化,根据其幅值取得信息,通常其输出要经过A/D转换后输到计算机。数字传感器:数字是指一系列离散的事件,各个事件前后分开,如果传感器的逻辑电平输出是数字的,则称其为数字传感器。数字传感器有着准确度和精密度高的特点,与计算机监控系统相连时不需要任何转换器。

4 A/D,D/A转换

在计算机控制系统中,主机输入数据或向外部发布命令,都是通过接口及输入输出通道进行的,完成信息传递和交换的装置称为过程输入输出通道。这些通道是联系主机与被控对象的纽带和桥梁。生产对象的各种模拟信号,不能直接输入计算机,而要经过模/数转换,转换成数字信号,才能输入计算机进行加工处理。同样,经过计算机加工处理得到的数字信号,也不可能直接作用与被控对象。而要经过数/模转变成模拟信号,才能输出到被控对象。

数据采集系统的基本任务是将模拟量即连续量转换为数字量以便于计算机进行存储,计算和处理。由于绝大多数物理量都是模拟量。因而数据采集系统不但本身就是一种独立系统,而且是计算机控制系统的极重要的组成部分。

一个典型的计算机控制系统如图3所示。其工作原理是作为系统输入的物理量(压力,温度,湿度,位置等),首先由传感器变成点信号,然后送到放大器和滤波器。传感器的输出信号一般比较微弱,放大器的作用是将传感器输出的电信号放大到适当的大小。以利于进一步处理。滤波器的作用是消除干扰信号。然后,信号送到模拟多路开关,它在计算机的控制作用下对各个模拟通道进行分时处理,将各通道信号接到后面的采样保持电路和A/D转换器。采样保持电路在规定的时刻对送来的模拟信号进行采样并在A/D转换期间保持被采样的电压不发生变化。A/D转换器在保持时间内完成模/数转换后将数字量送到计算机。采样保持电路及A/D转换的定时和控制信号均由计算机产生。计算机对A/D转换器送来的各路数字量进行各种处理计算,然后用分时方法将处理结果送到各路D/A转换器变成模拟信号去完成各种模拟控制。有时为了提高速度和精度,数据采集系统不用模拟多路转换开关,而是每条通道用一个A/D转换器。

4.1 传感器的作用

传感器是工业控制计算机系统的重要环节。如没有传感器对生产过程的原始参数进行精确可靠的测量,那么无论是信号转换,信息处理,或数据的显示与控制,都将成为一句空话。可以说,没有精确可靠的传感器就没有精确可靠的测量系统。

4.2 A/D转换器的原理

经过多路转换开关和采样/保持的模拟量必须被变成数字量才能送入计算机。完成这一转换任务的器件叫做模拟/数字转换器,简称A/D转换器。如图4是逐次逼近型A/D转换器原理图。由图4可以看出,由N位寄存器,N位D/A转换器、比较器以及控制逻辑四部分组成。其工作原理:当启动信号作用后,时钟信号在控制逻辑作用下,首先使寄存器的DN-1=1,N位寄存器的数字量一方面作为输出用,另一方面,经D/A转换器转换成模拟量Vx后,送到比较器,在比较器中与被转换的模拟量Vx进行比较,控制逻辑根据比较器的输出进行判断。若Vx≥Vc,则保留这一位;若Vx<Vc,则DN-1=0。DN-1位比较完毕后,再对下一位DN-2进行比较,使DN-2=1,与上一位DN-1一道进入D/A转换器,转换后再进入比较器,与Vx进行比较,……,如此一位一位地继续下去,直到最后一位D0比较完毕为止。此时,N位寄存器中的数字量即为Vx所对应的数字量。一个N位的A/D转换器只需比较N次,即可得到结果,而计数式A/D转换器,则需要比较2N-1次。因此逐次逼近型A/D转换器速度比较快,因而得到广泛应用。

4.3 D/A转换器的原理

D/A转换器的作用是将数字量转换为模拟量。它实际上是一种由二进制译码控制的电流叠加电路。通常包括四个组成部分:精密的电压基准;模拟二进制数字电压(或电流)开关;产生二进制权电流或权电压的精密电阻网络;提供电压或电流输出相加的运算放大器。其原理如图5为倒T型电阻D/A转换器。其输出电压表达式很容易用基准电流和响应的倍数表示出来。与权电流型的D/A转换器相比,倒T型电阻D/A转换器具有电路简单、转换速度快的优点,但其转换误差较大。在实际的D/A转换器中,开关S是电子式的模拟开关。为了减小转换误差,开关必须具有导通电阻小,截止电阻大的特点。

5 机电一体化综述

机电一体化系统开发过程的第一步就是分析客房需求以及系统集成的技术环境。解决问题的复杂技术系统往往是一个具有数字或模拟形式并由复杂软件支持其硬件的机械、电子、液压和热动力部件的结合体。典型机电一体化系统使用传感器从技术环境中收集数据和信息。接下来的一步就是使用建模和描述方法的完善形式,以一种集成的方式来涵盖这个系统的所有子任务。这包括在初始阶段对子系统间必要接口的有效描述。数据经过处理和解释转化为执行器的动作。机电一体化系统能够缩短开发周期,降低成本,提高质量。在机电一体化产品的设计中,有必要在不同的专家组之间协调知识和需要的信息。并行工程是产品的设计和制造以特殊方式融合的一种设计方法。传统设计和制造间的障碍得以排除。

6 机电一体化的发展趋势

机电一体化是集机械、电子、光学、控制、计算机、信息等多学科的交叉综合,它的发展和进步依赖并促进相关技术的发展和进步。因此,机电一体化的主要发展方向如下:

6.1 智能化

智能化是21世纪机电一体化技术发展的一个重要发展方向。人工智能在机电一体化建设者的研究日益得到重视,机器人与数控机床的智能化就是重要应用。诚然,使机电一体化产品具有与人完全相同的智能,是不可能的,也是不必要的。但是,高性能、高速的微处理器使机电一体化产品赋有低级智能或人的部分智能,则是完全可能而又必要的。

6.2 模块化

模块化是一项重要而艰巨的工程。由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多,研制和开发具有标准机械接口、电气接口、动力接口、环境接口的机电一体化产品单元是一项十分复杂但又是非常重要的事。从电气产品的标准化、系列化带来的好处可以肯定,无论是对生产标准机电一体化单元的企业还是对生产机电一体化产品的企业,规模化将给机电一体化企业带来美好的前程。

6.3 网络化

20世纪90年代,计算机技术等的突出成就是网络技术。由于网络的普及,基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾,而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品。现场总线和局域网技术是家用电器网络化已成大势,利用家庭网络(home net)将各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家电系统(computer integrated appliance system,CIAS),使人们在家里分享各种高技术带来的便利与快乐。因此,机电一体化产品无疑朝着网络化方向发展。

6.4 微型化

微型化兴起于20世纪80年代末,指的是机电一体化向微型机器和微观领域发展的趋势。国外称其为微电子机械系统(MEMS),泛指几何尺寸不超过1cm3的机电一体化产品,并向微米、纳米级发展。微机电一体化产品体积小、耗能少、运动灵活,在生物医疗、军事、信息等方面具有不可比拟的优势。

6.5 绿色化

工业的发达给人们生活带来了巨大变化。一方面,物质丰富,生活舒适;另一方面,资源减少,生态环境受到严重污染。于是,人们呼吁保护环境资源,回归自然。绿色产品概念在这种呼声下应运而生,绿色化是时代的趋势。设计绿色的机电一体化产品,具有远大的发展前途。机电一体化产品的绿色化主要是指,使用时不污染生态环境,报废后能回收利用。

6.6 系统化

系统化的表现特征之一就是系统体系结构进一步采用开放式和模式化的总线结构。系统可以灵活组态,进行任意剪裁和组合,同时寻求实现多子系统协调控制和综合管理。表现之二是通信功能的大大加强,一般除RS232外,还有RS485、DCS人格化。未来的机电一体化更加注重产品与人的关系,机电一体化的人格化有两层含义。一层是,机电一体化产品的最终使用对象是人,如何赋予机电一体化产品人的智能、情感、人性显得越来越重要,特别是对家用机器人,其高层境界就是人机一体化。另一层是模仿生物机理,研制各种机电一体花产品。事实上,许多机电一体化产品都是受动物的启发研制出来的。

7 结束语

机电一体化转台设计 篇2

一维转台设计说明书

目 录

课程设计的目的1 《机电一体化》设计任务及设计参数1

一、系统总体改造方案的确定2

二、工作台旋转机械部分的改进2

三、工作台升降机械部分改进6

四、最佳方案8

五、其他机械部分改进8

六、控制部分方案设计11 小

结14 参考文献14

设计过程

课程设计的目的

1）学习机电一体化系统总体设计方案拟定、分析与比较的方法。

2）通过对机械系统的设计掌握几种典型传动元件与导向元件的工作原理、设计计算方法与选用原则。齿轮同步带减速装置、蜗杆副、滚珠丝杠螺母副、直线滚动导轨副等。

3）通过对进给伺服系统的设计，掌握常用伺服电动机的工作原理、计算选择方法与控制驱动方式，学会选用典型的位移速度传感器；如交流、步进伺服进给系统，增量式旋转编码器，直线光栅等。

4）通过对控制系统的设计，掌握一些典型硬件电路的设计方法和控制软件的设计思路；如控制系统选用原则、CPU选择、存储器扩展、I/O接口扩展、A/D与D/A配置、键盘与显示电路设计等，以及控制系统的管理软件、伺服电机的控制软件等。

5）培养学生独立分析问题和解决问题的能力，学习并初步树立“系统设计”的思路。6）锻炼提高学生应用手册和标准、查阅文献资料以及撰写科技论文的能力。

设计参数

设计名称

转台的机电一体化设计。

设计任务 机械部分

说明该机构的工作原理、传动支撑方式、导向方式、预紧方式等；若有必要，可在提供的CAD图中按自己认为合理的方式进行修改。设计限位装置（如接近开关的安装支座）控制部分

该装置由两台异步电动机驱动，其中一台电机控制工作台在90度范围内往复旋转，另一台电机控制工作台上的托辊转动，完成工件输入、停止和输出的动作。要求用继电器接触器控制系统、或PLC、或单片机完成上述动作的控制。

提交的设计文件 设计说明书（A4）。相关电气参数 3.1电机

Y系列(IP44)小型三相异步电动机技术数据(380V、50Hz).型号:

Y801-2

额定功率/kW:

0.75

铁心长度/mm:

气隙长度/mm:

0.3

定子外径/mm:

120

定子内径/mm:

定子线规nc-dc:

1-0.63

每槽线数:

并联支路数:

绕组型式:

单层交叉

节距:

1～9/2～10/18～11

槽数Z1/Z2:

18/16

转动惯量/(kg·m^2):

0.00075

质量/kg:

PLC(参考)FX2N-32MR-001 电源电压220V AC 输出电压 220V AC

一、系统总体改造方案的确定

我这次课程设计主要针对旋转工作台机械部分的改造。将原方案中的由原来的通过电机带动涡轮蜗杆转动是工作台旋转，由液压缸伸缩控制工作台升降；改成由液压缸升降工作台使与工作台固定的轴在特制的套筒按一定的轨迹移动，已达到旋转特定角度且上升到指定高度的目的；工作台上升高度可以通过手动控制液压缸的电磁阀控制。这样不仅简化了转台整体结构，降低加工制造成本，而且提高了旋转角度的定位精度。

工作台传送工件由电机通过减速器和联轴器带动限力式辊轴的转动，辊轴间通过链条连接，已达到传送工件的目的，而工件的位置则由挡板控制。

二、工作台旋转机械部分的改进

1、原方案（图一）

图一

该方案的工作过程：电动机正转经联轴器带动蜗杆涡轮使工作转台旋转，当转到后，电动机停转，电动机反转时，工作转台回到原来的位置。分析不合理处：

A、该方案中采用三相异步电动机不合理。在工作中电机需频繁启动，很容易使电机损坏。

B、电动机与蜗杆直接用联轴器连接不合理。首先，三相异步电机转速都较快，而转台只需转半圈，则需要较大传动比的涡轮蜗杆，结构过大，明显不适合用在此处。其次，若工作过程中发生卡死故障，由于电动机与蜗杆直接用联轴器连接，很可能导致烧坏电机并且有可能引发安全事故。

C、轴承端没有挡油环，不利于润滑 改进方案

（1）针对A处改进方案 槽轮机构

该方案与方案一的类似，不同之处为联轴器后面加上了一个槽轮机构（图三），由槽轮带动涡轮蜗杆转动，从而转动工作台。其工作原理为拨销盘以不变的转速旋转，拨销转过2时，槽轮转过相邻两槽间的夹角为2，在拨销转过其余的部分时，即2（），槽轮静止不动，直到拨销进入下一个槽内，又重复以上循环，这样就将拨销盘的连续运动变为槽轮的间歇运动。

图二

图三 槽轮传动机构分析：

采用槽轮机构具有结构简单，转速迅速，从动件能在较短的时间内转过的较大的角度，传动效率高，槽轮单位时间内与静止时间比值相等，由于槽轮的角速度不是常数，转速的开始和结束有一定大小的速度，从而产生了冲击，采用锁紧弧和定位弧定位，其定位精度不是很高，与方案一相比，避免了电机的频繁启动，直选首先设置好时间节拍即可，保护了电机的及电路，降低了事故发生的频率。将三相异步电机换成液压马达，因为液压马达时将液压转换成机械能，不会因频繁启动而烧坏。

在电机与联轴器间增加一个离合器，当工作台达到指定位置时，松开离合器。而电机可以连续工作。

蜗形凸轮传动机构

蜗形凸轮传动机构

（

1、转盘

2、滚子

3、蜗形凸轮）

图四、针对B处改进方案

①对于速度较快问题，可以在电机和联轴器之间加上减速器，降低输入轴速度。

②而为防止卡死时电机损坏，我们可以将刚性销连接改成安全销连接，其结构如下图。原理当输出轴扭矩过大时，安全销会自动切断，已达到保护电机的效果。还可以在电动机后加一个带传动机构，当发生卡死时，带轮会出现打滑。

原方案

改进后

对比分析：

与前两种方案相比，只是在联轴器的后面加上一个蜗形凸轮传动机构，就能得到如下特点：（1）能得到任意转位时间和静止时间之比，其工作时间系数K比槽轮机构小；（2）能实现转盘所要求的各种运动规律;(3)与槽轮机构相比，能够用于工作位数较多的设备上，而且不需要加入其它的传动机构；（4）在一般情况下，凸轮棱边的定位精度已满足要求，而不需要其它定位装置；（5）有足够的刚度和韧性、装拆方便；而不足之处为成本较高，与前两种方案相比，造价是最昂贵的，其效果也是最好的，避免了电机的频繁启停，保护了电路和电机，更加安全可靠。

三、工作台升降机械部分改进

1、原方案（图七）

图七

工作原理：

液压缸工作使工作台上升，直至超过挡板后，电动机的启动带动涡轮蜗杆，使工作台旋转，该方案用液压缸与驱动工作台上升，太复杂且液压缸精度要求高，造价昂贵，工作效率不高，耗能大，转动部分采用电动机带动涡轮蜗杆，从而使工作台旋转，较复杂且涡轮蜗杆造价高，不经济。

2、改进方案一的设计（图八）

图八

本方案的工作原理：

液压缸工作使杆支撑工作太上升，到曲槽刚好到达工作台高于挡板，杆沿曲槽上升旋转到曲槽顶时，刚好旋转。与原方案相比：

都用了液压缸，但缺少了电动机带动涡轮蜗杆使工作台旋转，用曲槽代替，结构简单，节约成本，相比第一种方案好。

改进方案二设计（图九）

此方案的工作原理：丝杆轴的旋转可使其在水平方向的移动，使支撑杆伸张和收缩，从而使工作台的上下移动。

图九

方案比较：

与前两种方案相比较，用丝杆代替液压缸，结构简单，节约成本，操作方便。综合考虑：

第三种方案最经济，前两种方案都用了液压缸，第二种方案比第一种方案好，液压缸精度高，但效率很低，成本不经济。第三种方案升降部分用丝杆轴的旋转，旋转部分用电机带动涡轮蜗杆，从而地使工作台旋转，没方案二的旋转部分经济，但整体考虑，方案三比方案二更好。

四、最佳方案

将工作台的旋转和升降设计成由一个系统控制如图，工作原理：当液压缸上升时，工作台带动轴上升，而轴由于被限制在套筒中，只能按照套筒上所开的槽的轨迹移动。套筒上的槽形轨道是螺旋上升且只旋转90度。这样不仅简化了系统结构，减少成本；而且满足旋转精度。

五、其他机械部分改进

1、润滑密封

原方案中轴的轴承部分（图十）

图十

分析：

该方案轴承的下端没有挡油环，故润滑脂很容易漏出来，且会有杂质进入润滑脂中影响软化效果。

改进后的方案（图十一）

图十一

对比分析：

改进后，下端面加挡油环，润滑时将润滑油滴入轴承，影响轴承的运转和寿命，左端增加了一个隙缝密封，在密封隙里加入润滑脂，在提高密封效果的同时防止了杂质进入轴承，以免损坏轴承。

2、导轨部分（图十二）

图十二

分析：

该方案沟槽内部不方便能润滑，且旋转是摩擦较大。加工业不经济，所以得改进。改进后的方案（图十三）

图十三

分析对比：

与原方案相比，导轨槽位V型槽，可储存润滑剂，加工方便，结构简单，加工成本低，降低了摩擦阻力，方向精度高，对温度变化不敏感，工艺性好。升降导轨的设计

考虑到工作台是竖直方向移动，所以，选用闭式矩形导轨或燕尾槽式导轨，由于这里对导向精度没有较高要求，我这里选择闭式矩形导轨如图

闭式矩形导轨

传送部分机械改进

原方案

有三相异步电动机通过减速机构再带动辊筒转动，使工件达到指定位置，有挡板定位。如图

这个方案中有挡板定位不够精确，并且会对挡板产生较大冲击力，当工件到达挡板后电机还会转动，使辊筒与工件之间则会产生较大摩擦力。改进方案

将辊筒用限力式辊筒，当工件到达挡板后，电机转动但辊筒外表面不会转动。

六、控制部分方案设计 工件传送控制

工件传送只需控制电机正反转即可，采用接触器联锁的正反转控制。控制原理：

当按下正转启动按钮SB1后，电源相通过热继电器FR的动断接点、停止按钮SB3的动断接点、正转启动按钮SB1的动合接点、反转交流接触器KM2的常闭辅助触头、正转交流接触器线圈KM1，使正转接触器KM1带电而动作，其主触头闭合使电动机正向转动运行，并通过接触器KM1的常开辅助触头自保持运行。反转启动过程与上面相似，只是接触器KM2动作后，调换了两根电源线U、W相（即改变电源相序），从而达到反转目的。

互锁原理 ：

接触器KM1和KM2的主触头决不允许同时闭合，否则造成两相电源短路事故。为了保证一个接触器得电动作时，另一个接触器不能得电动作，以避免电源的相间短路，就在正转控制电路中串接了反转接触器KM2的常闭辅助触头，而在反转控制电路中串接了正转接触器KM1的常闭辅助触头。当接触器KM1得电动作时，串在反转控制电路中的KM1的常闭触头分断，切断了反转控制电路，保证了KM1主触头闭合时，KM2的主触头不能闭合。同样，当接触器KM2得电动作时，KM2的常闭触头分断，切断了正转控制电路，可靠地避免了两相电源短路事故的发生。这种在一个接触器得电动作时，通过其常闭辅助触头使另一个接触器不能得电动作的作用叫联锁（或互锁）。实现联锁作用的常闭触头称为联锁触头（或互锁触头）。工作台升降和旋转控制

工作台升降和旋转采用三位四通电磁阀控制液压回路，如图

工作原理：

当有压力油进入时，回油路的单向阀被打开，压力油进入工作液压缸。但当三位四通电磁换向阀（Y型）处于中位或液压泵停止供油时，两个液控单向阀把工作液压缸内的油液密封在里面，使液压缸停止在该位置上被锁住。（如果工作液压缸和液控单向阀都具有良好的密封性能，即使在外力作用下，回路也能使执行元件保持长期锁紧状态）。

在图示位置时，由于Y型三位四通电磁换向阀处于中位，A、B、T口连通，P口不向工作液压缸供油，保持压力，缸两腔连通。此时，液压泵输出油液经溢流阀流回油箱，因无控制油液作用，液控单向阀A，B关闭，液压缸两腔均不能进排油，于是，活塞被双向锁紧。要使活塞向上运动，则需使换向阀1DT通电，左位接入系统，压力油经液控单向阀A进入液压缸，同时也进入液控单向阀B的控制油口K，打开阀B，使液压缸右腔回油经阀B及换向阀流回油箱，同时工作液压缸活塞向右运动。当换向阀右位接通，液控单向阀B开启，压力油打开阀A的控制口K，工作液压缸向下行，回油经阀A和换向阀T口流回油箱。

当工件在工作台上定位后，液压缸上升带动工作台旋转上升，当转到90度后，可以通过液压缸控制工作台高度。工件加工完后，液压缸回油带动工作台下降且旋转。

全自动控制方案

在按加工需要工作台首尾两端各安装一个传感器脉冲开关SB1、SB2和导轨上下各安装一个传感器脉冲开关SB3、SB4，且每个开关均有手动控制装置。用PLC控制，其接线图如图

图中接触器KM1控制电机正转；接触器KM2控制电机反转；接触器KM3控制三位四通电磁阀左位得电，即液压缸上升；接触器KM4控制三位四通电磁阀右位得电，即液压缸下降。

工作原理：

按下启动按钮SB1，线圈KM1得电，KM1主触头闭合，电机正转；当工件接触到工作台尾端传感器，SB2闭合，延时1秒，线圈KM2得电，KM2主触头闭合，电磁阀左位得电，液压缸上升；当导轨滑块接触导轨上端传感器，SB3闭合，延时50秒，等待工件加工后，线圈KM3得电，KM3主触头闭合，电磁阀右位得电，液压缸下降；当导轨滑块接触导轨下端传感器，SB4闭合，延时一秒，线圈KM4得电，KM4主触头闭合，电机反转；当工件接触到工作台首端传感器，SB5闭合，延时5秒，返回前面操作。其梯形图如图

小 结

在设计的过程中，我深刻地体会到机电一体化系统的设计，是多学科的交叉与综合，涉及了大学课程里的大部分知识，是对过去所学知识的一次复习、巩固和实际的操作，强化训练了我们的学科融合的思维能力，进一步加强了我们对机电一体化系统设计技术总体思想，初步了解到了设计一个机电一体化系统的方法，培养了一个机电工程师应具备的思维能力。在设计中我学到了很多从书本上无法体会的东西。学习实践技能得到明显的提高，使自己的综合能力得到进一步的提高，从而为自己毕业后更快地适应社会工作打下良好的基础。但我们还需要在实践中不断的学习，提高，掌握新概念、新技术、将来才能成为机电一体化的复合人才。参考文献

张建民等，机电一体会系统设计（第三版）高等教育出版社，2010

王信义，机电一体化技术手册（第二版）机械工业出版社，2000

机械设计委员会，机械设计手册，机械工业出版社2004

李建勇.机电一体化技术.科学出版社.2004

徐灏.机械设计手册（3）.机械工业出版社,2003

张建民.机电一体化系统设计.北京理工出版社,2004

机电一体化教学实验系统设计探析 篇3

［关键词］机电一体化 机械本体 电气控制

［作者简介］林若森（1960- ），男，广东兴宁人，柳州职业技术学院机电工程系系主任，副教授，从事机械制造教学与研究工作；唐冬雷（1964- ），男，广西全州人，柳州职业技术学院电子电气工程系系主任，副教授，从事电力系统及自动化教学与研究工作；黄力（1969- ），男，广西巴马人，柳州职业技术学院副教授，硕士，从事计算机控制教学与研究工作。（广西 柳州 545006）

［基金项目］本文系广西教育科学“十五”规划B类重点课题“高职高专产学结合及实验实训一体化模式的研究与实践”的研究成果（课题编号：2005B084，批准文号：桂教科学［2005］1号）。

［中图分类号］G642.0［文献标识码］A［文章编号］1004-3985（2007）29-0112-02

一、机电一体化教学实验设备现状

当前社会经济的发展，不仅毕业生要有广博的知识面，而且要求他们具有较强的解决实际问题的能力。因此，在教学中，我们不仅要注重知识的积累，而且要加强对学生思维能力、实践能力、开拓创新能力的培养。落实到实验教学上，如何把学生推到实验主体的位置上，充分挖掘和发挥学生的主动性、创造性，引导他们向自己的未知领域迈进是至关重要的。在实验平台的设计上，既要体现实验的系统性、综合性、实践性，又要体现分层次、可扩展的特点，以利于学生创新思维的培养。

从机电一体化专业实验教学的实际情况来看，机械类课程无论在基础实验和应用实验上都比较完善，而电类、机电结合的实验相对薄弱，缺乏具有机电一体化特色的实验教学平台，学生对机电一体化专业知识的应用缺乏感性认识，难以掌握解决实际问题的能力。针对上述问题，我们通过多年摸索，设计了模块化的机电一体化实验系统。

二、机电一体化教学实验系统设计的发展方向

（一）模块化

模块化是一项重要而艰巨的工程。由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多，研制和开发具有标准机械接口、电气接口、动力接口、环境接口的机电一体化产品单元是一项十分复杂但又非常重要的事。例如，研制集减速、智能调速、电机于一体的动力单元，具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的控制单元，以及各种能完成典型操作的机械装置时，我们可利用标准单元迅速开发出新产品、扩大生产规模。而这就需要制定各项标准，以便各部件、单元的匹配和接口。无论对生产标准机电一体化单元的企业，还是对生产机电一体化产品的企业来说，模块化都将给它们带来美好的前程。

（二）网络化

20世纪90年代，网络技术的兴起和飞速发展给科学技术、工业生产、政治、军事、教育等日常生活都带来了巨大的变革。各种网络将全球经济、生产连成一片，企业间的竞争也将实现全球化。机电一体化新产品一旦研制出来，只要其功能独到，质量可靠，很快就会畅销全球。由于网络的普及，基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾，利用现场总线和局域网技术使家用电器网络化已成大势，家庭网络（home net）就是将各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家电系统（Computer Integrated Appliance System，CIAS），它使人们在家里就可以享受高科技带来的便利与快乐。因此，机电一体化产品无疑要朝着网络化方向发展。

三、机电一体化教学实验系统的一般构成

典型的机电一体化系统主要由以下几部分构成，如图1所示。

（一）机械本体

机电一体化产品中一定有运动机械，包括传动机构和运动机械本体。采用电子技术运动机械可实现柔性化和智能化，实现在重载条件下的微小运动和复杂运动，这是机电一体化追求的目标。

（二）驱动元件

驱动运动机械动作，有气动、电动和液压等不同驱动方式。

（三）检测元件

它主要负责检测运动机构或其他需要监测的物理量，并将信息送回信息处理与控制部分，是发送控制信息的依据。

（四）信息处理与控制部分

它是进行信息处理与控制的核心。其中软件和硬件的功能对系统的功能具有重要影响。因为在机电一体化系统中计算机进行信息处理与控制的目标是运动机械，所以，国外也称其为运动控制计算机。

（五）能源部分

它主要为系统提供能量和动力，如电源、气源和液力源等。

四、机电一体化教学实验系统功能的确定

机电一体化教学实验系统研制的基本出发点，是为机械制造及其自动化、机电一体化、机械电子工程等专业的本科生、专科生以及研究生学习机电类专业课程开设各种实验。根据人才培养的多层次性和机电一体化技术本身的综合性，本系统应该既能完成某个电工电子类或机械类实验，也能完成较复杂的综合性机电一体化实验。

按照《机电传动控制》《可编程控制器原理与应用》《机床电气控制》《机电一体化控制技术与系统》《机械加工自动化》《数控技术与机床》等专业课程的教学要求，本系统可开设下列几类实验：继电器接触器有关实验；三相交流异步电动机控制有关实验；步进电机控制有关实验；伺服电机控制有关实验；PLC控制有关实验；PLC与PC通信和两级系统类实验；液压控制类实验；数控机床的一般组成认识类实验；加工中心加工过程类实验等。

此外，本系统可为机电类本科生、专科生的课程设计及毕业设计提供条件，可为教师和相关科技人员从事机电产品开发提供实验平台，还可为企业培养机电一体化技术和系统的应用与设计的工程技术人才以及机电设备的维护管理人员。

五、实验系统机械本体和电气控制部分的确定

在机电一体化教学实验系统的设计中，必须考虑机电一体化人才的知识结构和主干课程如何将机械和电子“化”为一体。典型机电一体化系统包括机械本体和电气控制两大部分，这是机电系统的设计主体。

电气控制包括信号检测、信号处理和伺服控制部分。信号检测部分包括传感器和信号处理电路，属于非电量检测和模拟电子技术的内容。典型的信息处理部分可以是一个PLC，也可以是一个微机控制器，这是微型计算机的内容，其基础是数字电路和一些接口电路。伺服驱动部分将电能变换成机械能，用指令控制机械运动，这部分属于电磁机构及电力电子技术的内容。上述几部分是机电一体化人才必备的最基本的电工电子知识结构。实验系统必须能够反映这些知识点。

PLC的面世，改变了机电一体化产品的电器控制设计方法，它的电路设计简单，系统组成灵活，可靠性高。PLC几乎能实现所有的控制功能，而且简便易行。光电传感器、接近传感器和旋转编码器已广泛应用于机电一体化产品中。随着PLC技术的不断发展，标准模块已成为发展方向。常见的有开关量I/O单元、模拟量I/O单元、温度传感器单元、温度控制单元、PID控制单元、模糊逻辑单元、运动控制单元、凸轮定位器单元、语音单元、通信单元和显示单元等。

从当前情况看，如何构造出体现机电一体化技术特点的机械装置是实验设备研究中较为棘手的问题。目前的机械教具都着重展示机械原理及构造，独立性强，缺乏用于构造特定功能结构的系统性和整体性，即具有“积木特性”。只有具有这种特性各种传动零件、机构与动力元件，才能使实验具有灵活性和创造性，从而使学生充分领会机电一体化产品设计的精髓。

六、机电一体化教学实验系统的总体结构

为了实现上述实验功能，机电一体化教学实验系统主要由PC机、PLC电气控制系统、机电一体化（四轴）工作台、主轴、刀库和换刀（液压）机械手等模块组成，整体上相当于微型化教学及演示加工中心（MC），系统原理如图2所示。该实验系统采用与工业生产中实际机电系统相一致的结构模式和元器件，即系统采用PC机和PLC两级控制模式，硬件由PC机、控制柜和微型加工中心组成；电气元件包括：继电器、接触器、断路器、直流电源、伺服电机、步进电机、变频器等常用器件；机械部件包括：滚珠丝杠、直线导轨、行程开关以及齿轮泵、液压缸、电磁阀等常用部件。

总的说来，机电一体化教学实验系统具有如下特点：第一，综合性。系统按照机电类专业课程的教学要求而设计，实验内容覆盖面广，可开设十几个典型机电专业课程实验。第二，开放性。系统采用模块化设计，通过多个模块，灵活组成各种实验系统，各模块既可单独完成某个实验，也可互相配合完成较复杂的综合性实验。在每个实验中，学生可自己动手接线、编程、联机调试。第三，创新性。学生可根据自己的构思设计新的实验内容和实验方法。第四，实战性。实验过程接近实际机电产品的组装和调试过程，系统各功能部件敞开性好，有利于加深学生的感性认识。

本文设计的机电一体化教学实验系统，可以培养学生的实践能力和对先进技术的应用能力以及创新设计能力，使学生更好地掌握机电控制和机电一体化技术。根据《机电传动控制》《可编程控制器原理与应用》《机电一体化控制技术与系统》《机械加工自动化》《数控技术与机床》等课程的教学要求，本系统采用模块化设计，使各模块之间的连接具有很大的灵活性、开放性、针对性和目的性。各模块既可单独完成某个电子类或机械类实验，也可互相配合完成复杂的机电一体化综合实验。本系统具有实验内容覆盖面广、实验过程接近实际机电产品的组装调试过程、学生可根据自己的构思设计新的实验等特点。通过多个模块，灵活组成各种实验系统，各功能部件敞开性好，有利于加深学生的感性认识，满足学生亲自动手的要求。

实践教学改革和实验室建设关系到人才培养的重大问题。因此，深入实验室建设与改革应以培养人才为宗旨，以提高学生能力为目标，努力创造一个与科技时代要求相适应的实验平台。

［参考文献］

［1］潘柏全.机电一体化技术现状与发展趋势浅析［J］.装备制造技术，2006（3）：116-118.

［2］李建勇.机电一体化技术［M］.北京：科学出版社，2004．

浅谈机电一体化系统设计概念 篇4

70年代初日本学者率先提出机电一体化(Me chatronics)这一概念，至今已经历了38年的发展历史，其内涵随着科学技术不断丰富和进步，特别是进入科技日新月异的21世纪，人们对机电一体化产品的设计柔性、工作可靠性、工作性能提出了更高的要求，而相关技术和学科，例如计算机技术、传感技术、AI (ArtificialIntelligent)技术、网络技术、控制技术等的发展，为机电一体化系统提供了更为广阔的应用前景，尤其是微电子、信息、材料和集成技术的飞速发展，产品结构也发生了革命性的变化，传统机械产品正向智能化、网络化、模块化、微型化、柔性化概念演变。机电一体化已经成为一门新兴的交叉学科技术，它涉及到机械设计与制造技术、传感技术、信息处理技术、伺服技术、接口技术、控制技术等关键技术。21世纪，机电一体化设计成为系统(产品)设计的主流概念，已经并将继续发挥重要的作用。

作为机电一体化系统(产品)的设计师，不但要掌握先进的机电一体化技术，而且更重要的是如何在设计中充分展现现代机电一体化技术的最新成果，也就是要跟上机电一体化设计技术的发展，不断更新自己的知识结构，机电一体化系统所具有的学科交叉性、集成性、融合性、复杂性给设计师提出了更高的要求，产品设计问题已经不再是以往的单纯的机械设计问题。

2 机电一体化系统的概念设计

概念设计是系统(产品)设计的重要步骤，是实现产品创新的关键。这一步骤是产品设计最重要、最复杂、也是最富有创造性的阶段，是一个从无到有、从模糊到清晰、从抽象到具体的过程，它决定了产品设计质量的60～70%，基于优良的概念设计方案才能够得到性能优异的机电一体化系统(产品)。Pahl和Beitz从设计方法学的角度研究了产品的设计过程，并在《Engineering Design》一书中提出概念设计的思想，得到了各国学者的重视，并相继衍生多种用于概念设计阶段的设计理论，例如公理化设计理论、TRIZ设计理论、QFD理论等，这些理论极大地推动了工程领域的创新设计。但是这些理论多数集中在一般的机械工程领域，或者由多技术简单组合的工程产品设计，已经不适用于现代机电一体化设计，目前新的设计理论正在成形，特别是近几年来，随着计算机图形学、虚拟现实(仿真技术)、敏捷设计、多媒体等技术的发展和CAD/CAM应用的深入，产品概念设计的研究也有了新的进展。

在French及Pahl、Beitz研究的基础上，根据机电一体化系统及其广义执行机构的特点，给出了概念设计比较全面的定义：“概念设计是根据产品生命周期各个阶段的要求，进行产品工程创造、功能分解以及功能和子功能的结构设计;进行满足功能和结构要求的工作原理求解和实现功能结构的工作原理载体方案的构思和系统化设计”。概念设计可分为功能设计、原理设计、方案设计和初步结构设计四个阶段。其中功能设计是概念设计的前期工作，即根据市场需求进行设计理念的构想，规划系统(产品)的总体框架，这一阶段需要借助于设计师的创造性思维、知识和经验的发挥。原理设计是概念设计的难点，也是体现机电一体化交叉学科性最强的阶段。概念设计的后期工作是方案设计，相对于前期工作而言，更多地属于逻辑思维，随着计算机技术、AI技术的发展，使方案设计的计算机辅助设计成为可能。

3 机电一体化系统的原理设计

3.1 机电一体化系统的功能构成

机电一体化系统 (产品) 是有若干相互关联、具有特定功能的机械和电子要素组成的有机整体，以满足产品使用要求的功能。从控制论的观点来看，世界是由物质、能量和信息三大类要素组成的。因此，根据不同的使用目的，要求系统对输入的物质、能量和信息进行预期的变换(加工、处理)、传递(移动、输送)和储存(保持、存储、记录)，从而输出所需的物质、能量和信息。

按照德国Drmstadt大学的Rolf Iserrmann教授提出的五块论，不管哪类系统 (产品) ，系统内部都必须具备五种内部功能，即主功能、动力功能、计测功能、控制功能和构造功能。其中“主功能”是实现系统目的所必需的功能，主要是对输入的物质、能量、信息进行交换、传递和储存。“动力功能”是向系统提供动力，使系统得以正常运行。“计测功能”和“控制功能”是采集系统内部和外部信息，经交换、运算，输出指令，对整个系统进行控制，实施“目的功能”。“构造功能”是将各要素组合起来，进行空间配置，形成一个有机的统一整体。

从系统的输入/输出来看，除有主功能的输入/输出外，还需要有动力输入和计测、控制的信息的输入/输出。此外，还有外部环境干扰输入，这种输入通常是有害的，设计系统时，要采取必要的抗干扰措施。

整个系统除了有目的输出外，还可能有无用的废弃输出，这种废弃输出有时对环境的影响很大，设计系统时应加以注意。

构造功能除了向主功能输入/输出外，还要承担外部干扰输入，废弃输出，能量输入和计测、控制信息输入/输出的连接任务。

上述五种内部功能，既可有各自独立的子系统来完成，也可有一个子系统来完成多项功能任务。

3.2 机电一体化系统的组成要素

尽管机电一体化系统(产品)主功能不同，结构繁简各异，但一般由机械本体部分、传感部分、控制与信息处理部分、驱动部分、执行部分和接口部分组成。具有智能功能的机电一体化系统(产品)的一个显著特征是，它的内部功能构成与组成要素，像一个人的功能构成和组成要素那样完美。图1为机电一体化系统与人体要素的对照示意图。

4 机电一体化的关键技术

机电一体化的关键技术包括以下五种：

传感器技术———任何机电一体化产品，都要求传感器能快速、准确地采集信息。随着测控技术的发展，对传感器的检测速度、灵敏度和精度的要求越来越高，并推动传感器技术的发展。集成化和智能化是传感器的发展方向，传感器技术是现代科技的起点。

信息处理技术———信息处理技术包括信息输入、变换、运算。信息处理技术的硬件包括有输入/输出设备编程控制器和数控装置等。信息处理是否及时，直接影响产品的质量和效率。存储、判断、决策和输出等技、显示器、磁盘、计算机、可处理结果是否正确和精确，将直接影响产品的质量和效率。

自动控制技术———自动控制技术包括高精度定位控制、速度控制、力控制、自适应控制，以及自诊断、仿真、校正、补偿、再现、检索等等。经典控制理论和现代控制理论是自动控制的理论基础，微机的发展为控制理论的应用和实施提供了条件。自动控制技术的发展，得以使机电一体化产品实现多功能和全功能控制、多微机分级控制、复杂控制系统的仿真、自适应控制、自诊断监控和容错等。

伺服驱动技术———伺服驱动技术包括电动、气动、液压等直接执行操作技术，对产品的质量产生直接的影响。在机电一体化产品中，对电动机、液压马达、气马达等执行元件的精度、可靠性要求更高，响应速度要求更快。伺服驱动技术的发展，得以使机电转换件具有高精度、高可靠性和快的响应速度，使直流伺服电机具有较高的分辨率和灵敏性等。

精密机械技术———机械技术是一门历史悠久的应用技术，是各技术领域的基础，它已经形成一套完整的理论和实践规范。近几十年来，随着新技术的发展，传统的机械工业受到了猛烈的冲击。应用力学、机械设计、制造工艺和控制技术是机械技术的四大支柱，得以使机电一体化产品重量轻、体积小、精度高、刚度大、摩擦磨损小及动态性能好。

5 机电一体化系统设计要求、类型和方法

5.1 机电一体化系统的设计要求

机电一体化系统内部功能的设计要求见表1:

5.2 机电一体化产品的设计类型

机电一体化产品设计一般分为开发性设计、适用性设计和变异性设计。

开发性设计是指在没有样品可供参考的条件下，根据对新产品预期的功能要求和性能指标所进行的开创性设计。

适用性设计是指总体方案基本不变的情况下，对某种产品进行局部改进或用微电子技术取代原有机械技术，改善产品性能和提高质量。

变异性设计是指总体方案和功能结构不变的情况下，仅改变现有产品的规格尺寸，以扩大产品的使用规格范围。

5.3 机电一体化产品的设计方法

机电一体化产品的设计方法分为机电互补法、结合法和组合法。

机电互补法也称取代法，这种设计方法是用适当的通用电子部件取代某些陈旧、落后产品中的复杂机械部件或功能子系统。

结合法是设计新产品常用的方法，这类产品的功能部件(或子系统)通常是专用的，各要素间的匹配已得到充分的考虑，接口也简单。

组合法是将结合法(或机电互补法)制成的功能模块组合成各种机电一体化系统。

6 系统设计的评价

机电一体化设计方案的可行性、设计水平的高低和优劣，可从以下方面作分析评价：

工效实用性：一般用系统总体的技术指标的形式提出，如产量、容量、质量、精度等。

系统可靠性：指系统在预定时间内，在给定工作条件下，能够满意工作的概率，通常用平均无故障时间、故障停机率、故障率、剩余故障数等指标衡量;

运行稳定性：是指在设计工况条件下，系统功能输出符合设计输出范围的概率;

结构工艺性：系统的结构设计应当满足便于制造、施工、加工、装配、安装、运输、维修等工艺要求;

技术经济性：具有两个作用，一是评价比较一次投资变为系统或设备时，不同设计方案的经济性，另一是评价比较保持系统或设备正常运行时，资源利用的合理性和运行费用的经济性;

成果规范性：设计成果遵从国家政治经济法规，符合国家规定的技术规范和法令，贯彻实行标准制度等。

操作宜人性、人机安全性、环境无害性：系统设计需要综合考虑人机工程学、人因工程学、人机系统适配设计等要素，所以要从人、机、环境综合角度出发，评价系统是否具备操作方便、诱发职业病、操作安全级与设备安全级、较少环境影响等方面的特征。

造型艺术性：从工业(产品)美学角度评价使用者对系统造型的美学接受度。

7 结语

机电一体化广泛地综合了机械、微电子、自动控制、信息、传感测试、电力电子、接口、信号变换和软件编程等技术，并将这些技术有机的结合成一体，它是当今世界机械工业技术和产品发展的潮流。机电一体化技术并非现代尖端技术，它是微电子技术和精密机械技术相互融合，实现系统(产品)整体最优化的产物，属于技术综合应用范畴，但是真正设计一个优秀的产品，需要综合多方面的理论、知识和经验。

参考文献

[1]孟少农主编.机械加工工艺手册[M].北京:机械工业出版社, 1998.

[2]亢金月.机电一体化系统设计理论与方法的研究[D].上海交通大学, 1996.

[3]何立民主编.MCS一51系列单片机应用系统设计系统配置与接口技术[M].北京:北京航空航天大学出版社, 1995.

机电一体化设计 篇5

一、设计时间

2005.12.15——2005.12.30，共二周。

二、设计地点

本班教室。

三、设计目的1、学生运用所学的机械设计课程的理论，以及有关先修课程的知识，进行一次较为全面的综合的设计练习，培养学生机械设计的技能，并加深对所学知识的理解。

2、通过课程设计这一环节，使学生掌握一般传动装置的设计方法、设计步骤，为后续专业课程及毕业设计打好基础、做好准备。

3、通过这一环节的教学，使学生具有运用标准、规范、手册、图册和查阅有关技术资料的能力，学会编写设计计算说明书，培养学生独立分析问题和解决问题的能力。

四、设计的内容

1、定传动装置的传动方案。

2、电动机的选择。

3、传动装置的运动参数和动力参数的计算。

4、传动件及轴的设计计算。

5、轴承、键的选择和校核计算及减速器润滑和密封的选择。

6、减速器的结构及附件设计。

7、绘制减速器装配图、零件图。

8、编写设计计算说明书、准备答辩。

五、设计要求

1、课程设计前，学生应认真阅读任务书，了解设计题目及设计内容，搞清所设计的传动装置中包含哪些机构及传动路线。

2、认真阅读课程设计指导书有关总体设计及传动件设计计算斩章节，开始设计计算。

3、要树立正确的设计思想：机械设计过程本身就是一个反复推敲、反复修正的过程。故学生在整个设计过程中力求培养自己认真、踏实、一丝不苟的工作作风，认真对待每一个设计细节，要经得起反复的修正，不能敷衍塞责，必须树立优质、保量、按时完成任务的思想。

4、要有意识地复习先修课程中的有关知识，认真阅读各种有关资料，充分发挥自己的主观能动性和创造性，只有这样才能达到培养综合设计技能的要求。

机电一体化设计 篇6

SOLIDWORKS Electrical（以下简称“SWE”）能够无缝同步集成电气和机械设计数据，将传统电气设计输出的 2D数据升级为 3D数据。工程师可以在设计过程中提前做出更好的设计决策，缩短设计周期。3D环境中进行模拟接线，导出的线长数据可以为后期的生产流程优化提供数据基础如图 1所示。下面我们就以电机控制箱为例，介绍一下基于“SWE”的机电一体化设计。

一、原理图设计

1.工程新建

打开“SWE”在【工程管理器】中新建工程，选择对应的模板。如图 2所示，电气工程师可以根据不同的标准和要求创建不同的模板，也可以将标准项目图纸保存到模板中，方便后期工程图纸修改或者套用。本例中选择“支撑架传送系统”。

2.二次原理图绘制

打开该工程中的原理图，在【符号选择器】中选择相应的符号插入到原理图中。软件中自带的符号库收录了不同标准的常用电气符号，方便工程师设计过程中选用。【符号属性】对话框中，选择添加对应的设备型号。在【电线样式选择器】中，选择需要的线条连接电气符号，工程师可以自定义电线样式的规格及含义。在原来的基础上添加一个主回路，如图 3所示。

3.宏调用

打开宏，将先前保存好的标准回路添加到图纸中。如图 4所示。

4.PLC图形定义

在 PLC管理器中选择 PLC的设备型号，选择需要的输入输出点，将 PLC图形插入到原理图中。可以手动绘制PLC外部回路，也可以通过【插入宏】功能直接插入默认的输入输出回路，如图 5所示。

5.起点终点箭头

不同图样间，等电位点的连接可以使用【起点终点箭头】添加关联箭头，并且生成关联信息，如果回路的位置变动，那么对应的关联信息也会自动变化，如图 6所示。

6.线号自动标注

绘制好原理图后，使用线号自动标注功能批量为连线添加线号，不同类型的连线可以定义不同的线号规则，范围则可以选择当前图纸或者整个工程项目，如图 7所示。

二、自动生成项

1.端子排

根据原理图中插入的端子信息，在【端子排管理器】中自动形成端子排，并且能够进行编辑定义，通过【生成图纸】功能将端子排图添加到工程图纸目录中，如图8所示。

2.接线图

接线图能够清晰地反映出每个元器件的接线情况，在生产过程中，装配工程师在给设备进行安装接线时，这张图纸有很好的辅助作用，如图 9所示。

3.原理图检错

原理图绘制完成后，可以使用【绘图规则检查】功能，将原理图绘制过程中一些失误的地方查找出来，并且能够形成文件导出。如图 10所示。

4.报表生成

打开【报表管理器】，在【添加】中选择所需要的报表，软件提供26中常用报表，这边我们选择“电线清单”、“物料清单”和“图纸清单”。这些报表不但可以直接生成图纸，而且可以以excel/txt/xml三种格式导出，如图 11所示。

5.3D数据生成

根据工程结构生成 3D数据，用于在 SOLIDWORKS环境中打开，进行控制柜内部及外部环境的装配模拟。不同的工程结构产生的3D数据结构也不一样，如图12所示。

三、3D环境模拟

1.机柜装配

双击生成的3D数据，或者启动SOLIDWORKS打开【工具】→【SOLIDWORKS Electrical】，在【工程管理器】中打开需要定义的工程。在电气工程文件中可以双击浏览2D图纸。打开控制柜 3D数据，选择插入机柜并且在机柜中添加导轨和线槽，如图 13所示。

2.电气设备装入

将电气元器件设备的 3D模型插入，放置到机柜中的导轨或者门板上（图 14），装配完成后可以生成工程图，用作控制柜的柜内布局图，同时可以将工程图添加到 “SWE” 的图样目录中。5.线长数据柜内或者柜外进行模拟接线，软件会将导线和电缆的长度计算出来，并且反馈到报表中，在传统的电线清单中增加了线长一项，生产部门可以利用这个数据来进行电线电缆的预加工，缩短设备生产周期。如图 17所示。

3.3D模拟接线

使用 3D草图定义控制柜门上的走线路径，柜内软件默认沿着线槽走线。使用【布线】功能进行 3D模拟布线，如图 15所示。

4.柜外电缆生成

将控制柜配合到支撑板的装配体中去，根据原理图中定义的电缆，进行柜外电缆生成。同时也可以检查整个系统安装后有没有存在干涉冲突现象，如图 16所示。

四、结语

这种基于 SOLIDWORKS Electrical的机电一体化设计将电气、机械、生产部分之间的配合变的更加默契，数据交流更加紧密，软件提供的功能大大提高了电气设计的效率，而且在整个设计过程能够减少因为失误和设计数据交流不及时造成的设计返工。生产部门将 3D数据有效利用起来可以优化生产流程，缩短设备生产周期。

当然，SOLIDWORKS Electrical的功能远不止于此，例如电气、液压气动的协同设计和线束设计等。想要获取更多信息或者视频请留言 Support@swtc.com邮箱。

煤矿机械中机电一体化设计应用 篇7

关键词：煤矿机械,机电一体化,设计应用,发展趋势

1. 机电一体化概述及由来

按学科的分类来说, 机电一体化又称机械电子工程学科, 是一门跨学科的综合性高技术, 是由微电子技术、计算机技术、信息技术、自动控制技术、机械技术、液压技术以及其他技术相互融合的一门独立的交叉学科。纵观它的发展, 机电一体化技术是从70年代中期开始在国外机械上得到应用, 80年代以微电子技术为核心的高新技术的兴起, 推动了机械制造技术的迅速发展, 特别是随着微型计算机及微处理技术、传感与检测技术等的发展及其在机械上的应用, 极大促进了煤矿机电产品的性能。

2. 煤矿机械中机电一体化特点

上面我们说了机电一体化它的特点, 那么在煤矿机械中, 机电一体化又赋予了什么样的特点呢, 总结几点如下:

2.1 它能实现在线监控和自动报警及故障的自身检查。

具体说来, 它的这种功能是对煤矿机械中的电动机、传动系统等的在线运行状态的监控, 出现故障能报警并准确地指出故障的部位, 从而改善操作员的工作条件, 提高机器的工作效率, 简化设备维护检查工作等。如煤矿中采煤机上变频器如采用PLC控制, 可实现多种在线监控和故障自诊, 还有煤矿用各种电器设备也越来越智能化。

2.2 它的自动化半自动化程度较高。

实际生产中煤矿机械实现自动化或半自动化控制, 可以减轻操作者的劳动强度, 提高生产效率, 并减少因操作者的经验不足, 对作业精度的影响。举例来说, 某能源黄沙矿投入使用的一整套薄煤综采设备, 由北京天地玛坷电液控制系统有限公司与德国MARCO公司合作生产的PM31型液压支架电液控制系统, 就是微电脑控制, 只要在支架操作控制器上输入程序, 支架使会自动连续动作, 也可实现远程控制和工作面无人操作。

2.3 它能提高节能降耗, 实现生产效率的不断提高。

例如我们井下使用的胶带输送机、通风机等, 使用变频起动、PLC控制系统, 节电量就为30%左右, 同时生产效率也大大提高, 很受广大的煤矿企业采用。

3. 煤矿机械中机电一体化设计应用

3.1 它在带式输送机中应用。

根据带式输送机具有长距离连续输送、输送量大、效率高和易于实现自动化等诸多特点, 已成为我国煤矿井下原煤输送系统的主要运输设备。因此在我国大多数煤矿井下生产已经实现了皮带化生产。另外计算机控制系统发展也非常迅速, 它们具有很多种及时故障诊断和自我保护等功能, 但是从发展的角度来看, 这是好事。据笔者所知, 目前我国直径在两米以上的提升机有1700多台, 其中90%为交流提升机, 并且均是采用转差功率消耗型的转子串电阻调速, 电控系统部分绝大多数仍采用继电器--接触器系统, 只有一小部分采用可控制编程器。而PLC可编程控制器使用比较简单, 程序设计起来也比较容易, 不需要一些复杂的输入输出接口装置, 抵抗外界的干扰能力也很强, 因此, 它能在环境比较恶劣的情况下进行长时间工作。

3.2 它在矿井提升机中的应用。

在采煤中, 矿井提升机是一种实现机电一体化较好的矿山大型设备, 全数字化, 交、直流提升机。特别是内装式提升机, 从结构上将滚筒和驱动合为一个整体, 大大简化了机械结构, 是典型的机电一体化设备, 充分体现了机械-电力电子-计算机-自动控制的综合体。全数字提升机高度可靠, 具有可重复性故障寻址、完整的诊断设施和自诊断功能, 以及简单而快速的通信功能;它采用总线方式, 大大简化电气安装;硬件配置简单, 互相兼容, 零备件少;可以方便地实现软启动、软件控制和改变瞬间加速度。

3.3 它在支护设备中的应用。

液压支架是煤矿综合机械化采煤工作面的支护设备, 目前正向电液控制方向发展, 将计算机技术与液压控制有机结合, 实现定压双向邻架或成组自动移架, 避免对顶板和支架产生冲击载荷。我国神华集团大柳塔矿采用的电液控制的支架, 移架速度为6~8s/架, 最快的移架速度达3s, 架。电液控制装置还可检测支架的工作状态。

乳化液泵站是为液压支护设备提供高压液体的装置。要求其具有高压、大流量的供液能力。并能根据工作面液压支护设备的用液量自动调节供液量。我国生产的智能型乳化液泵站系统由智能型乳化液泵站自动配液系统和智能型乳化液泵站供液系统两部分组成。具有自动检测油箱油位高度, 自动配液, 高、低液位自动控制, 在线检测乳化液浓度, 自动校正乳化液浓度 (可选定1.5度~5度) , 当浓度达不到设定值时声、光报警, 定时自动反冲洗, 能够监控实际用液量, 具有远距离传输功能, 采用液晶显示器, 具有实时显示乳化液浓度、液位、油位、流量计量、自动配液状态功能。

4. 煤矿机械中机电一体化发展趋势

在文章的开头部分笔者从时间的演变顺序浅析了机电一体化的发展过程。但随着我国目前科学技术的阔步发展和煤矿企业自身需求的增加, 这就促使着我国的煤矿机械机电一体化的快速发展, 以便更好推动煤矿企业的经济发展。在此笔者根据工作经验所得, 展望了煤矿机械机电一体化未来的发展趋势。

4.1 向网络化方向发展。

回首20世纪90年代, 计算机技术等的突出成就是网络技术。网络技术的兴起和飞速发展给科学技术、工业生产等等都带来了巨大的变革。煤矿机电一体化新产品一旦研制出来, 只要其功能独到, 质量可靠, 很快就会畅销全球。由于网络的普及, 基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾, 而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品。

4.2 向智能化方向发展。

我们都知道, 智能化是21世纪机电一体化技术发展的主要方向。这里所说的"智能化"是对机器行为的描述, 是在控制理论的基础上, 吸收人工智能、运筹学等新思想、新方法, 模拟人类智能, 使它具有判断推理、逻辑思维、自主决策等能力, 以求得到更高的控制目标。

4.3 向绿色化方向发展。

纵观我们工业的发展它给人们生活带来了巨大变化。假如我们能设计绿色的机电一体化产品, 那么在不久的将来会具有发展前景。我们所说的机电一体化产品的绿色化主要是指, 使用时不污染生态环境, 报废后能回收利用。这是因为绿色产品在其设计、制造、使用和销毁的生命过程中, 符合特定的环境保护和人类健康的要求, 对生态环境无害或危害极少, 资源利用率极高。

随着计算机和传感器技术的推广应用, 新材料、新工艺的不断发展, 煤矿机械一体化将向着网络化、智能化、绿色化的方向发展。高新技术是煤矿机械的发展趋势, 技术创新是煤矿机械的生命。面对煤矿现代化、科学化生产的需要, 煤矿机械将实现电子化、自动化成为计算机控制, 传感系统, 液压系统的机电液一体化系统。随着科学技术水平的进步和国家对煤矿机械设备研发能力的投入的增大, 煤矿机械设备一体化的发展必将走上科学化的发展之路。

参考文献

[1]唐玉峰.浅谈新时期机电一体化技术[J].中国高新技术企业, 2010年04期.

[2]杨丹;煤炭机械工业迎来诸多发展机遇[N].中国矿业报.2010年.

[3]成丽萍.加强煤矿机电设备管理促进煤矿安全生产[N].吕梁日报.2010年.

机电一体化系统设计课程建设 篇8

关键词：机电一体化,系统设计,建设

一课程的性质

“机电一体化系统设计”课程是机械工程及自动化专业、机械电子工程专业、材料成型与控制工程专业和工业工程专业的必修课程, 属技术基础课, 在教学计划中占有重要的地位。它是对所学的基础课及一些技术基础课的综合与运用。例如, 在一个机电一体化系统中, 传动系统就是机械原理及机械设计中常见的机构, 如齿轮机构、丝杠螺母传动机构等;动力系统主要为电力拖动课程中的步进电机、交流伺服电机和直流伺服电机;测试技术中的各种传感器、信号调理电路作为机电一体化系统中的传感与检测装置;伺服控制系统与自动控制理论、模拟数字电路、微机原理等课程的内容密切相关;用PLC可以实现系统的顺序控制;为了进行系统的动态特性分析, 系统数学模型的建立又是以数学和自动控制理论等课程的内容为理论基础。所以, 机电一体化课程诠释了基础课及一些技术基础课和专业课的应用。

二机电一体化系统的技术组成

1.机械技术

机械技术是机电一体化的基础。

2.计算机与信息处理技术

信息处理技术包括信息的交换、存取、运算、判断和决策, 实现信息处理的工具是计算机, 因此计算机技术与信息处理技术是密切相关的。计算机技术包括计算机的软件技术和硬件技术, 网络与通信技术, 数据技术等。

3.自动控制技术

自动控制技术范围很广, 机电一体化的系统设计在基本控制理论指导下, 对具体控制装置或控制系统进行设计;对设计后的系统进行仿真和现场调试;最后使研制的系统可靠地投入运行。

4.传感与检测技术

传感与检测装置是系统的感受器官, 它与信息系统的输入端相连并将检测到的信息输送到信息处理部分。传感与检测是实现自动控制、自动调节的关键环节, 它的功能越强, 系统的自动化程度就越高。传感与检测的关键元件是传感器。

5.伺服传动技术

伺服传动包括电动、气动、液压等各种类型的驱动装置, 由微型计算机通过接口与这些传动装置相连接, 控制它们的运动, 带动工作机械作回转、直线以及其他各种复杂的运动。

6.系统总体技术

系统总体技术是一种从整体目标出发, 用系统的观点和全局角度, 将总体分解成相互有机联系的若干单元, 找出能完成各个功能的技术方案, 再把功能和技术方案组成方案组进行分析、评价和优选的综合应用技术。

三课程建设策略

1.能力本位的课程开发模式

课程建设服务于专业岗位群需要, 能力本位的CBE/DACUM课程开发模式可使教学内容保证学生职业技能培养和职业素养养成。课程改革和建设可依托机电一体化技术专业的CBE/DACUM专家委员会。专家委员会应覆盖专业岗位群的行业企业, 在专家组指导下的课程改革能够强化以就业为导向的岗位意识, 突出职业能力培养, 促进工学交替、任务驱动、项目导向、顶岗实习等教学模式的科学应用, 使实践性教学环节具有实践性、开放性和职业性特点。

2.教学内容的适应性

教学内容的选取适应企业的要求, 在和企业研讨课程内容中, 反复强调企业用人不仅关注学生的职业技能, 是否具有较扎实的专业基础知识和熟练的专业技能, 更注重学生职业素养如何。因此从课程的整体设计一直到课程的实施, 紧紧围绕培养学生职业素养进行展开。培养学生职业技能的同时, 更注重职业道德、职业意识、职业行为习惯和职业精神的培养。

园林设计中机电一体化的运用 篇9

1 机电一体化的发展及现状

1.1 机电一体化的提出

20世纪70年代, 日本企业界结合应用机械技术和电子技术于一体, 最早提出机电一体化技术的概念。随着计算机技术的广泛应用和迅猛发展, 机电一体化技术获得前所未有的发展, 应用范围也愈来愈广。机电一体化技术总体可分解成相互关联的若干成为一门综合自动控制技术、计算机与信息技术、伺服传动技术、传感检测技术和机械技术等交叉的系统技术。

1.2 机电一体化的发展

20世纪90年代初, 在通信领域也有机电一体化的一席之地, 性能上的多用途, 功能上的易扩展是部分机电一体化机械的特点。随着执行器技术和位传感器技术的成熟, 一种名为“微机电一体化”的分支学科正在崛起, 这种技术以半导体技术为基本方法, 开始与传统方法融合, 形成了系统功能更强大, 集成性更高, 紧密度更高的机电一体化技术。此分支的加工方法和技术还不太成熟, 但是理论知识已经自成体系[1]。现在的机电一体化技术正逐步向智能化的方向努力, 朝着光机电一体化、自律分配一体化发展。

1.3 机电一体化的现状及特征

随着科学技术的飞速发展, 机电一体化技术已经成为当今工业科技的重要组成部分。如何与机电一体化技术相适应是机械技术的着眼点。其基本特征可概括为:机电一体化是可以使整个系统最优化的系统工程技术, 系统的运用微电子技术、计算机技术、机械技术、信息技术、自动控制技术、电力电子技术、接口技术、传感测控技术、信息变换技术以及软件程技术等群体技术, 合理布局与配置各功能单元, 根据优化组织目标和系统功能目标实现其特定功能价值在高质量、多功能、高可靠性、低能耗上的实现。从系统理论出发, 综合应用机械技术、信息技术、微电子技术、传感测试技术、自动控制技术、电力电子技术、接口技术及软件编程技术等群体技术, 在机电一体化系统制造过程中, 通过优化组织结构目标和系统功能目标。其中, 信息存取、交换、判断、运算与决策、专家系统技术、人工智能技术及神经网络技术均属于计算机信息处理技术;同时, 计算机辅助技术也经常用于经典的机械理论与工艺。

2 园林设计中机电一体化的现状

园林设计的机电一体化能够代替人力完成绿化工程的建设, 园林设计机电化能够节省人力物力, 提高工程的施工效率, 节约时间和资源。现在, 园林设计按照用途可以分为多种机电一体化机械, 如剪切机械、喷洒机械、翻地整地机械等。但在国内, 大多数园林设计都没有全面的应用机电一体化机械, 而在国外等发达地区早已实现自动化控制, 所以, 在国内, 园林设计的机电一体化还有很大的发展潜力与空间, 在某些方面还需要借鉴前人和西方国家的经验。

3 园林设计中机电一体化机械实际应用中面临的问题

因为要对植被进行处理, 所以, 园林设计机电一体化技术在实际应用中面临的问题, 与农业生产类似。因此, 园林设计机电一体化机械在很大程度上与农业机械相似。现在, 园林设计机电一体化机械在实际应用中还存在许多缺陷, 具体来说, 包括以下几点。

3.1 种类比较少

现在市场上常见的有各种修剪机、洒水机等, 这些比较单一, 还有许多机电一体化机械并不常见, 如移植机等。在许多发达国家, 其园林设计机电一体化设备更加多样化, 在美国、欧洲等国家, 其园林设计设备种类就更多, 用途也更广泛。国内也有许多知名品牌的销售代理, 如绿友、东方园林等, 在国内还有许多生产园林机械的著名厂家, 在淮安、扬州等地就有许多知名厂家。

3.2 普及率低

与数十年前相比, 园林设计中采用机电一体化机械的频率虽然有所升高, 但就目前来讲, 机械的使用率还是偏低, 还不够普及。与发达地区相比, 我国大部分地方还在用半自动化机械工作, 距离全自动机械工作还有一定距离。

3.3 利用率较低

部分园林机电设备会投入使用, 但机电设备的使用效率不高, 其原因有二, 一是存在人为操作的问题, 错误的操作规程对机电设备造成很严重的破坏, 导致维修费用升高, 使成本不降反增;二是没有将机电设备的利用效率最大化, 导致资源浪费, 增加了管理与维护的成本, 阻碍了机电设备在园林设计方面的投入和使用[2]。

3.4 保管和维护不到位

机械是易损耗的, 使用过程中难免会出现故障, 但有些企业由于缺乏技术人员维修不到位, 有的根本不进行定期维修, 故障的机器多数被弃置仓库, 却利用人力完成作业, 这成为园林设计中机电一体化的缺点。不懂得机械结构和原理, 不熟悉机械的操作, 不知道如何保养机械, 导致机械使用寿命降低。对上述问题, 企业必须制定相关的操作规程, 让员工认真学习操作规范以及正确的使用方法。另外, 在大规模使用园林机电一体化机械时引起的噪音、环境污染等问题也有待解决。

机电一体化的知识总量已扩大到远非个人所能全部掌握, 专业化是必不可少的。由于各类科技学科发展及相互渗透, 促使了机电一体化技术和产品在各行业、部门的飞速发展。其中机电一体化在园林设计中也得到了应用。

4 机电一体化在园林设计中的应用

中国园林历史悠久, 造园艺术源远流长, 是我国古代建筑艺术的瑰宝, 园林设计与中国传统文化关系密切, 体现了传统文化天人合一的精神内涵, 表达了人与自然和谐相处的意蕴。

机电一体化发展到这个阶段, 是社会生产力的必然要求。机电一体化产品不仅可以代替人的手与肢体, 还可以向人的感官与头脑延伸, 即智能化。随着现代化技术的广泛应用, 机电一体化技术也逐渐渗透进了园林设计[3]。经过两千多年的发展, 中国古典传统园林所讲究的意境已经到了炉火纯青的地步, 虽然可能会有更好的园林出现, 但是机电化已经成了一个重要的发展趋势, 这是大势所趋。园林设计中会融入更多的机电一体化等元素。沿着这个思路走, 创造园林的科技文明和传统意境对园林现代化的普遍需求相结合, 是成就上流园林的必要条件之一。

5 结语

目前, 我国在建设现代园林现方面还处在较简单的基础和较浅的层次上。在这种大势所趋下, 我们必须提高创造园林机电一体化的能力, 认真借鉴成功经验, 以适应社会对园林文化的需求。

参考文献

[1]翟涛.浅谈机电一体化技术的现状与发展趋势[J].科技信息, 2012 (6) :276-279.

[2]刘旭中.我国园林绿化机械的现状分析及发展策略[J].太原城市职业技术学院学报, 2013 (1) :145-148.

自动注水机电一体化演示仪设计 篇10

关键词：机电一体化,实验装置,行程控制,时间控制

0 引言

对于机械专业的学生, 在学习专业知识中, 课堂上学到的只是理论知识, 不能得到及时的应用, 具体的工作原理和状态不能亲身体会[1,2,3]。为解决这一问题, 本作品设计了一种适合于机械专业机电传动课程的自动注水机电一体化演示仪。

通过上网查阅资料可得, 目前国内自动注水机电一体化演示仪还没有出现在课堂教学中, 本作品结合了教师在教学中存在的问题, 使之方便教学并且提高上课效率[4,5,6]。

1 方案设计

本设计包括传输系统、分装系统、注水系统。传输系统主要由导轨构成, 并用两块亚克力板支撑, 分装系统包括水杯、电磁阀和转盘, 注水系统包括水桶和电磁阀。整体结构图如图1所示。

1.1 传输系统

(1) 可伸缩导轨

可伸缩导轨, 长为357mm, 可拉出的长度为139mm, 可伸缩导轨用于固定中间的那块板, 其中, 板的作用是放传输容器, 将可伸缩导轨通过螺母连接固定在两侧的亚克力板上。可移动, 可控制传输容器距离转盘的位置, 使之更为方便的完成传输功能。

(2) 齿轮齿条传动

齿轮齿条传动, 在两只导轨连接的板的下面安装长为357mm的齿条, 齿轮的模数为1.5, 齿数为17。齿轮齿条传动是将齿轮的回转运动转变为齿条的直线往复运动, 或将齿轮的往复直线运动转变为齿轮的回转运动。齿轮传动依靠主动齿轮和从动齿轮的啮合, 传递动力。并且传递动力大, 工作平稳, 效率高。

1.2 分装系统

如图2所示, 转盘是由4层圆盘组成的, 直径为200mm, 从上至下, 厚度分别为5mm, 2 mm, 10mm, 2mm。其中, 第一层, 均匀分布直径为60mm的杯槽, 用于固定小容器的位置, 第二层用于支撑杯体以及遮挡转盘内部结构, 防止水进入转盘影响转盘正常运行, 第三层为转座导轨, 使转盘的旋转更方便, 第四层用于固定蜗轮蜗杆电机和平稳转盘。最下面用四个角铝固定起来让蜗轮蜗杆电机有一定的安放空间, 最后将角铝固定在地板上。

1.3 注水系统

注水系统, 如图3所示, 注水系统是由水桶架, 水桶和电磁阀组成的。水桶架高为340mm, 水桶的直径为130mm, 高度为160mm, 在水桶的底部安装1个电磁阀, 控制水流的通断。

2 结论

本文设计的自动注水机电一体化演示仪, 其价值在于它不但实现整箱水的分次传输和分装到多个小容器中的功能, 还能演示齿轮齿条传动、蜗轮蜗杆电机工作、行程开关、时间继电器控制等作用过程。其作为一种新型教具, 可以把抽象的理论知识化为具体的实物展示, 操作简单, 方便教学, 能够活跃课堂气氛, 提高学生的积极性, 进而提高教学效果, 因此, 将会具有良好的教学实用价值。

参考文献

[1]孙桓, 陈作模, 葛文杰.机械原理[M].8版.北京:高等教育出版社, 2012.

[2]濮良贵, 纪名刚.机械设计[M].7版.北京:高等教育出版社, 2001.

[3]马丹萍, 李勇, 梁勤欧.无线遥控智能小车的运动模拟及轨迹绘制[J].浙江师范大学学报:自然科学版, 2015, 38 (1) :116-120.

[4]秦曾煌.电工学 (上册) [M].7版.北京:高等教育出版社, 2009.

[5]秦曾煌.电工学 (下册) [M].7版.北京:高等教育出版社, 2009.