传感器在机电一体化系统中的应用

传感器在机电一体化系统中的应用（精选9篇）

传感器在机电一体化系统中的应用 篇1

1 传感器技术现状

传感器技术目前已经广泛的存在与我国工业生产的各个领域, 凭借其对待测量物质的良好感知, 对管理过程中的信息数据实施完整的传递, 使传感器装置可以在使用的过程中获得待测量物质的良好感知, 使测量环节能够将测量主体信息进行科学的处理[1]。另外, 机电一体化技术在应用的过程中, 需要凭借传感器装置的基础功能进行检测技术的正确使用, 使传感器装置可以按照固定的操作内容进行系统环境的保证, 以便系统可以更好的根据作业环境特点进行运作。传感器还会按照保护系统的特点实施作业方案的确定, 使传感器能够在后续的技术拓展过程中得到更高水平的应用, 保证技术能够同信息传递机制进行融合。

2 传感器和检测系统在机电一体化领域的具体应用

2.1 传感器检测技术在石油工业领域的具体应用

要根据传感器应用过程中的技术特点, 对石油工业的技术实施过程进行调整, 保证技术的应用过程能够得到检测技术的全面覆盖[2]。另外, 要结合当前的系统监控要求, 对石油工业技术应用过程中的研究内容实施处理, 使全部的研究内容都能同研究成果实现融合。可以结合现阶段的工程实施质量特点, 对工程的安装程序实施调整, 使传感不娶你装置可以使用监控技术对石油工程的全部领域进行完整的监控处理, 以便技术可以更好的运用于工件的识别体系, 确保检测技术的完整应用。要根据现阶段的检测技术要求, 对工件的识别技术进行完整的使用, 使全部的工程工件能够按照机床的特点进行处理, 增强机床的应用性能。另外, 要按照现阶段的工件应用需求, 对检测机制进行质量控制, 保证全部的检测机制能够同工程要求取得一致, 使后续的工件应用能够更好的传感器装置的控制之下进行识别过程的科学控制。要对检测程序应用过程中的工件特点实施研究, 确保全部的信息资源能够结合工件的方位特点进行控制, 使全部的工件都能以固定的姿态特点进行操作技术的完善。

2.2 机械加工过程中的传感器检测系统应用

要将传感器装置更加完整的使用于机械的切削工艺当中, 使传感器装置的有关技术可以在应用的过程中更大程度上适应机床的切削过程, 要按照现阶段的传感器运行目的特点, 对传感器的生产效率实施完整的研究, 保证后续的切削工艺能够同生产成本取得高度一致[3]。另外, 要结合现阶段的工艺制造成本特点, 对工艺实施过程中的原材料淘汰率实施研究, 使后续的切削工艺可以同技术的应用过程保持高度一致, 以便后续的切削工艺和可以和传感装置进行完整的适应。要结合现阶段的刀具安装经验, 对工艺应用过程中的震颤性特点实施研究, 以便后续的刀具可以和工件形成完整的接触, 保障工艺推进过程中的切削质量。要在实施切削的过程中, 运用传感器进行切削状态的明确, 使全部的切削流程可以根据切削技术的应用过程进行控制, 以便全部的切削技术都能结合传感器装置的参数特点实施控制, 增强切削工艺的振动价值。要按照现阶段的切削工艺模式, 对切削工艺推进过程中的功率因数实施完整的分析, 使得后续的系统能够在检测技术的要求之下进行回转系统的正确设置, 使全部的温度因素和形态因素都能得到完整的处理。

2.3 工件的过程传感

要根据已经完成的技术应用方案, 对技术处理过程中的智控性因素实施处理, 使全部的技术应用要求都能同工件的识别技术取得一致。另外, 要结合现阶段的工件安装要求, 对工件实施监视机制的构建, 保证全部的应用技术都能同工件的使用要求取得一致[4]。要结合现阶段的工序特点, 对工件完成识别之后的加工技术实施研究, 保证全部的施工顺序可以按照固定的辨识特点进行处理, 增强系统应用价值。要结合现阶段的技术应用需求, 对工艺的技术含量实施分析, 以便现阶段的施工工艺可以根据技术应用要求进行分析, 增强辨识技术的应用质量。可以按照现阶段传感器装置的加工技术, 面对系统的缺陷性问题实施控制, 以便工件的应用可以结合监视系统的特点进行处理, 增强尺寸处理的科学性。

3 结束语

传感器和检测技术对保障机电一体化工作的顺利进行至关重要, 分析当前机电一体化工作推进过程中的重要技术, 并对自动控制和调整系统实施完整的研究分析, 对提升传感器的应用质量具有重要意义。

参考文献

[1]赵一心.论检测传感技术在机电一体化中现状、应用及其发展[J].制造业自动化, 2010, 32 (12) :186-188.

[2]黄永林.传感器技术在机电一体化的应用研究[J].科技视界, 2014 (24) :80+361.

[3]邢召云.探讨传感器技术在机电一体化当中的应用[J].工业设计, 2012 (2) :127.

传感器在机电一体化系统中的应用 篇2

【关键词】传感器技术；机电一体化；应用

1.传感器的研究现状与发展

传感器是能感受规定的被测量并按一定规律转换成可用输出信号的器件或装置，主要用于检测机电一体化系统自身与操作对象、作业环境状态，为有效控制机电一体化系统的运作提供必须的相关信息。随着人类探知领域和空间的拓展，电子信息种类日益繁多，信息传递速度日益加快，信息处理能力日益增强，相应的信息采集—-传感技术也将日益发展，传感器也将无所不在。

2.传感器在机电一体化系统中的应用

2.1机器人用传感器

工业机器人之所以能够准确操作，是因为它能够通过各种传感器来准确感知自身、操作对象及作业环境的状态，包括其自身状态信息的获取通过内部传感器（位置、位移、速度、加速度等）来完成，操作对象与外部环境的感知通过外部传感器来实现，这个过程非常重要，足以为机器人控制提供反馈信息。

2.2机械加工过程的传感检测技术

（1）切削过程和机床运行过程的传感技术。切削过程传感检测的目的在于优化切削过程的生产率、制造成本或（金属）材料的切除率等。对于机床的运行来讲，主要的传感检测目标有驱动系统、轴承与回转系统、温度的监测与控制及安全性等，其传感参数有机床的故障停机时间、被加工件的表面粗糙度和加工精度、功率、机床状态与冷却润滑液的流量等。

（2）工件的过程传感。与刀具和机床的过程监视技术相比，工件的过程监视是研究和应用最早、最多的，多数以工件加工质量控制为目标。20世纪80年代以来，工件识别和工件安装位姿监视要求也提到日程上来。粗略地讲，工序识别是为辨识所执行的加工工序是否是工（零）件加工要求的工序；工件识别是辨识送入机床待加工的工件或者毛坯是否是要求加工的工件或毛坯，还要求辨识工件安装的位姿是否是工艺规程要求的位姿。

（3）刀具（砂轮的检测传感。切削与磨削过程是重要的材料切除过程。刀具与砂轮磨损到一定限度（按磨钝标准判定）或出现破损（破损、崩刃、烧伤、塑变或卷刀的总称），使它们失去切（磨削能力或无法保证加工精度和加工表面完整性时，称为刀具/砂轮失效。工业统计证明，刀具失效是引起机床故障停机的首要因素，由其引起的停机时间占NC类机床的总停机时间的1/5-1/3.此外，它还可能引发设备或人身安全事故，甚至是重大事故。

2.3汽车自动控制系统中的传感技术

随着传感器技术和其它新技术的应用，现代化汽车工业进入了全新时期。汽车的机电一体化要求用自动控制系统取代纯机械式控制部件，这不仅体现在发动机上，为更全面地改善汽车性能，增加人性化服务功能，降低油耗，减少排气污染，提高行驶安全性、可靠性、操作方便和舒适性，先进的检测和控制技术已扩大到汽车全身。在其所有重点控制系统中，必不可少地使用曲轴位置传感器、吸气及冷却水温度传感器、压力传感器、气敏传感器等各种传感器。

3.信息处理技术

20世纪90年代末，随着微型技术的快速发展，微控制器的性能不断提高，促使微控制器技术获得广泛应用，并且以微控制器技术为基础的分布式自动控制系统，在当时是计算机控制系统的发展趋势。微控制器技术系统具有很多优点，如：控制功能更明确，组成更简单，可靠性更高；运行速度快；开发、维护、扩充方便等。AFS-1000控制系统，经过10余年的运行，已接近衰落期，但电厂出于资金原因和其他因素的限制，并不能马上更换AFS-1000控制系统。因此，需开发此系统信息处理。

AFS-1000信息处理系统的开发：（1）硬件的组成：利用RS232接口，建立控制系统与信息处理系统的数据通道。其由通信部分的AFS-1000控制系统通过RS232接口，把历史数据送到打印机。信息的处理部分：带有PENTIUMⅢ中央处理器、20 GB硬盘的PC机1部；EPSONLQ-1900打印机1部。（2）软件部分：系统软件：Windows 98操作系统、Visual FoxPro 6.0数据库语言系统和ASM for Win汇编语言软件等。1）信息处理软件：信息处理软件具有自动纠错、自动翻译英文信息、智能打印、历史信息数据库管理4大功能。2）信息接收软件：其是汇编语言编写的程序。运行SETLOG.COM时，接收程序常存在于内存中。当系统产生了中断，程序会根据中断的类型，查找中断向量表，确定要执行哪一模块。3）自动翻译英文信息模块：自动纠错模块会产生TEMPO.TXT文件，将它输入到数据库AFS.DBF中。自动翻译英文信息根据AFS.DBF记录，会在字典库查找与之对应的中文信息，最后把中英文信息写入AFA.DBF中。（3）智能打印模块：当出现“汽轮机跳闸”、“锅炉燃料跳闸”等重要事件时，系统会把此事件发生前8个报警及后续报警及时打印出来。这时模块就可以提取重要的信息。

远程控制技术是指管理人员在异地通过计算机网络异地拨号或双方都接入Internet等手段，联通需被控制的计算机，并将被控计算机的桌面环境显示到自己的计算机上，通过本地计算机对远方计算机进行配置、软件安装程序、修改等工作。随着高科技的飞速发展，机电控制技术也面临着全新的改革。Internet网络在当今社会不仅仅是传播信息的重要渠道，也为应用技术提供了可靠的平台，实现了远程控制的作用。这也是机电控制系统向基于Internet的远程控制发展的趋势。随着远程控制的发展，控制方式技术有3种典型的远程控制方式：保持型、完成型以及人机交互型。

4.我国传感器技术发展的若干问题及发展方向

我国传感器的研究主要集中在专业研究所和大学，始于20世纪80年代，与国外先进技术相比，我们还有较大差距，主要表现在：（1）先进的计算、模拟和设计方法；（2）先进的微机械加工技术与设备；（3）先进的封装技术与设备；（4）可靠性技术研究等方面。必须加强技术研究和引进先进设备，以提高整体水平。

传感器技术今后的发展方向可有几方面：（1）加速开发新型敏感材料：通过微电子、光电子、生物化学、信息处理等各种学科，各种新技术的互相渗透和综合利用，可望研制出一批基于新型敏感材料的先进传感器。（2）向高精度发展：研制出灵敏度高、精确度高、响应速度快、互换性好的新型传感器以确保生产自动化的可靠性。（3）向微型化发展：通过发展新的材料及加工技术实现传感器微型化将是近十年研究的热点。

传感器技术是研究机电一体化系统中的信息传递问题，使系统中信息和能量的传递和转换更加顺畅，使系统各部分有机地结合在一起，形成完整的系统。传感器技术是在机电一体化技术的基础上发展起来，随着机电一体化技术的发展而变得越来越重要，传感器技术的研究也必然促进机电一体化的发展。

从某种意义上讲，机电一体化系统的设计，就是根据功能要求选择了各部分后所进行的传感器应用设计。传感器的好与坏直接影响到机电一体化系统的控制性能，以及系统运行的稳定性和可靠性，传感器技术是机电一体化系统的关键环节。

【参考文献】

传感器在机电一体化系统中的应用 篇3

浅谈机电一体化在工程机械中的应用

引入机电一体化技术,使机械、液压技术和电子控制技术等有机的结合,可以极大地提高了工程机械的各种性能,现做以简单的介绍论述.

作 者：魏建碑 作者单位：黑龙江百元工程管理咨询有限责任公司,黑龙江,大庆,163000刊 名：黑龙江科技信息英文刊名：HEILONGJIANG SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION年，卷(期)：“”(25)分类号：关键词：机电一体化 工程机械 应用

传感器在机电一体化系统中的应用 篇4

中煤科工集团西安研究院有限公司

【摘 要】近年来，机电一体化技术在矿山机电设备的应用问题得到了业内的广泛关注，研究其相关课题有着重要意义。本文首先对机电一体化技术相关内容做了概述，分析了机电一体化技术在煤矿开采中的应用问题，并结合相关实践经验分别从多个角度与方面，就矿山机电一体化的创新问题展开了研究，阐述了个人对此的几点看法与认识，望有助于相关工作的实践。

【关键词】机电一体化；矿山机电设备；应用

前言

作为矿山机电设备在实际应用中的一项重要方面，对机电一体化技术的探讨占据着极为关键的地位。该项课题的研究，将会更好地提升对机电一体化技术应用的分析与掌控力度，从而通过合理化的措施与途径，进一步优化矿山机电设备的最终整体效果。

一、机电一体化技术概述

先进的机电一体化技术是有机整合了控制功能、主功能与动力功能，并在此基础上，引进微电子技术、智能软件技术，相互结合，相互渗透，而并非集中技术的简单相加。机电一体化技术是使信息、计算机、机械、微电子等先进技术结合成最佳匹配系统。将先进的机电一体化技术应用于煤矿机械中，将在很大程度上提高煤矿开采的安全生产，降低劳动强度，改善工作环境。

先进的机电一体化技术可以分为3个阶段：第一阶段是20世纪60年代以前的发展时期，在这一发展阶段，由于军事原因在很大程度上促进了电子技术与机械系统的相结合，机电一体化产品的开发研制总体上处于自发水平，然而，当时的电子技术水平的局限，机电一体化技术的研发产品不能广泛推广，无法深入发展；第二阶段是从20世纪70年代开始的，这一发展阶段中，计算机、通信、控制技术的飞速发展，为机电一体化产品的研制提供了外部技术基础。其中微型计算机、大规模集成电路的研发，为机电一体化技术的发展提供了物质条件。上世纪90年代开始，智能化是机电一体化技术的主要发展方向。这一阶段是其第三发展时期。微细加工技术、光学技术等渗透到了机电一体化技术中，出现了一些新的机电一体化技术分支。

二、机电一体化技术在煤矿开采中的应用

（一）煤矿安全生产监控系统

煤?V安全生产监控系统是一项最能够表现煤矿机电一体化技术的系统，在我国的发展相对较晚。我国自上世纪80年代研究国外的先进煤矿监控技术，通过消化吸收，自行研制出煤矿安全生产监控系统，促进了我国监控系统技术的应用发展。例如煤炭科学总院研制开发的KJ95、KJ90系统，就对监控系统智能水平进一步提升。安全监控系统应用在矿生产中，经长期实践，在采煤安全方面发挥了重要作用。

（二）机电一体化技术在采煤机方面的应用

机电一体化技术应用于采煤机的典例就是成功研制出了电牵引采煤机。与传统液压牵引采煤机不同，电牵引采煤机具有更强的牵引力，采煤机下滑时，能够进行发电制动，有效节约了能源，可以在大倾角煤层进行牵引，可靠性好、效率高、动态特性良好、磨损小、维修量小。而且电牵引采煤机的传动结构十分简单，具有较高的能量转化效率。

（三）在带式输送机方面的应用

我国重点实施煤矿生产项目，促进了在带式输送机方面广泛应用机电一体化技术，使得大功率、长距离的井下带式输送机产品、技术进步、发展迅速。目前我国自行研制开发的带式输送机有很多种类，在研发核心技术产品基础上，研制开发了PLC为核心的多种制动、软启动装置和可编程控制设备等。通过利用调速型液力耦合器、行星齿轮减速器等，确保驱动系统可以更有效开展工作。

（四）机电一体化技术在提升机方面的应用

煤矿机械的一体化技术应用的最高水平典例就是交直流全数字化提升机。有机结合滚筒、驱动的机械结构，应用在内装式提升机上，充分整合机械、通信、电力电子及自动控制等先进技术。全数字化提升机应用总线方式，极大的实现了电器安装的简化，效果高度可靠，而且硬件配置简单，相互间的兼容功能很好。我国研制开发的全数字化提升机，应用双处理器组成核心系统部分，性能可靠、先进，具有较高的准确性。

（五）在支护设备中的应用

液压支架是煤矿采煤工作中应用的支护设备，目前正向电液控制方向发展，利用先进的计算机技术，结合液压控制，形成定压双向邻架，能够降低并减去对顶板、支架产生的冲击荷载。应用在煤矿开采工作中的电液控制支架，不但能实现1架/3s的最快速度，还可检测支架的工作状态。乳化液泵是提供液压支护设备高压液体的装置，因此必须具备大流量供液能力及高压，还应结合用液量进行自行调控。我国研制开发的智能型乳化液泵站系统包括智能型乳化液泵站供液、自动配液系统两部分，可实现油箱、油位高度的自行检测，自主配液；还能进行乳化液浓度的在线自动检测、调节，一旦发现浓度不符合规定值，会发出声光警报；另外，具有定时反冲洗功能，控制、监督实际用液量，远程传输功能良好。

三、矿山机电一体化的创新

（一）创新产品造型

客户在选购产品时，首先关注的是产品外在形象，对产品造型加以创新，使其外观得以优化的同时而不影响其功能的正常发挥，这是产品造型创新的基本要求。要创造出新颖的产品造型，可以优先选择计算机软件设计的方法，不仅设计成果可视，还能提高造型创新的效率。

（二）创新产品功能

利用机电一体化技术生产出的产品，功能创新主要侧重于两方面，一方面是对已有的产品进行功能创新和完善，这是对产品已有功能的扩充和延展，风险相当低，甚至可以忽略，不需要投入过多的资金与技术就能实现产品功能的改造和完善；另一方面是从矿山开采的生产实际出发，根据需要进行新产品的研发，使其功能能满足实际生产的需求，这一层面就需要企业投入相当一部分资金与技术，换个角度分析，也是企业创新能力和研发技术的较量，成功开发具有实际应用价值的新型机电一体化设备和产品，是企业快速、高效运转的强有力保障。

（三）创新产品结构

产品创新的一项关键内容就是结构的创新。机电一体化产品在设计中进行结构创新，通常体现在物理机械结构、传动方式、动力装置以及周边设备的搭接形式等方面的创新。

（四）创新产品材料

产品材料方面的创新大体分为：一是研发用于产品制造的新型材料，如纳米材料、高分子聚合材料等；二是选用刚度强、重量和体积都偏小，并且具有抗震性、耐高温和耐腐蚀等优良性能的材料。

（五）创新控制和传感

一方面，机电产品性能直接影响着控制系统，如对执行机构位移、速度及加速度的控制；另一方面，传感技术和传感仪器也是机电一体化的重要内容，对传感器的检测技术进行创新，研发性能更加优良的传感器，甚至是供矿山开采的专用型传感器，都是企业自主创新的制胜法宝。当前，机电产品智能化尚处于低级阶段，加快微处理器的研发进度，使机电产品在模糊控制以及网络控制等方面得到大幅度提升是机电产品技术研发面临的重要课题。

四、结束语

综上所述，加强对机电一体化技术在矿山机电设备应用的研究分析，对于其良好实践效果的取得有着十分重要的意义，因此在今后的机电一体化技术应用过程中，应该加强对其关键环节与重点要素的重视程度，并注重其具体实施措施与方法的科学性。

参考文献：

传感器在机电一体化系统中的应用 篇5

作者：徐景凯

作者单位：山西忻州原平龙矿盘道煤业

摘 要：随着煤矿生产不断向深部水平发展，对控制水平和规模的要求越来越 高，加速了机电一体化技术的发展和进步。进入 21 世纪，我国煤矿机电一体化 技术的研究和应用均有重大突破，尤其在煤矿安全生产监控、大型设备综合后备 保护及矿井生产过程自动控制方面取得可喜成绩。采用机电一体化产品的煤矿，能够获得可观的技术、经济和社会效益。

关键词：煤矿机电一体化产品；煤炭生产；

1、机电一体化

机电一体化是集机械技术、微电子技术、光学技术、自动控制技术、计算机 技术、信息技术、接口技术、软件编程技术等多学科的交叉综合，它的发展和进 步依赖并促进了相关技术的发展和进步。我国在 20 世纪 80 年代成立机电一体 化领导小组，并将该技术列为“863”计划。机电一体化正朝着智能化、网络化、微型化、柔软性化、系统化发展，它的发展对煤炭系统产生了很大的冲击，采用 机电一体化产品将大大改善煤矿生产的劳动强度、工作环境及安全系数，同时在 降低能耗、保证安全生产方面也实现了特定的价值。它可不必更换设备，而对产 品结构和生产过程进行必要的调整、改革，对传统的机械工业注入新鲜的血液，实现文明生产。

2、煤矿机电一体化产品 煤矿机电一体化产品已在许多煤矿得 1

到广泛应用。国产的以计算机为核心的 电牵引采煤机、全数字直流提升机已占领国内市场，我国已能生产用计算机监控 的掘进机、胶带运输机、矿井供电设备等。另外煤矿安全生产监控系统、胶带机 集中控制系统、矿井生产过程自动控制和信息化管理、图像监视井下关键设备和 主要工作地点、调度室的装备实现数字化、计算机网络管理系统在生产调度、财 务、人力资源、设备、销售及办公自动化都得到了普遍应用。煤矿机电一体化产 品实现了设备的自动化、智能化、信息化等等，为煤矿生产实现高安全、高可靠、高效率和高效益提供了保障。

3、煤矿机电一体化产品在西安煤业公司的应用 西安煤业公司是一个高投入、高耗能的老矿，战线长，井区分部面大，井深、人员多、效率低、服务年限所剩无几。现存在大量不宜开采的呆滞、遗留煤柱和 无法开采的薄煤层。针对目前的状况，要想生存和发展，就要根据现状淘汰、改 造落后的高耗能的设备及设施。近两年，我煤业公司投入大量资金，更新改造了老旧杂及高耗能设备，采用 机电一体化产品，不仅提高了安全生产系数，还降低了能耗成本，提高了效率和 经济效益。

（1）、MGD150NW采煤机：根据西安煤业公司目前的采掘条件，针对部分采区储量，提高生产效率势在必行。为提高安全质量、提高掘进速度，2007 年 4 月选择了辽源煤矿机械厂生产的 EBJ-120 型悬臂式掘进机 2 台，MGD150NW 采煤机 5 台，采煤效率提高 300%，大大提高了产量，降低了成本。

（2）综采液压支架：2007 年西安煤业公司为实现采煤机械化、提高工效、增加产量、提高人身及设备安全系数，减轻重体力劳动，首次在残采工作面使用 了郑州四维机电设备制造有限公司生产的综采液压支架。其中 ZFG4800/18/30 综采放顶煤过渡支架 5 架、ZF4000/16/28 基本支架 126 架，提高了残采工作面 的回采率，体现了机电一体化产品独特的优越性。

（3）钢丝绳损伤定量检 测系统：煤矿钢丝绳使用中一直存在着不安全、不经济、低效率、不可靠、危害 大的难题。钢丝绳的检测一直靠人工目视、手摸，耗时、耗工、效率低下。2006 年 7 月选用了洛阳逖悉开钢丝绳检测技术有限公司生产的 TCK 钢丝绳损伤定量 检测系统，这个系统具有检测精度高、分辨率强、性能稳定、集成化、适用性强、使用方便的特点，能够定量检测钢丝绳断丝、磨损、锈蚀、疲劳等损伤，节约了 检测时间、检绳人员、1/3 钢丝绳用量并有效预防了断绳事故的发生。

（4）自耦减压起动控制柜：西安煤业公司是五十年代的老矿井，设备陈旧，随着产量的萎缩，大型设备的高耗能问题越显突出。主扇风机是煤矿的四大件之一，该设备的性能、特性的优劣直接影响矿井的安全生产和正常运行。自 2004 年开始对全公司主扇风机进行更新改造，经选型设计，选取了燕京 2 台和湘潭平安电气集团有限公司生产的 BD-Ⅱ系列弯掠组合正交型隔爆对旋轴流式主通风 机 3 台，配备了 JJ2B 系列自耦减压起动控制柜，提高了效率、节约了能源、降 低噪音、改善了环境污染，保证了矿井安全生产的顺利进

行。

（5）提升机交流电控系统：西安煤业公司六区是一个萎缩性矿井，自 2000 年起停用了部分设施。2006 年发现新的储量，经测算新建系统投入资金太大，决定起用六区停用的设施，延长战线。其中主井提升系统就是起用的设备之一，主井提升采用双箕斗，设备早已陈旧，加上停运几年更是难以应付新的生产需要。全部更换将投入大量资金，决定在原有基础上进行改造，制作新箕斗，更换提升 机的老电控系统。我们选用了洛阳源创电气有限公司生产的 ZJK-3/20 交流提升 电控系统，采用集成电子模块配合小型可编程控制器，接线简单、参数调整方便、维护量小，安装使用后一直运行良好。

（6）其它：我们还采用了 PLC 煤矿提升机综合后备保护装置、PZBJ-Ⅱ型 皮带机综保监控仪、ZDC30/30 煤矿用斜巷防跑车挡车装置、BKGWD 系列温度 传器、QBZ-1200/1140（660）矿用隔爆型智能化组合开关、GDTF-1 型轨道监 测系统、电子秤计量监测系统等煤矿机电一体化产品，矿井生产系统逐渐向智能、信息、控制、综合模式发展。

参考文献

［1］机电一体化实用手册［M］.北京：科学出版社，2007，（1）［2］张念超.我国煤矿机电一体化技术的发展现状浅析［J］，学术探讨，2008，（8）

传感器在机电一体化系统中的应用 篇6

随着我国社会市场经济的快速发展, 科学技术水平不断提高。机电一体化的过程中, 传感器作为重要的技术手段, 能够有效的检测系统的状态和现象, 进而为人们提供有效的系统信息, 便于人们进行系统的控制和处理, 成为现代科学技术发展的必然趋势。传感器技术在机电一体化中的应用, 可以快速的获得所需要的信息, 提高了机电一体化系统的整体水平, 实现精确的系统信息除了和控制决策。

1 传感器的概念及种类

传感器是一种检测装置, 能感受到被测量的信息, 并能将检测感受到的信息, 按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出, 以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。

常见的传感器种类主要包括以下几种:电化学传感器, 通过与被测气体发生反应并产生与气体浓度成正比的电信号来工作, 可分为一氧化碳传感器、二氧化氮传感器、甲醛传感器等;电量传感器, 是一种将被测电量参数转换成直流电流、直流电压并隔离输出模拟信号或数字信号的装置;电阻式传感器, 是将被测量, 如位移、形变、力、加速度、湿度、温度等这些物理量转换成电阻值这样的一种器件。主要有电阻应变式、压阻式、热电阻、热敏、气敏、湿敏等电阻式传感器件;称重传感器, 是一种能够将重力转变为电信号力的电转换装置, 是电子衡器的一个关键部件;温度传感器, 根据电阻阻值、热电偶的电势随温度不同发生有规律的变化的原理, 我们可以得到所需要测量的温度值;位移传感器, 又称为线性传感器, 把位移转换为电量的传感器。位移传感器是一种属于金属感应的线性器件, 传感器的作用是把各种被测物理量转换为电量它分为电感式位移传感器, 电容式位移传感器, 光电式位移传感器, 超声波式位移传感器, 霍尔式位移传感器;压力传感器, 是工业实践中最为常用的一种传感器, 一般普通压力传感器的输出为模拟信号, 模拟信号是指信息参数在给定范围内表现为连续的信号;液位传感器, 是基于所测液体静压与该液体的高度成比例的原理, 采用国外先进的隔离型扩散硅敏感元件或陶瓷电容压力敏感传感器, 将静压转换为电信号, 再经过温度补偿和线性修正, 转化成标准电信号。

2 传感器的研究现状分析

从20世纪80年代, 世界范围内掀起了“传感器”热, 各国都致力于传感器技术的研发和生产, 促进了传感器技术的快速发展。传感器成为重要的技术手段, 传感器系统成为一个新兴行业。如今, 全世界传感器的销售总额已经达到200亿美元, 并且以每年80%的增长率发展, 传感器的种类已经超过2万种。现阶段, 传感器已经被广泛地应用于工业、商业和农业等各个行业。我国已经把传感器技术列为列入国家重点攻关计划及中长期科技发展重点新技术之一。传感器技术将在本世纪迎来发展的高潮, 并且不失时机的研发出新传感器产品, 成为我国国民经济新的增长点。

3 机电一体化中传感器的作用效果

在我国机电一体化的系统中, 传感器技术成为最重要的技术手段之一, 占据首要的地位。传感器的作用特点, 等同于系统的感受器官, 能够精确的获得系统的有效信息, 甚至是在恶劣的环境下, 也能够经受严酷的考验, 保证了机电一体化系统具有较高的水平。随着现代科学技术的革新, 传感器作为系统的前端单元, 其作用和地位越来越突出。

4 机电一体化系统中传感器的应用

4.1 传感器在机器人中的应用

随着科学技术的快速发展, 工业机器人已经成为一种高科技的产物, 能够准确的感知周围环境。传感器在机器人中的应用, 使得工业机器人可以感知周围环境, 在内部传感器的作用下, 可以获得自身状态信息, 加上外部传感器的作用, 能够将操作对象和外部环境相联系, 为工业机器人提供有效的反馈信息, 进而实现工业机器人的准确操作。

4.2 传感检测技术在机械加工过程中的应用

在机械加工领域, 传感器监测技术主要是应用于机械切削过程、机床运行过程、工件过程的传感和砂轮工具的监测。其中, 切削过程中传感器的应用, 通过检测切削过程的切削力变化、震颤、切削状态等, 控制切削过程的进行, 提高了机械加工的生产率, 降低了材料成本, 提升了材料的切除率。机床的运行过程, 在传感器的作用下, 检测轴承与回转系统、驱动系统、温度及安全性, 有效控制机床的运行。工件过程的传感中, 传感器可以提高工序识别和工件安装监视过程的控制, 可以获得工件的加工信息, 提高工件的准确性。砂轮刀具的检测传感, 可以及时发现刀具和砂轮的变形、损害等问题, 保证加工表面的精密度, 提高设备的安全性。

4.3 传感技术在汽车自动控制系统中的应用

汽车传感器具有适应性强、抗干扰能力强、耐恶劣环境、可靠性和稳定性高的特点, 是汽车中电子控制系统中的必要设备, 广泛地应用于汽车管理系统中。汽车机电一体化, 采用传感器自动控制系统, 代替了传统的纯机械控制部件, 改善了汽车的综合性能, 降低了汽车的油耗, 提高了行驶的安全性和舒适性。

5 传感器技术发展所存在的问题及其发展方向

我国传感器技术有了一定的进步。但是, 与国外相比, 我国机电一体化系统中传感器的应用仍然存在较大的差距。我国传感器技术发展中存在着一些问题, 我国的传感器相关计算、设计和模拟方法不够先进, 不能够满足机电一体化中传感器应用的需要, 同时, 我国微机械加工技术和设备也不够完善, 缺乏先进的微机械加工技术和设备, 没有相关的封装技术, 传感器设备与发达国家有较大的差距, 此外, 我国没有可靠的传感器技术研究作为技术支撑。

针对上述我国传感器技术发展中存在的问题, 我国要积极引进高新技术, 提高传感器在机电一体化系统中的水平。传感器技术今后的发展方向为:第一, 将微电子、生物化学、光电子、信息处理等学科相融合, 研发新型敏感材料的传感器, 提高传感器抗干扰能力。第二, 开发出响应快、灵敏度高、精准度高、互换性好的感应材料, 应用于传感器生产中, 促进传感器技术的高精度发展。第三, 传感器的微型化发展, 通过研究新材料和新技术, 实现传感器的微型化。第四, 智能化发展, 提高测控系统的自动化水平, 满足机电一体化中传感器的要求, 促进传感器的智能化数字化方向发展。第五, 传感器的微功耗和无源化发展, 由于传感器是利用电源工作的, 所以, 开发传感器微功耗和无源化将是机电一体化的必然发展方向。

6 结语

机电一体化系统中, 通过应用传感器技术, 实现系统的信息传递, 是一种非常有效的检测技术。机电一体化系统中传感器的应用, 主要包括传感器在机器人中的应用, 传感检测技术在机械加工过程中的应用和传感技术在汽车自动控制系统中的应用。我国传感器技术将向敏感材料、感应材料、微型化、智能化、微功耗和无源化方向发展。

参考文献

[1]林青.浅析传感器技术在机电一体化系统中的应用[J].福建广播电视大学学报, 2011, 03:67-70.

[2]邢召云.探讨传感器技术在机电一体化当中的应用[J].工业设计, 2012, 02:127.

传感器技术在机电一体化的应用 篇7

参考，希望通过文章的论述，能够使我国机电一体化进程得以加快。

目前，机电一体化已经成为了电力领域发展的主要方向，在众多技术的支持下，机电一体化的实现将成为必然。传感器技术在机电一体化中的应用化工能够为其顺利实现提供基础，因此有必要对其应用手段进行分析。

我国传感器技术在机电一体化中应用的不足

传感器技术是实现测试与自动控制的重要环节。在测试系统中，被作为一次仪表定位，其主要特征是能准确传递和检测出某一形态的信息，并将其转换成另一形态的信息。具体地说传感器是指那些对被测对象的某一确定的信息具有感受（或响应）与检出功能，并使之按照一定规律转换成与之对应的可输出信号的元器件或装置。如果没有传感器对被测的原始信息进行准确可靠的捕获和转换，一切准确的测试与控制都将无法实现，即使最现代化的电子计算机，没有准确的信息（或转换可靠的数据），不失真的输入，也将无法充分发挥其应有的作用。传感器种类及品种繁多，原理也各式各样，应根据测量对象的要求，恰当地选择精度和范围度是至关重要的。但无论何种条件、场合使用的传感器，均要求其性能稳定，数据可靠，经久耐用。为此，在研究高精度传感器的同时，必须重视可靠性和稳定性的研究。包括床暗器的研究、设计、试制、生产、检测与应用等诸项内容在内的传感器技术，已逐渐形成了一门相对独立的专门学科。

我国在研究传感器技术在机电一体化中应用时起步晚与他国。相对于发达国家，我国仍处于弱势，虽然我国近几年在该领域取得了不小的进步与突破，但仍无法与发达国家齐肩，客观因素就是我们不在一条起跑线上。

我国在发展传感器技术在机电一体化中应用的过程中地区发展不平衡

沿海地区的发达程度可与发达国家相媲美，那里的科研成果也尖端的，而对于西部地区来说，好的生存环境已是最大的目标，发展科技也是心有余而力不足了，地区发展的不平衡，科技成果无法更好地进行交流，整体上拉低了我们科研的水平。所以，我国在该领域的过程中地区发展不平衡是影响科研进步的一大重要因素。

我国缺少研究传感器技术在机电一体化中应用的高端素质人才。科研的水准完全依赖于研究员的知识技能，现代激烈的竞争归根结底也就是人才的竞争，人才就是我们发展科技的核心，然而我国的普通教育是完全不能达到科研人员需要的标准，我国的毕业生大多是学习能力很强，但在动手操作环节还是有一定的不足，虽然有理论基础撑腰，但完全不足以支撑那些高端的科技研究，这样一来我国在研究该领域就缺少一定的人才来源，核心技能就不能更快的突破。由此可见，我国缺少研究该领域的高端素质人才是阻碍我们在该领域的又一大阻碍。

改善我国传感器技术在机电一体化应用的对策

弥补我国在传感器技术在机电一体化中应用起步晚的对策。如果说各国在传感器技术在机电一体化应用这一领域的发展如同一次马拉松比赛的话，即使我们在起跑线上晚于其他国家，但是我们可以在比赛过程中不断加速，不停止追赶的脚步，坚持不懈，只为更好更快的达到终点，只要我们拥有坚韧不拔的精神，在传感器技术在机电一体化应用这一领域加大投资力度，使国家政府、社会更多地关注着该领域，派出我国的尖端学者们多与发达国家在传感器技术在机电一体化应用这一领域进行学术交流，不断摸索创新，积累我们取得成功的科技成果的经验，吸取我们失败的教训，不断的发展，不久的将来，我国一定会取得傲人的成绩的。

改善我国在传感器技术在机电一体化中应用地区发展不平衡的现象。对于我国在传感器技术在机电一体化的应用这一领域中地区发展不平衡的问题，笔者认为可以从以下几个方面入手，对于国家政府方面，需要政府更深刻的理解这一领域的重要性，鼓励更多的科学家去支援西部地区，同时可以给予科学家们优厚的待遇，并且可以适当给西部地区一些经济上的支持，鼓励西部地区自己壮大科学队伍，发展经济。对于社会方面，可以呼吁明星艺人、各大公司对西部地区加以关注，可以多举行几次对西部地区的义捐活动。个人方面，每个人都应该关注时事政治，深系国家大事，每个人都可以到西部锻炼要一下自己或者投身到西部发展的事业中，这样我们不仅可以锻炼自己的毅力、吃苦耐劳的品质，同时也可以帮助西部地区发展。只有西部地区的发展水平与沿海地区的发展水平相平齐的时候，我们才能更好的进行各地区的学术交流，才能更好的研究传感器技术在机电一体化的应用，好好的适应信息技术现代化。更好的发展我们国家。

培养优秀传感器技术在机电一体化中应用的高端素质人才。我国应该高度重视人才培养的问题，因为只有我们有了人才资源，我们才能触碰科技的核心问题，才能自主的发展科技，加快科研进度，从国家政府方面，应大力投资资教育，大面积教育有该方面倾向的大学生，从中选出优秀学员，进行人才培养，这样我们就可以有更多人才资源，同时国家政府也影响各大高校施力，加大投资，提高各大高校的教育水平，争取培养出更多的优质人才，减少我们的后顾之忧。应大力嘉奖在该领域取得成就的科学家，鼓励更多的学者去研究、去进步，同时还可以让更多的孩子了解该领域，对该领域有兴趣，并让他们努力成为这方面的人才。学校方面，学校应大力宣扬该领域的重要性，鼓励更多的人学习从事该领域，大力嘉将该领域获奖的学生，必要是要供给这方面的人才更好地学习空间。

机电一体化系统设计讲稿 篇8

1.1无级变速传动链

1.1.1机床主传动系统设计满足的基本要求

机床主传动系统因机床的类型、性能、规格尺寸等因素的不同，应满足的要求一也不一样。在设计机床主传动系统时最基本的原则就是以最经济、合理的方式满足既定的要求。在设计时应结合具体机床进行分析，一般应满足下述基本要求:(1)满足机床使用性能要求。

首先应满足机床的运动特性，如机床的主轴有足够的转速范围和转速级数(对于主传动为直线运动的机床，则有足够的每分钟双行程数范围及变速级数);传动系统设计合理，操作方便灵活、迅速、安全可靠等。(2)满足机床传递动力要求。

主电动机和传动机构能提供和传递足够的功率和转矩，具有较高的传动效率。

1.1.2数控机床主传动系统分类

机床主传动系统可按以下不同的特征来分类:(1)按驱动主传动的电动机类型可分为交流电动机驱动和直流电动机驱动。交流电动机驱动中又可分为单速交流电动机驱动或调速交流电动机驱动两种。调速交流电动机驱动又有多速交流电动机驱动和无级调速交流电动机驱动。无级调速交流电动机通常采用变频调速的原理。(2)按传动装置类型可分为机械传动装置、液压传动装置、电气传动装置及其组合。(3)按变速的连续性可分为分级变速传动和无级变速传动(此部分在下面详细介绍)。数控机床的主传动要求有较大的调速范围，以保证在加工时能选用合理的切削用量，从而获得最佳的生产率、加工精度和表面质量。数控机床的变速是按照控制指令自动进行的，因此变速机构必须适应自动操作的要求。大多数数控机床采用无级变速系统，数控机床主传动系统主要有以下四种配置方式:(1)主轴电动机直接驱动。

如图2一1(a)所示，电动机轴与主轴用联轴器连接，这种方式大大简化了主轴箱和主轴结构，有效地提高了主轴部件的刚度，但主轴输出扭矩小，电动机发热对主轴影响较大。目前，多采用交流伺服电动机，它的功率很大，但输出功率与实际消耗的功率保持同步，效率很高。(2)电动机经同步齿形带带动主轴。

如图1一1(b)所示，电动机将其运动经同步齿形带以定比传动传递给主轴。由于输出扭矩较小，这种传动方式主要用于小型数控机床低扭矩特性要求的主轴，可以减小传动中的振动和噪声。

(3)电动机经齿轮变速传动主轴。

如图1一1(c)所示，主轴电动机经二级齿轮传动变速，使主轴获得低速和高速两种转速，从而使之实现分段无级变速，这种方式在大、中型数控机床中采用较多。经过齿轮传动降速后，电动机输出转矩可以扩大，以满足主轴低速运转时输出扭矩大的特性要求。一部分小型数控机床一也采用这种传动方式，以获得强力切削时所需要的扭矩。(4)电主轴。

如图1一1(d)所示，将调速电动机与主轴合成一体(电动机转子轴即机床主轴)，其优点是主轴部件结构紧凑、刚度高、质量轻、惯量小，且可提高调速电动机启动、停止的响应特性;其缺点是电动机发热易引起热变形。1.1.3无级变速传动链的设计 无级变速传动链可以在一定的变速范围内连续改变转速，以得到最有利的切削速度;能在运转中变速，便于实现变速自动化;能在负载下变速，便于车削大端面时保持恒定的切削速度，以提高生产效率和加工质量。无级变速传动可由机械摩擦无级变速器、液压无级变速器和电气无级变速器来实现。机械摩擦无级变速器结构简单、使用可靠，常用于中、小型车床、铣床等主传动系统中。液压无级变速器传动平稳、运动换向冲击小，易于实现直线运动，常用于主运动为直线运动的机床，如磨床、拉床、刨床等机床的主传动系统中。电气无级变速器有由直流电动机或交流调速电动机驱动的两种，由于它可以大大简化机械结构，便于实现自动变速、连续变速和负载下变速，故其应用越来越)’一泛，尤其在数控机床上目前几乎全都采用电气无级变速器。

数控机床的主运动广泛采用无级变速传动，这不仅能使其在一定的调速范围内选择到合理的切削速度，而且还能在运转中自动变速。无级变速系统有机械、液压和电气等多种形式，数控机床一般采用由直流或交流调速电动机作为驱动源的电气无级变速。由于数控机床主运动的调速范围较宽，一般情况下单靠调速电动机无法满足;另一方面调速电动机的功率和转矩特性一也难以直接与机床的功率和转矩要求安全匹配。因此，需要在无级调速电动机之后串联机械分级变速传动，以满足调速范围和功率、转矩特性的要求。(1)无级变速装置的分类。

机床主传动中常用的无级变速装置有三类:变速电动机、机械无级变速装置和液压无级变速装置。

1)变速电动机。

机床上常用的变速电动机有直流电动机和交流电动机，它们在额定转速以上为恒功率变速，通常变速范围仅为2 ~3;额定转速以下为恒定转矩变速，调整范围很大，变速范围可达30甚至更大。上述功率和转矩特性一般不能满足机床的使用要求。为了扩大恒功率变速范围，可在变速电动机和主轴之间串连一个分级变速箱。变速电动机I’一泛用于数控机床和大型机床中。

2)机械无级变速装置。

机械无级变速装置有柯普(Koop)型、行星锥轮型、分离锥轮钢环型和宽带型等多种结构，它们都是利用摩擦力来传递转矩的，通过连续地改变摩擦传动副工作半径来实现无级变速。由于它的变速范围小，多数是恒转矩传动，通常较少单独使用，而是与分级变速机构串联使用，以扩大变速范围。机械无级变速器应用于要求功率和变速范围较小的中、小型车型、铣床等机床的主传动中，更多的是用于进给变速传动中。

3)液压无级变速装置。

液压无级变速装置通过改变单位时间内输入液压缸或液动机中液体的油量来实现无级变速。它的特点是变速范围较大，变速方便，传动平稳，在运动换向时冲击小;易于实现直线运动和自动化。液压无级变速装置常用在主运动为直线运动的机床中，如刨床、拉床等。(2)无级变速装置与机械分级变速机构的串联。在无级变速系统装置单独使用时，其调速范围都较小，远远不能满足现代通用机床变速范围的要求。因此，常常将无级变速装置与机械分级变速机构串联，以扩大其变速范围。(3)采用直流或交流电动机无级调速。

机床上常用的无级变速机构为直流或交流调速电动机。直流电动机是采用调压和调磁方式来得到主轴所需转速的。直流电动机从额定转速向上至最高转速是用调节磁场电流(简称调磁)的办法来调速的，属于恒功率调速;从额定转速向下至最低转速是用调节电枢电压(简称调压)的办法来调速的，属恒转矩调速。通常，直流电动机的恒功率变速范围较小，仅为2~4，而恒转矩变速范围很大，可达几十，甚至超过100。交流调速电动机靠调节供电频率的方式来调速，所以其常被称为调频主轴电动机。通常额定转速向上至最高转速气max为恒定功率，变速范围为3~5;额定转速至最低转速气为恒转矩，变速范围为几十，甚至超100。直流和交流电动机的功率转矩特性如图1-2所示。

交流调速电动机由于体积小、转动惯性小、动态响应快、没有电刷且能达到的最高转速比同功率的直流电动机高，故磨损和故障也少。现在在中、小功率领域，交流调速电动机已占优势，应用一也更加广泛。伺服电动机和脉冲步进电动机都是恒转矩的，而且功率不大，所 以只能用于直线进给运动和辅助运动。基于上述分析可知，如果直流或交流调速电动机用于拖动直线运动执行器，例如龙门刨床工作台(主运动)或立式车床刀架(进给运动)，可直接利用调速电动机的恒转矩变速范围，用电动机直接带动或通过定比减速齿轮拖动执行机构。

1.2主传动系统分析

数控车床用于加工回转体零件。它集中了卧式车床、转塔车床、多刀车床、仿形车床、自动和半自动车床的功能，是数控机床中应用较广泛的品种之一。下面以一个典型数控车床C K3263 B为例说明如何分析数控机床主传动系统，图1一4所示为C K3263 B主传动系统。主电动机经带轮副和四速变速机构驱动主轴，其传动路线表达式是

拟定转速图如图2-5所示，从图中可知，主轴共得到四段转速:

1.3 车床数控化改装主传动系统方案设计

将06140卧式车床改造成用MCS-51系列单片机控制的经济型数控车床，采用步进电动机开环控制，纵向和横向均具有直线和圆弧插补功能。将原来的主传动系统改装为主变速系统。一般的卧式车床在改装为经济型数控车床时，主传动系统和变速操纵机构是不动的，可利用暂停指令进行手动变速换挡，然后再继续加工。如果要提高机床的自动化程度或者所加工工件的直径相差较大，在加工过程中需要自动变速时，可考虑设置加工过程中的自动变速装置，本任务即后一种情况。

将机械主传动系统改装为自动变速装置的几种方案说明见下文介绍。1.采用多速电动机改装

目前采用多速电动机对主传动系统进行改装，一般是将主电动机更换为双速或四速电动机，由微机系统信号自动控制切换电动机的转速。这样做的好处是机床性能良好，主传动链改装量较少，但多速电动机的功率是随着转速的变化而变化的，所以电动机功率要选的大一些，同时电动机的尺寸一也大，因此还要增加一套电动机变速系统。2.主变速系统改装

对主轴箱内变速系统进行改装，一般是将滑移齿轮变速改为电磁离合变速。这种变速机构仍为有级变速，一般变速级数不超过四级。3.采用直流主轴电动机或交流主轴电动机改装

改装后，机床主轴由直流主轴电动机(或交流主轴电动机)通过皮带直接带动，并通过电气系统实现无级变速。

采用直流主轴电动机或交流主轴电动机改装，其改装成本高，但效果好，能获得满意的速度，而且由于传动链中没有齿轮，故噪声很小。另外在改装中要注意，主轴电动机的选择要与进给系统电动机配套，以利于使用CNC系统。图1-5所示为本任务改装后的主传动系统示意。拆下原操纵手柄，装上齿轮2;以一个180 W的交流小电动机8通过蜗轮副7和齿轮3, 2将运动传给手柄轴1，带动主轴箱内的拨叉和滑块进行变速。另外将手柄轴接长，在接长轴4上安装带单个压块6的圆盘，并在附加的机壳上固定一个装有6个微动开关的圆盘5, 6个微动开关的位置与6级变速挡位对应。当手柄轴带动圆盘转动时，压块6依次压下6个微动开关，发出6个不同信号，数控系统通过对电路信号的识别来控制变速。

自动变速过程如下:当变速电动机接到S指令后，便开始转动，通过传动装置使手柄轴带动拨叉滑块使变速齿轮移位。与此同时，在速度继电器的控制下，主电动机低速点动，以便滑移齿轮顺利地进人啮合位片。当压块压下的触点信号与数控系统S指令信号相符时，小电动机制动，主运动变速完成。这种方案保留了原主轴箱的结构，改装量小，但只适合于06140型车床。

1.3.2主传动系统设计过程 1.明确已知条件，草拟转速图 拟定转速图的一般步骤如下:(i)确定变速组数及各变速组的传动副数;(2)安排变速组的传动顺序，拟定结构式(网);(3)分配传动副传动比.绘制转凉图 2.齿轮齿数的确定

齿轮的齿数取决于传动比和径向尺寸要求。在同一变速组中，若模数相同且不采用变位齿轮，则传动副的齿数和相同;若模数不同，则齿数和S与模数m,成反比，即:

对于三联滑移齿轮，当采用标准齿轮且模数相同时，最大齿轮与次大齿轮的齿数差应大于4，以避免滑移过程中的齿顶干涉。

当传动比i采用标准公比的整数次方时，齿数和S及小齿轮齿数可以从表1一1中查得。

1.4 实训准备

1.项目任务单

项日任务单见附录二。2.项目要求

学完基础知识及实例后，学生自主分析数控车床主轴箱实物，熟悉内部组成，然后分组制订设计方案，方案合格后，开始具体设计。3.仪器与设备(1)CAK4085数控车床6(2)《机床设计手册》若干。(3)扳手、钳子、直尺。4.实训步骤

(1)学生分组，并在现场分析数控车床主轴箱实物。(2)学生分组，制定任务实施方案。

(3)根据任务实施方案，学生将任务实施过程填入记录表1一2中。1.4.2项目评价

项日的整体评价如表1-3所示。

图1一1数控机床主传动的配置方式

图1-2直流和交流调速电动机的功率转矩特性

图1-4 CK3263B主传动系统

图1-5改装后主传动系统示意图

表1一1常见传动比的适用齿数

表1一2项目实施过程记录表

表1-3项目评价表

项目二数控车床导轨副设计 2.1.1导轨副设计步骤

(1)根据已知的工作条件，选择合适的导轨类型，常见导轨形式见表2-1.(2)选择导轨截面形状与组合方式。常见导轨截面形状见表2一2。1)双三角形导轨。如图2-1所示，双三角形导轨导向性和精度保持性都很高，磨损后能自动下沉补偿磨损量。两条三角形导轨副同时起支撑和导向作用，由于结构对称，两条导轨磨损均匀，故接触刚度好。但由于超定位，加工、检验、维修都较困难，而且当量摩擦系数也高，因此适于精度高的场合。例如丝杠车床、单柱坐标锁床的导轨副等。2)双矩形导轨。

如图2一2所示，双矩形导轨的刚度高，当量摩擦系数比双三角形导轨低，承载能力强，加工、检验、维修都较方便，因此被广泛使用，例如数控机床的导轨副。双矩形导轨承载面和导向面是分开的，存在侧向间隙，必须用镶条调节。

如图2一2(a)所示，用两外侧面做导向面时，间距大、热变形大、间隙大，因而导向精度低、承载能力大;如图2-2(b)所示，以内外侧面做导向面时，间距小、热变形小、间隙小，因而导向精度高、易获得较高的平行度;如图2一2(c)所示，用两内侧面做导向面时，由于导轨面对称分布在导轨中部，当传动件位于对称中心线上时，避免了由于牵引力与导向中心线不合而引起的偏转，不致在改变运动方向时引起位置误差，故导向精度高。3)三角形与矩形组合。

如图2-3(a)和图2-3(b)所示，三角形与矩形组合导轨兼有三角形导轨的良好导向性及矩形导轨的制造方便、刚性好等优点，并避免了由于热变形所引起的配合变化。其缺点是三角形导轨比矩形导轨磨损快，易造成磨损不均匀，磨损后又不能通过调节来补偿，故对位置精度有影响。

三角形与矩形组合导轨兼有导向性好、制造方便和刚度高等诸多优点，因此被广泛使用，例如车床、磨床、龙门刨床、龙门铣床、滚齿机、坐标锁床的导轨副等。4)双燕尾形导轨。

如图2一4(a)所示，它的高度较小，可以承受颠覆力矩，是闭式导轨中接触面最少的一种结构。间隙调整方便，用一根镶条就可以调节各接触面的间隙。这种导轨刚度较差，加工、检验、维修都不大方便，适用于受力小、层次多、要求间隙调整方便的场合，例如牛头刨床和插床的滑枕导轨、升降台铣床的床身导轨、车床刀架导轨副和仪表机床导轨等。5)矩形与燕尾形导轨组合。

如图2一4(b)所示，由于它兼有调整方便、能承受较大力矩的优点，故多用于横梁、立柱和摇臂的导轨副。6)双圆柱导轨组合。圆柱导轨具有制造方便、不宜积存较大切屑的优点，但间隙难以调整，磨损后一也不易补偿，因此适用于移动件只受轴向力的场合，例如攻螺纹机、机械手的导轨副等。(3)通过计算选择结构参数。

1)计算额定动载荷Ca’(单位N)。

式中: KW—负荷系数，按表2一3选取;KH----硬度系数，按表2一4选取;KT—温度系数，按表2一5选取;KC—接触系数，按表2一6选取;K—寿命系数，一般取K=50;2)依据 的原则，选择结构参数。(4)其他参数选择。1)导轨材料选择。

铸铁耐磨性好，热稳定性高，减振性好，成本低，易于加工，在滑动导轨中应用广泛。淬硬的钢导轨耐磨性好。镶装塑料导轨具有耐磨性好，动、静摩擦系数接近，化学稳定性好，抗振性好，抗撕伤能力强，工作范围广，成本低等诸多优点。在选材时，支撑导件与运动件应选不同的材料，其热处理的方式一也有所不同。2)调整装置。

导轨工作时会产生间隙，间隙过小会增加摩擦阻力，间隙过大会降低导向精度，所以应选择合适的调整装置进行调整。例如滑动导轨副采用压板和镶条两种方法调整。①镶条。

镶条用来调整矩形导轨、燕尾形导轨的侧隙，以保证导轨面能正常接触。镶条应放在导轨受力较小的一侧，常用的有平镶条和楔形镶条两种。

平镶条如图2一5所示，它是靠调整螺钉1移动镶条2的位置来调整间隙的，图2一5(c)所示为在间隙调整好后，再用螺钉3将镶条2紧固。平镶条调整方便，制造容易，图2一5(a)和图2一5(b)所示的镶条较薄，而且只在与螺钉接触的几个点上受力，容易变形，刚度较低，日前较少使用。楔形镶条如图2一6所示，镶条的两个面分别与动导轨和支撑导轨均匀接触，所以比平镶条刚度高，但加工较困难。

楔形镶条的斜度为1 : 100一1:40,镶条越长，斜度应越小，以免两端厚度相差太大。如图2一6(a)所示的调整方法是用调节螺钉1带动镶条2做纵向移动以调节间隙。镶条上的沟槽a在刮配好后加工，这种方法构造简单，但螺钉头凸肩和镶条上沟槽之间的间隙会引起镶条在运动中窜动。图2一6(b)所示为从两端用螺钉3和5调节，避免了镶条4的窜动，性能较好。图2一6(c)所示为通过螺钉6和螺母7调节，镶条8上的圆孔在刮配好后加工，这种调节方法方便，且能防止镶条8的窜动，但其纵向尺寸较长。②压板。

压板用来调整辅助导轨面的间隙和承受的颠覆力矩，如图2一7所示。

2.2.1选择导轨副

1.确定最大载荷F-max 已知作用在单滑座上的最大载荷Fmax，滑座数M=4，工作台受到进给方向的载荷(与丝杠轴线平行)Ff= 1 401 N，工作台受到横向的载荷(与丝杠轴线垂直)F-n= 337 N ,工作台受到垂直方向的载荷(与工作台面垂直)Fe=512 N，移动部件总重量G =736 N。单滑块所受的最大垂直

2.确定额定工作时间寿命孔 要求该导轨副每天开机6h，每年工作300个工作日，且工作8年以上，则额定工作时间寿命:

3.确定行程长度系数TS 要求单向行程长度LS = 0.52m，每分钟往返次数为3，则额定行程长度系数: 4.计算额定动载荷Ca’(单位为N)要求工作温度不超过120 0C，工作速度为40 m/min，滚道表面硬度取60 HRC。由前面的计算结果得额定工作时间寿命Th = 14 400 h。则:

表2一7为JSA一KL型直线滚动导轨副(宽型螺孔)尺寸参数，图2一8所示为其外形图;表28 JSA-ZL型直线滚动导轨副尺寸参数

表2-9项目实施过程记录表

表2-10项目评价表

项目三 简易机电产品设计与制作

3.1.1设计原则

一方面，在保证产品完成规定功能的前提下，通过对构成各子系统的方案进行优化组合，降低成本，使系统功能平稳、准确、快速，以满足用户的要求。机电一体化产品的主要特征是自动化操作，功能是产品的生命，只有功能可靠，产品才具有价值。另一方面，要使功能达到最佳，机械子系统、电子信息处理子系统、动力子系统、传感检测子系统和执行机构子系统5部分构成要素的匹配、相互协调和相互补充也极为重要。而通过降低成本，并且使系统功能达到稳、准、快，又增强了产品的市场竞争力。

3.1.2设计工作流程

一个全新的机电一体化产品的正向设计和开发过程大体可以分为产品规划、概念设计和详细设计三个阶段。1.产品规划阶段

产品规划包括需求分析、市场预测和技术可行性分析，最后确定设计参数及设计制约条件，提出设计要求，并将其作为设计、评价和决策的依据。(1)需求分析。

需求分析从需求识别开始，认识需求是一种创造性工作，设计人员应深人实际，细致观察，敏锐捕捉市场的需求，并及时完成产品的开发和试制工作。(2)市场预测。

市场预测是产品的前期调研工作，调研内容主要有以下三方面: 1)面向用户的产品市场调研:主要有产品销售对象的可能销售量，用户对产品的功能、性能、质量、使用维护、包装及价格等方面的要求。此外，还应了解竞争产品的种类、优缺点和市场占有率等情况。

2)面向产品设计的技术调研:主要有行业和专业技术发展动态，相关理论的研究成果和新材料、新器件的发展动态，竞争企业、竞争产品的技术特点分析等。此外，还要了解本单位的生产基础条件。

3)面向产品生命周期的社会环境调研:主要有产品生产和目标市场所在地的经济技术政策(如产业发展政策、投资动向、环境保护及安全法规等)，产品的种类、规模及分布，社会的风俗习惯，社会人员构成状况及消费水平、消费心理和购买能力等。

通过调研应确定开发产品的必要性、种类和生命周期，预测产品的技术水平、经济效益和社会效益等，确定用户对产品的功能、性能、质量、外观和价格等方面的要求，即形成产品的初步概念，然后进行技术可行性分析。(3)技术可行性分析。

技术可行性分析包括以下几个方面: 1)关键技术和技术线路:研究本产品需要的关键技术，指明产品实现的技术路线和技术标准。例如，一个新概念汽车，采用什么样的发动机、什么样的控制总线和什么样的人机接口等。所使用的关键性技术应该是比较成熟的、成本和技术风险容易控制的。如果要采用比较前沿的新技术，则需要在市场和成本方面多做考虑。

2)可选技术方案:同样的产品可能有多种技术方案可选择，设计人员必须根据一定的准则从中选择一个最合适的方案或将这些方案进行综合处理。

3)主要性能指标及技术规格的可行性:产品的性能指标及技术规格对产品的成本和市场竞争力至关重要。性能指标和技术规格越高，产品的成本就越高，价格也就越高。但市场竞争力不完全由技术性能决定，还与其价格、品牌等许多因素有关。用户往往追求性价比高的产品。因此制定产品的规格和性能指标需要综合考虑各方面的因素，突出产品的特色，力争做到高性能、低价格。在制定主要产品的规格和性能指标时还要充分参考竞争对手的产品及发展趋势，制定最合理的参数。

4)主要技术风险:综合分析产品功能、技术规格及性能指标实现的可能性，分析产品开发、生产中可能存在的各种问题和风险，以及这些问题与风险的解决和规避方法。如果不充分考虑这些问题和风险，产品开发时间则可能拖延，从而错过市场最佳时机，使产品的成本过高、质量和成品率低或者大规模地更换生产设备等。因此，必须提前对这些问题进行充分的评估，使产品开发和生产能顺利进行。

5)成本分析:根据所制定的产品技术规格和技术路线，综合分析产品成本，包括技术成本、原材料成本、制造成本和人力成本等，为产品的立项提供决策支持。

6)结论和建议:根据产品的成本分析和技术风险分析，对产品的技术规格、性能指标和市场定位等参数提出修改建议，确定产品是否立项。产品立项应给出生产设计要求表，表中所列要求分为特征指标、优化指标和寻常指标，各项要求应尽可能量化，并按重要程度分出等级。2.概念设计阶段

在概念设计阶段输人生产设计要求表，输出总体方案。该方案主要包括产品外观和结构布置方案、产品部件或子系统划分以及设计目标、各部件或子系统的接口设计等三个方面，并制订详细设计任务书、验收规范及进度计划。

3.3案例导入

(3)确定小带轮齿数Z1和小带轮节圆直径d1.应使小带轮齿数，而带轮最小许用齿数Z min可查表3一3获得。当带速和安装尺比寸允许时，Z1尽可能选用较大值，初步选取Z1=12。(4)确定大带轮齿数Z2和大带轮节圆直径d2(5)初选中心距久ao、带的节线长度Lop、带的齿数Zb。

根据表9-4选取接近标准的节线长度Lp=381mm，相应齿数Zb= 40。(6)计算实际中心距a。

设计同步带传动时，中心距a应该可以调整，以便获得适当的张紧力。(7)校验带与小带轮的啮合齿数Zm 啮合齿数:(8)计算基准额定功率P0

(9)确定实际所需的同步带宽度bs。

式中bs0—选定型号的基准宽度，由表9-5可查得bs0 = 25.4mm;Kz—小带轮啮合齿数系数，由表9-6可查得K, = 0.8。10)带的工作能力验算。

根据下式计算同步带额定功率P的精确值，若结果满足 率)，则带的工作能力合格。

带的设计功

同步带传动示意简图如图3-9所示。(11)结果整理。

同步带:选用L型同步带，订购型号为150 L100

最后，经过厂家订购与协商，确定带轮及带，零件如图3一

10、图3一11所示，同步带传动效果如图3一12所示。3.3.3锥齿轮传动设计

(1)确定齿轮材料及精度等级。

锥齿轮材料选择45 #钢调质，齿面硬度为217~225 HBS。经过计算齿轮传动的最大圆周速度为4.19 m/s，查表3一8可确定锥齿轮精度等级为7级)(2)确定模数及齿数。(3)计算相关参数。

根据以上尺寸画出小锥齿轮零件(见图3一13)和大锥齿轮零件图(见图3一14)。锥齿轮传动啮合部分三维造型如图3一15所示。3.3.4计数系统设计 在啤酒、汽水和罐头等灌装生产线上，常常需要对随传送带传送到包装处的成品瓶进行自动计数，以便统计产量或为计算机管理系统提供数据。光电计数器是通过红外线发射和接收进行计数的，有直射式和反射式两种。直射式的发射、接收分体，发生器和接收器分别置于流水线两边，中间没有阻挡时发射器的红外线反射到接收器上，接收器收到发射来的红外线，经相反处理使之没有信号输出，有工件经过时挡住光路，接收机失去红外线信号便输出一个脉冲信号到运算累加器进行计数。发射式是发射、接收同体，置流水线一边，前面没有工件往下流时，发射器发出的红外线直接射出没有反射，接收器没有接收到反射来的红外线信号则没有输出。有工件经过时，其将挡住光电路使发射器发出的红外线信号反射到接收器上，接收器接收到反射来的红外线信号便输出一个脉冲信号到运算累加器进行计数。本项目的设计日的是每推一个料，计数器显示一个数，逐次递增。整体方案是:通过传感器(光电开关或磁性开关)检测到推杆动作，将信号传到单片机，单片机输出，并令数码管显示推出工件个数)其结构如图3一16所示。

本设计是两种传感器均可，接线图如图3一17所示。

本设计中的计数器、光电开关、磁性开关均需外购，其外形如图3一18所示。

3.4.1实训准备

1.项目目的

(1)使学生具备一般机电产品方案的设计能力。(2)熟练掌握同步带设计方法。(3)学会查《机械设计手册》。2.项目要求

每组学生自行设计同步带系统和计数系统。3.仪器与设备

(1)电脑若干(二维设计软件、三维设计软件必有)。(2)《机械设计手册》若干。4.实训步骤(1)学生分组设计方案。

(2)两位指导教师及各组组长审核方案。

(3)方案通过后，具体设计，学生将项目实施过程填入记录表3-9中。3.4.2项目评价

项目的整体评价见表3一10。

图3一1机电一体化系统设计流程

图3一2常用电子类组装工具

图3一4方案一草图

图3一5风能供料装置结构示意

图3一6风能供料装置主要部件示意

图3一7同步带

表3-1同步带载荷修正系数KA

表3一3带轮最小许用齿数Zmin

表3一4同步带节线长度L P

表3-5同步带在基准带宽下的许用工作拉力和线密度

表3一6小带轮啮合齿数系数

图3-9同步带传动示意简图

图3一10小带轮零件

图3一11大带轮零件

图3一12同步带传动效果

传感器在机电一体化系统中的应用 篇9

机电一体化系统设计基础

试题

2015年7月

一、单选题(每小题3分，共24分)

1．机电一体化技术是以（）技术为核心，强调各种技术的协同和集成的综合性技术。

A．自动化

B．电子

C．机械

D．软件

2．多级齿轮传动中，各级传动比相等的分配原则适用于按（）设计的传动链。

A.最小等效转动惯量原则

B．输出轴的转角误差最小原则

C.小功率装置的重量最轻原则

D．大功率装置的重量最轻原则

3．下列哪项指标是传感器的动特性?（）

A．量程

B．线性度

C．灵敏度

D.幅频特性

4．有一脉冲电源，通过环形分配器将脉冲分配给五相十拍通电的步进电机定子励磁绕组，已知转子有24个齿，步进电机的步距角是（）。

A．0.6o

B．1.2 o

C．1.5 o

D．2 o 5．计算机控制系统实际运行时，需要由用户自行编写（），具有实时性、针对性、灵活性和通用性。

A．应用软件

B．开发软件

C.系统软件

D．实时软件

6．PID控制算法中，微分调节器的主要作用是（）。

A．消除静差

B．加快响应

C.减小振荡

D．提高稳定性

7．含有微处理器，可进行程序编制或适应条件变化的接口是（）。

A.零接口

B．被动接口

C.主动接口

D．智能接口

8.HRGP—1A喷漆机器人中的旋转变压器属于系统中的（）。

A．能源部分

B．测试传感部分

C．控制器

D．执行机构

二、判断题(正确的打√，错误的打X，每题3分，共30分)

9．机电一体化产品不仅是人的肢体的延伸，还是人的感官与头脑功能的延伸，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差别。（）

10．采用偏心轴套调整法对齿轮传动的侧隙进行调整，结构简单，且可以自动补偿侧隙。

（）

11．伺服驱动系统在控制信息作用下提供动力，伺服驱动包括电动、气动、液压等各种类型的驱动装置。（）

12．永磁型步进电动机即使其定子绕组断电也能保持一定转矩，故具有记忆能力，可用于定位驱动。（）

13．直流伺服电动机的调速特性是电机转速与其输出转矩的关系。（）

14．自动控制是在人直接参与的情况下，通过控制器使被控对象或过程自动地按照预定的规律运行。（）15．无论采用何种控制方案，系统的控制精度总是低于检测装置的精度。（）

16．PLC完善的自诊断功能，能及时诊断出PLC系统的软件、硬件故障，并能保护故障现场，保证了PLC控制系统的工作安全性。（）

17．现代嵌入式系统的设计方法是将系统划分为硬件和软件两个独立的部分，然后按各自的设计流程分别完成。（）

18．反求设计是建立在概率统计基础之上，主要任务是提高产品的可靠性，延长使用寿命，降低维修费用。（）

三、简答题(每小题8分，共24分)19．简述完善的机电一体化系统五大组成要素。20．什么是传感器的校准?并简述如何进行校准? 21．机电一体化系统仿真在系统设计过程中所起的作用是什么?

四、计算题(10分)

五、综合题(12分)

23．假定你在设计一套典型的机电一体化系统，比如数控机床，请制订出概念设计的流程。

试卷代号：0991

国家开放大学(中央广播电视大学)2015年春季学期‘‘开放本科”期末考试

机电一体化系统设计基础

试题答案及评分标准

(供参考)

2015年7月

一、单选题(每题3分，共24分)

1．B

2．C

3．D

4．C

5.A

6．B

7．D

8．B

二、判断题(每题3分，共30分)

9．√

10．X

11．√

12．√

13．X

14．X

15．√

16．√

17．X

18．X

三、简答题(每小题8分，共24分)

19．答：机电——体化系统是由机械本体和动力系统，检测传感系统和执行部件，信息处理及控制系统五部分相互协调，共同完成所规定的目的功能。

20．答：传感器在使用前、使用中或搁置一段时间再使用时必须对其性能参数进行复测或做必要的调整和修正，以确保传感器的测量精度，这个复测调整过程称为校准。

为了对传感器有一个长期的、稳定的和高精度的基准，在一些测量仪器中特别是内部装有微处理器的测量仪器中，很容易实现自动校准功能。对传感器进行校准时，需要精度比它高的基准器，这种基准器受时间的推移和使用的磨损等因素的影响，参数会随之改变。因此对这种基准器还要用更高精度的基准器来定期校准。

21．答：在进行项目的设计和规划时，往往需要对项目的合理性、经济性等品质加以评价； 在系统实际运行前，也希望对项目的实施结果加以预测，以便选择正确、高效的运行策略或提前消除设计中的缺陷，最大限度地提高实际系统的运行水平。采用仿真技术可以省时、省力、省钱地达到上述目的。

四、计算题(10分)

22．解：左端外齿轮旋转一周，螺母轴向移动6mm，则每转一个齿，螺母的轴向移动6／100 ＝0.06mm；

右端外齿轮旋转一周，螺母轴向移动6mm，则每转—个齿，螺母的轴向移动6／98＝0.0612mm；

当两端转向相同时：一端的外齿轮相对于另一端的外齿轮转过1个齿时，相对移动的轴向距离为0.0612—0.06=0.012(mm)，所以当一端的外齿轮相对于另—端的外齿轮转过2个齿时相对移动的轴向距离为(0.0612—0.06)*2=0.0024(mm)。

五、综合题(12分)

23．解：产品概念设计决定性地影响产品创新过程中后续的产品详细设计、产品生产开发、产品市场开发以及企业经营战略目标的实现。产品概念设计包含以下流程：

(1)首先是将设计任务抽象化，确定出系统的总功能；(2分)

(2)根据系统的总功能要求和构成系统的功能要素进行总功能分解，划分出各功能模块，将总功能分解为子功能，直到分解到不能再分解的功能元，形成功能树；确定它们之间的逻辑关系；(2分)

(3)对各功能模块输入／输出关系进行分析，确定功能模块的技术参数和控制策略、系统的外观造型和总体结构；(2分)

(4)寻找子功能(功能元)的解，并将原理解进行组合，形成多种原理解设计方案；(2分)

(5)以技术文件的形式交付设计组讨论、审定。由于体现同——功能的产品可以有多种多样的工作原理；(2分)

(6)方案进行整体评价：对不同的方案进行整体评价，选择综合指标最优的设计方案。最终选定最佳方案形成概念产品。(2分)