主题目录

  • 1 机电一体化导论

    1 机电一体化导论 (建议学时:8学时)

    同学们,你们有没有发现身边很多传统机械产品,正在逐渐向智能化发展?随着科学技术的不断进步,电子技术和信息技术正不断向机械技术中“渗透”,越来越多的新产品、新技术应运而生。想了解其特点、组成、关键技术和发展趋势吗?

    学习目标

    1.描述机电一体化技术的基本概念,并能指出其特点和分类方法;

    2.列举机电一体化系统的组成结构;

    3.列举机电一体化关键技术;

    4.描述机电一体化的发展趋势。

    学习任务

    一、知识点学习

    本章你需要学习4个知识点,点击知识点名称,可进入学习,代表该知识点的重要程度和难易程度。

    二、仿真实训

    进入仿真实训模块,学习虚拟实验过程,提高自己的动手能力。

    三、学后测评

    1.完成随学随练,边学知识点边自测反馈学习效果。

    2.完成本章自测,及时了解你的学习成效。

    学习方法建议

    1.通过网络课程,学习基本知识;

    2.通过视频课堂,深入学习重难点知识;

    3.利用仿真实训,提高自己的动手能力。

  • 2 机电一体化机械技术

    2 机电一体化机械技术 (建议学时:16学时)

    同学们,你们关注过工程中常用的机器人等机电一体化产品吗?这些产品的机械本体是系统重要的组成部分,而且主要功能也是由机械装置来完成的。想了解机电一体化产品的机械本体有什么特殊的功用和要求吗?

    学习目标

    1.针对机电一体化产品的机械系统,能够描述其构成; 

    2.列举机电一体化产品的机械系统设计过程中需要考虑的特性参数,并能分析其对机械传动系统性能的影响;

    3.列举常用机械传动机构,并能指出一般设计要点;

    4.列举常用执行机构,并能指出一般设计要点;

    5.举出虚拟样机技术应用实例。

    学习任务

    一、知识点学习

    本章你需要学习4个知识点,点击知识点名称,可进入学习,代表该知识点的重要程度和难易程度。

    二、仿真实训

    进入仿真实训模块,学习虚拟实验过程,提高自己的动手能力。

    三、学后测评

    1.完成边学边练,边学知识点边自测反馈学习效果。

    2.完成本章自测,及时了解你的学习成效。

    学习方法建议

    1.通过网络课程,学习基本知识;

    2.通过视频课堂,深入学习重难点知识;

    3.利用仿真实训,提高自己的动手能力。

  • 计分作业1

    计分作业1

    预备知识:第1-2章

    时间安排:第5-7周

                             做作业

    • 3 传感检测技术

      3 传感检测技术 (建议学时:8学时)

      同学们,你们关注过电力、石油、化工、机械等行业的一些大型设备,在高温、高压、高速和大功率状态下是如何保证设备和人员安全的吗?通常这些设备设置了故障监测系统以对温度、压力、流量、转速等多种参数进行长期动态监测。想了解机电一体化系统中常用的检测方法吗?

      学习目标

      1.陈述传感器的组成和使用方法;

      2.根据机电系统的设计要求列举选用传感器;

      3.列举不同形式传感器的测量电路、计算机接口及其主要性能指标;

      4.陈述传感器的校准及安装方法。

      学习任务

      一、知识点学习

      本章你需要学习5个知识点,点击知识点名称,可进入学习,代表该知识点的重要程度和难易程度。

      二、仿真实训

      进入电子温度计的制作与使用模块,学习虚拟实验过程,提高自己的动手能力。

      三、学后测评

      1.完成随学随练,边学知识点边自测反馈学习效果。

      2.完成本章自测,及时了解你的学习成效。

      学习方法建议

      1.通过网络课程,学习基本知识;

      2.通过视频课堂,深入学习重难点知识;

      3.利用仿真实训,提高自己的动手能力。

      关闭
      实验目的实验器材实验原理实验步骤仿真实验视频演示
      实验 电子温度计的制作与使用

      1. 在实验室提供的仪器中选择合适的仪器,设计一个用温敏电阻作为传感器的电子温度计,其测温范围为0~100℃。

      2. 对温度计进行标定。

      3. 了解标定后的温度计的用法及其在机电一体化设备中的应用。

      直流稳压电源(1个)、温敏电阻(1个)、直流电桥(1个)、数字万用电表(1个)、电流表头(1个,量程位100µA)、电阻(若干)、电热杯(1个)、导线(若干)、开关(1个)。

      1. 温敏电阻的温度特性

      温敏电阻温度系数大而稳定,电阻率高,且物理化学性能在高温和氧化性介质中很稳定,常用作工业测温元件和测温标准。在0~100°C范围内,电阻RT和温度T之间关系近似呈如下线性关系:

      RT = R0(1+AT) (1)

      式中,A为温度系数,R0是温敏电阻在0°C时的电阻值。

      2.用非平衡电桥测量温敏电阻的温度系数

      平衡电桥可以准确测量电阻。如果将平衡电桥电路中的待测电阻换成一个温敏电阻。先调节电桥平衡,当外界条件改变时,传感器阻值会发生相应变化,使电桥失去平衡,桥路两端的电压随之而变。由于桥路的非平衡电压能反映出桥臂电阻的微小变化,因此可以通过测量非平衡电压检测外界物理量的变化。使用非平衡电桥测量温敏电阻温度系数的电路如图所示,R1.R2为固定电阻,组成比例电阻;Rp为可调电阻,用作平衡电阻;Rt为温敏电阻;Uout为非平衡电桥的输出电压。

      图 非平衡电桥测量电路

      如果检测Uout的电压表内阻足够大,非平衡电桥输出电压Uout和温度的改变ΔT近似呈如下线性关系:

      I1

      Uout = I1·R0·A·ΔT (2)

      1. 按非平衡电桥测量电路图连接电路,取R1=R2=R0=100Ω,电源电压U=10V。

      2. 改变温度(不断加温),记录温度计的读数,用数字式万用电表测量,确定温敏电阻的阻值与温度在0~100°C时之间的关系,共测量6个点,温度分布尽量均匀。用微伏表的读数作为温度显示,要求零刻度线对应0°C,满刻度对应100°C,每隔20°C标定一刻度。

      3. 将图中的固定电阻换成可调电阻,用非平衡电桥法可以测量温敏电阻的组织大小随温度的变化。当Rp在某一温度下,将电桥调平衡后,改变Rp所处的温度,从而电桥失去平衡,这时检流计的示数将是Rp的函数。从而可以设计出温度计。

      4. 使用电子温度计模拟电热杯的测温过程

    • 4 伺服驱动技术

      4 伺服驱动技术 (建议学时:16学时)

      伺服驱动技术是机电一体化系统中的关键技术。本章介绍了伺服驱动系统的概念和常用的伺服电机,并详细讲解了步进电动机、直流、交流伺服电动机等。通过步进电动机为例展示伺服驱动技术在机电一体化系统中的应用。

      学习目标

      1. 针对机电一体化产品的伺服驱动系统,描述其组成和基本要求;

      2. 能按使用的能量对伺服驱动系统进行分类,并指出其各自特点;

      3. 陈述步进电动机的种类、特性及其驱动和控制;

      4. 陈述直流、交流伺服电动机的种类、特性及其控制方法;

      5. 简单陈述直线电动机的种类和特性;

      6. 简单陈述液压和气压伺服系统的构成,并指出其特性。

      学习任务

      一、知识点学习

      本章你需要学习3个知识点,点击知识点名称,可进入学习,代表该知识点的重要程度和难易程度。

      二、仿真实训

      通过虚拟实验“三相异步交流伺服电机虚拟装配”和“直流伺服电机虚拟装配”,提高自己的动手能力。

      三、学后测评

      1.完成随学随练,边学知识点边自测反馈学习效果。

      2.完成本章自测,及时了解你的学习成效。

      学习方法建议

      1.通过网络课程,学习基本知识;

      2.通过视频课堂,深入学习重难点知识。

      关闭
      实验目的实验器材三相异步电动机的结构及动画演示三相异步电动机的工作原理及动画演示三相交流异步电机的虚拟装配
      实验 三相异步交流伺服电机虚拟装配

      三相感应电动机由于调速性能不佳,主要用于普通的恒速驱动场合,但随着变频调速技术的发展,特别是矢量控制技术的应用和日渐成熟,使得三相感应电动机的伺服性能大为改进。目前,采用矢量控制的三相感应电动机伺服驱动系统,无论是静态性能,还是动态性能,都已达到甚至超过直流伺服系统,在高性能伺服驱动领域,采用矢量控制的交流伺服电动机正在取代直流伺服电动机。

      1.通过实验了解三相异步交流伺服电动机的结构与装配过程。

      2.通过实验掌握三相异步交流伺服电动机的工作原理。

      3.通过实验了解三相异步交流伺服电动机的特点。

      三相异步交流伺服电机基本部件(转子、前轴承、后轴承、定子、前轴承弹簧垫、前端盖、前端盖螺钉、后端盖螺钉、风扇、风扇卡簧、风扇罩、皮带轮、轴承键)

      图 三相异步电动机结构

      机座:铸铁或铸钢浇铸成型,它的作用是保护和固定三相电动机的定子绕组。

      端盖:用铸铁或铸钢浇铸成型,它的作用是把转子固定在定子内腔中心,使转子能够在定子中均匀地旋转。

      轴承:是铸铁或铸钢浇铸成型的,它的作用是固定转子,使转子不能轴向移动,另外起存放润滑油和保护轴承的作用。

      接线盒:一般是用铸铁浇铸,其作用是保护和固定绕组的引出线端子。

      风扇:用来通风冷却电动机。

      吊环:一般是用铸钢制造,安装在机座的上端,用来起吊、搬抬三相电动机。

      定子铁心:异步电动机定子铁心是电动机磁路的一部分,由0.35mm~0.5mm厚表面涂有绝缘漆的薄硅钢片叠压而成。

      定子绕组:三相电动机有三相绕组,通入三相对称电流时,就会产生旋转磁场。三相绕组由三个彼此独立的绕组组成,且每个绕组又由若干线圈连接而成。每个绕组即为一相,每个绕组在空间相差120°电角度。线圈由绝缘铜导线或绝缘铝导线绕制。定子三相绕组的六个出线端都引至接线盒上。

      转子铁心:是用0.5mm厚的硅钢片叠压而成,套在转轴上,作用和定子铁心相同,一方面作为电动机磁路的一部分,一方面用来安放转子绕组。

      转子绕组:异步电动机的转子绕组分为绕线形与笼形两种,由此分为绕线式异步电动机与笼形异步电动机。

      三相异步电动机的工作原理

      先用右手定则判断转子绕组中感应电流的方向,再用左手定则判断转子绕组受到的电磁力的方向。

      在定子绕组中通入三相对称电流,则定子内部产生某个方向转速为n1的旋转磁场。为了简化问题,假设电机的极数为2,电机的定子旋转磁场可以用动画中的磁铁来等效,在动画中显示的是通电后产生的等效旋转磁场,旋转磁场切割转子鼠笼导条,将会在转子导条中产生感应电动势和感应电流,这便是磁生电的过程,感应电动势的方向用右手定则来判定,伸出右手,磁场B穿过掌心,由于旋转磁场切割导条,根据相对运动原理,导条反向切割磁场,这样,产生的速度v与磁场的方向是相反的,拇指指向为导条运动的速度方向,进而判断导条中感应电动势方向e,即四指的指向方向。导条是闭合的回路根据欧姆定律,回路中产生的感应电动势必然会产生感应电流,而感应电流在磁场中又会受到电磁力的作用,使电机旋转起来。

      正确安装顺序:转子—前轴承—后轴承—定子—前轴承弹簧垫—前端盖—前端盖螺钉—后端盖螺钉—风扇—风扇卡簧—风扇罩—皮带轮—轴承键

      三相异步交流电机装配

      提示:从器件库中选择相应配件,按照装配顺序依次拖拽安装直流电机各部件,安装正确时提示装配正确并动画演示装配细节,鼠标选择器件时给出器件名称提示,安装错误时提示装配错误,直至按照正确顺序装配完成为止。

      关闭
      实验目的实验器材直流电动机的结构及动画演示直流电动机的工作原理及动画演示直流电动机的虚拟装配
      实验 直流伺服电机虚拟装配

      伺服电动机又称执行电动机,在自动控制系统中作为执行元件使用。具有服从控制信号的要求而动作的功能,在信号到来之前,转子静止不动;信号到来之后,转子立即转动;一旦信号消失,转子能快速控制停转;若信号改变方向,转子则立即反转。它的作用是把所输入的电信号转换为电动机转轴的角位移或角速度输出,以驱动控制对象。

      伺服控制系统对伺服电动机的基本要求可归结为:可控性好;响应快;稳定性好;调速范围大;控制功率小;重量轻;体积小;耗电省。

      1. 通过实验了解直流伺服电动机的结构与装配过程。

      2. 通过实验掌握直流伺服电动机的工作原理。

      3. 通过实验了解直流伺服电机的特点。

      直流伺服电机基本部件(转子、定子、后盖、通风盖板、机后小端盖、机前小端盖、联结器、机前小盖、前盖)

      直流电机结构

      1. 定子部分

      定子在电磁方面是产生磁场和构成磁路,在机械方面是整个电机的支撑。定子由磁极、机座、换向极、电刷装置、端盖和轴承组成。

      (1)主磁极:产生恒定、有一定的空间分布形状的气隙磁通密度。主磁极由主磁极铁心和放置在铁心上的励磁绕组构成。为减小涡流损耗,主磁极铁心是用1.0~1.5mm厚的低碳钢板冲成一定形状,用铆钉把冲片铆紧,然后再固定在机座上。主磁极上的线圈是用来产生主磁通的,称为励磁绕组。当给励磁绕组通入直流电时,各主磁极均产生一定极性,相邻两主磁极的极性是N、S交替出现的。

      (2)机座:直流电机的机座有两种形式,一种为整体机座,另一种为叠片机座。整体机座是用导磁率效果较好的铸钢材料制成的,该种机座能同时起到导磁和机械支撑作用。由于机座起导磁作用,因此机座是主磁路的一部分,成为定子铁轭。主磁极、换向极及端盖均固定在机座上,机座起支撑作用。

      (3)换向极:换向极是由换向极铁心和换向极线圈组成,安装在相邻的两主磁极之间,用螺钉固定在机座上,用来改善直流电机的换向,一般电机容量超过1kW时均应安装换向极。

      (4)电刷装置:通过电刷和旋转的换向器表面的滑动接触,把转动的电枢绕组与外电路连接起来。电刷装置一般由电刷、刷握、刷杆、刷杆座和汇流条组成。电刷是用石墨制成的导电块,放在刷握内,用弹簧以一定的压力将它压在换向器的表面上。刷握用螺钉夹紧在刷杆上,刷杆装在一个可以转动的刷杆座上,成为一个整体部件。刷杆与刷杆座之间是绝缘的,以免正、负电刷短路。

      (5)端盖:电机中的端盖主要起支撑作用。端盖固定在机座上,其上放置轴承支撑直流电机的转轴,使直流电机能够旋转。

      2. 转子部分

      转子又称电枢,是电机的转动部分,其作用是感应电势和产生电磁转矩,从而实现能量的转换,转子由电枢铁心、换向器、电机转轴、电枢绕组、轴承和风扇组成。

      (1)电枢铁心:电枢铁心的作用是通过磁通(电机磁路的一部分)和嵌放电枢绕组。为减小当电机旋转时铁心中的磁通方向发生变化引起的磁滞损耗和涡流损耗,电枢铁心用0.35mm或0.5mm厚的硅钢片叠成,叠片两面涂有绝缘漆。

      (2)换向器:又称为整流子,把外界供给的直流电流转变为绕组中的交变电流以使电机旋转。换向器是由换向片组合而成,是直流电机的关键部件,也是最薄弱的部分。

      (3)转轴:转轴起转子旋转的支撑作用,需有一定的机械强度和刚度,一般用圆钢加工而成。

      (4)电枢绕组:电枢绕组安放在电枢铁心槽内,随着电枢旋转,在电枢绕组中产生感应电势;当电枢绕组中通过电流时,能与磁场作用产生电磁转矩,使电枢向一定的方向旋转。在电机中每一个线圈称为一个元件,多个元件有规律地连接起来形成电枢绕组。绕制好的绕组放置在电枢铁心上的槽内,放置在铁心槽内的直线部分在电机运转时将产生感应电动势,称为元件的有效部分;在电枢槽两端把有效部分连接起来的部分称为端接部分,端接部分仅起连接作用,在电机运行过程中不产生感应电动势。

      直流电动机基本工作原理

      把电刷A、B接到一直流电源上,电刷A接电源的正极,电刷B接电源的负极,根据电枢线圈中将有电流流过。设线圈的ab边位于N极下,线圈的cd边位于S极下,载流导体在磁场中受到电磁力的作用,其大小为:

      f = BXli (1)

      式中,f为电磁力,单位为N ;BX为导体所在处的磁通密度,单位为Wb/m ;l为导体ab或cd的有效长度,单位m;i为导体中流过的电流,单位为A。

      导体受力方向由左手定则确定。在动画演示初始的情况下,位于N极下的导体ab受力方向为从右向左,而位于S极下的导体cd受力方向为从左到右。导体所受电磁力对轴产生一转矩,这种由于电磁作用产生的转矩称为电磁转矩,电磁转矩的方向为逆时针。当电磁转矩大于阻力矩时,线圈按逆时针方向变为从右向左;而原位于N极下的导体ab转到S极下,导体ab受力方向变为从左向右,该转矩的方向仍为逆时针方向,线圈在此转矩作用下继续按逆时针方向旋转。这样虽然导体中流通的电流为交变的,但N极下的导体受力方向和S极下导体受力的方向并未发生变化,电动机在此方向不变的转矩作用下转动。

      正确安装顺序:转子—定子—后盖—通风盖板—机后小端盖—前盖—机前小端盖—联结器——机前盖

      直流电动机装配

      提示:从器件库中选择相应配件,按照装配顺序依次拖拽安装直流电机各部件,安装正确时提示装配正确并动画演示装配细节,鼠标选择器件时给出器件名称提示,安装错误时提示装配错误,直至按照正确顺序装配完成为止。

    • 计分作业2

      计分作业2

      预备知识:第3-4章

      时间安排:第10-12周

                               做作业

      • 5 自动控制技术

        5 自动控制技术 (建议学时:16学时)

        早在古代,劳动人民就发明了许多闪烁控制理论智慧火花的杰作,如我国北宋时代(公元1086~1089年)苏颂和韩公廉利用天衡装置制造的水运仪象台,就是一个按负反馈原理构成的闭环非线性自动控制系统。同学们,你们关注过机电一体化设备里面的控制系统吗?常见的机电控制技术包括数字PID控制技术、可编程控制器技术、嵌入式技术等。想了解机电一体化系统中常用的机电一体化控制技术是如何工作的吗?设计机电一体化系统时又是如何建模与仿真的吗?

        学习目标

        1.指出典型机电一体化设备的自动控制方式;

        2.陈述机电一体化自动控制系统的设计方法;

        3.分析机电一体化系统的建模与仿真的3种方法及特点;

        4.陈述计算机控制技术的基本概念,并列举常见的控制方法;

        5.总结可编程序控制器技术的特点,并列举一些应用实例;

        6.总结嵌入式技术的特点,并列举一些应用实例;

        7.陈述常用的现场总线技术

        8.陈述常用的电磁兼容干扰抑制技术。

        学习任务

        一、知识点学习

        本章你需要学习8个知识点,点击知识点名称,可进入学习,代表该知识点的重要程度和难易程度。

        二、仿真实训

        通过观看视频——“直流伺服电机驱动的进给系统数学模型的建立”,了解计算机仿真建模技术在自动控制设计中的应用。

        通过观看视频——“运料小车控制实例”,了解PLC技术在机电一体化系统中的应用。

        通过虚拟实验——“PLC与上位机通讯实验”,进行PLC与上位机串行通信,提高自己的动手能力。

        三、学后测评

        1.完成随学随练,边学知识点边自测反馈学习效果。

        2.完成本章自测,及时了解你的学习成效。

        学习方法建议

        本章涉及到的知识内容比较广泛,而且有些知识涉及到的内容相对较深入。因此学习本章知识要注意学习层次,首先应该通过书本的阅读和学习了解本章中各种自动控制技术的基本概念;然后通过本章中列举出的“直流伺服电机驱动的进给系统数学模型的建立”、“运料小车控制实例”,进一步深入了解控制技术,建立起对相关控制技术的直观印象,这部分内容学习时建议观看网络课程中的视频讲解;最后通过完成提供的自测题来检查对所学知识点掌握情况,查疑补漏,进一步巩固所学知识。如此,学习效果将事半功倍。

      • 6 机电一体化系统设计与综合

        6 机电一体化系统设计与综合 (建议学时:16学时)

        同学们,机电一体化系统设计有其规范的流程和规律,同时,机电一体化系统的设计方法也是多种多样。通过本章的学习,你可以了解多种应用于不同的场合机电一体化系统的现代设计方法,在工作实际中,你可以合理的选用。

        学习目标

        1. 理解机电一体化系统设计的流程和规律,并能应用于实际设计中;

        2. 能够对机电一体化产品进行需求分析和需求设计,以明确设计任务;

        3. 理解机电一体化系统概念设计的方法,并能应用于实际设计中;

        4. 描述机电一体化系统详细设计的步骤;

        5. 了解系统评价和决策的方法;

        6. 列举机电一体化系统的现代设计方法,并指出其特点和应用场合。

        学习任务

        一、知识点学习

        本章你需要学习6个知识点,点击知识点名称,可进入学习,代表该知识点的重要程度和难易程度。

        二、仿真实训

        进入仿真实训模块,学习虚拟实验过程,提高自己的动手能力。

        三、学后测评

        1.完成边学边练,边学知识点边自测反馈学习效果。

        2.完成本章自测,及时了解你的学习成效。

        学习方法建议

        本章主要内容是机电一体化系统设计的设计流程和常用设计方法。应掌握机电一体化产品设计的设计流程、概念设计等。本章内容理论性较强,在学习的过程中可以借助孙卫青老师的视频和详细阅读机电一体化系统的设计案例,进而帮助学习机电一体化系统设计的流程和原理。通过完成提供的自测题来检查对所学知识点掌握情况,查疑补漏,进一步巩固所学知识。

      • 计分作业3

        计分作业3

        预备知识:第5-6章

        时间安排:第15-17周

                                         做作业

        • 7 机电一体化系统实例

          7 机电一体化系统实例 (建议学时:10学时)

          同学们,你们有没有注意到,无论是在生活中,还是现代化的工业生产领域,机电一体化产品正越来越多的应用其中。工厂中忙碌工作的工业机器人,家庭中的打印机、洗衣机,都在给人们的工作和生活提供着便利。

          学习目标

          1.了解工业机器人系统;

          2.了解常用的数控设备;

          3.结合实例理解机电一体化系统的组成及特点;

          4.熟悉运用机电一体化系统实现特殊机构功能的方法和原理;

          5.进一步加深对典型机电一体化系统的设计与分析方法的掌握。

          学习任务

          一、知识点学习

          本章你需要学习4个知识点,点击知识点名称,可进入学习,代表该知识点的重要程度和难易程度。

          二、仿真实训

          通过虚拟实验”搬运机械手PLC控制接线实验”和“搬运机械手PLC程序设计仿真”,提高自己的动手能力。

          三、学后测评

          1.完成边学边练,边学知识点边自测反馈学习效果。

          2.完成本章自测,及时了解你的学习成效。

          学习方法建议

          1.通过网络课程,学习基本知识;

          2.通过视频课堂,深入学习重难点知识;

          3.利用仿真实训,提高自己的动手能力。

        • 计分作业4

          计分作业4

          预备知识:第7章

          时间安排:第18周

                                   做作业

          • 专题报告

            专题报告(计分任务)

            报告主题:选择社会生活或生产实践中机电一体化技术的典型应用的产品进行基本结构等分析。

            预备知识:第1-7章

            时间安排:最晚第18周提交

                                                                                        完成报告

            • 总部资源更新区

              省校自建资源区

              这里是总部资源更新区,每天同步更新总部资源。

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