机械电子工程专业设计课程教学大纲

《机械电子工程专业课程设计》指导书

学时/学分： 3周 / 3

适用对象：机械工程及自动化专业

课程类型：学科专业必修课

先修课程：电工电子技术、微机原理与接口技术、测试技术、液压传动、机电传动控制、PLC控制

技术、机电一体化系统设计

机电控制方向课程设计/ Mechatronic Speciality Project

先修课程: 1.机械设计； 2.控制技术（1）（2）（3） 3.检测技术； 4.控制理论基础；

5.伺服动力元件及系统 推荐修读学期:6 课程简介： 本课程是机械与动力工程学院机电控制专业方向本科学生的一门必修专业课，其主要任务是使学生通过一级倒立摆机电控制系统的设计，综合运用机械设计、伺服动力驱动、检测技术、控制理论、计算机软硬件等方面的知识，培养机电系统的分析与设计能力，初步掌握机电系统的设计过程和方法。本课程着重培养学生灵活运用各种理论基础和专业知识的能力，为培养机电控制系统的综合设计能力打下良好基础。 It’s a compulsory course for the mechanical electronic undergraduates of in the School of Mechanical and Power Engineering. It focuses on the designing of mechanism, servo power driving, sensing and control system of inverse pendulum with the fires order, the familiarizing of the design procedure and design methods for the mechatronic system. The course emphasizes the training of the abilities of synthetic designing mechatronic control system.

一、教学目的

通过课程设计培养学生综合运用所学知识和技能、提高分析和解决实际问题能力的一个重要环节，专业课程设计是建立在专业基础课和专业方向课的基础上的，是学生根据所学课程进行的工程基本训练，课程设计的目的在于：

1、培养学生综合运用所学的基础理论和专业知识，独立进行机电控制系统(产品)的初步设计工作，并结合设计或试验研究课题进一步巩固和扩大知识领域。

2、培养学生搜集、阅读和综合分析参考资料，运用各种标准和工具书籍以及编写技术文件的能力，提高计算、绘图等基本技能。

3、培养学生掌握机电产品设计的一般程序和方法，进行工程师基本素质的训练。

4、树立正确的设计思想及严肃认真的工作作风。

二、教学内容及基本要求：

设计内容为机电控制系统（典型机电产品）设计，其主要内容包括：1）机械传动结构设计；2）电气测控系统；

课程设计题目如下：

1． 机电传动单向数控平台设计；

2． 液压油缸的压力和速度控制；

课程设计的基本要求：

1）方案设计：根据课程设计任务的要求，在搜集、归纳、分析资料的基础上，明确系统的主要功能，确定实现系统主要功能的原理方案，并对各种方案进行分析和评价，进行方案选优。

2）总体设计：针对具体的原理方案，通过对动力和总体参数的选择和计算，进行总体设计，最后给出机械系统的控制原理图或主要部件图（A2一张）。

3）根据控制功能要求，完成电气控制设计，给处电气控制电路原理图（A3图一张）。

4）课程设计的成果最后集中表现在课程设计说明书和所绘制的设计图纸上，每个学生应独立完成课程设计说明书一份，字数为5000字以上，设计图纸不少于两张。

5）用计算机绘图或手工绘图，打印说明书。

6）设计选题分组进行，每位同学采用不同方案（或参数）独立完成；

三、课程设计时间安排及设计过程的相关环节

课程设计共3周，各阶段的任务和时间安排建议如下：

1．查阅资料及系统方案选择设计(5天)

根据课程设计任务的要求在搜集、归纳、分析资料的基础上，将设计要求具体实施，确定系统设计方案，并完成初步计算，具体步骤如下：

1)根据设计要求，尽可能的多构想一些原理方案，并通过技术、性能与经济合理型比较，寻求可行的设计方案；

2)对可行的设计方案进行分析计算或实验验证，考查所提原理方案能否满足设计要求，并确定最终设计方案；

2．机械系统图和电气控制原理的设计阶段（5天）

1）根据所选设计方案，通过较详细的分析计算，完成机械传动系统及主要部件的结构设计画出的图纸；

2）根据系统检测控制要求，完成电气控制部件的选型与控制电路图的设计；

3．课程设计说明书的编写（3天）

根据系统方案设计的分析、计算内容，写出设计说明，要求其内容密切结合设计课题，重点突出，用自己的语言认真书写，文字通顺流畅，要防止不加分析地长篇引用教科书，抄袭其它著作中的阐述。

说明书的具体内容由学生根据课题内容进行编写，—般应包括下列内容：

封面：（见附录）

目录：（章节）

内容（参考）：

1设计任务

1.1 设计任务介绍及意义

1.2 设计任务明细

2总体方案设计

2.1 设计的基本依据

2.2 可行性方案的比较

2.3 总体方案的确定

3机械传动系统设计

3.1机械传动装置的组成及原理

3.2主要部件的结构设计计算

4电气控制系统设计

4.1 控制系统的基本组成

4.2 电器元件的选型计算

4.3 电气控制电路的设计

4.4 控制程序的设计及说明

5 结论

参考书目

4．设计总结与答辩（2天）

学生在规定的时间内完成设计任务后，对设计方案的选择依据、设计内容的分析计算、主要设

计成果以及设计中存在的问题进行总结，然后申请答辩。

四、 课程设计成绩的评定及考核方式

课程设计的最终成绩，是根据平时设计情况及答辩进行综合评价，评价内容为:

1、 学生的出勤情况

2、 学生的设计态度

3、 设计方案的情况

4、 图面质量

5、 设计说明书论述质量

成绩的评定：平时占20％、设计完成质量及答辩占80%；最终成绩按优、良、中、及格和不及格五级评定。

五、设计题目说明

1 机电传动单向数控平台设计；

1.1 电机驱动方式：步进电机、直流伺服电机、交流伺服电机、同步电机；

1.2 机械传动方式：螺旋丝杆、滚珠丝杆、同步皮带、链传动等；

1.3 电气控制方式：单片微机控制、PLC控制；

1.4 功能控制要求：速度控制、位置控制；

1.5 主要设计参数：

单向工作行程——800、500、300 mm；

移动负载质量——100、50 kg；

负载移动阻力——50、100 N；

移动速度控制——0.2、0.5 m/s；

控制精度要求：速度/位置均为1/1000

机械图包括：电机—（减速器）--传动部件—负载---（包括它们的安装底座+联轴器+支承部件+导向装置）；

包括以上部件的选型设计；

电气部件选型设计；流程图+程序

2 气压传动两维运动机械手；

2.1 执行元件：气动气缸；

2.2 运动方式：直角坐标、圆柱坐标；

2.3 控制方式：单片微机控制、PLC控制；

2.4 控制要求：速度控制、位置控制；

2.5 主要设计参数：

气缸工作行程——400、300 mm；

移动负载质量——100、50 kg；

移动速度控制——0.2、0.5 m/s；

3 液压油缸的压力和速度控制；

3.1 执行元件：液压油缸；

3.2 传动方式：电液比例控制；

3.3 控制方式：单片微机控制、PLC控制；

3.4 控制要求：速度控制、推力控制；

3.5 主要设计参数：

油缸工作行程——600、800 mm；

额定工作油压——6.5MPa；

移动负载质量——1000、2000 kg；

负载移动阻力——5000、10000 N；

移动速度控制——0.2、0.5 m/s；

控制精度要求：力/速度/位置均为1/100

机械图包括：电机—（减速器）--泵—阀块---（包括它们的油箱+联轴器+电液控制元件）； 包括以上部件的选型设计；

电气部件选型设计；流程图+程序

主要参考书：

1． 机械原理与机械设计； 6． PLC控制技术；

2． 微机原理与接口技术； 7． 机电一体化系统设计；

3． 测试技术； 8． 机电控制及自动化；

4． 机电传动控制； 9． 机械设计手册；

5． 液压与气压传动； 10． 机电一体化技术手册；

机械工程及自动化系

2010年12月24日