《机电一体化系统设计课程教学大纲》.docx
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《机电一体化系统设计课程教学大纲》
“机电一体化系统设计”课程教学大纲
英文名称：
MechatronicsSystemDesign
课程编号：
MACH3450
学时：
48（理论学时：
16实验学时：
32课外学时：
14）
学分：
2
适用对象：
机械类大三、四年级本科生
先修课程：
大学计算机基础、机械设计、机械控制工程
使用教材及参考书：
[1]机电一体化系统设计自编讲义
[2]机电一体化系统设计张建民等编著，高等教育出版2009年出版，ISBN：
9787040214680
[3]机电一体化系统设计，张立勋，黄筱调，王亮主编高等教育出版社，2007-11-01，ISBN:
9787040225730
一、课程性质和目的
性质：
专业课
目的：
通过本课程的学习，使学生了解机电一体化系统的基本知识和共性关键技术，通过课程及相应实践教学环节的学习，使学生了解和掌握机电一体化的设计思想及机电一体化设计的理论和方法，从而能够灵活地综合运用这些技术进行机电一体化产品的分析、设计与开发。
二、课程内容简介
机电一体化系统设计是在机械设计过程中引进电子技术实现机械装置的主功能、驱动功能、信息处理功能和控制功能等性能全面提升，机电一体化系统设计着眼于利用信息检测技术和计算机控制技术等来更新机械设计概念，实现机械系统的结构、材料、工作方式等的变更，满足减小重量、缩小体积、提高精度、改善性能的要求。
机电一体化系统设计的共性关键技术主要包括精密机械技术、传感检测技术、伺服驱动技术、接口技术、信息处理技术、自动控制技术等。
三、教学基本要求
1.掌握机电一体化产品的设计方法和技术路线，了解典型机电一体化产品的构成、特点。
2.掌握机电一体化系统中各个结构要素在系统中的作用和它们之间的相互关系，建立机电产品的系统化设计思想。
3.掌握机电一体化的共性理论与技术，应用所学知识进行机电产品设计。
4.掌握机电一体化系统中的常用传动机构，常用动力驱动装置，常用计算机控制系统和常用传感器的种类和特点。
四、教学内容及安排
第一章：
绪论（2学时）
1．机电一体化系统的含义，本课程的特点，以及学习本课程的目的与任务。
2．机电一体化系统的关键技术。
3.机电一体化系统的设计类型、设计流程、设计程序、设计准则和评价的方法。
4.机械CAD与电子CAD系统的集成。
教学安排及教学方式
教学环节学时分配
课后环节（请打“√”）
章节数
授课
实验
上机
讨论
作业
自学
综合
大作业
其他
1.1-1.4
2
√
第二章：
机电一体化系统设计的机械部件的选择与设计（2学时）
1.机械设计（静力学设计，运动学设计，动力学设计）特点与机电一体化设计对比分析
2.常用机械传动结构的设计及与电、液传动对比分析
3.机械执行机构的设计
4.导向、支承结构的设计
5.机电一体化系统机械设计实例
教学安排及教学方式
教学环节学时分配
课后环节（请打“√”）
章节数
授课
实验
上机
讨论
作业
自学
综合
大作业
其他
2.1-2.4
2
√
√
第三章：
机电一体化系统的驱动系统设计（2学时）
1.机械传动机构负载的力矩特性分析。
2.电驱动系统的驱动特性分析，伺服驱动的驱动电路设计
3.机电一体化系统的控制设计。
4.机电一体化系统的电磁兼容性设计。
教学安排及教学方式
教学环节学时分配
课后环节（请打“√”）
章节数
授课
实验
上机
讨论
作业
自学
综合
大作业
其他
3.1-3.4
2
√
√
第四章：
机电一体化系统执行元件的选择与设计（2学时）
1.执行部件的种类、特点及基本要求。
2.步进、直流伺服、交流伺服电机的控制与驱动方法；
3.液压和气压伺服系统；
教学安排及教学方式
教学环节学时分配
课后环节（请打“√”）
章节数
授课
实验
上机
讨论
作业
自学
综合
大作业
其他
4.1-4.3
2
√
√
第五章：
机电一体化系统的计算机控制系统的选择与设计（4学时）
1.计算机控制系统的设计；
2.计算机的系统构成及种类；MCS-51系列单片机的结构特点、I/O口的扩展方法及键盘和显示器接口电路；光电隔离电路设计和信息转换电路设计（包括弱电转强电电路、数字脉冲转换电路、D/A（A/D）转换电路及电量转非电量电路）；
3.传感器信息输入接口设计，计算机控制输出接口设计。
4.分布式信号采集和控制处理器设计
5.机械接口与电路接口的有机结合
教学安排及教学方式
教学环节学时分配
课后环节（请打“√”）
章节数
授课
实验
上机
讨论
作业
自学
综合
大作业
其他
5.1-5.5
4
√
√
第六章：
机电一体化系统的元、部件的特性分析（2学时）
1．机械系统的运动学和动力学特性分析
2．传感器的特性分析
3．执行元件的特性分析
4．执行元件与机械结构结合的系统分析
教学安排及教学方式
教学环节学时分配
课后环节（请打“√”）
章节数
授课
实验
上机
讨论
作业
自学
综合
大作业
其他
6.1-6.4
2
√
√
第七章：
机电一体化系统的机电有机结合分析与设计（2学时）
1．机电一体化系统的稳态设计分析方法
2．机电一体化系统的动态设计分析方法
3．可靠性、安全性设计
教学安排及教学方式
教学环节学时分配
课后环节（请打“√”）
章节数
授课
实验
上机
讨论
作业
自学
综合
大作业
其他
7.1-7.3
2
√
√
第八章：
机电一体化系统设计案例分析
1.高速数控机床电主轴设计分析
2.汽车自动变速箱设计分析
3.数码照相机超声波马达调焦系统设计分析
4.磁流体减震器的设计分析
5.流体静液做动器的设计分析
6．无人搬送小车的设计分析
教学安排及教学方式
教学环节学时分配
课后环节（请打“√”）
章节数
授课
实验
上机
讨论
作业
自学
综合
大作业
其他
8.1-8.6
32
√
√
五、实践环节（32学时）
1.实验一：
高速数控机床电主轴设计分析学时：
6
内容：
（1）高速电主轴动平衡设计
（2）主轴支承及其润滑方式的合理设计
（3）主轴散热的合理设计
目的：
掌握高速电主轴热态设计时的动平衡，润滑问题等
2.实验二：
汽车自动变速箱设计分析学时：
6
内容：
（1）自动变速箱的传动系统
（2）自动变速箱的油压系统
（3）自动变速箱的电控系统
目的：
掌握自动变速箱的机械传动，液压传动，计算机检测与控
制方法等。
3.实验三：
数码照相机超声波马达调焦系统设计分析学时：
4
内容：
（1）超声波马达的设计
（2）超声波马达的控制
（3）超声波马达的准确定位
目的：
掌握电控伺服系统的设计与性能分析
4.实验四：
磁流体减震器的设计分析学时：
4
内容：
（1）磁流体的特性实验
（2）磁流体减震器的减震特性实验
（3）磁流体减震器的电控减震特性实验
目的：
掌握磁流体减震器的设计与性能分析
5.实验五：
流体静液做动器的设计分析学时：
4
内容：
（1）流体静液做动器的设计
（2）分布式控制的原理与实现
（3）机、电、液一体化设计
目的：
掌握机、电、液一体化设计的方法、检测、控制方法等
6.实验六：
无人搬送小车的设计分析学时：
8
内容：
（1）搬运小车的机电系统设计；
（2）搬运小车的检测系统设计；
（3）搬运小车的自动控制系统设计
目的：
掌握搬运小车型机器人的设计与分析
六、课外学时分配
章
内容
参考学时
1
绪论
2
2
机电一体化系统的机械部件的选择与设计
2
3
机电一体化系统的驱动系统设计
2
4
机电一体化系统执行元件的选择与设计
2
5
机电一体化系统的计算机控制系统的选择与设计
2
6
机电一体化系统的元、部件的特性分析
2
7
机电一体化系统的机电有机结合分析与设计
2
七、考核方式
闭卷；
闭卷考试成绩占40%，平时作业占20%；实验成绩占40%。
八、本课程各教学环节对人才培养目标的贡献度见下表
知识能力素质要求
教学环节
课后环节
授课
实验
上机
讨论
作业
自学
综合大作业
其他
K1
K2
◎
◎
◎
K3
○
○
○
K4
○
○
A1
◎
◎
A2
◎
◎
◎
A3
◎
◎
◎
A4
A5
○
○
○
A6
A7
A8
○
○
○
C1
C2
C3
C4
○
○
○
C5
○
○
○
C6
注：
1、各专业课程贡献度表根据本专业知识、能力、素质培养要求填写。
基础课程贡献度根据学校知识、能力、素质培养要求填写。
2、贡献度显著表示为◎，贡献度一般表示为○
大纲制定者：
徐海波
大纲审核者：
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