機電一體化系統(tǒng)設計重點知識總結機電一體化系統(tǒng)設計重點知識總結1、機電一體化系統(tǒng)的組成要素及其功能。機械單元：構造功能、動力單元：驅動功能、傳感單元：檢測功能、控制單元：控制功能、執(zhí)行單元：執(zhí)行功能。機電一體化的定義：機電一體化是一種技術，是機械工程技術吸收微電子技術、信息處理技術、控制技術、傳感技術等融合而成的一門新技術。機電一體化系統(tǒng)的類型：開發(fā)型，變異型，適應型。滾珠絲杠中滾珠的循環(huán)方式：內循環(huán)，外循環(huán)。直齒圓柱齒輪傳動機構消除側隙的方法：偏心套軸調整，雙片薄齒輪錯齒調整。典型的負載特性有：恒轉矩，恒功率，轉速函數型。機械傳動結構中常用的線性環(huán)節(jié)有：齒輪，帶傳動。2、機電一體化中的接口的種類和作用。答：機械接口，理物接口，信息接口，環(huán)境接口作用：用于機電一體化系統(tǒng)的組成要素之間進行物質、能量和信息的傳遞和交換。3、機電一體化的相關技術：機械技術、信息處理技術、自動控制技術、伺服傳動技術、檢測傳感技術、系統(tǒng)總體技術。列舉一種機電一體化產品的應用實例，并分析各產品中相關技術應用情況。例如：數控機床是一種機電一體化產品，它的機械技術主要來源于傳統(tǒng)機床，就是執(zhí)行各種加工零件的動作，它的信息處理技術，主要是對數控加工程序進行處理，然后發(fā)出指令，為保證加工精度，也采用伺服傳動系統(tǒng)。4、機電一體化系統(tǒng)原理方案設計的步驟和方法：創(chuàng)造性方法、功能分析設計法、商品化設計思想及方法、評價與決策方法、變型產品設計中的模塊化方法和1/9

相似產品系列設計方法等。5、機電一體化系統(tǒng)原理方案設計的功能分析法是從系統(tǒng)功能出發(fā)，通過技術過程的分析，確定技術系統(tǒng)的效應，然后尋找解決的途徑，其步驟與方法如下圖所示：6、機電一體化系統(tǒng)結構方案設計遵循的基本原理和原則:運動學設計原理、平均效應原理、阿貝誤差原理、基準重合原則、最短傳動鏈原則、“三化”原則6.機電一體化系統(tǒng)結構方案設計的設計基本原理:任務分配原理、自補償原理、力傳遞原理、變形協(xié)調原理、力平衡原理、等強度原理、穩(wěn)定性原理、降低噪聲原理和提高精度原理。7、在機電一體化系統(tǒng)原理方案設計時，為什么要進行抽象化設計？進行抽象化設計，可以使設計人員暫時拋棄那些偶然情況和枝節(jié)問題，突出基本的、必要的要求，這樣就便于抓住問題核心；同時避免了構思方案前形成的框框，可以放開視野，尋求更為合理的設計方案。通過抽象化，設計人員可不涉及具體解決方案，就能清晰的掌握所設計的產品的基本功能和主要約束條件，從而抓住了設計中的主要矛盾，這樣就可以把思維注意力集中到關鍵問題上來，確定產品的總功能。8、步進電動機有哪些特點？主要特點：轉角與控制脈沖數成比例，可構成直接數字控制：有定位轉矩：可構成廉價的開環(huán)控制系統(tǒng)。步進電機的一些特點1．一般步進電機的精度為步進角的3-5%，且不累積2．步進電機外表允許的最高溫度3．步進電機的力矩會隨轉速的升高而下降4．步進電機低速時可以正常運轉,但若高于一定速度就無法啟動,并伴有嘯叫聲。9、步距角:每輸入一個脈沖信號，轉子所轉過的角度稱為步距角;脈沖當量：是相對于每一脈沖信號的機床運動部件的位移量2/9

9、步進電動機有哪些主要指標：步矩角α（α=360°/Zm）、步矩角誤差Δα（一般為+10左右）、最高啟動頻率fq（有空載和負載兩種）、最高連續(xù)工作頻率fmax（遠遠大于fq）、靜態(tài)矩角特性（靜態(tài)矩角特性曲線大致為一條正弦曲線）、動態(tài)矩頻特性10、步進電動機的工作原理：以數控機床上常用的反應式步進電動機為例：反應式步進電動機分為徑向分相式步進電動機和軸向式步進電動機。對于徑向分相式步進電動機來說，它主要是依靠轉子分布均勻的齒與齒的齒距相同，但在同周期上分別以此錯位一段齒距，當一極通電，則會使原先錯位的齒與齒槽對正。而另一相鄰極齒便會與齒槽錯過一個角度待下次此極通電時，下一相鄰電極會重復同一過程，而此電極對齊。如此循環(huán)達到轉動，而對于軸向分相式步進電動機，會由于通電方式不同而獲得的步進角不相同，通電則會使轉子轉動起來，而通電電極數若較為連續(xù)，轉子頻率就會提高，從而運轉會平穩(wěn)。11、動力元件種類：電氣式、液壓式、氣壓式12、變速系統(tǒng)的轉速圖是怎樣組成的？擬定轉速圖應遵循哪些原則？轉速圖由“三線一點”構成，即傳動軸格線、轉速格線、傳動線和轉速點。應遵循的原則：1應盡量使總的傳動副數最少2前多后少原則3前密后疏原則4選取合理的極限傳動比及變速范圍5合理分配傳動比的數值13、傳動系統(tǒng)的功能：減速或加速，變速，改變運動規(guī)律和形式，傳遞和分配動力，必要時中斷傳動14、傳動系統(tǒng)包括哪幾部分及各部分功能。變速裝置：改變動力元件的輸出轉速和轉矩，以適應工作機構的需要；啟停和換向裝置：用來控制執(zhí)行機構的啟動、停止及改變運動方向；3/9

制動裝置：用于使機械減速和停止運動，有時也用作調節(jié)或限制機械的運動速度，保證機械安全正常工作；安全保護裝置：由電器安全保護裝置和安全離合器來承擔，起過載保護作用。15、執(zhí)行系統(tǒng)的組成包括哪幾個部分？執(zhí)行構件：執(zhí)行系統(tǒng)中直接完成工作任務的零部件執(zhí)行機構：位于動力元件和傳動系統(tǒng)之間的機械裝置16、典型的執(zhí)行系統(tǒng)：夾持器、搬運裝置、輸送裝置、分度與轉位裝置、檢測裝置、施力17、位置和位移檢測傳感器種類：機械式微動開關、光柵傳感器、感應同步器、旋轉編碼器18、轉速檢測傳感器：測速發(fā)電機、光電式轉速傳感器19、超聲波傳感器測量距離，熱電偶傳感器測量溫度20.步進電動機驅動電源包括：脈沖發(fā)生器、脈沖分配器（使電動機繞組的通電方式按照一定規(guī)律變化）、功率放大器（使脈沖電流得到放大）、細分驅動。21、為什么要采用功率放大器？答：從計算機輸出口或從環(huán)形分配器輸出的脈沖電流一般只有幾個毫安，不能直接驅動電動機，必須采用功率放大器將脈沖電流進行放大，使其增加到幾安培至十幾安培，從而驅動電動機運轉。22、步進電動機的微機控制方式：串行控制和并行控制（P125示意圖和控制原理）23、直流伺服電動機的控制方式：可控硅直流驅動方式和晶體管脈寬直流驅動方式24、支承部件種類及要求：旋轉支承部件（旋轉精度，靜剛度，抗振性，熱變形，耐磨性），移動支承部件(導向精度高，剛度好，耐磨，運動靈活和平穩(wěn))，和固定支承部件（足夠的剛度，抗振性，較小的熱變形和良好的耐磨性，結構工藝性）4/9

25、導軌有哪些形式？答：按摩擦性質分類：滑動導軌和滾動導軌。按受力情況分類：開式導軌和閉式導軌；特點：導向精度好，剛性好，耐磨，運動靈活和平穩(wěn)。26、固定支承部件為什么要設置隔板和加強筋？答：是提高固定支承部件剛度的有效方法。隔板主要用于提高支承件的整體剛度，加強筋主要用于提高局部剛度27、PID調節(jié)器：比例P調節(jié)器：比例環(huán)節(jié)可提高系統(tǒng)響應速度，但存在穩(wěn)態(tài)誤差。積分I調節(jié)器：能消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，但降低系統(tǒng)的響應速度。比例P積分I調節(jié)器：提高系統(tǒng)的響應速度，消除干擾所造成的影響。28.可以測量大量程直線位移（大于10MM）的傳感器有：超聲波傳感器、直線位移傳感器、激光位移傳感器、紅外位移傳感器、磁致伸位縮移傳感器。29、控制電機的基本要求：性能密度大，快速性好，位置控制精度高，調整范圍寬，低速運行平穩(wěn)無爬行現象，分辨率高，振動噪聲小，適應啟停頻繁的工作要求，可靠性高，壽命長。擴展閱讀：機電一體化系統(tǒng)設計知識點整理1、什么是機電一體化？機電一體化系統(tǒng)的功能構成和定義是什么？機電一體化是指在機構的主功能、動力功能、信息處理功能和控制功能上引進電子技術，將機械裝置與電子化設計及軟件結合起來所構成的系統(tǒng)的總稱。機電一體化系統(tǒng)的功能構成：機械本體、動力與驅動部分、執(zhí)行機構、傳感測試部分、控制及信息處理部分。機械本體：系統(tǒng)所有功能元素的機械支持結構，包括機身、框架、聯(lián)接等。動力與驅動部分：按照系統(tǒng)控制要求，為系統(tǒng)提供能量和動力使系統(tǒng)正常運行。5/9

執(zhí)行機構：根據控制信息和指令，完成要求的動作。傳感測試部分：對系統(tǒng)運行中所需要的本身和外界環(huán)境的各種參數及狀態(tài)進行檢測，變成可識別信號，傳輸到信息處理單元，經過分析、處理后產生相應的控制信息。控制及信息處理部分：將來自各傳感器的檢測信息和外部輸入命令進行集中、儲存、分析、加工，根據信息處理結果，按照一定的程序和節(jié)奏發(fā)出相應的指令控制整個系統(tǒng)有目的地運行。2、簡要敘述機電一體化系統(tǒng)的共性關鍵技術。機械設計技術、計算機與信息處理技術、系統(tǒng)技術、自動控制技術、傳感與檢測技術、伺服傳動技術3、試舉出十例典型的機電一體化產品。數控機床、工業(yè)機器人、發(fā)電機控制系統(tǒng)、全自動洗衣機、線切割機、電火花加工機床、超聲波加工機、激光測量儀、自動探傷機、CT掃描診斷機、自動售貨機、傳真機、錄音機、復印機、磁盤存儲器。4、常用的機械傳動機構有哪些？各有何特點？傳動機構種類：齒輪傳動副、滾珠絲杠副傳動系統(tǒng)、同步齒形帶、諧波齒輪減速器、軟軸傳動、聯(lián)軸器、滾珠花鍵等機構。滾動絲杠副的特點：（1）傳動效率高、摩擦損失小。（2）定位精度高，剛度好。（3）運動平穩(wěn)，無爬行現象，傳動精度高。（4）運動具有可逆性。（5）磨損小，使用壽命長。（6）制造工藝復雜。（7）不能自鎖。同步帶傳動的特點（1）能方便地實現較遠中心距的傳動；（2）工作平穩(wěn)，能吸收振動；（3）不需要潤滑，耐油、水、耐高溫，耐腐蝕，維護保養(yǎng)方便；（4）強度高，厚度小，重量輕；6/9

（5）中心距要求嚴格，安裝精度要求高；（6）制造工藝復雜，成本高。諧波齒輪傳動的特點（1）傳動比大。（2）承載能力大。（3）傳動精度高。（4）可以向密封空間傳遞運動或動力。（5）傳動平穩(wěn)。（6）傳動效率高。（7）結構簡單、體積小、重量輕。（8）柔輪和波發(fā)生器制造復雜。（9）傳動比下限值較高。（10）不能做成交叉軸和相交軸的結構。5、滑動導軌和滾動導軌各有何特點?滾動導軌的特點：①摩擦系數小（0.003-0.005），運動靈活。②動、靜摩擦系數基本相同，啟動阻力小，不易產生爬行現象。③可以預緊，剛度高。④壽命長。⑤精度高。⑥潤滑方便，一次裝填潤滑脂，長期使用。滑動導軌的特點：①摩擦系數大，運動不靈活。②易產生爬行現象。③剛度低。④承載能力小。⑤耐磨性較差。⑥結構工藝性好。6、畫圖分析說明三極管型光電耦合隔離器的工作原理,并分析說明光耦隔離器的主要功用。光電耦合隔離器的輸入輸出存在著截止區(qū)、飽和區(qū)與線性區(qū)三部分。利用光耦隔離器的開關特性（即光敏三極管工作在截止+5V+5V區(qū)、飽和區(qū)），可傳送數字信號而隔離電磁干擾，簡稱對數字信號進行隔離。應用：+數字量輸入輸出通道中及模擬量輸入輸出通道中的輸出端A/D轉換器與CPU或CPU與D/A轉換器之間的數字信號輸入端的耦合傳送。7、對比分析說明三極管輸出驅動、繼電器輸出驅動與固態(tài)繼電器輸出驅動電路的特點。7/9

三極管輸出驅動：適用低壓小電流開關量，輸出電流就是輸入電流與三極管增益的乘積。繼電器輸出驅動：控制電流一定要大于繼電器的吸合電流固態(tài)繼電器驅動電路：體積小、開關速度快、無機械噪聲、無抖動和回跳、壽命長等8、光柵莫爾條紋是怎樣產生的？它具有哪些特點？將標尺光柵和指示光柵重疊在一起，并使他們的刻線之間形成一個很小的夾角，由于遮光效應，在黑光柵相交處，刻線聚集較密，形成暗帶，其他刻線較稀，形成亮帶，在光柵垂直方向上出現明暗相間的條紋，就形成了光柵莫爾條紋。特點：放大用作，使柵距的節(jié)距誤差平均化；莫爾條紋的移動與柵距成正比；根據莫爾條紋的移動方向可以辨別光柵的移動方向。9、常見機械位移傳感器主要有哪些？并簡述各自特點。電阻式線位移傳感器：電感式線位移傳感器：動態(tài)范圍寬，分辨率高，線性度好，回程誤差較大等特點。電容式線位移傳感器：結構簡單，動態(tài)特性好，靈敏性高等特點。編碼式線位移傳感器：分辨率不高，易于造成編碼錯誤。電阻式角位移傳感器：結構簡單、動態(tài)范圍大、輸出信號強、在圓弧形電阻器各段電阻率不一致，易于造成誤差。旋轉變壓器角位移傳感器：精度高、可靠性好。電容式角位移傳感器：檢測精度高磁電式角位移傳感