机电一体化考试复习资料

1、绪论1、1971年日本提出“Mechatronics=Mechanics（机械学）+Electronic（电子学）2、机电一体化技术的核心机械技术+（微）电子技术3、机械技术四大支柱：力学、机械学、制造工艺学、控制4、机电一体化系统6个基本要素：机械本体、执行机构、驱动部分、测试传感部分、控制及信息处理单元、能源5、常用的能源：电源、液压源、气压源6、机电一体化相关技术：机械技术、伺服驱动技术、传感与检测技术、自动控制技术、计算机与信息处理技术、系统技术7、系统技术就是以整体的概念组织应用各种相关技术，从全局角度和系统目标出发，将总体分解成相互有机联系的若干概念单元，以功能单元为子系统进行二次

2、分解，生成功能更为单一和具体的子功能单元。这些子功能单元同样可继续逐级分解，直到能够找出一个可实现的技术方案。8、发展趋势高性能化高速化、高精度、高效率、高可靠性智能化诊断过程智能化、人机接口智能化、自动编程智能化轻量化和微型化第一章1、总体方案设计是系统设计的前期工作，是一种概念性的设计。它是从系统设计角度出发,根据设计目标的要求，综合考虑系统各个部分之间的关系，从系统角度进行优化，确定系统的最优设计方案。2、总体方案的作用：决定性、战略性、关键性的作用3、总体方案设计的主要内容：总体结构方案设计、驱动方案设计、控制方案设计、人机工程设计、可靠性设计4、主体结构方案具体包括主要几何尺寸的确定

3、、布局、作业空间的确定、运动自由度数的确定和操作环境的确定。5、结构设计遵循基本原则：明确、简单、安全可靠6、总体布局设计原则：功能合理、结构紧凑、层次分明、比例协调7、总体布局由装置或者零部件的形状、大小、数量、位置和顺序等5个基本因素来决定，是这些因素的综合。总体布局要与主体机械结构、电气控制装置、辅助装置、人机操作接口的设计以及使用环境的要求一起来考虑。8、常用的执行机构按运动形式的不同可以划分为直线输出型和转动输出型9、直线驱动原件直接驱动：直线步进电机、阀控油缸、气缸都可以直接驱动负载，产生直线运动10、回转型驱动元件实现的直线运动驱动回转型驱动元件如直流电动机、步进电机、交流伺服电

4、机。需经过一定传动装置将其转动变换成直线运动就实现了直线驱动。常用的驱动方式有电动机丝杠螺母机构、电动机齿轮齿条（齿形带）机构和电动机连杆机构。11、回转型驱动原件主要有电动机、气压或液压马达，使用液压缸通过杠杆结构也可实现转动驱动12、驱动方式选择：家用电器，医疗器械：不宜使用液压或气压驱动，尽量选用电子能源食品医药生产机电产品：采用气动或电动驱动方式，不宜液压驱动水下设备：采用液压驱动易实现密封一般工业设备：对噪声要求较高，不宜采用气动和液压驱动对污染要求较高，宜采用气动或电动对气压源方便的场合可以尽量采用气动13、控制系统包含两大部分：局域伺服驱动系统和计算机综合控制系统14、如果说计算

5、机控制系统是机电系统的头脑，则伺服驱动系统就是系统的心脏,它的工作质量将会直接影响系统的综合性能。15、按照控制器的实现方法，伺服驱动控制系统可以分为模拟式和数字式。按照控制原理，可以分为开环控制、半闭环控制和闭环控制。数字式伺服控制系统比较常用，常用的控制方式主要有开环控制、闭环控制和半闭环控制。16、可靠性指标的分配方法：等同分配法、按比例分配法、按重要性分配法、最优化分配法第二章1、机电一体化机械系统三大部分：传动机构、导向机构、执行机构2、机械参数对系统性能的影响：（1）惯量对其影响：惯量和转动惯量增大，机械负载增大，系统响应速度变慢，降低灵敏度，伺服特性变差，系统固有频率下降，容易产

6、生共振，阻尼增加。（2）刚度对其影响：系统刚度越大，矢动量越小，固有频率越高，增加稳定性3、减小传动误差的措施：提高零部件精度、合理设计传动链、采用消除间隙机构4、消除间隙方法（消隙方法）：（1）螺旋传动间隙的消除：轴向消除间隙法，不等螺距消除间隙法，径向消除间隙法，弹簧加载消除（2）齿轮传动齿侧间隙的消除：刚性消隙法，柔性消除法（3）丝杠螺母间隙的调整：常用双螺母调隙结构：双螺母垫片式调隙机构，双螺母螺纹式调隙机构，双螺母齿差式调隙机构5、传动装置：齿轮传动：齿轮传动的瞬时传动比为常数，传动精确强度大、能承受重载、结构紧凑。摩擦力小、传动效率高。传动比为常数，传动精确，传动效率高蜗杆蜗轮传动

7、：传动比大，结构紧凑；传动平稳，无噪声；具有自锁性；传动效率低，磨损较严重；行星齿轮传动：结构紧凑，体积小、重量轻；传动比范围大，效率高；运转平稳噪声低；结构复杂，精度要求高，制造困难谐波齿轮传动：传动比大，承载能力大，传动精度高，齿侧间隙小，传动平稳，传动效率高，体积小、重量轻同步带传动：无滑动，传动比准确，传动效率高，可达98%，传动平稳，能吸振，噪声小，使用范围广普通丝杠螺母机构传动特点：摩擦阻力大，传动效率低，通常为30%40%，结构简单、加工方便、制造成本低；具有自锁功能；运转平稳，定位精度低，轴向刚度差，磨损快。滚珠丝杠螺母机构传动特点：很高的传动效率（90%到95%）；运动的可逆

8、性；系统高刚度；传动精度高；使用寿命长；使用范围广；结构复杂，制造困难，抗冲击性能6、滚珠循环方式：内循环，外循环（了解）7、精度的高低是用误差的大小来衡量的：误差大，精度低；误差小，精度高；精度可分为准确度、精密度和精确度。准确度用系统误差大小来表示，反映了系统的测量值偏离真值的程度;精密度用随机误差大小来表示，反映了测量值与真值的离散程度;精确度是系统误差和随机误差大小的综合反映。8、导轨的功用是使运动部件沿一定的轨迹（直线或圆弧）运动，并承受运动部件上的载荷，即起导向和承载作用。9、导轨副的组成：导轨和支承导轨导轨种类按运动形式不同，分直线运动导轨副，回转运动导轨副按接触面摩擦性质分，滑

9、动导轨，滚动导轨，静压导轨，动压导轨按导轨副的截面形状分，对称三角形，燕尾型，矩形，圆形按结构特点分，开式导轨，闭式导轨第三章1、电磁兼容性定义：系统（分系统，系统）在共同的电磁环境中一起执行各自功能的共存状态，即该设备不会由于受到处于同一电磁环境中其他设备的电磁发射导致或遭受不允许的降级2、保证电磁兼容性的技术最常用的为屏蔽、滤波、接地3、系统总线分数据总线，地址线，控制总线4、常用控制计算机：可编程逻辑控制器PLC,单回路、多回路调节器，单片机数字信号处理器DSP第四章1、伺服驱动系统的基本结构形式：比较元件、调节元件、驱动元件、被控对象、测量反馈元件2、位置检测元件：光电旋转编码器（线角

10、都可）、光栅传感器（侧线位移）、感应同步器（侧线位移）、磁栅位置检测传感器（侧线位移）、旋转变压器（侧角位移）3、速度检测元件：测速发电机、光电编码器4、伺服系统中的驱动原件步进电机：特点：转子角位移的大小及转速分别与输入的电脉冲数及脉冲频率成正比。步距角定义：步进电机定子绕组的通电状态每改变一次，它的转子便转过一个确定的角度，即步进电机的步距角直流伺服电机：调速方法：电枢串阻调速、改变电枢电压调速（恒转矩调速）、改变励磁的恒功率调速交流伺服电机：调速方法：改变加在电动机上的电源频率f改变转差率S、改变电动机的磁极对数p5、电机加减速器的原因减速器是改变速度与输出力矩的，提供大力矩，低转速，要

11、求在低速运转的负载。一般来说都要求比较大的转距，即使普通电机的转速符合要求，转矩也往往不能刚好符合要求填空题可以采用直线步进电机、阀控油缸和气缸等驱动元件直接实现直线驱动。数字伺服控制系统常用的控制方式主要有开环控制和闭环控制。常用的执行机构按运动形式的不同可以划分为直线输出型和转动输出型两大类。旋转式步进电动机，其转子的角位移大小及转速分别与输入的脉冲数量及脉冲频率成正比。对于伺服系统的失动量来说，系统刚度越大，失动量越小。某三相步进电动机，定子上有A、B、C三对磁极，转子为30齿。若励磁绕组分别按下述顺序通电：按ABCA顺序以三相三拍通电时，步距角a1=4；按A-AB-B-BC-C-CA-

12、A顺序以三相六拍通电时，其步距角a2=2可以用光电编码器测量位移和速度。判断题（对）1.当外界传来的振动的激振频率接近或等于系统的固有频率时，系统会产生谐振而不能正常工作。（错）2.滚珠丝杠螺母副具有自锁功能。（错）3.水下设备通常选择直流电动机驱动方式比较好。（对）4.导轨副根据运动形式的不同可分为直线运动导轨副和回转运动导轨副。（对）5.感应同步器是一种应用电磁感应原理制造的高精度检测元件，有直线和圆盘式两种，分别用作检测直线位移和转角。（对）6.伺服系统主要用于机械设备位置和速度的动态控制。（错）7.当感应式步进电动机的定子绕组断电后也能保持一定的转距。（对）8.电气伺服系统采用电动机作

13、为伺服驱动元件在低速运行时，存在输出力矩不够大的缺点。（对）9.用直线感应同步器测量机床位移是直接测量，不经过任何机械传动装置，测量的精度主要取决于尺子的精度。（错）10.谐波齿轮传动与一般齿轮传动相比，单级传动比小。选择题（C）1.食品生产机电产品，不宜采用下列哪种驱动方式。A.电动B.气动C.液压驱动D.其他（C）2.惯量或转动惯量增大，以下描述哪个是错误的。机械负载增大系统响应速度变慢，精度灵敏度，伺服特性变差系统固有频率增大，不容易产生谐振电气驱动部件的谐振频率下降，阻尼增加（B）3.以下哪个机构属于导向机构。A.齿轮B.燕尾导轨C.皮带传动机构D.机床底座（B）4.以下哪个传感器适用

14、于全闭环数控机床。A.旋转变压器B.光栅C.脉冲编码器D.圆感应同步器60简答题写出三种常用的调整滚珠丝杠螺母副调隙机构名称。双螺母螺纹式，双螺母齿垫片式，双螺母齿差式减小传动误差的措施有哪些？提高零部件制造精度，合理设计传动链，采用消除间隙结构传感器的一般组成。敏感元件、转换元件、基本转换电路说出下列字母标注部分属于机电一体化哪一些基本结构要素机械本体（齿轮减速器）；执行机构（工作台）；驱动部分（电动机）；测试传感部分（充电编码器）；控制及信息处理单元（计算机）；能源（电源）计算题1、可靠度计算（1）某系统由3个元件组成，其可靠度分别为0.95,0.98,0.99，若系统组成为并联，求该系统

15、的可靠度？若系统组成为串联，系统的可靠度又是多少呢？串联0.95*0.98*0.99=0.92169并联1-（1-0.95）*（1-0.98）*（1-0.99）=0.99999（2）某系统由3个元件组成，若系统的总可靠度为0.98,按等同分配法分配各元件的可靠度，1）系统组成为并联；2）系统组成为串联。并联Ri=1-：Il,-0.73串联Ri=0.9932、（1）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，测得步进电机的转速为100r/min,已知转子有24个齿，求：1）步进电机的步距角；2）脉冲电源的频率。36()。a=36=l.5okmz2x5x24=2x5

16、x24x100602）三相变磁阻式步进电动机，转子齿数Z=100，双拍制通电，要求电动机转速为120r/min，输入脉冲频率为多少，步距角为多少？本题K=1，Z=100，N=120其余参照上一题公式注；K单相或双相通电K=1,单双相轮流通电K=2M：m相Z:齿数F：脉冲频率3、某批钻具马达抽样4个，第一个使用90小时，修复后又使用60小时后报废,第二个使用88小时，修复后使用58小时，再修复后使用30小时报废，第三个使用100小时，修复后使用70小时，再修复后使用40小时报废，第四个使用70小时，修复后使用35小时报废，求该批马达的寿命。可修复产品T=(90+60+88+58+30+100+7

17、0+40+70+35)/10=64.1h注：分母10为报废次数4、惯量计算(1)例仁轴、II.II上的转动惯量分别为J和人求折算到轴1上的总转动惯量丿。i2IE11(2)某数控机床伺服进给系统的传动机构如下图所示。已知电动机轴的转动惯量Jm=3.2X10-3kgm2，工作台及刀架质量m=600kg，滚珠丝杠d=50mm，导程L0=8mm，丝杠长度L=1840mm，齿轮齿数分别为z1=20，z2=40，z3=20，z4=48，模数m=2.5mm，齿宽b=25mm。试求负载折算到电动机轴上的总等效转动惯量Je及电动机轴上总转动惯量J。(提示：丝杠和齿轮的材料密度P=7.8X103kg/m3，齿轮的计算直径按分度圆直径计算，丝杠的计算直径取丝杠中径48mm。m1、_-A解，（1）计算各传动件的转动惱量/=式中丫伪长度，对于齿轮伪齿珈对干丝杠F为丝杠荒度農齿轮13转动惯量J4I=几=譬=气圭尹”川；晋册、31旷倔川）炉g皿一w呂xlfl5x0.Vx0.（12