機電一體化系統設計重點知識總結機電一體化系統設計重點知識總結1、機電一體化系統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、執行單元：執行功能。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。機電一體化系統的類型：開發型，變異型，適應型。滾珠絲杠中滾珠的循環方式：內循環，外循環。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節有：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，環境接口作用：用于機電一體化系統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機床，就是執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，然后發出指令，為保證加工精度，也采用伺服傳動系統。4、機電一體化系統原理方案設計的步驟和方法：創造性方法、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、機電一體化系統原理方案設計的功能分析法是從系統功能出發，通過技術過程的分析，確定技術系統的效應，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、變形協調原理、力平衡原理、等強度原理、穩定性原理、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：可構成廉價的開環控制系統。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）、最高連續工作頻率fmax（遠遠大于fq）、靜態矩角特性（靜態矩角特性曲線大致為一條正弦曲線）、動態矩頻特性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，轉子頻率就會提高，從而運轉會平穩。11、動力元件種類：電氣式、液壓式、氣壓式12、變速系統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、傳動系統的功能：減速或加速，變速，改變運動規律和形式，傳遞和分配動力，必要時中斷傳動14、傳動系統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、執行系統的組成包括哪幾個部分？執行構件：執行系統中直接完成工作任務的零部件執行機構：位于動力元件和傳動系統之間的機械裝置16、典型的執行系統：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：脈沖發生器、脈沖分配器（使電動機繞組的通電方式按照一定規律變化）、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)，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。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調節器：比例P調節器：比例環節可提高系統響應速度，但存在穩態誤差。積分I調節器：能消除系統的穩態誤差，但降低系統的響應速度。比例P積分I調節器：提高系統的響應速度，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：機電一體化系統設計知識點整理1、什么是機電一體化？機電一體化系統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的總稱。機電一體化系統的功能構成：機械本體、動力與驅動部分、執行機構、傳感測試部分、控制及信息處理部分。機械本體：系統所有功能元素的機械支持結構，包括機身、框架、聯接等。動力與驅動部分：按照系統控制要求，為系統提供能量和動力使系統正常運行。5/9

執行機構：根據控制信息和指令，完成要求的動作。傳感測試部分：對系統運行中所需要的本身和外界環境的各種參數及狀態進行檢測，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奏發出相應的指令控制整個系統有目的地運行。2、簡要敘述機電一體化系統的共性關鍵技術。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、工業機器人、發電機控制系統、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、同步齒形帶、諧波齒輪減速器、軟軸傳動、聯軸器、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，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，能吸收振動；（3）不需要潤滑，耐油、水、耐高溫，耐腐蝕，維護保養方便；（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。（6）傳動效率高。（7）結構簡單、體積小、重量輕。（8）柔輪和波發生器制造復雜。（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、飽和區與線性區三部分。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、飽和區），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