機(jī)電一體化復(fù)習(xí)資料版本二

1、版本二1. 機(jī)電一體化：在機(jī)械的主功能、動(dòng)力功能、信息與控制功能上引進(jìn)了電子技術(shù)、并將機(jī)械 裝置與電子設(shè)備以以及軟件等有機(jī)結(jié)合而成的系統(tǒng)的總稱。2. 工業(yè)三大要素：物質(zhì)、能量和信息3. 機(jī)電一體化系統(tǒng)由機(jī)械系統(tǒng)、電子信息處理系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、傳感檢測(cè)系統(tǒng)、執(zhí)行元件系 統(tǒng)等五個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成。4. 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程： （ 1）根據(jù)目的功能確定產(chǎn)品規(guī)格、性能指標(biāo)（2）系統(tǒng)功能部件、功能要素的劃分（ 3）接口的設(shè)計(jì)（ 4）綜合評(píng)價(jià)（ 5）可靠性復(fù)查（ 6）試制與調(diào)試5. 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的考慮方法： （ 1）機(jī)電互補(bǔ)法：利用通用或?qū)Ｓ秒娮硬考〈鷤鹘y(tǒng)機(jī) 械產(chǎn)品中的復(fù)雜機(jī)械功能部件或功能子系統(tǒng)。 （

2、2）結(jié)合法： 將各組成要素有機(jī)結(jié)合為一體構(gòu) 成專用或通用的功能部件。 （ 3）組合法：將用結(jié)合法制成的功能部件、功能模塊，像積木那 樣組合成各種機(jī)電一體化產(chǎn)品。6. 機(jī)電一體化設(shè)計(jì)類型： （ 1）開發(fā)性設(shè)計(jì)：是沒有產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，僅僅是根據(jù)抽象的設(shè)計(jì)原理 和要求，設(shè)計(jì)出在質(zhì)量和性能方面滿足目的要求的系統(tǒng)。（ 2）適應(yīng)性設(shè)計(jì)：是在總的方案原理基本保持不變的情況下， 對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)品進(jìn)行局部更改， 或用微電子技術(shù)代替原有的機(jī)械機(jī)構(gòu) 或?yàn)榱诉M(jìn)行微電子控制對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行局部適應(yīng)性設(shè)計(jì)， 以使產(chǎn)品的性能和質(zhì)量增加某些附 加價(jià)值。（ 3）變異性設(shè)計(jì)： 是在設(shè)計(jì)方案和功能結(jié)構(gòu)不變的情況下，僅改變現(xiàn)有產(chǎn)品的規(guī)格尺寸使之

3、適應(yīng)于量的方面有所變更的要求。7. 機(jī)電一體化設(shè)計(jì)程序： （ 1）明確設(shè)計(jì)思想（ 2）分析綜合要求（ 3）劃分功能模塊（ 4）決 定性能參數(shù)（ 5）調(diào)研類似產(chǎn)品（ 6）擬定總體方案（ 7）方案對(duì)比定型（ 8）編寫總體設(shè)計(jì)論 證書8. 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：在保證目的功能要求與適當(dāng)壽命的前提下不斷降低成本。9. 設(shè)計(jì)規(guī)律： 根據(jù)設(shè)計(jì)要求首先確定離散元素間的邏輯關(guān)系，然后研究其相互間的物理關(guān)系，這樣就可根據(jù)設(shè)計(jì)要求和手冊(cè)確定其結(jié)構(gòu)關(guān)系，最終完成全部設(shè)計(jì)工作。10. 綠色設(shè)計(jì)：在新產(chǎn)品的開發(fā)階段，就考慮其整個(gè)生命周期內(nèi)對(duì)環(huán)境的影響，從而減少對(duì) 環(huán)境的污染、資源的浪費(fèi)、使用安全和人類健康等所產(chǎn)生的副作用。11.

4、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的作用：傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的主要功能是傳遞轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速。目的是使執(zhí)行元件與負(fù)載之 間在轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速方面得到最佳匹配。12. 機(jī)電一體化對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的基本要求：傳動(dòng)間隙小、精度高、體積小、重量輕、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、 傳遞轉(zhuǎn)矩大。13. 諧波齒輪傳動(dòng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳動(dòng)比大、傳動(dòng)精度高、回程誤差小、噪聲低、傳動(dòng)平穩(wěn)、 承載能力強(qiáng)、效率高等一系列優(yōu)點(diǎn)。傳動(dòng)比 :14. 導(dǎo)軌的主要作用：支承和限制運(yùn)動(dòng)部件按給定的運(yùn)動(dòng)要求和規(guī)定的運(yùn)動(dòng)方向運(yùn)動(dòng)。導(dǎo)軌 副主要由承導(dǎo)件和運(yùn)動(dòng)件兩大部分組成。導(dǎo)軌副按其接觸面的摩擦性質(zhì)可分為：滑動(dòng)導(dǎo)軌、 滾動(dòng)導(dǎo)軌、流體介質(zhì)摩擦導(dǎo)軌。按其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為：開式導(dǎo)軌和閉式導(dǎo)軌。15. 導(dǎo)軌副應(yīng)滿足的基

5、本要求：導(dǎo)向精度高、剛性好、運(yùn)動(dòng)輕便平穩(wěn)、耐磨性好、溫度變化 影響小以及結(jié)構(gòu)工藝好。16. 軸系設(shè)計(jì)的基本要求： （ 1）旋轉(zhuǎn)精度（ 2）剛度（ 3）抗振性（ 4）熱變形（ 5）軸上零件 的布置17. 執(zhí)行元件分為：電氣式、液壓式和氣壓式（按使用能量不同分）18. 電氣式執(zhí)行元件優(yōu)點(diǎn)： 操作簡(jiǎn)便； 編程容易； 能實(shí)現(xiàn)定位伺服； 響應(yīng)快、 易與 CPU 相接； 體積小、動(dòng)力較大；無污染。缺點(diǎn)：瞬時(shí)輸出功率大；過載差，特別是由于某種原因而卡住 時(shí)，會(huì)引起燒毀事故，易受外部噪聲影響。19. 氣壓式執(zhí)行元件優(yōu)點(diǎn)：氣源方便、成本低；無泄露污染；速度快、操作比較簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)： 功率小，體積大，動(dòng)作不夠平穩(wěn)；

6、不易小型化；遠(yuǎn)距離傳輸困難；工作噪聲大、難于伺服。20. 液壓式執(zhí)行元件優(yōu)點(diǎn)：輸出功率大，速度快，動(dòng)作平穩(wěn)，可實(shí)現(xiàn)定位伺服；易與CPU 相接；響應(yīng)快。缺點(diǎn)：設(shè)備難于小型化；液壓源或液壓油要求嚴(yán)格；易泄露且有污染。21. 機(jī)電一體化對(duì)執(zhí)行元件的基本要求： （ 1）慣量小、動(dòng)力大（ 2）體積小、重量輕（ 3）便 于維修、安裝（ 4）宜于微機(jī)控制22. 步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)： （ 1）步進(jìn)電機(jī)的工作狀態(tài)不易受各種干擾因素的影響，只要在它們的 大小未引起步進(jìn)電機(jī)產(chǎn)生 “丟步 ”現(xiàn)象之前，就不影響其正常工作（ 2）步進(jìn)電機(jī)的步距角有 誤差，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一定步數(shù)以后也會(huì)出現(xiàn)累積誤差，但轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一轉(zhuǎn)以后，其累積誤差變

7、為 “零”，因此不會(huì)長(zhǎng)期積累（ 3）控制性能好，在起動(dòng)、停止、反轉(zhuǎn)時(shí)不易“丟步 ”。23. 步進(jìn)電機(jī)的種類：可變磁組型、永磁型、混合型（旋轉(zhuǎn)式步進(jìn)電機(jī)的分類）24. 步進(jìn)電機(jī)的工作原理：步進(jìn)電機(jī)定子有六個(gè)均勻分布的磁極，每?jī)蓚€(gè)相對(duì)磁極組成一相， 即有 A-A 、 B-B 、 C-C三相，磁極上繞有勵(lì)磁繞組。假定轉(zhuǎn)子具有均勻分布的四個(gè)齒，當(dāng) A、B、C三個(gè)磁極的繞組依次通電時(shí)，則 A、B、C 三對(duì)磁極依次產(chǎn)生磁場(chǎng)吸引轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)25. 步進(jìn)電機(jī)步距角： =360 °（/zm） z 轉(zhuǎn)子齒數(shù)， m運(yùn)行拍數(shù)，通常等于相數(shù)或相數(shù)整 數(shù)倍，即 m=KN （ N 為電動(dòng)機(jī)的相數(shù)，單拍時(shí) K=1 ，雙

8、拍時(shí) K=2 ）26. 步進(jìn)電機(jī)功放電路：?jiǎn)坞妷汗β史糯箅娐贰⒏叩蛪汗β史糯箅娐?、恒流源功率放大電路?斬波恒流功率放大電路、調(diào)頻調(diào)壓功放電路。27. 脈寬調(diào)制直流調(diào)速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（ PWM ）原理：當(dāng)輸入一個(gè)直流控制電壓 U 時(shí)就可得到一定 寬度與 U 成比例的脈沖方波來給伺服電動(dòng)機(jī)電樞回路供電，通過改變脈沖寬度來改變電樞 回路的平均電壓，從而得到不同大小的電壓值，使直流電動(dòng)機(jī)平滑調(diào)速。28. 交流電機(jī)矢量控制：就是要同時(shí)控制電動(dòng)機(jī)輸入電流I1 的幅值和相位 ，以得到交流電動(dòng)機(jī)的最佳控制。29. 從控制的角度出發(fā)，微機(jī)應(yīng)能滿足具有較完善的中斷系統(tǒng)、足夠的存儲(chǔ)容量、完善的輸 入/ 輸出通道和實(shí)時(shí)時(shí)

9、鐘等要求。 （從不同的被控制對(duì)象角度而言，還應(yīng)考慮幾個(gè)特殊要求： 字長(zhǎng)、速度、指令。 ）30. 微型計(jì)算機(jī)的基本特點(diǎn)：小型化、超小型化，具有一般計(jì)算機(jī)的信息處理、計(jì)測(cè)、控制 和記憶功能，價(jià)格低廉，且可靠性高、耗電少。選用要點(diǎn)：不同領(lǐng)域可選用不同品種、不同 檔次的微機(jī)。 4位機(jī)常用于較簡(jiǎn)單、 規(guī)模較小的系統(tǒng)， 16位和 32 位機(jī)及 64位機(jī)主要用于較 復(fù)雜的大系統(tǒng)， 8 位機(jī)則用于中等規(guī)模的系統(tǒng)。單片機(jī)應(yīng)用范圍廣，不但用于簡(jiǎn)單小系統(tǒng)， 而且不斷被復(fù)雜大系統(tǒng)所應(yīng)用。31. 單片機(jī)具有：功能全、體積小、功耗低、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。32. 機(jī)電一體化對(duì)檢測(cè)傳感器的基本要求： （ 1）體積小、重量輕、對(duì)整

10、機(jī)的適應(yīng)性好； （ 2） 精度和靈敏度高、響應(yīng)快、穩(wěn)定性好、信噪比高；（ 3）安全可靠、壽命長(zhǎng)； （4）便于與計(jì)算機(jī)連接；（5）不易受被測(cè)對(duì)象的影響， 也不影響外部環(huán)境； （6）對(duì)環(huán)境條件適應(yīng)能力強(qiáng)； （ 7） 現(xiàn)場(chǎng)處理簡(jiǎn)單、操作性能好； （ 8）價(jià)格便宜。33. 穩(wěn)態(tài)設(shè)計(jì)包括：使系統(tǒng)的輸出運(yùn)動(dòng)參數(shù)達(dá)到技術(shù)要求、執(zhí)行元件的參數(shù)選擇、功率的匹 配及過載能力的驗(yàn)算、 各主要元部件的選擇與控制電路設(shè)計(jì)、 信號(hào)的有效傳遞、 各級(jí)增益的 分配，各級(jí)之間阻抗的匹配和抗干擾措施等， 并為后面動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)中的校正補(bǔ)償裝置的引入留 有余地。34. 動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)包括：設(shè)計(jì)校正補(bǔ)償裝置，使系統(tǒng)滿足動(dòng)態(tài)技術(shù)指標(biāo)要求；通常要進(jìn)

11、行計(jì)算機(jī) 仿真，或借助計(jì)算機(jī)進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)。35. 機(jī)電一體化伺服系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)設(shè)計(jì)就是要從兩頭入手，即首先從系統(tǒng)應(yīng)具有的輸出能力及 要求出發(fā)， 選定執(zhí)行元件和傳動(dòng)裝置； 其次是從系統(tǒng)的精度要求出發(fā)， 選擇和設(shè)計(jì)檢測(cè)裝置及信號(hào)的前向和后向通道。36. 工業(yè)機(jī)器人一般由機(jī)械系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、檢測(cè)傳感系統(tǒng)和人工智能系統(tǒng)等組 成。37. 工業(yè)機(jī)器人的主要技術(shù)參數(shù)：握取重量、運(yùn)動(dòng)速度、自由度、定位精度、程序編制與存 儲(chǔ)容量。38. 自由度：確定工業(yè)機(jī)器人的末端執(zhí)行器在運(yùn)動(dòng)空間的位置和姿態(tài)的、獨(dú)立的變化參數(shù)就 是工業(yè)機(jī)器人的自由度。一般具有 46 個(gè)自由度即滿足使用要求。39. 工業(yè)機(jī)器人按坐標(biāo)形式分

12、為：直角坐標(biāo)型、圓柱坐標(biāo)型、極坐標(biāo)型、SCARA 型、多關(guān)節(jié)型41 、 繪 制 由 光 電 編 碼 器 等 組 成 的 工 作 臺(tái) 閉 環(huán) 伺 服 系 統(tǒng) 框 圖 。42、有一脈沖電源， 通過環(huán)形分配器將脈沖分配給三相六拍通電的步進(jìn)電機(jī)勵(lì)磁繞組，測(cè)得步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速為 100r/min ，已知轉(zhuǎn)子有 24 個(gè)齒，求：（ 1）、步進(jìn)電機(jī)的步距角a=360/（P Z K）=360/（3*24*2）=2.5（P-定子相位， Z-定子齒數(shù)， K-通電系數(shù)，即通電拍數(shù)與相數(shù)的比值K=m/P）（ 2）、脈沖電源的頻率n=60f/Km Z f=K m Z n/60=2x6x24x100/60=48043、如圖所示的機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)，減速機(jī)構(gòu)為兩級(jí)減速箱，已知齒輪齒數(shù)之比為Z2/Z1=3 ，22Z4/Z3=5 ，減速機(jī)構(gòu)的效率為 =0.92，各齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 J1 =29.4Nm 2, J2 =78.4Nm 22 2 2 2J3 =49Nm 2 , J4 =196Nm 2 , 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 Jm =294Nm 2 ，負(fù)載慣量 JL =450.8Nm 2 ， 負(fù)載轉(zhuǎn)矩 T 2=470Nm , 試求：（ 1）、折算到電機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩（2）、折算到電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。TL T解：T' Z1Z4 1 470 1 1 1