機電一體化課程復(fù)習(xí)資料

1、簡述題機電一體化技術(shù)（或產(chǎn)品）的定義。（P1）答：“機電一體化”是微電子技術(shù)向機械工業(yè)滲透過程中逐漸形成的一個新概念，機電一體 化技術(shù)是精密機械技術(shù)、微電子技術(shù)和信息技術(shù)等各相關(guān)技術(shù)有機結(jié)合的一種新形式，是在機械的 主功能、動力功能、信息功能和控制功能上引進微電子技術(shù)，并將機械裝置與電子裝置用相關(guān)軟件 有機結(jié)合而構(gòu)成的系統(tǒng)的總稱。機電一體化系統(tǒng)或產(chǎn)品設(shè)計的目的是什么？（P2）答：機電一體化的目的是使系統(tǒng)（產(chǎn)品）高附加價值化，即多功能化、高效率化、高可靠化、 省材料省能源化，并使產(chǎn)品結(jié)構(gòu)向輕、薄、短、小巧化方向發(fā)展，不斷滿足人們生活的多樣化需求 和生產(chǎn)的省力化、自動化需求。機電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）

2、的主要構(gòu)成單元或組成部分有哪些？（P5）答：機電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）由機械系統(tǒng)（機構(gòu)、電子信息處理系統(tǒng)（計算機）、動力系統(tǒng) （動力源）、傳感檢測系統(tǒng)（傳感器）、執(zhí)行元件系統(tǒng)（如電動機）等五個子系統(tǒng)組成。簡述機電一體化系統(tǒng)或產(chǎn)品的機電結(jié)合（融合）設(shè)計方法。（P13）答：機電結(jié)合法是將各組成要素有機地結(jié)合為一體構(gòu)成專用或通用的功能部件（子系統(tǒng)）， 其要素之間機電參數(shù)的有機匹配比較充分。簡述機電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）的機電組合設(shè)計方法，特點是什么？。答：它是將機電結(jié)合法制成的功能部件（子系統(tǒng)）、功能模塊，像積木那樣組合成各種機電 一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品），故稱為組合法。特點：在新產(chǎn)品（系統(tǒng)）系列及設(shè)備的機電一體

3、化改造中應(yīng)用這種方法，可以縮短設(shè)計及研制 周期、節(jié)約工裝設(shè)備費用，且有利于生產(chǎn)管理、使用和維修。機械傳動系統(tǒng)在機電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）中的基本功能和作用是什么？ （P22）答：傳遞轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，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。簡答機電一體化機械傳動的主要功能，目的，基本要求。（P22）答：主要功能：傳遞轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速；目的是使執(zhí)行元件和負(fù)載之間在轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速方面得到最佳匹配；基本要求：傳動間隙小、精度高、體積小、重量輕、運動平穩(wěn)、傳遞轉(zhuǎn)矩大。機電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）的機械部分與一般機械系統(tǒng)相比，應(yīng)具備哪些特殊要求？ （P22）答：（1）較高的定位精度；（2）良好的動態(tài)響應(yīng)特性，就是說響應(yīng)

4、要快、穩(wěn)定性要好；（3）為確保機械系統(tǒng)的傳動精度和工作穩(wěn)定性，在設(shè)計中，常提出無間隙、低摩擦、低 慣量、高剛度、高諧振頻率、適當(dāng)?shù)淖枘岜鹊纫?。簡述滾珠絲杠傳動裝置的組成，結(jié)構(gòu)和應(yīng)用特點。（P25）答：（1）組成：滾珠絲杠傳動裝置由帶螺旋槽的絲桿、螺母、滾珠和反向器（滾珠循環(huán)反向裝 置）等四部分組成。（2）結(jié)構(gòu)：當(dāng)絲桿轉(zhuǎn)動時，帶動滾珠沿螺紋滾道滾動，為防止?jié)L珠從滾道端面掉出，在螺母 的螺旋槽兩端設(shè)有滾珠回程引導(dǎo)裝置構(gòu)成滾珠的循環(huán)返回通道，從而形成滾珠流動的閉合通道。滾 珠絲杠副的結(jié)構(gòu)類型從螺紋滾道的截面形狀可分為單圓弧形和雙圓弧形螺紋滾道;按滾珠的循環(huán)方 式可分為內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)方式；按消除軸向

5、間隙的調(diào)整方式分為雙螺母螺紋預(yù)緊調(diào)整式、雙螺紋齒 差預(yù)緊調(diào)整式、雙螺紋墊片預(yù)緊調(diào)整式和彈簧式自動調(diào)整預(yù)緊式。（3）特點：軸向剛度高（即通過適當(dāng)預(yù)緊可消除絲杠與螺母之間的軸向間隙、運動平穩(wěn)、傳 動精度高、不易磨損、使用壽命長等；不能自鎖，具有傳動的可逆性。試分析齒輪傳動中，定軸傳動、行星傳動、諧波傳動的組成與傳動特點。答：（1）定軸傳動組成：定軸傳動有圓柱齒輪傳動，圓錐齒輪傳動，蝸輪蝸桿傳動。特點：結(jié)構(gòu)簡單，傳遞可靠，用幾何特性來實現(xiàn)傳動。（2）行星傳動組成:行星傳動主要是由傳動齒輪，定位齒輪，行星輪和行星架組成。特點:結(jié)構(gòu)緊湊，可實現(xiàn)傳動比很大，由機構(gòu)傳動原理來實現(xiàn)傳動。（3）諧波傳動（P38

6、）組成：諧波齒輪傳動由鋼輪、柔輪和波形發(fā)生器組成；特點：結(jié)構(gòu)簡單、體積小質(zhì)量輕、傳動比大（幾十幾百）、傳動精度高、回程誤差小、噪聲低、 傳動平穩(wěn)、承載能力強、效率高，可以向密封空間傳遞運動和動力。滾動導(dǎo)軌副應(yīng)達(dá)到的基本要求。（P56）答：導(dǎo)向精度高、耐磨性高、足夠的剛度、良好的工藝性。導(dǎo)軌的剛度所包含的主要內(nèi)容有哪些？以及各部分對導(dǎo)軌副的導(dǎo)向精度影響如何？ （P48）答：導(dǎo)軌的剛度就是抵抗載荷的能力，抵抗恒定載荷的能力稱為靜剛度，抵抗交變載荷的能 力稱為動剛度。載荷引起的導(dǎo)軌變形一般有自身、局部和接觸三種變形，導(dǎo)軌剛度也包含導(dǎo)軌自身 剛度、局部剛度和接觸剛度。自身剛度影響導(dǎo)軌副本身結(jié)構(gòu)上等高、

7、等距的要求，從而影響導(dǎo)向精度；局部剛度影響導(dǎo)軌副載荷集中部位的表面質(zhì)量，從而影響導(dǎo)向精度；接觸剛度影響平面的微觀不平度，即導(dǎo)軌副本身的平面度，從而影響導(dǎo)向精度。（P56）機電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）對執(zhí)行元件的基本要求是什么？ （P88）答：（1）慣量小、動力大（2）體積小、重量輕（3）便于維修、安裝（4）宜于微機控制機電一體化系統(tǒng)對伺服控制電動機的基本要求 （P88）答：（1）性能密度大，即功率密度和比功率大；（2）快速性好，即加速轉(zhuǎn)矩大，頻響特性好；（3）位置控制精度高、調(diào)速范圍寬、低速運行平穩(wěn)無爬行現(xiàn)象、分辨力高、振動噪聲??；（4）適應(yīng)起、停頻繁的工作要求；（5）可靠性高、壽命長。常用伺服電動

8、機有哪些工作特點？（P90）答：（1）DC伺服電機的主要特點：高響應(yīng)特性；高功率密度（體積小、質(zhì)量輕）；可實現(xiàn)高精度數(shù)字控制；接觸換向部件（電刷和整流子）需要維護。（2）晶體管式無刷直流伺服電機和永磁同步型AC伺服電機的主要特點：無接觸換向部件；需要磁極位置檢測器（如同軸編碼器等）；具有DC伺服電機的全部優(yōu)點（高響應(yīng)特性、高功率密度（體積小、質(zhì)量輕、可實現(xiàn)高 精度數(shù)字控制）。（3）感應(yīng)型（矢量控制）AC伺服電機的主要特點：對定子電流的激勵分量和轉(zhuǎn)矩分量分別控制；具有DC伺服電機的全部優(yōu)點（高響應(yīng)特性、高功率密度（體積小、質(zhì)量輕、可實現(xiàn)高 精度數(shù)字控制）。（4）步進電機的主要特點轉(zhuǎn)角與控制脈沖數(shù)

9、成比例，可構(gòu)成直接數(shù)字控制；有定位轉(zhuǎn)矩；可構(gòu)成廉價的開環(huán)控制系統(tǒng)。補充：伺服電動機又稱執(zhí)行電動機，在自動控制系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件，把所收到的電信號 轉(zhuǎn)換成電動機軸上的角位移或角速度輸出。分為直流和交流伺服電動機兩大類。工作特點：當(dāng)信號電壓為零時無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，轉(zhuǎn)速隨著轉(zhuǎn)矩的增加而勻速下降。對于伺服電動機半閉環(huán)控制系統(tǒng)而言，控制系統(tǒng)的主要構(gòu)成有哪些？（P89）答：運算處理電路、驅(qū)動電路、伺服電機、速度傳感器、位置檢測傳感器。步進電機驅(qū)動控制電路設(shè)計的基本要求是什么？答：控制輸入電脈沖的數(shù)量及頻率，以精確控制步進電動機的轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速。簡述機電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）對檢測傳感器的基本要求。（P172）答：（1

10、）體積小、重量輕、對整機的適應(yīng)性好；（2）精度和靈敏性高、響應(yīng)快、穩(wěn)定性好、信噪比高；（3）安全可靠、壽命長；（4）便于與計算機連接；（5）不易受被檢測對象的影響，也不影響外部環(huán)境；（6）對環(huán)境條件適應(yīng)能力強；（7）現(xiàn)場安裝處理簡單、操作性能好；（8）價格便宜。簡答通用微機控制系統(tǒng)核心部件，通用微機控制系統(tǒng)的構(gòu)成與特點。答：（1）通用微機控制系統(tǒng)的核心部件：主控制微機（2）通用微機控制系統(tǒng)的構(gòu)成：主控制微機、執(zhí)行元件、檢測傳感器、接口、應(yīng)用軟件等;（3）通用微機控制系統(tǒng)的特點：具有可靠性高，適應(yīng)性強，但成本高，應(yīng)采取一定 的抗干擾措施等特點。適用于多品種，中小批量生產(chǎn)的機電一體化產(chǎn)品。簡答專用

11、微機控制系統(tǒng)核心部件，專用微機控制系統(tǒng)的構(gòu)成與特點。答：（1）專用微機控制系統(tǒng)的核心部件：通用IC芯片或重新設(shè)計制作的專用集成電路；（2）專用微機控制系統(tǒng)的構(gòu)成：通用IC芯片或重新設(shè)計制作的專用集成電路組成的控制系 統(tǒng)、執(zhí)行元件、檢測傳感器等；（3）專用微機控制系統(tǒng)的特點：軟件采用專用機器代碼或語言，可靠性強，成本低， 但適應(yīng)能力差，用于大批量生產(chǎn)的機電一體化產(chǎn)品。光電隔離電路的組成有哪些？主要作用是什么？ （P164）答：（1）光電隔離電路的組成主要是光電耦合器的光電信號轉(zhuǎn)換元件，如輸入端發(fā)光二極管， 輸出端光敏三極管、光敏二極管和高速開關(guān)管復(fù)合結(jié)構(gòu)、光敏三極管和放大晶體管構(gòu)成的達(dá)林 頓管、光控晶閘管等；（2）主要作用：可將輸入與輸出端兩部分電路的地線分開，各自使用一套電源供電，防止不同電源之間 信號干擾?？梢赃M行電平轉(zhuǎn)換；提高驅(qū)動能力。機電一體化系統(tǒng)設(shè)計中，驅(qū)動電路設(shè)計的目的和基本要求是什么？答：（1）目的：實現(xiàn)指令信號和執(zhí)行驅(qū)動信號之間的有效匹配。（2）基本要求：信號類型轉(zhuǎn)換，能量放大，質(zhì)量的保證。研究機電一體化系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)設(shè)計方法的主要目的是什么？答：主要目的是使控制和被控制對象能完成所需要的機械運動即進行機械系統(tǒng)的 運動學(xué)，動力學(xué)