機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

機(jī)電一體化復(fù)習(xí)資料題型：1.判斷（1*10=10）2.填空（1*20=20）3.選擇（2*10=20）4.問答（5*6=30）5.綜合（20*1=20）第一章1．機(jī)電一體化是機(jī)械設(shè)計(jì)、電子技術(shù)和信息技術(shù)等各相關(guān)技術(shù)有機(jī)結(jié)合的一種新形式。2．機(jī)電一體化是在機(jī)械的主功能、動(dòng)力功能、信息功能和控制功能上引進(jìn)微電子技術(shù)，并將機(jī)械裝置與電子裝置用相關(guān)軟件有機(jī)結(jié)合而構(gòu)成系統(tǒng)的總稱。3．機(jī)電一體化的發(fā)展有一個(gè)從自發(fā)狀況向自為方向發(fā)展的過程。4．機(jī)電一體化的目的是提高系統(tǒng)的附加價(jià)值，即多功能、高效率、高可靠性、省材料省能源，并使產(chǎn)品結(jié)構(gòu)向短、小、輕、薄化方向發(fā)展，從而不斷滿足人們生活的多樣化和生產(chǎn)的省力化、自動(dòng)化需求。5．優(yōu)先發(fā)展的機(jī)電一體化領(lǐng)域須同時(shí)具備以下幾個(gè)條件：（1）短期或中期普遍需要；（2）具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益；（3）具備或經(jīng)過短期努力能具備必需的物質(zhì)技術(shù)基礎(chǔ)。6．優(yōu)先發(fā)展的機(jī)電一體化領(lǐng)域需面臨的關(guān)鍵技術(shù)有：檢測(cè)傳感技術(shù)、信息處理技術(shù)、伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、精密機(jī)械技術(shù)及系統(tǒng)總體技術(shù)等。7．機(jī)電一體化系統(tǒng)由機(jī)械系統(tǒng)、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)，這五個(gè)子系統(tǒng)組成。（要掌握一種機(jī)電一體化系統(tǒng)實(shí)例，分析對(duì)應(yīng)的五個(gè)子系統(tǒng)及其功能。）8．機(jī)電一體化必須具備的三大“目的功能”：（1）變換（加工、處理）功能；（2）傳遞（移動(dòng)、輸送）功能；（3）儲(chǔ)存（保持、積蓄、記錄）功能。（看書上P7具體內(nèi)容）9．構(gòu)成機(jī)電一體化的要素或子系統(tǒng)之間必須能順利地進(jìn)行物質(zhì)、能量和信息的傳遞與交換。為此，各要素或各子系統(tǒng)連接處必須具備一定的“聯(lián)系條件”，這些聯(lián)系條件稱為接口。系統(tǒng)的性能在很大程度上取決于接口的性能，各要素或各子系統(tǒng)之間的接口性能就成為整個(gè)系統(tǒng)性能好壞的決定性因素。10．廣義的接口有兩種，一種是變換、調(diào)整；另一種是輸入/輸出。（看書上P10具體內(nèi)容，肯能會(huì)考判斷題）11．看書上P11機(jī)電一體化系統(tǒng)的評(píng)價(jià)內(nèi)容12．機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法及其特點(diǎn)（1）機(jī)電互補(bǔ)法；又稱取代法。特點(diǎn)是利用通用或?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)，以彌補(bǔ)其不足。（2）融合法；它是將各組成要素有機(jī)結(jié)合為一體構(gòu)成專用或通用的功能部件（子系統(tǒng)）。，其要素之間機(jī)電參數(shù)的有機(jī)配合比較充分（3）組合法；它是將結(jié)合法制成的專用或通用功能部件（子系統(tǒng)），功能模塊，像積木那樣組合成各種機(jī)電一體化系統(tǒng)。第二章13．為確保機(jī)械系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和工作穩(wěn)定性，在設(shè)計(jì)中，常提出低摩擦、無間隙、低慣量、高剛度、高諧振頻率、適當(dāng)?shù)淖枘岜鹊纫?。為達(dá)到以上要求，主要從以下幾方面來實(shí)施：（1）低摩擦采用低摩擦阻力的傳動(dòng)部件和導(dǎo)向支承部件，如采用滾珠絲杠副、滾動(dòng)導(dǎo)向支承、動(dòng)（靜）壓導(dǎo)向支承等。（2）短傳動(dòng)鏈縮短傳動(dòng)鏈，提高傳動(dòng)與支承剛度，如用預(yù)緊的方法提高滾珠絲杠副和滾動(dòng)導(dǎo)軌副的傳動(dòng)和支承剛度。（3）最佳傳動(dòng)比選用最佳傳動(dòng)比，以達(dá)到提高系統(tǒng)分辨率、減少等效到執(zhí)行元件輸出軸上的等效傳動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，盡可能提高加速能力。（4）反向死區(qū)誤差小縮小反向死區(qū)誤差（所謂死區(qū)誤差，是指啟動(dòng)或反向時(shí)，系統(tǒng)的輸入運(yùn)動(dòng)與輸出運(yùn)動(dòng)之間的差值），如采取消除傳動(dòng)間隙、減少支承變形的措施。（5）高剛性改進(jìn)支承及架體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以提高剛性、減少振動(dòng)、降低噪聲。如采用復(fù)合材料等來提高剛度和強(qiáng)度，減輕重量、縮小體積使結(jié)構(gòu)緊密化，以確保系統(tǒng)的小型化、輕量化、高速化和高可靠性。14.機(jī)械傳動(dòng)部件通常有螺旋傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、同步帶傳動(dòng)、高速帶傳動(dòng)、各種非線性傳動(dòng)部件等，其主要功能是傳遞轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。其目的是使執(zhí)行元件與負(fù)載之間在轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速方面得到最佳匹配?？磿螾24表2.1傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及其功能。隨著機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展，要求傳動(dòng)系統(tǒng)不斷適應(yīng)新的技術(shù)要求。具體講有三個(gè)方面（1）精密化；（2）高速化；（3）小型、輕量化。絲杠螺母機(jī)構(gòu)主要用來將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變換為直線運(yùn)動(dòng)或?qū)⒅本€運(yùn)動(dòng)變換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。與滑動(dòng)絲杠副相比，滾珠絲杠副除上述優(yōu)點(diǎn)外，還具有軸向剛度高（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(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、傳動(dòng)平穩(wěn)、傳動(dòng)精度高、不易磨損、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。但由于不能自鎖，具有傳動(dòng)的可逆性，在用做升降傳動(dòng)機(jī)構(gòu)時(shí)，需要采取制動(dòng)措施。我國(guó)生產(chǎn)的滾珠絲杠副的螺紋滾道有單圓弧型和雙圓弧型。（看書上P26.P27.P28可能會(huì)出小題）預(yù)緊原因：滾珠絲杠副在有負(fù)載時(shí)，滾珠與滾道面接觸點(diǎn)處傳動(dòng)精度將產(chǎn)生彈性變形。換向時(shí)，其軸向間隙會(huì)引起空回。這種空回是非連續(xù)的，既影響傳動(dòng)精度，又影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。單螺母絲杠副的間隙消除間隙相當(dāng)困難。常采用以下幾種預(yù)緊方式：（1）雙螺母螺紋預(yù)緊調(diào)整式；（2）雙螺母齒差預(yù)緊調(diào)整式；（3）雙螺母墊片調(diào)整預(yù)緊式；（4）彈簧式自動(dòng)調(diào)整預(yù)緊式；（5）單螺母變位導(dǎo)程預(yù)緊式和單螺母滾珠過盈預(yù)緊式21．滾珠絲杠副支承方式（1）單推—單推式；（2）雙推-雙推式（3）雙推-間支式（4）雙推-自由式22．圓柱齒輪傳動(dòng)間隙調(diào)整方法（1）偏心套調(diào)整法（2）軸向墊片調(diào)整法（3）雙片薄齒輪錯(cuò)齒調(diào)整法導(dǎo)軌副應(yīng)滿足的基本要求：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)工藝性好等。導(dǎo)向精度是指動(dòng)導(dǎo)軌按給定方向作直線運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確程度。直線導(dǎo)軌的幾何精度（1）導(dǎo)軌的縱向直線度（2）導(dǎo)軌的橫向直線度（3）兩導(dǎo)軌面間的平行度。如何保證導(dǎo)軌的靜剛度、動(dòng)剛度？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靜剛度，抵抗交變載荷的能力稱為動(dòng)剛度。在恒定載荷作用下，物體變形的大小，表示靜剛度的好壞，導(dǎo)軌變形一般有自身、局部和接觸三種變形。自身變形：為了加強(qiáng)導(dǎo)軌自身剛度，常用增大尺寸和合理布置筋和肋板等辦法解決。局部變形：導(dǎo)軌局部變形發(fā)生在載荷集中的地方，因此必須加強(qiáng)導(dǎo)軌局部剛度。接觸變形：對(duì)于活動(dòng)接觸面，需施加預(yù)載荷，提高接觸剛度。（動(dòng)剛度？？？）26．爬行現(xiàn)象：在低速運(yùn)行時(shí)，往往不是做連續(xù)的勻速運(yùn)動(dòng)而是時(shí)走時(shí)停。原因：摩擦系數(shù)隨運(yùn)動(dòng)速度的變化和傳動(dòng)系統(tǒng)的剛性不足采取措施：（1）采用滾動(dòng)導(dǎo)軌，靜壓導(dǎo)軌，卸荷導(dǎo)軌，貼塑料層導(dǎo)軌等；（2）在高速滑動(dòng)導(dǎo)軌上使用含有極性添加劑的導(dǎo)軌油；（3）用減少結(jié)合面，增大結(jié)構(gòu)尺寸，縮短傳動(dòng)鏈，減少傳動(dòng)副等方法來提高傳動(dòng)系統(tǒng)剛度。常見的導(dǎo)軌截面形狀：三角形，矩形，燕尾形及圓形，每種又分為凸形和凹形兩種。第三章執(zhí)行元件的選擇與設(shè)計(jì)

28、執(zhí)行元件的概念：該元件是處于機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械系統(tǒng)與微電子控制系統(tǒng)的接點(diǎn)部位的能量轉(zhuǎn)換部件。功能：它能在微電子控制系統(tǒng)的控制下，將各種形式的輸入能量轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，29、根據(jù)使用能量的不同，可以將執(zhí)行元件劃分為電動(dòng)式、液動(dòng)式和氣動(dòng)式等幾種類型30、表3.1執(zhí)行元件的優(yōu)缺點(diǎn)p9131、對(duì)執(zhí)行元件的基本要求a、a、慣量小、動(dòng)力大c、便于維修、安裝b、體積小、重量輕d、宜于微機(jī)控制在機(jī)電一體化系統(tǒng)中使用兩類電動(dòng)機(jī)，一類為一般的動(dòng)力用電動(dòng)機(jī)，如（感應(yīng)式異步電動(dòng)機(jī)和同步電動(dòng)機(jī)等；另一類為控制用電動(dòng)機(jī)，如力矩電動(dòng)機(jī)、脈沖電動(dòng)機(jī)、開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)、變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)和各種AC/DC電動(dòng)機(jī)等。直流伺服電機(jī)及驅(qū)動(dòng)目前常用晶體管脈寬調(diào)理驅(qū)動(dòng)和晶閘管直流調(diào)速驅(qū)動(dòng)兩種方式a.脈寬調(diào)頻直流調(diào)速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)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成正比的脈沖方波給伺服電機(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 Ua,使直流電動(dòng)機(jī)平滑調(diào)速。b.調(diào)速原理:設(shè)開關(guān)S周期性的閉合、斷開，閉和開的周期是T,在一個(gè)周期內(nèi)，閉合的時(shí)間是t,開斷的時(shí)間是T-t,若外加電源電壓U為常數(shù)，則電源加到電動(dòng)機(jī)電樞上的電壓波形將是一個(gè)方波列，高度為U寬度為t，一個(gè)周期內(nèi)電壓的平均值為：Ua=t/T*U當(dāng)T不變時(shí),只要連續(xù)的改變t就可連續(xù)的使U0由0變化到U,從而達(dá)到連續(xù)改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的目的c、正反轉(zhuǎn)原理：為使電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)雙向調(diào)速,多采用橋式電路,電橋由四個(gè)大功率晶體管VT1~VT4組成。在VT1和VT3的基極上加以正脈沖的同時(shí),在VT2和VT4上的基極上加負(fù)脈沖,此時(shí)VT1和VT3導(dǎo)通,VT2和VT4截止,電流沿路流通,設(shè)此為正向,反之則為負(fù)向。步進(jìn)電機(jī)又稱脈沖電動(dòng)機(jī)。它是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)械角位移的執(zhí)行元件。轉(zhuǎn)子角位移的大小及轉(zhuǎn)速分別與輸入的電脈沖數(shù)及其頻率成正比,并在時(shí)間上與輸入脈沖同步。步進(jìn)電機(jī)具有以下特點(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?yōu)椤傲恪?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”。因此,步進(jìn)電機(jī)廣泛應(yīng)用于開環(huán)控制的機(jī)電一體化系統(tǒng),使系統(tǒng)簡(jiǎn)化,并可靠地獲得較高的位置精度。35?按照旋轉(zhuǎn)式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)可分為： 1)可變磁阻型 2)永磁型3)混合型36.從一相通電換接到另一相通電稱為一拍，每一拍轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)步距角。步距角的大小與通電方式和轉(zhuǎn)子齒數(shù)有關(guān)，其大小可用下式計(jì)算：o=360/(zm)Z轉(zhuǎn)子的齒數(shù)m運(yùn)行的拍數(shù)相數(shù)環(huán)形分配方式名稱系數(shù)K3A->B*C*A■*。。。三相單三拍13三相雙三拍?AB*BC■*CA*AB…13Lab*b*bc*c*ca*a三相六拍24A*B*C*D*A…四相單四拍1四相雙四拍AB*BC"*CD*DA*AB *四相八拍1A*AB亠B"*BC C*CD*D*DA乍七137?靜態(tài)穩(wěn)定區(qū)：當(dāng)失調(diào)角B在-n到n的范圍內(nèi)時(shí)，若去掉負(fù)載轉(zhuǎn)矩T,轉(zhuǎn)子仍能回到初始穩(wěn)定平衡位置，因此-nn的區(qū)域稱步進(jìn)電機(jī)的靜態(tài)穩(wěn)定區(qū)。電動(dòng)機(jī)在連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)下，其電磁轉(zhuǎn)矩隨控制頻率的升高二逐步下降。p114到p115的仔細(xì)看38?功率放大器單電壓功率放大電流P116圖3.21電路工作原理：無脈沖時(shí)，VT1和VT2均截止，繞組W中無電流；有脈沖時(shí)，VT1和VT2相繼導(dǎo)通，繞組W中電流上升；③脈沖結(jié)束時(shí)，VT1截止，然后VT2截止，W與電源斷開，W通過R與VD進(jìn)行能量泄放。（2）高低壓功率放大電路 P117圖3.22電路工作原理：無脈沖時(shí)，VT1,VT2,VT3,VT4均截止，W無電流；有脈沖時(shí)，VT1,VT2,VT4相繼導(dǎo)通，TI產(chǎn)生感應(yīng)電流，VT3導(dǎo)通,Iw迅速上升，VT2穩(wěn)定導(dǎo)通，感應(yīng)電流消失，VT3截止；脈沖持續(xù)時(shí)，w由+12V供電，保持剛放大的Iw；脈沖結(jié)束時(shí)，VT1,VT2,VT4相繼截止，w上電流下降。（3）恒流源功率放大電路 P118圖3.23電路工作原理：無脈沖時(shí)，VT1導(dǎo)通；有脈沖時(shí)，VT1截止，VT2，VT3導(dǎo)通，隨脈沖持續(xù)，Iw逐漸上升；脈沖結(jié)束時(shí)，VT1導(dǎo)通，VT2，VT3截止，R通過R5，VD泄放能量。（4）斬波恒流功率放大電路 P118圖3.24電路工作原理：無脈沖時(shí)，VF2截止，Y輸出1，VT導(dǎo)通，w無電流；有脈沖時(shí)，VF2導(dǎo)通，Y輸出0，VT截止，VF1導(dǎo)通，Iw上升，U1上升，當(dāng)U1>Ur時(shí)，CP輸出0，Y輸出1，Iw下降，CP輸出1，Y輸出0,Iw上升…….一直循環(huán)；③脈沖結(jié)束時(shí)，Y輸出1，w與電源斷開，Iw下降2.細(xì)分驅(qū)動(dòng)要實(shí)現(xiàn)細(xì)分，需要將繞組中的矩形電流波改成階梯形電流波，即設(shè)法使繞組中的電流以若干個(gè)等幅等寬度階梯上升到額定值，并以同樣的階梯從額定值下降為零。注：這份復(fù)習(xí)資料我們要特別感謝魏麗青、吳翠萍同學(xué)的積極參與，復(fù)習(xí)內(nèi)容還是相當(dāng)多的，請(qǐng)大家結(jié)合書本認(rèn)真復(fù)習(xí)。多多與同學(xué)分享。祝大家考個(gè)好成績(jī)。劉丹?1、簡(jiǎn)述機(jī)電一體化系統(tǒng)發(fā)展的過程？其發(fā)展受哪些因素影響？?2、舉例說明機(jī)電一體化系統(tǒng)的五個(gè)子系統(tǒng)及其對(duì)應(yīng)功能?3、接口在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的地位?4、如何理解機(jī)電一體化系統(tǒng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)？?5、機(jī)電一體化系統(tǒng)的三大目的功能？?6、滾珠絲杠螺母副為何需要軸