機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)重點(diǎn)知識(shí)總結(jié)

1、機(jī)電一體化系統(tǒng)的組成要素及其功能。

機(jī)械單元：構(gòu)造功能、動(dòng)力單元：驅(qū)動(dòng)功能、傳感單元：檢測(cè)功能、控制單元：控制功能、執(zhí)行單元：執(zhí)行功能。

機(jī)電一體化的定義：機(jī)電一體化是一種技術(shù)，是機(jī)械工程技術(shù)吸收微電子技術(shù)、信息處理技術(shù)、控制技術(shù)、傳感技術(shù)等融合而成的一門新技術(shù)。機(jī)電一體化系統(tǒng)的類型：開發(fā)型，變異型，適應(yīng)型。滾珠絲杠中滾珠的循環(huán)方式：內(nèi)循環(huán)，外循環(huán)。

直齒圓柱齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)消除側(cè)隙的方法：偏心套軸調(diào)整，雙片薄齒輪錯(cuò)齒調(diào)整。典型的負(fù)載特性有：恒轉(zhuǎn)矩，恒功率，轉(zhuǎn)速函數(shù)型。機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)中常用的線性環(huán)節(jié)有：齒輪，帶傳動(dòng)。

2、機(jī)電一體化中的接口的種類和作用。答：機(jī)械接口，物理接口，信息接口，環(huán)境接口作用：用于機(jī)電一體化系統(tǒng)的組成要素之間進(jìn)行物質(zhì)、能量和信息的傳遞和交換。3、機(jī)電一體化的相關(guān)技術(shù)：機(jī)械技術(shù)、信息處理技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、伺服傳動(dòng)技術(shù)、檢測(cè)傳感技術(shù)、系統(tǒng)總體技術(shù)。列舉一種機(jī)電一體化產(chǎn)品的應(yīng)用實(shí)例，并分析各產(chǎn)品中相關(guān)技術(shù)應(yīng)用情況。例如：數(shù)控機(jī)床是一種機(jī)電一體化產(chǎn)品，它的機(jī)械技術(shù)主要來(lái)源于傳統(tǒng)機(jī)床，就是執(zhí)行各種加工零件的動(dòng)作，它的信息處理技術(shù)，主要是對(duì)數(shù)控加工程序進(jìn)行處理，然后發(fā)出指令，為保證加工精度，也采用伺服傳動(dòng)系統(tǒng)。

4、機(jī)電一體化系統(tǒng)原理方案設(shè)計(jì)的步驟和方法：創(chuàng)造性方法、功能分析設(shè)計(jì)法、商品化設(shè)計(jì)思想及方法、評(píng)價(jià)與決策方法、變型產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的模塊化方法和相似產(chǎn)品系列設(shè)計(jì)方法等。5、機(jī)電一體化系統(tǒng)原理方案設(shè)計(jì)的功能分析法是從系統(tǒng)功能出發(fā)，通過(guò)技術(shù)過(guò)程的分析，確定技術(shù)系統(tǒng)的效應(yīng)，然后尋找解決的途徑，其步驟與方法如下圖所示：

6、機(jī)電一體化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)遵循的基本原理和原則:運(yùn)動(dòng)學(xué)設(shè)計(jì)原理、平均效應(yīng)原理、阿貝誤差原理、基準(zhǔn)重合原則、最短傳動(dòng)鏈原則、“三化”原則6.機(jī)電一體化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)基本原理:任務(wù)分配原理、自補(bǔ)償原理、力傳遞原理、變形協(xié)調(diào)原理、力平衡原理、等強(qiáng)度原理、穩(wěn)定性原理、降低噪聲原理和提高精度原理。7、在機(jī)電一體化系統(tǒng)原理方案設(shè)計(jì)時(shí)，為什么要進(jìn)行抽象化設(shè)計(jì)？

進(jìn)行抽象化設(shè)計(jì)，可以使設(shè)計(jì)人員暫時(shí)拋棄那些偶然情況和枝節(jié)問(wèn)題，突出基本的、必要的要求，這樣就便于抓住問(wèn)題核心；同時(shí)避免了構(gòu)思方案前形成的框框，可以放開視野，尋求更為合理的設(shè)計(jì)方案。通過(guò)抽象化，設(shè)計(jì)人員可不涉及具體解決方案，就能清晰的掌握所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品的基本功能和主要約束條件，從而抓住了設(shè)計(jì)中的主要矛盾，這樣就可以把思維注意力集中到關(guān)鍵問(wèn)題上來(lái)，確定產(chǎn)品的總功能。

8、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)有哪些特點(diǎn)？主要特點(diǎn)：轉(zhuǎn)角與控制脈沖數(shù)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(jià)的開環(huán)控制系統(tǒng)。步進(jìn)電機(jī)的一些特點(diǎn)1．一般步進(jìn)電機(jī)的精度為步進(jìn)角的3-5%，且不累積2．步進(jìn)電機(jī)外表允許的最高溫度3．步進(jìn)電機(jī)的力矩會(huì)隨轉(zhuǎn)速的升高而下降4．步進(jìn)電機(jī)低速時(shí)可以正常運(yùn)轉(zhuǎn),但若高于一定速度就無(wú)法啟動(dòng),并伴有嘯叫聲。9、步距角:每輸入一個(gè)脈沖信號(hào)，轉(zhuǎn)子所轉(zhuǎn)過(guò)的角度稱為步距角;脈沖當(dāng)量：是相對(duì)于每一脈沖信號(hào)的機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件的位移量

9、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)有哪些主要指標(biāo)：步矩角α（α=360°/Zm）、步矩角誤差Δα（一般為+10左右）、最高啟動(dòng)頻率fq（有空載和負(fù)載兩種）、最高連續(xù)工作頻率fmax（遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于fq）、靜態(tài)矩角特性（靜態(tài)矩角特性曲線大致為一條正弦曲線）、動(dòng)態(tài)矩頻特性

10、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理：以數(shù)控機(jī)床上常用的反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)為例：反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)分為徑向分相式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和軸向式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。對(duì)于徑向分相式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，它主要是依靠轉(zhuǎn)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(cuò)位一段齒距，當(dāng)一極通電，則會(huì)使原先錯(cuò)位的齒與齒槽對(duì)正。而另一相鄰極齒便會(huì)與齒槽錯(cuò)過(guò)一個(gè)角度待下次此極通電時(shí)，下一相鄰電極會(huì)重復(fù)同一過(guò)程，而此電極對(duì)齊。如此循環(huán)達(dá)到轉(zhuǎn)動(dòng)，而對(duì)于軸向分相式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，會(huì)由于通電方式不同而獲得的步進(jìn)角不相同，通電則會(huì)使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，而通電電極數(shù)若較為連續(xù)，轉(zhuǎn)子頻率就會(huì)提高，從而運(yùn)轉(zhuǎn)會(huì)平穩(wěn)。11、動(dòng)力元件種類：電氣式、液壓式、氣壓式

12、變速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速圖是怎樣組成的？擬定轉(zhuǎn)速圖應(yīng)遵循哪些原則？

轉(zhuǎn)速圖由“三線一點(diǎn)”構(gòu)成，即傳動(dòng)軸格線、轉(zhuǎn)速格線、傳動(dòng)線和轉(zhuǎn)速點(diǎn)。應(yīng)遵循的原則：1應(yīng)盡量使總的傳動(dòng)副數(shù)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(dòng)比及變速范圍5合理分配傳動(dòng)比的數(shù)值

13、傳動(dòng)系統(tǒng)的功能：減速或加速，變速，改變運(yùn)動(dòng)規(guī)律和形式，傳遞和分配動(dòng)力，必要時(shí)中斷傳動(dòng)

14、傳動(dòng)系統(tǒng)包括哪幾部分及各部分功能。

變速裝置：改變動(dòng)力元件的輸出轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，以適應(yīng)工作機(jī)構(gòu)的需要；

啟停和換向裝置：用來(lái)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的啟動(dòng)、停止及改變運(yùn)動(dòng)方向；

制動(dòng)裝置：用于使機(jī)械減速和停止運(yùn)動(dòng)，有時(shí)也用作調(diào)節(jié)或限制機(jī)械的運(yùn)動(dòng)速度，保證機(jī)械安全正常工作；

安全保護(hù)裝置：由電器安全保護(hù)裝置和安全離合器來(lái)承擔(dān)，起過(guò)載保護(hù)作用。15、執(zhí)行系統(tǒng)的組成包括哪幾個(gè)部分？

執(zhí)行構(gòu)件：執(zhí)行系統(tǒng)中直接完成工作任務(wù)的零部件執(zhí)行機(jī)構(gòu)：位于動(dòng)力元件和傳動(dòng)系統(tǒng)之間的機(jī)械裝置

16、典型的執(zhí)行系統(tǒng)：夾持器、搬運(yùn)裝置、輸送裝置、分度與轉(zhuǎn)位裝置、檢測(cè)裝置、施力17、位置和位移檢測(cè)傳感器種類：機(jī)械式微動(dòng)開關(guān)、光柵傳感器、感應(yīng)同步器、旋轉(zhuǎn)編碼器18、轉(zhuǎn)速檢測(cè)傳感器：測(cè)速發(fā)電機(jī)、光電式轉(zhuǎn)速傳感器19、超聲波傳感器測(cè)量距離，熱電偶傳感器測(cè)量溫度

20.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電源包括：脈沖發(fā)生器、脈沖分配器（使電動(dòng)機(jī)繞組的通電方式按照一定規(guī)律變化）、功率放大器（使脈沖電流得到放大）、細(xì)分驅(qū)動(dòng)。21、為什么要采用功率放大器？答：從計(jì)算機(jī)輸出口或從環(huán)形分配器輸出的脈沖電流一般只有幾個(gè)毫安，不能直接驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，必須采用功率放大器將脈沖電流進(jìn)行放大，使其增加到幾安培至十幾安培，從而驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。

22、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的微機(jī)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(dòng)機(jī)的控制方式：可控硅直流驅(qū)動(dòng)方式和晶體管脈寬直流驅(qū)動(dòng)方式24、支承部件種類及要求：旋轉(zhuǎn)支承部件（旋轉(zhuǎn)精度，靜剛度，抗振性，熱變形，耐磨性），移動(dòng)支承部件(導(dǎo)向精度高，剛度好，耐磨，運(yùn)動(dòng)靈活和平穩(wěn))，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(jié)構(gòu)工藝性）

25、導(dǎo)軌有哪些形式？答：按摩擦性質(zhì)分類：滑動(dòng)導(dǎo)軌和滾動(dòng)導(dǎo)軌。按受力情況分類：開式導(dǎo)軌和閉式導(dǎo)軌；特點(diǎn)：導(dǎo)向精度好，剛性好，耐磨，運(yùn)動(dòng)靈活和平穩(wěn)。

26、固定支承部件為什么要設(shè)置隔板和加強(qiáng)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(qiáng)筋主要用于提高局部剛度

27、PID調(diào)節(jié)器：比例P調(diào)節(jié)器：比例環(huán)節(jié)可提高系統(tǒng)響應(yīng)速度，但存在穩(wěn)態(tài)誤差。積分I調(diào)節(jié)器：能消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，但降低系統(tǒng)的響應(yīng)速度。

比例P積分I調(diào)節(jié)器：提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度，消除干擾所造成的影響。

28.可以測(cè)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、磁致伸縮位移傳感器。

29、控制電機(jī)的基本要求：性能密度大，快速性好，位置控制精度高，調(diào)整范圍寬，低速運(yùn)行平穩(wěn)無(wú)爬行現(xiàn)象，分辨率高，振動(dòng)噪聲小，適應(yīng)啟停頻繁的工作要求，可靠性高，壽命長(zhǎng)。

擴(kuò)展閱讀：機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)知識(shí)點(diǎn)整理

1、什么是機(jī)電一體化？機(jī)電一體化系統(tǒng)的功能構(gòu)成和定義是什么？

機(jī)電一體化是指在機(jī)構(gòu)的主功能、動(dòng)力功能、信息處理功能和控制功能上引進(jìn)電子技術(shù)，將機(jī)械裝置與電子化設(shè)計(jì)及軟件結(jié)合起來(lái)所構(gòu)成的系統(tǒng)的總稱。

機(jī)電一體化系統(tǒng)的功能構(gòu)成：機(jī)械本體、動(dòng)力與驅(qū)動(dòng)部分、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳感測(cè)試部分、控制及信息處理部分。

機(jī)械本體：系統(tǒng)所有功能元素的機(jī)械支持結(jié)構(gòu)，包括機(jī)身、框架、聯(lián)接等。動(dòng)力與驅(qū)動(dòng)部分：按照系統(tǒng)控制要求，為系統(tǒng)提供能量和動(dòng)力使系統(tǒng)正常運(yùn)行。執(zhí)行機(jī)構(gòu)：根據(jù)控制信息和指令，完成要求的動(dòng)作。傳感測(cè)試部分：對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行中所需要的本身和外界環(huán)境的各種參數(shù)及狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，變成可識(shí)別信號(hào)，傳輸?shù)叫畔⑻幚韱卧�，�?jīng)過(guò)分析、處理后產(chǎn)生相應(yīng)的控制信息。

控制及信息處理部分：將來(lái)自各傳感器的檢測(cè)信息和外部輸入命令進(jìn)行集中、儲(chǔ)存、分析、加工，根據(jù)信息處理結(jié)果，按照一定的程序和節(jié)奏發(fā)出相應(yīng)的指令控制整個(gè)系統(tǒng)有目的地運(yùn)行。

2、簡(jiǎn)要敘述機(jī)電一體化系統(tǒng)的共性關(guān)鍵技術(shù)。

機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)、計(jì)算機(jī)與信息處理技術(shù)、系統(tǒng)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳感與檢測(cè)技術(shù)、伺服傳動(dòng)技術(shù)

3、試舉出十例典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。

數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人、發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)、全自動(dòng)洗衣機(jī)、線切割機(jī)

、電火花加工機(jī)床、超聲波加工機(jī)、激光測(cè)量?jī)x、自動(dòng)探傷機(jī)、CT掃描診斷機(jī)、自動(dòng)售貨機(jī)、傳真機(jī)、錄音機(jī)、復(fù)印機(jī)、磁盤存儲(chǔ)器。4、常用的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)有哪些？各有何特點(diǎn)？

傳動(dòng)機(jī)構(gòu)種類：齒輪傳動(dòng)副、滾珠絲杠副傳動(dòng)系統(tǒng)、同步齒形帶、諧波齒輪減速器、軟軸傳動(dòng)、聯(lián)軸器、滾珠花鍵等機(jī)構(gòu)。滾動(dòng)絲杠副的特點(diǎn)：

（1）傳動(dòng)效率高、摩擦損失小。（2）定位精度高，剛度好。

（3）運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，無(wú)爬行現(xiàn)象，傳動(dòng)精度高。（4）運(yùn)動(dòng)具有可逆性。（5）磨損小，使用壽命長(zhǎng)。（6）制造工藝復(fù)雜。（7）不能自鎖。同步帶傳動(dòng)的特點(diǎn)

（1）能方便地實(shí)現(xiàn)較遠(yuǎn)中心距的傳動(dòng)；（2）工作平穩(wěn)，能吸收振動(dòng)；

（3）不需要潤(rùn)滑，耐油、水、耐高溫，耐腐蝕，維護(hù)保養(yǎng)方便；（4）強(qiáng)度高，厚度小，重量輕；

（5）中心距要求嚴(yán)格，安裝精度要求高；（6）制造工藝復(fù)雜，成本高。諧波齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)（1）傳動(dòng)比大。（2）承載能力大。（3）傳動(dòng)精度高。

（4）可以向密封空間傳遞運(yùn)動(dòng)或動(dòng)力。（5）傳動(dòng)平穩(wěn)。（6）傳動(dòng)效率高。

（7）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕。（8）柔輪和波發(fā)生器制造復(fù)雜。（9）傳動(dòng)比下限值較高。

（10）不能做成交叉軸和相交軸的結(jié)構(gòu)。5、滑動(dòng)導(dǎo)軌和滾動(dòng)導(dǎo)軌各有何特點(diǎn)?

滾動(dòng)導(dǎo)軌的特點(diǎn)：①摩擦系數(shù)�。�0.003-0.005），運(yùn)動(dòng)靈活。②動(dòng)、靜摩擦系數(shù)基本相同，啟動(dòng)阻力小，不易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象。③可以預(yù)緊，剛度高。④壽命長(zhǎng)。⑤精度高。⑥潤(rùn)滑方便，一次裝填潤(rùn)滑脂，長(zhǎng)期使用�；瑒�(dòng)導(dǎo)軌的特點(diǎn)：①摩擦系數(shù)大，運(yùn)動(dòng)不靈活。

②易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象。③剛度低。④承載能力小。⑤耐磨性較差。⑥結(jié)構(gòu)工藝性好。

6、畫圖分析說(shuō)明三極管型光電耦合隔離器的工作原理,并分析說(shuō)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(qū)、飽和區(qū)與線性區(qū)三部分。

利用光耦隔離器的開關(guān)特性（即光敏三極管工作在截止+5V+5V區(qū)、飽和區(qū)），可傳送數(shù)字信號(hào)而隔離電磁干擾，簡(jiǎn)稱對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行隔離。應(yīng)用：+數(shù)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(zhuǎn)換器與CPU或CPU與D/A轉(zhuǎn)換器之間的數(shù)字信號(hào)輸入端的耦合傳送。

7、對(duì)比分析說(shuō)明三極管輸出驅(qū)動(dòng)、繼電器輸出驅(qū)動(dòng)與固態(tài)繼電器輸出驅(qū)動(dòng)電路的特點(diǎn)。

三極管輸出驅(qū)動(dòng)：適用低壓小電流開關(guān)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(qū)動(dòng)：控制電流一定要大于繼電器的吸合電流

固態(tài)繼電器驅(qū)動(dòng)電路：體積小、開關(guān)速度快、無(wú)機(jī)械噪聲、無(wú)抖動(dòng)和回跳、壽命長(zhǎng)等8、光柵莫爾條紋是怎樣產(chǎn)生的？它具有哪些特點(diǎn)？將標(biāo)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(gè)很小的夾角，由于遮光效應(yīng)，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(xiàn)明暗相間的條紋，就形成了光柵莫爾條紋。

特點(diǎn)：放大作用，使柵距的節(jié)距誤差平均化；莫爾條紋的移動(dòng)與柵距成正比；根據(jù)莫爾條紋的移動(dòng)方向可以辨別光柵的移動(dòng)方向。

9、常見機(jī)械位移傳感器主要有哪些？并簡(jiǎn)述各自特點(diǎn)。電阻式線位移傳感器：

電感式線位移傳感器：動(dòng)態(tài)范圍寬，分辨率高，線性度好，回程誤差較大等特點(diǎn)。電容式線位移傳感器：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)態(tài)特性好，靈敏性高等特點(diǎn)。編碼式線位移傳感器：分辨率不高，易于造成編碼錯(cuò)誤。

電阻式角位移傳感器：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)態(tài)范圍大、輸出信號(hào)強(qiáng)、在圓弧形電阻器各段電阻率不一致，易于造成誤差。

旋轉(zhuǎn)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(cè)精度高磁電式角位移傳感器：

１０、設(shè)計(jì)一步進(jìn)電機(jī)開環(huán)控制的系統(tǒng)，已知系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量為0.01MM,采用步進(jìn)電機(jī)直接聯(lián)絲杠的驅(qū)動(dòng)方式.絲杠的螺距為6MM,試問(wèn):（10分）（1）步進(jìn)電機(jī)的步距角選多大為佳?

（2）當(dāng)采用五相十拍的混合步進(jìn)電機(jī)時(shí),如果要使工作臺(tái)的移動(dòng)速度達(dá)到2米/分,步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行頻率是多少?

（3）如果選定的步進(jìn)電機(jī)矩-頻特性見下表,當(dāng)系統(tǒng)等效到電機(jī)軸的負(fù)載轉(zhuǎn)矩為3.5N.M時(shí),該電機(jī)能否以(2)所求得的運(yùn)行頻率順利啟動(dòng)?如果不可以在不改動(dòng)所選擇的電機(jī)情況下可以采取哪些措施來(lái)滿足要求?

友情提示：本文中關(guān)于《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)重點(diǎn)知識(shí)總結(jié)》給出的范例僅供您參考拓展思維使用，機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)重點(diǎn)知識(shí)總結(jié)：該篇文章建議您自主創(chuàng)作。

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