機電一體化系統(tǒng)設(shè)計重點知識總結(jié)

1、機電一體化系統(tǒng)的組成要素及其功能。

機械單元：構(gòu)造功能、動力單元：驅(qū)動功能、傳感單元：檢測功能、控制單元：控制功能、執(zhí)行單元：執(zhí)行功能。

機電一體化的定義：機電一體化是一種技術(shù)，是機械工程技術(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)。

直齒圓柱齒輪傳動機構(gòu)消除側(cè)隙的方法：偏心套軸調(diào)整，雙片薄齒輪錯齒調(diào)整。典型的負載特性有：恒轉(zhuǎn)矩，恒功率，轉(zhuǎn)速函數(shù)型。機械傳動結(jié)構(gòu)中常用的線性環(huán)節(jié)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，物理接口，信息接口，環(huán)境接口作用：用于機電一體化系統(tǒng)的組成要素之間進行物質(zhì)、能量和信息的傳遞和交換。3、機電一體化的相關(guān)技術(shù)：機械技術(shù)、信息處理技術(shù)、自動控制技術(shù)、伺服傳動技術(shù)、檢測傳感技術(shù)、系統(tǒng)總體技術(shù)。列舉一種機電一體化產(chǎn)品的應(yīng)用實例，并分析各產(chǎn)品中相關(guān)技術(shù)應(yīng)用情況。例如：數(shù)控機床是一種機電一體化產(chǎn)品，它的機械技術(shù)主要來源于傳統(tǒng)機床，就是執(zhí)行各種加工零件的動作，它的信息處理技術(shù)，主要是對數(shù)控加工程序進行處理，然后發(fā)出指令，為保證加工精度，也采用伺服傳動系統(tǒng)。

4、機電一體化系統(tǒng)原理方案設(shè)計的步驟和方法：創(chuàng)造性方法、功能分析設(shè)計法、商品化設(shè)計思想及方法、評價與決策方法、變型產(chǎn)品設(shè)計中的模塊化方法和相似產(chǎn)品系列設(shè)計方法等。5、機電一體化系統(tǒng)原理方案設(shè)計的功能分析法是從系統(tǒng)功能出發(fā)，通過技術(shù)過程的分析，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、機電一體化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案設(shè)計遵循的基本原理和原則:運動學(xué)設(shè)計原理、平均效應(yīng)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(tǒng)結(jié)構(gòu)方案設(shè)計的設(shè)計基本原理:任務(wù)分配原理、自補償原理、力傳遞原理、變形協(xié)調(diào)原理、力平衡原理、等強度原理、穩(wěn)定性原理、降低噪聲原理和提高精度原理。7、在機電一體化系統(tǒng)原理方案設(shè)計時，為什么要進行抽象化設(shè)計？

進行抽象化設(shè)計，可以使設(shè)計人員暫時拋棄那些偶然情況和枝節(jié)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(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)計方案。通過抽象化，設(shè)計人員可不涉及具體解決方案，就能清晰的掌握所設(shè)計的產(chǎn)品的基本功能和主要約束條件，從而抓住了設(shè)計中的主要矛盾，這樣就可以把思維注意力集中到關(guān)鍵問題上來，確定產(chǎn)品的總功能。

8、步進電動機有哪些特點？主要特點：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)成廉價的開環(huán)控制系統(tǒng)。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(zhuǎn)速的升高而下降4．步進電機低速時可以正常運轉(zhuǎn),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(zhuǎn)子所轉(zhuǎn)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

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(xù)工作頻率fmax（遠遠大于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）、動態(tài)矩頻特性

10、步進電動機的工作原理：以數(shù)控機床上常用的反應(yīng)式步進電動機為例：反應(yīng)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(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(fù)同一過程，而此電極對齊。如此循環(huán)達到轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動起來，而通電電極數(shù)若較為連續(xù)，轉(zhuǎn)子頻率就會提高，從而運轉(zhuǎn)會平穩(wěn)。11、動力元件種類：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”構(gòu)成，即傳動軸格線、轉(zhuǎn)速格線、傳動線和轉(zhuǎn)速點。應(yīng)遵循的原則：1應(yīng)盡量使總的傳動副數(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比及變速范圍5合理分配傳動比的數(shù)值

13、傳動系統(tǒng)的功能：減速或加速，變速，改變運動規(guī)律和形式，傳遞和分配動力，必要時中斷傳動

14、傳動系統(tǒng)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(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，以適應(yīng)工作機構(gòu)的需要；

啟停和換向裝置：用來控制執(zhí)行機構(gòu)的啟動、停止及改變運動方向；

制動裝置：用于使機械減速和停止運動，有時也用作調(diào)節(jié)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(zhí)行系統(tǒng)的組成包括哪幾個部分？

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)行機構(gòu)：位于動力元件和傳動系統(tǒng)之間的機械裝置

16、典型的執(zhí)行系統(tǒng)：夾持器、搬運裝置、輸送裝置、分度與轉(zhuǎn)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(guān)、光柵傳感器、感應(yīng)同步器、旋轉(zhuǎn)編碼器18、轉(zhuǎn)速檢測傳感器：測速發(fā)電機、光電式轉(zhuǎn)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(qū)動電源包括：脈沖發(fā)生器、脈沖分配器（使電動機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）、細分驅(qū)動。21、為什么要采用功率放大器？答：從計算機輸出口或從環(huán)形分配器輸出的脈沖電流一般只有幾個毫安，不能直接驅(qū)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(qū)動電動機運轉(zhuǎn)。

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(qū)動方式和晶體管脈寬直流驅(qū)動方式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），移動支承部件(導(dǎo)向精度高，剛度好，耐磨，運動靈活和平穩(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：滑動導(dǎo)軌和滾動導(dǎo)軌。按受力情況分類：開式導(dǎo)軌和閉式導(dǎo)軌；特點：導(dǎo)向精度好，剛性好，耐磨，運動靈活和平穩(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(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，低速運行平穩(wěn)無爬行現(xiàn)象，分辨率高，振動噪聲小，適應(yīng)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(tǒng)設(shè)計知識點整理

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

機電一體化是指在機構(gòu)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(shù)，將機械裝置與電子化設(shè)計及軟件結(jié)合起來所構(gòu)成的系統(tǒng)的總稱。

機電一體化系統(tǒng)的功能構(gòu)成：機械本體、動力與驅(qū)動部分、執(zhí)行機構(gòu)、傳感測試部分、控制及信息處理部分。

機械本體：系統(tǒng)所有功能元素的機械支持結(jié)構(gòu)，包括機身、框架、聯(lián)接等。動力與驅(qū)動部分：按照系統(tǒng)控制要求，為系統(tǒng)提供能量和動力使系統(tǒng)正常運行。執(zhí)行機構(gòu)：根據(jù)控制信息和指令，完成要求的動作。傳感測試部分：對系統(tǒng)運行中所需要的本身和外界環(huán)境的各種參數(shù)及狀態(tài)進行檢測，變成可識別信號，傳輸?shù)叫畔⑻幚韱卧�，�?jīng)過分析、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(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)的指令控制整個系統(tǒng)有目的地運行。

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

機械設(shè)計技術(shù)、計算機與信息處理技術(shù)、系統(tǒng)技術(shù)、自動控制技術(shù)、傳感與檢測技術(shù)、伺服傳動技術(shù)

3、試舉出十例典型的機電一體化產(chǎn)品。

數(shù)控機床、工業(yè)機器人、發(fā)電機控制系統(tǒng)、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(fù)印機、磁盤存儲器。4、常用的機械傳動機構(gòu)有哪些？各有何特點？

傳動機構(gòu)種類：齒輪傳動副、滾珠絲杠副傳動系統(tǒng)、同步齒形帶、諧波齒輪減速器、軟軸傳動、聯(lián)軸器、滾珠花鍵等機構(gòu)。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(wěn)，無爬行現(xiàn)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(fù)雜。（7）不能自鎖。同步帶傳動的特點

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

（3）不需要潤滑，耐油、水、耐高溫，耐腐蝕，維護保養(yǎng)方便；（4）強度高，厚度小，重量輕；

（5）中心距要求嚴格，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(wěn)。（6）傳動效率高。

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

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

滾動導(dǎo)軌的特點：①摩擦系數(shù)�。�0.003-0.005），運動靈活。②動、靜摩擦系數(shù)基本相同，啟動阻力小，不易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象。③可以預(yù)緊，剛度高。④壽命長。⑤精度高。⑥潤滑方便，一次裝填潤滑脂，長期使用�；瑒訉�(dǎo)軌的特點：①摩擦系數(shù)大，運動不靈活。

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(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)字信號而隔離電磁干擾，簡稱對數(shù)字信號進行隔離。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)字信號輸入端的耦合傳送。

7、對比分析說明三極管輸出驅(qū)動、繼電器輸出驅(qū)動與固態(tài)繼電器輸出驅(qū)動電路的特點。

三極管輸出驅(qū)動：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：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)動電路：體積小、開關(guān)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(chǎn)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(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：放大作用，使柵距的節(jié)距誤差平均化；莫爾條紋的移動與柵距成正比；根據(jù)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(tài)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(jié)構(gòu)簡單，動態(tài)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(jié)構(gòu)簡單、動態(tài)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(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：檢測精度高磁電式角位移傳感器：

１０、設(shè)計一步進電機開環(huán)控制的系統(tǒng)，已知系統(tǒng)的脈沖當量為0.01MM,采用步進電機直接聯(lián)絲杠的驅(qū)動方式.絲杠的螺距為6MM,試問:（10分）（1）步進電機的步距角選多大為佳?

（2）當采用五相十拍的混合步進電機時,如果要使工作臺的移動速度達到2米/分,步進電機的運行頻率是多少?

（3）如果選定的步進電機矩-頻特性見下表,當系統(tǒng)等效到電機軸的負載轉(zhuǎn)矩為3.5N.M時,該電機能否以(2)所求得的運行頻率順利啟動?如果不可以在不改動所選擇的電機情況下可以采取哪些措施來滿足要求?

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

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