2013四川理工机电一体化课程复习资料(DOC)

1.机电一体化技术的内涵是微电子技术和机械技术渗透过程中形成的一个新概念。2.机电一体化系统（产品）是机械技术和微电子技术的有机结合。3.工业三大要素是物质、能源、信息；机电一体化工程研究所追求的三大目标是：省能源、省资源、智能化。4.机电一体化研究的核心技术是接口问题。5.机电一体化系统（产品）构成的五大部分（或子系统）是：机械系统、电子信息处理系统、能源系统、传感信息系统、执行控制系统。6.机电一体化接口按输入/输出功能分类机械接口、物理接口、信息接口、环境接口。7.机电一体化系统（产品）按设计类型分为：开放性设计、适应性设计、变异性设计。8.机电一体化系统（产品）按机电融合程度分为：机电互补法、机电结合（融合）法、机电组合法。9.机电一体化技术是在机械的主功能、动力功能、信息功能、控制功能基础上引入微电子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机地结合所构成系统的总称。10.机电一体化系统实现三大功能（变换、传递、存储）应具有的两大重要特征（转换作用方式）：以能源转换为主和以信息转换为主。11.丝杠螺母机构的基本传动形式有：螺母固定丝杆转动并移动、丝杆转动螺母移动、螺母转动丝杆移动、丝杆固定螺母转动并移动四种形式。12.滚珠丝杠副按螺纹滚道截面形状分为单圆弧和双圆弧两类；按滚珠的循环方式分为外循环和内循环两类。13.滚珠丝杠副轴向间隙调整与预紧的基本方法有：双螺母螺纹预紧调整、双螺母齿差预紧调整、双螺母垫片调整预紧、弹簧自动调整预紧四种方式。14.滚珠丝杠副常选择的支承方式有：单推——单推式、双推——双推式、双推——简支式、双推——自由式。15.机电一体化系统（产品）常用齿轮传动形式有定轴轮系、行星轮系和谐波轮系三种形式。16.在机电一体化系统机械传动中，常用的传动比分配原则有：重量最轻原则、转动惯量最小原则、传动精度最优原则等。17.常用导轨副的截面形式有：三角形导轨、矩形导轨、燕尾形导轨、圆形导轨四种形式。18.导轨刚度主要指：结构刚度、接触刚度和局部刚度。19.机电一体化系统（产品）中，常可选择的执行元件：电磁式、液压式、气压式和其他形式的执行元件。20.电动机的工作特性分为恒转矩工作和恒功率工作两个阶段，其转折点的转速和功率分别称为：额定转速和额定功率；伺服电动机用于调速控制时，应该工作在恒转矩工作阶段。21.步进电机按转子结构形式可分为：反应式步进电机、永磁式步进电机、混合式步进电机三种。22.步进电机的工作方式有：单拍工作方式和倍拍工作方式。23.步进电机的开环控制精度主要由步进电机的结构形式和工作方式决定的；为了进一步提高步进电机的控制精度，可以采用细分电路来提高控制精度。24.依据步进电机的工作原理，步进电机的驱动控制电路主要由：方向控制电路、环形分配电路、驱动放大电路等组成。25.机电一体化系统中，常用的微型计算机类型有：单片机控制系统、单板机控制系统、工业微型计算机控制系统三种。26.提高机电一体化控制系统工作可靠性的措施主要有：隔离技术、屏蔽技术和滤波技术。27.常用传感器主要分为模拟信号检测传感器、数字信号检测传感器、开关信号检测传感器三种形式。28.机电有机结合分析设计方法主要有稳态设计方法和动态设计方法两种。29.在机电一体化系统稳态设计的负载分析中，常见的典型负载形式有：惯性负载、外力负载、内力负载、弹性负载、摩擦负载等。30.在进行机械系统负载和转动惯量的等效中，遵循的基本原则是能量守恒定律。1.机电一体化技术（或产品）的定义。（P1）答：“机电一体化”是微电子技术向机械工业渗透过程中逐渐形成的一个新概念，机电一体化技术是精密机械技术、微电子技术和信息技术等各相关技术有机结合的一种新形式，是在机械的主功能、动力功能、信息功能和控制功能上引进微电子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机结合而构成的系统的总称。2.机电一体化系统或产品设计的目的是什么？答：机电一体化的目的是使系统（产品）高附加价值化，即多功能化、高效率化、高可靠化、省材料省能源化，并使产品结构向轻、薄、短、小巧化方向发展，不断满足人们生活的多样化需求和生产的省力化、自动化需求。3.机电一体化系统（产品）的主要构成单元或组成部分有哪些？答：机电一体化系统（产品）由机械系统（机构）、电子信息处理系统（计算机）、动力系统（动力源）、传感检测系统（传感器）、执行元件系统（如电动机）等五个子系统组成。4、简述机电一体化系统或产品的机电结合（融合）设计方法。答：机电结合法是将各组成要素有机地结合为一体构成专用或通用的功能部件（子系统），其要素之间机电参数的有机匹配比较充分。5、简述机电一体化系统（产品）的机电组合设计方法，特点是什么？答：机电一体化系统（产品）的机电组合设计方法是将机电结合法制成的功能部件（子系统）、功能模块，组合成各种机电一体化系统（产品），故称为组合法。特点：在新产品（系统）系列及设备的机电一体化改造中应用这种方法，可以缩短设计及研制周期、节约工装设备费用，且有利于生产管理、使用和维修。6.机械传动系统在机电一体化系统（产品）中的基本功能和作用是什么？答：基本功能：是传递力/转矩和速度/转速，实质上是一种转矩，转速变换器。作用：是使执行元件与负载之间在转矩与转速方面得到最佳匹配。7.简答机电一体化机械传动的主要功能，目的，基本要求。答：主要功能：传递力/转矩和速度/转速，位移/转角。目的：是使执行元件和负载之间在转矩和转速方面得到最佳匹配；基本要求：传动间隙小、精度高、体积小、重量轻、运动平稳、传递转矩大。8.机电一体化系统（产品）的机械部分与一般机械系统相比，应具备哪些特殊要求？答：（1）较高的定位精度；（2）良好的动态响应特性，就是说响应要快、稳定性要好、收敛时间合理；（3）为确保机械系统的传动精度和工作稳定性，在设计中，要满足无间隙、低摩擦、低惯量、高刚度的要求。（4）满足高谐振频率、适当的阻尼比的要求。9.简述滚珠丝杠传动装置的组成，结构和应用特点。答：（1）组成：滚珠丝杠传动装置由带螺旋槽的丝杆、螺母、滚动元件和回珠装置四部分组成。（2）结构：当丝杆转动时，带动滚珠沿螺纹滚道滚动，为防止滚珠从滚道端面掉出，在螺母的螺旋槽两端设有滚珠回程引导装置构成滚珠的循环返回通道，从而形成滚珠流动的闭合通道。滚珠丝杠副的结构类型从螺纹滚道的截面形状可分为单圆弧形和双圆弧形螺纹滚道；按滚珠的循环方式可分为内循环和外循环方式；按消除轴向间隙的调整方式分为双螺母螺纹预紧调整式、双螺纹齿差预紧调整式、双螺纹垫片预紧调整式和弹簧式自动调整预紧式。（3）特点：阻尼小，传动效率高，合理的结构设计，可以实现无间隙工作；轴向刚度高（即通过适当预紧可消除丝杠与螺母之间的轴向间隙）、运动平稳、传动精度高、不易磨损、使用寿命长等；不能自锁，具有传动的可逆性。10.试分析齿轮传动中，定轴传动、行星传动、谐波传动的组成与传动特点。答：（1）定轴传动、组成：定轴传动由圆柱齿轮传动，圆锥齿轮传动，蜗轮蜗杆传动。特点：结构简单，传递可靠，用几何特性来实现传动。（2）行星传动、组成:行星传动主要是由传动齿轮，定位齿轮，行星轮和行星架组成。特点:结构紧凑，可实现传动比很大，由几何特性和机构传动原理来实现传动。（3）谐波传动、组成：谐波齿轮传动由钢轮、柔轮和波形发生器组成；特点：结构紧凑、体积小、质量轻、传动比大（几十~几百）、传动精度高、回程误差小、噪声低、传动平稳、承载能力强、效率高，可以向密封空间传递运动和动力、由几何特性和材料弹性变化特性实现传动。11.滚动导轨副应达到的基本要求。答：导向精度高、耐磨性高、足够的刚度、良好的工艺性、严格的导向运动规律、摩擦小、充分润滑、自润性和自溶性好。12.导轨的刚度所包含的主要内容有哪些？以及各部分对导轨副的导向精度影响如何？答：抵抗恒定载荷的能力为静刚度、抵抗变载荷的能力为动刚度。载荷引起的导轨变形一般有自身、局部和接触三种变形，导轨刚度也包含导轨自身刚度、局部刚度和接触刚度。自身刚度影响导轨副本身结构上等高、等距的要求，从而影响导向精度；局部刚度影响导轨副载荷集中部位的表面质量，从而影响导向精度；接触刚度影响平面的微观不平度，即导轨副本身的平面度，从而影响导向精度；影响整体导向支撑精度、影响导向面精度、造成导轨在使用中存在局部缺陷造成某部分的误差的突变(P56)13.机电一体化系统（产品）对执行元件的基本要求是什么？答：（1）惯量小、转矩大（2）体积小、重量轻（3）便于维修、安装（4）宜于实现自动化控制14.机电一体化系统对伺服控制电动机的基本要求。答：（1）性能密度大，即功率密度和比功率大；（2）快速性好，即加速转矩大，频响特性好；（3）位置控制精度高、调速范围宽、低速运行平稳无爬行现象、分辨力高、振动噪声小；（4）易于与计算机对接，实现计算机控制（5）能适应频繁启动、可靠性高、寿命长。15.常用伺服电动机有哪些工作特点？答：两个工作区。恒转矩工作区和恒功率工作区、在一定条件下可牺牲一定功率提高转矩使其在恒转矩工作区工作。（1）DC伺服电机的主要特点：①高响应特性；②高功率密度（体积小、质量轻）；③可实现高精度数字控制；④接触换向部件（电刷和整流子）需要维护。（2）晶体管式无刷直流伺服电机和永磁同步型AC伺服电机的主要特点：①无接触换向部件；②需要磁极位置检测器（如同轴编码器等）；③具有DC伺服电机的全部优点（高响应特性、高功率密度（体积小、质量轻）、可实现高度数字控制）。（3）感应型（矢量控制）AC伺服电机的主要特点：①对定子电流的激励分量和转矩分量分别控制；②具有DC伺服电机的全部优点（高响应特性、高功率密度（体积小、质量轻）、可实现高精度数字控制）。（4）步进电机的主要特点①转角与控制脉冲数成比例，可构成直接数字控制；②有定位转矩；③可构成廉价的开环控制系统。补充：伺服电动机又称执行电动机，在自动控制系统中，用作执行元件，把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。分为直流和交流伺服电动机两大类。工作特点：当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降。16.对于伺服电动机半闭环控制系统而言，控制系统的主要构成有哪些？答：主要指令控制器、反馈调节器、功率放大与整形电路、执行元件、工作台、运算处理电路、驱动电路、伺服电机、速度传感器、位置检测传感器。17.步进电机驱动控制电路设计的基本要求是什么？答：控制输入电脉冲的数量及频率，以精确控制步进电动机的转角和转速。18.简述机电一体化系统（产品）对检测传感器的基本要求。答：（1）体积小、重量轻、对整机的适应性好；（2）精度和灵敏性高、响应快、稳定性好、信噪比高；（3）安全可靠性高、寿命长；（4）便于与计算机连接；（5）不易受被检测对象的影响，也不影响外部环境；（6）对环境条件适应能力强；（7）现场安装处理简单、操作性能好；（8）价格便宜。19.简答通用微机控制系统核心部件，通用微机控制系统的构成与特点。答：（1）通用微机控制系统的核心部件：主控制微机和可编程控制器（2）通用微机控制系统的构成：主控制微机、执行元件、检测传感器、接口、应用软件等组成具有较好通用能力的控制器。软件采用通用平台软件系统；（3）通用微机控制系统的特点：具有可靠性高，适应性强，但成本高，应采取一定的抗干扰措施等特点。适用于多品种，中小批量生产的机电一体化产品。20.简答专用微机控制系统核心部件，专用微机控制系统的构成与特点。答：（1）专用微机控制系统的核心部件：通用IC芯片或重新设计制作的专用集成电路、单片机、单板机；（2）专用微机控制系统的构成：通用IC芯片或重新设计制作的专用集成电路组成的控制系统、执行元件、检测传感器等；（3）专用微机控制系统的特点：软件采用专用机器代码或语言，可靠性强，成本低，但适应能力差，用于大批量生产的机电一体化产品。21.光电隔离电路的组成有哪些？主要作用是什么？答：（1）光电隔离电路的组成主要是光电耦合器的光电信号转换元件输入电路、光源、光敏元件、输出放大电路组成；（2）主要作用：①可将输入与输出端两部分电路的地线