机电一体化内容及答案

机电一体化原理应掌握的重要知识点（简答）第二章机械系统设计1、机电一体化共性关键技术包括机械技术、计算机与信息处理技术、检测与传感技术、自动控制技术、伺服驱动技术、系统总体技术2、机电一体化对机械系统的基本要求：1）精度高、刚度高、无间隙(或尽可能小)；2）响应快、摩擦小、惯量小、谐振频率高（高接触刚度，可避免共振）；3）稳定性好、可靠性高、阻尼合适、体积小、重量轻、寿命长等。3、机械系统的组成包括传动机构、导向机构、执行机构4、直齿圆柱齿轮传动消除侧隙的方法有偏心轴套调整法、双片薄齿轮错齿调整法5、滚珠丝杠副轴向间隙的调整和加预紧力的方法有垫片调隙式、螺纹调隙式、齿差调隙式6、滚珠丝杠副的支承方式有一端固定、一端自由；一端固定、一端游动；两端固定三种7、滚珠丝杠副的设计计算（会用公式、图表）8、谐波齿轮减速器由刚轮、柔轮和波发生器构成9、谐波齿轮减速器传动比的计算10、工业机器人的机械夹持器可分为圆弧开合型、圆弧平行开合型、直线平行开合型三种11、滚动导轨的设计计算（会用公式、图表）第三章直流电动机的工作原理及特性1、直流电动机的优缺点：优点：调速、启动、制动性能好，控制器（如降压调速）简单，短时过载能力强。缺点：结构较复杂，价格较高，换向器与电刷处有火花放电腐蚀，需定期维护（无刷直流电动机不必但更贵）。2、直流电动机与直流发电机的工作原理3、直流电动机/发电机内部的电磁感应公式：电磁转矩T=KtIa、电枢感应电动势E=Ken4、直流他励电动机的励磁绕组和电枢绕组分别由两个直流电源供电，调速性能最好；直流并励电动机的励磁绕组和电枢绕组并联，由一个直流电源供电。5、机械特性是指电动机转速与电磁转矩间的关系。6、已知直流他励电动机机械特性公式，会推导：而所以7、直流他励电动机的机械特性曲线：n0n0TTNnNaaaaRInKRIEUetKTIannTKKRKUIKRKUn02teaeaeae8、直流他励电动机的调速方法：串电阻调速、降压调速、弱磁调速9、结合直流他励电动机的机械特性曲线简述降压调速的原理、特点降压使n0下降，而Δn及斜率不变，向下平移。特点：机械特性硬，效率高，无级调速，适合准确自动控速，可用于电机启动。10、结合直流他励电动机的机械特性曲线简述串电阻调速的原理、特点：电枢总电阻为Ra+R，使Δn增大。特点：简单，机械特性变软，效率低，有级调速。11、结合直流他励电动机的机械特性曲线简述弱磁调速的原理、特点n0增大，而Δn增大剧烈得多，磁场减弱，IN不变，电机输出转矩下降。特点：机械特性变软，拖动能力下降，无级调速，用于轻载时高速（nN）运行，如机床刀架快进。12、大直流电动机为什么不允许在额定电压下直接启动？(1)启动电流太大，Ist太大会使换向器产生严重的火花,烧坏换向器；破坏电网工作。(2)启动转矩太大，启动转矩为(10~20)TN,机械冲击太大，使传动机构损坏。13、直流电动机启动方法有电枢串电阻启动、降压启动14、结合直流他励电动机的机械特性曲线简述反馈制动的原理、特点：当电机nn0时，使EU，电枢电流方向变反，因电枢电流方向改变，电磁转矩方向也改变，成为制动转矩。特点：制动转矩大，速度稳定性好，效率高，节能。15、结合直流他励电动机的机械特性曲线简述电源反接制动的原理、特点电源反接，电枢电流方向改变，所以电磁转矩方向也改变，成为制动转矩，为避免电枢电流过大，需串足够大电阻。特点：（1）设备较简单，制动转矩大，常用于反抗性负载的快速停车和快速反向运行。（2）效率低。16、结合直流他励电动机的机械特性曲线简述倒拉制动的原理、特点在电枢串入较大的电阻，使（n=0时的电磁转矩T)小于负载转矩TL，这样在位能负载转矩TL的作用下，电动机反转（n为负，下放重物），一直到D点稳定运行。特点：串入不同的电阻可灵活调整反转速度，效率低，速度稳定性较差。17、结合直流他励电动机的机械特性曲线简述能耗制动的原理、特点停止对电枢供电，并给电枢串电阻。特点：（1）简单，效率低。（2）减速较快，速度稳定性比倒拉制动好。（3）低速时制动效果较差。18、计算题第四章交流电动机工作原理及特性1、交流电动机的优缺点优点：结构简单，价格便宜，不需维护。缺点：调速、启动、制动性能差，若要性能好则控制器（如变频调速、矢量调速）复杂。2、交流异步电动机分为三相电动机与单相电动机。3、三相交流异步电动机按转子分为鼠笼式与绕线式。3、三相交流异步电动机旋转磁场的转速公式4、三相交流异步电动机的工作原理三相定子绕组通入三相交流电产生旋转磁场，转子导体切割磁力线产生感应电动势与感应电流，进而产生电磁转矩使转子旋转，因磁场转速n0需比转子转速n快才能正常切割磁力线，故称为异步电动机，又称为感应电动机。)/(pf60n10分转5、转差率公式6、转子电流频率7、转子电流、功率因数同转差率（转速）间的关系，P59图5.20n00n8、结合三相交流异步电动机的机械特性曲线简述降压调速的原理、特点因为由机械特性公式可知减小U会使T大大下降。特点：机械特性变软，拖动能力（Tst,Tmax）大大下降，无级调速，低速时效率低。9、结合三相交流异步电动机（绕线式）的机械特性曲线简述转子电路串电阻调速的原理、特点。绕线式异步电动机转子电路串联不同的电阻时，其n0和Tmax不变，但Sm随外加电阻的增大而增大，故电动机转速减小。特点：简单，机械特性变软，有级调速，低速时效率低，启动性能明显提高。10、结合三相交流异步电动机的机械特性曲线简述变频调速（额定频率以下）的原理、特点,需使不变，即交流电压随频率成比例下降，转速下降。特点：机械特性硬，效率高，属恒转矩调速，启动性能大大提高，适合准确自动控速。11、负载常分为恒转矩负载、恒功率负载、风机类负载，电动机多工作在恒转矩方式（额定转矩）12、为什么说异步电动机启动性能差？见书本P66（图5.28的右边一段文字）“异步电动机···········一般启动转矩Tst=0.8~1.5TN，而启动电流Ist=5~7IN”13、结合三相交流异步电动机的机械特性曲线简述反馈制动的原理、特点见书本P85（第一段前面两句话）特点：制动转矩大，速度稳定性好，效率高，节能。14、结合三相交流异步电动机的机械特性曲线简述电源反接制动的原理、特点将三相电源线中的任意两相对调，旋转磁场反向旋转，从而制动，因电流很大，对于线绕式电机需转子电路串电阻，对于鼠笼式电机则在定子电路串电阻，但制动转矩大大下降。12Sff%100nnns00I2s1I2,2cosO2cos12202222)SX(RUSRKT可知由1111UNf44.4E11fU特点：简单，制动转矩较大(线绕式),效率低。15、结合三相交流异步电动机的机械特性曲线简述倒拉制动的原理、特点串大电阻使机械特性很软，进入倒拉制动状态。特点：串入不同的电阻可灵活调整反转速度，效率低，速度稳定性较差。16、结合三相交流异步电动机的机械特性曲线简述能耗制动的原理、特点断开三相电源，向定子绕组通入直流电，形成固定磁场，转子电磁感应产生制动转距，与直流电动机能耗制动原理相同。特点：简单，效率低。减速较快，速度稳定性比倒拉制动好。17、同步电动机的启动方法有异步启动、利用变频调速装置低频启动18、计算题第五章步进电动机传动控制系统1、步进电动机的优缺点优点：用于位置与速度控制最简单，且没有累积误差。缺点：功率小（如几百瓦以下），伺服精度不很高。2、步进电动机常分为反应式步进电动机、永磁式步进电动机、混合式步进电动机3、根据P408图13.3简述步进电机的工作原理当A相定子齿与转子齿对齐时，B相定子齿与转子齿顺时针方向错开1/3转子齿距角τ(图中30)，C相定子齿与转子齿逆时针方向错开1/3转子齿距角τ(30)。（详见P407~408）4、对于三相步进电机，当A相定子齿与转子齿对齐时，B相定子齿与转子齿顺时针方向错开1/3转子齿距角，对于五相步进电机则错开1/5转子齿距角5、通电相序A→B→C→A（单三拍）、AABBBCCCAA（单双六拍）等6、一个通电循环，转子转1个齿7、步进电动机的计算8、步进电机驱动系统框图：9、环形分配器：用于将步进脉冲转换成通电相序。10、步进电机驱动的特点①各相定子绕组工作在脉冲供电方式下理想绕组电流I：②各相绕组有较大电感，阻碍电流变化实际电流I：故步进电机高速（高频）性能差，需改进驱动电路，使绕组电流尽可能上升快、下降快，如斩波恒流驱动。11、根据单电压限流型驱动电路图简述其工作原理、特点，会画续流电路如右图大功率晶体管VT导通(饱和)则电机绕组通电，VT关断则绕组断电。VT导通绕组电流I：时间常数：环形分配器功率放大器步进电机A相(mA级)B相(mA级)C相(mA级)A相(A级)B相(A级)C相(A级)步进脉冲通电相序RrLS)S(U)S(I1TSkRrLS1)S(U)S(IRrLTRDL,rRV3ΩIC+UVT特点：简单，电流上升速度加快，效率低，用于小电机。续流电路：12、根据斩波恒流驱动电路图简述其工作原理、特点，会画续流电路通过采样电阻Re测绕组电流I，I≥Imax则关高压管VT1，低压给绕组供电，I≤Imin则开VT1，高压给绕组供电，使电流基本恒定。特点：电流上升速度大大提高，启动力矩大，高频（高速）性能大大提高，效率高，可灵活控制绕组电流，低频时减小电流以免振动厉害。续流电路：13、常用的步进电动机驱动电路有单电压限流型驱动电路、高低压切换型驱动电路、斩波恒流驱动电路、调频调压驱动电路、细分驱动电路等第六章可编程控制器1、可编程控制器采用循环扫描的方式工作2、可编程控制器输入/输出接口电路中常用光电耦合器隔离强电对弱电的干扰3、等效继电器：400--407输入继电器430--437输出继电器450—457定时继电器460—467计数继电器100--277辅助继电器4、PLC的外部接线图与梯形图程序设计（对输入/输出/定时/辅助继电器的编程）RDRVI+UIR+12VI+80V