机电一体化复习

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1、1. 机电一体化系统性能的基本要求机电一体化系统性能的基本要求：快速响应性、高的精度和稳定性。 2. 机电一体化系统（产品）是由机械系统（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） 、执行机构系统（如电动机）等五个子系统组成。 机电一体化系统（产品）的五大要素及其相应的功能机电一体化系统（产品）的五大要素及其相应的功能：机构（构造） ；计算机（控制） ；动 力源（动力） ；传感器（计测） ；执行元件（操作） 。 3. 机电一体化三大效果机电一体化三大效果：省能、省资源、智能化。 4. 机电一体化系统设计的方法机电一体化系统设计的方法：机电互补法、结合

2、（融合） 、组合法。 1. 机电一体化系统对机械零件的要求机电一体化系统对机械零件的要求：无间隙；低摩擦；低惯量；高刚度；适当的阻尼比； 高谐振频率。 2. 螺旋传动的基本形式螺旋传动的基本形式（按运动方式）：滑动摩擦式螺旋传动（丝杆螺母副） ；滚动摩擦 式螺旋传动（滚珠丝杆螺母副） 。 3. 滑动螺旋传动的特点滑动螺旋传动的特点：传动比大；驱动负载能力强；自锁自锁；传动效率低效率低；磨损快 4. 差动螺旋传动若螺杆左、右两段螺纹的旋向相同，常用于各种微动装置；若旋向相反， 常用于要求快速夹紧的夹具或锁紧装置中。 5. 滚珠螺旋传动的结构型式与类型滚珠螺旋传动的结构型式与类型：1 按螺纹滚道法

3、向截形可分为单圆弧和双圆弧，理想 接触角为 45（滚珠与滚道表面在接触点处的公法线与过滚珠中心的螺杆直径线间的夹角） ； 2 按滚珠的循环方式可分为内循环和外循环。 4. 滚珠丝杠副的特点滚珠丝杠副的特点：传动效率高效率高；定位精度高、刚度好；传动精度高；运动具有可逆可逆性； 磨损小；制造工艺复杂；不能自锁不能自锁。 5. 滚珠丝杠副的精度等级为 1, 2, 3, 4, 5, 7, 10 级精度，代号分别为 1, 2, 3, 4, 5, 7, 10；其中 1 级最高，依次逐级降低。 6. 滚珠丝杠副轴向间隙的调整方法滚珠丝杠副轴向间隙的调整方法：垫片调隙式；螺纹调隙式；齿差调隙式；弹 簧式自动

4、调整预紧式；单螺母变位导程自预紧式。 7. 在伺服系统中，通常采用负载角加速度最大原则选择总传动比，以提高伺服系统的响应 速度。传动装置总传动比 i 的最佳值的时刻就是 Jl 换算到电动机轴上的转动惯量正好等于 电动机转子的转动惯量 Jm 的时刻，此时，电动机的输出转矩一半用于加速负载，一半用 于加速电动机转子，达到了惯性负载和转矩的最佳匹配。 传动链的级数和各级传动比的分配传动链的级数和各级传动比的分配：等效转动惯量最小原则；1 小功率传动装置：各级 传动比分配的结果应遵循“前小后大”的原则。2 大功率传动装置：传动比分配的基本原 则仍应为“前小后大” 。质量最小原则；1 大功率传动装置：确

5、定的各级传动比表现为 “前大后小”的传动比分配方式。2 小功率传动装置：通常选择相等的各级传动比。输 出轴转角误差最小原则。 如果从输入端到输出端的各级传动比按“前小后大”原则排列，则总转角误差较小，而且 低速级的误差在总误差中占的比重很大。因此，要提高传动精度，就应减少传动级数，并 使末级齿轮的传动比尽可能大，制造精度尽可能高。 8. 导轨副应满足的基本要求导轨副应满足的基本要求：导向精度高；刚性好；运动轻便平稳，低速时无爬行 现象；精度的保持性，即耐磨性好；温度变化影响小；结构工艺性好等。 9. 常见的导轨截面形状常见的导轨截面形状，有三角形(分对称、不对称两类)、矩形、燕尾形及圆形等四种

6、， 每种又分为凸形和凹形两类。凸形导轨不易积存切屑等脏物，也不易储存润滑油，宜在低 速下工作，如车床导轨；凹形导轨则相反，可用于高速，但必须有良好的防护装置，以防 切屑等脏物落入导轨，如磨床导轨。 三角形导轨在垂直载荷作用下，具有磨损量自动补偿功能，无间隙工作，导向精度高； 平面导轨无磨损量自动补偿功能，须间隙调整装置，承载能力大。10. 常用的导轨副间隙调整方法常用的导轨副间隙调整方法有压板和镶条法（平镶条和斜镶条）两种方法。 11. 提高导轨副耐磨性的措施提高导轨副耐磨性的措施：采用镶装导轨：镶钢导轨、镶装塑料导轨、喷涂塑料导轨、 镶装有色金属导轨。提高导轨的精度与改善表面粗糙度；减少导轨

7、单位面积上的压力（即 比压）：1 应减轻运动部件的重量和增大导轨支承面的面积；2 采用卸荷装置。 13. 轴系设计的基本要求轴系设计的基本要求：旋转精度；刚度；抗振性；热变形；轴上零件的布 置。 旋转精度是指在装配之后，在无负载、低速旋转的条件下，轴前端的径向跳动和轴向窜动 量。 其大小取决于轴系各组成零件及支承部件的制造精度与装配调整精度。 在通过带轮将运动传入轴系尾部时，应该采用卸荷式结构，使带的拉力不直接作用在轴端； 另外传动齿轮应尽可能安置在靠近支承处，以减少轴的弯曲和扭转变形；在传动齿轮的空 间布置上，也应尽量避免弯曲变形的重叠。 14. 提高轴系性能的措施提高轴系性能的措施：提高轴

8、系的旋转精度；措施：1）提高轴颈与架体(或箱体)支 承的加工精度；2）用选配法提高轴承装配与预紧精度；3）轴系组件装配后对输出端轴的 外径、端面及内孔通过互为基准进行精加工。提高轴系组件的抗振性。措施：1）提高轴 系组件的固有振动频率、刚度和阻尼，通过计算或试验来预测其固有振动频率，当阻尼很 小时，应使其固有振动频率远离强迫振动频率，以防止共振。一般讲，刚度越高、阻尼越 大，则激起的振幅越小；2）消除或减少强迫振动振源的干扰作用。构成轴系的主要零部件 均应进行静态和动态平衡，选用传动平稳的传动件、对轴承进行合理预紧等；3）采用吸振、 隔振和消振装置。另外，还应采取温度控制，以减少轴系组件热变形

9、的影响。 15. 铸造机座的设计铸造机座的设计：保证自身刚度的措施：1）合理选择截面形状和尺寸；2）合理布 置筋板和加强筋；3）合理的开孔和加盖。提高机座连接处的接触刚度；机座的模型刚 度试验；机座的结构工艺性；机座的材料选择。 1. 步进电机的步距角 a=360/（Zm） ，式中：Z 为转子齿数，m 为运行拍数，通常等于相数 或相数整数倍，即 m=KN（N 为电动机的相数，单拍时 K=1，双拍时 K=2） 。 工作方式：课本 P95 步进电动机的驱动与控制：环形脉冲分配器；功率放大器；细分驱动；步进电动 机的微机控制。 2. 伺服系统的结构组成伺服系统的结构组成：控制器；驱动元件；被控对象；

10、检测装置。 伺服系统的分类伺服系统的分类：按驱动元件的性质分：1 液压（气动）伺服系统；2 电气伺服系统：直 流伺服系统、交流伺服系统、步进伺服系统。按控制方式分：1 开环伺服系统；2 半闭环 伺服系统；3 闭环伺服系统。开环伺服系统：无反馈控制。优点：结构较简单、技术易掌 握、成本低；缺点：精度低，抗干扰能力差。一般用于精度、速度要求不高，低成本的机 电一体化系统中。闭环伺服系统：采用反馈控制。优点：精度高、调速范围宽、动态性能 好；缺点：系统结构复杂、成本高。一般用于要求高精度、高速度的机电一体化系统中。 3. 直流伺服电机转速和转向的调节方式直流伺服电机转速和转向的调节方式：PWM 脉冲

11、宽度调节；单向晶闸管 SCR 触发角控制。 4. 脉宽调制控制的核心脉宽调制控制的核心由两部分组成： 脉宽调制器（控制回路） ；脉宽调制的开关放大器（主回路） 。 5. 如何通过如何通过 PWM 来调节直流伺服电机的转速和转向来调节直流伺服电机的转速和转向？ 直流伺服电动机的转速公式：，可以通过改变 Ua，Ra，Q 来控制电机，其中较为理想的 方法是通过调节电枢回路的电压 Ua 的大小和极性，分别来调节电动机的转速和转向；PWM 技术基本原理：利用脉宽调制器对大功率器件的开关时间进行控制，将直流电压 转化成一定频率的方波电压，通过对方波脉冲宽度的控制，改变电枢两端电压的平均值和极性，从而调节电

12、机转速和转向。只要改变导通时间就可改变电枢两端的平均电压。 极式 H 型可逆 PWM 变换器电路，双极 PWM 变换器的特征就是在一个周期内，电压从 +U 变为-U。只要控制正负脉冲的宽窄，就能控制电机的正反转：1 当正脉冲较宽时， tT/2 时，电枢两端的平均电压为正，电机正转，平均值越大，转速越高；2 当正脉冲较窄 时，t三角波时输出为正； 载 波（三角波）- 时输出为负 1. 传感器传感器是将机电一体化系统中被检测对象的各种物理变化量变成电信号的一种变换器。 2. 模拟信号检测系统的组成模拟信号检测系统的组成： 振荡器用于对传感器信号进行调制（将直流信号变换成某种频率的交流信号） ，并为

13、解调提 供参考信号； 解调器用于将已调制信号恢复成原有形式； 滤波器可将无用的干扰信号滤除，并取出代表被测物理量的有效信号。 基本转换电路基本转换电路是将被测物理量的变化转变为电量的变化。 2. 电阻链移相细分电路工作原理电阻链移相细分电路工作原理：将正余弦信号施加在电阻链两端，在电阻链的接点上得 到幅值和相位各不相同的电信号。这些信号经整形、脉冲形成后，就能在正余弦信号的一 个周期内获得若干计数脉冲，实现细分。 3. 光栅传感器的工作原理光栅传感器的工作原理：被测物体位移栅距脉冲数 1. 微机控制系统设计思路微机控制系统设计思路：1 确定系统整体控制方案；2 确定控制算法；3 选择微型计算机

14、；较完善的中断系统 足够的存储容量 完备的输入/输出通道和实时时钟 1）系统总体设计； 选用功能接口板 选用通用接口电路 用集成电路自行设计接口电路 2）软件设计。 程序模块化设计方法 程序结构化设计方法 系统调试 2. 调试的步骤调试的步骤：硬件调试软件调试系统调试 3. 光电隔离电路光电隔离电路：光电隔离电路的作用光电隔离电路的作用： 1 可将输入与输出端两部分电路的地线分开，各自使用一套电源供电；2 可以进行电平转换；3 提高驱动能力。 4. 点亮显示器点亮显示器有静态和动态两种方法： 所谓静态显示，就是当显示器显示某一个字符时，相应的发光二极管恒定地导通或截止； 所谓动态显示，就是一位

15、一位地轮流点亮各位显示器（扫描） 。 常用七段显示器的结构常用七段显示器的结构有：共阴极、共阳极、管脚配置。 5. 行列式键盘工作原理行列式键盘工作原理：1 判断键盘上有无键按下；PA 口输出全扫描字 00H，读 PC 口状 态，PC0PC3 为全 l，则键盘无键按下，若不全为 1，则有键按下。2 去键的机械抖动影 响； 在判断有键按下后，软件延时一段时间（10-20ms） ，再判断键盘状态，如果仍为有键按下 状态，则认为有一个确定的键按下，否则按键抖动处理。3 确定键的具体位置；依次给列 线送低电平，然后查所有行线状态，如果全为 1，则所按下之键不在此列；如果不全为 l， 则所按下的键必在此

16、列，而且是在与 0 电平行线相交的交点上的那个键。4 计算键值；5 求 键值时，采用行值、列值两个寄存器（或存储器） 。每扫描一行后，如无键按下，则行值寄 存器加 1；若有键按下，寄存器保持原值，并转至求相应的列值。此时，首先将列值读数 右移，每移位一次列值寄存器加 1，直到有键按下（低电平）为止。最后将行值和列值相 加，即得到键值（十六进制数） 。即：键值=行值列数+列值 1）调用键盘扫描子程序。 6. PLC 的编程 1）步进电动机的控制： 四相八拍； 三相六拍。 2）四层电梯的控制。 1. 机电一体化系统设计过程机电一体化系统设计过程是机电有机结合即机电参数相互匹配的过程。 2. 稳态设计主要内容稳态设计主要内容： 使系统的输出运动参数达到技术要求； 执行元件（如电机）的参数选择； 功率及过载能力的验算； 各主要元、部件的选择与控制电路设计；信号的有效传递、各级增益的分配、各级之间阻抗的匹配和抗干扰措施等，为后面