机电一体化
方向信号 (a) 脉冲＋方向
(b) 正脉冲＋负脉冲
实验五 步进电机单轴定位控制实验
一、实验目的
1．学习和掌握步进电机及其驱动器的操作和使用方法 2．学习和掌握步进电机单轴定位控制方法 3．学习和掌握PLC 单轴定位模块的基本使用方法 二、实验原理
步进电动机是一种将电脉冲信号转换为相应的角位移或直线位移量的机电执行元件，即步进电动机输入的是电脉冲信号，输出的是角位移或直线位置。每给一个脉冲，步进电动机转动一个角度，这个角度称为步距角。运动速度正比于脉冲频率，角位移正比于脉冲个数。
步进电动机典型控制系统框图如图5.1所示。
图5.1 步进电动机典型控制系统框图
位置控制单元可根据需要的频率和个数以及设定的加减时间控制步进电动机运动。 由于步进电动机需要正反转运动，因此定位单元的输出脉冲形式有“脉冲＋方向”和“正脉冲＋负脉冲”两种，它们均可控制步进电动机正反转运动。输出脉冲形式通过参数设定来选择。其脉冲形式如图5.2所示。
图5.2 定位模块的两种输出脉冲形式
频 率 （HZ ）
脉冲数（PLS ）
f 1
S 2
S 3
S 1
由于步进电动机的电磁惯性和所驱动负载的机械惯性，速度不能突变，因此定位模块要控制升降频过程。步进电机升、降频过程如图5.3。
图 5.3 步进电机升、降频示意图
其中：f 1——设定的运行频率，应小于步进电动机的最高频率；
S 1——设定的总脉冲个数；
S 2——升频过程中脉冲个数，由加速时间和运行频率确定； S 3——降频过程中脉冲个数，由减速时间和运行频率确定。
一般情况下，S 2＝S 3。
步进电动机驱动器将位置定位模块的输出脉冲信号进行分配并放大后驱动步进电动机的各相绕组，依次通电而旋转。驱动器也可接受两种不同形式的脉冲信号，通过开关来选择，定位模块和驱动器的脉冲形式要相同。另外，为了提高步进电动机的低频性能，驱动器一般具有细分功能，多个脉冲步进电动机转动一步，细分系数一般为1、2、4、8、16、32等几种，通过拨码开关来设定。
步进电动机驱动生产机械的运动部件。
位置定位模块、步进电动机及驱动器种类很多，本实验中采用的是三菱FX2N 系列PLC 中的双轴定位模块FX2N-20GM ，该模块与PLC 相连，可以单独或同时控制两个步进电动机，步进电动机和驱动器为和利时产品。实验系统结构框图如图5.4所示。
图5.4 实验系统结构框图
工作原理：PLC及20GM实现对步进电动机系统的通电控制和定位控制，步进电动机通过丝杆带动工作台做直线运动。
步进电动机转动一步机械实际移动的位移量称为脉冲当量，脉冲当量是数控系统中很重要的参数。实验系统中，步进电动机与丝杆直接连接，因此，脉冲当量的计算公式为：脉冲当量＝丝杆螺距/｛3600 /（步距角×细分系数）｝在实验系统中，丝杆的螺距为5mm，步进电动机的步距角为1.80，细分系数为所设定的数据。
正限位和负限位开关的安装位置由丝杆的导程确定，保证丝杆不被损坏，即当这两个开关的位置确定后，定位模块保证工作台的运动只能在这两个行程开关之间进行。
原位开关用来确定机械坐标原点的位置。位置控制模块回原点操作，就是使机械原点和电气原点统一。
三、实验步骤
(一) 系统通电和准备
1．在断电的情况下，按图5.5接线（虚线框外的连线已接好）；
2．征得老师同意后，合上电源开关；
3．利用PC机上的编程软件“FXGP/WIN-C”向PLC输入PLC控制程序（此时，PLC 处于中止运行状态）；
4．利用PC机上的定位软件“FXVPS-E”向20GM输入定位程序（此时，20GM的状态开关拔向手动位置“MANU”）；
5．将PLC设置为运行状态，运行PLC，Y20输出1，KA1得电，接触器KM2的主触头闭合，驱动器SH-20403得电；
6．将20GM的状态开关拔向自动位置“AUTO”，运行20GM；
7．按“复位”按钮，X轴原位，此时的位置为坐标原点，记下该位置A。
（二）基本定位
1．设定步进电动机细分系数为8（实验中已按该系数进行了脉冲当量的计算和设定）；
2．设定相对于A点的目标位置（单位为mm，正值在A点的右边，负值在A点的左边）和运动速度（单位为cm/min），把它们用参数设定的方法分别输入到位置量寄存器D2（实验程序定义）和速度寄存器D4（实验程序定义）中，具体设定方法：主菜单→监控/测试→改变当前值→设定D2、D4的值；
3．按“启动”按钮，X轴以设定的速度运动到指定的位置B，观测运动速度，运动结束后，测量A到B之间的距离，与设定位置比较；
4．重新设定目标位置和运动速度，重复3；
5．复位，设定目标位置为D2=0，工作台在A点不动。
（三）细分
1．使细分系数不为8；
2．设定位置值和运动速度；
3．按“启动”按钮，X轴以设定的速度运动到指定的位置B，观测运动速度，运动结束后，测量A到B之间的距离，与设定位置比较；
4．复位，设定目标位置为0，工作台在A点不动。
5．实验结束后，断开电源。
图5.5 实验系统接线图
四、注意事项
1．A点一定通过回原点得到；
2．系统中坐标为相对坐标，因此运动前后的位置值要不同，工作台才有移动；
3．回原位后，测量一下A点到左边行程开关之间的距离（负向位置最大值）和A点到右边行程开关的距离（正向位置最大值）；
4．位置值设定为正时要小于正向位置最大值，位置值设定为负时要小于负向位置最大值。
五、实验用仪器工具
PC机1台
PLC 1台
20GM 1个
RS232电缆线1根
编程电缆1根
断路器（QF1、QF2）2个
继电器（KA2）1个
接触器（KM2）1个
驱动器（SH-20403）1台
步进电机（56BYG250E）1台
六、实验前的准备
1．预习实验指导书，并画出PLC控制程序和20GM定位程序。
2．计算不同细分系数对应的脉冲当量。
七、实验报告要求
1．画出PLC梯形图，并写出指令代码；
2．写出定位程序；
3．计算并分析实验结果和实验现象；
4．完成思考题。
八、思考题
1．影响步进电机单轴定位精度的主要因素是什么？
2．什么叫前极限、后极限、机械原点、电气原点？
3．如果设定速度和位置值不变，问当细分系数变大或变小，但脉冲当量没有做相应调整时，运动速度和运动位置会怎样变化？为什么？
4．系统中采用的是相对坐标还是绝对坐标？
实验六交流伺服电机单轴定位控制实验
一、实验目的
1．学习和掌握交流伺服系统的使用方法；
2．学习和掌握交流伺服电机单轴定位控制程序的设计方法。
二、实验原理
伺服电动机也称为执行电机，在控制系统中用作执行元件，将电信号转换为轴上的转角和速度，以带动控制对象。
伺服电动机分交流和直流两种，本实验中采用是交流伺服。
交流伺服电动机典型控制系统框图如图6.1所示。
图6.1 伺服电动机典型控制系统框图
伺服驱动器是专用来对伺服电动机进行控制的电气系统，通过改变输入信号达到改变电动机的速度和转角的控制。目前伺服驱动器的输入有两种形式：一是模拟量控制式，这种方式的驱动器，通过改变输入电压的大小控制转速或转角；二是数字控制式，这种方式驱动器与步进电动机控制相同，通过脉冲信号实现转角、速度和方向的控制。
由图6.1可知：系统为一个半闭环系统，位置控制单元给出位置理论值，伺服驱动器将理论值和从电动机轴上测得的实际值进行比较，控制电动机运动。
位置定位模块、伺服电动机即驱动器种类很多，本实验中采用的是三菱FX2N系列PLC 的高速输出功能实现脉冲输出和方向控制，伺服电动机和驱动器为松下。实验系统结构框图如图6.2所示。
图6.2 实验系统示意图
工作原理：PLC高速输出端输出脉冲和方向信号，实现对伺服电动机系统的通电控制和定位控制，伺服电动机通过丝杆带动工作台做直线运动。
伺服电动机转动一步机械实际移动的位移量称为脉冲当量，脉冲当量是数控系统中很重要的参数。伺服系统的脉冲当量的计算公式如下：
脉冲当量＝丝杆螺距/伺服电动机每转所需脉冲数
在实验系统中，丝杆的螺距为5mm，伺服电动机每转所需脉冲数为10000（pls/r）。
正限位和负限位开关的安装位置由丝杆的导程确定，保证丝杆不被损坏，即当这两个开关信号接入到交流伺服控制器的相应的输入端或送到位置控制器时，就可保证工作台的运动只能在这两个行程开关之间进行。
原位开关用来确定机械坐标原点的位置。位置控制模块回原点操作，就是使机械原点和电气原点统一。实验电路原理图如图6.3所示。
图6.3 实验电路原理图
脉冲频率 （HZ ）
总脉冲数 （PLS ）
Y0或Y1
X10
工作原理：合上QF1和QF3，PLC 通电、交流伺服系统接通控制电压，PLC 使输出Y21为1，KA2得电，触头使KM3线圈得电，主触头闭合，伺服系统强电接通，然后PLC 使Y4为1，给交流伺服使能，此时，交流伺服完全准备好，可以执行定位控制。
定位脉冲信号由PLC 的Y1发出，方向由Y3控制。
三菱FX2N 系列PLC 只有两个高速输出端Y1和Y0，使用专用脉冲输出指令“DPLSY ”发送脉冲信号，其指令形式为 ：
前、后限位开关直接接入交流伺服驱动器的专用输入端，进行限位保护。 三、实验步骤
1．在断电情况下，按图6.4接线（虚线框外的连线已接好）； 2．征得老师同意后，合上电源开关； 3．将面板上“工作方式”旋钮旋至“点动”； 4．输入PLC 程序，然后运行；
5．按“启动”按钮，接触器KM3的主触头闭合，伺服电机得电，延时2秒输出Y4 ，使伺服电机准备好；
6．将“工作方式”选择开关旋至“手动”位置，按“正向”或“反向”按钮，将Y 轴进行手动调整 ；
7．将面板上“工作方式”选择开关旋至“自动”，读取此时指针指向的标尺位置A ； 8．依次给数据寄存器D0输入表6.1中的数据，按住“正向”或“反向”按钮，直到Y 轴移动到位置B 自动停止（正向时运动使工作台远离电动机），测量位置A 到位置B 的距离并记录在表中。
表6.1 实验数据与记录
黑色
图6.4 实验系统接线图
四、实验说明及注意事项
1．直流5V、24V电压的极性不能接反，否则要损坏行程开关和交流伺服驱动器；
2．前、后极限开关和原位开关有正负极性，一定要将黑色接线柱一端接电源负，而另一端接交流伺服信号端和PLC的输入端。
五、实验用仪器工具
PC 机1台
PLC 1台
RS232电缆线1根
断路器（QF1、QF3）2个
接触器（KM3）1个
继电器（KA2）1个
伺服电机（MSMA042A1G）1台
驱动器（MSMA043A1A）1台
六、实验前的准备
预习实验指导书及相关教材。
七、实验报告要求
1．画出PLC梯形图，并写出指令代码；
2．计算并分析实验结果,根据上述参数计算出脉冲当量理论值，根据实验数据计算出脉冲当量的实际值，如有误差，分析误差的原因。
八、思考题
1．试简述Y轴回原位的动作顺序；
2．影响交流伺服电机定位精度的主要因素是什么？
3．如果要Y轴移动60mm，输入脉冲数是多少？
4．图6.1所示的交流伺服驱动单轴位置控制系统属于下列的那一种：开环位置控制系统、闭环位置控制系统、半闭环位置控制系统？
机电一体化系统设计试题及答案：-
一、名词解释(每小题2分，共10分) 1. 测量 2.灵敏度 3. 压电效应 4. 动态误差 5. 传感器 二、填空题（每小题2分，共20分) 1. 滚珠丝杆中滚珠的循环方式：_内旋换和外循环 2. 机电一体化系统，设计指标和评价标准应包括___ _______，__________， __________ ，__________。 3. 顺序控制系统是按照预先规定的次序完成一系列操作的系统， 顺序控制器通常用________。 4. 某光栅的条纹密度是50条/mm，光栅条纹间的夹角θ=0.001孤度， 则莫尔条纹的宽度是_______________________。 5. 连续路径控制类中为了控制工具沿任意直线或曲线运动，必须同时控制 每一个轴的______________________，使它们同步协调到达目标点。 6. 某4极交流感应电机，电源频率为50Hz，转速为1470r/min，则转差率为_____________。 7. 齿轮传 动的总等效惯量与传动级数__________________________________________。 8. 累计式定时器工作时有_____________________________________________________。 9. 复合控制器必定具有__________________________________。 10. 钻孔、点焊通常选用_______________________________________类型。 三、选择题（每小题2分，共10分） 1. 一般说来，如果增大幅值穿越频率ωc的数值，则动态性能指标中的调整时间ts ( ) A. 产大 B. 减小 C. 不变 D. 不定 2. 加速度传感器的基本力学模型是 A. 阻尼—质量系统 B. 弹簧—质量系统弹簧—阻尼系统 D. 弹簧系统 3. 齿轮传动的总等效惯量与传动级数( ) A. 有关 B. 无关 C. 在一定级数内有关 D. 在一定级数内无关 4. 顺序控制系统是按照预先规定的次序完成一系列操作的系统，顺序控制器通常用( ) A. 单片机 B. 2051 C. PLC 5、伺服控制系统一般包括控制器、被控对象、执行环节、比较环节和检测环节等个五部分。 A 换向结构 B 转换电路 C 存储电路D检测环节 四、判断题（每小题2分，共10分) 1、伺服控制系统的比较环节是将输入的指令信号与系统的反馈信号进行比较，以获得输出与输入间的偏差信号。（? ） 2、电气式执行元件能将电能转化成机械力，并用机械力驱动执行机构运动。如交流电机、直流电机、 力矩电机、步进电机等。（） 3、对直流伺服电动机来说，其机械特性越硬越好。（? ） 4、步进电机的步距角决定了系统的最小位移，步距角越小，位移的控制精度越低。（） 5、伺服电机的驱动电路就是将控制信号转换为功率信号，为电机提供电能的控制装置，也称其为变流 器，它包括电压、电流、频率、波形和相数的变换。（? ） 五、问答题（每小题10分，共30分) 1. 步进电动机常用的驱动电路有哪几种类型? 2. 什么是步进电机的使用特性? 3. 机电一体化系统设计指标大体上应包括哪些方面? 一、名词解释(每小题2分，共10分) 1. 是人们借助于专门的设备，通过一定的方法对被测对象收集信息，取得数据概念的过程。 2. 指在稳态下，输出的变化量ΔY与输入的变化量ΔX的比值。即为传感器灵敏度。
机电一体化专业毕业论文
1.0机电一体化技术发展 机电一体化是机械、微、控制、机、信息处理等多学科的交叉融合，其发展和进步有赖于相关技术的进步与发展，其主要发展方向有数字化、智能化、模块化、化、人性化、微型化、集成化、带源化和绿色化。 1.1 数字化 微控制器及其发展奠定了机电产品数字化的基础，如不断发展的数控机床和机器人；而计算机网络的迅速崛起，为数字化设计与制造铺平了道路，如虚拟设计、计算机集成制造等。数字化要求机电一体化产品的软件具有高可靠性、易操作性、可维护性、自诊断能力以及友好人机界面。数字化的实现将便于远程操作、诊断和修复。 1.2 智能化 即要求机电产品有一定的智能,使它具有类似人的逻辑思考、判断推理、自主决策等能力。例如在CNC数控机床上增加人机对话功能，设置智能I/O接口和智能工艺数据库，会给使用、操作和维护带来极大的方便。随着模糊控制、神经网络、灰色、小波理论、混沌与分岔等人工智能技术的进步与发展，为机电一体化技术发展开辟了广阔天地。 1.3 模块化 由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多，研制和开发具有标准机械接口、动力接口、环境接口的机电一体化产品单元模块是一项复杂而有前途的工作。如研制具有集减速、变频调速电机一体的动力驱动单元；具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的电机一体控制单元等。这样，在产品开发设计时，可以利用这些标准模块化单元迅速开发出新的产品。 1.4 网络化 由于网络的普及，基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾。而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品，现场总线和局域网技术使家用电器网络化成为可能，利用家庭网络把各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家用电器系统，使人们在家里可充分享受各种高技术带来的好处，因此，机电一体化产品无疑应朝网络化方向发展。 1.5 人性化 机电一体化产品的最终使用对象是人，如何给机电一体化产品赋予人的智能、情感和人性显得愈来愈重要，机电一体化产品除了完善的性能外，还要求在色彩、造型等方面与环境相协调，使用这些产品，对人来说还是一种享受，如家用机器人的最高境界就是人机一体化。 1.6 微型化 微型化是精细加工技术发展的必然，也是提高效率的需要。微机电系统(Micro Electronic Mechanical Systems，简称MEMS)是指可批量制作的，集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路，直至接口、通信和电源等于一体的微型器件或系统。自1986年美国斯坦福大学研制出第一个医用微探针，1988年美国加州大学Berkeley分校研制出第一个微电机以来，国内外在MEMS工艺、材料以及微观机理方面取得了很大进展，开发出各种MEMS器件和系统，如各种微型传感器（压力传感器、微加速度计、微触觉传感器），各种微构件（微膜、微粱、微探针、微连杆、微齿轮、微轴承、微泵、微弹簧以及微机器人等）。 1.7 集成化 集成化既包含各种技术的相互渗透、相互融合和各种产品不同结构的优化与复合，又包含在生产过程中同时处理加工、装配、检测、管理等多种工序。为了实现多品种、小批量生产的自动化与高效率，应使系统具有更广泛的柔性。首先可将系统分解为若干层次，使系统功能分散，并使各部分协调而又安全地运转，然后再通过软、硬件将各个层次有机地联系起来，使其性能最优、功能最强。 1.8 带源化
机电一体化技术作业题——答案全解
东北农业大学网络教育学院 机电一体化技术作业题 复习题一 一、名词解释：（40分） 1．机械系统 答：机电一体化系统中的机械系统与一般的机械系统相比，除要求具有较高的定位精度外，还应具备体积小、重量轻、刚度大、动态性能好等特点。概括地讲，机电一体化机械系统应包括传动机构、导向机构、执行机构三大部分。 2．检测系统 答：检测系统是机电一体化系统的一个基本要素，其功能是对系统运行中所需的自身和外界环境参数及状态进行检测，将其变换成系统可识别的电信号，传递给信息处理单元。 3．伺服系统 答：伺服系统是指以机械位置或角度作为控制对象的自动控制系统，又称随动系统或伺服机构。指在控制命令的指挥下，控制执行元件工作，使机械运动部件按照控制命令的要求进行运动，并具有良好的动态性能。 4．接口技术 答：为构成完整的并有一定控制和运算功能的系统而将一个部件与另外的部件连接起来，这种连接就称微处理器系统的接口。 5．控制系统 答：控制系统是机电一体化产品的中枢，用于实现信息处理、控制信号输出、控制和协调机电一体化产品的其他内部功能，通过控制系统的控制，执行机构的驱动，被控对象按照预定的规律或目的运行，运行效果通过传感器反馈回控制系统，连同传感器收集的其他有关信号供控制系统利用并不断修正其控制指令。 6．D/A转换 答：在机电一体化产品中，很多被控对象要求用模拟量做控制信号，而计算机是数字系统，不能输出模拟量，这就要求控制输出接口能完成将数字信号转换成模拟信号，称之为D / A转换。
7．传动机构 答：机电一体化系统中的传动机构主要功能是传递转矩和转速，因此，它实际上是一种转矩、转速变换器。机电一体化系统中所用的传动机构主要有滑动丝杠副、滚珠丝杠副、齿轮传动副、同步带传动副、间歇机构、挠性传动机构等。 8．机电一体化技术 答：机电一体化技术是以电子技术特别是微电子技术为主导的多种新兴技术与机械技术交叉、融合而成的综合性高新技术，是工程领域不同种类技术的综合及集成，是一个技术群的总称，它包括机械技术、微电子技术、计算机和信息处理技术、自动控制技术、电力电子技术、伺服驱动技术以及系统总体技术等。 二、简答（60分） 1、机电一体化产品的组成和特点是什么？ 答：机电一体化产品是由机械系统、检测系统、伺服系统、控制系统以及接口装置等几部分组成。机电一体化产品的功能是通过其内部各组成部分功能的协调和综合来共同实现的。从其结构来看，，各组成部分通过辅助部件及相关的软件有机的结合在一起，构成一个内部匹配合理、外部效能最佳的完整产品，品具有自动化、智能化和多功能的特性。 2、机电一体化产品设计与传统机械产品设计的区别是什么？ 答：机电一体化产品的设计与常规机械产品的设计有着本质上的区别。常规机械产品一般是先用单纯机械设计的方法构思和设计，再为这个纯粹的机械设计选配适宜的电气设备。这种方法实际上是面向设计者的传统设计方法。相比之下机电一体化产品的设计是面向产品的设计，它要求设计者具有多种能力、视野开阔，具有综合利用机械设计和电气控制设计方面的知识和能力。 3、机电一体化机械系统由哪几部分组成？ 答：概括地讲，机电一体化机械系统应包括以下三大部分机构。 （1）传动机构。机电一体化系统中的传动机构主要功能是传递转矩和转速，因此，它实际上是一种转矩、转速变换器。 （2）导向机构。其作用是支承和限制运动部件按给定的运动要求和规定的运动方向运动。该机构应能保证安全、准确。 （3）执行机构。用来完成操作任务。执行机构根据操作指令的要求在动力源的带动下，完成预定的操作。 4、常用的传动机构有哪些，各有什么特点？ 答：机电一体化系统中所用的传动机构主要有滑动丝杠副、滚珠丝杠副、齿轮传动副、同步带传动副、间歇机构、挠性传动机构等。 滚珠丝杠副具有如下特点。
机电一体化期末考试试题及答案
1.什么是“机电一体化”？以打夯机为例，内含机械与电器，问这是不是机电 一体化产品？ 答：机电一体化又称机械电子工程，是机械工程与自动化的一种，英语称为Mechatronics，它是由英文机械学Mechanics的前半部分与电子学Electronics 的后半部分组合而成。 打夯机不属于机电一体化产品。因为打夯机只是普通的机械加电器，它属于硬连接或者称为机械连接只能应用在就地或者小范围场合使用，不能满足大面积和远程控制。而机电一体化就不一样了，它不光有硬连接、机械连接还有软连接。机电一体化属于同时运用机械、电子、仪表、计算机和自动控制等多种技术为一体的一种复合技术。它不光可以就地操作，小范围应用，还可以大面积使用操作，远程监测、控制。 2.机电一体化的技术构成是什么？ 答：机械技术、微电子技术、信息技术 3.产品实现机电一体化后，可以取得那些成效？ 答：产品实现机电一体化后可以取得的成效：产品性能提高、功能增强、结构简化、可靠性提高、节约能源、改善操作、提高灵活性等。 4.数字量传感具有哪三种类型？他们有什么区别？ 数字传感器按结构可分成三种类型： 1.直接式数字量传感器——其分辨率决定于数字量传感器的位数。 被测物理量→数字编码器→信息提取装置→数字量输出 2.周期计数式数字传感器 它的结构示意图如下图1所示。此种结构的位移分辨率对低精度的周期计数式数字传感器而言，仅由周期信号发生器的性质决定。例如，光栅当长1mm有100条刻线时，其分辨率即为0.01mm;对高精度的周期计数式数字传感器而言，还要考虑到电子细分数。如在100倍电子细分数下，此光栅的分辨率就是0.1μm。此种结构属于增量式结构，结构的特点(位移方向的要求)决定它不但备有辨向电路，而且周期计数器还具有可逆性质。 图1 周期计数式数字量传感器的结构方框图 3.频率式数字传感器 其结构示意图如下图2所示。按振荡器的形式，可将此种数字传感器分成带有晶体谐振器的和不带晶体谐振器的两种。前者，按被测量的作甩点，又分作用在石
机电一体化答案
I 目录 机电一体化技术第1 章习题-参考答案 (1) 1-1 试说明较为人们接受的机电一体化的含义。 (1) 1-4 何谓机电一体化技术革命？ (1) 1-7.机电一体化系统有哪些基本要素组成？分别实现哪些功能？ (1) 1-8.工业三大要素指的是什么？ (1) 1-12.机电一体化系统的接口功能有哪两种？ (1) 1-16.什么是机电互补法、融合法、组合法？ (1) 机电一体化技术第2 章习题-参考答案 (2) 2-1 设计机械传动部件时，为确保机械系统的传动精度和工作稳定性，常常提出哪些 要求？ (2) 2-2 机电一体化系统传动机构的作用是什么？ (2) 2-3 机电一体化系统（产品）对传动机构的基本要求是什么？ (2) 2-10 现有一双螺母齿差调整预紧式滚珠丝杠，其基本导程λ0=6mm、一端的齿轮齿 数为100、另一端的齿轮齿数为98，当其一端的外齿轮相对另一端的外齿轮转过2 个齿时，试问：两个螺母之间相对移动了多大距离？ (2) 2－16 各级传动比的分配原则是什么？输出轴转角误差最小原则是什么？ (2) 2－17 已知：4 级齿轮传动系统，各齿轮的转角误差为?φ1=?φ2=?φ3=…=0.005 rad,各级减速比相同，即?1=?2=…=?4=1.5。求：该传动系统的最大转角误差?φmax; 为缩小 ?φmax，应采取何种措施？ (2) 2－18 谐波齿轮传动有何特点？传动比的计算方法是什么？ (3) 2-19.设有一谐波齿轮减速器,其减速比为100，柔轮齿数为100.当刚轮固定时,试求该 谐波减速器的刚轮齿数及输出轴的转动方向(与输入轴的转向相比较) (3) 2-20.齿轮传动的齿侧间隙的调整方法有哪些? (3) 2-25.轴系部件设计的基本要求有哪些？ (4) 机电一体化技术第3 章参考答案 (5) 3-1 简述机电一体化系统执行元件的分类及特点。 ........................................................ 5 II 3-2 机电一体化系统对执行元件的基本要求是什么？ (5) 3-3 简述控制用电动机的功率密度及比功率的定义。 (5) 3—5 直流伺服电机控制方式的基本形式是什么？ (5) 3-6 简述PWM 直流驱动调速，换向的工作原理。 (6) 步进电机具有哪些特点？ (6) 简述步进电机三相单三拍的工作原理？ (6) 3-11 简述步进电机步距角大小的计算方法？ (7) 3-12 简述三相步进电机的环形分配方式？ (7) 简述步进电机驱动电源的功率放大电路原理. (7) 机电一体化技术第4 章参考答案 (9) 试说明CPU、MC 和MCS 之关系。 (9) 4-3、在设计微机控制系统中首先会遇到的问题是什么？ (9) 4-17 试说明光电耦合器的光电隔离原理。 (9) 4-20 试说明检测传感器的微机接口基本方式。 (9)
机电一体化试题及答案
填空题 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）是机械和微电子技术的有机结合。 3. 工业三大要素是物质、能量、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、动力系统、传感检测系统、执行元件系统。 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、信息与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内循环和外循环两类。 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
机电一体化专业知识题库
机电一体化专业知识题库（277题）（注*的不适于中、初级职称） 1、什么是机电一体化？ 机电一体化技术是由机械技术、计算机技术、信息处理技术、自动控制技术、检测技术、电力电子技术、接口技术及系统总体技术等群体技术，有机融合而成的一种综合性技术。 2、什么是机械设计技术？ 机械设计技术是机电一体化的基础。机电一体化产品中的主功能和构造功能，往往是以机械技术为主实现的。 3、什么是计算机与信息处理技术？ 信息处理技术包括信息的输入、识别、变换、运算、存储和输出技术，它们大都倚靠计算机来进行，因此，计算机技术和信息处理技术是密且相关的。计算机技术包括计算机硬件技术和软件技术、网络通信技术、数据库技术等。机电一体化系统中主要用工业控制机（包括PLC，单片机等）进行信息处理。机电一体化产品中，计算机和信息处理装置指挥整个产品的运行。 4、什么是自动控制技术？ 自动控制技术就是通过控制器使被控对象或过程自动地按照预定规律运行。自动控制技术的范围很广，包括自动控制理论、控制系统设计、系统仿真、现场调试、可靠运行等从理论到实践的整个过程。机电一体化系统中的自动控制技术主要包括位置控制、速度控制、最优控制、模糊控制、自适应控制等，在实际运用中越来越多地与计算机控制技术联系在一起，成为机电一体化中十分重要的关键技术。 5、什么是传感与检测技术？ 传感与检测技术是机电一体化的关键技术，他将所测得的各种参数如：位移、位置、速度、加速度、力、温度等和其他形式的信号等转换为统一规格的电信号输入到信息处理系统中，并由此产生出相应的控制信号，以决定执行机构的运动形式和动作幅度。传感器检测的精度、灵敏度和可靠性将直接影响到机电一体化的性能。 6、什么是执行与驱动技术？ 执行与驱动技术的主要研究对象是执行元件及其驱动装置。执行元件分为电动、气动、液压等多种类型，机电一体化产品中多采用电动执行元件；驱动装置主要指各种电动机的驱动电源电路，目前多采用电力电子器件及集成化的功能电路构成。 执行原件一方面通过电器接口与微型机相连，以接收微型机的控制指令；另一方面又通过机械接口与机械传动和执行机构相连，以实现规定的动作。因此，执行与驱动技术是直接执行操作的技术，对机电一体化产品的动态性能，稳态精度、控制质量等具有决定性的影响。 7、什么是机电一体化总体设计技术？ 系统总体技术是一种从整体目标出发，用系统工程的观点和方法，将系统总体分解成相互有机联系的若干功能单元，并以功能单元为子系统继续分解，直至找到可实现的技术方案，然后再把功能和技术方案组合成总体设计方案，形成经过分析、评价和优选的综合应用技术。 系统总体设计技术包含内容很多，其中接口技术是重要内容之一。接口技术将机电一体化产品的各个部分有机连成一体。 8、什么是温度传感器？分为几类？ 温度传感器是一种将温度变化转换为电学量变化的装置，用于测量温度和热量，也叫做热电式传感器。一般分为两大类：接触式和非接触式。 9、什么是光栅？常见的光栅有几种？ 光栅是一种高精度的直线位移传感器，光栅是通过在玻璃或金属基体上均匀刻划很多等节距的线纹而制成的。常见的光栅种类有透射光栅、反射光栅和定向光栅。 10、什么是电阻应变计？ 电阻式应变计是根据应变——电阻效应，将被测件的应变量转换成电阻变化量的敏感元件，除直接作为应力、应变测量传感器外，还可以与弹性元件组合构成力、压力、称重、位移、扭矩、振动、加速度等多种专用式传感器。 1
机电一体化典型实例
8 机电一体化系统典型实例 8.1 机器人 8.1.1 概述 机器人是能够自动识别对象或其动作，根据识别，自动决定应采取动作的自动化装置。 它能模拟人的手、臂的部分动作，实现抓取、搬运工件或操纵工具等。它综合了精密机械技 术、微电子技术、检测传感技术和自动控制技术等领域的最新成果，是具有发展前途的机电 一体化典型产品。机器人技术的应用会越来越广，将对人类的生产和生活产生巨大的影响。 可以说，任何一个国家如不拥有一定数量和质量的机器人，就不具备进行国际竞争所必需的 工业基础。 机器人的发展大致经过了三个阶段。 第一代机器人为示教再现型机器人，为了让机器人 完成某项作业，首先由操作者将完成该作业所需的各种知识（如运动轨迹、作业条件、作业 顺序、作业时间等）通过直接或间接的手段，对机器人进行示教，机器人将这些知识记忆下 来，然后根据再现指令，在一定的精度范围内，忠实地重复再现各种被示教的动作。第二代 机器人通常是指具有某种智能（如触觉、力觉、视觉等）的机器人，即由传感器得到的触觉、 听觉、视觉等信息经计算机处理后，控制机器人完成相应的操作。第三代机器人通常是指具 有高级智能的机器人，其特点是具有自学习和逻辑判断能力，可以通过各类传感器获取信息， 经过思考做出决策，以完成更复杂的操作。 一般认为机器人具备以下要素：思维系统（相当于脑），工作系统（相当于手），移动系 统（相当于脚），非接触传感器（相当于耳、鼻、目）和接触传感器（相当于皮肤）（图8-1）。 如果对机器人的能力评价标准与对生物能力的评价标准一样，即从智能、机能和物理能三个 方面进行评价，机器人能力与生物能力具有一定的相似性。图8-2是以智能度、机能度和物 理能度三座标表示的“生物空间”，这里，机能度是指变通性或通用性以及空间占有性等；物 理能度包括力、速度、连续运行能力、均一性、可靠性等；智能度则指感觉、知觉、记忆、 运算逻辑、学习、鉴定、综合判断等。把这些概括起来可以说，机器人是具有生物空间三座 标的三元机械。某些工程机械有移动性，占有空间不固定性，因而是二元机械。计算机等信 息处理机，除物理能之外，还有若干智能，因而也属于二元机械。而一般机械都只有物理能， 所以都是一元机械。 8.1.2 机器人的组成及基本机能 机器人一般由执行系统、驱动系统、控制系统，检测传感系统和人工智能系统等组成， 各系统功能如下所述。 ① 执行系统。执行系统是完成抓取工件（或工具）实现所需运动的机械部件，包括手部、 信息处理机 图8-2生物空间 图8-1机器人三要素
机电一体化技术第二版课后习题答案
第1章 1-1、机电一体化是在机械主功能、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系统的总称。 1-2、机电一体化系统的主要组成、作用及其特点是什么？ a、机械本体：用于支撑和连接其他要素，并把这些要素合理地结合起来，形成有机的整体。 b、动力系统：为机电一体化产品提供能量和动力功能，驱动执行机构工作以完成预定的主功能。 c、传感与监测系统：将机电一体化产品在运行过程中所需要的自身和外界环境的各种参数及状态转换成可以测定的物理量，同时利用监测系统的功能对这些物理量进行测定，为机电一体化产品提供运行控制所需的各种信息。 d、信息处理及控制系统：接收传感器与检测系统反馈的信息，并对其进行相应的处理、运算和决策，以对产品的运行施以按照要求的控制，实现控制的功能。 e、执行装置：在控制信息的作用下完成要求的动作，实现产品的主功能。 1-3、工业三大要素：物质、能量、信息。 1-4、机电一体化产品与传统的机械电气化产品相比，具有较高的功能水平和和附加值，它为开发者、生产者和用户带来越来越多的社会经济效益。 1-7、机电一体化的主要支撑技术：传感检测技术、信息处理技术、自动控制技术、伺服驱动技术、接口技术、精密机械技术、系统总成技术。 1-8、机电一体化的发展趋势：智能化、模块化、网络化、微型化、绿色化、人格化、自适应化。 第2章 2-1、机电一体化系统对传动机构的基本要求：传动间隙小、精度高、低摩擦、体积小、重量轻、运动平稳、响应速度快、传动转矩大、高谐振频率以及与伺服电动机等其他环节的动态性能相匹配等要求。 2-2、丝杆螺母机构的传动形式及其特点：a、螺母固定、丝杆转动并移动；b、丝杆转动、螺母移动；c、螺母转动、丝杆移动；d、丝杆固定、螺母转动并移动；e、差动传动。 2-3、滚珠丝杆副的组成及特点：由丝杆、螺母、滚珠和反相器四部分组成；具有轴向刚度高、运动平稳、传动精度高、不易磨损、使用寿命长等优点。 2-4、滚珠丝杆副的选择：结构形式的选择、结构尺寸的选择 2-5、齿轮传动各级传动比分配原则：①等效转动惯量最小原则②重量最轻原则③输出轴转角误差最小原则（最末两级的传动比应取大一些，并尽量提高最末一级齿轮副的加工精度）； 2-8、齿轮传动侧隙的调整有偏心套调整、双片薄齿轮错齿调整和轴向垫片调整等多种方法。 2-9、机械执行机构的基本要求：①惯量小、动力大；②体积小、重量轻；③便于维修、安装；④易于计算机控制。 2-10、简述各种传感器的特性及选用原则？ 一、静态特性是指当测量处于稳定状态下，传感器的输入值与输出值之间的关系。主要技术指标包括：1、线性度。2、灵敏度。3、迟滞。4、重复性。5、分辨率。6、零飘。二、动态特征是指传感器测量动态信号时输出对输入的响应特性。 （1）电气式，具有操纵方便、适宜编程、响应快、伺服性能好、易与微机相接等优点；（2）液压式，优点是输出功率
机电一体化系统设计基础作业、、、参考答案
《机电一体化系统设计基础》作业1、2、3、4参考答案 形成性考核作业1 一、判断题（正确的打√，错误的打×） 1．机电一体化系统的主要功能就是对输入的物质按照要求进行处理，输出具有所需特性的物质。（×） 2. 系统论、信息论、控制论是机电一体化技术的理论基础，是机电一体化技术的方法论。（√） 3．信息处理技术是指在机电一体化产品工作过程中，与工作过程各种参数和状态以及自动控制有关的信息输入、识别、变换、运算、存储、输出和决策分析等技术。（√）4．自动控制是在人直接参与的情况下，通过控制器使被控对象或过程自动地按照预定的规律运行。（×） 5．产品的组成零部件和装配精度高，系统的精度一定就高。（×） 6．为减少机械传动部件的扭矩反馈对电机动态性能的影响，机械传动系统的基本固有频率应低于电气驱动部件的固有频率的2~3倍，同时，传动系统的固有频率应接近控制系统的工作频率，以免系统产生振荡而失去稳定性。（×） 7．传动机构的转动惯量取决于机构中各部件的质量和转速。（×） 8．在闭环系统中，因齿轮副的啮合间隙而造成的传动死区能使系统以6~10倍的间隙角产生低频振荡，采用消隙装置，以提高传动精度和系统稳定性。（×） 9．进行机械系统结构设计时，由于阻尼对系统的精度和快速响应性均产生不利的影响，因此机械系统的阻尼比ξ取值越小越好。（×） 10．滚珠丝杠垂直传动时，必须在系统中附加自锁或制动装置。（√） 11．采用偏心轴套调整法对齿轮传动的侧隙进行调整，结构简单，且可以自动补偿侧隙。（√）× 12．采用虚拟样机代替物理样机对产品进行创新设计测试和评估，延长了产品开发周期，增加了产品开发成本，但是可以改进产品设计质量，提高面向客户与市场需求能力。（√）× 二、单选题 1．以下产品属于机电一体化产品的是（C ）。 A．游标卡尺 B．电话 C．全自动洗衣机 D．非指针式电子表
机电一体化技术课后习题及答案
（孙卫青版第二版） 1-1、试说机电一体化的含义 答：机电一体化是在机械主功能、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系统的总称。 1-2、机电一体化的主要组成、作用及其特点是什么 答：主要由机械本体、动力系统、传感与检测系统、信息处理及控制系统和执行装置等组成。机械本体用于支撑和连接其他要素，并把这些要素合理的结合起来，形成有机的整体。动力系统为机电一体化产品提供能量和动力功能，驱动执行机构工作以完成预定的主功能。传感与检测系统将机电一体化产品在运行过程中所需要的自身和外界环境的各种参数及状态转换成可以测定的物理量，同时利用检测系统的功能对这些物理量进行测定，为机电一体化产品提供运行控制所需的各种信息。执行装置在控制信息的作用下完成要求的动作，实现产品的主功能。 1-3、工业三大要素是什么？答：物质、能量和信息。 1-4、传统机电产品与机电一体化产品主要区别是什么？ 答：传统的机电产品机械与电子系统相对独立，可以分别工作。机电一体化产品是机械系统和微电子系统的有机结合，从而赋予其新的功能和性能的一种新产品，产品功能是由所有功能单元共同作用的结果。1-6、应用机电一体化技术的突出特点是什么？ 答：①精度提高；②生产能力和工作质量提高；③使用安全性和可靠性提高；④调解和维护方便，使用性能改善；⑤具有复合功能，适用面广；⑥改善劳动条件，有利于自动化生产；⑦节约能源，减少耗材；⑧增强柔性。 1-7、机电一体化的主要支撑技术有哪些，它们的作用如何？ 答：1、传感测试技术，在机电一体化产品中，工作过程的各种参数、工作状态以及工作过程有关的相关信息都要通过传感器进行接收，并通过相应的信号检测装置进行测量，然后送入信息处理装置以及反馈给控制装置，以实现产品工作过程的自动控制。2、信息处理技术，在机电一体化产品工作过程中，参与工作过程各种参数和状态以及自动控制有关的信息输入、识别、变换、运算、存储、输出和决策分析。3、自动控制技术，主要实现机电一体化系统的目标最佳化。4、伺服驱动技术，它的作用是在控制指令的指挥下，控制驱动元件，使机械系统的运动按照指令要求进行运动。5、接口技术，将各组成要素的输入/输出装置联系成一体的系统。6、精密机械技术，机电一体化产品的主功能和构造功能大都以机械技术为主来实现。7、系统总体技术，它的作用是将各有关技术协调配合、综合运用，从而达到整体系统的最佳化。 1-8试论述机电一体化的发展趋势。
机电一体化典型实例
. 8 机电一体化系统典型实例 8.1 机器人 8.1.1 概述 机器人是能够自动识别对象或其动作，根据识别，自动决定应采取动作的自动化装置。 它能模拟人的手、臂的部分动作，实现抓取、搬运工件或操纵工具等。它综合了精密机械技 术、微电子技术、检测传感技术和自动控制技术等领域的最新成果，是具有发展前途的机电 一体化典型产品。机器人技术的应用会越来越广，将对人类的生产和生活产生巨大的影响。 可以说，任何一个国家如不拥有一定数量和质量的机器人，就不具备进行国际竞争所必需的 工业基础。 机器人的发展大致经过了三个阶段。 第一代机器人为示教再现型机器人，为了让机器人 完成某项作业，首先由操作者将完成该作业所需的各种知识（如运动轨迹、作业条件、作业 顺序、作业时间等）通过直接或间接的手段，对机器人进行示教，机器人将这些知识记忆下 来，然后根据再现指令，在一定的精度围，忠实地重复再现各种被示教的动作。第二代机器 人通常是指具有某种智能（如触觉、力觉、视觉等）的机器人，即由传感器得到的触觉、听 觉、视觉等信息经计算机处理后，控制机器人完成相应的操作。第三代机器人通常是指具有 高级智能的机器人，其特点是具有自学习和逻辑判断能力，可以通过各类传感器获取信息， 经过思考做出决策，以完成更复杂的操作。 一般认为机器人具备以下要素：思维系统（相当于脑），工作系统（相当于手），移动系 统（相当于脚），非接触传感器（相当于耳、鼻、目）和接触传感器（相当于皮肤）（图8-1）。 如果对机器人的能力评价标准与对生物能力的评价标准一样，即从智能、机能和物理能三个 方面进行评价，机器人能力与生物能力具有一定的相似性。图8-2是以智能度、机能度和物 理能度三座标表示的“生物空间”，这里，机能度是指变通性或通用性以及空间占有性等；物 理能度包括力、速度、连续运行能力、均一性、可靠性等；智能度则指感觉、知觉、记忆、 运算逻辑、学习、鉴定、综合判断等。把这些概括起来可以说，机器人是具有生物空间三座 标的三元机械。某些工程机械有移动性，占有空间不固定性，因而是二元机械。计算机等信 息处理机，除物理能之外，还有若干智能，因而也属于二元机械。而一般机械都只有物理能， 所以都是一元机械。 8.1.2 机器人的组成及基本机能 信息处理机 图8-2生物空间 图8-1机器人三要素
机电一体化主要应用领域分析
机电一体化主要应用领域分析 一、机电一体化内涵及作用（一）机电一体化内涵“机械电子学”，也就是机电一体化的学科表达，机电一体化技术是基于计算机技术进一步发展的新型技术。通过将计算机，机械制造，机械控制技术等技术融合贯通，互相联系。来达成更为高效的操作需求。从上个世纪中期，就有开始将电子技术运用到机械操作中的实例，并取得一定的实践成果。在后来的发展中，电子技术与机械技术不断的融合发展。伴随着机电一体化进程的不断深入，更智能，更高效成为了后续发展的主旋律。以机电一体化为大纲发展，囊括机械制造，电子信息技术，机械控制，系统传感服务等等，逐渐运用到了更多的领域。 （二）机电一体化作用通过运用机电一体化技术，在机械制造领域来说能够更好的去设计，匹配符合人们需求的机械产品。从而进一步推动当前的机械智能发展。结合实际的运用所需，当前运用机电一体化技术制造的产品多符合轻便，易于操作，携带等特点，能够更好的为人们提供信息服务。伴随着人工智能的不断发展，工业生产自动化，控制自动化，电子产品自动化，以及智能机器人等等不断问世，推动了行业发展。从大环境来看推动了当前的国体经济发展，优化了当前的生产模式。 二、机电一体化技术的应用特点（一）自动检测机电一体化技术与计算机操作技术密切相关。通过运用计算机技术来对机电一体化技术进行技术指导，操作指示，同时，计算机技术也运用在机电一体化技术的检测，修正环节。通过对机械制造，机械设计环节的信息采集，数据分析。来对其进行技术检测，针对操作过程中出现的程序错误和异常情况检索，并通过计算机技术演算制定相应的应对方案。以警报预警的形势对外传送，便与操作人员发现处理。在通过计算机技术管理下进行机械制造，机械设计更具有安全性，稳定性与操作便易性。
机电一体化课后答案
机电一体化（第二版）课后答案 第一章 1-1.试说明较为人们所接受的机电一体化的含义。 答：机电一体化乃是在机械的主功能、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系统的总称。 1-7.机电一体化系统由哪些基本要素组成？分别实现哪些功能？ 答：①.机电一体化系统由计算机、动力源、传感件、机构、执行元件系统五大要素组成。 ②.对应的五大功能为：控制、动力、计测、构造、操作功能。 1-17.开发性设计、变异性设计、适应性设计有何异同？ 答：1、开发性设计是没有参照产品的设计，仅仅是根据抽象的设计原理要求，设计出在质量和性能方面满足目的要求的产品。 2、变异性设计是在设计方案和功能结构不变的情况下，仅改变现有产品的规格尺寸使之适应于量的方面有所变更的需求。 3、适应性设计是在总的设计方案、原理基本保持不变的情况下，对现有产品进行局部更改，或用微电子技术代替原有的机械结构或为了进行微电子控制对机械结构进行局部适应性设计，以使产品在性能和质量上增加某些附加价值。 所有机电一体化系统的设计都是为了获得用来构成事物的有用信息。 1-20.简述计算机辅助设计与并行工程、虚拟设计、快速响应设计、绿色设计、反求设计等的含义。 答：1、计算机辅助设计是设计机电一体化产品的有力工具，用来设计一般机械产品的CAD 的研究成果。 2、并行工程是把产品的设计、制造及其相关过程作为一个有机整体进行综合协调的一种工作模式。 3、虚拟设计是虚拟环境中的产品模型，是现实世界中的产品在虚拟环境中的映像，是基于虚拟现实技术的新一代计算机辅助设计。 4、快速响应设计是实现快速响应工程的重要环节，快速响应工程是企业面对瞬息万变的市场环境，不断迅速开发适应市场的新系统，快速响应设计的关键是有效开发和利用各种系统信息资源。 5、绿色设计是从并行工程思想发展而出现的一个新概念。绿色设计就是在新系统的开发阶段，就考虑其整个生命周期对环境的影响，从而减少对环境的污染、资源的浪费、使用安全和人类健康等所产生的副作用。 反求设计是以现代设计理论、方法和技术为基础，运用各种专业人员的工程设计经验、
机电一体化技术 习题-参考答案
目录 机电一体化技术第1 章习题-参考答案 (1) 1-1 试说明较为人们接受的机电一体化的含义。 (1) 1-4 何谓机电一体化技术革命？ (1) 1-7.机电一体化系统有哪些基本要素组成？分别实现哪些功能？ (1) 1-8.工业三大要素指的是什么？ (1) 1-12.机电一体化系统的接口功能有哪两种？ (1) 1-16.什么是机电互补法、融合法、组合法？ (1) 机电一体化技术第2 章习题-参考答案 (2) 2-1 设计机械传动部件时，为确保机械系统的传动精度和工作稳定性，常常提出哪些 要求？ (2) 2-2 机电一体化系统传动机构的作用是什么？ (2) 2-3 机电一体化系统（产品）对传动机构的基本要求是什么？ (2) 2-10 现有一双螺母齿差调整预紧式滚珠丝杠，其基本导程λ0=6mm、一端的齿轮齿 数为100、另一端的齿轮齿数为98，当其一端的外齿轮相对另一端的外齿轮转过2 个齿时，试问：两个螺母之间相对移动了多大距离？ (2) 2－16 各级传动比的分配原则是什么？输出轴转角误差最小原则是什么？ (2) 2－17 已知：4 级齿轮传动系统，各齿轮的转角误差为Δφ1=Δφ2=Δφ3=…=0.005 rad,各 级减速比相同，即?1=?2=…=?4=1.5。求：该传动系统的最大转角误差Δφmax; 为缩小 Δφmax，应采取何种措施？ (2) 2－18 谐波齿轮传动有何特点？传动比的计算方法是什么？ (3) 2-19.设有一谐波齿轮减速器,其减速比为100，柔轮齿数为100.当刚轮固定时,试求该 谐波减速器的刚轮齿数及输出轴的转动方向(与输入轴的转向相比较) (3) 2-20.齿轮传动的齿侧间隙的调整方法有哪些? (3) 2-25.轴系部件设计的基本要求有哪些？ (4) 机电一体化技术第3 章参考答案 (5) 3-1 简述机电一体化系统执行元件的分类及特点。 (5) II 3-2 机电一体化系统对执行元件的基本要求是什么？ (5) 3-3 简述控制用电动机的功率密度及比功率的定义。 (5) 3—5 直流伺服电机控制方式的基本形式是什么？ (5) 3-6 简述PWM 直流驱动调速，换向的工作原理。 (6) 步进电机具有哪些特点？ (6) 简述步进电机三相单三拍的工作原理？ (6) 3-11 简述步进电机步距角大小的计算方法？ (7) 3-12 简述三相步进电机的环形分配方式？ (7) 简述步进电机驱动电源的功率放大电路原理. (7) 机电一体化技术第4 章参考答案 (9) 试说明CPU、MC 和MCS 之关系。 (9) 4-3、在设计微机控制系统中首先会遇到的问题是什么？ (9) 4-17 试说明光电耦合器的光电隔离原理。 (9) 4-20 试说明检测传感器的微机接口基本方式。 (9) 机电一体化技术第5 章参考答案 (11)
机电一体化设计实例论文(有参考文献)
回转工作台的设计 一、设计的目的： 1、掌握机电一体化系统的设计过程和方法，包括参数的选择、传动设计、零件计算、结构设计、计算机控制等培养系统分析及设计的能力。 2、综合应用过去所学的理论知识，提高联系实际和综合分析的能力，进一步巩固、加深和拓宽所学的知识。 3、训练和提高设计的基本技能，如计算，绘图，运用设计资料、标准和规范，编写技术文件（说明书）等。 二、设计任务及要求 设计题目：数控回转工作台的设计 1. 设计内容包括：总体设计，机械系统的设计与计算，计算机控制系统设计，编写设计计算说明书； 2. 设计要求包括：回转角度0～360°；最大回转半径400㎜；最大承载重量50㎏； 3. 机械部分的设计：装配工作图1张（1号）； 4. 计算机控制的设计：控制系统接口图一张； 5. 控制装置采用步进电机驱动，MCS-51或单片机FX2N-PLC控制系统，软件环分，由键盘输入实现开环控制。 三、机械系统设计 在数字回转工作台机械传动部分选用蜗轮蜗杆传动,因为蜗杆传动平稳,振动,冲击和噪声均较小;能以单级传动获得教大的传动比,结构紧凑,有利于实现回转工作台所要求的分度的实现.故选用蜗轮蜗杆传动. （一）、蜗杆类型的选择: 蜗杆选择为渐开线圆柱蜗杆.因为此种蜗杆不仅可车削还可以像圆柱齿轮那样用齿轮滚刀滚削,并可用但面或单锥面砂磨削.制造精度高.是普通圆柱蜗杆传动中较理想的传动.传动效率也高,在动力传动和机床精密传动中应用较为广泛. （二）、蜗杆蜗轮材料的选择:
由于蜗杆传动啮合摩擦较大,且由于蜗轮滚刀的形状尺寸不可能做得和蜗杆绝对相同,被加工出的蜗轮齿形难以和蜗杆精确共轭,必须依靠运转跑合才渐趋理想,因此材料副的组合必须具有良好的减摩和跑合性能以及抗胶合性能。所以蜗轮通常青铜或铸铁做齿圈，并尽可能与淬硬并经磨削的钢制蜗杆相匹配。故选择:蜗杆材料为：渗碳钢，表面淬硬56-62HRC 牌号为20GrMnTi.蜗轮材料为：铸造锡青铜，牌号为ZcuSn10Pb1 （三）、蜗杆蜗轮参数计算： 1. 蜗杆传动尺寸的确定： 由设计题目中要求可知：工作台回转直径最大为400mm/50千克. 由《齿轮手册》（上）表6.2-3取蜗杆蜗轮中心距标准a=225mm; 估取蜗杆分度圆直径: 为能获得较大的传动比,取蜗杆头数为: z =1;z =90 估取模数m: m=(1.4~1.7)a/ z =3.6 取m=4 q=d /m=80/4=20 6 tanγ= z /q 则γ=2.86° 2. 确定蜗轮蜗杆各参数值 蜗杆尺寸“ 1) 蜗杆轴向齿距:p =πm=3.14×4=12.56 2) 螺旋线导程:p =p ×z =15.4×4=12.56 3) 法向齿形角:对于ZI蜗杆αn=20°在分度传动中允许减小齿形角α =15° 4) 直径系数:q= d /m=80/4=20 5) 蜗杆分度圆(中圆)直径: d (d )= d =qm=80 6) 蜗杆分度圆(中圆柱)导程角: γ=2.86° 渐开线蜗杆: 基圆柱导程角: γcosγ =cosαncosγγ =15.264° 7) 基圆直径:d d = z m/tanγ =14.16 8) 法向基节:p =πm cosγ =12.12 9) 蜗杆齿轮顶高:h =h m=1×4=4 10 蜗杆齿根高:h =1.2m=4.8