河南理工大学 机电一体化考试重点

1.1机电一体化:“机电一体化是在机械的主功能、动力功能、信息功能和控制功能上引用微电子技术，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”

机电一体化是机械技术、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，是电子技术向机械技术领域渗透过程中逐渐形成的一个新概念。其中“Mechatronics”是Mechanics(机械学)与E1ectronics (电子学)组合而成的日本造英语。

1.2接口:机电一体化系统由许多要素或子系统构成，各要素或子系统之间必须能顺利进行物质、能量和信息的传递与交换。为此，各要素或各子系统相接处必须具备一定的联系条件，这些联系条件就可称为接口

A 1.3系统工程: 系统工程是组织管理系统的规划、研究、设计、制造、试验和使用的科学方法，是一种对所有系统都具有普遍意义的科学方法

B 1.4并行工程:是把产品（系统）的设计、制造及其相关过程作为一个有机整体进行综合（并行）协调的一种工作模式

C 1.5虚拟产品设计: 虚拟产品设计是基于虚拟现实技术的新一代计算机辅助设计，是在基于多媒体的、交互的渗入式或侵入式的三维计算机辅助设计环境中，设计者不仅能够直接在三维空间中通过三维操作、语言指令、手势等高度交互的方式进行三维实体建模和装配建模，并且最终生成精确的产品（系统）模型，以支持详细设计与变型设计，同时能在同一环境中进行一些相关分析，从而满足工程设计和应用的需要

D 1.6绿色设计；所谓绿色设计，是在新产品（系统）的开发阶段，就考虑其整个生命周期内对环境的影响，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负作用。绿色产品设计将产品（系统）寿命周期内各个阶段（设计、制造、使用、回收处理等）看成一个有机整体，在保证产品良好性能、质量及成本等要求的情况下，还充分考虑到产品（系统）的维护资源及能源的回收利用以及对环境的影响等问题。

E 1.7反求设计: 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、知识和创新思维，对已有的产品（系统）进行剖析、重构、再创造的设计。

1.8 机电一体化系统组成：机械系统，信息处理系统，动力系统，传感监测系统，执行元件系统

1.9工业三大要素与机电一体化的三大效果：省能源省资源智能化。

工业三大要素：物质、能量和信息

1.10根据输入／输出功能接口分类：1机械接口2物理接口3 信息接口 4 环境接口

1.11机电一体化系统(产品) 的设计流程：1) 根据目的功能确定产品规格、性能指标

(2) 系统功能部件、功能要素的划分(3) 接口的设计(4) 综合评价(或整体评价)

(5) 可靠性复查(6) 试制与调试

1.12 机电一体化系统产品设计的考虑方法：1) 机电互补法2) 结合(融合)法3) 组合法

2.1 机电一体化技术对传动机构的要求：) 1) 精密化—对某种特定的机电一体化系统（或产品）来说，应根据其性能的需要提出适当的精密度要求。虽然不是越精密越好，但由于要适应产品的高定位精度等性能的要求，对机械传动机构的精密度要求也越来越高。

2) 高速化—产品工作效率的高低，直接与机械传动部件的运动速度相关。因此，机械传动机构应能适应高速运动的要求。

3) 小型化、轻量化——随着机电一体化系统(或产品)精密化、高速化的发展，必然要求其传动机构的小型、轻量化，以提高运动灵敏度(快速响应性)、减小冲击、降低能耗。为与微电子部件的微型化相适应，也要尽可能做到使机械传动部件短小轻薄化。

即精密化高速化小型化、轻量化

2.2为确保机械系统的传动精度和工作稳定性，常采取哪些措施：

1) 采用低摩擦阻力的传动部件和导向支承部件；2) 缩短传动链，提高传动与支承刚度；

3) 选用最佳传动比，以达到提高系统分辨率、减少等效到执行元件输出轴上的等效转动惯量，尽可能提高加速能力；4) 缩小反向死区误差，如采取消除传动间隙、减少支承变形的措施；5) 改进支承及架体的结构设计以提高刚性、减少振动、降低噪声2.3齿轮传动比的最佳匹配选择原则 ;重量最轻原则输出轴转角误差原

等效转动惯量最小原则

2.4滚珠丝杠螺母机构组成与要求:滚珠丝杠螺母机构由反向器(滚珠循环反向装置)l、螺母2、丝杠3和滚珠4等四部分组成。

滚珠丝杠副与滑动丝杠副相比，滚珠丝杠副除上述优点外，还具有轴向刚度高(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、使用寿命长等优点。但由于不能自锁，具有传动的可逆性，在用做升降传动机构时，需要采取制动措施。

2.5: 机电一体化系统对导轨的基本要求: 机电一体化系统对导轨的基本要求是导向精度高、刚性好、运动轻便平稳、耐磨性好、温度变化影响小以及结构工艺性好等。

2.6导轨副的设计内容 1 ）根据工作条件选择合适的导轨类型；

2）选择合适的导轨截面开关，以保证导向精度

3）选择适合的导轨结构及尺寸，使其在给定栽花及工作范围内，有跔的刚度、良好的耐磨性以及运动轻便和低速平稳性；

4）选择导轨的补偿及调整装置，经长期使用后，通过调整能保持所需要的精度；

5）选择合理的耐磨涂料、润滑方式和防护装置，使导轨有良好的工作条件，以减少摩擦与磨损；

6）制订保证导轨所必须的技术条件，如选择适当的材料以及热处理、精加工和测量方法等。

2.7机座或机架的作用与要求: 机座或机架是支承其他零部件的基础部件.它既能承受其他零件的工作载荷，。

要求：1提高刚度和抗震性

2减小热变形 3 提高稳定性 4 工艺性经济性人机工程等

2.8 提高导轨副耐磨性的措施：镶装导轨、提高导轨的精度与改善表面粗糙度、减小导轨单位面积上的压力(即比压)。

3.1 根据使用能量的不同，执行元件分类；电磁式、液压式和气压式等几种类型电气式是将电能变成电磁力，并用该电磁力驱动运行机构运动的。液压式是先将电能变换为液压能并用电磁阀改变压力油的流向，从而使液压执行元件驱动运行机构运动。气压式与液压式的原理相同，只是将介质由油改为气体而已。其它执行元件与使用材料有关，如使用双金属片、形状记忆合金或压电元件。

3.2对执行元件的基本要求 1. 惯量小、动力大 2. 体积小、重量轻

3. 便于维修、安装

4. 宜于微机控制

3.3脉宽调制(PWM) ：当输入一个直流电压U 就可以得到一定宽度与U成比例的方波给伺服电机电枢回路供电，通过改变脉

冲宽度来改变电枢回路的平均电压，从而得到不同大小的电压值U。使直流电动机平滑调速。

3.4步进电动机特点与种类：特点：①步进电动机的工作状态不易受各种干扰因素(如电源电压的波动、电流的大小与波形的变化、温度等)的影响，只要在它们的大小未引起步进电动机产生“丢步”现象之前，就不影响其正常工作；②步进电动机的步距角有误差，转子转过一定步数以后也会出现累积误差，但转子转过一转以后，其累积误差变为“零”，因此不会长期积累；③控制性能好,在起动、停止、反转时不易“丢步”。因此，步进电动机被广泛应用于开环控制的机电一体化系统，使系统简化，并可靠地获得较高的位置精度。

种类：有旋转式步进电动机，直线步进电动机；从励磁相数来分有三相、四相、五相、六相等步进电动机。就常用的旋转式步进电动机的转子结构来说，分为以下三种1）可变磁阻型2) 永磁型3)混合型

7.3.5步进电机原理( 相序、步距角等)：P1066简述步进电机的工作原理，并推导出步进当量的计算公式。

答：工作原理：当第一个脉冲通入A相时，磁通企图沿着磁阻最小的路径闭合，

在此磁场力的作用下，转子的1、3齿要和A级对齐。当下一个脉冲通入B相时，

磁通同样要按磁阻最小的路径闭合，即2、4齿要和B级对齐，则转子就顺逆时

针方向转动一定的角度。计算公式：

znk

o/

360

=

α

。

3.6步进电机驱动电源组成与环分方式；1. 环形脉冲分配器2 功率放大器

n

n

1

3

24

A

A

B

B

C

C C

B

4

2

3

A

C

1

A

B

2

3

B

A

C

A

C

1

4B