机电一体化系统设计1
机电一体化系统的设计方法
机电一体化系统的设计方法
机电一体化系统的设计方法包括以下几个方面：
1. 概念设计：在机电一体化系统的设计初期，需要进行概念
设计，明确系统的功能、性能和结构等需求。
这个阶段需要进行需求分析、方案比较和选优等工作，确定系统的整体框架和设计指标。
2. 结构设计：在概念设计确定后，需要进行具体的结构设计，包括机械结构和电气结构的设计。
机械结构设计要考虑系统的运动学和动力学要求，选择合适的传动方式、机构和零部件等。
电气结构设计要考虑系统的电力和信号传输等需求，选择合适的电源、驱动器和控制器等。
3. 控制设计：机电一体化系统的控制设计是整个系统的关键，需要针对系统的工作原理和特点进行控制算法的设计。
根据系统的动态响应和稳态性能要求，选择合适的控制方法和参数调节方式，设计控制系统的结构和参数。
4. 效能设计：机电一体化系统的效能设计包括能量利用和噪
声控制等。
要在设计过程中考虑到能量的损失和转化效率，提高系统的能效。
同时，要对系统的噪声产生和传播进行分析和控制，减少系统产生的噪声。
5. 可靠性设计：机电一体化系统的可靠性设计是确保系统正
常工作和长期稳定运行的关键。
要进行可靠性分析和评估，识别可能的故障模式和失效原因，并采取相应的设计措施，提高
系统的可靠性和可维护性。
综上所述，机电一体化系统的设计方法涉及概念设计、结构设计、控制设计、效能设计和可靠性设计等方面，需要综合考虑系统的功能需求、结构特点、控制要求和效能指标，以实现系统的整体一体化和优化设计。
《机电一体化系统设计》期末复习题及答案
《机电⼀体化系统设计》期末复习题及答案单选 (6)问答题 (12)1、在机械⼯业中微电⼦技术应⽤有哪些⽅⾯，及其对机电⼀体化产品设计的意义？ (12)2、机电⼀体化系统的主功能组成是那些？ (12)3、机械电⽓化与机电⼀体化的区别 (12)4、简要说明机电⼀体化系统组成要素及其功能？ (12)5、传统机电产品与机电⼀体化产品的主要区别表现哪些⽅⾯？ (12)6、机电⼀体化的关键⽀撑技术有哪些？它们的作⽤如何？ (13)1、试论述机电⼀体化产品的概念设计步骤及过程？ (13)2、产品的性能要求分类有哪些？简要分类说明。
(13)3、什么是机电⼀体化产品概念设计的核⼼内容？ (14)4、机电产品设计有哪些类型？试简要说明？ (14)5、简述产品功能、⾏为和结构及其建模之间的关系？ (14)6、传统机电产品设计与机电⼀体化产品设计的主要区别 (14)7、试论述机电⼀体化功能设计的思想⽅法和特点？ (14)8、简要说明机电⼀体化系统基本功能元的组成内容？ (15)9、机电⼀体化的现代设计⽅法的有何特点？ (15)10、优化设计的原理⽅法？ (15)11、简要说明可靠性的原理及其设计⽅法？ (15)1.机电⼀体化系统中的机械系统主要包括哪⼏部分？ (15)2、滚动导轨预加负载的⽬的是什么？常⽤⽅法有哪些？ (16)3、试述导轨的主要作⽤，导轨副的组成种类及应满⾜的要求？ (16)4、滚珠丝杠副的组成及特点有哪些？ (16)5、谐波齿轮传动有何特点？基本组成有哪些部件？ (16)6、什么是低速爬⾏？造成的原因是什么？ (16)7、机电⼀体化机械传动系统设计的特点？ (16)1.某交流感应电动机，正常⼯作时实际转速1350r/min，电源频率50Hz，其转差率是多少？ (17)2、已知某⼯作台采⽤步进电机丝杠螺母机构驱动，已知⼯作台的⾏程L=250mm,丝杠导程t=4mm,齿轮减速⽐为i=5，2/4相步进电机的步进⾓为1.8°，半步细分驱动时的⼯作台位移的脉冲当量为多少？ (17)3、感应电动机可采⽤什么调速⽅法？ (17)4、对电机进⾏闭环控制中，适合采⽤跟踪型PWM控制的物理量是什么？跟踪型PWM有何特点？ (17)5、半闭环伺服结构的有什么特点？ (17)6、电液⽐例阀是怎样实现调节的？ (17)7、液压调节系统有哪些？ (17)8、开环控制系统中，多采⽤什么类型驱动电机？有什么特点？ (17)9、液压伺服有何特点？ (18)10、计算题(15分)如图所⽰电机驱动系统，已知⼯作台的质量为m=50kg负载⼒为F1＝800N，最⼤加速度为8m／s2，丝杠直径为d＝20mm，导程t＝5mm，齿轮减速⽐为i=6，总效率为?=30％，忽略丝杠惯量的影响，试计算电机的驱动⼒矩。
机电一体化系统设计
一．电气控制系统与电气控制系统图电器与电气的区别？电气就是以电能、电器设备和电气技术为研究内容，是一门技术，也指相应的系统。
电器泛指所有用电的器具。
一方面指用于对电路进行接通、分断，对电路参数进行变换，以实现对电路或用电设备的控制、调节、切换、检测和保护等作用的电工装置、设备和元件，另一方面也指具体的产品，如家用电器。
机电一体化生产机械的运动需要执行元件（电动机）的拖动，但执行元件（电动机）的启动、调速、正反转、制动等需要一定的电器装置进行电气控制。
电气控制系统：实际的生产机械系统用继电器、接触器、按钮、行程开关等电器元件，按一定的接线方式组织而成的系统。
电气控制系统的主要元件都安装在电控柜内。
电气控制系统图：指根据国家电气制图标准，用规定的电气符号、图线来表示系统中各电气设备、装置、元器件的连接关系的电气工程图。
电气控制系统图包括：1）电气原理图2）电器安装图3）电气接线图1 电气原理图：用图形符号（～）和文字符号（KM）表示电路各个电器元件连接关系和工作原理的图，而不考虑各电器元件实际安装的位置和实际连线情况。
便于阅读和设计较复杂的控制电路。
它是生产机械电气设备设计的基本和重要的技术资料。
电气原理图绘制原则1）电气原理图应按主电路、控制电路、照明电路、信号电路分开绘制。
电源电路用水平线画出，电源相序自上而下排列，中性线（N）和保护接地线（PE）放在相线之下。
2）主电路用粗线条垂直画在左边；控制电路用细线条垂直画在右边。
3）电器元件，采用国家标准规定的图形符号和文字符号表示。
耗电元件（如继电器的线圈，电磁铁，信号灯等）直接与下方水平线连接。
4）需要测试和拆、接外部引线的端子，应用图形符号“空心圆”表示。
电路的连接点用“实心圆”表示。
5）将图分成若干图区，上方为该区电路的用途和作用，下方为图区号。
6）同一电器元件的各部件可不画在一起，但文字符号要相同。
若有多个同一种类的电器元件，可在文字符号后加上数字符号来区别，如KM1、KM2等。
机电一体化系统设计
1. 机电一体化技术（或产品）的定义定义：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的结合所构成的系统的总称。
2. 机电一体化系统或产品设计的目的是什么？主要目的：增加机械系统或产品的附加值和自动化程度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？机械系统，电子信息处理系统，动力系统，传感系统，执行控制系统4、简述机电一体化系统或产品的机电结合（融合）设计方法。
机电结合设计方法是将个组成要素有机的结合为一体而构成专用或通用的功能部件，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？。
机电一体化系统的机电组合设计方法是将用结合法制成的功能部件，功能模块，像积木那样组合成各种机电一体化系统，特点是可以缩短设计与研制周期，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？机械传动系统在机电一体化系统中的基本功能是传递力/转矩和速度/转速。
实质上是一种转矩，转速变换器。
作用是使执行原件与负载之间在转矩和转速方面达到合理的匹配。
7. 简答机电一体化机械传动的主要功能，目的，基本要求。
功能：传递力/转矩和速度/转速目的：使执行元件与负载之间在转矩和转速方面达到合理的匹配。
基固本要求：转动间隙小，精度高，体积小，重量轻，运动平稳，传动转矩大。
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？1.较高的定位精度。
2.良好的动态响应特性－响应快，稳定性好，收敛时间合理。
3。
无间隙，低摩擦，低惯量，大刚度。
4。
高的消振频率，合理的阻尼比。
9. 简述滚珠丝杠传动装置的组成，结构和应用特点。
滚珠丝杠传动装置的组成由带螺旋槽的丝杆，螺母，滚动元件，回珠装置组成。
结构：丝杆轻动时，带动滚珠螺纹滚道滚动，为阻止滚珠从滚道端面掉出，在螺母的螺旋槽两端没有滚珠回程引导装置构成滚珠的循环返回通道，从而形成滚珠滚动的闭合通路。
机电一体化系统设计考试试题及答案
《机电一体化系统设计》课程试卷1参考答案一.填空1.通常一个较完善的机电一体化系统包含：机械本体、动力与驱动装置、执行机构、传感与检测部分和控制与信息处理五部分。
2.结构设计中的自增强原则是指在正常工作条件下，辅助效应与初始效应的作用方向相同，总效应为两者之和；在力传递原则中，力流路线越短，零件的结构刚性__越好__；卸荷皮带轮就是结构设计中应用任务分配原则的实例。
3.系统的传递函数定义为当初始条件为零时，输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比。
4.传感器的静态特性指标主要有：线性度、灵敏度、迟滞、重复性和分辨力等。
5.电感式位移传感器是通过检测电感量的变化来检测被测量的位移。
6.滚珠丝杠副中采用双螺母是为了便于螺旋副轴向间隙的调整。
7.在光栅式位移传感器中，莫尔条纹对光栅的栅距起到了放大作用。
8.谐波齿轮传动的三个主要部件是：刚轮、柔轮和谐波发生器。
9.直流伺服电机的优点是稳定性好、可控性好、响应迅速和转矩大等；无刷直流伺服电动机的优点是无换向器、可控性好和稳定性好等。
二、简述题1.在机电一体化产品的设计中常常引入现代设计方法，简述你所熟悉的一种现代设计方法的基本思想。
2.比较滚珠丝杠副中单圆弧型滚道与双圆弧型滚道的优缺点。
3.简述机电一体化产品方案设计中黑箱法的基本原理。
答案：1、例如可靠性设计。
可靠性指产品在规定条件下和规定时间内完成规定功能的能力。
可靠性设计作为一种新的设计方法，只是常规设计方法的深化和发展，所以机械设计等相关课程所阐明的计算原理、方法和基本公式，对可靠性设计仍然适用。
但其又有别于传统设计方法，主要表现在以下几点：①可靠性设计法认为作用在零部件上的载荷（广义的）和材料性能等都不是定值，而是随机变量，具有明显的离散性质，在数学上必须用分布函数来描述；②由于载荷和材料性能等都是随机变量，所以必须用概率统计的方法求解；③可靠性设计法认为所设计的任何产品都存在一定的失效可能性，并且可以定量地回答产品在工作中的可靠程度，从而弥补了传统设计方法的不足。
机电一体化系统设计习题答案
机电一体化系统设计习题答案【篇一：机电一体化课后答案】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副作用。
机电一体化系统设计课程设计
机电一体化系统设计课程设计一、课程概述1.1课程背景1.2课程目标1.3课程内容1.4教学方法1.5考核方式二、课程背景2.1机电一体化系统概述2.2机电一体化系统在工业生产中的应用2.3机电一体化系统在日常生活中的应用2.4机电一体化系统的发展趋势三、课程目标3.1了解机电一体化系统的基本概念和原理3.2掌握机电一体化系统的设计方法3.3能够应用机电一体化系统解决实际问题3.4培养学生的团队合作能力和创新能力四、课程内容4.1机电一体化系统的基本概念和原理4.1.1机电一体化系统的定义4.1.2机电一体化系统的组成4.1.3机电一体化系统的工作原理4.2机电一体化系统的设计方法4.2.1机电一体化系统的需求分析4.2.2机电一体化系统的结构设计4.2.3机电一体化系统的控制设计4.2.4机电一体化系统的传感器和执行机构设计4.3机电一体化系统的应用案例分析4.3.1工业生产中的机电一体化系统应用4.3.2日常生活中的机电一体化系统应用4.4机电一体化系统的实验设计4.4.1机电一体化系统实验的设计原则4.4.2机电一体化系统实验的搭建方法4.4.3机电一体化系统实验的数据分析五、教学方法5.1理论教学5.1.1讲授5.1.2讨论5.1.3案例分析5.2实践教学5.2.1实验教学5.2.2项目设计5.3网络教学5.3.1在线课程5.3.2远程协作六、考核方式6.1平时表现6.2实验报告6.3课堂讨论6.4期末考试6.5项目设计成果七、机电一体化系统设计课程的意义与发展7.1对于学生的意义7.1.1增强对机电一体化系统的理解7.1.2培养创新能力和团队合作能力7.1.3提升就业竞争力7.2对于专业发展的意义7.2.1推动机电一体化系统相关课程的设置7.2.2加强学校与企业的合作7.2.3增强学校在机电领域的影响力7.3机电一体化系统设计课程的未来发展7.3.1结合人工智能和大数据技术7.3.2强化实践教学和创新创业教育八、结语8.1总结课程设计的重点8.2展望机电一体化系统设计课程的未来发展以上就是机电一体化系统设计课程设计的内容，通过对课程背景、目标、内容、教学方法和考核方式的详细规划，可以有效地帮助学生掌握机电一体化系统的基本概念和设计方法，培养学生的实践能力和团队合作能力，提升学校在机电领域的影响力，推动机电一体化系统设计课程的发展。
机电一体化
要求：能快速、精确地获得信息并在相应的应 用环境中具有高可靠性。
1.4 共性关键技术
2、信息处理技术 主要完成信息的交换、存取、运算、判断 和决策等.其主要工具是计算机。
传感 器 A/D 计算 机 D/A 执行
装置
3、控制技术
关于软件方面的技术，主要以控制理论为 指导，对控制系统设计、仿真、现场调试、可 靠运行等。
数 控 铣 床
数控车床
焊接机器人
1.3 机电一体化的相关技术
机电一体化技术是自动化技术之一！
过程自动化 自动化 机械自动化 办公室自动化
主要目标
机电一体化
1.3 机电一体化的相关技术
1 2 3 4 5 6
检测传感技术 信息处理技术 自动控制技术 伺服驱动技术 机械技术 系统总体技术
1.2 机电一体化系统的构成
3、检测传感装置 检测产品内部状态和外部环境，实现计测 功能。 要求：体积小、精度高、抗干扰 4、电子控制单元
处理、运算、决策，实现控制功能。 要求：高可靠性、柔性、智能化
1.2 机电一体化系统的构成
5、执行机构
包括机械传动与操作机构，接收控制信息，完 成要求的动作，实现主功能。
1.2 发展概况
3.90年代后期开始为第三阶段，“智能化阶段”
① 光学、通信技术等进入了机电一体化，微细加工技术 也在机电一体化中崭露头脚，出现了光机电一体化和微机 电一体化等新分支； ② 对机电一体化系统的建模设计、分析和集成方法，机电 一体化的学科体系和发展趋势都进行了深入研究。 ③ 由于人工智能技术、神经网络技术及光纤技术等领域取 得的巨大进步，为机电一体化技术开辟了发展的广阔天地。 这些研究，将促使机电一体化进一步建立完整的基础和逐 渐形成完整的科学体系。
机电一体化系统设计
图2.6 锥齿轮轴向压簧调整
图2.7 锥齿轮周向弹簧调整 1.大片锥齿轮 2.小片锥齿轮 3.锥齿轮 4.镶块 5.弹簧 6.止动螺钉 7.凸爪 8.槽
（四）齿轮齿条传动机构
结构如图2.8所示。用于行程较长的大型机床上，易于得 到高速直线运动。 1.双片簿齿轮调整法 分别与齿条齿槽的左、右两侧贴紧， 从而消除齿侧间隙（传动负载小时采用）。 2.双厚齿轮传动的结构 进给运动由轴5输入，该轴上装有
1.垫片调整法 结构如图2.4所示。在两薄片斜齿轮1、2中间 加垫片3，改变两薄片斜齿轮之间的轴向距离，使薄片斜齿 轮1、2的螺旋线错位。
特点：1)结构简单；2)齿侧间隙不能自动补偿。3) 使用时需 要反复测试齿轮的啮合情况，反复调节垫片的厚度。
图2.4 斜齿薄片齿轮垫片调整
(二)斜齿轮传动机构
功用： 转矩匹配； 惯量匹配；脉冲当量匹配；降速
消除传动间隙
作用：消除反向间隙，提高传动精度 方法：使啮合状态轮齿的两侧均处于接触状 实现：偏心轴调整、轴向垫片调整 （刚性）
轴向压簧调整、周向压簧调整（柔性）
径向（中心矩）调隙法；轴向调隙法；周向(切向）调隙法
(一)直齿圆柱齿轮传动机构
1.偏心轴套调整法 结构如图2.1所示。转动偏心轴套2调整 两啮合齿轮的中心距，消除齿侧间隙及其造成的换向死区。 特点：结构简单，侧隙调整后不能自动补偿。
此外，还要求机械系统具有较大的刚度、良好的可靠性和重量轻、 体积小、寿命长。
三、机械系统的组成
1.传动机构 ：如，齿轮传动机构、蜗杆蜗轮传动机构、丝杠传动机 构、链传动、带传动等。
要求：满足整个机械系统良好的伺服性能；要满足传动精度的要求； 满足小型、轻量、高速、低噪声和高可靠性的要求。
机电一体化系统设计
1、先进制造技术
先进制造技术（AMT－Advanced Manufacturing Technology）先进制造 技术是传统制造技术不断吸收机械、电子、信息、材料、能源和现代管理 等方面的成果，并将其综合应用于产品设计、制造、检测、管理、销售、 使用、服务的制造全过程，以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活的生产， 并取得理想技术经济效果的制造技术的总称。
2.1.2 丝杠螺母机构传动机构形式
作用：主要用来将旋转运动变换为直线运动或 将直线运动变换为旋转运动。
1按摩擦类型分
滑动摩擦机构和滚动摩擦机构
• 滑动丝杠螺母机构
结构简单、加工方便、制造成本低、具有自锁功能，但 其摩擦阻力矩大、传动效率低(30％～40％)。
• 滚珠丝杠螺母机构
结构复杂、制造成本高，但其最大优点是摩擦阻力矩小 、传动效率高(92％～98％)，因此在机电一体化系统中得到广 泛应用。
4、以“自动化”技术为发展前提
“自动化”从自动控制、自动调节、自动补偿、自动辨识等发展到自学习、 自组织、自维护、自修复等更高的自动化水平。
5、以“成化集”为发展的方法
“集成化”，一是技术的集成，二是管理的集成，三是技术与管理的集成。
6、以“网络化”为发展道路
利用网络，进行产品设计、制造与生产管理等活动。
• 3、六轴以上联动-----加工任意曲面
数控设备
• 除了制造业的数控设备外： • 1 焊接设备 • 2激光切割机（刻字机） • 3数控雕刻机 • 4数控绕线机 • 5数控鞋楦机
焊接机器人
焊接机器人
焊接机器人
《机电一体化系统设计》复习资料解读
思考题：
1.机电一体化的涵义、目的、特征、基本组成 要素以及分别实现哪些功能?
2. 工业三大要素指的是什么？机电一体化设计 的目标是哪些？
3. 机电一体化的接口功能有哪些？根据不同的 接口功能试说明接口的种类。
4. 说明机电一体化系统设计的设计思想、方法。
5. 开发性设计、变异性设计、适应性设计有何 异同？
一对齿轮区中在的闭一环个系齿统轮中4装，则可能造成系统不稳 在电机输定出，轴常上会，使并得将系电统机产生以1～5倍的间隙 2安装在偏而心进套行1的(或低偏频心振轴荡) 。 上，通过转动为偏此心尽套量(采偏用心齿轴侧) 隙较小、精度较高 的轮齿轮转的正角中、， 心的 则反就 距齿 多转可 ，轮 采时调 从传用的节而动各齿两消副种侧啮除。调间合圆但整隙齿柱为齿。了侧13偏减降隙心速低的套箱 2制方电动造法机成来本消，除 特点是结或构减简小单啮，合但间其隙侧，隙以提4和高5减传速动齿轮精度和系 不能自动统补的偿稳。定性。
弹簧-阻尼系统图
1-主动件；2-弹簧-阻尼； 3-运动件；4-静导轨
防止爬行现象采取以 下几项措施
为防止爬行现象的出现，可同时采取以下 几项措施： ★ 采用滚动导轨、静压导轨、卸荷导轨、贴 塑料层导轨等； ★ 在普通滑动导轨上使用含有极性添加剂的 导轨油； ★ 用减小结合面、增大结构尺寸、缩短传动 链、减少传动副等方法来提高传动系统的刚度。
导向支承部件
▪ 导向支承部件的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。这样的部件通常被标为导轨副， 简称导轨。
▪ 导轨副主要由承导件1和运动件2两部分组成，如图2-20所 示。运动方向为直线的被称为直线导轨副，为回转的被称为 回转运动导轨副。常用的导轨副种类很多，按其接触面的摩 擦性质可分为滑动导轨、滚动导轨、流体介质摩擦导轨等。
机电一体化系统设计(最终版)ppt课件
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电力拖动
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第三节 机电一体化的相关技术
机械技术（精密机械技术）
是机电一体化的基础。机电一体化的机械产 品与传统的机械产品的区别在于：机械结构 更简单、机械功能更强、性能更优越。
机械技术的出发点在于如何与机电一体化技 术相适应，利用其他高新技术来更新概念， 实现结构、材料、性能以及功能上的变更。
现代机械：以力学、电子学、计算机学、控制 论、信息论等为理论基础，以经验、机、电、 计算机、传感与测试等技术为实践基础。
机械：强度高、输出功率大、承载大载荷；实 现微小复杂运动难。
电子：可实现复杂的检测和控制；但无法实现 重载运动。
202的定义
机电一体化是在以机械、电子技术和计算 机科学为主的多门学科相互渗透、相互结 合过程中逐渐形成和发展起来的一门新兴 边缘技术学科。
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第四节 机电一体化系统的 基本功能要素
接口
将各要素或子系统连接成为一个有机整体， 使各个功能环节有目的地协调一致运动， 从而形成机电一体化的系统工程。
其基本功能主要有三个：变换、放大、传 递
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第五节 本课程的目的和要求
本课程的目的和要求
第三节 机电一体化的相关技术
自动控制技术
自动控制技术的目的在于实现机电一体化 系统的目标最佳化。 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、自适 应控制、模糊控制、神经网络控制等。
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第三节 机电一体化的相关技术
伺服驱动技术
伺服驱动技术就是在控制指令的指挥下， 控制驱动元件，使机械的运动部件按照指 令要求运动，并具有良好的动态性能。 常见的伺服驱动系统主要有电气伺服和液 压伺服。
《机电一体化系统设计基础》作业1、2、3、4参考答案..
《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2．为提高机电一体化机械传动系统的固有频率，应设法（A ）。
机电一体化系统设计(期末大作业,含答案)
1电子科技大学网络教育考卷（A 卷）(20 年至20 学年度第 学期)考试时间 年 月 日(120分钟) 课程 机电一体化系统设计 教师签名 朱成华一、名词解释(每题2分，共10分) 1. 传递函数；答：于线性定常系统,在零初始条件下,系统输出量的拉氏变换与引起该 输出的输入量的拉氏变换之比,称为系统的传递函数2. 开发性设计；答：开发性设计是指在没有参照的情况下仅根据抽象的设计原理和要求设计出在质量和性能方面满足目的要求的产品。
3. PLC ；答：PLC 是指可编程逻辑控制器。
4.SSR ；答：SSR 是指固态继电器是一种带光电隔离的器的无触点开关。
5. D/A ：答：D/A 是把数字量变成模拟量的装置。
二、判断正误(每题1分，共10分)1. 匹配Z 变换法适用于具有因式分解形式的传递函数。
( √ )2.双线性变换法就是突斯汀法，是控制系统中常用的一种离散化方法。
( × )3. 步进电机一般采用开环控制系统。
（ × ）4.滚珠丝杆具有自锁能力。
( × )5. 改变脉冲频率可以改变步进电机的转速。
（ √ ）6.改变直流电机电枢电压可以改变其转速。
( √ )7. 闭环控制系统是负反馈控制系统。
( √ )8. 光电隔离电路主要由光电耦合器的光电转换器组成，入端为光敏三极管，出端为发光二极管。
( × ) 9. 步进电动机的进给系统采用齿轮传动，不仅是为了求得所需的脉冲当量，还有满足结构要求和增大转矩的作用。
（ × ）10. 大惯量直流电动机的转子惯量大，小惯量直流电动机的转子惯量小。
( √ ) 三、填空(每题2分，共10分)1. 机电一体化对机械系统的基本要求是（ 高精度、低惯性、高稳定性 ）。
2. 传感器一般是由（敏感元件、传感元件和转换电路）三部分组成。
3. I/O 接口的编址方式，通常有两种编址方式，一种是（与存储器统一编址）另一种是（独立编址）。
《机电一体化系统设计》_A-专科 期末考试试题及参考答案
《机电一体化系统设计》复习题_A
一、名词解释
1机电一体化
2伺服控制
3闭环控制系统
4逆变器
5 SPWM
6单片机
7 I/O接口
8 I/O通道
9 串行通信
10直接存储器存取（DMA）
二、判断题：
1 在计算机接口技术中I/O通道就是I/O接口。
（）
2 滚珠丝杆不能自锁。
（）
3 无论采用何种控制方案，系统的控制精度总是高于检测装置的精度。
（）
4 异步通信是以字符为传输信息单位。
（）
5 同步通信常用于并行通信。
（）
6 无条件I/O方式常用于中断控制中。
（）
7从影响螺旋传动的因素看，判断下述观点的正确或错误
（1）影响传动精度的主要是螺距误差、中径误差、牙型半角误差（）
（2）螺杆轴向窜动误差是影响传动精度的因素（）
（3）螺杆轴线方向与移动件的运动方向不平行而形成的误差是影响传动精度的因素（）（4）温度误差是影响传动精度的因素（）
三、单项选择题
1. 步进电动机，又称电脉冲马达，是通过（）决定转角位移的一种伺服电动机。
A 脉冲的宽度
B 脉冲的数量
C 脉冲的相位
D 脉冲的占空比
2. 对于交流感应电动机，其转差率s的范围为（）。
A.1<s<2
B.0<s 1
C.-1<s<1
D.-1<s<0
1。
机电一体机电一体化系统设计方法
7.3 优化设计
7.3.1 优化设计概念
优化设计：优化设计（optimization design）是将设计问题的物理模型转 化为数学模型，运用最优数学理论，选用适当的优化方法，以计算机为 手段求解数学模型，从而得出最佳设计方案的一种设计方法。产品的优 化设计是在规定的各种设计限制条件下，优选设计参数，使某项或几项 设计指标获得最优值。优化设计在机电一体化系统中主要应用于结构设 计与控制系统中。
确定性能指标：产品技术与性能指标包括功能性指标、经济性指标、 可靠性指标、安全性标等。
拟定开发计划：开发计划是为了实现决策，预先明确所追求的目标以 及相应的行动方案的活动，即为设定目标以及决定如何达成目标，指 明路线的过程。
9
7.2.2 机电一体系统开发工作
2.设计阶段
总体设计：总体设计也称为初步设计，是应用系统总体技术，从整体 目标出发，统一分析产品的性能要求及各组成单元的特性，选择最合 理的单元组合方案，实现机电一体化产品整体优化设计的过程。机电 一体化系统总体设计内容包括总体方案拟订、工作原理设计、功能模 块划分、技术方案评价等。
• 适应性设计：是指在工作原理和总体结构基本保持不变的情况下对现有产 品进行局部更改，或增设某种新部件，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修改，以改善产品的性能 和质量。例如，在内燃机上增加增压器以增大输出功率，增加节油器以节 约燃料，均属于适应性设计。
5
7.1.2 设计类型
11
7.2.2 机电一体系统开发工作
定型阶段：定型是产品在正式投产前的一个重要环节，产品定型阶段 主要任务是准备定型文件（设计图纸、软件清单、机械零部件清单、 电气元器件清单及调试记录），编写技术资料（设计说明书、使用说 明书等），组织产品鉴定等。批准定型投产的产品必须由技术标准、 工艺规程、装配图、零件图、工装图以及其他相关技术资料。
《机电一体化系统设计》课程教学大纲
《机电一体化系统设计》课程教学大纲适用专业机械设计制造及其自动化课程类型专业课程学时数44学分数2.5一,编写说明(一)本课程的性质,地位和作用本课程是面向机械制造及自动化专业开设的一门专业课.机电一体化系统技术是微电子技术和计算机技术像机械工业渗透的过程中逐渐形成并发展起来的一门新型综合性学科,机电一体化技术的应用不尽提高和拓展了机电产品的性能和功能,而且使机械工业的技术结构,生产方式及管理体系发生了巨大的变化,极大提高生产系统的工作质量.通过本课程的学习,对于学生掌握机电一体化系统开发的基础知识,拓宽学生的知识面是很有意义的.本课程是学生在学完技术基础课,专业基础课之后的专业技术课程内容的综合应用,对于培养学生综合应用基础和专业知识,掌握以系统论,信息论和控制论为核心的机电一体化系统的设计基本原理和方法,掌握机电一体化技术的关键技术有着重要意义.(二)本大纲制定的依据本大纲根据机械设计制造及其自动化专业的人才培养目标的基本理论和基本技能要求,本课程性质,跟踪现代机电一体化系统技术的发展编写.(三)大纲内容编写原则根据人才培养目标的要求,使学生了解,掌握机电一体化的系统设计的基本知识,特点和方法;结合机电一体化共性的关键技术,对其各子系统的设计原理及设计方法进行系统的分析和介绍;强调对学生综合能力和工程能力的训练和培养;通过本课程的学习,使学生了解,掌握机电一体化系统的内涵及机电一体化系统设计的理论和方法.(四)实践环节1.课程设计(1)名称:机械手控制系统编程与操作(2)主要内容与要求:利用PLC实现机械手控制功能的要求编写程序,安装调试实验台.按照本课程实验说明书要求完成,并通过实验验证程序的正确性.(3)学时分配:4(五)教学时数分配表章节序号教学学时环节教学内容讲授讨论见习实验其它小计一绪论44二机械系统设计66三传感器检测及其接口电路88四控制电机及其选择计算88五工业控制计算机及其接口技术1010六机电一体化系统设计及应用举例448总计4044(六)考核方法与要求1.平时成绩与期终成绩:平时成绩占30%,包括出勤,课堂提问,讨论等;期终成绩占60%.2.试卷成绩与实践成绩:试卷成绩占60%,实践成绩占10%(实验报告5%,实验过程考核5%).3.综合考核成绩的计算:平时成绩20% 实践成绩占10% 试卷成绩占70%=100%.(七)教材与主要参考书1.教材:姜培刚等.《机电一体化系统设计》.机械工业出版社,2006年1月.2.主要参考书:李建勇.《机电一体化技术》.科学出版社,2004年4月.王孙安.《机械电子工程》.科学出版社,2003年8月.郑堤.《机电一体化设计基础》.机械工业出版社.2001年10月.二,教学内容纲要第一章绪论一,教学目标:1,了解机电一体化系统发展历史,内涵,应用和发展前景. 2,掌握机电一体化系统的基本功能和要素.二,教学内容:第一节机电一体化系统的定义一,△机电一体化的内涵;第二节机电一体化系统的基本功能要素一,△○机电一体化系统功能分析方法△机电一体化系统的构成要素第三节机电一体化的相关技术一,机电一体化技术的相关关键技术第四节机电一体化系统设计的目标与方法一,机电一体化系统设计方法第二章机械系统设计一,教学目标:1,掌握机械系统数学建模方法.2,掌握机械传动系统的特征及设计方法. 3,了解常用的传动系统二,教学内容:第一节机械系统设计一,△○机械系统建模方法第二节机械传动系统的特征一,△机械传动装置的特征参数及相应的调整方法第三节机械传动装置一, △○传动比的设计方法第三章传感器检测及及接口电路一,教学目标:1. 了解常用参量检测的传感器原理;2. 掌握检测传感器的接口电路原理以及相应的信号处理方法. 二,教学内容:第一节传感器一,△○传感器性能指标的内涵二,△传感器选择的原则第二节位移测量传感器一,△大位移测量传感器的原理.第三节速度,加速度传感器一,△速度,加速度传感器测量原理第四节位置传感器一,△位置测量原理.第五节传感器前期信号处理一,△○信号调理线路常用模块的原理第六节传感器接口技术一,△○采样保持器原理及应用.第七节传感器非线性补偿原理一,△○软件补偿方法第八节数字滤波一,△○随机误差的处理方法第四章控制电机及其选择计算一,教学目标:1. 了解常用伺服电机的工作原理;2. 掌握常用伺服电机的控制调节方法;3.掌握伺服电机的主要性能参数内涵及电机的选择方法. 二,教学内容:第一节步进电动机及其控制一,步进电机的工作原理二,△步进电机的性能参数三,△○步进电机的控制方法第二节直流伺服电动机及其控制一,直流电机的工作原理二,△○直流电机的控制方法第三节交流伺服电动机一,交流电机的工作原理二,△○交流电机的控制方法第四节直线电动机一,直线电机的工作原理第五节控制电机的选择和计算一,△控制电机的选择.第五章工业控制计算机及其接口技术一,教学目标:1. 了解常用的工业控制计算机种类2. 掌握各种工业计算机的区别;3.掌握各种信号接口原理.二,教学内容:第一节工业控制计算机一,常用控制计算机的种类二,△○各种控制计算机的区别第二节计算机的接口技术一,△○开关量及数字两的输入/输出接口电路; 二,△○功率放大电路的原理第三节可编程控制器一,PLC的原理及选择方法,外围电路设计的原则第四节数字控制器设计一,△○数字控制器的设计方法.第五章机电一体化系统设计及应用举例一,教学目标:1. 掌握机电一体化系统设计的要点2. 了解数控机床的设计过程及主要构成的设计方法.二,教学内容:第一节机电一体化产品的设计要点一,△机电一体化产品的设计过程第二节机电一体化系统设计应用举例一,数控机床的设计过程及主要构成的设计方法注:用\"△\"明确重点内容,用\"○\"明确难点;编写人:凌杰审核人:封士彩。
机电一体化系统设计课件
机械传动系统设计
选择合适的传动方式
根据工作需求和条件，选择合适的传 动方式，如齿轮传动、带传动、链传 动等。
确定传动装置的参数
根据机械系统的功率、转速和运动特 性，确定传动装置的参数，如齿轮模 数、带轮直径等。
优化传动装置的结构
在满足功能和可靠性的前提下，优化 传动装置的结构，降低制造成本和维 护成本。
控制系统的基本概念是指通过一定的 控制手段，使被控对象根据设定的目 标进行运作的系统。
控制系统的组成
控制系统的分类
根据不同的分类标准，控制系统可以 分为开环控制系统和闭环控制系统、 连续控制系统和离散控制系统等。
控制系统通常由控制器、受控对象、 执行机构和反馈回路等部分组成。
控制系统设计方法
系统工程方法
考虑传动装置的安装和维修
在设计传动装置时，应考虑其安装和 维修的便利性，以确保机械系统的长 期稳定运行。
机械结构设计
确定机械结构的基本布局 根据机械系统的功能和使用要求 ，确定合理的机械结构基本布局 。
进行结构优化 在满足功能和可靠性的前提下， 对机械结构进行优化，降低制造 成本和维护成本。
设计关键零部件
数控机床的机电一体化设计特点
数控机床的机电一体化设计主要体现在数字化控 制技术的应用上，包括高精度定位、高速切削、 高刚性结构等。
工业机器人的机电一体化设计
工业机器人概述
01
工业机器人是一种自动化生产设备，能够实现高效、精准、快
速的作业。
工业机器人的组成
02
工业机器人由机械臂、控制系统、伺服系统等部分组成，各部
机电一体化的发展历程与趋势
总结词
发展与展望
详细描述
机电一体化技术的发展经历了多个阶段，从最初的简单机械与电气组合，到计算机控制 和可编程逻辑控制器的出现，再到现代的智能制造和物联网技术，其发展历程体现了技 术与工业需求的不断进步。未来，随着人工智能、大数据等新技术的融合，机电一体化
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绝密★启用前
2009年6月河南省高等教育自学考试助学统一命题考试
机电一体化系统设计 试卷
（课程代码 2245）
本试卷共8页，满分100分；考试时间150分钟
复查总分 总复查人（签名） 1． “机电一体化”含义是 【 】
A. 以机为主加点电
B. 机械部与电子部合并
C. 以电淘汰机
D. 机械与电子的集成技术
2. 齿轮传动的传动效率随着传动级数 【 】
A. 增加而增加
B. 增加而降低
C. 减少而降低
D. 变化而不变 3．滚珠丝杆副的基本导程减少，可以 【 】
A ．加大螺旋升角
B ．提高承载能力
C ．提高传动效率
D ．提高精度
4．光栅条纹密度是100条/mm ，光栅条纹间夹角θ=0.001弧度，莫尔条纹的
宽度 【 】
A ．100mm
B ．20mm
C ．10mm
D ．.0.1mm 5． 直流测速发电机输出的是与转速 【 】
A ．成正比的交流电压
B ．成反比的交流电压
C ．成正比的直流电压
D ．成反比的直流电压
6．电压跟随器的输出电压 输入电压 【 】
A ．等于
B ．大于
C ．大于等于
D ．小于
一、单项选择题（本大题共10小题，每小题1.5分，共
15分）在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合
题目要求的，请将其代码填写在题后的括号内。
选错、
多选或未选均无分。
7．某4级交流感应电动机，电源频率为50Hz，当转差率为0.02时，其转速为【】A．1450[r/min] B．2940 [r/min] C．735[r/min] D．1470 [r/min] 8．某步进电动机三相单三拍运行时步距角为3°，三相双三拍运行时步距角为【】A．3°B．7.5°C．6°D．1.5°
9．某步进电动机，三相，转子40个齿，欲使其步矩0.5°，应采用的通电方式为【】A．单拍制B．双拍制C．单双拍制D．细分电路
10．梯形图中的计数器，采用的助记符指令为【】
A．OR STR B．AND STR C．TMR D．UDC
二、简答题（本大题共6小题，每小题4分，共24分）11．机和电融合的设计思想是什么？
12．机电一体化系统结构中驱动模块在系统中的作用是什么?
13．滚珠丝杆螺母副有哪些消除间隙和预紧的措施?
14．测量位移的传感器常用的有哪些?(最少指出5种) 15．直流伺服电动机的驱动电路包含有哪些类型? 16．对步进电动机驱动电路有哪些要求?
17．一直双波谐波齿轮的柔轮齿数Z1=200，刚轮齿数
Z2=202，波发生器的转速n H ＝360r/min ，如图所示。
求：①刚轮固定时的柔轮转速n 1 ②柔轮从动时的传动比i 。
18．若某一光栅的条纹密度为100条/mm ，现利用光栅莫尔条纹的放大作用，把莫尔条
纹的宽度调成10mm ，求光栅条纹间的夹角。
三、计算题（本大题共5小题，每小题5分，共25分）
19．.用每转3000条刻线的增量方法，采用图示的测量方法，在0.1s的采样周期内测得的编码器脉冲数为1000，求转速n0
20．五相变磁阻式步进电动机，转子72个齿。
试计算：①单拍制步距角；
②双拍制步距角；
③单双拍制步距角。
21．某三相感应电动机空载转速1485r/min，电源频率50Hz，额定转差率0.04。
①该电极为几极，额定转速为多少？
②额定运行状态下，定子、转子绕组电势频率各为多少？
③电机空载时转子绕组电势频率较额定状态时变化如何？
22．.已知：某机床x 向进给系统减速器的总速比要求为23
6
,取两级减速，试设计确定各
齿轮的齿数。
23．电位器的测量位移原理如图所示，图示为一线性电位器。
若电位器的总电阻R 为
2k Ω，电刷位移为X 时的相应电阻Rx=1k Ω，电位器工作电压Vi=12V .R L 为负载电阻，求：
①当R L =∞时，输出电压V 0为多少？
②当R L =10K Ω时，输出电压V 0为多 少？
四、简单应用题 （本大题共4小题，每小题6分，共
24分）
24．某直流电动机电枢电阻100Ω，做电动机使用时，电枢加110V电压，空载电枢电
流0.1A，空载转速4000r/min。
（励磁保持额定状态）
①若用该电动机做发电机，仍保持4000r/min，空载输出电压为多少？
②该电机空载损耗为多少？
③作发电机时，若转速为2000r/min，，外接400Ω负载电阻，则电枢电流为多少？25．有一采用三相三拍驱动方式的步进电机，其转子有160个齿，经一对齿轮减速
（Z1=30,Z2=50）带动导程为8mm的滚珠丝杠驱动工作台移动。
工作台的最大移速度Ｖmax＝1.5m/min
试问：步进电机的步距角＝？脉冲当量＝？最大工作频率f =?
26．PLC 控制系统的梯形图如图所示：
①写出助记符指令程序
②列出Y1、Y2、Y3、Y4输出变量 的布尔代数方程。
五、综合应用题 （本大题共1小题，共12分）。