机电一体化复习问题详解

1.1 机电一体化的涵义是什么？它包含了哪两方面容？答：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。

它包含了技术和产品两方面容。

首先是指机电一体化技术，其次是指机电一体化产品。

1.2 机电一体化的英文名称是什么？Mechatronics1.3 机电一体化突出的特点是什么？重要的实质是什么？答：突出特点在于它在机械产品中注入了过去所没有的新技术，把电子器件的信息处理和自动控制等功能揉和到机械装置中去，从而获得了过去单靠某一种技术而无法实现的功能和效果。

重要实质是：应用系统工程的观点和方法来分析和研究机电一体化产品或系统，综合运用各种现代高新技术进行产品的设计与开发，通过各种技术的有机结合，实现产品部各组成部分的合理匹配和外部的整体效能最佳。

1.4 为什么说微电子技术不能单独在机械领域获得更大的经济效益？答：微电子技术在机械领域只是机械技术的附加技术，是机械技术的补充。

1.5 机电一体化对我国机械工业发展有何重要意义？答：在当前激烈的国际竞争环境中，机电一体化具有举足轻重的作用，其发展水平在很大程度上反映了一个国家的技术经济实力。

国民经济建设和发展必须需要大量掌握机电一体化技术人才区改造传统产业，研究和开发新一代机电一体化产品以改善出口产品结构，增强在国际市场上的竞争力，加快赶超国际先进水平的步伐。

机电一体化已经显示出强大的生命力，并正以空前的速度和力度冲击着传统的技术思想、生产方式和方法以及传统的机电产品和产业结构，国民经济的个各个领域都将因此而发生深刻变革。

1.6 机电一体化产品具有哪三个主要特征？答：整体结构最佳化、系统控制智能化、操作性能柔性化。

1.7 试列举10种常见的机电一体化产品。

答：汽车，飞机，轮船，洗衣机，电冰箱，打印机，复印机，ATM机，数控机床，机器人。

1.8 试分析CNC机床和工业机器人的五大要素与功能。

答：机电一体化产品所需的五种部功能：主功能、动力功能、计测功能、控制功能和构造功能。

CNC（计算机数控）机床：切削加工是CNC机床的主功能是实现其目的所必须的功能，电源通过电动机驱动机床，向机床提供动力，实现动力功能。

位置检测装置和CNC装置分别实现计测功能和控制功能。

机械机构所实现的是构造功能。

1.9 机电一体化产品分哪三类？试举例说明。

答：功能附加型（电子秤）功能替代型（电子缝纫机）机电融合型（传真机）1.10 机电一体化共性关键技术主要有哪六项？答：1机械技术、2计算机与信息处理技术、3检测与传感技术4自动控制技术5伺服驱动技术6系统总体技术1.11 机电一体化设计时必须考虑到技术方案哪些性质？答：等效性、互补性及可比性。

1.12 机电一体化设计与传统设计的主要差别是什么？答：传统机电技术的操作控制主要以电磁学原理的各种电器来实现，如继电器、接触器等，传统机电技术的操作控制主要以电磁学原理的各种电器来实现，如继电器、接触器等，在设计中不考虑或很少考虑彼此间的在联系。

机械本体和电气驱动界限分明，在设计中不考虑或很少考虑彼此间的在联系。

机械本体和电气驱动界限分明，整个装置是刚性的，涉及软件和计算机控制。

是刚性的，不涉及软件和计算机控制。

机电一体化技术以计算机为控制中心，在设计过程中强调机械部件和电器部件间的相互作用和影响，整个装置在计算机控制下具有一定的智能性1.13 为什么产品功能越多，操作性越差？为何产品应向“傻瓜化”方向发展？答：产品功能的多少或强弱，往往与其复杂程度和功能成本直接相关。

产品的操作性能与其功能的多少有直接关系，功能越多，操作越复杂，操作性越差。

在机电一体化产品向多功能化方向发展的同时，通过软件来改善产品的操作性能，使机电一体化产品也向智能化和傻瓜化发展。

2.1 机电一体化对机械系统的基本要求有哪些？答：1.高精度、2.快速响应、3.良好的稳定性2.2 机电一体化机械系统有哪几部分机构组成？各部分的功用是什么？答：1.传动机构：机电一体化中的传动机构不仅仅是转速和转矩的变换器，而是已成为伺服系统的一部分，它要根据伺服控制的要求进行选择设计，以满足整个机械系统良好的伺服性能。

2.导向机构：作用是支承和导向，为机械系统中各运动装置能安全、准确地完成其特定方向的运动提供保障。

3.执行机构：用以完成操作任务的。

根据操作指令的要求在动力源的带动下，完成预定的操作。

2.3 传动机构的基本要什么？答：1.转动惯性小，2.刚度大，3.阻尼合适，4精密化，5.可靠性高2.4 常用的传动机构有哪些？各有何主要特点？答：1.无侧隙齿轮传动机构：齿轮传动的瞬时传动比为常数，传动精确高，可做到零侧隙无回差，强度大能承受重载，结构紧凑，摩擦力小和效率高。

2.滚珠丝杠副传动机构：传动效率高、运动具有可逆性、系统刚度好、传动精度高、使用寿命长、不能自锁、制造工艺复杂。

2.5 齿轮传动机构为何要消除齿侧间隙？答：机电一体化产品往往要求传动机构具有自动变向功能，这就要求齿轮传动机构必须采取措施消除齿侧间隙，以保证机构的双向传动精度。

主要是提高传动过程的精度，侧隙越小，被驱动装置的控制精度越高；2.6 斜齿轮传动机构的调整方法有哪些？各有何主要特点？答：垫片调整法：结构简单，在使用时往往需要反复测试齿轮的啮合情况，反复调节垫片的厚度才能达到要求，而且齿侧间隙不能自动补偿；轴向压簧调整法：齿侧间隙可以自动补偿，但轴向尺寸较大，结构不紧凑。

2.7 滚珠丝杠副传动机构由哪几部分组成？答：由丝杠、螺母、滚珠、反向器组成。

2.8 滚珠丝杠副轴向间隙对传动有何影响？采用什么方法消除它？答：对本身单一方向的传动精度有要求外，对其轴向间隙也有严格要求，以保证其反向传动精度。

滚珠丝杠副的轴向间隙是承载时在滚珠与滚道型面接触点的弹性变形所引起的螺母位移量和螺母原有间隙的总和。

通常采用双螺母预紧的方法，把弹性变形控制在最小限度，以减小或消除轴向间隙，并可以提高滚珠丝杠副的刚度。

2.9 双螺母消除轴向间隙（预紧）的方法有哪几种？各有何主要特点？答：垫片调隙式：结构紧凑，工作可靠，调整方便，应用广，但不很准确，并且当滚道磨损时不能随意调整，除非更换垫圈。

螺纹调隙式：结构紧凑，工作可靠、调整方便，缺点是不很精确。

齿差调隙式：调整精度很高，工作可靠。

但是结构复杂，加工和装配工艺性能较差。

2.10 试举例说明滚珠丝杠副的标注方法。

答：采用汉语拼音字母、数字及汉字。

FC1B-6006-5-E2左（汉江机床厂），表示法兰凸出式插管型、变位螺距、预加载荷、标称直径60mm、基本导程6mm、每个螺母上承载滚珠总圈数为5圈、E级精度、检查1、2项、左螺旋纹。

2.11 滚珠丝杠副的对传动有何影响？支承形式有哪些类型？各有何主要特点？答：对传动精度和轴向间隙有影响。

支承形式有：一端固定一端自由（F-O）:结构简单，丝杠的轴向刚度比两端固定低，丝杠的压杆稳定性和临界转速都较低，设计时尽量使丝杠受拉伸，适用于较短和竖直的丝杠；一端固定一端游动（F-S）：需要保持螺母与两端支承同轴，故结构较复杂，工艺较困难，丝杠的轴向刚度和F-O相同，压杆稳定性和临界转速比同长度的F-O 型高，丝杠有热膨胀的余地，适用于较长的卧式安装丝杠；两端固定（F-F）同F-S的1，只要轴承无间隙，丝杠的轴向刚度为一端固定的4倍，丝杠一般不会受压，无压杆稳定问题，固有频率比一端固定要高，可以预拉伸，预拉伸后可减少丝杠自重的下垂和热补偿膨胀，但需一套预拉伸机构，结构及工艺都比较困难，要进行预拉伸的丝杠，其目标形成应略小于公称行程，减少量等于拉伸量，适用于对刚度和位移精度要求高的场合。

2.12 设计滚珠丝杠副时，必须验算哪些参数？答：传动效率、刚度及工作平稳性。

2.13 导轨的基本要求有哪些？它由哪几部分组成？可分成哪几类？答：基本要求：导向精度、耐磨性、疲劳和压溃、刚度、低速运动平稳性和机构工艺性。

由两个部分组成：支承导轨和动导轨。

可以分成：滑动导轨、滚动导轨。

2.14 滚动直线导轨的形式有哪些？各有何主要特点？答：按滚动体的形状分：钢珠式和滚柱式。

滚柱式有较高的承载能力，但摩擦力也较高，同时加工装配相对复杂。

按导轨截面形状分：有矩形和梯形两种，矩形承载时各方向受力大小相等，梯形：导轨承受较大的垂直载荷，而其他方向的承载能力较低，对于安装基准的误差调节能力较强。

按滚道沟槽形状分：有单圆弧和双圆弧二种，单圆弧运动摩擦和安装基准的误差平均作用比后者要小，但其静刚度比后者稍差。

其他形式：圆柱形滚动直线导套副：运动轻便、灵活、精度高、价格较低、维护方便，更换容易。

滚珠花键副：通过选配滚珠的直径使滚珠花键副产生过盈，以提高接触刚度，运动精度和抗冲击能力。

2.15 塑料导轨的主要特点是什么？答：1.塑料导轨软带：摩擦系数低而稳定，动静摩擦系数相近，吸收振动，耐磨性好，化学稳定性好，维护修理方便，竞技性好。

2.金属塑料复合导轨板：摩擦特性优良，耐磨损。

3.塑料涂层：可以利用高分子材料的性能特点，得到良好的工作状态。

2.16 执行机构是实现机电一体化产品哪一功能的重要环节？答：主功能。

2.17 设计执行机构时，应考虑哪些技术要求？答：效率、体积、质量、自控性、工作可靠、响应速度、动态特性、精确度、灵敏度2.18 试列举常用的执行机构。

答：微动机构、定位机构、工业机器人末端执行器。

2.19 XH754型卧式加工中心分度工作台的定位精度靠什么保证？答：由端面齿盘保证。

2.20 工业机器人末端执行器可分为哪几类？它装在操作机何处？答：机械夹持器、特种末端执行器、万能手。

工业机器人末端执行器是装在操作机手腕的前端，直接实现操作功能的机构。

2.21 机械夹持器应具备哪些功能？它分几类？答：具有夹持、握住、松开的功能，分为是三类，圆弧开合型、圆弧平行开合型和直线平行开合型。

，特种手指夹持器。

2.22 工件在夹持过程中所需的夹持力F Qe与所设计结构能提供的夹持力F Q的关系是什么？答：FQ>=FQ e3.1 试述机电一体化接口设计的重要性。

答：要将各要素、各子系统有机的结合起来，构成一个完整的系统，就必须能顺利的在各要素、各子系统之间进行物质、能量和信息的传递与交换。

为此，各要素和子系统的相接处必须具备一定的联系条件，这个联系条件通常被称为接口。

因此也可以把机电一体化产品看成是有许多接口将组成产品的各要素的输入/输出联系为一体的系统。

机电一体化产品的设计，就是在根据功能要求选择了各要素后，所进行的接口设计。

从这一观点出发，机电一体化产品的性能取决于接口的性能，即各要素和各子系统之间的接口性能是综合系统性能好坏的决定性因素。

因此，接口设计是机电一体化产品设计的关键环节。