机电一体化技术基础复习大纲
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压电效应：当某些材料沿某一方向施加压力 或拉力时，会产生变形，并在材料的某一相 对表面产生符号相反的电荷;当去掉外力后， 它又重新回到不带电的状态
压电效应是可逆的，压电特性只和变形有关
并联接法输出电荷大，电容量也大，故时间常 数大，适合测量较慢变化的信号，并以电荷 作为输出参数测量
串联接法输出电压高，本身电容小，适应以电 压输出的信号和测量电路输出阻抗很高的情 况
控制器
驱动元件
被控对象
输出
检测装置 伺服系统的组成
驱动元件与负载连接：
一、 与负载固ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ，直接驱动
二、通过机械传动装置与负载连接
步进电动机
步进电动机是一种纯粹的数字控制电动机。 其角位移与输入脉冲数严格成正比，旋转 一周没有累计误差。
需要脉冲电源（产生旋转磁场、提供 功率驱动）。
脉冲电源
指令 环形 脉冲 分配器
高刚度 适当的阻尼比
机械传动机构
齿轮传动 如何提高传动精度 如何消除齿轮传动中的侧隙 圆柱直齿轮： 偏心轴套调整法 锥度齿轮调整法 双向薄齿轮错齿调整法
螺旋传动
滑动螺旋传动的特点： 传动比大 驱动负载能力强 自锁（当螺纹线升角小于摩擦角） 传动效率低，磨损快
滑动螺旋传动的形式及应用 ①螺母固定，螺杆转动并移动 ②螺杆转动，螺母移动 ③差动螺旋传动 消除螺旋传动空回 ①利用单向作用力 ②利用调整螺母 ③利用塑料螺母消除空回
EAB(T,T0)=EAB(T,Tn)+EAB(Tn,T0)
信号处理电路
传感器输出信号特点：一般比较 微弱（mV、uV级），有时夹杂 其它信号（干扰等） 放大、调制解调、滤波、A/D 转 换、电桥等转换电路
输入 ＋ －
第4章 机电一体化伺服驱动技术
伺服驱动技术：根据控制指令信息，控 制驱动元件，使机械系统的运动部件 按照指令要求运动的一种控制技术。
4.输出转角精度比较高，一般只有相邻误差， 但无累积误差。 一圈不累积
步进电动机驱动电源＝环形分配器＋功率放大器
环形分配器：将脉冲指令按步进电动机 的工作规律转换成各相绕组通断信号， 经功率放大器，驱动各相绕组产生旋转 磁场。
功率放大驱动电路完成由弱电到强电信号的 转换和放大，也就是将逻辑电平信号变换成 电机绕组所需的具有一定功率的电流脉冲信 号。
传感器的组成： 敏感元件、传感元件、基本转换电路
典型常见的传感器 位置传感器 光电传感器：
光电传感器一般由发光元件(发光二极管，即 LE D)和受光元件(光敏三极管)组合构成，原 理如图3-6所示 发光元件将电信号变换成光信号，而受光元 件则把光信号重新变换为电信号
位移传感器
差动变压式传感器 实质:输出电压变压器 一个初级线圈，两个次级线圈极性反接，改变
机械支承机构
支承件的作用：承受其他零件的质量 和工作载荷，保证各零件相对位置的 基准
支承件的设计 1.应对某些关键表面及其相对位置提 出相应的精度要求，以保证产品总体 精度 2. 限制支承件的变形和振动 (1)应有足够的刚度（静刚度） (2)应有足够的抗振性（动刚度）
设计原则
第3章 机电一体化传感检测技术
机电一体化技术基础
复习大纲
第1章 机电一体化技术概述
机电一体化的基本组成 机电一体化系统的主要功能就是对输入
的物质、能量与信息 按照要求进行处理，输出具有所需特性
的物质、能量与信息。 机电一体化系统的基本要求
快速响应性、高的精度和稳定性
基本组成及其功能
工作指令 控制及信息处理单元
动力与驱动单元
机械运动 执行机构单元
系统接口
传感与检测单元
机械本体
理论基础与关键技术
理论基础：系统论、信息论、控制论 关键技术:精密机械技术、传感检测技 术、伺服驱动技术、计算机与信息处 理技术、自动控制技术、系统总体技 术和接口技术
第2章 机电一体化机械技术
机电一体化系统 对机械零件的要 求
无间隙 低摩擦 低惯量
功率 驱动器
步进 电动机
输 负载 出
开环步进电动机控制系统框图
步进电机的工作方式： 以四相为例： 四相单四拍 四相双四拍 四相单双八拍
1.步距角
360
PZK
360
mZ
2. 改变步进电动机定子绕组的通电顺序，转 子的旋转方向随之改变
3.步进电动机定子绕组的通电状态的变化频 率越高，转子的转速越高，但脉冲频率变化 过快，会引起失步或过冲
活动衔铁能改变线圈之间的耦合程度
如果直接用交流电压表指示，输出值只能反映 铁心位移的大小，不能反应极性 存在零点残余电压 后接差动直流输出电压
光栅位移传感器
主光栅 指示光栅
均匀刻线
夹角 移动 明暗相间条纹
莫尔条纹
B W W
2sin( / 2)
被测物体位移＝栅距×脉冲数
加速度传感器
压电式传感器
滚珠丝杆副的分类 法向截面形状： 单圆弧、双圆弧 滚珠的循环方式 内循环和外循环 轴向间隙的调整 垫片调隙式 螺纹调隙式 齿差调隙式
机械导向机构
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。
滑动摩擦导轨
三角形导轨与矩形导轨的区别 导轨的基本要求 导轨间隙的调整 如何提高导轨的耐磨性
滚珠丝杠副的特点 ①传动效率高
摩擦损失小滚珠丝杠副的传动效率 为 0. 92~ 0. 96
②给予适当预紧，可消除丝杠和螺母的螺纹 间隙，反向时就可以消除空行程死区，定位 精度高，刚度好
③运动平稳，无爬行现象，传动精度高
④运动具有可逆性（可将直线运动转化为回 转运动，传动效率也高达90%以上） ⑤磨损小，使用寿命长（滚珠、丝杆、滚珠 都经过淬硬） ⑥制造工艺复杂 ⑦不能自锁
滚动螺旋传动—滚珠丝杠螺母副 机构
(1)滚珠丝杠副的工作原理
原理：具有螺旋槽的丝杠螺母间装有 滚珠作为中间传动件，以减少摩擦， 当丝杠回转时，滚珠相对于螺母上的 滚道滚动，因此丝杠与螺母之间基本 上为滚动摩擦。为 了防止滚珠从螺母 中滚出来，在螺母的螺旋槽两端设有 回程引导装置，使滚珠能循环流动
温度传感器
热电偶
工作原理:热电效应 当两种不同材料的导体构成一个闭合回路时， 如果两端结点的温度不同，回路中就会产生 电动势和电流，热电动势的大小与两种导体 材料的性质及结点温度有关
中间温度定律 在热电偶回路中，两接点为温度T、T0时的电
动势，等于该电偶在接点温度为T、Tn和Tn、 T0时热电动势的代数和：
压电效应是可逆的，压电特性只和变形有关
并联接法输出电荷大，电容量也大，故时间常 数大，适合测量较慢变化的信号，并以电荷 作为输出参数测量
串联接法输出电压高，本身电容小，适应以电 压输出的信号和测量电路输出阻抗很高的情 况
控制器
驱动元件
被控对象
输出
检测装置 伺服系统的组成
驱动元件与负载连接：
一、 与负载固ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ，直接驱动
二、通过机械传动装置与负载连接
步进电动机
步进电动机是一种纯粹的数字控制电动机。 其角位移与输入脉冲数严格成正比，旋转 一周没有累计误差。
需要脉冲电源（产生旋转磁场、提供 功率驱动）。
脉冲电源
指令 环形 脉冲 分配器
高刚度 适当的阻尼比
机械传动机构
齿轮传动 如何提高传动精度 如何消除齿轮传动中的侧隙 圆柱直齿轮： 偏心轴套调整法 锥度齿轮调整法 双向薄齿轮错齿调整法
螺旋传动
滑动螺旋传动的特点： 传动比大 驱动负载能力强 自锁（当螺纹线升角小于摩擦角） 传动效率低，磨损快
滑动螺旋传动的形式及应用 ①螺母固定，螺杆转动并移动 ②螺杆转动，螺母移动 ③差动螺旋传动 消除螺旋传动空回 ①利用单向作用力 ②利用调整螺母 ③利用塑料螺母消除空回
EAB(T,T0)=EAB(T,Tn)+EAB(Tn,T0)
信号处理电路
传感器输出信号特点：一般比较 微弱（mV、uV级），有时夹杂 其它信号（干扰等） 放大、调制解调、滤波、A/D 转 换、电桥等转换电路
输入 ＋ －
第4章 机电一体化伺服驱动技术
伺服驱动技术：根据控制指令信息，控 制驱动元件，使机械系统的运动部件 按照指令要求运动的一种控制技术。
4.输出转角精度比较高，一般只有相邻误差， 但无累积误差。 一圈不累积
步进电动机驱动电源＝环形分配器＋功率放大器
环形分配器：将脉冲指令按步进电动机 的工作规律转换成各相绕组通断信号， 经功率放大器，驱动各相绕组产生旋转 磁场。
功率放大驱动电路完成由弱电到强电信号的 转换和放大，也就是将逻辑电平信号变换成 电机绕组所需的具有一定功率的电流脉冲信 号。
传感器的组成： 敏感元件、传感元件、基本转换电路
典型常见的传感器 位置传感器 光电传感器：
光电传感器一般由发光元件(发光二极管，即 LE D)和受光元件(光敏三极管)组合构成，原 理如图3-6所示 发光元件将电信号变换成光信号，而受光元 件则把光信号重新变换为电信号
位移传感器
差动变压式传感器 实质:输出电压变压器 一个初级线圈，两个次级线圈极性反接，改变
机械支承机构
支承件的作用：承受其他零件的质量 和工作载荷，保证各零件相对位置的 基准
支承件的设计 1.应对某些关键表面及其相对位置提 出相应的精度要求，以保证产品总体 精度 2. 限制支承件的变形和振动 (1)应有足够的刚度（静刚度） (2)应有足够的抗振性（动刚度）
设计原则
第3章 机电一体化传感检测技术
机电一体化技术基础
复习大纲
第1章 机电一体化技术概述
机电一体化的基本组成 机电一体化系统的主要功能就是对输入
的物质、能量与信息 按照要求进行处理，输出具有所需特性
的物质、能量与信息。 机电一体化系统的基本要求
快速响应性、高的精度和稳定性
基本组成及其功能
工作指令 控制及信息处理单元
动力与驱动单元
机械运动 执行机构单元
系统接口
传感与检测单元
机械本体
理论基础与关键技术
理论基础：系统论、信息论、控制论 关键技术:精密机械技术、传感检测技 术、伺服驱动技术、计算机与信息处 理技术、自动控制技术、系统总体技 术和接口技术
第2章 机电一体化机械技术
机电一体化系统 对机械零件的要 求
无间隙 低摩擦 低惯量
功率 驱动器
步进 电动机
输 负载 出
开环步进电动机控制系统框图
步进电机的工作方式： 以四相为例： 四相单四拍 四相双四拍 四相单双八拍
1.步距角
360
PZK
360
mZ
2. 改变步进电动机定子绕组的通电顺序，转 子的旋转方向随之改变
3.步进电动机定子绕组的通电状态的变化频 率越高，转子的转速越高，但脉冲频率变化 过快，会引起失步或过冲
活动衔铁能改变线圈之间的耦合程度
如果直接用交流电压表指示，输出值只能反映 铁心位移的大小，不能反应极性 存在零点残余电压 后接差动直流输出电压
光栅位移传感器
主光栅 指示光栅
均匀刻线
夹角 移动 明暗相间条纹
莫尔条纹
B W W
2sin( / 2)
被测物体位移＝栅距×脉冲数
加速度传感器
压电式传感器
滚珠丝杆副的分类 法向截面形状： 单圆弧、双圆弧 滚珠的循环方式 内循环和外循环 轴向间隙的调整 垫片调隙式 螺纹调隙式 齿差调隙式
机械导向机构
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。
滑动摩擦导轨
三角形导轨与矩形导轨的区别 导轨的基本要求 导轨间隙的调整 如何提高导轨的耐磨性
滚珠丝杠副的特点 ①传动效率高
摩擦损失小滚珠丝杠副的传动效率 为 0. 92~ 0. 96
②给予适当预紧，可消除丝杠和螺母的螺纹 间隙，反向时就可以消除空行程死区，定位 精度高，刚度好
③运动平稳，无爬行现象，传动精度高
④运动具有可逆性（可将直线运动转化为回 转运动，传动效率也高达90%以上） ⑤磨损小，使用寿命长（滚珠、丝杆、滚珠 都经过淬硬） ⑥制造工艺复杂 ⑦不能自锁
滚动螺旋传动—滚珠丝杠螺母副 机构
(1)滚珠丝杠副的工作原理
原理：具有螺旋槽的丝杠螺母间装有 滚珠作为中间传动件，以减少摩擦， 当丝杠回转时，滚珠相对于螺母上的 滚道滚动，因此丝杠与螺母之间基本 上为滚动摩擦。为 了防止滚珠从螺母 中滚出来，在螺母的螺旋槽两端设有 回程引导装置，使滚珠能循环流动
温度传感器
热电偶
工作原理:热电效应 当两种不同材料的导体构成一个闭合回路时， 如果两端结点的温度不同，回路中就会产生 电动势和电流，热电动势的大小与两种导体 材料的性质及结点温度有关
中间温度定律 在热电偶回路中，两接点为温度T、T0时的电
动势，等于该电偶在接点温度为T、Tn和Tn、 T0时热电动势的代数和：