机电一体化复习习题终极版

一、1、机电一体化（Mechatronics）概念：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。

2、机电一体化的目的：提高系统（产品）的附加价值，即多功能、高效率,高可靠性、省材料省能源，并使产品结构向短、小、轻、薄化方向发展，从而不断满足人们生活的多样化和生产的省力化、自动化的需求。

3、机电一体化的组成和分别所实现的功能：（1）机械系统：使构成系统的子系统及元部件维持所定的时间和空间上的相互关系所必需的功能（构造）；（2）信息处理系统：根据系统的外部信息对整个系统进行控制（控制）；（3）动力系统：向系统提供动力，让系统得以运转（提供动力）；（4）传感检测系统：根据系统的内部信息对整个系统进行控制（计测）；（5）执行元件系统：对物质、能量、信息及其相互结合进行变换、传递和储存（驱动）。

4、工业三大要素：物质、能量、信息5、三大目的功能：变换功能、传递功能、储存功能6、机电一体化三大效果：省能、省资源、智能化7、根据不同的接口功能说明接口种类：（1）根据接口变换、调整功能分为：零借口、无源接口、有源接口、智能接口；（2）根据接口输入/输出分为：机械接口、物理接口、信息接口、环境接口。

二、1、机电一体化的机械系统组成：由减速装置、丝杠螺母副、蜗轮蜗杆副等各种线性传动部件以及连杆机构、凸轮机构等非线性传动部件、导向支撑部件、旋转支撑部件、轴系及机架或箱体等组成。

2、常见传动机构:螺旋传动、齿轮传动、同步带传动、高速带传动以及各种非线性传动部件3、传动机构的作用：对于工作机，传动机构是实现运动的变换和动力的变换；对于信息机，主要是运动的变换功能。

4、机械传动部件的作用：传递转矩和转速5、传动机构的要求：对工作机中的传动机构，既要求能实现运动的变换，又要求能实现动力的变换；对信息机中的传动机构，则主要要求具有运动的变换功能，只需要克服惯性力和各种摩擦阻力及较小的负载即可。

6、丝杠螺母机构的组成要素：丝杠、螺母、滚珠、反相器7、消除滚珠丝杠副的轴向间隙的方法：（1）双螺母螺纹预紧调整（2）双螺母齿差预紧调整（3）双螺母垫片调整预紧（4）弹簧式自动调整预紧（5）单螺母变位导程预紧（6）单螺母滚珠过盈预紧8、梯形同步带的组成：包布带、带齿、带背、加强筋谐波齿轮传动的原理：依靠柔性齿轮产生的可控变形波引起齿间的相对错齿来传递动力和运动。

9、谐波齿轮的传动原理及刚轮和柔轮旋转方向的判定方法：谐波齿轮传动由波发生器和刚性轮、柔性轮组成。

波发生器为主动件，刚轮或柔轮为从动件。

刚轮有内齿圈，柔轮有外齿圈，其齿形为渐开线或三角形，齿距相同而齿数不同，刚轮的齿数比柔轮的齿数多几个齿。

当柔轮固定时，ωr=0，刚轮与波形发生器转向相同；当刚轮固定时，ωg=0，柔轮与波形发生器的转向相反。

10、导向机构的作用：支撑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。

11、常用的执行机构：电动机、电磁铁、油缸、液压马达、气缸、气缸马达12、各级传动比分配原则：（1）重量最轻原则（2）输出轴转角误差最小原则（3）等效转动惯量最小原则三、1、线位移检测常用传感器：电阻式、电容式、电磁式、电感式、光电式、编码式2、角位移传感器：电位器式、应变计式、旋转变压器式、感应同步器式、电容式、编码盘式、光栅式、磁栅式、激光式、陀螺式3、调制与解调概念：用调制器将直流信号转换为某种频率交流信号，用交流放大器放大后，用解调器将交流信号恢复为原来的直流信号的形式。

4、模拟多路开关的作用：分别或依次把各传感器输出的模拟量与A/D 接通，以便进行A/D 转换。

5、采样保持电路：设置在A/D 之前，用于在A/D 转换期间保持输入信号不变6、采样：将连续时间信号转变为脉冲或数字信号的过程。

7、怎样才能保持采样过程中不丢失原信号：对信号在时域进行采样，在频域则会产生周期的连续谱。

如果原信号的截止频率为fh ，为了不使频谱在频域发生混淆，从而可以通过低通滤波器无失真的回复原信号，采样频率fs 应满足fs>=2fh.8、检测传感器的微机接口基本方式：模拟量接口方式、开关量接口方式、数字量接口方式四、1、直流伺服电机控制方式的基本方式：晶体管脉宽调理驱动、晶闸管直流调速驱动2、PWM 直流驱动调速、换向的工作原理：通过电源的通断来获得电压脉冲信号，控制通断的时间比来获得不同的电压脉冲，通的时间越长，获得的平均电压越大，电机转的就快，反之，电机转的就慢。

电机的换向是通过桥式电路来实现的，它是由四个大功率的晶体管组成，通过在不同晶体管的基极加正负脉冲从而实现电机的转向控制。

3、在步进电机中，三相单三拍运行：三相励磁绕组依次单独通电运行，按A-B-C-A-顺序换接三次完成一个通电循环4三相双三拍动行：如果使两相励磁绕组同时通电，即按AB-BC-CA-AB-顺序通电。

5、步距角的计算：)/(360)/(360zKN zm ==αz 为转子齿数，N 为电动机相数，单拍时K=1，双拍时K=26、步进电动机的种类：可变磁阻(反应)型、永磁型、混合型7、步进电动机的基本原理：其定子上有六个均匀分布的磁极，每两个相对磁极组成一相，即有A-A’、B-B’、C-C’三相，磁极上绕有励磁绕组。

假定转子均匀分布的四个齿，当A、B、C三个磁极依次通电时，三对磁极依次产生磁场吸引转子转动。

8、步进电动机几种主要的通电方式：三相单三拍、三相双三拍、三相六拍、四相单四拍、四相双四拍、四相八拍、五相单五拍、五相双五拍、五相十拍、六相单六拍、六相双六拍、六相六拍、六相十二拍m相步进电动机可采用单相通电（每拍中一相绕组通电）、双相通电（每拍中两相绕组通电）或单双相轮流通电（各拍中交替出现单、双相通电）方式工作，对应的通电方式分别称为m相单m拍、m相双m拍和m相2m拍通电9、步进电动机的驱动电路：单电压功率放大电路、高低压功率放大电路、恒流源功率放大电路、斩波恒流功率放大电路、调频调压功放电路。

五、1、什么是接口：各要素或各子系统连接处必须具备的一定“联系条件”.2、A/D转换：通过模数转换器将模拟信号转换成数字信号3、D/A转换：通过数模转换器将数字信号转换成模拟信号4、发光二极管：利用半导体材料制作的正向偏置PN结二极管。

5、续流二极管：在电路中反向并联在继电器或电感线圈两端，当电感线圈断电时其两端电动势不会立即消失，此时残余的电动势通过它来释放，防止电子元器件被感应电动势烧坏或击穿。

6、光电耦合器的光电隔离原理：当控制信号为高电平时，经反相后，加到发光二极管正端的电平为低电平，因此发光二极管不导通，没有光发出，光敏晶体管截止，输出信号几乎是电源电压。

反之，控制信号为低电平时，经反相后，加到发光二极管正端的电平为高电平，因此发光二极管导通，有光发出，光敏晶体管导通，输出信号几乎为零。

7、在机电接口中光电耦合器的作用：（1）可将输入与输出两部分电路分开，各自使用一套电源供电（2）可进行电平转换（3）提供驱动能力8、反馈：通过适当的检测传感装置将输出信号的全部或一部分返回到输入端，使之与输入量进行比较，用其偏差对系统进行控制。

9、伺服控制：能够跟踪输入的指令信号进行运动，从而获得精确的位置、速度、动力输出的自动控制系统。

10、在人机的接口中，常用的输入输出设备：输入设备：键盘、鼠标、扫描仪、数码相机、光笔、摄像头等输出设备：打印机、显示器、绘图仪、音箱、投影机等。

11、按信息的传递方向，机电接口分为哪些接口:信息采集接口（传感器接口）、控制量输出接口12、从控制的角度出发选择计算机应满足那些要求：（1）完善的中断系统（2）足够的储存容量（3）完备的I/D通道（4）实时时钟等要求13、说明七段LED的组成原理：通常七段LED显示块中有八个发光二极管，其中七个发光二极管构成七笔字形“8”，一个发光二极管构成小数点。

只要将一个8位并行输出接口与显示块的发光二极管引脚相连即可。

8位并行输出口输出不同的字节数据即可获得不同的数字或字符。

14、静态显示和动态显示的主要区别静态显示是当显示器显示某一个字符时，相应的发光二极管恒定地导通或截止。

动态显示是一位一位地轮流点亮各位显示器，对于每一位显示器来说，每隔一段时间点亮一次。

当显示器位数很少时，采用静态显示方法，当位数较多时，一般采用动态显示方法。

六、1、机电一体化的设计包括哪两个方面：稳态设计和动态设计2、在伺服控制的系统中，其负载往往比较复杂，为了便于分析，常将它分为：惯性负载、外力负载、弹性负载、摩擦负载3、机械装置的基本力学模型是什么：质量-弹簧-阻尼系统4、负载的等效换算、机械传动系统的主谐振频率的计算：（P250、P258)5、机电一体化的可靠性：系统（产品）在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的能力；主要包括的内容：包括系统（产品）的无故障性和耐久性两方面的含义。

七、计算题1、已知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nH=600r/min。

如图(1)刚轮固定时柔轮的转速n1;(2)柔轮固定时刚轮的转速n2解：（1）刚轮固定时：n1=-(600/100)=-6(r/min)（2）柔轮固定时:2、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。

解：步距角θs=m—控制绕组的相数 zr—转子的齿数 c—通电方式系数纯单拍或者纯双拍时系数取1；单双拍交替时系数取2①单拍制步距角θs===1②双拍制步距角：双拍制和单拍制的步距角相同，即步距角仍为1°③单双拍制步距角度θs==0.53、现有一双螺母齿差调整预紧式滚珠丝杠，其基本导程λ=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？解：λ0=6，Z1=100，Z2=98，N=2α相对=λ0（-）=ΔS相对=N*α相对===0.00245mm4、已知4级齿轮传动系统，各齿轮的转角误差为Δφ1=Δφ2=……=Δφ8=0.005 rad，各级减速比相同，即i1=i2=……=i4=1.5。

求：（1）该系统的最大转角误差Δφmax（2）为缩小Δφmax，应采取何种措施解：（1）Δφmax =++++Δφ8=++0.005=0.02006 rad=1.1499（2）总转角误差主要取决于最未一级齿轮的转角误差和传动比的大小，所以，为缩小Δφmax，在设计中最未两级的传动比应取大一些，尽量提高最未一级轮副的加工精度。

补第二章课后题：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？答：常提出低摩擦、无间隙、低惯量、高刚度、高谐振频率、适当的阻尼比等。