机电一体化控制技术与系统期末复习资料

机电一体化复习提纲

1. 机械系统和微电子系统有机结合，从而产生新功能和新性能的新产品是机电一体化产品。

机电一体化系统的基本结构要素有机械本体、执行与驱动、检测传感器、信息处理、动力。机电一体化系统中的机械系统通常由由传动机构、支承与导向机构、执行机构与机架等组成。机电一体化系统的基本组成是能量流、物料流、信息流。机电一体化系统的信息特征（微型化、嵌入式、实时性、分布化）、动力特征（结构分散化、功能智能

化）、结构特征（模块化、简单化、高刚度、高精度）。机电一体化的技术基础有机械设计与制造技术、微电子技术、传感器技术、软件技术、通信技术、驱动技术、自动控制技术、系统技术。

2. 机电一体化对机械系统的基本要求是（快、准、稳）：快速响应、高精度、良好的稳定

性。为确保机械系统的传动精度和工作稳定性，在设计中常提出无间隙、低摩擦、低惯量、高刚度、高谐振频率、适当的阻尼比等要求。为达到上述要求，主要从a、采用低摩擦阻力的传动部件和导向支承部件；b、缩短传动链，简化主传动系统的机械结构；c、提高传动与支撑刚度；d、选用最佳传动比，尽可能提高加速能力；e、缩小反向死区误差； f 、改进支承及架体的结构设计以提高刚性、减少振动、降低噪声这几个方面采取措施。机电一体化系统中的机械系统通常由传动机构、支承与导向机构、执行机构与机架等几个部分组成。

3. 机电一体化系统中的传动系统应满足足够的刚度、惯性小、阻尼适中等性能要求。为确保

机械系统的传动精度和工作稳定性，在设计中需满足无间隙、低摩擦、低惯量、高刚度、高谐振频率、适当的阻尼比，为达到这些要求，主要采取①采用低摩擦阻力的传动部件和导向支撑部件②缩短传动链，简化传动系统的机械结构③提高传动与支撑刚度④选用最佳传动比，以达到提高系统分辨率、减少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⑤缩小反向死区误差⑥改进支撑及架体的结构设计以提高刚性、减少震动、降低噪声。

4. 滚珠丝杠螺母副中滚珠循环装置有外循环，内循环。滚珠丝杠支承方式有单推- 单推式、

双推-双推式、双推-简支式、双推-自由式。具有最大刚度的的支承方式是双推-双推式。

5. 滚珠丝杠螺母副中按照滚珠循环方式划分外循环，内循环。滚珠丝杠螺母副中调整间隙和

预紧的方法有垫片调整式（调整垫片来改变轴向力）、双螺母调节式（调整螺母来消除间隙或预紧）齿差调节式（左右螺母外端凸缘制成齿数差1的直齿圆柱齿轮）, 原理是什么？滚珠丝杠副的安装方式有单推-单推式（轴向刚度较高、预紧力较大、轴承寿命比双推- 双推式低）、双推-双推式（刚度最高、易造成预紧力不对称）、双推-简支式（轴向刚度不太高、预紧力小、轴承寿命较长、适用于中速、精度较高的长丝杠传动系统）、双推-自由式（轴向刚度和承载能力低、多用于轻载、低速的垂直安装丝杠传动系统），特点分别是什么？滚珠丝杠副的选择方法是结构的选择、结构尺寸的选择（公称直径和基本导出的选择）。

6. 直齿圆柱齿轮侧隙的调整方法有中心距调整法、双片薄齿轮错齿调侧隙法、轴向垫片调整

法。要消除齿轮副间隙是因为侧隙会产生齿间冲击，影响传动平稳性、若出现在闭环系统中、则可能导致系统不稳定、使系统产生低频振荡，常用中心距调整法、双片薄齿轮错齿调侧隙法、轴向垫片调整法、轴向压簧法等方法消除间隙。

7. 同步带的结构由背带、抗拉层、带齿、包布层部分组成，传动特点是传动比准确、传动

效率高、工作平稳、能吸收振动，噪音小、速比范围大、允许线速度高、传动结构紧凑、适合多轴传动。但中心距要求严格，安装精度要求高，其主要参数有带齿的节距、节径、外径、节线。

8. 间歇传动机构有槽轮机构（结构简单、制造容易、工作可靠、机械效率较高，加速过

程有冲击、不适合高速运动）、棘轮机构（优点是结构简单、运动可靠、缺点是只能进行

有级调节、不适合高速传动）、其他间隙运动机构（凸轮式间隙运动机构、不完全齿轮机构）。

9. 导向机构的作用是支撑和限制运动部件按给定的运动要求和运动方向运动。导轨副的组成

主要由运动件和承导件组成及种类有滑动导轨、滚动导轨、液体介质摩擦导轨、弹性摩擦导轨。导轨的基本要求有导向精度高、刚度好、运动轻便平稳、耐磨性好、温度变化影响小以及结构工艺好。滑动摩擦导轨截面的常用形式有V 型导轨、矩形、燕尾型、圆形。

滑动导轨副的组合形式有双三角形、三角形和矩形、三角形和平面导轨。如何调整导轨副间隙压板法、镶条法。

10. 滚动直线导轨副的结构和工作原理是由导轨、滑块、钢球、返向器、保持架、密封端盖、

侧密封端盖等组成P31。滚动直线导轨副的类型有滚动体循环式和滚动体不循环式静压导轨副的工作原理与特点分别是什么P33。

11. 什么是电主轴？有哪些部分组成？（是一套组件，包括电主轴、高频变频装置、油气润滑

系统、冷却系统、内置编码器和换刀装置）。电主轴的特点是耐磨耐热、寿命是传统轴承的几倍、高速。电主轴需要润滑哪些部分？

12. 什么是电主轴的刚度静刚度是主轴抵抗静态外载荷的能力，简称刚度？提高电主轴静刚度

的主要措施有a、提高支承刚度、包括增加轴承数量、采用高刚度的轴承和提高轴承预紧力；b、优化主轴设计，包括尽量缩短前悬伸量，并选择最佳支承跨距，在满足轴承、电机转子等工作性能的前提下，增大主轴直径。

13. 什么是压电效应由于晶体在机械力作下发生变形而引起带电粒子的相对位移，从而造成晶

体的总电矩发生变化。压电式传感器目前多用于测量动态的力或压力。环形行波

电机的工作原理是什么？P40 压电驱动器与超声电机应用领域有航空航天、精密加工

设备的进给机构、汽车行业、精密仪器或医疗器械、机器人关节驱动、办公自动化设备、微

型机械。

14. 什么是微动机构是一种能在一定范围内精确、微量地移动到给定位置或实现特定进给运动

的机构。微动机构应满足a、低摩擦、高灵敏度，最小移动量达到使用要求；b、传动平稳、可靠，无空程和爬行，有足够的刚度，制动后能保持稳定的位置；c、有好的动态特性，即相应频率高；d、抗干扰能力强，快速响应性好；e、能实现自动控制； f 、良好的结构工艺性的基本要求？微动机构有双螺旋差动式、弹性变形式、热变形式、磁致伸缩式、电致伸缩式等基本类型，工作原理分别是什么？P48-50

15. 液压机构与气动机构的特点分别是什么液压：a、在输出同等功率的条件下，机构结

构紧凑，体积小，重量轻，惯性小；b、工作平稳，冲击、振动和噪音都较小，易于实现频繁的启动、换向，能够完成各种旋转运动和各种往复运动；c、操作简单、调试方便，并能在大的范围内实现无级调试，调试可达5000; d、可实现低速大力矩转动，无需减速装置。气压：a以空气为工作介质，用后可直接排到大气，处理方便；b、动作迅速，反应快，维护简单，不存在介质变质问题，工作环境适应性好，安全可靠性

优于液压、电子和电气机构；d、但工作速度稳定性稍差，工作压力低，难以获得较大的输出力；噪声大，要加消声器。真空发生器的性能指标包括耗气量、真空度、抽吸时间。

常用的气动机构有哪些？

16. 机电一体化对控制系统的基本要求有稳定性、快速性、精确性。机电一体化控制系统的类

型有基于PC的控制系统、基于微处理器的控制系统、基于PLC的控制系统、其他控制系统。各有什么特点？分别应用在什么场合？P65—66

17. 工业控制计算机叫工控机。工控机的硬件有计算机基本系统和过程I/O 系统。工控机