机电一体化复习资料

1、机电一体化：在机械的主功能、动力功能、信息与控制功能上引进了电子技术、并将机械装置与电子设备以以及软件等有机结合而成的系统的总称。2、机电一体化目的提高机械系统的附加价值（多功能，高效率，高可靠性，省材料省能源）附加价值是机电一体化系统的综合评价指标。3、机电一体化发展条件：短期或中期普遍需要，具有显著的经济效益，具备或经过短期努力能具备必须的物质技术基础。4、五个子系统：机械系统、电子信息处理系统、动力系统、传感检测系统、执行元件系统。5、从自发状况想自为方向发展。6、接口的分类：1）变换、调整：零接口、无源接口、有源接口、智能接口。2）输入、输出：机械接口、物理接口、信息接口、环境接口。7、1）机电互补法：利用通用或专用电子部件取代传统机械产品中的复杂机械功能部件或功能子系统。2）结合法：各组成要素有机结合为一体构成专用或通用的功能部件。3）组合法：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产品。8、机电一体化系统的功能：变换、传递、存储。工业三大要素：物质、能量、信息。9、接口的性能决定了机电一体化系统的性能。10、机械部分具备要求：低摩擦、无间隙、低惯量、高刚度、高的消振频率、适当的阻尼比、高的定位精度。措施：低摩擦、短传动链、最佳传动比、反向死区小、高刚性。11、传动机构的作用：传递转矩与转速。使执行元件与负载之间在转矩与转速得到最佳匹配。传动机构的要求：精密化、高速化、小型轻量化；转动间隙小，精度高，体积小，重量轻，运动平稳，传动转矩大。12、滑动丝杠：结构简单，加工方便，制造成本低，具有自锁；摩擦阻力距大，传动效率低。13、滚动丝杠：摩擦阻力距小，传动效率高，轴向刚度高，运动平稳，传动精度高，不易磨损，使用寿命长；结构复杂，制造成本高，不能自锁，具有运动可逆性，便于消除轴向间隙。14、滚珠丝杠副按螺纹滚道截面形状分为单圆弧和双圆弧两类，按滚珠的循环方式分为内循环：滚珠循环过程中始终与丝杠表面保持接触，滚珠循环回路短，流畅性好，效率高，螺母的径向尺寸较小，但反向器加工困难，装配调整也不方便。外循环：螺旋槽式、插管式、端盖式；滚珠在循环反向时，离开丝杠螺纹轨道，在螺母体内或体外循环运动。主要尺寸参数：公称直径d。、基本导程P。、行程久精度等级：1、2、3、4、5、7、10七个等级，1级最高，10级最低。15、滚珠丝杠副在负载时，滚珠与滚道面接触点处将产生弹性变形，换向时其轴向间隙会引起空回，这种空回是非连续性既影响传动精度又影响系统的稳定性，单螺母丝杠副的间隙消除相当困难。预紧方法有：双螺母螺纹预紧调整、双螺母齿差预紧调整、双螺母垫片调整预紧、弹簧自动调整预紧四种方式。16、齿轮传动间隙调整：偏心套调整、轴向垫片调整、双片薄齿轮错齿调整。17、滚珠丝杠副的支承方式：单推一单推式、双推一双推式、双推一简支式、双推一自由式。18、导轨的主要作用：支承和导向邙限制运动部件按给定运动要求和规定的运动方向运动。）基本要求：导向精度高、刚性好、精度保持性好（耐磨性）、运动轻便平稳、温度变化影响小以及结构工艺好。（常用材料：铸铁、钢、有色金属、塑料、复合材料。）导轨精度：在水平、垂直平面内的直线度及两导轨面间的平行度。（压板、镶条）耐磨性：合理的导轨材料及热处理；减小导轨面压强；保证良好润滑；提高导轨精度。导轨刚度：结构刚度、接触刚度、局部刚度。19、执行部件将其他形式的能转化为机械能，分电动式、液动式、气动式。20、爬行现象：在滑动摩擦副中从动件在从动驱动和摩擦条件下产生的周期性时停时走或时慢时快的运动现象。（原因：摩擦系数随运动速度变化而不同，传动系统刚性不足。）措施：改善滑动副的摩擦特性，提高系统传动刚度，增加系统阻尼，减轻滑动部件重量。21、执行元件要求：惯量小、动力大；体积小、重量轻；便于维修、安装；宜于微机控制。22、步进电机种类：可变磁组型、永磁型、混合型。23、•对电机要求：性能密度大；快速性好，即加速转矩大，频响特性好；位置控制精度高,调速范围宽，低速运行平稳无爬行现象，分辨率高振动噪声小；适应起停频繁的工作要求；可靠性高寿命长。24、有一脉冲电源，通过环形分配器将脉冲分配给三相六拍通电的步进电机励磁绕组，测得步进电机的转速为100r/min,已知转子有24个齿，求：（通常的步距角是1.5度或0.75度）（1）、步进电机的步距角a=360/（PZK）=360/（3*24*2）=2.5（2）、脉冲电源的频率n=60f/KmZf=KmZn/60=2*6*24*100/60=48025、脉宽调制直流调速驱动系统（PWM）原理：当输入一个直流控制电压U时就可得到一定宽度与U成比例的脉冲方波来给伺服电动机电枢回路供电，通过改变脉冲宽度来改变电枢回路的平均电压，从而得到不同大小的电压值，使直流电动机平滑调速。26、步进电机的特点：（1）步进电机的工作状态不易受各种干扰因素的影响，只要在它们的大小未引起步进电机产生“丢步”现象之前，就不影响其正常工作（2）步进电机的步距角有误差，转子转过一定步数以后也会出现累积误差，但转子转过一转以后，其累积误差变为“零”，因此不会长期积累（3）控制性能好，在起动、停止、反转时不易，丢步”。只要控制输入电脉冲的数量及频率就可精确控制步进电机的转角及转速。随着负载的增加,起动频率也会降低。驱动控制电路包括：方向控制电路、环形分配电路、驱动放大电路。27、设计流程：（1）根据目的功能确定产品规格、性能指标（2）系统功能部件、功能要素的划分（3）接口的设计（4）综合评价（5）可靠性复查（6）试制与调试28、预拉伸安装：滚珠丝杠长时间工作会因摩擦而生热膨胀，从而使螺距变大，影响运行和定位精度。因此在定位精度要求较高的场合应用滚珠丝杠，一般都会对热膨胀进行补偿。安装前加入预紧力，可消除轴向间隙，增加滚珠丝杠副刚性，减少滚动体、丝杠及螺母间的弹性变形，达到更高精度。单电压功率放大电路1、试分析如图所示步进电机驱动功率放大器的基本工作原理。答：图中A、B、C分别为步进电动机的三相，每相由一组放大器驱动。放大器输入端与环形脉冲分配器相连。在没有脉冲输入时，3DK4和3DD15功率放大器均截止，绕组中无电流通过，电动机不转。当A相得电，电动机转动一步，当脉冲依次加到A、B、C三个输入端时，三组放大器分别驱动不同的绕组，使电动机一步步地转动。电路中与绕组并联的二极管VD分别起续流作用，即在功放截止时，使储存在绕组中的能量通过二极管形成续流回路泄放，从而保护功放管。与绕组W串联的电阻R为限流电阻，限制通过绕组的电流不致超过其额定值，以免电动机发热厉害被烧坏。2、试述如图所示步进电机用功率开关细分驱动电路的基本工作原理。多路功率开关细分驱动电路答：（1）细分驱动为了让步进电动机有更小的步距角或者为减小电动机振动、噪声等原因，可以在每次输入脉冲切换时，不是将绕组电流全部通入或切除，而是只改变相应绕组中额定电流的一部分，则电动机每步转过的角度也只有步距角的一部分。绕组电流不是一个方波，而是阶梯波，额定电流是台阶式地投入或切除，电流分成多少个台阶，则转子就以同样的个数转过一个步距角。这样将一个步距角细分成若干步的驱动方法被称为细分驱动。细分驱动的特点是：在不改变电动机结构参数的情况下，能使步距角减小，能使步进电动机运行平稳、提高匀速性，并能减弱或消除振荡。但细分后的步距角精度不高，功率放大驱动电路也相应复杂。（2）采用多路功率开关器件的细分驱动电路的基本工作原理：图为五阶梯细分电路，它利用五只功率晶体管VTdl〜VTd5作为开关器件，其基极开关电压U1〜U5的波形等幅宽度较小。在绕组电流上升过程中，VTd1~VTd5按顺序导通，每导通一个，高压管都要跟着导通一次，使绕组电流能快速上升。在绕组电流下降过程中，VTdl〜VTd5按顺序关断，了使每关断一个晶体管，电流都能快速下降一个台阶，在关断任一低压管前，可将剩下的全部关断一段时间，使绕组通过泄放回路放电,然后再重新开通。功率晶体管工作在开关状态，功耗很低，但器件多，体积大。