机电一体化系统设计主观题复习提纲

一、填空题

1. 系统论、 信息论 、 控制论 是机电一体化技术的理论基础，是机电一体化技术

的方法论。

2. 机电一体化的概念已不再局限于某一具体产品的范围，而是扩大到 控制系统 和

被控制系统 相结合的产品制造和过程控制的大系统，如柔性制造系统、计算机集成制造系统及各种工业过程控制系统。

3. 根据不同的使用目的，要求机电一体化系统能对输入的物质、 能量 和 信息 (即工业

三大要素)进行某种处理。

4. 机电一体化产品不仅是人的手与肢体的延伸，还是人的 感官 与 头脑 的延伸，具

有“智能化”的特征是机电一体化与机械电气化在功能上的本质差别。

5. 要从 能量流 、 信息流 及物质流的视角去分析机电一体化共性关键技术。 6. 要从伺服控制系统稳、 准 、 快 的要求认识机电一体化共性关键技术。 7. 构成机电一体化系统的要素或子系统之间必须能顺利地进行物质、能量和信息的 传递

与交换 。为此，各要素或各子系统连接处必须具备一定的“联系条件”，这些联系条件称为 接口 。

8. 丝杠螺母机构四种基本传动形式包括：螺母固定、丝杆转动并移动，丝杆固定、螺母转

动并移动， 丝杆转动、螺母移动和 螺母转动、丝杆移动 。 9. 滑动导轨副常见的截面形状有三角形、矩形、燕尾形和圆形。

10. 机电一体化系统对机械系统要求是较高的定位精度和良好的动态响应特性

11. 传感器按其能量传递方式可分为（能量转换型（或发电型传感器））和（能量控制型（或

参量型传感器））两种。

12. 传感器按其输出信号的性质可分为（模拟式传感器）和（数学式传感器）。

13. 传感器所测量的物理量基本上有两种形式，即（静态量）和（动态量），前者所表现的

信号不随时间变化而变化或变化很缓慢，而后者所表现的信号随时间的变化而变化。 14. 传感器频域动态性能指标主要包括带宽频率、（工作频带）和（谐振频率）。 15. 光电式角编码器按编码方式可分为（绝对式编码器）和（增量式编码器）两种。 16. 根据对滑尺绕组供电方式的不同以及对输出信号的检测方式不同，感应同步器分为（鉴

相型测量）和（鉴幅型测量）。

17. 描述二阶传感器系统动态特性的微分方程中包括的系统参数为静态灵敏度、（固有频率）

和（阻尼比）。

1.

四、简答题

1、 机电一体化产品与传统机电产品的主要区别有哪些？ 参考答案：

（1）机电一体化产品功能的实现是所有功能单元共同作用的结果，而传统机电设备中机械

与电子系统相对独立，可以分别工作。

（2）机电一体化产品可以用最简单的机械结构来实现高精度的复杂运动，而传统的机电产

品必须用十分复杂的机械才能实现，有的甚至根本无法实现。

（3）机电一体化产品具有“柔性”，而传统的机电产品往往是“刚性”的。也就是说，机电一

体化产品可以通过软件的方法来改变工作方式，而传统的机电产品不具备这种功能。 （4）具有“智能化”的特征是机电一体化产品与传统的机电产品在功能上的又一本质区别。 （5）机电一体化产品更便于实现生产过程自动化，机电一体化产品借助于其通信功能可以

与上位计算机传递信息，也可以互相之间通信构成网络。可以方便的组态以改变生产过程，又能各自独立工作。

2、 画出机电一体化系统构成要素之间的相互联系框图。 参考答案：

3、 论述机电一体化的设计思想及设计类型。 1、设计思想 （1）机电互补法

机电互补法又称取代法。利用通用或专用电子部件取代传统机械产品（系统）中的复杂机械功能部件或功能子系统，以弥补其不足。 （2）结合（融合）法

将各组成要素有机结合为一体构成专用或通用功能部件，其要素之间机电参数的有机匹配比较充分。 （3）组合法

将结合法制成的专用或通用功能部件（子系统）、功能模块，像积木那样组合成各种机电一体化系统（产品），故称组合法。 4、 设计类型 （1）开发性设计

不参照已有产品，仅仅根据抽象的设计原理和要求，设计出在质量和性能方面满足目的要求的产品（系统）。 （2）适应性设计

在总的设计方案、原理基本保持不变的情况下，对现有产品进行局部更改，或用微电子技术代替原有的机械结构或为了进行微电子控制对机械结构进行局部适应性设计，以使产品在性能和质量上增加某些附加价值。 （3）变异性设计

在设计方案和功能结构不变的情况下，仅改变现有产品的规格尺寸使之适应于量的方面有所变更的需求。

5、 画出概念设计的步骤及方法框图。

6、 机电一体化产品的现代设计方法有哪些? 参考答案

（1）计算机辅助设计与并行设计 （2）虚拟设计 （3）快速响应设计 （4）可靠性设计 （5）绿色设计 （6）反求设计 （7）优化设计 （8）网络合作设计

7、 滚珠丝杠副的轴向间隙对系统有何影响？常采用什么措施消除滚珠丝杆副轴向间隙？

参考答案：承载时滚珠和滚道型面接触点的弹性变形所引起的螺母轴向位移量和丝杠螺母副自身轴向间隙的总和称为滚珠丝杆副的轴向间隙。换向时，轴向间隙会引起空回现象，这种空回是非连续的，既影响反向传动精度，又影响系统稳定性，应予以消除。为了消除空回误差，在螺杆上装配两个螺母1和2，调整两个螺母的轴向位置，使两个螺母中的滚珠在承受载荷之前就以一定的压力分别压向螺杆螺纹滚道相反的侧面，使其产生一定的变形，从而消除了轴向间隙，也提高了轴向刚度。常用消除滚珠丝杆副轴向间隙的方法有下列几种：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、弹簧式自动调整预紧、单螺母变位导程预紧和单螺母滚珠过盈预紧。

8、 为什么要消除齿轮副间隙？常用什么措施消除圆柱直齿轮副的间隙？

参考答案：齿轮副的间隙使得在传动过程中，主动轮突然改变旋转方向时，从动轮不能立即随之反转，而是有一个滞后量，造成齿轮传动的回差，对运动精度影响很大，同时会影响闭环伺服系统的稳定性。

消除齿轮副间隙通常分为刚性调整法和柔性调整法。其中圆柱齿轮传动中常用的调整齿侧间隙的方法有偏心套（轴）调整法、轴向垫片调整法和双片薄齿轮错齿调整法。

9、 滚动导轨有什么优缺点？

参考答案：滚动导轨的优点是：①摩擦系数小，运动灵活；②静、动摩擦系

数基本相同，不易产生爬行；③可以预紧,刚度高；④寿命长；⑤精度高；⑥润