第一篇：机电一体化系统设计单选题及简答题
0 本节测验题：以下传感器中测量的是相对角位移的是()A.旋转变压器 B.绝对式编码器 C.增量式编码器 D.都不正确 答案：C 1.本节测验题：测速发电机的输出信号与转速的关系 A.输出直流电压与转速成正比 B.输出交流电压与转速成正比 C.输出直流电压与转速成反比 D.输出交流电压与转速成反比 答案：A 2.本节测验题：加速度传感器的基本力学模型是()A.质量-阻尼系统 B.弹簧-阻尼系统
C.质量-弹簧-阻尼系统 D.都不正确 答案：C 3.本节测验题：电荷放大器的输出电压与反馈电容
A.成正比 B.成反比
C.成曲线关系
D.无关 答案：B 4.本节测验题：低频信号可以通过，高频信号不能通过的滤波器是（）A.高通滤波器 B.带通滤波器 C.低通滤波器 D.带阻滤波器 答案：C 5.本节测验题：直流电动机属于()A.变磁阻电动机 B.固定磁阻电动机 C.无磁极电动机 D.都不正确 答案：B 6.本节测验题：直流电动机的反电动势与（）A.电枢电流成正比 B.电枢电流成反比 C.转子转速成正比 D.转子转速正反比 答案：C 7.本节测验题：直流电动机机械特性的硬度与（）A.电枢电阻成反比 B.反电动势系数成正比 C.转矩系数成正比 D.电枢电阻成正比 答案：D 8.本节测验题：交流感应电动机的同步转速与 A.极对数成正比 B.电源频率成反比 C.电源电压成正比 D.电源频率成正比 答案：D 9.本节测验题：下列类型电动机中机械特性不可变的是（）A.鼠笼式交流电动机 B.绕线式步进电动机 C.直流电动机 D.以上都不可变 答案：A 20.本节测验题：下列关于步进电动机叙述错误的是（）A.步进电动机是数字控制系统 B.步进电动机常用于开环控制
C.步进电动机常用于闭环控制系统中 D.步进电动机是变磁阻电动机 答案：C 21.本节测验题：步进电电动机相角裕量的与哪些因素无关 A.相数 B.通电方式 C.齿轮齿数
D.相数和通电方式 答案：C 22.本节测验题：下列关于步进电动机驱动电路叙述正确的是 A.单极性驱动电路适合于驱动混合式步进电动机 B.单极性驱动电路适合于驱动反应式步进电动机 C.驱动直流电动机的电路也能驱动步进电动机 D.以上都正确 答案：B 23.本节测验题：以下关于步进电动机叙述错误的是 A.脉冲分配器可以由逻辑电路硬件实现 B.脉冲分配器可以由软件实现 C.步进电动机的转速由脉冲数决定 D.步进电动机的转速由脉冲频率决定 答案：C 24.本节测验题：计算机直接参与控制的伺服系统是 A.模拟式伺服系统 B.参考脉冲伺服系统 C.采样数据系统 D.以上都不是 答案：C 25.本节测验题：电动机中引入电流环后的伺服系统下列叙述正确的是 A.电流环实质上是转矩控制回路 B.电流环可以稳定转速
C.电流环可以等价成一个积分环节 D.都不正确 答案：A 26.本节测验题：其中，反馈采用测速发电机的是（）A.电流环 B.速度环 C.位置环
D.以上都不正确 答案：B 27.本节测验题：下列系统对于对于单位加速度信号静态误差为0的是 A.0型系统 B.1型系统 C.2型系统 D.以上都正确 答案：C 28.本节测验题：一般来说，如果增大自然频率的数值，则动态性能指标中的调整时间将（）A.增大 B.减小 C.不变 D.不定 答案：B 29.本节测验题：复合控制中前馈控制是（）A.按误差信号控制 B.闭环控制 C.开环控制
D.以上都不正确 答案：C 30.本节测验题：电焊的控制属于 A.点位控制 B.连续路径控制 C.直线运动控制 D.曲线运动控制 答案：A 31.本节测验题：常加速度控制中加速度由什么决定 A.输入脉冲频率 B.速度寄存器 C.位置寄存器 D.加速度寄存器 答案：D 32.本节测验题：DDA法是（）A.脉冲增量插补 B.数据采样插补 C.数字积分器法 D.逐点比较法 答案：C 33.本节测验题：利用三次多项式样条函数生成控制指令加速度最大值在 A.运动的起点和终点 B.运动的中间点 C.常加速度
D.以上都不正确 答案：A 34.本节测验题：PLC适合于（）A.数据采集为主 B.顺序控制为主 C.科学计算为主 D.管理为主 答案：B 35.本节测验题：与计算机相比PLC的优点叙述错误的是 A.可靠性高 B.抗干扰能力强 C.可以直接驱动负载 D.价格低 答案：D 36.本节测验题：欧姆龙的编程软件是 A.Wincc B.GxP C.CX-programmer D.以上都不是 答案：C 37.本节测验题：PLC中可以接受和输出信息的继电器是 A.输入输出继电器 B.时间继电器 C.计数器
D.辅助继电器 答案：A 38.本节测验题：触点串联在逻辑上相当于 A.逻辑或 B.逻辑与 C.逻辑非 D.都不正确 答案：B 39.本节测验题：块并联的指令语句是 A.AND B.OR C.AND LD D.OR LD 答案：D 40.本节测验题：具有保持功能的指令是 A.OUT B.KEEP C.AND D.OR 答案：B
1、一般机电一体化产品设计包括哪几阶段？
正确答案：【市场调研，需求分析和技术预测、概念设计、可行性分析、编制设计任务书、初步设计——方案设计、方案设计评估与优化、详细设计和参数核算和完成全部设计文件。】 关键字：【调研|概念|可行性|任务书|初步】 分数分配：【20|20|20|20|20】
2、机和电融合的设计思想是什么？
正确答案：【替代机械系统, 简化机械系统, 增强机械系统, 综合机械系统】 关键字：【替代|简化|增强|综合】 分数分配：【25|25|25|25】
3、滚珠丝杆螺母副有哪些消除间隙和预紧的措施?
正确答案：【双螺母齿差式, 双螺母垫片式, 双螺母螺纹式, 单螺母变导程自预紧式】 关键字：【齿差|垫片|螺纹|单螺母】 分数分配：【25|25|25|25】
4、试简述光电式转速传感器的测量原理
正确答案：【光电式转速传感器是一种角位移传感器，由装在被测轴(或与被测轴相连接的输入轴)上的带缝隙圆盘、光源、光电器件和指示缝隙盘组成。光源发生的光通过缝隙圆盘和指示缝隙照射到光电器件上。当缝隙圆盘随被测轴转动时，由于圆盘上的缝隙间距与指示缝隙的间距相同，因此圆盘每转一周，光电器件输出与圆盘缝隙数相等的电脉冲，根据测量单位时间内的脉冲数N，则可测出转速】 关键字：【角位移|圆盘|转速】 分数分配：【20|40|40】
5、在模拟输入通道中，采样/保持器有什么作用？是否模拟输入通道中必须采用采样/保持器？为什么？
正确答案：【由于任何一种A/D转换器都需要有一定时间来完成量化及编码操作，因此，在转换过程中，模拟量不能发生变化，否则，将直接影响转换精度。采样/保持器（SamPLE/Hold）就是使在A/D转换时，保证输入A/D转换器的模拟量不发生变化。模拟输入通道中不一定非得采用采样保持器。当输入的模拟量信号变化缓慢时，也可省去采样/保持器。】
关键字：【采样|保持|缓慢】 分数分配：【40|40|20】
6、典型的机电一体化系统包含哪些功能结构模块?
正确答案：【机械受控模块、测量模块、驱动模块、通信模块、微机模块、软件模块和接口模块】 关键字：【受控|测量|驱动|通信|微机|软件|接口】 分数分配：【15|15|15|15|15|15|10】
7、滚珠丝杆螺母副常用的支承结构形式有哪几种
正确答案：【两端固定，一端固定一端简支（游动），两端均为单向推力，一端固定一端自由】 关键字：【两端|一端|单向|自由】 分数分配：【25|25|25|25】
8、机电一体化系统结构中驱动模块的作用是什么?
正确答案：【提供驱动力, 改变系统包含速度和方向的运动状态,产生所希望的运动输出.】 关键字：【驱动|改变|输出】 分数分配：【30|40|30】
9、测量位移的传感器常用的有哪些?
正确答案：【感应同步器, 旋转变压器, 光栅,光电编码器, 电位器, 差动变压器, 涡流传感器】 关键字：【感应同步器|旋转变压器|光栅|光电编码器|电位器】 分数分配：【20|20|20|20|20】
10、在选择PWM开关放大器的开关频率时，应考虑哪几方面？
正确答案：【⑴开关频率应尽可能高。⑵开关频率必须比系统通频带大10倍以上。⑶开关频率必须远大于各环节的共震频率。⑷满足前三项的条件下，频率尽可能低。】
关键字：【开关频率|高|10倍|共震频率|满足】 分数分配：【20|20|20|20|20】
11、直流伺服电动机的驱动电路包含有哪些类型?
正确答案：【线性直流放大器, 脉宽调制放大器, 晶闸管组成的可控整流电路.】 关键字：【线性|放大器|脉宽|调制|可控】 分数分配：【20|20|20|20|20】
12、何为步进电动机连续运行频率？它与起动频率比有何特点？
正确答案：【步进电动机启动后，不失步运行的最高频率。一般情况下，连续运行频率比启动频率要高得多。】 关键字：【高|频率|连续|启动】 分数分配：【25|25|25|25】
13、简述传感器有哪几方面的性能指标?
正确答案：【工作特性，静态特性，动态特性】 关键字：【工作|静态|动态】 分数分配：【35|35|30】
14、试简述“机电一体化”的涵义。
正确答案：【机电一体化是机械与电子的集成技术。定义为在设计产品和制造系统时所思考的精密机械工程、电子控制及系统的最佳协同组合。它是在机构的主功能、动力功能、信息与控制功能上引进电子技术，并将机械装置与电子设备以及软件等有机结合而成的系统总称。】 关键字：【机械|电子|集成】 分数分配：【40|20|40】
15、常用滚动摩擦支承轴承有哪几种主要结构类型？ 正确答案：【①标准滚动轴承：圆锥孔双列圆柱滚子轴承，角接触球轴承，双向推力角接触球轴承，圆锥滚子圆锥（举例２个）
②新型滚动轴承：变预紧力轴承，密集滚珠轴承（举例２个）
】
关键字：【标准|轴承|新型|变】 分数分配：【25|25|25|25】
16、简述电荷放大器的特点和主要用途
正确答案：【利用运算放大器求和点为虚地电位，使得输入端的分布电容上没有积累电荷，从而不起作用。作用是：将将压电传感器的电荷量或电容传感器的微小电容转换为电压输出。
】
关键字：【虚|积累|电荷|微小。】 分数分配：【25|25|25|25】
17、机电一体化需要贯穿哪些设计思想？
正确答案：【1）系统的设计思想 2）机和电融和的设计思想 3）注重创新的是设计思想】 关键字：【系统|机|电|融和|创新】 分数分配：【20|20|20|20|20】
18、描写事件驱动过程常用什么方法?
正确答案：【梯形图和布尔代数方程】 关键字：【梯形|布尔|代数】 分数分配：【40|20|40】
19、直流伺服电动机的机械特性
正确答案：【保持电动机电压恒定，电动机转矩与转速的关系.】 关键字：【电压|恒定|转矩|转速】 分数分配：【25|25|25|25】
20、机电一体化设计中，增强机械系统的思想是什么? 正确答案：【正常设计的机械与闭环控制回路相结合可以实现增强机械系统的运动速度、精度和柔性，有关部件可以做的更轻，惯量更小】 关键字：【闭环|速度|轻|惯量|小】 分数分配：【20|20|20|20|20】
21、什么是步进电动机？
正确答案：【 又称脉冲电动机。它采用变磁阻原理产生电磁转矩，将数字的电脉冲输入转换为模拟的输出轴运动。每输入一个脉冲，旋转式步进电动机的输出轴转动一步。因此，当输入一串脉冲序列时，输出轴就以等增量的转角响应输入序列，输出步数等于，转速与输入脉冲频率成正比。】 关键字：【数字|脉冲|轴|脉冲|数】 分数分配：【20|20|20|20|20】
22、什么是步进电动机的矩角特性？
正确答案：【
在不改变控制绕组通电状态下，电磁转矩与转子转角的关系。】 关键字：【通电|电磁|转矩|转子|转角】 分数分配：【20|20|20|20|20】
23、什么是压电效应？
正确答案：【 某些晶体沿一定的方向受外力作用而变形时，在表面产生极性相反的电荷。当外力去掉后，又恢复到不带电状态，这种现象称为压电效应。】 关键字：【外力|电荷|变形|相反】 分数分配：【25|25|25|25】
24、什么是步进电动机的动稳定区？
正确答案：【 当步进电动机输入单脉冲时，电动机从一种通电状态切换到另一种通电状态不引起失步的区域称为动稳定区。】 关键字：【单|脉冲|切换|失步|不】 分数分配：【20|20|20|20|20】
25、什么是步进电动机的起动频率？
正确答案：【
在负载转矩小于起动转矩的条件下，步进电动机不失步起动的最高频率称为起动频率。】 关键字：【起动|转矩|不失步|最高|频率】 分数分配：【20|20|20|20|20】
26、什么是步进电动机的连续运行频率？
正确答案：【 起动后，步进电动机不失步运行的最高输入脉冲频率称为连续运行频率。】 关键字：【起动|不失步|最高|输入脉冲|频率】 分数分配：【20|20|20|20|20】
27、什么是步进电动机的脉冲分配器？
正确答案：【 它是步进电动机数控系统重要组成部分。它的作用是把输入脉冲按一定的逻辑关系转换为合适的脉冲序列，然后通过驱动器加到步进电动机的相绕组上，使步进电动机按一定的方式工作。脉冲分配器可以由逻辑电路硬件实现，也可以通过逻辑代数运算由软件实现。】 关键字：【输入脉冲|脉冲序列|逻辑关系】 分数分配：【40|40|20】
28、什么是复合控制器？
正确答案：【 在反馈控制基础上附加一个前馈控制器，二者的组合称为复合控制器】 关键字：【反馈|控制|前馈|复合】 分数分配：【25|25|25|25】
29、什么是伺服系统的刚度？
正确答案：【 输出轴的单位位置误差所能承受的负载转矩。】 关键字：【位置|误差|负载|转矩|轴】 分数分配：【20|20|20|20|20】
30、什么是连续路径控制？
正确答案：【 为了控制工具沿着任意直线或曲线运动，必须同时控制每一个轴的位置和速度，使得它们同步协调到达目标点。这样的运动控制称为连续路径控制。】 关键字：【曲线|同步|运动|控制】 分数分配：【25|25|25|25】
31、机电一体化系统的设计指标和评价标准大体包括哪几方面？ 正确答案：【1.系统功能 2.性能指标 3.使用条件 4.社会经济效益】 关键字：【系统|性能|使用|社会经济|效益】 分数分配：【20|20|20|20|20】
32、描述传感器静态特性的主要指标是什么？
正确答案：【线性度，精度、误差、重复性和可重复性。】
关键字：【线性度|精度|误差|重复性|可重复性。】 分数分配：【20|20|20|20|20】
33、步进电动机有哪几种通电方式？
正确答案：【纯单拍、纯双拍和单双拍结合。】 关键字：【纯|单|双|结合。】 分数分配：【25|25|25|25】
34、采样周期选择原则是什么？
正确答案：【准则1：若考虑对系统响应速度的影响采样周期应小于系统的最小时间常数。准则2：若考虑系统抑制干扰的能力，采样速率应为系统的通频带的10倍以上；准则3：实时算法程序所花费的时间总和应小于采样周期的1/10.】
关键字：【最小|时间常数|采样|速率|周期】 分数分配：【20|20|20|20|20】
35、全闭环控制系统的定义与特点是什么？
正确答案：【伺服系统中，当位置传感器安装于输出轴（工作台）上时，传感器直接测量工作台移动，这种直接测量的系统称为全闭环系统。
特点：对输出进行直接控制，可以获得十分良好的控制精度。但受机械传动部件非线性影响严重。只有在要求高精度场合，才采用全闭环系统。】
关键字：【直接|间接|测量|非线性|高精度】 分数分配：【20|20|20|20|20】
36、什么是机电一体化？ 正确答案：【 其涵义是机械与电子的集成技术。定义为在设计产品或制造系统时所思考的精密机械工程、电子控制以及系统的最佳协同组合。它是在机构的主要功能、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及软件等有机组合而成的系统总称。】 关键字：【集成|机械|电子】 分数分配：【60|20|20】
37、什么是顺序控制系统以及分类？
正确答案：【 顺序控制系统是按照预先规定的次序完成一系列操作的系统。分为时间顺序控制和事件顺序控制。】 关键字：【规定|时间|事件|顺序】 分数分配：【25|25|25|25】
38、何为闭式导轨？
正确答案：【 借助导轨副本身的封闭式结构，在变化的空间位置和受力状况下，使运动导轨和支撑导轨的工作面可靠接触，从而保证运动导轨的规定运动。闭式导轨一般受温度变化的影响较小。】 关键字：【封闭|变化|空间|规定】 分数分配：【25|25|25|25】
39、何为开式导轨？
正确答案：【 借助运动件的自重和外载荷，在一定的空间位置和受力状况下，使运动导轨和支撑导轨的工作面可靠接触，从而保证运动导轨的规定运动。开式导轨一般受温度变化的影响较小。】 关键字：【自|外|载荷|一定|空间】 分数分配：【20|20|20|20|20】
40、什么是轴系的热特性？
正确答案：【 轴系的热特性主要参数是热源强度、温升及工作部位的热位移。】 关键字：【热源|温|升|热|位移】 分数分配：【20|20|20|20|20】
简答题（重点记忆）
1.典型的机电一体化系统包含哪些功能结构模块。2.测量位移的传感器常用的有哪些? 3.试说明滚珠丝杠螺母副传动装置的优缺点。
4.在实际应用中，可以提高传感器性能的技术有哪些？ 5.什么叫伺服系统？
6.机电一体化系统结构中的驱动模块是指什么？在机电一体化系统中有什么作用?
7.在模拟输入通道中，采样/保持器有什么作用？是否模拟输入通道中必须采用采样/保持器？
8.试简述光电式转速传感器的测量原理。
9.步进电动机的单、双极性驱动电路，各自的特点是什么？适用范围是什么？ 10.半闭环控制系统的定义及特点是什么？
11.在PWM功放电路中，对放大器的开关频率有何要求？ 12.在机电一体化系统设计时，应贯穿哪些设计思想？ 13.机电一体化系统对传感器的性能有哪些要求？
14.如何控制步进电动机输出轴的角位移、转速及转向?
15.采样一数据系统是计算机参与的闭环控制系统。计算机在采样一数据系统中起什么作用？
16.阐述PID控制器中P、I、D的作用。
17.闭环伺服系统中，电流环的主要作用是什么？
第二篇：机电一体化系统设计
机电一体化系统设计
1、动力系统（动力源）、传感检测系统（传感器）、执行元件系统（如电动机）等五个子系统组成。
2、系统必须具有以下三大“目的功能”：①变换（加工、处理）功能；②传递（移动、输送）功能；③储存（保持、积蓄、记录）功能。
3的变换、调整功能，可将接口分成四种：1）零接口；2）无源接口；3）有源接口；4）智能接口。
4、机电一体化系统设计的考虑方法通常有：机电互补法、结合（融合）法和结合法。
5擦、低惯量、高强度、高谐振频率、适当的阻尼比等要求。
6、为达到上述要求，主要从以下几个方面采取措施：
1）采用低摩擦阻力的传动部件和导向支承部件，如采用滚珠丝杠副、滚动导向支承、动（静）压导向支承等。
2如用加预紧的方法提高滚珠丝杠副和滚动导轨副的传动和支承刚度；采用大扭矩、宽调速的直流或交流伺服电机直接与丝杠螺母副连接以减少中间传动机构；丝杠的支承设计中采用两端轴向预紧或预拉伸支承结构等。
3的等效动惯量，尽可能提高加速能力。
5如选用复合材料等来提高刚度和强度，减轻重量、缩小体积使结构紧密化，以确保系统的小型化、轻量化、高速化和高可靠性化。
第三篇：机电一体化系统设计试题及答案
机电一体化系统设计试题
课程代码：02245
一、单项选择题(本大题共14小题，每小题1分，共14分)在每小题列出的四个选项中只有一个选项是符合题目要求的，请将正确选项前的字母填在题后的括号内。
1.受控变量是机械运动的一种反馈控制系统称()A.顺序控制系统 B.伺服系统 C.数控机床 D.工业机器人 2.齿轮传动的总等效惯量随传动级数()A.增加而减小 B.增加而增加 C.减小而减小 D.变化而不变 3.滚珠丝杠螺母副结构类型有两类：外循环插管式和()A.内循环插管式 B.外循环反向器式 C.内、外双循环 D.内循环反向器式
4.某光栅的条纹密度是100条/mm，光栅条纹间的夹角θ=0.001孤度，则莫尔条纹的宽度是()A.100mm B.20mm C.10mm D.0.1mm 5.直流测速发电机输出的是与转速()A.成正比的交流电压 B.成反比的交流电压 C.成正比的直流电压 D.成反比的直流电压 6.电压跟随器的输出电压()输入电压。
A.大于 B.大于等于 C.等于 D.小于
7.某4极交流感应电动机，电源频率为50Hz，当转差率为0.02时，其转速为()A.1450［r/min］ B.1470［r/min］ C.735［r/min］ D.2940［r/min］ 8.右图称()A.直流伺服电动机调节特性 B.直流伺服电动机机械特性 C.直流伺服电动机动态特性 D.直流伺服电动机调速特性
9.计算步进电动机转速的公式为()
A.B.Tsmcos C.D.180°-
10.一般说来，如果增大幅值穿越频率ωc的数值，则动态性能指标中的调整时间ts()
A.增大 B.减小 C.不变 D.不定
11.已知f(t)=a+bt，则它的拉氏变换式为()A.+b B.C.D.12.连续路径控制类中为了控制工具沿任意直线或曲线运动，必须同时控制每一个轴的()使得它们同步协调到达目标点。
A.位置和加速度 B.速度和加速度 C.位置和速度 D.位置和方向
13.图示利用继电器触点实现的逻辑函数为()A.(A+ B.A²)²(+ +B)²B +)C.(A+B)²（D.A²B+ ²
14.累计式定时器工作时有()A.1个条件 B.2个条件 C.3个条件 D.4个条件
二、名词解释题(本大题共5小题，每小题2分，共10分)
15.机电一体化 16.轴系的动特性
17.灵敏度(测量)18.永磁同步电动机 19.复合控制器
三、简答题(本大题共4小题，每小题4分，共16分)20.机电一体化系统设计指标大体上应包括哪些方面? 21.步进电动机常用的驱动电路有哪几种类型?其中哪种电路适于永磁式步进电动机? 22.步进电动机数控系统和参考脉冲伺服系统的输入信号是什么?输出轴的转速、转向、位置各自与哪些因素有关? 23.什么是PLC的扫描工作制?
四、计算题(本大题共4小题，每小题5分，共20分)24.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
试求：(1)刚轮固定时柔轮的转速n1;(2)柔轮固定时刚轮的转速n2。
25.已知某一线性电位器的测量位移原理如图所示。若电位器的总电阻R=2kΩ，电刷位移为X时的相应电阻Rx=1kΩ，电位器的工作电压Vi=12V,负载电阻为RL。
(1)已测得输出电压Vo=5.8V,求RL。(2)试计算此时的测量误差。26.某二阶系统如图所示
(1)求系统对r(t)阶跃响应的最大超调量σ%和调节时间ts。(2)求r(t)=1+t,n(t)=0.1共同作用下的稳态误差ess。27.三相变磁阻式步进电动机，转子80个齿。
(1)要求电动机转速为60r/min,单双拍制通电，输入脉冲频率为多少?
(2)要求电动机转速为100r/min，单拍制通电，输入脉冲频率为多少?
五、简单应用题(本大题共4小题，每小题6分，共24分)28.已知一阶低通有源滤波器电路如图所示。要求：(1)一阶低通滤波器现存在什么弱点?
(2)将其改进为二阶低通滤波器，画出电路图；(3)画出二阶低通的幅频特性示意图。
29.三相交流感应电动机，电源频率50Hz，空载转速为1450r/min。
(1)该电动机为几极，空载转差率是多少?(2)堵转时定子、转子绕组电势频率各为多少?(3)空载时，定子、转子绕组电势频率各为多少? 30.二阶系统结构图如图所示。设K1=0.1, K2=10,T1=0.5s(1)求系统对r(t)的阶跃响应的最大超调量σ%及调节时间ts(取△=±5%);(2)求系统增益Ks及伺服刚度KR;(3)求r(t)=1+t及n(t)=0.1共同作用下系统的稳态误差ess。
31.考虑x-y平面上的直线运动路径，源点坐标(5，-2)，终点坐标为(1，-1)。设两轴最大加速度限制：αxmax=αymax=±2。试设计三次多项式样条函数点位控制指令。
六、综合应用题(本大题2小题，每小题8分，共16分)32.某控制系统结构图如图所示，图中GC(s)=Kp(1+Tds),Gp(s)= =
(1)确定Kp和Td的值，以使系统性能同时满足：
在单位抛物线(恒加速度)函数作用下的稳态误差essa≤0.2，幅值穿越(截止)频率ωc=5
(2)计算系统在上述取值条件下的相位裕量 m。33.采用PLC设计二台电动机A、B工作的系统。
（1）按钮X1为A电动机起动，按钮X2为A电动机停止（输出Y1）；（2）按钮X3为B电动机起动，按钮X4为B电动机停止（输出Y2）；（3）只有A电动机在工作中，B电动机才能工作。
要求：画出梯形图，写出助记符指令程序。
机电一体化系统设计试题参考答案
课程代码：02245
一、单项选择题(本大题共14小题，每小题1分，共14分)1.B 2.A 3.D 4.C 5.C 6.C 7.B 8.B 9.C 10.B 11.B 12.C 13.A 14.B
二、名词解释题(本大题共5小题，每小题2分，共10分)15.机械与电子的集成技术。
16.指轴系抵抗冲击、振动、噪声的特性。
17.输出变化量与对应的输入(被测量)变化量的比值。有时称为增量增益或标度因子。18.以电子换向取代了传统直流电动机的电刷换向，又称无刷电动机。
19.在反馈控制器的基础上附加一个前馈控制器，二者的组合称为复合控制器。它的作用是使系统能以零稳定误差跟踪已知的输入信号。
三、简答题(本大题共4小题，每小题4分，共16分)20.应包括系统功能、性能指标、使用条件、经济效益。
21.主要有：单极性驱动电路、双极性驱动电路、高低压驱动电路、斩波驱动电路、细分电路。其中双极性驱动电路适于永磁式步进电动机。
22.(1)参考脉冲序列。
转速与参考脉冲频率成正比。
(2)输出轴
转向由转向电平决定。
位置由参考脉冲数决定。
23.PLC的扫描工作制，即检测输入变量、求解当前控制逻辑以及修正输出指令。重复进行。
四、计算题(本大题共4小题，每小题5分，共20分)
24.（1）刚轮固定时：
（2）柔轮固定时
n1=-
25.V0=
(1)当V01=5.8时，5.8=
5.8=
(２)空载时ＲＬ＝
设测量出5.8Ｖ输出电压时的测量误差
则
26.(1)求闭环传函及误差表达式
E(s)=R(s)-C(s)=[1-
(2)求
ts=
(3)求ess
二阶系统ai>0闭环稳定
R(s)=
Ess= 27.(1)
即
（2）单拍制
]R(s)-
C(s)=CR(s)+CN(s)=
即： f=
五、简单应用题（本大题共4小题，每小题6分，共24分）28．（1）一阶低通滤波器存在过渡区域衰减缓慢的弱点。
2）二阶低通有源滤波器电路图(3)低通滤波幅频率特性示意图。29．（1）
即该电动机为四级
空载时转差率为：S=
（2）堵转时：S＝１
定子绕组电势频率f1=50Hz,转子绕组电势频率f2=Sf1=50Hz(3)空载时：
定子绕阻电势频率f1＝50Hz,转子绕组电势频率：
f2= 30.(1)G(s)= 1型 Ｋv=
Ｋp=
(2)性能指标
ts=
(3)系统增益与伺服刚度
Ks=Kv=K1K2=1，KR=K1=0.1（4）essr= essn=-
31.所以协调运动先设计x轴，再利用下列直线方程变换成y轴控制指令
y(t)=-
x(t)=5+3(1-5)()2-2(1-5)()3=5-t2+
y(t)=-2+
六、综合应用题（本大题共２小题，每小题８分，共１６分）32.(1)开环传函
G(s)=Gc(s)Gp(s)=
(2)确定Kp和Td
由essa=
取Kp=2.5
在
1+25T
(3)相应的
33.(1)梯形图：
（２）助记符指令程序：
STR X1 OR Y1 AND NOT X2 OUT Y1 STR X3 OR Y2 AND NOT X4 AND Y1 OUT Y2
第四篇：机电一体化系统设计讲稿
项目一 数控车床主传动系统设计与部件选择
1.1无级变速传动链
1.1.1机床主传动系统设计满足的基本要求
机床主传动系统因机床的类型、性能、规格尺寸等因素的不同，应满足的要求一也不一样。在设计机床主传动系统时最基本的原则就是以最经济、合理的方式满足既定的要求。在设计时应结合具体机床进行分析，一般应满足下述基本要求:(1)满足机床使用性能要求。
首先应满足机床的运动特性，如机床的主轴有足够的转速范围和转速级数(对于主传动为直线运动的机床，则有足够的每分钟双行程数范围及变速级数);传动系统设计合理，操作方便灵活、迅速、安全可靠等。(2)满足机床传递动力要求。
主电动机和传动机构能提供和传递足够的功率和转矩，具有较高的传动效率。
1.1.2数控机床主传动系统分类
机床主传动系统可按以下不同的特征来分类:(1)按驱动主传动的电动机类型可分为交流电动机驱动和直流电动机驱动。交流电动机驱动中又可分为单速交流电动机驱动或调速交流电动机驱动两种。调速交流电动机驱动又有多速交流电动机驱动和无级调速交流电动机驱动。无级调速交流电动机通常采用变频调速的原理。(2)按传动装置类型可分为机械传动装置、液压传动装置、电气传动装置及其组合。(3)按变速的连续性可分为分级变速传动和无级变速传动(此部分在下面详细介绍)。数控机床的主传动要求有较大的调速范围，以保证在加工时能选用合理的切削用量，从而获得最佳的生产率、加工精度和表面质量。数控机床的变速是按照控制指令自动进行的，因此变速机构必须适应自动操作的要求。大多数数控机床采用无级变速系统，数控机床主传动系统主要有以下四种配置方式:(1)主轴电动机直接驱动。
如图2一1(a)所示，电动机轴与主轴用联轴器连接，这种方式大大简化了主轴箱和主轴结构，有效地提高了主轴部件的刚度，但主轴输出扭矩小，电动机发热对主轴影响较大。目前，多采用交流伺服电动机，它的功率很大，但输出功率与实际消耗的功率保持同步，效率很高。(2)电动机经同步齿形带带动主轴。
如图1一1(b)所示，电动机将其运动经同步齿形带以定比传动传递给主轴。由于输出扭矩较小，这种传动方式主要用于小型数控机床低扭矩特性要求的主轴，可以减小传动中的振动和噪声。
(3)电动机经齿轮变速传动主轴。
如图1一1(c)所示，主轴电动机经二级齿轮传动变速，使主轴获得低速和高速两种转速，从而使之实现分段无级变速，这种方式在大、中型数控机床中采用较多。经过齿轮传动降速后，电动机输出转矩可以扩大，以满足主轴低速运转时输出扭矩大的特性要求。一部分小型数控机床一也采用这种传动方式，以获得强力切削时所需要的扭矩。(4)电主轴。
如图1一1(d)所示，将调速电动机与主轴合成一体(电动机转子轴即机床主轴)，其优点是主轴部件结构紧凑、刚度高、质量轻、惯量小，且可提高调速电动机启动、停止的响应特性;其缺点是电动机发热易引起热变形。1.1.3无级变速传动链的设计 无级变速传动链可以在一定的变速范围内连续改变转速，以得到最有利的切削速度;能在运转中变速，便于实现变速自动化;能在负载下变速，便于车削大端面时保持恒定的切削速度，以提高生产效率和加工质量。无级变速传动可由机械摩擦无级变速器、液压无级变速器和电气无级变速器来实现。机械摩擦无级变速器结构简单、使用可靠，常用于中、小型车床、铣床等主传动系统中。液压无级变速器传动平稳、运动换向冲击小，易于实现直线运动，常用于主运动为直线运动的机床，如磨床、拉床、刨床等机床的主传动系统中。电气无级变速器有由直流电动机或交流调速电动机驱动的两种，由于它可以大大简化机械结构，便于实现自动变速、连续变速和负载下变速，故其应用越来越)’一泛，尤其在数控机床上目前几乎全都采用电气无级变速器。
数控机床的主运动广泛采用无级变速传动，这不仅能使其在一定的调速范围内选择到合理的切削速度，而且还能在运转中自动变速。无级变速系统有机械、液压和电气等多种形式，数控机床一般采用由直流或交流调速电动机作为驱动源的电气无级变速。由于数控机床主运动的调速范围较宽，一般情况下单靠调速电动机无法满足;另一方面调速电动机的功率和转矩特性一也难以直接与机床的功率和转矩要求安全匹配。因此，需要在无级调速电动机之后串联机械分级变速传动，以满足调速范围和功率、转矩特性的要求。(1)无级变速装置的分类。
机床主传动中常用的无级变速装置有三类:变速电动机、机械无级变速装置和液压无级变速装置。
1)变速电动机。
机床上常用的变速电动机有直流电动机和交流电动机，它们在额定转速以上为恒功率变速，通常变速范围仅为2 ~3;额定转速以下为恒定转矩变速，调整范围很大，变速范围可达30甚至更大。上述功率和转矩特性一般不能满足机床的使用要求。为了扩大恒功率变速范围，可在变速电动机和主轴之间串连一个分级变速箱。变速电动机I’一泛用于数控机床和大型机床中。
2)机械无级变速装置。
机械无级变速装置有柯普(Koop)型、行星锥轮型、分离锥轮钢环型和宽带型等多种结构，它们都是利用摩擦力来传递转矩的，通过连续地改变摩擦传动副工作半径来实现无级变速。由于它的变速范围小，多数是恒转矩传动，通常较少单独使用，而是与分级变速机构串联使用，以扩大变速范围。机械无级变速器应用于要求功率和变速范围较小的中、小型车型、铣床等机床的主传动中，更多的是用于进给变速传动中。
3)液压无级变速装置。
液压无级变速装置通过改变单位时间内输入液压缸或液动机中液体的油量来实现无级变速。它的特点是变速范围较大，变速方便，传动平稳，在运动换向时冲击小;易于实现直线运动和自动化。液压无级变速装置常用在主运动为直线运动的机床中，如刨床、拉床等。(2)无级变速装置与机械分级变速机构的串联。在无级变速系统装置单独使用时，其调速范围都较小，远远不能满足现代通用机床变速范围的要求。因此，常常将无级变速装置与机械分级变速机构串联，以扩大其变速范围。(3)采用直流或交流电动机无级调速。
机床上常用的无级变速机构为直流或交流调速电动机。直流电动机是采用调压和调磁方式来得到主轴所需转速的。直流电动机从额定转速向上至最高转速是用调节磁场电流(简称调磁)的办法来调速的，属于恒功率调速;从额定转速向下至最低转速是用调节电枢电压(简称调压)的办法来调速的，属恒转矩调速。通常，直流电动机的恒功率变速范围较小，仅为2~4，而恒转矩变速范围很大，可达几十，甚至超过100。交流调速电动机靠调节供电频率的方式来调速，所以其常被称为调频主轴电动机。通常额定转速向上至最高转速气max为恒定功率，变速范围为3~5;额定转速至最低转速气为恒转矩，变速范围为几十，甚至超100。直流和交流电动机的功率转矩特性如图1-2所示。
交流调速电动机由于体积小、转动惯性小、动态响应快、没有电刷且能达到的最高转速比同功率的直流电动机高，故磨损和故障也少。现在在中、小功率领域，交流调速电动机已占优势，应用一也更加广泛。伺服电动机和脉冲步进电动机都是恒转矩的，而且功率不大，所 以只能用于直线进给运动和辅助运动。基于上述分析可知，如果直流或交流调速电动机用于拖动直线运动执行器，例如龙门刨床工作台(主运动)或立式车床刀架(进给运动)，可直接利用调速电动机的恒转矩变速范围，用电动机直接带动或通过定比减速齿轮拖动执行机构。
1.2主传动系统分析
数控车床用于加工回转体零件。它集中了卧式车床、转塔车床、多刀车床、仿形车床、自动和半自动车床的功能，是数控机床中应用较广泛的品种之一。下面以一个典型数控车床C K3263 B为例说明如何分析数控机床主传动系统，图1一4所示为C K3263 B主传动系统。主电动机经带轮副和四速变速机构驱动主轴，其传动路线表达式是
拟定转速图如图2-5所示，从图中可知，主轴共得到四段转速:
1.3 车床数控化改装主传动系统方案设计
将06140卧式车床改造成用MCS-51系列单片机控制的经济型数控车床，采用步进电动机开环控制，纵向和横向均具有直线和圆弧插补功能。将原来的主传动系统改装为主变速系统。一般的卧式车床在改装为经济型数控车床时，主传动系统和变速操纵机构是不动的，可利用暂停指令进行手动变速换挡，然后再继续加工。如果要提高机床的自动化程度或者所加工工件的直径相差较大，在加工过程中需要自动变速时，可考虑设置加工过程中的自动变速装置，本任务即后一种情况。
将机械主传动系统改装为自动变速装置的几种方案说明见下文介绍。1.采用多速电动机改装
目前采用多速电动机对主传动系统进行改装，一般是将主电动机更换为双速或四速电动机，由微机系统信号自动控制切换电动机的转速。这样做的好处是机床性能良好，主传动链改装量较少，但多速电动机的功率是随着转速的变化而变化的，所以电动机功率要选的大一些，同时电动机的尺寸一也大，因此还要增加一套电动机变速系统。2.主变速系统改装
对主轴箱内变速系统进行改装，一般是将滑移齿轮变速改为电磁离合变速。这种变速机构仍为有级变速，一般变速级数不超过四级。3.采用直流主轴电动机或交流主轴电动机改装
改装后，机床主轴由直流主轴电动机(或交流主轴电动机)通过皮带直接带动，并通过电气系统实现无级变速。
采用直流主轴电动机或交流主轴电动机改装，其改装成本高，但效果好，能获得满意的速度，而且由于传动链中没有齿轮，故噪声很小。另外在改装中要注意，主轴电动机的选择要与进给系统电动机配套，以利于使用CNC系统。图1-5所示为本任务改装后的主传动系统示意。拆下原操纵手柄，装上齿轮2;以一个180 W的交流小电动机8通过蜗轮副7和齿轮3, 2将运动传给手柄轴1，带动主轴箱内的拨叉和滑块进行变速。另外将手柄轴接长，在接长轴4上安装带单个压块6的圆盘，并在附加的机壳上固定一个装有6个微动开关的圆盘5, 6个微动开关的位置与6级变速挡位对应。当手柄轴带动圆盘转动时，压块6依次压下6个微动开关，发出6个不同信号，数控系统通过对电路信号的识别来控制变速。
自动变速过程如下:当变速电动机接到S指令后，便开始转动，通过传动装置使手柄轴带动拨叉滑块使变速齿轮移位。与此同时，在速度继电器的控制下，主电动机低速点动，以便滑移齿轮顺利地进人啮合位片。当压块压下的触点信号与数控系统S指令信号相符时，小电动机制动，主运动变速完成。这种方案保留了原主轴箱的结构，改装量小，但只适合于06140型车床。
1.3.2主传动系统设计过程 1.明确已知条件，草拟转速图 拟定转速图的一般步骤如下:(i)确定变速组数及各变速组的传动副数;(2)安排变速组的传动顺序，拟定结构式(网);(3)分配传动副传动比.绘制转凉图 2.齿轮齿数的确定
齿轮的齿数取决于传动比和径向尺寸要求。在同一变速组中，若模数相同且不采用变位齿轮，则传动副的齿数和相同;若模数不同，则齿数和S与模数m,成反比，即:
对于三联滑移齿轮，当采用标准齿轮且模数相同时，最大齿轮与次大齿轮的齿数差应大于4，以避免滑移过程中的齿顶干涉。
当传动比i采用标准公比的整数次方时，齿数和S及小齿轮齿数可以从表1一1中查得。
1.4 实训准备
1.项目任务单
项日任务单见附录二。2.项目要求
学完基础知识及实例后，学生自主分析数控车床主轴箱实物，熟悉内部组成，然后分组制订设计方案，方案合格后，开始具体设计。3.仪器与设备(1)CAK4085数控车床6(2)《机床设计手册》若干。(3)扳手、钳子、直尺。4.实训步骤
(1)学生分组，并在现场分析数控车床主轴箱实物。(2)学生分组，制定任务实施方案。
(3)根据任务实施方案，学生将任务实施过程填入记录表1一2中。1.4.2项目评价
项日的整体评价如表1-3所示。
图1一1数控机床主传动的配置方式
图1-2直流和交流调速电动机的功率转矩特性
图1-4 CK3263B主传动系统
图1-5改装后主传动系统示意图
表1一1常见传动比的适用齿数
表1一2项目实施过程记录表
表1-3项目评价表
项目二数控车床导轨副设计 2.1.1导轨副设计步骤
(1)根据已知的工作条件，选择合适的导轨类型，常见导轨形式见表2-1.(2)选择导轨截面形状与组合方式。常见导轨截面形状见表2一2。1)双三角形导轨。如图2-1所示，双三角形导轨导向性和精度保持性都很高，磨损后能自动下沉补偿磨损量。两条三角形导轨副同时起支撑和导向作用，由于结构对称，两条导轨磨损均匀，故接触刚度好。但由于超定位，加工、检验、维修都较困难，而且当量摩擦系数也高，因此适于精度高的场合。例如丝杠车床、单柱坐标锁床的导轨副等。2)双矩形导轨。
如图2一2所示，双矩形导轨的刚度高，当量摩擦系数比双三角形导轨低，承载能力强，加工、检验、维修都较方便，因此被广泛使用，例如数控机床的导轨副。双矩形导轨承载面和导向面是分开的，存在侧向间隙，必须用镶条调节。
如图2一2(a)所示，用两外侧面做导向面时，间距大、热变形大、间隙大，因而导向精度低、承载能力大;如图2-2(b)所示，以内外侧面做导向面时，间距小、热变形小、间隙小，因而导向精度高、易获得较高的平行度;如图2一2(c)所示，用两内侧面做导向面时，由于导轨面对称分布在导轨中部，当传动件位于对称中心线上时，避免了由于牵引力与导向中心线不合而引起的偏转，不致在改变运动方向时引起位置误差，故导向精度高。3)三角形与矩形组合。
如图2-3(a)和图2-3(b)所示，三角形与矩形组合导轨兼有三角形导轨的良好导向性及矩形导轨的制造方便、刚性好等优点，并避免了由于热变形所引起的配合变化。其缺点是三角形导轨比矩形导轨磨损快，易造成磨损不均匀，磨损后又不能通过调节来补偿，故对位置精度有影响。
三角形与矩形组合导轨兼有导向性好、制造方便和刚度高等诸多优点，因此被广泛使用，例如车床、磨床、龙门刨床、龙门铣床、滚齿机、坐标锁床的导轨副等。4)双燕尾形导轨。
如图2一4(a)所示，它的高度较小，可以承受颠覆力矩，是闭式导轨中接触面最少的一种结构。间隙调整方便，用一根镶条就可以调节各接触面的间隙。这种导轨刚度较差，加工、检验、维修都不大方便，适用于受力小、层次多、要求间隙调整方便的场合，例如牛头刨床和插床的滑枕导轨、升降台铣床的床身导轨、车床刀架导轨副和仪表机床导轨等。5)矩形与燕尾形导轨组合。
如图2一4(b)所示，由于它兼有调整方便、能承受较大力矩的优点，故多用于横梁、立柱和摇臂的导轨副。6)双圆柱导轨组合。圆柱导轨具有制造方便、不宜积存较大切屑的优点，但间隙难以调整，磨损后一也不易补偿，因此适用于移动件只受轴向力的场合，例如攻螺纹机、机械手的导轨副等。(3)通过计算选择结构参数。
1)计算额定动载荷Ca’(单位N)。
式中: KW—负荷系数，按表2一3选取;KH----硬度系数，按表2一4选取;KT—温度系数，按表2一5选取;KC—接触系数，按表2一6选取;K—寿命系数，一般取K=50;2)依据 的原则，选择结构参数。(4)其他参数选择。1)导轨材料选择。
铸铁耐磨性好，热稳定性高，减振性好，成本低，易于加工，在滑动导轨中应用广泛。淬硬的钢导轨耐磨性好。镶装塑料导轨具有耐磨性好，动、静摩擦系数接近，化学稳定性好，抗振性好，抗撕伤能力强，工作范围广，成本低等诸多优点。在选材时，支撑导件与运动件应选不同的材料，其热处理的方式一也有所不同。2)调整装置。
导轨工作时会产生间隙，间隙过小会增加摩擦阻力，间隙过大会降低导向精度，所以应选择合适的调整装置进行调整。例如滑动导轨副采用压板和镶条两种方法调整。①镶条。
镶条用来调整矩形导轨、燕尾形导轨的侧隙，以保证导轨面能正常接触。镶条应放在导轨受力较小的一侧，常用的有平镶条和楔形镶条两种。
平镶条如图2一5所示，它是靠调整螺钉1移动镶条2的位置来调整间隙的，图2一5(c)所示为在间隙调整好后，再用螺钉3将镶条2紧固。平镶条调整方便，制造容易，图2一5(a)和图2一5(b)所示的镶条较薄，而且只在与螺钉接触的几个点上受力，容易变形，刚度较低，日前较少使用。楔形镶条如图2一6所示，镶条的两个面分别与动导轨和支撑导轨均匀接触，所以比平镶条刚度高，但加工较困难。
楔形镶条的斜度为1 : 100一1:40,镶条越长，斜度应越小，以免两端厚度相差太大。如图2一6(a)所示的调整方法是用调节螺钉1带动镶条2做纵向移动以调节间隙。镶条上的沟槽a在刮配好后加工，这种方法构造简单，但螺钉头凸肩和镶条上沟槽之间的间隙会引起镶条在运动中窜动。图2一6(b)所示为从两端用螺钉3和5调节，避免了镶条4的窜动，性能较好。图2一6(c)所示为通过螺钉6和螺母7调节，镶条8上的圆孔在刮配好后加工，这种调节方法方便，且能防止镶条8的窜动，但其纵向尺寸较长。②压板。
压板用来调整辅助导轨面的间隙和承受的颠覆力矩，如图2一7所示。
2.2.1选择导轨副
1.确定最大载荷F-max 已知作用在单滑座上的最大载荷Fmax，滑座数M=4，工作台受到进给方向的载荷(与丝杠轴线平行)Ff= 1 401 N，工作台受到横向的载荷(与丝杠轴线垂直)F-n= 337 N ,工作台受到垂直方向的载荷(与工作台面垂直)Fe=512 N，移动部件总重量G =736 N。单滑块所受的最大垂直
2.确定额定工作时间寿命孔 要求该导轨副每天开机6h，每年工作300个工作日，且工作8年以上，则额定工作时间寿命:
3.确定行程长度系数TS 要求单向行程长度LS = 0.52m，每分钟往返次数为3，则额定行程长度系数: 4.计算额定动载荷Ca’(单位为N)要求工作温度不超过120 0C，工作速度为40 m/min，滚道表面硬度取60 HRC。由前面的计算结果得额定工作时间寿命Th = 14 400 h。则:
表2一7为JSA一KL型直线滚动导轨副(宽型螺孔)尺寸参数，图2一8所示为其外形图;表28 JSA-ZL型直线滚动导轨副尺寸参数
表2-9项目实施过程记录表
表2-10项目评价表
项目三 简易机电产品设计与制作
3.1.1设计原则
一方面，在保证产品完成规定功能的前提下，通过对构成各子系统的方案进行优化组合，降低成本，使系统功能平稳、准确、快速，以满足用户的要求。机电一体化产品的主要特征是自动化操作，功能是产品的生命，只有功能可靠，产品才具有价值。另一方面，要使功能达到最佳，机械子系统、电子信息处理子系统、动力子系统、传感检测子系统和执行机构子系统5部分构成要素的匹配、相互协调和相互补充也极为重要。而通过降低成本，并且使系统功能达到稳、准、快，又增强了产品的市场竞争力。
3.1.2设计工作流程
一个全新的机电一体化产品的正向设计和开发过程大体可以分为产品规划、概念设计和详细设计三个阶段。1.产品规划阶段
产品规划包括需求分析、市场预测和技术可行性分析，最后确定设计参数及设计制约条件，提出设计要求，并将其作为设计、评价和决策的依据。(1)需求分析。
需求分析从需求识别开始，认识需求是一种创造性工作，设计人员应深人实际，细致观察，敏锐捕捉市场的需求，并及时完成产品的开发和试制工作。(2)市场预测。
市场预测是产品的前期调研工作，调研内容主要有以下三方面: 1)面向用户的产品市场调研:主要有产品销售对象的可能销售量，用户对产品的功能、性能、质量、使用维护、包装及价格等方面的要求。此外，还应了解竞争产品的种类、优缺点和市场占有率等情况。
2)面向产品设计的技术调研:主要有行业和专业技术发展动态，相关理论的研究成果和新材料、新器件的发展动态，竞争企业、竞争产品的技术特点分析等。此外，还要了解本单位的生产基础条件。
3)面向产品生命周期的社会环境调研:主要有产品生产和目标市场所在地的经济技术政策(如产业发展政策、投资动向、环境保护及安全法规等)，产品的种类、规模及分布，社会的风俗习惯，社会人员构成状况及消费水平、消费心理和购买能力等。
通过调研应确定开发产品的必要性、种类和生命周期，预测产品的技术水平、经济效益和社会效益等，确定用户对产品的功能、性能、质量、外观和价格等方面的要求，即形成产品的初步概念，然后进行技术可行性分析。(3)技术可行性分析。
技术可行性分析包括以下几个方面: 1)关键技术和技术线路:研究本产品需要的关键技术，指明产品实现的技术路线和技术标准。例如，一个新概念汽车，采用什么样的发动机、什么样的控制总线和什么样的人机接口等。所使用的关键性技术应该是比较成熟的、成本和技术风险容易控制的。如果要采用比较前沿的新技术，则需要在市场和成本方面多做考虑。
2)可选技术方案:同样的产品可能有多种技术方案可选择，设计人员必须根据一定的准则从中选择一个最合适的方案或将这些方案进行综合处理。
3)主要性能指标及技术规格的可行性:产品的性能指标及技术规格对产品的成本和市场竞争力至关重要。性能指标和技术规格越高，产品的成本就越高，价格也就越高。但市场竞争力不完全由技术性能决定，还与其价格、品牌等许多因素有关。用户往往追求性价比高的产品。因此制定产品的规格和性能指标需要综合考虑各方面的因素，突出产品的特色，力争做到高性能、低价格。在制定主要产品的规格和性能指标时还要充分参考竞争对手的产品及发展趋势，制定最合理的参数。
4)主要技术风险:综合分析产品功能、技术规格及性能指标实现的可能性，分析产品开发、生产中可能存在的各种问题和风险，以及这些问题与风险的解决和规避方法。如果不充分考虑这些问题和风险，产品开发时间则可能拖延，从而错过市场最佳时机，使产品的成本过高、质量和成品率低或者大规模地更换生产设备等。因此，必须提前对这些问题进行充分的评估，使产品开发和生产能顺利进行。
5)成本分析:根据所制定的产品技术规格和技术路线，综合分析产品成本，包括技术成本、原材料成本、制造成本和人力成本等，为产品的立项提供决策支持。
6)结论和建议:根据产品的成本分析和技术风险分析，对产品的技术规格、性能指标和市场定位等参数提出修改建议，确定产品是否立项。产品立项应给出生产设计要求表，表中所列要求分为特征指标、优化指标和寻常指标，各项要求应尽可能量化，并按重要程度分出等级。2.概念设计阶段
在概念设计阶段输人生产设计要求表，输出总体方案。该方案主要包括产品外观和结构布置方案、产品部件或子系统划分以及设计目标、各部件或子系统的接口设计等三个方面，并制订详细设计任务书、验收规范及进度计划。
3.3案例导入
(3)确定小带轮齿数Z1和小带轮节圆直径d1.应使小带轮齿数，而带轮最小许用齿数Z min可查表3一3获得。当带速和安装尺比寸允许时，Z1尽可能选用较大值，初步选取Z1=12。(4)确定大带轮齿数Z2和大带轮节圆直径d2(5)初选中心距久ao、带的节线长度Lop、带的齿数Zb。
根据表9-4选取接近标准的节线长度Lp=381mm，相应齿数Zb= 40。(6)计算实际中心距a。
设计同步带传动时，中心距a应该可以调整，以便获得适当的张紧力。(7)校验带与小带轮的啮合齿数Zm 啮合齿数:(8)计算基准额定功率P0
(9)确定实际所需的同步带宽度bs。
式中bs0—选定型号的基准宽度，由表9-5可查得bs0 = 25.4mm;Kz—小带轮啮合齿数系数，由表9-6可查得K, = 0.8。10)带的工作能力验算。
根据下式计算同步带额定功率P的精确值，若结果满足 率)，则带的工作能力合格。
带的设计功
同步带传动示意简图如图3-9所示。(11)结果整理。
同步带:选用L型同步带，订购型号为150 L100
最后，经过厂家订购与协商，确定带轮及带，零件如图3一
10、图3一11所示，同步带传动效果如图3一12所示。3.3.3锥齿轮传动设计
(1)确定齿轮材料及精度等级。
锥齿轮材料选择45 #钢调质，齿面硬度为217~225 HBS。经过计算齿轮传动的最大圆周速度为4.19 m/s，查表3一8可确定锥齿轮精度等级为7级)(2)确定模数及齿数。(3)计算相关参数。
根据以上尺寸画出小锥齿轮零件(见图3一13)和大锥齿轮零件图(见图3一14)。锥齿轮传动啮合部分三维造型如图3一15所示。3.3.4计数系统设计 在啤酒、汽水和罐头等灌装生产线上，常常需要对随传送带传送到包装处的成品瓶进行自动计数，以便统计产量或为计算机管理系统提供数据。光电计数器是通过红外线发射和接收进行计数的，有直射式和反射式两种。直射式的发射、接收分体，发生器和接收器分别置于流水线两边，中间没有阻挡时发射器的红外线反射到接收器上，接收器收到发射来的红外线，经相反处理使之没有信号输出，有工件经过时挡住光路，接收机失去红外线信号便输出一个脉冲信号到运算累加器进行计数。发射式是发射、接收同体，置流水线一边，前面没有工件往下流时，发射器发出的红外线直接射出没有反射，接收器没有接收到反射来的红外线信号则没有输出。有工件经过时，其将挡住光电路使发射器发出的红外线信号反射到接收器上，接收器接收到反射来的红外线信号便输出一个脉冲信号到运算累加器进行计数。本项目的设计日的是每推一个料，计数器显示一个数，逐次递增。整体方案是:通过传感器(光电开关或磁性开关)检测到推杆动作，将信号传到单片机，单片机输出，并令数码管显示推出工件个数)其结构如图3一16所示。
本设计是两种传感器均可，接线图如图3一17所示。
本设计中的计数器、光电开关、磁性开关均需外购，其外形如图3一18所示。
3.4.1实训准备
1.项目目的
(1)使学生具备一般机电产品方案的设计能力。(2)熟练掌握同步带设计方法。(3)学会查《机械设计手册》。2.项目要求
每组学生自行设计同步带系统和计数系统。3.仪器与设备
(1)电脑若干(二维设计软件、三维设计软件必有)。(2)《机械设计手册》若干。4.实训步骤(1)学生分组设计方案。
(2)两位指导教师及各组组长审核方案。
(3)方案通过后，具体设计，学生将项目实施过程填入记录表3-9中。3.4.2项目评价
项目的整体评价见表3一10。
图3一1机电一体化系统设计流程
图3一2常用电子类组装工具
图3一4方案一草图
图3一5风能供料装置结构示意
图3一6风能供料装置主要部件示意
图3一7同步带
表3-1同步带载荷修正系数KA
表3一3带轮最小许用齿数Zmin
表3一4同步带节线长度L P
表3-5同步带在基准带宽下的许用工作拉力和线密度
表3一6小带轮啮合齿数系数
图3-9同步带传动示意简图
图3一10小带轮零件
图3一11大带轮零件
图3一12同步带传动效果
表3-10项目评价表
第五篇：机电一体化系统设计论文
机电一体化系统设计论文
班级：数控姓名：潘万顺学号：081841191
摘要：机电一体化是现代科学技术发展的必然结果,本文简述了机电一体化技术的基本概要和发展背景。综述了国内外机电一体化技术的现状，分析了机电一体化技术的发展趋势。作为机电系的一名学生，将来工作学习都会以机电为主，所以必须掌握好各种机电的专业知识。我会本着认真的态度对待专业课的学习，提高自己的专业素养.接下来我将介绍一下我对电动机的认识。
关键词：机电一体化；技术；应用
引言
现代科学技术的不断发展，极大地推动了不同学科的交叉与渗透，导致了工程领域的技术革命与改造。在机械工程领域，由于微电子技术和计算机技术的迅速发展及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化，使机械工业的技术结构、产品机构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化，使工业生产由“机械电气化”迈入了“机电一体化”为特征的发展阶段。
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