《机电一体化系统设计》第4章 伺服系统设计

机电一体化系统设计学习指南一、理论教学第一章绪论[教学目的与要求]：1．掌握机电一体化的基本涵义。

2．掌握机电一体化系统及其组成。

3．了解机电一体化控制系统。

[本章主要内容]：1.1 什么是机电一体化?1.2 机电一体化实例—机器人介绍1.3 机电一体化系统基本组成1.4 机电一体化设计方法[本章重点]：1．机电一体化系统基本概念2．机电一体化系统基本组成[本章难点]：1．机电一体化系统基本组成第二章机电一体化系统总体设计[教学目的与要求]：1．了解机电一体化系统的总体设计方法2．掌握机电一体化产品的工程路线3．掌握几种典型机电一体化装置的基本组成[本章主要内容]：2.1 机电一体化产品设计过程2.2 机电一体化系统设计方法2.3 机电一体化产品设计实例[本章重点]：1．机电一体化总体设计的内容及方法2．典型机电装置的系统组成以及软、硬件结构[本章难点]：1．机电一体化系统设计的方法2．典型机电一体化装置数控机床或工业机器人的基本组成及设计方法第三章传感检测系统[教学目的与要求]：1．了解传感检测系统的基本组成和传感器的基本评价指标。

2．掌握机电一体化系统中常用传感器的基本原理与适用场合。

3．了解传感检测系统中常用信号预处理技术的基本原理。

[本章主要内容]：3.1 检测的基本概念3.2 传感器概述3.3 常见传感器原理及应用3.4 信号处理[本章重点]：1．各类传感器的工作原理2．传感器的功用和特性3．信号调理电路（滤波、相关、调制、解调）4．信号变换技术(传感器接口电路、放大电路、模数转换、数模转换)[本章难点]：1．各类传感器的工作原理2．传感器的功用和特性3．信号调理电路（滤波、相关、调制、解调）第四章机械系统设计[教学目的与要求]：1．掌握机电一体化系统中传动机构的种类、特点、基本要求。

2．了解常用工业机器人的基本构型。

3．掌握机电一体化系统常用精密传动机构的基本原理与设计方法。

[本章主要内容]：4.1 机电一体化系统典型机构4.2 机器人机构4.3 精密齿轮传动4.4 同步带传动4.5 滚珠丝杠传动4.6 导轨设计4.7 机械系统设计综合应用实例[本章重点]：1．滚珠丝杠副传动机构[本章难点]：1．传动机构的设计方法2．滚珠丝杠副传动机构3．谐波齿轮传动第五章伺服驱动系统[教学目的与要求]：1．了解伺服系统的一般组成、分类和基本组成形式。

机电一体化系统设计习题汇总第一章：概论1.关于机电一体化的涵义，虽然有多种解释，但都有一个共同点。

这个共同点是什么?2.机电一体化突出的特点是什么?重要的实质是什么？3.为什么说微电子技术不能单独在机械领域内获得更大的经济效益?4.机电—体化对我国机械工业的发展有何重要意义?5.试列举20种常见的机电一体化产品。

6.试分析CNC机床和工业机器人的基本结构要素，并与人体五大要素进行对比，指出各自的特点。

7.机电一体化产品各基本结构要素及所涉及的技术的发展方向。

8.机电一体化设计与传统设计的主要区别是什么?9.试举例说明常见的、分别属于开发性设计、适应性设计和变异性设计的情况。

10.为什么产品功能越多，操作性越差?为何产品应向“傻瓜化”方向发展?11.试结合产品的一般性设计原则，分析和理解按“有限寿命”设计产品的目的和意义。

第二章：机械系统设计1. 机电一体化产品对机械系统的要求有哪些?2. 机电一体化机械系统由哪几部分机构组成，对各部分的要求是什么?3. 常用的传动机构有哪些，各有何特点？4. 齿轮传动机构为何要消除齿侧间隙?5. 滚珠丝杠副轴向间隙对传动有何影响?采用什么方法消除它？6. 滚珠丝杠副的支承对传动有何影响?支承形式有哪些类型?各有何特点?7. 试设计某数控机床工作台进给用滚珠丝杠副。

己知平均工作载荷F＝4000N，丝杠工作长度l＝2m，平均转速＝120r／min，每天开机6h，每年300个工作日，要求工作8年以上，丝杠材料为CrwMn钢，滚道硬度为58—62HRC，丝杠传动精度为±0.04mm。

8.导向机构的作用是什么?滑动导轨、滚动导轨各有何特点?9.请根据以下条件选择汉江机床厂的HJG—D系列滚动直线导轨。

作用在滑座上的载荷F＝18000N，滑座数M=4，单向行程长度L＝0.8m，每分钟往返次数为3，工作温度不超过120℃，工作速度为40m／min,工作时间要求10000h以上,滚道表面硬度取60HRC。

4 伺服系统—伺服系统设计
1.检测传感装置的精度、灵敏度、反应时间等性能参数要合 检测传感装置的精度、灵敏度、 检测传感装置的精度 这是保证系统整体精度的前提条件； 适，这是保证系统整体精度的前提条件； 2.信号转换接口电路尽量选用商品化的产品，要有足够的输 信号转换接口电路尽量选用商品化的产品， 信号转换接口电路尽量选用商品化的产品 输出通道， 入／输出通道，与传感器输出阻抗和放大器的输入阻抗要 匹配； 匹配； 3. 放大器应具有足够的放大倍数和线性范围，其特性应稳定 放大器应具有足够的放大倍数和线性范围， 可靠； 可靠； 4.功率输出级的技术参数要满足执行元件的要求； 功率输出级的技术参数要满足执行元件的要求； 功率输出级的技术参数要满足执行元件的要求 5.电源的设计，一是要考虑到放大器各放大级的不同需要， 电源的设计， 电源的设计 一是要考虑到放大器各放大级的不同需要， 二是要考虑到动力电源稳定性能和抗干扰性能。 二是要考虑到动力电源稳定性能和抗干扰性能。
第三章 机电一体化系统执 行元件的选择与设计
第四节 伺服系统设计
4 伺服系统—伺服系统设计 伺服系统
本章内容
伺服系统概述 伺服系统的执行元件概述 控制电动机及其选择计算 伺服系统设计
4 伺服系统—伺服系统设计
第四节 伺服系统设计
方案设计 伺服系统稳态设计 伺服系统动态设计
4 伺服系统—伺服系统设计
4 伺服系统—伺服系统设计
一、伺服系统稳态设计
系统方案确定后，应进行方案实施的具体化设计， 系统方案确定后，应进行方案实施的具体化设计，即各 环节设计，通常称为稳态设计。 环节设计，通常称为稳态设计。其内容主要包括执行元件 规格的确定、系统结构的设计、 规格的确定、系统结构的设计、系统惯量参数的计算以及 信号检测、转换、放大等环节的设计与计算。 信号检测、转换、放大等环节的设计与计算。稳态设计要 满足系统输出能力指标的要求。 满足系统输出能力指标的要求。

机电一体化系统设计习题答案【篇一：机电一体化课后答案】说明较为人们所接受的机电一体化的含义。

答：机电一体化乃是在机械的主功能、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。

1-7.机电一体化系统由哪些基本要素组成？分别实现哪些功能？答：①.机电一体化系统由计算机、动力源、传感件、机构、执行元件系统五大要素组成。

②.对应的五大功能为：控制、动力、计测、构造、操作功能。

1-17.开发性设计、变异性设计、适应性设计有何异同？答：1、开发性设计是没有参照产品的设计，仅仅是根据抽象的设计原理要求，设计出在质量和性能方面满足目的要求的产品。

2、变异性设计是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。

3、适应性设计是在总的设计方案、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。

所有机电一体化系统的设计都是为了获得用来构成事物的有用信息。

1-20.简述计算机辅助设计与并行工程、虚拟设计、快速响应设计、绿色设计、反求设计等的含义。

答：1、计算机辅助设计是设计机电一体化产品的有力工具，用来设计一般机械产品的cad的研究成果。

2、并行工程是把产品的设计、制造及其相关过程作为一个有机整体进行综合协调的一种工作模式。

3、虚拟设计是虚拟环境中的产品模型，是现实世界中的产品在虚拟环境中的映像，是基于虚拟现实技术的新一代计算机辅助设计。

4、快速响应设计是实现快速响应工程的重要环节，快速响应工程是企业面对瞬息万变的市场环境，不断迅速开发适应市场的新系统，快速响应设计的关键是有效开发和利用各种系统信息资源。

5、绿色设计是从并行工程思想发展而出现的一个新概念。

绿色设计就是在新系统的开发阶段，就考虑其整个生命周期内对环境的影响，从而减少对环境的污染、资源的浪费、使用安全和人类健康等所产生的副作用。