機電一體化系統(tǒng)設(shè)計主觀題復(fù)習(xí)提綱

1、一、填空題1. 系統(tǒng)論、 信息論 、 控制論 是機電一體化技術(shù)的理論基礎(chǔ)，是機電一體化技術(shù)的方法論。2. 機電一體化的概念已不再局限于某一具體產(chǎn)品的范圍，而是擴大到 控制系統(tǒng) 和 被控制系統(tǒng) 相結(jié)合的產(chǎn)品制造和過程控制的大系統(tǒng)，如柔性制造系統(tǒng)、計算機集成制造系統(tǒng)及各種工業(yè)過程控制系統(tǒng)。3. 根據(jù)不同的使用目的，要求機電一體化系統(tǒng)能對輸入的物質(zhì)、 能量 和 信息 (即工業(yè)三大要素)進行某種處理。4. 機電一體化產(chǎn)品不僅是人的手與肢體的延伸，還是人的 感官 與 頭腦 的延伸，具有“智能化”的特征是機電一體化與機械電氣化在功能上的本質(zhì)差別。5. 要從 能量流 、 信息流 及物質(zhì)流的視角去分析機電一體

2、化共性關(guān)鍵技術(shù)。6. 要從伺服控制系統(tǒng)穩(wěn)、 準 、 快 的要求認識機電一體化共性關(guān)鍵技術(shù)。7. 構(gòu)成機電一體化系統(tǒng)的要素或子系統(tǒng)之間必須能順利地進行物質(zhì)、能量和信息的傳遞與交換。為此，各要素或各子系統(tǒng)連接處必須具備一定的“聯(lián)系條件”，這些聯(lián)系條件稱為接口。8. 絲杠螺母機構(gòu)四種基本傳動形式包括：螺母固定、絲桿轉(zhuǎn)動并移動，絲桿固定、螺母轉(zhuǎn)動并移動，絲桿轉(zhuǎn)動、螺母移動和螺母轉(zhuǎn)動、絲桿移動。9. 滑動導(dǎo)軌副常見的截面形狀有三角形、矩形、燕尾形和圓形。10. 機電一體化系統(tǒng)對機械系統(tǒng)要求是較高的定位精度和良好的動態(tài)響應(yīng)特性11. 傳感器按其能量傳遞方式可分為（能量轉(zhuǎn)換型（或發(fā)電型傳感器）和（能量控制型

3、（或參量型傳感器）兩種。12. 傳感器按其輸出信號的性質(zhì)可分為（模擬式傳感器）和（數(shù)學(xué)式傳感器）。13. 傳感器所測量的物理量基本上有兩種形式，即（靜態(tài)量）和（動態(tài)量），前者所表現(xiàn)的信號不隨時間變化而變化或變化很緩慢，而后者所表現(xiàn)的信號隨時間的變化而變化。14. 傳感器頻域動態(tài)性能指標主要包括帶寬頻率、（工作頻帶）和（諧振頻率）。15. 光電式角編碼器按編碼方式可分為（絕對式編碼器）和（增量式編碼器）兩種。16. 根據(jù)對滑尺繞組供電方式的不同以及對輸出信號的檢測方式不同，感應(yīng)同步器分為（鑒相型測量）和（鑒幅型測量）。17. 描述二階傳感器系統(tǒng)動態(tài)特性的微分方程中包括的系統(tǒng)參數(shù)為靜態(tài)靈敏度、（固

4、有頻率）和（阻尼比）。1.四、簡答題1、 機電一體化產(chǎn)品與傳統(tǒng)機電產(chǎn)品的主要區(qū)別有哪些？參考答案：（1）機電一體化產(chǎn)品功能的實現(xiàn)是所有功能單元共同作用的結(jié)果，而傳統(tǒng)機電設(shè)備中機械與電子系統(tǒng)相對獨立，可以分別工作。（2）機電一體化產(chǎn)品可以用最簡單的機械結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)高精度的復(fù)雜運動，而傳統(tǒng)的機電產(chǎn)品必須用十分復(fù)雜的機械才能實現(xiàn)，有的甚至根本無法實現(xiàn)。（3）機電一體化產(chǎn)品具有“柔性”，而傳統(tǒng)的機電產(chǎn)品往往是“剛性”的。也就是說，機電一體化產(chǎn)品可以通過軟件的方法來改變工作方式，而傳統(tǒng)的機電產(chǎn)品不具備這種功能。（4）具有“智能化”的特征是機電一體化產(chǎn)品與傳統(tǒng)的機電產(chǎn)品在功能上的又一本質(zhì)區(qū)別。（5）機電一體

5、化產(chǎn)品更便于實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化，機電一體化產(chǎn)品借助于其通信功能可以與上位計算機傳遞信息，也可以互相之間通信構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)?？梢苑奖愕慕M態(tài)以改變生產(chǎn)過程，又能各自獨立工作。2、 畫出機電一體化系統(tǒng)構(gòu)成要素之間的相互聯(lián)系框圖。參考答案：3、 論述機電一體化的設(shè)計思想及設(shè)計類型。1、設(shè)計思想（1）機電互補法機電互補法又稱取代法。利用通用或?qū)Ｓ秒娮硬考〈鷤鹘y(tǒng)機械產(chǎn)品（系統(tǒng)）中的復(fù)雜機械功能部件或功能子系統(tǒng)，以彌補其不足。（2）結(jié)合（融合）法將各組成要素有機結(jié)合為一體構(gòu)成專用或通用功能部件，其要素之間機電參數(shù)的有機匹配比較充分。（3）組合法將結(jié)合法制成的專用或通用功能部件（子系統(tǒng)）、功能模塊，像積木那樣組合

6、成各種機電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品），故稱組合法。4、 設(shè)計類型（1）開發(fā)性設(shè)計不參照已有產(chǎn)品，僅僅根據(jù)抽象的設(shè)計原理和要求，設(shè)計出在質(zhì)量和性能方面滿足目的要求的產(chǎn)品（系統(tǒng)）。（2）適應(yīng)性設(shè)計在總的設(shè)計方案、原理基本保持不變的情況下，對現(xiàn)有產(chǎn)品進行局部更改，或用微電子技術(shù)代替原有的機械結(jié)構(gòu)或為了進行微電子控制對機械結(jié)構(gòu)進行局部適應(yīng)性設(shè)計，以使產(chǎn)品在性能和質(zhì)量上增加某些附加價值。（3）變異性設(shè)計在設(shè)計方案和功能結(jié)構(gòu)不變的情況下，僅改變現(xiàn)有產(chǎn)品的規(guī)格尺寸使之適應(yīng)于量的方面有所變更的需求。5、 畫出概念設(shè)計的步驟及方法框圖。6、 機電一體化產(chǎn)品的現(xiàn)代設(shè)計方法有哪些?參考答案（1）計算機輔助設(shè)計與并行設(shè)計（2

7、）虛擬設(shè)計（3）快速響應(yīng)設(shè)計（4）可靠性設(shè)計（5）綠色設(shè)計（6）反求設(shè)計（7）優(yōu)化設(shè)計（8）網(wǎng)絡(luò)合作設(shè)計7、 滾珠絲杠副的軸向間隙對系統(tǒng)有何影響？常采用什么措施消除滾珠絲桿副軸向間隙？參考答案：承載時滾珠和滾道型面接觸點的彈性變形所引起的螺母軸向位移量和絲杠螺母副自身軸向間隙的總和稱為滾珠絲桿副的軸向間隙。換向時，軸向間隙會引起空回現(xiàn)象，這種空回是非連續(xù)的，既影響反向傳動精度，又影響系統(tǒng)穩(wěn)定性，應(yīng)予以消除。為了消除空回誤差，在螺桿上裝配兩個螺母1和2，調(diào)整兩個螺母的軸向位置，使兩個螺母中的滾珠在承受載荷之前就以一定的壓力分別壓向螺桿螺紋滾道相反的側(cè)面，使其產(chǎn)生一定的變形，從而消除了軸向間隙，也

8、提高了軸向剛度。常用消除滾珠絲桿副軸向間隙的方法有下列幾種：雙螺母螺紋預(yù)緊調(diào)整、雙螺母齒差預(yù)緊調(diào)整、雙螺母墊片調(diào)整預(yù)緊、彈簧式自動調(diào)整預(yù)緊、單螺母變位導(dǎo)程預(yù)緊和單螺母滾珠過盈預(yù)緊。8、 為什么要消除齒輪副間隙？常用什么措施消除圓柱直齒輪副的間隙？參考答案：齒輪副的間隙使得在傳動過程中，主動輪突然改變旋轉(zhuǎn)方向時，從動輪不能立即隨之反轉(zhuǎn)，而是有一個滯后量，造成齒輪傳動的回差，對運動精度影響很大，同時會影響閉環(huán)伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性。消除齒輪副間隙通常分為剛性調(diào)整法和柔性調(diào)整法。其中圓柱齒輪傳動中常用的調(diào)整齒側(cè)間隙的方法有偏心套（軸）調(diào)整法、軸向墊片調(diào)整法和雙片薄齒輪錯齒調(diào)整法。9、 滾動導(dǎo)軌有什么優(yōu)缺點

9、？參考答案：滾動導(dǎo)軌的優(yōu)點是：摩擦系數(shù)小，運動靈活；靜、動摩擦系數(shù)基本相同，不易產(chǎn)生爬行；可以預(yù)緊,剛度高；壽命長；精度高；潤滑方便；專業(yè)廠生產(chǎn)，可以外購選用；滾動導(dǎo)軌的缺點是：導(dǎo)軌面與滾動體是點接觸或線接觸，抗振性差，接觸應(yīng)力大；對導(dǎo)軌的表面硬度、表面形狀精度和滾動體的尺寸精度要求高；結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難，成本較高；對臟物比較敏感，必須有良好的防護裝置。10、 7.請說明圖示齒輪齒條傳動中消除齒側(cè)間隙的原理？1、6小齒輪 2、5大齒輪 3齒輪 4預(yù)載裝置 7齒條參考答案：當傳動負載大時，可采用雙齒輪調(diào)整法。如圖所示，小齒輪1、6分別與齒條7嚙合，與小齒輪1、6同軸的大齒輪2、5分別與齒輪3嚙合

10、，通過預(yù)載裝置4向齒輪3上預(yù)加負載，使大齒輪2、5同時向兩個相反方向轉(zhuǎn)動，從而帶動小齒輪l、6轉(zhuǎn)動，其齒便分別緊貼在齒條7上齒槽的左、右側(cè)，消除了齒側(cè)間隙。11、 簡述傳感檢測系統(tǒng)的含義及其在機電一體化系統(tǒng)中應(yīng)用的地位和作用答：(1) 傳感檢測系統(tǒng)是機電一體化系統(tǒng)的感受環(huán)節(jié)，是控制系統(tǒng)的信息入口。其主要任務(wù)是對系統(tǒng)運動中所需的本身和外界的各種參數(shù)及狀態(tài)（非電量）進行檢測并轉(zhuǎn)換成與被測量有確定對應(yīng)關(guān)系的電信號，通過信號調(diào)節(jié)電路傳輸?shù)接嬎銠C的信息處理單元，經(jīng)過分析處理后，產(chǎn)生相應(yīng)的控制信息。(2) 傳感器與檢測技術(shù)是信息社會的重要基礎(chǔ)技術(shù)，傳感器是信息獲取系統(tǒng)的首要部件，是實現(xiàn)自動控制、自動調(diào)節(jié)的

11、關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是機電一體化系統(tǒng)不可缺少的關(guān)鍵技術(shù)之一，其水平高低在很大程度上影響和決定著系統(tǒng)的功能。12、 簡述傳感器的基本組成及各組成部分的功能答：(1) 傳感器通常由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、基本轉(zhuǎn)換電路三部分組成。(2) 傳感（敏感）元件：直接感受被測非電量，并按一定規(guī)律將其轉(zhuǎn)換成與被測非電量有確定對應(yīng)關(guān)系的其它物理量。如彈性敏感元件將力轉(zhuǎn)換為位移或應(yīng)變輸出；轉(zhuǎn)換元件：將敏感元件輸出的非電物理量（如位移、應(yīng)變、光強等）轉(zhuǎn)換成電路參量（如電阻、電感、電容等）；基本轉(zhuǎn)換電路：將電路參數(shù)量轉(zhuǎn)換成便于測量的電學(xué)量，如電壓、電流、頻率等。13、 什么是傳感器的靜態(tài)特性？衡量傳感器靜態(tài)特性的重要指標有哪些？

12、答：(1) 傳感器的靜態(tài)特性就是指被測量x不隨時間變化，或隨時間的變化程度遠緩慢于傳感器固有的最低階運動模式的變化程度時，傳感器的輸出量y與輸入量x之間的函數(shù)關(guān)系。(2) 衡量傳感器靜態(tài)特性的重要指標是：線性度、靈敏度、分辨率、遲滯、重復(fù)性、穩(wěn)定性和漂移。14、 什么是傳感器的動態(tài)特性？其分析方法有哪幾種？答：(1) 傳感器的動態(tài)特性是指傳感器對動態(tài)激勵(輸入)的響應(yīng)(輸出)特性，即其輸出對隨時間變化的輸入量的響應(yīng)特性。反映輸出值真實再現(xiàn)變化著的輸入量的能力。(2) 傳感器的動態(tài)特性可以用基于時域的瞬態(tài)響應(yīng)法和基于頻域的頻率響應(yīng)法來分析。其中，時域分析通常用階躍函數(shù)、脈沖函數(shù)和斜坡函數(shù)作為激勵

13、信號來分析傳感器的動態(tài)特性；頻域分析一般用正弦函數(shù)作為激勵信號來分析傳感器的動態(tài)特性。15、 簡述絕對式編碼器和增量式編碼器的區(qū)別答：(1) 絕對式編碼器：編碼器輸出的位置數(shù)據(jù)是唯一的；編碼器的抗干擾特性、數(shù)據(jù)的可靠性大大提高了；使用壽命長，可靠性高，其精度和分辨率取決于光碼盤的精度和分辨率。(2) 增量式編碼器：編碼器每轉(zhuǎn)動一個預(yù)先設(shè)定的角度將輸出一個脈沖信號，通過統(tǒng)計脈沖信號的數(shù)量來計算旋轉(zhuǎn)的角度，因此編碼器輸出的位置數(shù)據(jù)是相對的；由于采用固定脈沖信號，因此旋轉(zhuǎn)角度的起始位可以任意設(shè)定；由于采用相對編碼，因此掉電后旋轉(zhuǎn)角度數(shù)據(jù)會丟失，需要重新復(fù)位。16、 1）常用的步進電機的功率放大電路有

14、哪幾種類型？答：單電壓功率放大電路；高低壓功率放大電路；恒流源功率放大電路；斬波恒流功率放大電路等17、 簡述直流伺服電機的PWM工作原理答：直流伺服電機的速度與所加電壓之間成線性關(guān)系，這是電機的調(diào)速特性，PWM的工作原理為：通過晶閘管或其他自關(guān)斷器件的控制，將直流電壓斷續(xù)地加到直流伺服電機上，利用調(diào)節(jié)通、斷的時間變化來改變加在直流伺服電機上的平均電壓值，從而調(diào)節(jié)直流伺服電機的運行速度五.綜合、計算題（10分）1.已知圖示齒輪傳動系統(tǒng)中齒輪Z1相對于自身回轉(zhuǎn)軸線的總轉(zhuǎn)角誤差為，齒輪Z2相對于其自身回轉(zhuǎn)軸線的總轉(zhuǎn)角誤差為，齒輪副Z3、Z4輪折算到其主動軸上的總轉(zhuǎn)角誤差為，齒輪副Z5，Z6折算到從

15、動軸上的總轉(zhuǎn)角誤差為。計算該齒輪傳動系統(tǒng)折算到輸出端的總轉(zhuǎn)角誤差。其中：齒輪的模數(shù)均為，Z1=18，Z2=36，Z3=20，Z4=40，Z5=20，Z6=60。解：1.)計算各級傳動比：2.)計算總傳動比：齒輪副Z3、Z4的主動軸為齒輪Z3所在軸；齒輪副Z5，Z6的從動軸為齒輪Z6所在軸；由題意已知：則：2.已知四級齒輪傳動系統(tǒng)中，各齒輪的轉(zhuǎn)角誤差為，。計算該齒輪傳動系統(tǒng)折算到輸出端的總轉(zhuǎn)角誤差。其中：齒輪的模數(shù)均為，Z1=20，Z2=30，Z3=18，Z4=36，Z5=20，Z6=40，Z7=20，Z8=60。解：1.)計算各級傳動比：2.)計算總傳動比：由題意已知：，則：3. 設(shè)有i =20,傳動級數(shù)n= 2的小功率傳動,試按等效轉(zhuǎn)動慣量最小原則分配傳動比。解：按最小等效轉(zhuǎn)動慣量分配傳動比的計算公式：根據(jù)題意，有：，驗算：4、某數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖所示。圖中，和分別為中間軸和末端軸轉(zhuǎn)動慣量，和分別為中間軸和末端軸的剛度，為負載轉(zhuǎn)矩。假設(shè)伺服電機反電動勢常數(shù)為，轉(zhuǎn)矩系數(shù)為，電樞電阻為，轉(zhuǎn)動慣量為，電機機電放大系數(shù)為，機電時間常數(shù)為，測速電機比電勢為，編碼器增益為，忽略電樞電感及齒輪的轉(zhuǎn)動慣量，試回答下列問題：（1）求負載折