機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)試題_2答案

1、習(xí)題二答案2-1 、 如何保證機(jī)電一體化系統(tǒng)具有良好的伺服特性？在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)綜合考其性能指標(biāo)，阻尼比一般取0.50.8 的欠阻尼系統(tǒng)，既能保證振蕩在一定的范圍內(nèi)，過渡過程較平穩(wěn)，過渡過程時(shí)間較短，又具有較高的靈敏度。設(shè)計(jì)機(jī)械系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)盡量減少靜摩擦和降低動(dòng)、靜摩擦之差值，以提高系統(tǒng)的精度、穩(wěn)定性和快速響應(yīng)性。機(jī)電一體化系統(tǒng)中，常常采用摩擦性能良好的塑料金屬滑動(dòng)導(dǎo)軌、滾動(dòng)導(dǎo)軌、滾珠絲杠、靜、動(dòng)壓導(dǎo)軌；靜、動(dòng)壓軸承、磁軸承等新型傳動(dòng)件和支承件，并進(jìn)行良好的潤滑。轉(zhuǎn)動(dòng)慣量對(duì)伺服系統(tǒng)的精度、穩(wěn)定性、動(dòng)態(tài)響應(yīng)都有影響。慣量大，系統(tǒng)的機(jī)械常數(shù)大，響應(yīng)慢。慣量大，值將減小，從而使系統(tǒng)的振蕩增強(qiáng)，穩(wěn)定性下

2、降；慣量大，會(huì)使系統(tǒng)的固有頻率下降，容易產(chǎn)生諧振，因而限制了伺服帶寬，影響了伺服精度和響應(yīng)速度。慣量的適當(dāng)增大只有在改善低速爬行時(shí)有利。因此，機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)在不影響系統(tǒng)剛度的條件下，應(yīng)盡量減小慣量。應(yīng)盡量減小或消除間隙，目前在機(jī)電一體化系統(tǒng)中，廣泛采取各種機(jī)械消隙機(jī)構(gòu)來消除齒輪副、螺旋副等傳動(dòng)副的間隙。2-2、機(jī)電一體化對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的基本要求是什么？機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械系統(tǒng)與一般的機(jī)械系統(tǒng)相比，除要求較高的制造精度外，還應(yīng)具有良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，即快速響應(yīng)和良好的穩(wěn)定性。2-3、機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)的三大主要機(jī)構(gòu)是什么？（ 1）傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、 （ 2）導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、 （ 3）執(zhí)行機(jī)構(gòu)2-4機(jī)械一體化系統(tǒng)中伺服

3、機(jī)構(gòu)的作用是什么？伺服控制系統(tǒng)是一種能夠跟蹤輸入的指令信號(hào)進(jìn)行動(dòng)作，從而獲得精確的位置、速度及動(dòng)力輸出的自動(dòng)控制系統(tǒng)。機(jī)械傳動(dòng)是一種把動(dòng)力機(jī)產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳遞給執(zhí)行機(jī)構(gòu)的中間裝置，是一種扭矩和轉(zhuǎn)速的變換器，其目的是在動(dòng)力機(jī)與負(fù)載之間使扭矩得到合理的匹配，并可通過機(jī)構(gòu)變換實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出的速度調(diào)節(jié)。在機(jī)電一體化系統(tǒng)中，伺服電動(dòng)機(jī)的伺服變速功能在很大程度上代替了傳統(tǒng)機(jī)械傳動(dòng)中的變速機(jī)構(gòu)，只有當(dāng)伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍滿足不了系統(tǒng)要求時(shí)，才通過傳動(dòng)裝置變速。由于機(jī)電一體化系統(tǒng)對(duì)快速響應(yīng)指標(biāo)要求很高，因此機(jī)電一體化系統(tǒng)中的機(jī)械傳動(dòng)裝置不僅僅是解決伺服電機(jī)與負(fù)載間的力矩匹配問題。而更重要的是為了提高系統(tǒng)的伺服性能

4、。為了提高機(jī)械系統(tǒng)的伺服性能，要求機(jī)械傳動(dòng)部件轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、摩擦小、阻尼合理、剛度大、抗1振性好、間隙小，并滿足小型、輕量、高速、低噪聲和高可靠性等要求。2-5、如何進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的折算。傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比i 的最佳值就是JL 換算到電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量正好等于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jm ，在傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)完以后，在動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，通常將傳動(dòng)裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量歸算為負(fù)載折算到電機(jī)軸上，并與實(shí)際負(fù)載一同考慮進(jìn)行電機(jī)響應(yīng)速度驗(yàn)算。2-6、如何理解質(zhì)量最小原則。質(zhì)量方面的限制常常是伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的重要問題，特別是用于航空、航天的傳動(dòng)裝置，按“質(zhì)量最小”的原則來確定各級(jí)傳動(dòng)比就顯得十分必要。2-7、傳動(dòng)間隙對(duì)系統(tǒng)性

5、能的影響有哪些？（ 1）、閉環(huán)之外的齒輪 G1、 G4 的齒隙，對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性無影響，但影響伺服精度。由于齒隙的存在，在傳動(dòng)裝置逆運(yùn)行時(shí)造成回程誤差，使輸出軸與輸入軸之間呈非線性關(guān)系，輸出滯后于輸入，影響系統(tǒng)的精度。（ 2）、閉環(huán)之內(nèi)傳遞動(dòng)力的齒輪 G2 的齒隙，對(duì)系統(tǒng)靜態(tài)精度無影響，這是因?yàn)榭刂葡到y(tǒng)有自動(dòng)校正作用。又由于齒輪副的嚙合間隙會(huì)造成傳動(dòng)死區(qū)，若閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度較小，則會(huì)使系統(tǒng)產(chǎn)生自激振蕩，因此閉環(huán)之內(nèi)動(dòng)力傳遞齒輪的齒隙對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性有影響。(3）、反饋回路上數(shù)據(jù)傳遞齒輪G3 的齒隙既影響穩(wěn)定性，又影響精度2-8、試述機(jī)械性能參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響。（ 1）阻尼的影響、（2）摩擦的影響

6、、（3）彈性變形的影響（4）慣量的影響2-9、試述齒輪傳動(dòng)的總等效慣量與傳動(dòng)級(jí)數(shù)之間的關(guān)系。無論傳遞的功率大小如何，按“轉(zhuǎn)動(dòng)慣量最小”原則來分配，從高速級(jí)到低速級(jí)的各級(jí)傳動(dòng)比總是逐級(jí)增加的，而且級(jí)數(shù)越多，總等效慣量越小。但級(jí)數(shù)增加到一定數(shù)量后，總等效慣量的減少并不明顯，而從結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)精度和經(jīng)濟(jì)性等方面考慮，級(jí)數(shù)不能太多2-10、傳遞函數(shù)在系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)中的作用。用一個(gè)函數(shù)(輸出波形的拉普拉斯變換與輸入波形的拉普拉斯變換之比)來表示的 ,稱為傳遞函數(shù)。在控制工程中，直接求解系統(tǒng)微分方程是研究分析系統(tǒng)的基本方法。系統(tǒng)方程的解就是系統(tǒng)的輸出響應(yīng)，通過方程的表達(dá)式，可以分析系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，可以繪出輸

7、出響應(yīng)曲線，直觀地反映系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過程對(duì)于線性定常系統(tǒng)，傳遞函數(shù)是常用的一種數(shù)學(xué)模型，它是在拉氏變換的基礎(chǔ)上建立的。用傳遞函數(shù)描述系統(tǒng)可以免去求解微分方的麻煩，間接地分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及參數(shù)與系統(tǒng)2性能的關(guān)系，并且可以根據(jù)傳遞函數(shù)在復(fù)平面上的形狀直接判斷系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，找出改善系統(tǒng)品質(zhì)的方法。因此，傳遞函數(shù)是經(jīng)典控制理論的基礎(chǔ)，是一個(gè)極其重要的基本概念。2-11、試述在機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，系統(tǒng)模型建立的意義。機(jī)械系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型分析的是輸入（如電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)）和輸出（如工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)）之間的相對(duì)關(guān)系。等效折算過程是將復(fù)雜結(jié)構(gòu)關(guān)系的機(jī)械系統(tǒng)的慣量、彈性模量和阻尼（或阻尼比）等機(jī)械性能參數(shù)歸一處理，從而通過數(shù)學(xué)

8、模型來反映各環(huán)節(jié)的機(jī)械參數(shù)對(duì)系統(tǒng)整體的影響。2-12、機(jī)電一體化系統(tǒng)中，機(jī)械傳動(dòng)的功能是什么？機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)是由計(jì)算機(jī)信息網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)與控制的，用于完成包括機(jī)械力、運(yùn)動(dòng)和能量流等動(dòng)力學(xué)任務(wù)的機(jī)械及機(jī)電部件相互聯(lián)系的系統(tǒng)。其核心是由計(jì)算機(jī)控制的，包括機(jī)械、電力、電子、液壓、光學(xué)等技術(shù)的伺服系統(tǒng)。它的主要功能是完成一系列機(jī)械運(yùn)動(dòng)，每一個(gè)機(jī)械運(yùn)動(dòng)可單獨(dú)由控制電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成的子系統(tǒng)來完成，而這些子系統(tǒng)要由計(jì)算機(jī)協(xié)調(diào)和控制，以完成其系統(tǒng)功能要求。機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要從系統(tǒng)的角度進(jìn)行合理化和最優(yōu)化設(shè)計(jì)。機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)主要包括執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和支承部件。在機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，除考慮一般機(jī)械設(shè)計(jì)要求外，還必須考慮機(jī)械結(jié)構(gòu)因素與整個(gè)伺服系統(tǒng)的性能參數(shù)、電氣參數(shù)的匹配，以獲得良好的伺服性能。2-13、試分析諧波齒輪的工作原理與特點(diǎn)。（圖一）諧波齒輪傳動(dòng)是一種新型傳動(dòng)，其原理是依靠柔性齒輪所產(chǎn)生的可控制彈性變形波，引起齒間的相對(duì)位移來傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的。柔輪的變形是一十基本對(duì)稱的和諧渡，故稱為諧波傳動(dòng)諧波齒輪傳動(dòng)的工作原理：如圖所示，諧波齒輪傳動(dòng)主要由波形發(fā)