機電一體化系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)復(fù)習(xí)1答案

1、一、判斷題（正確的打，錯誤的打）1機電一體化系統(tǒng)的主要功能就是對輸入的物質(zhì)按照要求進行處理，輸出具有所需特性的物質(zhì)。（ x ） P42. 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。（ ） P103信息處理技術(shù)是指在機電一體化產(chǎn)品工作過程中，與工作過程各種參數(shù)和狀態(tài)以及自動控制有關(guān)的信息輸入、識別、變換、運算、存儲、輸出和決策分析等技術(shù)。（ ）P114自動控制是在人直接參與的情況下，通過控制器使被控對象或過程自動地按照預(yù)定的規(guī)律運行。（x ）P115產(chǎn)品的組成零部件和裝配精度高，系統(tǒng)的精度一定就高。（x ）6為減少機械傳動部件的扭矩反饋對電機動態(tài)性能的影響，機械

2、傳動系統(tǒng)的基本固有頻率應(yīng)低于電氣驅(qū)動部件的固有頻率的23倍，同時，傳動系統(tǒng)的固有頻率應(yīng)接近控制系統(tǒng)的工作頻率，以免系統(tǒng)產(chǎn)生振蕩而失去穩(wěn)定性。（x ）P217傳動機構(gòu)的轉(zhuǎn)動慣量取決于機構(gòu)中各部件的質(zhì)量和轉(zhuǎn)速。（x ）P218在閉環(huán)系統(tǒng)中，因齒輪副的嚙合間隙而造成的傳動死區(qū)能使系統(tǒng)以610倍的間隙角產(chǎn)生低頻振蕩，采用消隙裝置，以提高傳動精度和系統(tǒng)穩(wěn)定性。（x ）P449進行機械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計時，由于阻尼對系統(tǒng)的精度和快速響應(yīng)性均產(chǎn)生不利的影響，因此機械系統(tǒng)的阻尼比取值越小越好。（x ）P2710滾珠絲杠垂直傳動時，必須在系統(tǒng)中附加自鎖或制動裝置。（ ）P3311采用偏心軸套調(diào)整法對齒輪傳動的側(cè)隙進行

3、調(diào)整，結(jié)構(gòu)簡單，且可以自動補償側(cè)隙。（x ）P4712采用虛擬樣機代替物理樣機對產(chǎn)品進行創(chuàng)新設(shè)計測試和評估，延長了產(chǎn)品開發(fā)周期，增加了產(chǎn)品開發(fā)成本，但是可以改進產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量，提高面向客戶與市場需求能力。（x ）P651機電一體化系統(tǒng)是以微電子技術(shù)為主體、以機械部分為核心，強調(diào)各種技術(shù)的協(xié)同和集成的綜合性技術(shù)。（ x ） P72機電一體化系統(tǒng)的機械系統(tǒng)與一般的機械系統(tǒng)相比，應(yīng)具有高精度、良好的穩(wěn)定性、快速響應(yīng)性的特性。（ ）P203雙螺母消除軸向間隙的結(jié)構(gòu)形式結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠，調(diào)整方便，能夠精確調(diào)整。（ x ）P354.傳感器的轉(zhuǎn)換元件是指傳感器中能直接感受或響應(yīng)被測量的部分。（ x ）P72

4、5感應(yīng)同步器是一種應(yīng)用電磁感應(yīng)原理制造的高精度檢測元件，有直線和圓盤式兩種，分別用作檢測直線位移和轉(zhuǎn)角。（ ）6選擇傳感器時，如果測量的目的是進行定性分析，則選用絕對量值精度高的傳感器，而不宜選用重復(fù)精度高的傳感器。（ x ）P877傳感器在使用前、使用中或修理后，必須對其主要技術(shù)指標標定或校準，以確保傳感器的性能指標達到要求。（ ）P898驅(qū)動部分在控制信息作用下提供動力，伺服驅(qū)動包括電動、氣動、液壓等各種類型的驅(qū)動裝置。（ ）P129氣壓式伺服驅(qū)動系統(tǒng)常用在定位精度較高的場合使用。（ x ）P10310永磁型步進電動機即使其定子繞組斷電也能保持一定轉(zhuǎn)矩，故具有記憶能力，可用于定位驅(qū)動。（

5、）P10911步進電動機的轉(zhuǎn)動慣量越大，同頻率下的起動轉(zhuǎn)矩就越大。（ x ）P113矩頻特性圖12直流伺服電動機的調(diào)速特性是電機轉(zhuǎn)速與其輸出轉(zhuǎn)矩的關(guān)系。（ x ）P120 1數(shù)字式位移傳感器有光柵、磁柵、感應(yīng)同步器等，它們的共同特點是利用自身的物理特征，制成直線型和圓形結(jié)構(gòu)的位移傳感器，輸出信號都是脈沖信號，每一個脈沖代表輸入的位移當量，通過計數(shù)脈沖就可以統(tǒng)計位移的尺寸。（ ）P812電液伺服系統(tǒng)的過載能力強，在強力驅(qū)動和高精度定位時性能好，適合于重載的高加減速驅(qū)動。（ ）P1033通常，步進電機的最高連續(xù)工作頻率遠大于它的最高啟動頻率。（ ）P1124脈沖分配器的作用是使電動機繞組的通電順序

6、按一定規(guī)律變化。（ ）P1145對直流伺服電動機來說，其機械特性越硬越好。（ x ）P1206無論采用何種控制方案，系統(tǒng)的控制精度總是高于檢測裝置的精度。（x ）7一般說來，全物理仿真較之計算機仿真在時間、費用和方便性上都具有明顯的優(yōu)點，是一種經(jīng)濟、快捷與實用的仿真方法。（x ）P1388數(shù)字化物理樣機就是一種結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件，強調(diào)結(jié)構(gòu)上的設(shè)計。（x ）9計算機控制系統(tǒng)的采樣周期越小，其控制精度就越高。（x ）P152-P15310PLC采用掃描工作方式，掃描周期的長短決定了PLC的工作速度。（ ）P16211通用型計算機系大多工作在為特定用戶群設(shè)計的系統(tǒng)中，通常都具有低功耗、體積小、集成度高等特

7、點。（x ）P16812現(xiàn)代嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計方法是將系統(tǒng)劃分為硬件和軟件兩個獨立的部分，然后按各自的設(shè)計流程分別完成。（x ）P1731自動控制技術(shù)是機電一體化相關(guān)技術(shù)之一，直接影響系統(tǒng)的控制水平、精度、響應(yīng)速度和穩(wěn)定性。（ ）2計算機控制系統(tǒng)設(shè)計完成后，首先需要對整個系統(tǒng)進行系統(tǒng)調(diào)試，然后分別進行硬件和軟件的調(diào)試。（ ）P1603PLC完善的自診斷功能，能及時診斷出PLC系統(tǒng)的軟件、硬件故障，并能保護故障現(xiàn)場，保證了PLC控制系統(tǒng)的工作安全性。（ ）P1614現(xiàn)場總線系統(tǒng)采用一對一的設(shè)備連線，按控制回路分別進行連接，打破了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式。（ ）P1785需求設(shè)計是指新產(chǎn)品開發(fā)的整個生

8、命周期內(nèi)，從分析用戶需求到以詳細技術(shù)說明書的形式來描述滿足用戶需求產(chǎn)品的過程。（ ）P2046目前，大部分硬件接口和軟件接口都已標準化或正在逐步標準化，設(shè)計時可以根據(jù)需要選擇適當?shù)慕涌?，再配合接口編寫相?yīng)的程序。（ ）P2217計算機控制系統(tǒng)的軟件主要分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件，應(yīng)用軟件一般不需要用戶設(shè)計，系統(tǒng)軟件都要由用戶自行編寫，所以軟件設(shè)計主要是系統(tǒng)軟件設(shè)計。（ ）P1598反求設(shè)計是建立在概率統(tǒng)計基礎(chǔ)之上，主要任務(wù)是提高產(chǎn)品的可靠性，延長使用壽命，降低維修費用。（ ）P2289綠色設(shè)計是對已有的產(chǎn)品或技術(shù)進行分析研究，進而對該系統(tǒng)（產(chǎn)品）進行剖析、重構(gòu)、再創(chuàng)造的設(shè)計。（ ）P23310虛擬

9、設(shè)計是在基于多媒體的、交互的、嵌入式的三維計算機輔助設(shè)計環(huán)境中進行實體建模和裝配建模，生成精確的系統(tǒng)模型，并在同一環(huán)境中進行一些相關(guān)分析，從而滿足工程設(shè)計和應(yīng)用的需要。（ ）P23811工業(yè)機器人驅(qū)動部分在控制信息作用下提供動力，包括電動、氣動、液壓等各種類型的傳動方式。（ ）P24312數(shù)控機床中的計算機屬于機電一體化系統(tǒng)的控制系統(tǒng)，而電機和主軸箱則屬于系統(tǒng)的驅(qū)動部分。（ ）二、單選題1有一脈沖電源，通過環(huán)形分配器將脈沖分配給五相十拍通電的步進電機定子勵磁繞組，已知轉(zhuǎn)子有24個齒，步進電機的步距角是（ C ）。P112A0.6 B1.2 C1.5 D23采用脈寬調(diào)制（PWM）進行直流電動機調(diào)

10、速驅(qū)動時，通過改變（ A ）來改變電樞回路的平均電壓，從而實現(xiàn)直流電動機的平滑調(diào)速。P121A脈沖的寬度 B脈沖的頻率C脈沖的正負 D其他參數(shù)1下列哪個是傳感器的動特性（ D ）。A量程 B線性度C靈敏度 D幅頻特性2在開環(huán)控制系統(tǒng)中,常用（ B ）做驅(qū)動元件。P108A直流伺服電動機 B步進電動機C同步交流伺服電動機 D異步交流伺服電動機3.光柵傳感器的光柵是在一塊長條形的光學(xué)玻璃上密集等間距平行的刻線，刻線數(shù)為100線/mm，此光柵傳感器測量分辨率是（ C ）mm。A1 B0.1 C0.01 D0.0014計算機控制系統(tǒng)實際運行時，需要由用戶自行編寫（D ），具有實時性、針對性、靈活性和通

11、用性。P159A實時軟件 B開發(fā)軟件 C系統(tǒng)軟件 D應(yīng)用軟件5以下除了（ D ），均是由硬件和軟件組成。A計算機控制系統(tǒng) BPLC控制系統(tǒng)C嵌入式系統(tǒng) D繼電器控制系統(tǒng)6以下抑制電磁干擾的措施，除了（D ），其余都是從切斷傳播途徑入手。A屏蔽 B隔離 C濾波 D軟件抗干擾2多級齒輪傳動中，各級傳動比相等的分配原則適用于按（ C ）設(shè)計的傳動鏈。 P46A最小等效轉(zhuǎn)動慣量原則 B輸出軸的轉(zhuǎn)角誤差最小原則C重量最輕原則（小功率裝置） D重量最輕原則（大功率裝置）3檢測環(huán)節(jié)能夠?qū)敵鲞M行測量，并轉(zhuǎn)換成比較環(huán)節(jié)所需要的量綱，一般包括傳感器和（ B ）。A 控制電路 B 轉(zhuǎn)換電路C 放大電路 D 逆變電

12、路4幅頻特性和相頻特性是模擬式傳感器的（B ）。 A靜態(tài)特性指標 B動態(tài)特性指標C輸入特性參數(shù) D輸出特性參數(shù)5光柵傳感器的光柵是在一塊長條形的光學(xué)玻璃上密集等間距平行的刻線，刻線數(shù)為100線/mm，經(jīng)四倍細分后，記數(shù)脈沖為400，光柵位移是（ A ）mm。A1 B2 C3 D46受控變量是機械運動的一種反饋控制系統(tǒng)稱( B )。A.順序控制系統(tǒng) B.伺服系統(tǒng)C.數(shù)控機床 D.工業(yè)機器人7閉環(huán)控制的驅(qū)動裝置中，絲杠螺母機構(gòu)位于閉環(huán)之外，所以它的（ D ）。A回程誤差不影響輸出精度，但傳動誤差影響輸出精度B傳動誤差不影響輸出精度，但回程誤差影響輸出精度C回程誤差和傳動誤差都不會影響輸出精度D回程

13、誤差和傳動誤差都會影響輸出精度8. 以下可對交流伺服電動機進行調(diào)速的方法是（ B ）。A 改變電壓的大小 B 改變電動機的供電頻率C 改變電壓的相位 D 改變電動機轉(zhuǎn)子繞組匝數(shù)2為提高機電一體化機械傳動系統(tǒng)的固有頻率，應(yīng)設(shè)法（ A ）。 A增大系統(tǒng)剛度B增大系統(tǒng)轉(zhuǎn)動慣量C增大系統(tǒng)的驅(qū)動力矩 D減小系統(tǒng)的摩擦阻力3導(dǎo)程L0=8mm的絲杠驅(qū)動總質(zhì)量為60kg的工作臺與工件，則其折算到絲杠上的等效轉(zhuǎn)動慣量為（ B ）kgmm2。 A48.5 B97 C4.85 D9.74傳動系統(tǒng)的固有頻率對傳動精度有影響，（ A ）固有頻率可減小系統(tǒng)地傳動誤差，（ A ）系統(tǒng)剛度可提高固有頻率。A提高，提高 B提高

14、，減小C減小，提高 D減小，減小5下列哪種方法是采用單螺母預(yù)緊原理來消除滾珠絲杠副的間隙？（ D ） A螺紋調(diào)隙式 B雙螺母墊片調(diào)隙式C齒差調(diào)隙式 D偏置導(dǎo)程法6 齒輪傳動的總等效慣量隨傳動級( B )。 A.增加而減小 B.增加而增加C.減小而減小D.變化而不變7多級齒輪傳動中，各級傳動比“前小后大”的分配原則不適用于按（ D ）設(shè)計的傳動鏈。 A最小等效轉(zhuǎn)動慣量原則（小功率傳動裝置）B最小等效轉(zhuǎn)動慣量原則（大功率傳動裝置）C輸出軸的轉(zhuǎn)角誤差最小原則D重量最輕原則8某機電一體化系統(tǒng)需要消除齒輪傳動的齒側(cè)間隙，采取下列哪種方法使得調(diào)整過程中能自動補償齒側(cè)間隙？（ D ） A偏心套調(diào)整法 B軸向

15、墊片調(diào)整法C薄片錯齒調(diào)整法D軸向壓簧錯齒調(diào)整法三、簡答題1完善的機電一體化系統(tǒng)主要包括哪幾部分答：機電一體化系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)要素有機械本體，動力系統(tǒng)（能源，驅(qū)動部分），執(zhí)行機構(gòu)，控制及信息處理單元，傳感檢測部分等5項，各環(huán)節(jié)和要素之間通過接口相聯(lián)系。2簡述機電一體化系統(tǒng)中的接口的作用。答：機電一體化系統(tǒng)是機械、電子和信息等性能各異的技術(shù)融為一體的綜合系統(tǒng)，其各要素及各子系統(tǒng)之間的連接與信息傳輸都要通過接口。從系統(tǒng)外部看，輸入/輸出是系統(tǒng)與人、環(huán)境或其他系統(tǒng)之間的接口；從系統(tǒng)內(nèi)部看，機電一體化系統(tǒng)是通過許多接口將各組成要素的輸入/輸出聯(lián)系成一體的系統(tǒng)。各要素及各子系統(tǒng)之間的接口性能好壞決定了整個機

16、電一體化系統(tǒng)的綜合性能。3機械運動中的摩擦和阻尼會降低效率，但是設(shè)計中要適當選擇其參數(shù)，而不是越小越好。為什么？答：一般情況下，摩擦阻尼都發(fā)生在運動副的構(gòu)件之間。系統(tǒng)的靜摩擦阻尼大，會使系統(tǒng)的回程誤差增大，定位精度降低。系統(tǒng)的黏性阻尼摩擦越大，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差就越大，精度降低。系統(tǒng)的黏性阻尼摩擦?xí)ο到y(tǒng)的快速響應(yīng)性產(chǎn)生不利影響。所以摩擦阻尼不易過大，但是阻尼比除了與機械系統(tǒng)的黏性阻尼系數(shù)B有關(guān)外，還與系統(tǒng)的剛度和質(zhì)量有關(guān)。如果機械系統(tǒng)剛度低而質(zhì)量大，則系統(tǒng)的固有頻率較低，此時應(yīng)增大系統(tǒng)的黏性摩擦阻尼，以減小振幅和衰減振動。因此，在進行機械結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)當通過對剛度、質(zhì)量和摩擦系數(shù)等參數(shù)的合理匹配

17、，得到機械系統(tǒng)阻尼比的適當取值，以保證系統(tǒng)的良好動態(tài)特性。4簡述機械系統(tǒng)的剛度對系統(tǒng)動態(tài)特性的影響。答：（1）失動量 系統(tǒng)剛度越大，因靜摩擦力作用所產(chǎn)生的傳動部件的彈性變形越小，系統(tǒng)的失動量也越小。（2）固有頻率 機械系統(tǒng)剛度越大，固有頻率越高，可遠離控制系統(tǒng)或驅(qū)動系統(tǒng)的頻帶寬度，從而避免產(chǎn)生共振。（3）穩(wěn)定性 剛度對閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性有很大影響，提高剛度可增加閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。1什么是傳感器的靜態(tài)特性和動態(tài)特性？ P85答：傳感器的靜態(tài)特性是指傳感器的輸入信號不隨時間變化或變化非常緩慢時所表現(xiàn)出來的輸出響應(yīng)特性，稱為靜態(tài)響應(yīng)特性。傳感器的動態(tài)特性是指其輸出對隨時間變化的輸入量的響應(yīng)特性。2什么

18、是伺服系統(tǒng)？伺服系統(tǒng)的一般組成有哪幾個部分？P101答：伺服驅(qū)動系統(tǒng)：是指以機械位置、速度和加速度為控制對象，在控制命令的指揮下，控制執(zhí)行元件工作，使機械運動部件按照控制命令的要求進行運動，并具有良好的動態(tài)性能。相當于人四肢伺服系統(tǒng)主要包含：控制器、功率放大器、執(zhí)行機構(gòu)和檢測裝置4大部分。（P101圖）3簡述直流伺服電動機脈寬調(diào)制的工作原理。答：脈寬調(diào)制放大器是直流伺服電機常用的晶體管驅(qū)動電路。利用大功率晶體管的開關(guān)作用，將直流電源電壓轉(zhuǎn)換成一定頻率的方波電壓，施加于直流電機的電樞，通過對方波脈沖寬度的控制，改變電樞的平均電壓，使電機的轉(zhuǎn)速得到調(diào)節(jié)。4比較直流伺服電動機和交流伺服電動機的適用環(huán)

19、境差別。答：直流伺服電動機具有良好的調(diào)速特性，較大的起動轉(zhuǎn)矩，相對功率大及快速響應(yīng)等優(yōu)點。盡管其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，在機電控制系統(tǒng)中作為執(zhí)行元件還是獲得了廣泛的應(yīng)用。與普通直流伺服電動機相比較，普通交流伺服電動機的特點是：它不需要電刷和換向器，因而避免了由于存在電刷和換向器而引起的一系列弊病。此外，它的轉(zhuǎn)動慣量、體積和重量一般來說也較小。缺點是：輸出功率和轉(zhuǎn)矩較??；轉(zhuǎn)矩特性和調(diào)節(jié)特性的線性度不及直流伺服電動機好；其效率也較直流伺服電動機為低。1機電一體化系統(tǒng)仿真在系統(tǒng)設(shè)計過程中所起的作用是什么？解答：系統(tǒng)仿真就是通過對系統(tǒng)模型的實驗分析去研究一個存在的或設(shè)計中的系統(tǒng)，這里的系統(tǒng)是指由相互聯(lián)系和

20、制約的各個部分組成的具有一定功能的整體。1）系統(tǒng)仿真可以在項目設(shè)計和規(guī)劃時，對項目的合理性、經(jīng)濟性等品質(zhì)加以評價；2）系統(tǒng)仿真可以在系統(tǒng)實際運行前，對項目的實施結(jié)果加以預(yù)測，以便選擇正確、高效的運行策略或提前消除設(shè)計中的缺陷，最大限度地提高實際系統(tǒng)的運行水平?？梢娤到y(tǒng)仿真在機電一體化系統(tǒng)設(shè)計的預(yù)見性、經(jīng)濟性方面的作用十分明顯。2機電一體化系統(tǒng)仿真的模型主要有哪幾種？分別應(yīng)用于系統(tǒng)設(shè)計的哪個階段？ 解答： 仿真的模型主要有計算機仿真、半物理仿真和全物理仿真。1）計算機仿真用于系統(tǒng)的分析設(shè)計階段；2）半物理仿真用于系統(tǒng)的部件及子系統(tǒng)研制階段；3）全物理仿真用于整個系統(tǒng)的研制階段。3PID控制算法中

21、比例、積分、微分部分各起何作用？解答：1) 比例調(diào)節(jié)起糾正偏差的作用，且其反應(yīng)迅速；2）積分調(diào)節(jié)能消除靜差，改善系統(tǒng)的靜態(tài)特性；3）微分調(diào)節(jié)有利于減少超調(diào)，加快系統(tǒng)的過渡過程。這3個作用若配合得當，則可使調(diào)節(jié)過程快速、平穩(wěn)、準確，收到較好的效果。4系統(tǒng)采樣周期的選擇時，主要考慮的影響因素主要有哪些？ 解答：1) 從對調(diào)節(jié)質(zhì)量來看，采樣周期在香農(nóng)采樣定理給出的上限范圍內(nèi)，采樣周期越小，就越接近連續(xù)控制，而且采樣周期大些也不會失去信號的主要特征。2）從執(zhí)行元件的要求來看，有時需要輸出信號保持一定的寬度，這就需要一定的時間，在這段時間內(nèi)，要求計算機的輸出值不應(yīng)變化，因此，采樣周期必須大于這一時間，否

22、則會導(dǎo)致執(zhí)行元件不能按預(yù)期的調(diào)節(jié)規(guī)律動作。3）從控制系統(tǒng)隨動和抗干擾的性能要求來看，則要求采樣周期短些，這樣，給定值的改變可以迅速地通過采樣得到反映，而不致在隨動控制中產(chǎn)生大的時延。A對于低頻擾動，采用短的采樣周期可以使之迅速得到校正并產(chǎn)生較小的最大偏差。B對于中頻擾動，采用周期選大了，干擾就有可能得不到控制和抑制。4）從計算機工作量和每個調(diào)節(jié)回路的計算成本來看，一般要求采樣周期大些。5）從計算機精度來看，過短的采用周期是不合適的。因此，各方面因素對采用周期的要求是不同的，甚至是互相矛盾的，所以，確定采樣周期時須根據(jù)具體情況和主要要求作出折中選擇。5簡述下圖所示梯形圖的工作過程及邏輯關(guān)系，圖中

23、接線為：開關(guān)1（I0.0），開關(guān)2（I0.1），開關(guān)3（I0.2），紅燈（Q0.0），綠燈（Q0.1）。圖 梯形圖I0.0 T0（ ）I0.1I0.2Q0.0I0.2Q0.1 Q0.0T0（ ）3sT0解答：工作過程及邏輯關(guān)系：（1）開關(guān)1閉合，I0.0常開觸點接通，開關(guān)2閉合，I0.1常開觸點接通，開關(guān)3斷開，I0.2常閉觸點接通，Q0.0輸出繼電器線圈帶電，其常開觸點接通，紅燈亮；（2）Q0.0常開觸點接通，啟動定時器T0，當延時3s時，T0的常開觸點接通，Q0.1輸出繼電器線圈帶電，其常開觸點接通，綠燈亮；（3）開關(guān)3閉合，I0.2常閉觸點斷開，Q0.0和Q0.1輸出繼電器線圈不帶電，紅

24、燈和綠燈熄滅。1何謂概念設(shè)計？簡述概念設(shè)計的設(shè)計過程。（P208）答：在確定任務(wù)之后，通過抽象化，擬定功能結(jié)構(gòu)，尋求適當?shù)淖饔迷砑捌浣M合等，確定出基本求解途徑，得出求解方案，這一部分設(shè)計工作叫做概念設(shè)計。設(shè)計過程：（1）首先是將設(shè)計任務(wù)抽象化，確定系統(tǒng)的總功能。（2）然后將總功能分解為子功能，直到分解到不能再分解的功能元為止。（3）尋找子功能的解，并將原理解進行組合，形成多種原理解設(shè)計方案。（4）最后對眾多方案進行評價與決策，最終選定最佳方案形成概念產(chǎn)品。2如何進行機電一體化系統(tǒng)的可靠性設(shè)計？（P229）答：產(chǎn)品的可靠性主要取決于產(chǎn)品的研制和設(shè)計階段。要提高系統(tǒng)的可靠性，要從研制、設(shè)計、制造

25、實驗、管理、使用和維護以及評審等每個階段都考慮。（1）機械系統(tǒng)的可靠性設(shè)計措施：縮短傳動鏈，減少元件數(shù)；必要時增設(shè)備用元件或系統(tǒng)；簡化結(jié)構(gòu)；增加過載保護裝置或自動停機裝置；設(shè)置監(jiān)控系統(tǒng)；合理地規(guī)定維修期；（2）控制系統(tǒng)的可靠性設(shè)計措施：采用自動控制；通過元器件的合理選擇提高可靠性；對功率接口采用降額設(shè)計提高可靠性；采用監(jiān)視定時器提高可靠性；采取抗干擾措施提高可靠性；3簡述HRGP1A噴漆機器人的示教再現(xiàn)過程。答：噴漆機器人的再現(xiàn)過程：由計算機控制機器人的動作，中央處理器將示教時記錄的空間軌跡信息從存儲器中取出，經(jīng)過插補運算與采樣得到的位置數(shù)據(jù)進行比較，將其插值調(diào)節(jié)后輸出，控制執(zhí)行機構(gòu)按照示教時

26、的軌跡運動。4簡述數(shù)控設(shè)備中計算機數(shù)控裝置的組成和功能。答：在數(shù)控設(shè)備中，計算機數(shù)控裝置是設(shè)備的核心部分，一般由專用計算機（或通用計算機）、輸入輸出接口以及機床控制器等部分構(gòu)成。計算機數(shù)控裝置根據(jù)輸入的數(shù)據(jù)和程序，完成數(shù)據(jù)運算、邏輯判斷、輸入輸出控制等功能；機床控制器主要用于機床的輔助功能，主軸轉(zhuǎn)速的選擇和換刀功能的控制。四、計算題1某工作臺采用如圖所示的直流電機絲杠螺母機構(gòu)驅(qū)動，已知工作臺的行程L=250mm，絲杠導(dǎo)程t=4mm，齒輪減速比為i=5，要求工作臺位移的測量精度為0.005mm（忽略齒輪和絲杠的傳動誤差）。（1）若采用高速端測量方法，將旋轉(zhuǎn)編碼器安裝在電機輸出軸上，確定旋轉(zhuǎn)編碼器

27、的每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)。解答：測量精度可理解為脈沖當量求每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)1 推出 得：脈沖/轉(zhuǎn)選用脈沖/轉(zhuǎn) 合理(每個脈沖驅(qū)動電動機軸的角度是：360/；對應(yīng)一個脈沖，螺母機構(gòu)的轉(zhuǎn)角是：360/4 *0.005； 他們的減速比是85，所以360/I = 360/4 *0.005)（2）若采用低速端測量方法，將傳感器與絲杠的端部直接相連，ns=500脈沖/轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)編碼器是否合用？工作臺絲杠 滾珠螺母齒輪減速器聯(lián)軸器DC伺服電機i=5圖 直流電機絲杠螺母機構(gòu)驅(qū)動工作臺解答： 不合用（高速端與低速端本質(zhì)區(qū)別就是涉及一個傳動比）2圖示為電樞控制式直流電動機的工作原理圖。圖中電機線圈的電流為i；L與R為線圈的電感與電阻

28、；電機的輸入電壓為u；折算到電機轉(zhuǎn)子軸上的等效負載轉(zhuǎn)動慣量為JM；電機輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速分別為T和；KE和KT分別為電樞的電勢常數(shù)和轉(zhuǎn)矩常數(shù)，試求輸出轉(zhuǎn)速與輸入電壓之間的傳遞函數(shù)。圖 直流電動機的工作原理解答：（1）電機軸上的轉(zhuǎn)矩平衡方程為： 忽略阻尼影響，則： （2）當激磁磁場不變時，電機輸出轉(zhuǎn)矩T正比于電樞電流： 則式和式得： 由轉(zhuǎn)角與轉(zhuǎn)速關(guān)系 則式和式得： （3）當電樞轉(zhuǎn)動時，電樞中會感應(yīng)反電勢，其值正比于轉(zhuǎn)動的角速度： （4）電樞回路的電壓微分方程為： 則式和式得： （5）求拉氏變換式拉氏變換得： 推出：式拉氏變換得： 推出：聯(lián)立求解得：輸出轉(zhuǎn)速與輸入電壓之間的傳遞函數(shù)：1刻線為1024的

29、增量式角編碼器安裝在機床的絲杠轉(zhuǎn)軸上，已知絲杠的螺距為2mm，編碼器在10秒內(nèi)輸出307200個脈沖，試求刀架的位移量和絲杠的轉(zhuǎn)速分別是多少？解答：增量式編碼器轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時，有相應(yīng)的脈沖輸出，其計數(shù)起點任意設(shè)定，可實現(xiàn)多圈無限累加和測量。編碼器軸轉(zhuǎn)一圈會輸出固定的脈沖，脈沖數(shù)由編碼器光柵的線數(shù)決定。1）刀架的位移量 2）絲杠的轉(zhuǎn)速 （單位：轉(zhuǎn)/秒）2如圖所示的電機驅(qū)動工作臺系統(tǒng)，其中驅(qū)動x向工作臺的三相雙三拍步進電機，轉(zhuǎn)子齒數(shù)z為100。滾珠絲杠的基本導(dǎo)程為l0=6mm。已知傳動系統(tǒng)的橫向(x向)脈沖當量為0.005mm/脈沖。試求：（1）步進電機的步距角；（2）減速齒輪的傳動比i。功放電機滾珠

30、絲杠工作臺i圖 電機驅(qū)動工作臺示意圖解答：（1）步進電機的步距角 （2）減速齒輪的傳動比i = = 工作臺絲杠 滾珠螺母齒輪減速器聯(lián)軸器DC伺服電機i=51.某工作臺采用直流電機絲杠螺母機構(gòu)驅(qū)動如圖所示，已知電機軸的轉(zhuǎn)動慣量Jm=410-4kgm3，與電機輸出軸相連的小齒輪的轉(zhuǎn)動慣量J1=110-4kgm3，大齒輪的轉(zhuǎn)動慣量J2=1.810-4kgm3，絲杠的轉(zhuǎn)動慣量Js=3.810-4kgm3。工作臺的質(zhì)量m=50kg，絲杠導(dǎo)程t=5mm，齒輪減速比為i=5。試求：（1）工作臺折算到絲杠的等效轉(zhuǎn)動慣量JG；2傳動件折算到電機軸的等效轉(zhuǎn)動慣量Je；（3）電機軸上的總轉(zhuǎn)動慣量J。圖 直流電機絲杠

31、螺母機構(gòu)驅(qū)動工作臺解答：1）工作臺折算到絲杠上的等效轉(zhuǎn)動慣量：2）傳動件折算到電機軸的等效轉(zhuǎn)動慣量Je；3）電機軸上的總轉(zhuǎn)動慣量J。2.已知某四級齒輪傳動系統(tǒng)，各齒輪的轉(zhuǎn)角誤差為1=2=8=0.01弧度，各級減速比相同，即i1 = i2 = i4 =3，求該系統(tǒng)的最大轉(zhuǎn)角誤差max。解答：五、綜合題1. 分析下圖調(diào)整齒側(cè)間隙的原理。1. 鎖緊母 2. 圓螺母 3. 帶凸緣螺母 4.無凸緣螺母解答：這是采用雙螺母預(yù)緊螺紋調(diào)隙來調(diào)整齒側(cè)間隙的。原理是1）采用一個外端有凸緣的螺母3，和一個外端無凸緣但制有螺紋的螺母4，螺母4伸出套筒外用兩個螺母（1和2）固定鎖緊，并用鍵來防止兩螺母相對轉(zhuǎn)動。2）旋轉(zhuǎn)

32、圓螺母2，如果圓螺母2帶動絲杠向左微移，則通過外側(cè)的套筒使螺母3向右移動，從而調(diào)整、消除間隙，并產(chǎn)生了預(yù)緊力，之后再用鎖緊螺母鎖緊。2.分析下圖中傳動大負載時消除齒側(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齒條解答：這是采用雙齒輪調(diào)整齒側(cè)間隙的。原理是1）小齒輪1、6分別與齒條7嚙合。2）小齒輪1、6分別與大齒輪2、5同軸，大齒輪2、5同時與齒輪3嚙合。3）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1、6轉(zhuǎn)動，其齒面便分別緊貼在齒條7上齒槽的左、右側(cè)，從而消除了齒側(cè)間隙。1圖示直射式光電轉(zhuǎn)速傳感器是一種角位移傳感器，由裝在被測軸

33、(或與被測軸相連接的輸入軸)上的帶縫隙圓盤、光源、光電器件和指示縫隙盤組成，光源發(fā)生的光通過縫隙圓盤和指示縫隙照射到光電器件上。試分析傳感器的測量原理。解答：光電傳感器是可以檢測出其接收到的光強的變化，通過把光強度的變化轉(zhuǎn)換成電信號的變化來實現(xiàn)控制。它首先把被測量的變化轉(zhuǎn)換成光信號的變化,然后借助光電元件進一步將光信號轉(zhuǎn)換成電信號。在一般情況下，光電傳感器由三部分構(gòu)成：發(fā)送器、接收器和檢測電路。發(fā)送器主要是對準目標不間斷地發(fā)射光束，發(fā)射的光束一般來源于半導(dǎo)體光源。在接收器的前面，裝有光學(xué)元件如透鏡和光圈等。在其后面是檢測電路，它能濾出有效信號和應(yīng)用該信號。通過圓盤的開空部分和不開空部分，及縫隙

34、板，使光間隔的通過及不通過，則光敏元件（如光敏三極管）檢測到光線強度的變化，產(chǎn)生光電流，光電流的大小隨光的強弱而大小變化，然后再進一步將變化的光信號轉(zhuǎn)換成電信號。2已知一個繩位移控制系統(tǒng)的兩種驅(qū)動方案分別如圖a和b所示。（1）試分析兩種方案的特點；（2）畫圖說明方案（a）減速器滾筒驅(qū)動測量位移的方法。（a）減速器滾筒驅(qū)動 （b）絲杠滑臺驅(qū)動解答：1驅(qū)動特點：方案a 結(jié)構(gòu)簡單、易實現(xiàn)。繩的位移可以很大，但繩在滾筒方向會產(chǎn)生橫向位移。需要采用制動器或者止逆型減速器才能防止繩對電機的反向驅(qū)動。方案b結(jié)構(gòu)較簡單，成本與方案a相當。繩的位移要受到絲杠長度的限制。普通絲杠具有止逆功能，無需增加制動器即可防止繩對電機的反向驅(qū)動。無橫向位移。2方案a的測量方法(1)電機軸安裝編碼器間接測量繩的位移(2) 滾筒軸安裝編碼器間接測量繩的位移；(3) 通過對過輪轉(zhuǎn)角的測量實現(xiàn)間接測量繩的位移1如圖所示的系統(tǒng)，試分析齒輪減速器、絲杠螺母機構(gòu)及傳感器的誤差對輸出精度的影響。解答：（1）齒輪減速器位于前向通道，誤差的低頻分量會得到反饋控制系統(tǒng)的補償，不影響輸出精度，因此允許有一定的間隙誤差；而誤差的高頻分量影響輸出精度，因此應(yīng)盡量減小傳動誤差。（2）絲杠螺母機構(gòu)位于閉環(huán)之后，其誤差的低頻分量和高頻分量都會影響輸出精度，因此要盡