2020年新編機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)主觀題復(fù)習(xí)提綱名師精品資料..doc

1、一、填空題1.系統(tǒng)論、信息論、控制論是機(jī)電一體化技術(shù)的理論基礎(chǔ)，是機(jī)電一體化技術(shù)的方法論。2.機(jī)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(kuò)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(jì)算機(jī)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(jī)電一體化系統(tǒng)能對(duì)輸入的物質(zhì)、能量 和 信息 (即工業(yè)三大要素 )進(jìn)行某種處理。4.機(jī)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(jī)電一體化與機(jī)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(jī)電一體化共性關(guān)鍵技術(shù)。6.要從伺服控

2、制系統(tǒng)穩(wěn)、準(zhǔn)、快 的要求認(rèn)識(shí)機(jī)電一體化共性關(guān)鍵技術(shù)。7.構(gòu)成機(jī)電一體化系統(tǒng)的要素或子系統(tǒng)之間必須能順利地進(jìn)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(jī)構(gòu)四種基本傳動(dòng)形式包括：螺母固定、絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)并移動(dòng)，絲桿固定、螺母轉(zhuǎn)動(dòng)并移動(dòng)，絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)、螺母移動(dòng)和螺母轉(zhuǎn)動(dòng)、絲桿移動(dòng) 。9. 滑動(dòng)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(jī)電一體化系統(tǒng)對(duì)機(jī)械系統(tǒng)要求是較高的定位精度和良好的動(dòng)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 （或參量型傳感器） ）兩種

3、。12. 傳感器按其輸出信號(hào)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(cè)量的物理量基本上有兩種形式，即（靜態(tài)量）和（動(dòng)態(tài)量），前者所表現(xiàn)的信號(hào)不隨時(shí)間變化而變化或變化很緩慢，而后者所表現(xiàn)的信號(hào)隨時(shí)間的變化而變化。14. 傳感器頻域動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)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(duì)式編碼器）和（增量式編碼器）兩種。16.根據(jù)對(duì)滑尺繞組供電方式的不同以及對(duì)輸出信號(hào)的檢測(cè)方式不同，感應(yīng)同步器分為 （鑒相型測(cè)量）和（鑒幅型測(cè)量）。17.描述二階傳感器系統(tǒng)動(dòng)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、（固有頻率）和（阻尼比）。1

4、.四、簡(jiǎn)答題1、 機(jī)電一體化產(chǎn)品與傳統(tǒng)機(jī)電產(chǎn)品的主要區(qū)別有哪些？參考答案：（ 1）機(jī)電一體化產(chǎn)品功能的實(shí)現(xiàn)是所有功能單元共同作用的結(jié)果，而傳統(tǒng)機(jī)電設(shè)備中機(jī)械與電子系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立，可以分別工作。（ 2）機(jī)電一體化產(chǎn)品可以用最簡(jiǎn)單的機(jī)械結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)高精度的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)，而傳統(tǒng)的機(jī)電產(chǎn)品必須用十分復(fù)雜的機(jī)械才能實(shí)現(xiàn)，有的甚至根本無法實(shí)現(xiàn)。（3）機(jī)電一體化產(chǎn)品具有 “柔性 ”，而傳統(tǒng)的機(jī)電產(chǎn)品往往是 “剛性 ”的。也就是說，機(jī)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(jī)電產(chǎn)品不具備這種功能。（ 4）具有 “智能化 ”的特征是機(jī)電一體化產(chǎn)品與傳統(tǒng)的機(jī)電產(chǎn)品在功能上的又一本質(zhì)區(qū)別。（ 5）機(jī)電一體化產(chǎn)

5、品更便于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)化，機(jī)電一體化產(chǎn)品借助于其通信功能可以與上位計(jì)算機(jī)傳遞信息，也可以互相之間通信構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)。可以方便的組態(tài)以改變生產(chǎn)過程，又能各自獨(dú)立工作。2、 畫出機(jī)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(jī)電一體化的設(shè)計(jì)思想及設(shè)計(jì)類型。1、設(shè)計(jì)思想（1）機(jī)電互補(bǔ)法機(jī)電互補(bǔ)法又稱取代法。利用通用或?qū)Ｓ秒娮硬考〈鷤鹘y(tǒng)機(jī)械產(chǎn)品（系統(tǒng)） 中的復(fù)雜機(jī)械功能部件或功能子系統(tǒng)，以彌補(bǔ)其不足。（2）結(jié)合（融合）法將各組成要素有機(jī)結(jié)合為一體構(gòu)成專用或通用功能部件， 其要素之間機(jī)電參數(shù)的有機(jī)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

6、合成各種機(jī)電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品） ，故稱組合法。4、 設(shè)計(jì)類型（1）開發(fā)性設(shè)計(jì)不參照已有產(chǎn)品， 僅僅根據(jù)抽象的設(shè)計(jì)原理和要求，設(shè)計(jì)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(jì)在總的設(shè)計(jì)方案、原理基本保持不變的情況下，對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)品進(jìn)行局部更改，或用微電子技術(shù)代替原有的機(jī)械結(jié)構(gòu)或?yàn)榱诉M(jìn)行微電子控制對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行局部適應(yīng)性設(shè)計(jì)，以使產(chǎn)品在性能和質(zhì)量上增加某些附加價(jià)值。（3）變異性設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)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(jì)的步驟及方法框圖。6、 機(jī)電一體化產(chǎn)品的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法有哪些?參考答案（ 1）計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與

7、并行設(shè)計(jì)（ 2）虛擬設(shè)計(jì)（ 3）快速響應(yīng)設(shè)計(jì)（ 4）可靠性設(shè)計(jì)（ 5）綠色設(shè)計(jì)（ 6）反求設(shè)計(jì)（ 7）優(yōu)化設(shè)計(jì)（ 8）網(wǎng)絡(luò)合作設(shè)計(jì)7、 滾珠絲杠副的軸向間隙對(duì)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(shí)滾珠和滾道型面接觸點(diǎn)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(shí)，軸向間隙會(huì)引起空回現(xiàn)象， 這種空回是非連續(xù)的， 既影響反向傳動(dòng)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(gè)螺母1 和 2，調(diào)整兩個(gè)螺母的軸向位置， 使兩個(gè)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，

8、使其產(chǎn)生一定的變形， 從而消除了軸向間隙， 也提高了軸向剛度。 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(dòng)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(dòng)過程中，主動(dòng)輪突然改變旋轉(zhuǎn)方向時(shí)，從動(dòng)輪不能立即隨之反轉(zhuǎn)， 而是有一個(gè)滯后量， 造成齒輪傳動(dòng)的回差 ，對(duì)運(yùn)動(dòng)精度影響很大，同時(shí)會(huì)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(dòng)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

9、片調(diào)整法和雙片薄齒輪錯(cuò)齒調(diào)整法。9、 滾動(dòng)導(dǎo)軌有什么優(yōu)缺點(diǎn)？參考答案 ：滾動(dòng)導(dǎo)軌的優(yōu)點(diǎn)是：摩擦系數(shù)小，運(yùn)動(dòng)靈活；靜、動(dòng)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(zhǎng)；精度高；潤(rùn)滑方便；專業(yè)廠生產(chǎn)，可以外購(gòu)選用；滾動(dòng)導(dǎo)軌的缺點(diǎn)是：導(dǎo)軌面與滾動(dòng)體是點(diǎn)接觸或線接觸，抗振性差，接觸應(yīng)力大；對(duì)導(dǎo)軌的表面硬度、表面形狀精度和滾動(dòng)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(duì)臟物比較敏感，必須有良好的防護(hù)裝置。10、7.請(qǐng)說明圖示齒輪齒條傳動(dòng)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(dāng)傳動(dòng)負(fù)載大時(shí)，可采用雙齒輪調(diào)整法。如圖所示，小齒輪1、

10、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，通過預(yù)載裝置 4 向齒輪 3 上預(yù)加負(fù)載，使大齒輪 2、 5 同時(shí)向兩個(gè)相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)小齒輪 l 、 6 轉(zhuǎn)動(dòng)，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(jiǎn)述傳感檢測(cè)系統(tǒng)的含義及其在機(jī)電一體化系統(tǒng)中應(yīng)用的地位和作用答：(1) 傳感檢測(cè)系統(tǒng)是機(jī)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(duì)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)中所需的本身和外界的各種參數(shù)及狀態(tài)（非電量）進(jìn)行檢測(cè)并轉(zhuǎn)換成與被測(cè)量有確定對(duì)應(yīng)關(guān)系的電信號(hào)，通過信號(hào)調(diào)節(jié)電路傳輸?shù)接?jì)算機(jī)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

11、。(2) 傳感器與檢測(cè)技術(shù)是信息社會(huì)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(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、自動(dòng)調(diào)節(jié)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是機(jī)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(jiǎn)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(cè)非電量，并按一定規(guī)律將其轉(zhuǎn)換成與被測(cè)非電量有確定對(duì)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(qiáng)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

12、便于測(cè)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(biāo)有哪些？答：(1) 傳感器的靜態(tài)特性就是指被測(cè)量 x 不隨時(shí)間變化，或隨時(shí)間的變化程度遠(yuǎn)緩慢于傳感器固有的最低階運(yùn)動(dòng)模式的變化程度時(shí)，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(biāo)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(dòng)態(tài)特性？其分析方法有哪幾種？答：(1) 傳感器的動(dòng)態(tài)特性是指?jìng)鞲衅鲗?duì)動(dòng)態(tài)激勵(lì) (輸入 )的響應(yīng) (輸出 )特性，即其輸出對(duì)隨時(shí)間變化的輸入量的響應(yīng)特性。反映輸出值真實(shí)再現(xiàn)變化著的輸入量的能力。(2) 傳感器的

13、動(dòng)態(tài)特性可以用基于時(shí)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(shí)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(lì)信號(hào)來分析傳感器的動(dòng)態(tài)特性；頻域分析一般用正弦函數(shù)作為激勵(lì)信號(hào)來分析傳感器的動(dòng)態(tài)特性。15、簡(jiǎn)述絕對(duì)式編碼器和增量式編碼器的區(qū)別答：(1) 絕對(duì)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(zhǎng)，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(dòng)一個(gè)預(yù)先設(shè)定的角度將輸出一個(gè)脈沖信號(hào)，通過統(tǒng)計(jì)脈沖信號(hào)的數(shù)量來計(jì)算旋轉(zhuǎn)的角度， 因此編碼器輸出的位置數(shù)據(jù)是相對(duì)的；由于采用固定脈沖信號(hào)， 因此旋轉(zhuǎn)角度

14、的起始位可以任意設(shè)定；由于采用相對(duì)編碼，因此掉電后旋轉(zhuǎn)角度數(shù)據(jù)會(huì)丟失，需要重新復(fù)位。16、1）常用的步進(jìn)電機(jī)的功率放大電路有哪幾種類型？答：?jiǎn)坞妷汗β史糯箅娐罚桓叩蛪汗β史糯箅娐?；恒流源功率放大電路；斬波恒流功率放大電路?7、簡(jiǎn)述直流伺服電機(jī)的PWM 工作原理答：直流伺服電機(jī)的速度與所加電壓之間成線性關(guān)系，這是電機(jī)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(jī)上， 利用調(diào)節(jié)通、斷的時(shí)間變化來改變加在直流伺服電機(jī)上的平均電壓值，從而調(diào)節(jié)直流伺服電機(jī)的運(yùn)行速度五. 綜合、計(jì)算題（ 10 分）1. 已知圖示齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)中齒輪 Z1 相對(duì)于自身回

15、轉(zhuǎn)軸線的總轉(zhuǎn)角誤差為 12 ，齒輪 Z2 相對(duì)于其自身回轉(zhuǎn)軸線的總轉(zhuǎn)角誤差為 6 ，齒輪副 Z3、Z4 輪折算到其主動(dòng)軸上的總轉(zhuǎn)角誤差為 12 ，齒輪副 Z5，Z6 折算到從動(dòng)軸上的總轉(zhuǎn)角誤差為10 。計(jì)算該齒輪傳動(dòng)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 m 1mm ，Z1=18，Z2=36， Z3=20，Z4=40， Z5=20，Z6=60。Z6輸出端Z4Z2Z5Z3輸入端Z1解： 1.)計(jì)算各級(jí)傳動(dòng)比：z2362i118z1z440i22z320z6603i320z5i1 i1i2i3223122.)計(jì)算總傳動(dòng)比：nkmaxik nk 112345maxii2i3i2i3i3

16、6i3齒輪副 Z3、Z4 的主動(dòng)軸為齒輪Z3 所在軸；齒輪副 Z5，Z6 的從動(dòng)軸為齒輪Z6 所在軸；由題意已知：112,26,3412,5610則：1234maxi 2i356ii2 i312612101266142.已知 四級(jí) 齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)中，各齒輪的轉(zhuǎn)角誤差為123418，567812 。計(jì)算該齒輪傳動(dòng)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 m 1mm ，Z1=20，Z2=30，Z3=18，Z4=36，Z5=20，Z6 =40，Z7=20，Z8=60。解： 1.)計(jì)算各級(jí)傳動(dòng)比：z2301.5i120z1iz4362218z3z6402i320z5iz8603420z7i1

17、i1i2 i3i41.5223182.)計(jì)算總傳動(dòng)比：nkmaxik nk 11234567maxii 2i 3i4i3i4i84由題意已知：123418，567812則：1234567maxii2i 3i4i3i4i841818 181812 121212181263293. 設(shè)有 i =20, 傳動(dòng)級(jí)數(shù) n= 2 的小功率傳動(dòng) , 試按等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量最小原則分配傳動(dòng)比。解：按最小等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量分配傳動(dòng)比的計(jì)算公式：2nn 112 2n 1i1n2i212 k1ik2i2 n11,2, n2n/2k根據(jù)題意，有：2nn 112 2n1i1n2i21222 112 2211 ，2022211262

18、033.04632 2 1i222022122/22210 36.563驗(yàn)算： i2i 2 3.04636.563204、某數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖所示。圖中，J 1 和 J 2 分別為中間軸和末端軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，K1 和 K 2 分別為中間軸和末端軸的剛度，TL 為負(fù)載轉(zhuǎn)矩。 假設(shè)伺服電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)常數(shù)為 K b ，轉(zhuǎn)矩系數(shù)為 K T ，電樞電阻為 Ra ，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 Jm ，電機(jī)機(jī)電放大系數(shù)為 K m ，機(jī)電時(shí)間常數(shù)為 Tm ，測(cè)速電機(jī)比電勢(shì)為 K F ，編碼器增益為 K P ，忽略電樞電感及齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，試回答下列問題：-K2 J13pZZ編碼器KF1J2測(cè)速伺服K計(jì)發(fā)電機(jī)電機(jī)14LZZKT算2機(jī)- 放大器+ KA（ 1）求負(fù)載折算到伺服電機(jī)軸上的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J e 、等效剛度 K e 和等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩 Te（ 2）將計(jì)算機(jī)等效為一個(gè)PID 環(huán)節(jié)，試畫出該系統(tǒng)的傳遞函數(shù)方框圖（ 1）慣量折算： J eJ 2J1；z222z4z2z1z3z1剛度折算： 11212；K ez1z1K 1z3z2z