《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計-張建明主編》習(xí)題答案

經(jīng)典word整理文檔，僅參考，雙擊此處可刪除頁眉頁腳。本資料屬于網(wǎng)絡(luò)整理，如有侵權(quán)，請聯(lián)系刪除，謝謝！機(jī)電一體化系統(tǒng)習(xí)題答案第一章思考與練習(xí)題一一.名詞解釋1.機(jī)電一體化機(jī)電一體化是以機(jī)械學(xué)、電子學(xué)和信息科學(xué)為主的多門技術(shù)學(xué)科在機(jī)電產(chǎn)品發(fā)展過程中相互交叉、相互滲透而形成的一門新興邊緣性技術(shù)學(xué)科。二.簡答題1.機(jī)電一體化系統(tǒng)的組成部分主要分為哪幾種答：機(jī)電一體化系統(tǒng)主要分為：機(jī)械本體、動力部分、測試傳感部分、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、控制性處理單元以及接口等部分組成。2.接口技術(shù)的作用答：是系統(tǒng)中各單元和環(huán)節(jié)之間進(jìn)行物質(zhì)、能量和信息交換的連接界面，是外設(shè)和數(shù)控裝置之間的橋梁。其功能為：變換、放大和傳遞。第二章思考題1一．名詞解釋1.誤差：是對某一特定的物理量進(jìn)行度量時，所測得數(shù)值與真值得差值。2.準(zhǔn)確度：通常用來反映系統(tǒng)的測量值與真值的近似程度，反映了系統(tǒng)誤差的大?。痪芏龋菏菑碾S機(jī)誤差的角度來反映系統(tǒng)的測量值與真值的近似程度；精確度則是系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差的綜合反映。3.傳動精度：是指機(jī)械傳動鏈單向傳動時，其輸入端與輸出端瞬時傳動比的實際值與理論值之差。4.裝配精度：是是指不同零件或不見按照特定要求組裝成具有一定功能的綜合精度，包括零件或不見的相對位置精度、運動精度、接觸精度。5.機(jī)床加工精度：是一項綜合型精度指標(biāo)，即指機(jī)床在加工工件時所能達(dá)到的精確度。6.其定位形式大致可分為手動定位、自動間歇定位和連續(xù)定位三種形式。)二.簡答題1.機(jī)械系統(tǒng)在機(jī)電一體化中的作用答：機(jī)械系統(tǒng)在機(jī)電一體化中起著傳遞功率、支撐、連接、執(zhí)行的功能。2.機(jī)床精度與機(jī)床加工精度有什么不同（判斷）答：二者的概念之間有一定的區(qū)別，機(jī)床加工精度是指在加工時體現(xiàn)出來的精度，與機(jī)床設(shè)備本身使用的時間年限、加工時的切削力、環(huán)境溫度等都有關(guān)系，而機(jī)床精度所描述的是機(jī)床的原始精度，不考慮上述這些情況。4.什么是六點定位原理答：任何一個物體在三維空間中，相對三個互相垂直的坐標(biāo)系OXYZ來說，都有六個自由度，即沿三個坐標(biāo)、y、z軸的移動，以xx、、z表示，如圖所示。如果說某物體在某一方向上表示，及繞著軸的轉(zhuǎn)動，用的自由度被限制住了，實際上是說該物體在該方向上有了一個確定的位置。當(dāng)物體的六個自由度完全被限制住時．該物體在坐標(biāo)系中的位置也就完全被確定了，也就是我們所說的六點定位原理。5.機(jī)械系統(tǒng)的組成部分主要有哪些答：—般由減速裝置、絲杠螺母副、蝸輪蝸桿副等各種線性傳動部件以及連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)等非線性傳動部件、導(dǎo)向支承部件、旋轉(zhuǎn)支承部件、軸系及架體等機(jī)構(gòu)組成。6．舉例說明，為什么有些零件在加工是不需要六點定位答：由六點定位原理可知，一個零件在機(jī)床上實現(xiàn)完全定位需要限定六個自由度。但是在一些特定環(huán)境下，沒有必要去限定六個自由度。例如，在銑床上銑削軸類零件的鍵槽時，繞軸線旋轉(zhuǎn)方向的自由度就沒有必要限定，因為從端面上來看，所得到的圓是關(guān)于過軸線的任意一個平面對稱的。思考與練習(xí)題2二.簡答題1.常見的機(jī)械傳動主要有什么機(jī)械傳動的作用主要有帶傳動、鏈傳動、蝸輪蝸桿傳動、齒輪傳動、輪系減速器及機(jī)械無極變速傳動、連桿傳動、凸輪傳動、棘輪傳動、槽輪傳動和不完全齒輪傳動等等。作用：某種傳動機(jī)構(gòu)既可以實現(xiàn)運動形式的變換，也可以實現(xiàn)運動速度的變化，同時還可以實現(xiàn)動力的傳動。2.簡述傳動比的分配原則答：(1)重量最輕原則(2)輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則(3)等效傳動慣量最小原則3.舉例說明各類支承的結(jié)構(gòu)特點（判斷）答：(1).圓柱支撐優(yōu)點：具有較大的接觸表面，承受載荷較大；缺點：方向精度和置中精度較差，且摩擦阻力矩較大。(2).圓錐支撐優(yōu)點：承載能力較強(qiáng)，方向精度和置中精度較高；缺點：摩擦阻力矩也較大，置中精度必圓柱支撐好；缺點：對溫度變化比較敏感，制造成本較高。(3).填入式滾動支撐結(jié)構(gòu)特點：沒有內(nèi)圈和外圈，僅在相對運動的零件上加工出滾道面，用標(biāo)準(zhǔn)滾珠散裝在滾道內(nèi)。主要有三種形式。(4).球面支撐(5).頂針支撐4.機(jī)械機(jī)構(gòu)的工藝性主要包括那些內(nèi)容答：機(jī)械結(jié)構(gòu)的工藝性包括毛坯鑄造的工藝性、焊接零件的結(jié)構(gòu)工藝性、零部件的裝配工藝性、零部件的機(jī)械加工工藝性等幾方面內(nèi)容。5.在機(jī)械系統(tǒng)中設(shè)計選擇構(gòu)件時，為什么要考慮動平衡問題F2使離心力系的合力和合力偶矩不等于零。產(chǎn)生的離心力為，它的方向隨著回轉(zhuǎn)件的轉(zhuǎn)動而發(fā)生周期性的變化，并在軸承中引起一種附加的動力，使整個機(jī)械產(chǎn)生周期性的振動。振動容易引起機(jī)械工作精度和可靠性降低，零件材料的疲勞損壞等。思考與練習(xí)題3一.名詞解釋1．軸系零部件：軸、軸承、聯(lián)軸器和離合器及軸上的轉(zhuǎn)動零件組合起來成一個系統(tǒng)，常稱為軸系零部件。4.導(dǎo)軌：導(dǎo)向支承部件的作用是支承和限制運動部件按給定的運動要求和規(guī)定的運動方向運動。這樣的部件通常被稱為導(dǎo)軌副，簡稱導(dǎo)軌。二.簡單題1.軸的功能及分類軸是機(jī)械中的重要零件，功能：支承轉(zhuǎn)動零件，并傳遞運動和動力。分類：(1)三點支承方式,前后及中間三處均有軸承支承，并且前后的軸承皆為雙列短圓柱滾子軸承。特點為結(jié)構(gòu)簡單，剛度較高，極限轉(zhuǎn)速較高，承載能力強(qiáng)。(2)浮動支承方式，只傳遞轉(zhuǎn)矩而不支承彎矩或受彎矩較小，兩支點并不固定。(3)定軸心的兩支點傳動軸，不近承受轉(zhuǎn)矩，而且還承受彎矩和軸向力。4.零件在軸上固定時，什么時候采用軸肩固定、什么時候采用套筒固定為了使零件端面與軸肩能很好地貼合，軸上圓角半徑r應(yīng)比軸上零件孔端的圓角半徑R或倒角高度C稍微小些時用軸肩固定。機(jī)電一體化系統(tǒng)對導(dǎo)軌的基本要求是導(dǎo)向精度高、剛性好、運動輕便平穩(wěn)、耐磨性好、溫度變化影響小以及結(jié)構(gòu)工藝性好等。1.傳感器：是將被測量(包括各種物理量、化學(xué)量和生物量等)變換成系統(tǒng)可識別的、與被測量有確定對應(yīng)關(guān)系的有用電信號的一種裝置。2.感應(yīng)同步器:感應(yīng)同步器是一種電磁位置檢測元件，感應(yīng)同步器是利用電磁感應(yīng)原理把兩個平面繞組間的位移量轉(zhuǎn)換成電信號的一種位移傳感器。1.光柵：是在透明的玻璃板上，均勻地刻出許多明暗相間的條紋，或在金屬鏡面上均勻地劃出許多間隔相等的條紋，通常線條的間隙和寬度是相等的。W相等的光柵平行安裝，且讓它們的刻痕之間有較小的夾角θ現(xiàn)若干條明暗相間的間隔相等的粗大條紋，就是莫爾條紋。它們沿著與光柵條紋幾乎垂直的方向排列.直線光柵圓光柵分類：計量光柵光柵物理光柵1.簡述光柵莫爾條紋的特點(1).用平行光束照射時,莫爾條紋由亮帶到暗帶,再由暗帶到亮帶,透過的光強(qiáng)度為正弦分布.(2).起位移放大作用(3).莫爾條紋的位移與光柵的移動成比例。(4).起平均誤差的作用思考與練習(xí)題31.什么是碼盤式編碼器碼盤式編碼器也稱為絕對編碼器，它將角度轉(zhuǎn)換為數(shù)字編碼，能方便地與數(shù)字系統(tǒng)(如微機(jī))聯(lián)接。碼盤式編碼器按其結(jié)構(gòu)可分為接觸式、光電式和電磁式三種，后兩種為非接觸式編碼器。5.檢測電路主要包括哪個部分磁柵檢測電路包括：磁頭勵磁電路、讀取信號的放大、濾波及辨向電路，細(xì)分內(nèi)插電路，顯示及控制電路等各個部分。思考與練習(xí)題5一.名詞解釋1.霍爾效應(yīng)金屬或半導(dǎo)體薄片置于磁場中，當(dāng)有電流流過時，在垂直于電流和磁場的方向上將產(chǎn)生電動勢，這種物理現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。3.熱電效應(yīng)將兩種不同成分的導(dǎo)體組成一個閉合回路，如圖所示，當(dāng)閉合回路的兩個接點分別置于不同的溫度場中，回路中產(chǎn)生一個方向和大小與導(dǎo)體的材料及兩接點的溫度有關(guān)的電動勢，這種效應(yīng)稱為“熱電效應(yīng)”。二.簡答題1.簡述直流測速發(fā)電機(jī)的工作原理。直流測速發(fā)電機(jī)的工作原理與普通直流發(fā)電機(jī)相同。圖所示為電磁式直流測速發(fā)電機(jī)的工作原理圖。圖在恒定磁場中，旋轉(zhuǎn)的電樞組切割磁通，并產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，由電刷兩端引出的電樞電壓為：ECnae空載運行時，電樞電流I＝0，直流測速發(fā)電機(jī)的輸出電壓就等于電樞感應(yīng)電動勢，即：aUEa輸出電壓與轉(zhuǎn)速成正比。I0負(fù)載運行時，電樞電流，若不計電樞反應(yīng)的影響，不計電刷接觸壓降，直流測速發(fā)電機(jī)的輸出電壓為：aURUEIRERaaaaaL把式上兩式結(jié)合，整理后得：CnCnUeR1aRL在理想情況下，系數(shù)C中的參數(shù)均為常數(shù)，因而從式中可以看出測速發(fā)電機(jī)的輸出電壓與轉(zhuǎn)速嚴(yán)格成正比。2.簡述霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的工作原理。假設(shè)薄片為N型半導(dǎo)體，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場方向垂直于薄片，加圖所示，在薄片左右兩端通以電流IBFL侖茲力)而發(fā)生偏轉(zhuǎn)，結(jié)果在半導(dǎo)體的后端面上電子有所積累，而前端面缺少電子，因此后端面帶負(fù)電，前端面帶正電，在前后端面間形成電場。該電場產(chǎn)生的電場力F阻止電子繼續(xù)偏轉(zhuǎn)。當(dāng)F與F相等時，電子積累達(dá)到動態(tài)平衡。這時，EEL在半導(dǎo)體前后兩端面之間(即垂直于電流和磁場方向)建立電場，稱為霍爾電場E，相應(yīng)的電勢稱為霍爾電勢U。HH圖由實驗可知，霍爾電勢的大小與激勵電流I和磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度成正比，與半導(dǎo)體薄片厚度d成反比，即IBURdHH4.機(jī)電一體化系統(tǒng)中常用的檢測環(huán)節(jié)有哪幾類主要可以測量什么根據(jù)被檢測物理量特性的不同，檢測環(huán)節(jié)可分為：(1)運動學(xué)檢測系統(tǒng)：主要完成對位移、速度、加速度和振動的檢測；(2)力學(xué)參數(shù)檢測系統(tǒng)：主要完成對拉力、壓力、彎曲力矩和應(yīng)力的檢測；(3)其他物理量檢測系統(tǒng)：可對溫度檢測、濕度檢測、酸堿度檢測、聲音檢測和圖像檢測系統(tǒng)等。第四章思考與練習(xí)題一.名詞解釋濾波：所謂濾波，就是從所測量的信號中除去不需要的信號。二.簡單題2.控制系統(tǒng)中常用的輸入裝置有哪些常用的輸入裝置是鍵盤、各種開關(guān)和接口電路等。3.共陽極和共陰極的LED有何不同之處答:LED被點亮。共陽極的接法是發(fā)光二極管的陽極接高電平，當(dāng)數(shù)碼管的筆劃發(fā)光二極管的陰極為低電平時，該筆劃被點亮?？傊饕獏^(qū)別在于LED數(shù)碼管的接法和驅(qū)動筆劃的數(shù)據(jù)電平的不同。4.控制系統(tǒng)主要有哪些部分組成機(jī)電一體化的控制系統(tǒng)一般由數(shù)控裝置、輸入、輸出裝置、接口、功率放大電路等幾部分組成。5.控制系統(tǒng)中的信息顯示主要的方法是什么矩陣式鍵盤由一組行線(X)與一組列線(Y)交叉構(gòu)成，按鍵位于交叉點上，為對各個鍵進(jìn)行區(qū)別，可以按一定規(guī)ii將列線通過上拉電阻接至+5V電源，當(dāng)無鍵按下時，行線與列線斷開，列線呈高電平。當(dāng)鍵盤上某鍵按下時，則該一種是軟件延時：通過延時子程序的方法來實現(xiàn)的，它占有CPU時間。另一種是用定時器方法：是通過設(shè)置定時時間常數(shù)的方法來實現(xiàn)的。2)步進(jìn)電機(jī)的加減速控制一般用微機(jī)控制系統(tǒng)的加減速，控制時需準(zhǔn)備下列數(shù)據(jù)：①加減速的斜率；②加速過程的總步數(shù)；③恒速運行總步數(shù)；④減速運行的總步數(shù)。(一)以三相單三拍為例：當(dāng)A相繞組通人直流電流i時，由于磁力線力圖通過磁阻最小的路徑，轉(zhuǎn)子將受到磁阻轉(zhuǎn)矩的作用而轉(zhuǎn)動。當(dāng)轉(zhuǎn)子A如果AA相繞組斷電，而使B相繞組通電。這樣轉(zhuǎn)子就會順時針旋轉(zhuǎn)30°，到其軸線與B相繞組軸線相重合的位置，如圖所示。繼續(xù)改變通電狀態(tài)，即使B相繞組斷電，C相繞組通電，轉(zhuǎn)子將繼續(xù)順時針旋轉(zhuǎn)30°，如圖所示。如果三相定子繞組按照A—C—B順序通電，則轉(zhuǎn)子將按逆時針方向旋轉(zhuǎn)。上述定子繞組的通電狀態(tài)每切換一次稱為“一拍”，其特點是每次只有一相繞組通電。每通入一個脈沖信號，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一個角度，這個角度稱為步距角。每經(jīng)過三拍完成—次通電循環(huán)，所以稱為“三相單三拍”通電方式。三相雙三拍運行方式的通電順序是AB－BC－CA－AB。由于每拍都有兩相繞組同時通電、如A、B兩相通電時，轉(zhuǎn)子齒極受到定子磁極的吸引、而受到的吸引，轉(zhuǎn)子在兩者吸力相平衡的位置停止轉(zhuǎn)動，如圖1a所示。下一拍相通電時，轉(zhuǎn)子將順時針轉(zhuǎn)過30°，達(dá)到新的平衡位置，如圖1b所示。再下一拍C、A相通電時，轉(zhuǎn)子將再順時針轉(zhuǎn)過30°，達(dá)到新的平衡位置，如圖1c所爾?？梢娺@種運行方式的步距角也是30°。3.步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動控制是如何來實現(xiàn)的包括哪幾部分其中步進(jìn)電機(jī)的弱電部分實現(xiàn)了頻率、數(shù)量和方向的變化，主要包括脈沖混合電路、加減脈沖分配電路、加減速電路和環(huán)形分配器四個部分。2.脈寬調(diào)制：所謂脈寬調(diào)制，就是使功率晶體管工作于開關(guān)狀態(tài)，開關(guān)頻率恒定，用改變開關(guān)導(dǎo)通時間的方法來調(diào)整晶體管的輸出。使電機(jī)兩端得到寬度隨時間變化的電壓脈沖。當(dāng)開關(guān)在單周期內(nèi)的導(dǎo)通時間隨時間發(fā)生連續(xù)地變化時，電機(jī)電樞得到的電壓的平均值也隨時間連續(xù)地發(fā)生變化，而由于內(nèi)部的續(xù)流電路和電樞電感的濾波作用，電樞上的電流則連續(xù)地改變，從而達(dá)到調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。相同點：(1)組成部分都是有動力元件、執(zhí)行元件、控制元件和輔助元件組成；(2)工作原理相似，工作原理都是先將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為便于輸送的液(氣)壓能，后又將液(氣)壓能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能做功，以實現(xiàn)某種控制。不同點：(1)工作介質(zhì)不同，液壓傳動的介質(zhì)是液壓油，而氣壓傳動的工作介質(zhì)是壓縮空氣。(2)氣壓傳動與液壓傳動比較其元件結(jié)構(gòu)簡單，系統(tǒng)中不必有回氣管，不污染環(huán)境；氣動系統(tǒng)在惡劣工作環(huán)境中，安全可靠性優(yōu)于液壓系統(tǒng)。(3)氣壓傳動與液壓傳動比較工作壓力較低，輸出功率較小，因此氣信號傳遞的速度慢，不宜用于高速傳遞的回路中。氣壓傳動的壓縮控制，容易使載荷變化使動作穩(wěn)定性比液壓介質(zhì)差。(4)另外氣壓傳動排