機(jī)電一體化考試答案

《機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)》復(fù)習(xí)題一、填空1、機(jī)電一體化系統(tǒng)由機(jī)械系統(tǒng)〔機(jī)構(gòu)〕、信息處理系統(tǒng)〔計(jì)算機(jī)〕、傳感檢測(cè)系統(tǒng)〔傳感器〕、動(dòng)力系統(tǒng)、執(zhí)行元件系統(tǒng)等五個(gè)子系統(tǒng)組成。2、機(jī)電一體化系統(tǒng)〔產(chǎn)品〕的設(shè)計(jì)類型大致有開發(fā)型設(shè)計(jì)、適應(yīng)性設(shè)計(jì)和變異性設(shè)計(jì)等三種。3、常用的機(jī)械傳動(dòng)部件有螺旋傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、同步帶傳動(dòng)、高速帶傳動(dòng)、各種非線性傳動(dòng)部件等。4、導(dǎo)向支承部件的作用是支撐和限制運(yùn)動(dòng)部件按給定的運(yùn)動(dòng)要求和規(guī)定的運(yùn)動(dòng)方向運(yùn)動(dòng)。5、執(zhí)行元件根據(jù)使用能量的不同，可以分為電動(dòng)勢(shì)、液壓式和氣壓式等類型。6、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)械角位移的執(zhí)行元件。從勵(lì)磁相數(shù)來分有三相、四相、五相、六相等步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。7、單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，常使用LED(發(fā)光二級(jí)管)、CRT和LCD(液晶顯示器)作為顯示器件。8、工業(yè)機(jī)器人一般應(yīng)由機(jī)械系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、檢測(cè)傳感系統(tǒng)和人工智能系統(tǒng)等組成。9、CNC機(jī)床按工藝用途分類可分為普通數(shù)控機(jī)床、機(jī)械加工中心、多坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床。10、機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般方法包括機(jī)電互補(bǔ)法、融合〔結(jié)合〕法、組合法。11、機(jī)座或機(jī)架既起支承作用，承受其它零部件的重量及在其上保持相對(duì)的運(yùn)動(dòng)，又起基準(zhǔn)作用，確保部件間的相對(duì)位置。12、對(duì)伺服系統(tǒng)的根本要求有精度要求更高、可靠性更好、響應(yīng)速度更快。13、交流伺服電機(jī)消除“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象的解決方法是。14、兩相交流伺服電動(dòng)機(jī)的控制方法有三種：①幅值控制；②相位控制；⑧幅值—相位控制。機(jī)電一體化系統(tǒng)中應(yīng)用較多的控制方法是。15、步進(jìn)電機(jī)步距角是指在一個(gè)脈沖作用下〔即一拍〕電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角位移，失調(diào)角是指轉(zhuǎn)子軸上袈加一負(fù)載轉(zhuǎn)矩時(shí)轉(zhuǎn)子齒中心線與定子齒中心線所錯(cuò)過的電度角，最大靜轉(zhuǎn)矩是指失調(diào)角=正負(fù)90度。16、按照校正裝置在系統(tǒng)中的聯(lián)接方法，可把校正分為有源校正和無(wú)源校正。17、常用的執(zhí)行元件是電氣執(zhí)行元件，其輸入是電能，輸出為機(jī)械能。18、按刀具相對(duì)工件移動(dòng)的軌跡分類，數(shù)控機(jī)床可分為點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床、點(diǎn)位直線控制數(shù)控機(jī)床、輪廓控制數(shù)控機(jī)床。19、反應(yīng)回路上的傳動(dòng)鏈齒輪傳動(dòng)間隙既影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性又影響系統(tǒng)精度。二、名詞解釋1、典型負(fù)載：是指慣性負(fù)載、彈性負(fù)載、摩擦負(fù)載〔滑動(dòng)摩擦負(fù)載、粘性摩擦負(fù)載、滾動(dòng)摩擦負(fù)載〕。2、可靠性：是指系統(tǒng)〔產(chǎn)品〕在規(guī)定條件下和規(guī)定時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力。3、機(jī)電一體化；是機(jī)械技術(shù)、電子技術(shù)和信息技術(shù)等各相關(guān)技術(shù)有機(jī)結(jié)合的一種新形式，是電子技術(shù)、信息技術(shù)向機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域滲透過程中逐漸形成的一種新概念。4、半閉環(huán)系統(tǒng)：半閉環(huán)控制系統(tǒng)是在開環(huán)控制系統(tǒng)的伺服機(jī)構(gòu)中裝有角位移檢測(cè)裝置，通過檢測(cè)伺服機(jī)構(gòu)的滾珠絲杠轉(zhuǎn)角間接檢測(cè)移動(dòng)部件的位移，然后反應(yīng)到數(shù)控裝置的比擬器中，與輸入原指令位移值進(jìn)行比擬，用比擬后的差值進(jìn)行控制，使移動(dòng)部件補(bǔ)充位移，直到差值消除為止的控制系統(tǒng)。5、反求設(shè)計(jì)：是以現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論。方法和技術(shù)為根底，運(yùn)用各種專業(yè)人員的工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)、知識(shí)和創(chuàng)新思維，對(duì)已有的系統(tǒng)〔產(chǎn)品〕進(jìn)行剖析、重構(gòu)、再創(chuàng)造的設(shè)計(jì)。6、三相單三拍：步進(jìn)電機(jī)，三項(xiàng)勵(lì)磁繞組依次單獨(dú)通電運(yùn)行，換接三次完成一個(gè)通電循環(huán)。7、最小應(yīng)用系統(tǒng)：是除了外圍接口以外系統(tǒng)可以上電工作的系統(tǒng)，一般包括：CPU核、工作電源、復(fù)位電路、調(diào)試接口、以及必要的RAM和ROM等。8、光電隔離：是半導(dǎo)體管敏感器件和發(fā)光二極管組成的一種新器件,它主要功能是實(shí)現(xiàn)電信號(hào)的傳送.輸入與輸出絕緣隔離,信號(hào)單向傳輸,無(wú)反應(yīng)影響.抗干擾性強(qiáng),響應(yīng)速度快.工作時(shí),把輸入信號(hào)加到輸入端,使發(fā)光管發(fā)光,光敏器件在磁光輻射下輸出光電流,從而實(shí)現(xiàn)電光點(diǎn)的兩次轉(zhuǎn)換.

9、機(jī)械諧振：由傳動(dòng)裝置〔傳動(dòng)系統(tǒng)〕的彈性變形而產(chǎn)生的振動(dòng)稱為結(jié)構(gòu)諧振或機(jī)械諧振。10、后備冗余：又稱非工作儲(chǔ)藏或待機(jī)儲(chǔ)藏，平時(shí)只需要一個(gè)單元工作，另一個(gè)單元是冗余的，用于待機(jī)備用。11、置中精度：是指運(yùn)動(dòng)件轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，運(yùn)動(dòng)件的中心與承導(dǎo)件的中心之間產(chǎn)生偏移的程度。三、簡(jiǎn)答題1、利用“微機(jī)”實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)機(jī)床的機(jī)電一體化改造的方法有哪兩種？答：一種是以微機(jī)為中心設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)；另為一種是采用標(biāo)準(zhǔn)的步進(jìn)電機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)作為主要控制裝置。簡(jiǎn)述機(jī)電一體化系統(tǒng)〔產(chǎn)品〕的內(nèi)部功能與系統(tǒng)價(jià)值之間的關(guān)系。3、簡(jiǎn)述機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程。答：〔1〕根據(jù)目的功能確定產(chǎn)品規(guī)格、性能指標(biāo)；〔2〕系統(tǒng)功能部件、功能要素的劃分；〔3〕接口的設(shè)計(jì)；〔4〕綜合評(píng)價(jià)〔或整體評(píng)價(jià)〕；〔5〕可靠性復(fù)查；〔6〕調(diào)制與調(diào)試。4、現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法相比擬有何突出特點(diǎn)？5、為確保機(jī)械系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和工作穩(wěn)定性，通常對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)提出哪些要求？答：〔1〕低摩擦〔2〕短傳動(dòng)鏈〔3〕最正確傳動(dòng)比〔4〕反向死區(qū)誤差小〔5〕高剛性；6、簡(jiǎn)述同步帶傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn)。7、何為同步帶傳動(dòng)中的“爬齒”現(xiàn)象？如何解決“爬齒”現(xiàn)象？8、如何實(shí)現(xiàn)機(jī)座或機(jī)架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)？9、試說明閉環(huán)伺服系統(tǒng)與半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的區(qū)別和優(yōu)缺點(diǎn)。10、以三相步進(jìn)電機(jī)為例，說明步進(jìn)電機(jī)工作原理。答：105P簡(jiǎn)述步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步距角的定義及其計(jì)算方法。答：一個(gè)脈沖作用下〔即一拍〕電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角位移稱為步距角。步距角大小與通電方式和轉(zhuǎn)子齒數(shù)有關(guān)，其大小可用下式計(jì)算107P12、試編寫D/A轉(zhuǎn)換程序?qū)崿F(xiàn)12位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，其中低8位存在片內(nèi)RAM的50H單元中，高4位數(shù)據(jù)存放在51H中。13、簡(jiǎn)述機(jī)電一體化系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)設(shè)計(jì)和動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容。答：穩(wěn)態(tài)設(shè)計(jì)包括系統(tǒng)的輸出運(yùn)動(dòng)參數(shù)到達(dá)技術(shù)要求、執(zhí)行元件的參數(shù)選擇、功率或轉(zhuǎn)矩的匹配及過載能力的驗(yàn)算、各主要元部件的選擇與控制電路設(shè)計(jì)、信號(hào)的有效傳遞、各級(jí)增益的分配、各級(jí)之間的阻抗匹配和抗干擾措施等，并未后面的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)中的校正補(bǔ)償裝置的引入留有余地。動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)主要是設(shè)計(jì)校正補(bǔ)償裝置，使系統(tǒng)滿足動(dòng)態(tài)技術(shù)指標(biāo)要求，通常要進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真，或借助計(jì)算機(jī)進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)。工程上一般采取哪些措施消除和減小機(jī)械諧振？答；〔1〕提高傳動(dòng)剛度；〔2〕提高機(jī)械阻尼；〔3〕采用校正網(wǎng)絡(luò)；〔4〕應(yīng)用綜合速度反應(yīng)減小諧振；四、計(jì)算題1、雙波諧波齒輪齒數(shù)，剛輪齒數(shù)，波發(fā)生器的轉(zhuǎn)速。如圖1所示。試求：①剛輪固定時(shí)柔輪的轉(zhuǎn)速②柔輪固定時(shí)剛輪的轉(zhuǎn)速。解：〔1〕剛輪固定時(shí)：n1=-〔2〕柔輪固定時(shí)〔數(shù)值不一樣，方法一樣〕圖4-1圖5-12、圖4-2為壓電式變換器〔傳感器〕原理圖，設(shè)電氣變換局部的輸入阻抗為R，壓電元件的楊氏模量為E，在外力F作用下產(chǎn)生的位移為x，所形成的電荷為Q，C為電容量，試推導(dǎo)該壓電式變換器〔傳感器〕的輸入-輸出傳遞函數(shù)?！?19~220p〕圖4-2壓電式變換器原理圖圖4-3動(dòng)電式傳感器輸入-輸出傳遞函數(shù)推導(dǎo)。五、設(shè)計(jì)題1、設(shè)有一進(jìn)給系統(tǒng)如圖2所示。：移動(dòng)部件〔工作臺(tái)、夾具、工件等〕的總質(zhì)量mA＝500kg；沿運(yùn)動(dòng)方向的負(fù)載力FL＝1000N〔包含導(dǎo)軌副的摩擦阻力〕；電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jm=4×10-4kg·m2,轉(zhuǎn)速為nm；齒輪軸部件I〔包含齒輪〕的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JI=5×10-3kg·m2；齒輪軸部件II〔包括齒輪〕的轉(zhuǎn)動(dòng)慣