机电一体化系统设计基础复习汇总20167

填空（永磁式直流伺服电机）又称为力矩电动机，在位置控制方式的伺服 系统中，可在堵转状态下工作。B（半）闭环控制的驱动装置中，丝杠螺母机构位于闭环之 外所以它的（回程误差和传动误差都会影响输出精度）。 步进电机转动后，其输出转矩随着工作频率增高而（下降） 步进电机转角的精确控制是通过控制输入脉冲的（数量）来实现的。 闭环控制的驱动装置中，齿轮减速器位于前向通道，所以它的 （回 程误差不影响输出精度，但传动误差影响精度）。C传动系统的固有频率对传动精度有影响，（提高）固有 频率可减小系统地传动误差，（提高）系统刚度可提高固 齿轮传动的总等效惯量随传动级数（增加而增加）。采用脉宽调制PWM进行直流电动机调速驱动时，通过改变（脉冲 的宽度）来改变电枢回路的平均电压。D导程 L0=8mm 的丝杠驱动总质量为 60kg 的工作台与工件，则其折算到丝杠上的等效转动惯量为（97）kgmm2导程L0=8mm的丝杠总质量为6kg，标称直径为40mm，则其转动 惯量为（1200） kgmm2。多级齿轮传动中，各级传动比“前小后大”的分配原则不适用于按 （重量最轻原则）设计的传动链多级齿轮传动中，各级传动比相等的分配原则适用于按（重量最轻 原则小功率装置）设计的传动链。F幅频特性和相频特性是模拟式传感器的（动态特性指标）。G光栅传感器的光栅是在一块长条形的光学玻璃上密集等间距平行的刻线，刻线数为100线/mm,经四倍细分后 记数脉冲为 400，光栅位移是（ 1） mm。光栅传感器的光栅是在一块长条形的光学玻璃上密集等间距平行的刻线，刻线数为100线/mm，此光栅传感器测量分辨率是（0.01 mm。H 含有微处理器，可进行程序编制或适应条件变化的接口是（智能接 口）。HRGP-1A 喷漆机器人中的活塞式液压缸属于系统中的（ 驱动部 分）。HRGP-1A 喷漆机器人中的手部属于系统中的（执行机构）。HRGP-1A 喷漆机器人中的旋转变压器属于系统中的 （测试传感部 分）J 检测环节能够对输出进行测量，并转换成比较环节所需要的量纲， 一般包括传感器和（转换电路）。计算机控制系统实际运行时，需要由用户自行编写（ 应用软件）， 具有实时性、针对性、灵活性和通用性。机械系统的刚度对系统的主要影响表现为（固有频率,精度,稳定性） 等方面。机械系统的刚度对系统的动态特性主要影响表现为 （固有频率,失 动量,稳定性）等方面。机电一体化技术是以（机械）部分为主体，强调各种技术的协同和集 成的综合性技术。机电一体化技术是以（电子）技术为核心，强调各种技术的协同和集 成的综合性技术。M某机电一体化系统需要消除齿轮传动的齿侧间隙，采取（轴向压簧错齿调整法）使得调整过程中能自动补偿齿侧间隙？P频率响应函数是传感器的（动态特性指标）。PID控制算法中，微分调节器的主要作用是（加快响应）。S受控变量是机械运动的一种反馈控制系统称（伺服系统）。 数控机床进给系统的伺服电机属于设备的（驱动部分）。T通常，数控精密镗铣床等高精度数控设备，其伺服系统的控制方式 均采用（闭环控制）。W为提高机电一体化机械传动系统的固有频率，应设法 （增大系统刚 度）。X 下列哪种方法是采用单螺母预紧原理来消除滚珠丝杠副的间隙？ （偏置导程法）。下列哪个是传感器的动态特性（幅频特性）。Y以下产品属于机电一体化产品的是（全自动洗衣机）。 以下产品不属于机电一体化产品的是（电子计算机、移动电话）。 以下除了（继电器控制系统），均是由硬件和软件组成。以下抑制电磁干扰的措施，除了（软件抗干扰），其余都是从切断传 播途径入手。以下可对交流伺服电动机进行调速的方法是（改变电动机的供电频 率）。有一脉冲电源，通过环形分配器将脉冲分配给五相十拍通电的步进 电机定子励磁绕组，已知转子有 24 个齿，步进电机的步距角是 （1.5 ）。Z在开环控制系统中，常用（步进电动机）做驱动元件。 在工业控制应用中，为了（适应工业仪表的要求）， D/A 转换的输出 常常要配接 V/I 转换器。判断PLC完善的自诊断功能，能及时诊断出工作安全性VB步进电动机转动惯量越大，同频率起动转矩就越大X 闭环伺服系统中编码器检测得到XC产品组成零部件和装配精度高,系统的精度一定就高X 齿轮传动的啮合间隙使系统产生低频振荡V 齿轮传动系统各级传动比等效转动惯量为最小X 传感器的转换元件响应被测量的部分X 传感器在使用前、中或修理后性能指标达到要求V 传感器的静态特性输出与输入之间的关系X 传动机构转动惯量取决机构中各部件的质量和转速X 采用偏心轴套调整法且可以自动补偿侧隙X 采用虚拟样机代替物理面向客户与市场需求能力X 采用双螺母螺纹调能够进行精确调整X 迟滞是传感器静态特性输出输入特性曲线不重合度V 迟滞是传感器的一.输出输入特性曲线不重合引起的X D电液伺服系统的过载能力重载的高加减速驱动V 对直流伺服电动机来说，其机械特性越硬越好X 电气驱动部件的固有频系统的基本固有频率2-3倍X F反求设计是建立在概率降低维修费用X仿真根据采用的模型分为计算机仿真、和全物理仿真VG滚珠丝杠垂直传动，必须附加自锁或制动装置V 感应同步器是应用电磁感应原理检测直线位移和转角V 工业机器人驱动部分在控制信各种类型的传动方式V J机电一体化系统的主要就输出具有所需特性的物质X 机电一体化系统是以微电子技术集成的综合性技术X 机电一体化系统的机械系统与一.快速响应性的特性V 机电一体化产品的适应性设计而形成系列产品的设计X 机电一体化产品不仅是人的手与功能上的本质区别V 进行机械系统结构设计时，阻尼比I取值越小越好X 计算机控制系统采样周期越小，其控制精度就越高X 计算机控制系统设计完成后，进行硬件和软件的调试X 计算机控制系统的软件主要分主要是系统软件设计X 绝对式光电编码器能用于角位置.能用于角速度测量X L绿色设计是对已有的产品或技术再创造的设计XM脉冲分配器的作用是使电动机按一定规律变化V 目前，大部分硬件接口和软件接口编写相应的程序V PPLC采用扫描工作方式，扫描周期的PLC的工作速度VQ驱动部分在控制信息作用下提供类型的驱动装置V 驱动元件的选择及动力计算是机电.阶段的工作之一 V 驱动装置中同一环节的误差，其高频分可能是不同的V 驱动电路中采用脉冲调制pwm放大关状态，管耗小V 气压伺服驱动系统常用在定位精度较高的场合使用X 气压伺服系统的过载能力强重载的高加减速驱动X 全物理仿真与计算机仿真相比较.快捷与实用的方法X 嵌入式系统大多工作在为特定集成度高特点VS信息处理技术是指在机电一体化决策分析等技术V 双螺母消除轴向间隙的结构形式能够精确调整X 数字式位移传感器有光栅、磁栅统计位移的尺寸V 数字化物理样机就是一种结构设计结构上的设计X 数控机床中的计算机属于机电一体系统的驱动部分X 伺服驱动系统在控制信息作用下类型驱动装置VT通常，步进电机的最高连续工作最高启动频率V 通常，机械传动系统的驱动部件的固有频率2-3倍V 通常，提高响应速度和提高系统系统的控制形式V 通用型计算机系大多工作在为特定集成度高等特点X TTL电平接口不能用于驱动带电气隔离的继电器X TTL电平接口能用于驱动带电气隔离的继电器VW为减少机械传动部件的扭矩反馈而失去稳定性X 无论采用何种控制方案高于检测装置的精度XX系统论、信息论、控制论是一体化技术的方法论V 系统的静摩擦阻尼越大定位精度降低V 信息处理技术是指在机电一体化产决策分析等技术V 选择传感器时测量的目的精度高的传感器X 现代嵌入式系统的设计方法是设计流程分别完成X 现场总线系统采用一对一的设备连线系统的结构形式X 需求设计是指新产品开发的整个生需求产品的过程V 虚拟设计是在基于多媒体的、交互设计和应用的需要V Y永磁型步进电动机即使其定子可用于定位驱动V 一般说来，全物理仿真较之计算机与实用的仿真方法X 一个完善的机电一体化系统，应包括通过接口相联系X Z自动控制是在人直接参与的.按照预定的规律运行X 自动控制技术是机电一体化相关技响应速度和稳定性V 直流伺服电动机的调速特性是电机输出转矩的关系X 直流伺服电动机的机械特性是电机控制电压的关系X 直流伺服电动机和永磁同步.pwm控制方式进行控制V 直流伺服电机的驱动电路中，由于多用于小功率系统X在闭环系统中，因齿轮副的啮合1-5倍J610倍X 在闭环控制系统中，驱动装置中输出精度影响不同” 在工控机系统的总线中，控制总线总线上信息流的时序丁 在工控机系统的总线中，数据总线总线上信息流的时序X 在滚珠丝杠螺母间隙的调整结构中，制作成本低X 在全自动洗衣机产品的设计过程中，阶段的任务之一 X 阻尼比除了阻尼系数B有关，系数K和质量m有关解答B步进电动机的输入信号是什么？如何实现对其转速和旋转方向的 控制?步进电机的输入信号是脉冲序列。步进电机的步转角a与运 行拍数m,通电方式k（m=kN，单拍时k=1,双拍时k=2,N为定子绕组 的相数），转子的齿数z有关，步进电机定子绕组通电状态的改变速度 越快，其转子旋转的速度越快，即通电状态的变化频率越高 ，转子的 转速越高。改变步进电机定子绕组的通电顺序 ，转子的旋转方向随 之改变。比较直流伺服电动机和交流伺服电动机的适用环境差别?直流伺服 电动机具有良好的调速特性，较大的起动转矩，相对功率大及快速响 应等优点。尽管其结构复杂，成本较高，在机电控制系统中作为执行 元件还是获得了广泛的应用。与普通直流伺服电动机相比较 ，普通 交流伺服电动机的特点是:它不需要电刷和换向器，因而避免了由于 存在电刷和换向器而引起的一系列弊病。此外，它的转动惯量，体积 和重量一般来说也较小。缺点是:输出功率和转矩较小;转矩特性和 调节特性的线性度不及直流伺服电动机好 ;其效率也较直流伺服电 动机为低。C齿轮传动中各级传动比的最佳分配原则分别有哪些，各使用在哪 些场合？齿轮传动中各级传动比的最佳分配原则：a.重量最小原则 （结构紧凑）b.转动惯量最小原则（快速相应）c.输出轴转角误差最小 原则（精度）。结合可行性，经济性对转动惯量，结构尺寸和传动精度提 出适当要求：要求体积小，重量轻的齿轮采用重量最轻的原则 ;要求 运动平稳，起停频繁和动态性能好的轮系采用最小转动惯量原则或 输出轴转角误差最小原则;提高传动精度和减小回程误差为主的轮 系采用转角误差最小原则。齿轮传动中齿侧间隙对系统有何影响 ，如何消除圆柱直齿轮的齿侧 间隙?齿轮的啮合间隙会造成传动死区，若该死区是在闭环系统中， 则可能造成系统不稳定，常会使系统以 1-5 倍间隙角产生的低频振 荡。为了降低制造成本，则多采用各种调整齿侧间隙的方法来消除 或减小啮合间隙，常用的方法有：偏心套调整法，轴向垫片调整法，双 片薄齿轮错齿调整法等。G滚珠丝杠副消除轴向间隙的调整预紧方法有哪些，圆柱直齿轮的 齿侧间隙的调整方法有哪些?滚珠丝杠副消除轴向间隙的调整预紧 方法有：螺纹预紧调整式，双螺母齿差预紧调整式，双螺母垫片预紧 调整式，弹簧式自动调整预紧式，单螺母变位导程自预紧式。圆柱直 齿轮的齿侧间隙调整方法有 ：偏心套调整法，轴向垫片调整法，双片 薄齿轮错齿调整法。H何谓概念设计？简述概念设计的设计过程?在确定任务之后，通过 抽象化，拟定功能结构 ，寻求适当的作用原理及其组合等 ，确定出基 本求解途径，得出求解方案，这一部分设计工作叫做概念设计。设计 过程：1 首先是将设计任务抽象化，确定系统的总功能。 2然后将总功 能分解为子功能，直到分解到不能再分解的功能元为止。 3寻找子功 能的解，并将原理解进行组合，形成多种原理解设计方案。 4 最后对 众多方案进行评价与决策,最终选定最佳方案形成概念产品。J简述对滚珠丝杠副进行间隙调整和预紧方法？通常采用双螺母预 紧和单螺母（适于大滚珠，大导程）两种方法，将弹性变形控制在最小 限度内，以减小或消除轴向间隙，并可提高滚珠丝杠副的刚度。常用 的双螺母消除轴向间隙的结构形式有三种：螺纹调隙式，垫片调隙式 和齿差调隙式三种;单螺母消隙常用增大滚珠直径法和偏置导程法 两种预紧方法。简述数控设备中计算机数控装置的组成和功能？ 在数控设备中，计 算机数控装置是设备的核心部分 ，一般由专用计算机（或通用计算 机），输入输出接口以及机床控制器等部分构成。计算机数控装置 根据输入的数据和程序 ，完成数据运算，逻辑判断，输入输出控制等 功能;机床控制器主要用于机床的辅助功能，主轴转速的选择和换刀 功能的控制。简述完善的机电一体化系统五大组成要素？ 机电一体化系统是由 机械本体，动力系统，检测传感系统，执行部件，信息处理及控制系统 五部分相互协调，共同完成所规定的目的的功能，各部分通过接口及 相应软件有机结合在一起，构成内部匹配合理，外部效能最佳的完整 产品。简述典型的机电一体化的机械系统的组成及对其基本要求？ 典型 的机电一体化的机械系统组成包括传动机构、导向机构、执行机构、 轴系和机座或机架。机电一体化设备对机械系统的基本要求是高精 度、快速响应性和良好的稳定性.简述直流伺服电动机脉宽调制（PWM）的工作原理？脉宽调制放大 器是直流伺服电机常用的晶体管驱动电路。利用大功率晶体管的开 关作用，将直流电源电压转换成一定频率的方波电压，施加于直流电 机的电枢，通过对方波脉冲宽度的控制 ，改变电枢的平均电压 ，使电 机的转速得到调节。简述机电一体化系统中的接口的作用 ?机电一体化系统是机械 ，电 子和信息等性能各异的技术融为一体的综合系统 ，其各要素及各子 系统之间的连接与信息传输都要通过接口。从系统外部看，输入/输 出是系统与人，环境或其他系统之间的接口 ;从系统内部看，机电一 体化系统是通过许多接口将各组成要素的输入 /输出联系成一体的 系统。各要素及各子系统之间的接口性能好坏决定了整个机电一体 化系统的综合性能。简述机械系统的刚度对系统动态特性的影响?1 失动量，系统刚度越 大，因静摩擦力作用所产生的传动部件的弹性变形越小，系统的失动 量也越小。 2 固有频率，机械系统刚度越大，固有频率越高，可远离控 制系统或驱动系统的频带宽度，从而避免产生共振。 3 稳定性，刚度 对闭环系统的稳定性有很大影响，提高刚度可增加闭环系统的稳定 性。简述 HRGP-1A 喷漆机器人的示教过程？ 由工作人员用手操纵操 作机构的关节和手腕，根据喷漆工作表面的形状进行示教操作，此时 中央处理器通过反馈原件（旋转变压器）将示教过程中测试的参数 存入存储器,即把示教过程执行机构的空间轨迹记录下来。简述 HRGP-1A 喷漆机器人的示教再现过程？ 喷漆机器人的再现 过程:由计算机控制机器人的动作,中央处理器将示教时记录的空间 轨迹信息从存储器中取出,经过插补运算与采样得到的位置数据进 行比较 ,将其插值调节后输出 ,控制执行机构按照示教时的轨迹运 动。简述STD总线微机控制系统的主要特点？ 1采用小板结构，高度的 模块化,其功能模板结构灵活,可靠性高,硬件冗余小,成本低。2 模板 设计具有严格的标准和广泛的兼容性。3面向I/O的设计，具有强大 的I/O扩展能力，使控制系统非常适合工业控制的应用。4高可靠性。 简述开关量输出模板的基本组成？为:STD总线信号,输出端口译码 控制，输出数据锁存，输出信号调理电路，负载。机电一体化系统仿真在系统设计过程中所起的作用是什么？ 系统 仿真就是通过对系统模型的实验分析去研究一个存在的或设计中 的系统，这里的系统是指由相互联系和制约的各个部分组成的具有 一定功能的整体。 1 系统仿真可以在项目设计和规划时，对项目的合 理性，经济性等品质加以评价;2 系统仿真可以在系统实际运行前，对 项目的实施结果加以预测，以便选择正确，高效的运行策略或提前消 除设计中的缺陷，最大限度地提高实际系统的运行水平。可见系统 仿真在机电一体化系统设计的预见性 ，经济性方面的作用十分明 显。机械运动中的摩擦和阻尼会降低效率 ,但是设计中要适当选择其参 数,而不是越小越好。为什么？一般情况下，摩擦阻尼都发生在运动 副的构件之间。系统的静摩擦阻尼大，会使系统的回程误差增大，定 位精度降低。系统的黏性阻尼摩擦越大，系统的稳态误差就越大，精 度降低。系统的黏性阻尼摩擦会对系统的快速响应性产生不利影 响。所以摩擦阻尼不易过大 ，但是阻尼比除了与机械系统的黏性阻 尼系数 B 有关外，还与系统的刚度和质量有关。如果机械系统刚度 低而质量大，则系统的固有频率较低，此时应增大系统的黏性摩擦阻 尼，以减小振幅和衰减振动。因此，在进行机械结构设计时，应当通过 对刚度，质量和摩擦系数等参数的合理匹配，得到机械系统阻尼比的 适当取值，以保证系统的良好动态特性。机电一体化系统中,对控制机信息处理单元的基本要求？ 提高信息 处理速度和可靠性 ，增强抗干扰能力 ，完善系统自诊断功能 ，实现信 息处理智能化和小型化，轻量，标准化等。机电一体化系统仿真的模型主要有哪几种？分别应用于系统设计 的哪个阶段？ 仿真的模型主要有计算机仿真 ，半物理仿真和全物理 仿真。 1 计算机仿真用于系统的分析设计阶段;2 半物理仿真用于系 统的部件及子系统研制阶段;3 全物理仿真用于整个系统的研制阶 段。PPID控制算法中比例，积分，微分部分各起何作用？什么是PID调 节器?1 比例调节起纠正偏差的作用，且其反应迅速;2 积分调节能消 除静差，改善系统的静态特性;3 微分调节有利于减少超调，加快系统 的过渡过程。按偏差的比例，积分和微分进行控制的调节器，将偏差 的比例,积分,微分通过线性组合构成控制量，简称为P（比例）1（积 分）D（微分）调节器，是连续系统中技术成熟，应用最为广泛的一种调 节器。PLC控制系统有何优越性？ PLC主要具有可靠性高，环境适应性强, 灵活通用，使用方便，维护简单,PLC提供标准通信接口，可以方便地 构成PLC-PLC网络或计算机一PLC网络,PLC应用程序的编制和调 试非常方便,PLC具有监控功能。R如何进行机电一体化系统的可靠性设计？产品的可靠性主要取决 于产品的研制和设计阶段。要提高系统的可靠性，要从研制，设计，制 造实验，管理，使用和维护以及评审等每个阶段都考虑。 1 机械系统 的可靠性设计措施 :缩短传动链，减少元件数;必要时增设备用元件 或系统;简化结构;增加过载保护装置或自动停机装置 ;设置监控系 统;合理地规定维修期;2控制系统的可靠性设计措施:采用自动控制; 通过元器件的合理选择提高可靠性;对功率接口采用降额设计提高 可靠性;采用监视定时器提高可靠性;采取抗干扰措施提高可靠性。S什么是传感器的校准？并简述如何进行校准？传感器在使用前， 使用中或搁置一段时间再使用时必须对其性能参数进行复测或做 必要的调整和修正，以确保传感器的测量精度，这个复测调整过程 称为校准。为了对传感器有一个长期的 ，稳定的和高精度的基准， 在一些测量仪器中特别是内部装有微处理器的测量仪器中，很容易 实现自动校准功能。对传感器进行校准时，需要精度比它高的基准 器，这种基准器受时间的推移和使用的磨损等因素的影响 ，参数会 随之改变。因此对这种基准器还要用更高精度的基准器来定期校 准。什么是传感器的静态特性和动态特性？ 传感器的静态特性是指传 感器的输入信号不随时间变化或变化非常缓慢时所表现出来的输 出响应特性，称为静态响应特性。传感器的动态特性是指其输出对 随时间变化的输入量的响应特性。什么是伺服系统？伺服系统的一般组成有哪几个部分？ 伺服驱动 系统:是指以机械位置，速度和加速度为控制对象 ，在控制命令的指 挥下，控制执行元件工作，使机械运动部件按照控制命令的要求进行 运动，并具有良好的动态性能。一一相当于人四肢。伺服系统主要 包含:控制器，功率放大器，执行机构和检测装置4大部分。什么是步进电机的步距角，它由哪些参数确定？ 步进电机在每输入 一个电脉冲信号，转子所转过的角度称为步距角。它由步进电机的 相数，电机转子的齿数和电机的通电方式所决定什么是 PID 调节器？三部分在系统调节中各起什么作用？按偏差 的比例、积分和微分进行控制的调节器，将偏差的比例、积分、微 分通过线性组合构成控制量，简称为P （比例）I （积分）D （调节 器），是连续系统中技术成熟、应用最为广泛的一种调节器。（1） PID调节器中比例调节起纠正偏差的作用，其反应迅速；（ 2） 积分调节能消除警察，改善系统静态特性；（3） 微分调节有利于减少超调，加快系统的过渡过程.W完善的机电一体化系统主要包括哪几部分？机电一体化系统的基 本结构要素有机械本体，动力系统（能源，驱动部分） ，执行机构，控制 及信息处理单元，传感检测部分等 5 项，各环节和要素之间通过接口 相联系。X系统采样周期的选择时,主要考虑的影响因素主要有哪些？ 1从对 调节质量来看，采样周期在香农采样定理给出的上限范围内，采样周期越小,就越接近连续控制,而且采样周期大些也不会失去信号的主 要特征。2 从执行元件的要求来看,有时需要输出信号保持一定的宽 度,这就需要一定的时间 ,在这段时间内,要求计算机的输出值不应 变化,因此,采样周期必须大于这一时间 ,否则会导致执行元件不能 按预期的调节规律动作。3 从控制系统随动和抗干扰的性能要求来 看,则要求采样周期短些 ,这样,给定值的改变可以迅速地通过采样 得到反映，而不致在随动控制中产生大的时延。A.对于低频扰动，采 用短的采样周期可以使之迅速得到校正并产生较小的最大偏差。 B. 对于中频扰动，采用周期选大了，干扰就有可能得不到控制和抑制。 4 从计算机工作量和每个调节回路的计算成本来看 ，一般要求采样周 期大些。 5 从计算机精度来看，过短的采用周期是不合适的。因此， 各方面因素对采用周期的要求是不同的 ，甚至是互相矛盾的 ，所以， 确定采样周期时须根据具体情况和主要要求作出折中选择。计算K刻线为1024的增量式角编码器安装在机床的丝杠转轴上，已知丝杠的螺距为2mm編码器在10秒内输出307200个脉冲，试求刀架的位移量和丝杠的转速分别是多少？解：i刀架的位移量囂：0 x2二600mm2丝杠的转速ns二102誥二30r /sM(2011.1)某工作台采用如图所示的直流电机丝杠螺母机构驱动，已知工作台的行程L=250mm冬杠导程t=4mm,齿轮减速比为i=5,要求工作 台位移的测量精度为0.005mm (忽略齿轮和丝杠的传动误差)。1若采用高速端测量方法,将旋转编码器安装在电机输出轴上，确定旋转编 码器的每转脉冲数。2若采用低速端测量方法，将传感器与丝杠的端部直接相连，叫=500脉冲/转的旋转编码器是否合用？ 3试确定传感器的 分辨率5解:1高速端测量 设传感器的每转脉冲数为n ,每个脉冲对应工作台的位移为AL =tin由测量精度,A L=0.005mm,则n =iAL45 x 0.005= 160 脉冲 / 转选取 n=200 光电编码器,则理论测量精度45 x 200=0.004 0-005 =1 x 12。= i = 4S(2012.7)设有一小功率电动机驱动的二级齿轮传动减速系统如图所示，假设齿轮箱的传动效率为100%,齿轮箱的总传动比i=2,已知齿轮采 用相同材料，齿轮的宽度相等,各齿轮的模数m=4注动齿轮的齿数:z1=z3=30,请根据转动惯量最小原则设计齿轮传动系统，计算各级齿轮传动 比和齿轮2,齿轮4的齿数。解:设一级齿轮的传动比为i J,转换到电机轴的齿轮惯量:mei12i12i22兀Bp32d4J = Ji4、J = J i4 = J ( 1 )421 143 21 i1根据转动惯量最小原则冷 护=,得i16 - i2 - 2i 2 = 0或i14 - 1 - J = 011 =；m，当i4 1时，则可简化为i沁22 212 v2i=i2 1.414, z2=z4=42(2012.1) 设有一大功率电动机驱动的二级齿轮传动减速系统如图所示，假设齿轮箱的传动效率为100%,齿轮箱的传动比i=32,已知齿轮采用 相同材料，齿轮的宽度相等,各齿轮的模数m=3,主动齿轮的齿数:z1=20,z3=25,请根据重量最小原则设计齿轮传动系统,计算各级齿轮传动比 K(mz 了和齿轮2,齿轮4的齿数。(提示:齿轮的质量为4bp解：设一级齿轮的传动比为-第二级齿轮的传动比i2齿轮传动系统的总重量：M =p bm22(z )I 2丿z 2 ( + i 2)+ z 2113/ / 、(丄丫i丿i丿丿QMo 得.根据重量最小原则，令=0,得Qi11z 二31 = 2,1z 213.2二 1.6贝V： z 二 i x z 二 40、z 二 i x z 二 402211423X(20117)现有如图所示双螺母齿差调整预紧式滚珠丝杠，基本导程l0=6mm,左端齿数100,右端齿数98,端外齿轮相对于另一端外齿轮转过2 个齿时,求两个螺母之间产生的相对轴向位移。解：左端外齿轮旋转一周，螺母轴向移动6mm,则每转一个齿，螺母的轴向移动而二06mm=0.0612 mm6右端外齿轮旋转一周，螺母轴向移动6mm,则每转一个齿，螺母的轴向移动98 当两端轴向相同时：一端的外齿轮相对于另一端的外齿轮转过一个齿时，相对移动的轴向距离为0.0612-0.06=0.0012m m，所以当一端的外齿轮相对于另一端的外齿轮转过两个齿时相对移动的轴向距离为(0.0612-0.06) X2=0.0024mm.As 二 n x(11、x l = 2 x(11、1zJ丿0 98100丿12x 6mm = 2.4 卩 mY(20107)已知某四级齿轮传动系统,各齿轮的转角误差为A卩=A卩2=.=A 8=0.004弧度，各级减速比相同，即= i2= i4=2,求该系统的最大转角误差A 9。0.004 + 0.0042max+ 0.004 = 0.01125 rad一0.0040.004 + 0.0040.004 + 0.004解.AQ=+解： max 2x2x 2x 22x 2x 22x2已知某四级齿轮传动系统,各齿轮的转角误差为A 9 !=A 9 2=.=A 9 8=001弧度，各级减速比相同，即勺=i2 =.= i4 =3,求该系统的最大转角误差A 9Omax解：Mmax+ AQ = 0.01975 rad8aqaq +aq aq +aq aq +aq1 + 2 3 + 45 + 67i x i xi x i i x i xii xii1 2 3 4 2 3 43 44G(2010.7 2011.7)根据下图所示气体压力传感器的原理图，分析该传感检测系统的原理组成及各部分作用。答：气体压力传感器的工作原理是膜盒 2 的下半部与壳体 1 固接, 上半部通过连杆与磁心4 相连,磁心4 置于两个电感线圈3 中,后者 接入转换电路 5,该传感检测系统由敏感元件、转换元件和基本转换 电路三部分组成： 1 敏感元件。膜盒2就是敏感元件,其外部与大气 压pa相通，内部感受被测压力p,当p变化时，引起膜盒上半部移动， 即输出相应的位移量。2转换元件。可变电感3是转换元件,它把输 入的位移量转换成电感的变化。3基本转换电路。5即为转换电路。 J假定你在设计一套典型的机电一体化系统，比如数控机床，请制 定出概念设计的流程M（2010.1 2012.1 2012.7）某车间内的两条自动生产线上需要一款搬 运机器人,用于生产线间的产品搬运,如果该款机器人采用概念设计, 请制订出概念设计的流程。设计一套典型机电一体化系统 ,比如数 控机床的设计流程。答：产品概念设计决定性地影响产品创新过程中后续的产品详细设 计，产品生产开发，产品市场开发以及企业经营战略目标的实现。包 含以下流程：（2009.1）某物料搬动机械手的结构如图所示 ,动作过程如图所示 ,要 求机械手的操作方式分为手动方式和自动方式。机械手有升降 ,水 平移动，手爪夹持等3个自由度採用电磁阀控制的气缸驱动,PLC控 制。要求写出物料搬动机械手设计和产品开发的详细工程路线。（2011.1）某部门欲开发一款用于焊接印刷电路板芯片的机械手,请制 订出该款机械手产品的开发设计流程解：机电一体化系统的主要设计流程分为五个阶段：产品规划 ，概 念设计，详细设计，设计实施和设计定型阶段。第一阶段：产品规划阶段：进行需求分析和需求设计，以明确设计 任务。机械手的用途:物料搬运。 （焊接芯片） 工作方式：手动，自动方式。主要技术参数：3 自由度。（自由度，定位精度，运行速度） 使用环境要求：生产线。第二阶段：概念设计阶段：在功能分析的基础上，优化筛选取得较 理想的工作原理方案。第三阶段：详细设计阶段。对各功能模块进行细部设计，绘制相应 的工程图。该阶段的工作量既包括机械，电气，电子，控制与计算机软 件等系统的设计，又包括总装图和零件图的绘制。第四阶段：设计实施阶段。首先根据机械，电气图纸和算法文件，制 造，装配和编制各功能模块；然后进行模块的调试；最后进行系统 整体的安装调试，复核系统的可靠性及抗干扰性。第五阶段：设计定型阶段。对调试成功的系统进行工艺定型 ，整理 设计资料。小批量生产，试销。F分析下图调整齿侧间隙的原理。解：这是采用双螺母预紧螺纹调隙来调整齿侧间隙的。原理是 1） 采用一个外端有凸缘的螺母 3，和一个外端无凸缘但制有螺纹的螺 母 4，螺母4 伸出套筒外用两个螺母（1 和 2）固定锁紧，并用键来防 止两螺母相对转动。 2）旋转圆螺母 2，如果圆螺母 2 带动丝杠向左 微移，则通过外侧的套筒使螺母 3 向右移动，从而调整，消除间隙，并 产生了预紧力，之后再用锁紧螺母锁紧。分析下图中传动大负载时消除齿侧间隙的原理。解：这是采用双齿轮调整齿侧间隙的。原理是 1）小齿轮 1，6 分别 与齿条7啮合。 2）小齿轮1，6分别与大齿轮2，5同轴，大齿轮2，5同 时与齿轮3啮合。 3）通过预载装置4向齿轮3上预加负载，使大齿 轮 2，5 同时向两个相反方向转动，从而带动小齿轮 1，6 转动，其齿面便 分别紧贴在齿条7 上齿槽的左，右侧，从而消除了齿侧间隙。R如图所示的系统，试分析齿轮减速器，丝杠螺母机构及传感器的误 差对输出精度的影响。解：1 齿轮减速器位于前向通道，误差的低频分量会得到反馈控制系 统的补偿，不影响输出精度，因此允许有一定的间隙误差；而误差的 高频分量影响输出精度，因此应尽量减小传动误差。 2 丝杠螺母机构 位于闭环之后，其误差的低频分量和高频分量都会影响输出精度，因 此要尽量消除传动间隙和传动误差。 3 传感器位于反馈通道，其误差 的低频分量相当于系统输入信号的一部分 ，影响系统的输出精度和 稳定性，因此传感器应有较高的精度；而误差的高频分量由于系统 的低通特性而得到抑制，不影响输出精度，因此允许传感器及放大电 路有一定的高频噪声。如图所示的电机驱动工作台系统，其中驱动工作台运动的三相六拍 步进电机，转子齿数Z为40,滚珠丝杠的基本导程为lo=6mm,已 知传动系统的横向（x向）脉冲当量为0.005mm/脉冲。试求步进 电机的布距角a和减速机齿轮的传动比i.22.解：（D步迸电机的步距角_ 360 _ 360 EQ）减速齿轮的传动比：一_ 岛一 6/0.005 = T360% 3607h 50_s试分析比较直流测速发电机和光电编码器做转速测量的特点。 解：直流测速发电机由永久磁铁与感应线圈组成 ,用电枢获取速度 信号。它具有灵敏度高,结构简单等特点,常用于高精度低速伺服系 统,也可与永磁式直流电动机组成低速脉宽调速系统。直流测速发 电机的输出信号是与输入轴的转速成正比的直流电压信号 ,信号幅 度大,信号调理电路简单。由于输出电压信号有波纹,一般需要配置 滤波电路。光电编码器（增量式）主要由旋转孔盘和光电器件组成。 它具有体积小,使用方便,测量精度高等特点 ,常与直流电机配合使 用构成脉宽调速系统。增量式光电编码器输出的是与转角成比例的 增量脉冲信号，可以通过脉冲计数获得角位置信号，也可以定时取样 脉冲数的增量实现角速度测量。因此，可以同时测量转角和转速 T图示直射式光电转速传感器是一种角位移传感器，由装在被测轴 （或与被测轴相连接的输入轴 ）上的带缝隙圆盘,光源,光电器件和指 示缝隙盘组成，光源发生的光通过缝隙圆盘和指示缝隙照射到光电 器件上。试分析传感器的测量原理。解：光电传感器是可以检测出其接收到的光强的变化 ，通过把光强 度的变化转换成电信号的变化来实现控制。它首先把被测量的变化 转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电 信号。在一般情况下，光电传感器由三部分构成：发送器，接收器和 检测电路。发送器主要是对准目标不间断地发射光束 ，发射的光束 一般来源于半导体光源。在接收器的前面 ，装有光学元件如透镜和 光圈等。在其后面是检测电路 ，它能滤出有效信号和应用该信号。 通过圆盘的开空部分和不开空部分，及缝隙板，使光间隔的通过及不 通过，则光敏元件（如光敏三极管）检测到光线强度的变化 ，产生光 电流，光电流的大小随光的强弱而大小变化，然后再进一步将变化的 光信号转换成电信号。Y（2009.7）已知一个绳位移控制系统的两种驱动方案分别如图a和b 所示。1试分析两种方案的特点；2画图说明方案（a）减速器滚筒 驱动测量位移的方法。解：1驱动特点：方案 a 结构简单,易实现。绳的位移可以很大 , 但绳在滚筒方向会产生横向位移。需要采用制动器或者止逆型减速 器才能防止绳对电机的反向驱动。方案b结构较简单，成本与方案a 相当。绳的位移要受到丝杠长度的限制。普通丝杠具有止逆功能 , 无需增加制动器即可防止绳对电机的反向驱动。无横向位移。 2方案 a 的测量方法（1）电机轴安装编码器间接测量绳的位移（2） 滚筒轴安装编码器间接测量绳的位移（3） 通过对过轮转角的测量实现间接测量绳的位移Z在使用光电编码器测量位移或转速时，什么是高速端测量方案，什 么是低速端测量方案？各有什么特点。解：使用光电编码器测量位移或转速有高速端测量和低速端测量两 种方案。1 高速端测量：将编码器安装在电机轴上的测量方案。高 速端测量的特点：同样的测量精度要求 ，对编码器的测量精度要求 较低。传动件包括在闭环之外，传动误差直接影响输出精度，传动误 差无法通过控制进行补偿，因此对传动链的精度要求较高。2 低速端 测量：将编码器安装在负载轴上的测量方案。低速端测量的特点： 对编码器的精度要求较高，但传动链包括在闭环内，从而通过闭环来 消除传动误差，对传动链的精度要求较低。