機電一體化重點及答案

第一篇：機電一體化重點及答案

機電一體化 課程重點

機電一體化乃是在機械的主功能、動力功能、信息功能和控制功能上引進微電子技術，并將機械裝置與電子裝置用相關軟件有機結合而構成系統的總稱。

機電一體化系統由機械系統、信息處理系統、動力系統、傳感檢測系統、執行元件系統五個子系統組成。

全閉環系統、半閉環系統。

機電一體化的基本特征是給機械添加了“頭腦”。

機電一體化系統必須具有一下三個“目的功能”：

1、變換功能;

2、傳遞功能;

3、儲存功能。

機電一體化系統設計的考慮方法通常有：機電互補法、融合(結合)法和組合法。 機電一體化系統的設計類型大致有以下三種：

1、開發性設計;

2、適應性設計;

3、變異性設計。P13

并行工程與串行工程的差異就在于在產品的設計階段就要按并行、交互、協調的工作模式進行系統設計，就是說，在設計過程中對系統生命周期內的各個階段的要求要盡可能地同時進行交互式的協調。

絲杠螺母機構主要用來將旋轉運動變換為直線運動或直線運動變換為旋轉運動。

絲杠螺母機構的基本傳動形式有：

1、螺母固定、絲杠轉動并移動(獲得較高的傳動精度);

2、絲杠轉動、螺母移動(結構緊湊、絲杠剛性較好，適用于行程較大的場合。常用!!!);

3、螺母轉動、絲杠移動;

4、絲杠固定、螺母轉動并移動。

滾珠絲杠副的螺紋滾道有單圓弧形和雙圓弧形。滾道型面與滾珠接觸點的法線與絲杠軸向的垂線間的夾角α稱接觸角，一般為45°。P26

滾珠的循環方式有內循環和外循環兩種。外循環從結構上看有三種形式：

1、螺旋槽式;

2、插管式;

3、端蓋式。

基本導程Ph。

滾珠絲杠副在有負載時，滾珠與滾道面接觸點處將產生彈性變形。換向時，其軸向間隙會引起空回。這種空回是非連續的，既影響傳動精度，又影響系統的穩定性。

調整預緊的方法：

1、雙螺母螺紋預緊調整式;

2、雙螺母齒差預緊調整式;

3、雙螺母墊片預緊調整式;

4、彈簧式自動調整預緊式;

5、單螺母變位導程預緊式和單螺母滾珠過盈預緊式。

常用軸承的組合方式：

1、單推—單推式;

2、雙推—雙推式;

3、雙推—簡支式;

4、雙推—自由式(軸向剛度和承載能力低)。

當選定執行元件步距角α、系統脈沖當量δ和絲杠基本導程Ph之后，其減速比i應滿足匹配關系為i??Ph??)。

各級傳動比的最佳分配原則：

1、重量最輕原則;

2、輸出軸轉矩角誤差最小原則;

3、等效轉動慣量最小原則。

諧波齒輪傳動的傳動比：P41

圓柱齒輪傳動的齒側間隙的調整方法：

1、偏心套(軸)調整法;

2、軸向墊片調整法;

3、雙片薄齒輪錯齒調整法。

間歇傳動機構：

1、棘輪傳動機構;

2、槽輪傳動機構;

3、蝸形凸輪傳動機構。

機電一體化系統對導軌的基本要求是導向精度高、剛性好、運動輕便平穩、耐磨性好、溫度變化影響小以及結構工藝性好等。

導向精度是指動導軌按給定方向作直線運動的準確精度。

導軌副的截面形狀：

1、三角形導軌(磨損后能自動補償);

2、矩形導軌;

3、燕尾形導軌;

4、圓形導軌。

靜壓導軌副工作原理P65-P66。

方向精度是指運動件轉動時，其軸線與承導件的軸線產生傾斜的程度。

置中精度是指在任意截面上，運動件的中心與承導件的中心之間產生偏移的程度。 嵌入式滾動支承形式：圖a所示的結構，接觸面積小，其摩擦阻力矩較另外兩種小，但所承受的載荷也較小，在耐磨性方面也不及后兩種結構好。圖b所示結構能承受較大載荷，但摩擦阻力矩較大。圖c所示結構，在承受載荷和摩擦阻力矩方面，介于前兩者之間。P71

執行元件的種類：

1、電動式執行元件;

2、液動式執行元件;

3、氣動式執行元件。特點：P91。

步進電動機一般為開環控制，直流和交流伺服電機可采用半閉環或全閉環控制方式。閉環控制方式可得到比開環控制方式更精密的伺服控制。

電動機的功率密度PG?。電動機的比功率dp/dt?d(T?)/dt?TNd?/dtT?TN2?TN??TN/Jm。

對于起停頻率低，但要求低速平穩和扭矩脈動小，高速運行時振動、噪聲小，在整個調速范圍內均可穩定運動的機械;對起停頻率高，但不特別要求低速平穩性產品。

直流伺服電機與驅動：P98。脈寬調制直流調速驅動系統原理如圖3.4所示。P99。 步進電機是將電脈沖信號轉換成機械角位移的執行元件。轉子角位移的大小及轉速分別與輸入的電脈沖數及其頻率成正比，并在時間上與輸入脈沖同步。

步進電動機的特點：

1、工作狀態不易受各種干擾因素的影響;

2、步距角的誤差不會長期積累;

3、控制性能好，不易“丟步”。

步進電機的工作原理。P105-P107

步距角的大小與通電方式和轉子齒數有關，大小為：??360?/(zm)。m—運行拍數，通常等于相數或相數整數倍，即m?KN(N為電動機的相數，單拍時K=1，雙拍時K=2)。

實現環形分配的方法有三種：

1、采用計算機軟件，利用查表或計算方法來進行脈沖的環形分配，簡稱軟環分;

2、采用小規模集成電路搭接而成的三相六拍環形脈沖分配器;

3、采用專用環形分配器器件。

將一個步距角細分成若干步的驅動方法稱細分驅動。

要實現細分，需要將繞組中的矩形電流波改成階梯形電流波，即設法使繞組中的電流以若干個等幅等寬度階梯上升到額定值，并以同樣的階梯從額定值下降為零。

使用微型計算機對步進電機進行控制有串行和并行兩種方式。

專用控制系統適合于大批量生產的機電一體化產品。

對于多品種、中小批量生產的機電一體化產品來說，由于還在不斷改進，結構還不十分穩定，特別是對現有設備進行改造時，采用通用控制系統比較合理。

微型計算機：字長—微處理器的字長定義為并行數據總線的線數。字長直接影響數據的精度、尋址的能力、指令的數目和執行操作的時間。速度—速度的選擇與字長的選擇可一并考慮。

按微處理機位數可將微型計算機分為位片、4位、8位、16位、32位和64位等機種。位數是指微處理機并行處理的數據位數，即可同時傳送數據的總線寬度。

機器語言是設計計算機時所定義的、能夠直接解釋與執行的指令體系，其指令用“0”、“1”符號所組成的代碼表示。當CPU的引腳MN/MX接到+5V時，8086/8088工作于最小模式。MN/MX接地，8086/8088則工作于最大模式。最小工作模式是指單處理器系統。

最大工作模式是相對于最小工作模式而言的。其特征是系統中可以包括兩個或多個微處理器。

8086/8088引腳的功能定義。P137—P140

8086CPU最小工作模式系統的典型配置。P141圖4.7

I/O尋址方法。P152

光電隔離電路的作用：

1、可將輸入與輸出端兩部分電路的地線分開，各自使用一套電源供電;

2、可以進行電平轉換;

3、提高驅動能力。

光電耦合隔離電路應用。P169

傳感器是將被檢測對象的各種物理變化量變為電信號的一種變換器。

按輸出信號的性質可將傳感器分為開關型、模擬型和數字型。

P180

傳感器與微機的基本接口。表4.32

模擬量轉換輸入方式。表4.33

采樣是指將連續時間信號轉變為脈沖或數字信號的過程。

D/A轉換過程。P206

直線插補與圓弧插補。P247

典型負載是指慣性負載、外力負載、彈性負載、摩擦負載。

等效轉動慣量、等效負載轉矩。P251公式(7.3)、公式(7.8)

計算舉例。P251

額定轉矩T(N.m或N.cm)應大于所需要的最大轉矩。

系統執行元件的轉矩匹配：T??Teq?T慣

有源校正，通常不是靠理論計算而是用工程整定的方法來確定其參數的。方法如：P265 調節器控制作用有三種基本形式，即比例作用、積分作用和微分作用。

控制作用對系統產生的控制結果。P267

由于減速器的主動輪和從動輪之間間隙的存在和傳動方向的變化，齒輪傳動的輸入轉角和輸出轉角之間呈滯環特性。

傳動間隙對伺服系統的影響：

1、閉環之內的動力傳動鏈齒輪間隙影響系統的穩定性;

2、反饋回路上的傳動鏈齒輪傳動間隙既影響系統的穩定性又影響系統精度。

可靠性是系統在規定條件下和規定時間內，完成規定功能的能力。

保證系統可靠性的方法：

1、提高系統的設計和制造質量;

2、冗余技術;

3、診斷技術。 干擾渠道示意圖。P281圖7.32 m

第二篇：機電一體化答案

1、控制用電機有哪些種類、特點及應用?

控制用電動機：力矩電動機、脈沖電動機、開關磁阻電動機、變頻調速電動機和各種AC/DC電動機...在額定輸出功率相同的條件下，比功率(dp/dt)：交流伺服電機>直流伺服電機>步進電機。

控制用旋轉電機按工作原理分：(1)旋轉磁場型：同步電動機(永磁)、步進電機(永磁);(2)旋轉電樞型：直流電動機(永磁)、感應電動機(按矢量控制等效模型);

DC伺服電機(永磁)：槽鐵心電樞型、無槽(平滑型)鐵心電樞型、電樞型—無槽(平滑)鐵心型與無鐵心型。 AC伺服電機：同步型SM、感應型IM 步進電機：變磁阻型(VR)、永磁型(PM)、混合型(HB)

DC伺服電機：

1、高響應特性;

2、高功率密度(體積小、重量輕);

3、可實現高精度數字控制;

4、接觸換向部件(電刷與換向器)需要維護。應用：NC機械、機器人、計算機外圍設備、辦公機械、音響和音像設備、計測機械。

晶體管式無刷直流伺服電機：

1、無接觸換向部件;

2、需要磁極位置檢測器(如同軸編碼器等);

3、具有DC伺服電機的全部優點。應用：音響和音像設備、計算機外圍設備。

AC伺服電機(永磁同步型):

1、無接觸換向部件;

2、需要磁極位置檢測器(如同軸編碼器等);

3、具有DC伺服電機的全部優點;

4、對定于電流的激勵分量和轉矩分量分別控制。應用：音響和音像設備、計算機外圍設備、NC機械、機器人。

AC伺服電機(感應型(矢量控制))：

1、對定于電流的激勵分量和轉矩分量分別控制;

2、具有DC伺服電機的全部優點。應用：NC機械、機器人。

步進電機：

1、轉角與控制脈沖數成比例，可構成直接數字控制;

2、有定位轉矩;

3、可構成廉價的開環控制系統。應用：計算機外圍設備、辦公機械、數控裝置

2、直流伺服電機的驅動方式有哪幾種? 晶體管脈寬調理驅動、晶閘管直流調速驅動

3、旋轉式步進電機按其結構可分為哪幾種?各有何特點?

1、可變磁阻(VR)型：轉子結構簡單，轉子直徑小，有利于快速響應。由于VR型步進電機的鐵心無極性，故不需要改變電流極性，因此多為單極性勵磁。該類電動機的定子與轉子均不含永久磁鐵，故無勵磁時沒有保持力。具有制造成本高、效率低、轉子的阻尼差、噪聲差的缺點。但由于其制造材料費用低、結構簡單、步距角小，隨著加工技術的進步，可望成為多用途的機種。

2、永磁(PM)型：采用永久磁鐵，即使定子繞組斷電也能保持一定轉矩，故具有記憶能力，可用做定位驅動。PM型電動機的特點是勵磁功率小、效率高、造價低，因此需求量也大。由于轉子磁鐵的磁化間距受到限制，難以制造，故步距角較大。與VR型相比轉矩大，但轉子慣量也較大。

3、混合(HB)型：具有VR型步進電機步距角小、響應頻率高的優點，還具有PM型步進電機勵磁功率小、效率高的優點。這類電動機都由轉子鐵心的凸極數決定步距角的大小，可制造出步距角較小的電動機。永久磁鐵也可磁化軸向的兩極，可使用軸向各向異性磁鐵制成高效電動機。由于采用了永久磁鐵，所以無勵磁時具有保持力。勵磁時的靜止轉矩都比VR型步進電機的大。HB和PM型步進電機能夠用做超低速同步電動機。步進電機與DC和AC伺服電機相比起轉矩、效率、精度、高速性比較差，但步進電機具有低速時轉矩大、速度控制比較簡單、外形尺寸小等優點，應用在辦公室自動化方面的打印機、繪圖機、復印機等機電一體化產品，在工廠自動化方面也可以代替低檔的DC伺服電機。

4、步進電機有哪幾種通電方式?步距角與通電方式有否有關? 答：三相步進電機：

1、單相輪流通電方式，三相單三拍通電。

2、雙相輪流通電方式，三相雙三拍通電.

3、單雙相輪流通電方式，三相六拍通電。 其他相步進電機。。。

步距角與通電方式的關系：α運行拍數。

5、步進電機的主要性能指標有哪些?

答：

1、分辨力;

2、靜態特性;

3、動態特性—(1)動態穩定區(2)啟動轉矩Tq(3)最高連續運行頻率及矩-頻特性(4)空載啟動頻率與慣-頻特性;

4、步進電機技術指標實例—型號表示方式、技術性能參數：相數、步距角、電壓、相電流、最大轉矩、空載啟動頻率、空載運行頻率、電感、電阻、分配方式、外形尺寸(軸徑)、質量、轉子轉動慣量

6、步進電機驅動電源的組成及作用有哪些?

答：驅動電源由脈沖分配器、功率放大器等組成。

驅動電源是將變頻信號源(微機或數控裝置等)送來的脈沖信號及方向信號按要求的配電方式自動地循環供給電動機各相繞組，以驅動電動機轉子正反向旋轉。

7、實現脈沖環形分配的方法有哪些，各有何特點?

答：1軟環分(采用計算機軟件，利用查表或計算方法來進行脈沖的環形分配);充分利用計算機軟件資源以減低硬件成本，對多相的脈沖分配具有更大的優點;但軟環分占用計算機的運行時間，會使插補一次的時間增加，易影響步進電機的運行速度。

2、采用小規模集成電路搭接而成的三相六拍環形脈沖分配器;

靈活性很大，可搭接任意相、任意通電順序的環形分配器，同時在工作時不占用

=360°/(zm);α

：步距角;z:轉子齒數;m為計算機的工作時間。

3、采用專用環形分配器器件，如CH250。

可以實現三相步進電機的各種環形分配，使用方便、接口簡單、種類眾多、功能齊全，有的還具有其他許多功能。

8、單電壓、雙電壓、斬波恒流功放電路的特點?

答：

1、單電壓功放電路：結構簡單，但繞組串聯的電阻在大電流回路中要消耗能量，使放大器功率降低。同時由于繞組電感較大，電路對脈沖電流的反映較慢，因此輸出脈沖的波形差、輸出功率低。主要用于對速度要求不高的小型步進電機中。

2、雙電壓功放電路：該功放電路僅在脈沖開始的一瞬間接通高壓電源，其余的時間均由低壓供電，故效率很高。由于電流上升率高，故高速運行性能好，但由于電流波形陡，有時還會產生過沖，故諧波成分豐富，致使電動機運行時(尤其在低速時)振動較大。

3、斬波恒流功放電路：該電路去掉了限流電阻，效率顯著提高，并利用高壓給電動機繞組儲能，波的前沿得到了改善，從而使步進電機的輸出加大，運行效率得到提高。

9、步進電機的微機控制方式有哪些?各有何特點?

答：

1、串行控制：在具有串行控制功能的單片機系統中驅動電源中必須含有環形分配器。因為這種系統與步進電機驅動電源之間具有較少的連線將信號送入步進電機驅動電源的環形分配器。

2、并行控制：并行控制是用微型計算機系統的整個端口直接去控制步進電機各相驅動電路的方法。在電動機驅動電源內，還包括環形分配器，而且并行控制功能必須由微型計算機系統完成。

10、步進電機升降速規律有哪些?各有何特點?

答：

1、按照直線規律升速;加速度為恒指，要求步進電動機產生的轉矩為恒值。

2、按指數規律升速;加速度是逐漸下降的，接近電動機輸出轉矩隨轉速變化的規律。

1、滾珠絲杠副中滾珠的循環方式有幾種?各有何特點?

答：內循環：滾珠在循環過程中始終與絲杠表面保持接觸。優點滾珠循環的回路短、流暢性好、效率高、螺母的徑向尺寸也較小。缺點：反向器加工困難、裝配調整不方便。

外循環：滾珠在循環反向時離開絲杠螺紋滾道，在螺母體內或體外坐循環運動。(1)螺旋槽式;工藝簡單、徑向尺寸小、易于制造。但擋珠器剛性差、易磨損。(2)插管式;結構簡單、易于制造;但徑向尺寸較大，彎管端部用做擋珠器比較容易磨損。(3)端蓋式;結構簡單、工藝性好，但滾道吻接和彎曲處圓角不易準確制作而影響其性能，故應用較少。常以單螺母形式用做升降傳動機構。

2、滾珠絲杠副軸向間隙的調整與預緊方式有幾種?各有何特點?

答：(1)雙螺母螺紋預緊調整式L;結構簡單剛性好、預緊可靠，使用中調整方便，但不能精確定量地進行調整;(2)雙螺母齒差預緊調整式Ch或C;可實現定量調整，即可進行精密微調，使用中調整較方便。(3)雙螺母墊片調整預緊式D;結構簡單、剛度高、預緊可靠，但使用中調整不方便。(4)彈簧式自動調整預緊式;能消除使用過程中因磨損或彈性變形產生的間隙，但其結構復雜、軸向剛度低，適合用于輕載場合。(5)單螺母變位導程預緊式和單螺母滾珠過盈預緊式B。結構簡單、緊湊，但使用過程中不能調整，且制造困難。

3、滾珠絲杠副的支承方式有幾種?各有何特點?

答：(1)單推-單推式;軸向剛度較高，預拉伸安裝時，預緊力較大，但軸承壽命比雙推-雙推式低;(2)雙推-雙推式;軸向剛度較高，適合于高剛度、高轉速、高精度的精密絲杠傳動系統。但隨著溫度的升高會使絲杠的預緊力增大，易造成兩端支承的預緊力不對稱;(3)雙推-簡支式;軸向剛度較低，應注意減少絲杠熱變形的影響。雙推端可預拉伸安裝，預緊力小，軸承壽命較高，適用于中速、傳動精度較高的長絲杠傳動系統。(4)雙推-自由式;軸向剛度和承載能力低，多用于輕載、低速的垂直安裝的絲杠傳動系統。

4、滾珠絲杠的公稱直徑應根據什么選擇?基本導程應根據什么選取?

答：公稱直徑d0應根據軸向最大載荷按滾珠絲杠副尺寸系列選擇。螺紋長度L1在允許的情況下要盡量短，一般取L1/d0小于30為宜?；緦С蘌h(或螺距t)應按承載能力、傳動精度及傳動速度選取，Ph大，承載能力也就大;Ph小，傳動精度較高。要求傳動速度快時，可選用大導程滾珠絲杠副。

5、在伺服電機驅動負載的傳動系統中，常采用什么方式選擇最佳傳動比? 答：采用使負載加速度最大的方法。

6、齒輪傳動系統各級傳動比的最佳分配原則有哪些?各適用于何種場合?

答：(1)重量最輕原則;適用于要求體積小、重量輕的齒輪傳動系統;(2)輸出軸轉角誤差最小原則;適用于要求傳動精度高，回程誤差小的傳動齒輪系;(3)等效轉動慣量最小原則;適用于要求運動平穩、起停頻繁和動態性能好的伺服系統的減速齒輪系。

7、直齒圓柱齒輪傳動和斜齒圓柱齒輪傳動齒側間隙的調整方法有哪幾種?各有何特點?

答：

1、直齒圓柱齒輪傳動

(1)偏心套(軸)調整法;結構簡單，但側隙不能自動補償;(2)軸向墊片調整法;轉配時軸向墊片使齒輪之間齒側間隙小，運轉又靈活。特點同(1);(3)雙片薄齒輪錯齒調整法;可自動補償側隙。1)周向彈簧式;受到周向圓弧槽及彈簧尺寸限制，故僅適用于讀數裝置而不適用于功率驅動裝置。2)可調彈簧式;

2、斜齒圓柱齒輪傳動

消除斜齒輪傳動齒側隙的方法與上述錯齒調整法基本相同。1)墊片錯齒調整法;結構比較簡單，但調整較費時，且齒側間隙不能自動補償。2)軸向壓簧錯齒調整法;齒側隙可以自動補償，但軸向尺寸較大，結構欠緊湊。

8、滑動導軌的截面形狀有哪些?各有何特點?導軌間隙的調整方法有哪些?各適合何種場合?

答：(1)三角形(分對稱、不對稱兩類);導向精度較高。導軌水平與垂直方向誤差相互影響，給制造、檢驗和修理帶來困難。(2)矩形導軌;結構簡單，制造、檢驗和修理方便，導軌面較寬，承載能力大，剛度高，應用廣泛;(3)燕尾型導軌;磨損后不能自動補償間隙，需設調整間隙裝置。兩燕尾面起壓板作用，用一根鑲條就可調節水平和垂直方向的間隙，且高度小，結構緊湊，可以承受顛覆力矩;但剛度較差，摩擦力較大，制造、檢驗和維修都不方便。適用于運動速度不高、受力不大、高度尺寸受到限制的場合。(4)圓形導軌;制造方便但磨損后難以調整和補償間隙，適用于同時作直線運動和轉動的地方或者承受軸向載荷的場合。

導軌間隙的調整方法：壓板和鑲條法兩種。燕尾型導軌：鑲條法;矩形導軌：修刮壓板、修刮調整墊片的厚度或調整螺釘的方法;平鑲條調整用于受力較小、或短的導軌。斜鑲條應用較廣。三角形導軌的上滑面能自動補償，下滑面的間隙調整和矩形導軌的下壓調整底面間隙相同。圓形導軌的間隙不能調整。

9、簡述靜壓導軌副的工作原理。簡述卸荷導軌的工作原理。

答：靜壓導軌是將具有一定壓力的油或其氣體介質通入導軌的運動件與導向支承之間，運動件浮在壓力油或氣體薄膜之上，與導向支承件脫離接觸，致使摩擦阻力(力矩)大大降低。運動件受外載荷作用后，介質壓力會反饋升高，以支承外載荷。

靜壓卸載導軌是將導軌承受的載荷的一部或大部用輔助導軌支承，從而改善主導軌的負載條件，以提高耐磨性和低速運動的穩定性。

10、滾動導軌副有哪些特點及應用場合?滾動導軌副的預緊方式?

答：優點：

1、摩擦系數小(0.003—0.005)，運動靈活;

2、動、靜摩擦系數基本相同，因而啟動阻力小，而不易產生爬行;3可以預緊，剛度高;

4、壽命長;

5、精度高;

6、潤滑方便，可以采用脂潤滑，一次填裝，長期使用;

7、由專業廠生產，可以外購選用。廣泛地被應用于精密機床、數控機床、測量機和測量儀器等。

缺點：抗振性差，接觸應力大;對導軌的表面硬度、表面形狀精度和滾動體的尺寸精度要求高;結構復雜，制造困難，成本較高;對贓物比較敏感，必須有良好的防護裝置。

(1)滾動體不循環的滾動導軌副;結構簡單，容易制造，成本較低，有時難以施加預緊力，剛度較低，抗振性能差，不能承受沖擊載荷。適用于行程短的場合;(2)滾動體循環的滾動導軌副;適合行程較長的場合;(3)滾動軸承導軌副;摩擦力矩小，運動平穩、靈活，承載能力大，調節方便，導軌面積小，加工工藝性好，能長久地保持較高的精度。在精密機械設備和儀器中均有采用，如：精縮機、萬能工具顯微鏡、測長儀等。

滾動導軌副的預緊方式：

1、調整螺釘

2、塞塊調整

3、偏心銷軸調整.

11、旋轉支承的種類及基本要求。

答：按其相互摩擦的性質分：滑動、滾動、氣體(或液體)摩擦支承?；瑒幽Σ林С邪雌浣Y構特點分：圓柱、圓錐、球面和滾針支承;滾動摩擦支承按其結構特點分：填入式滾珠支承和刀口支承。

基本要求：

1、方向精度和置中精度;

2、摩擦阻力矩的大小;

3、許用載荷;

4、對溫度變化的敏感性;

5、耐磨性以及磨損的可補償性;

6、抗振性;

7、成本的高低。

12、軸系設計的基本要求。

答：對于中間傳動軸系一般要求不高。而對于完成主要作用的主軸軸系的旋轉精度、剛度、熱變形及抗振性等得要求較高。

(1)旋轉精度;其大小取決于軸系各組成零件及支承部件的制造精度與裝配調整精度。在工作轉速之下取決其轉速、軸承性能以及軸系的動平衡狀態(2)剛度;除強度驗算之外，還必須進行剛度驗算。(3)抗振性;對于高速運動的軸系必須用提高其靜態剛度、動剛度、增加軸系阻尼比等措施來提高軸系的動態性能，特別是抗振性;(4)熱變形;應采取措施將軸系部件的溫升限制在一定的范圍之內;(5)軸上零件的布置;在通過帶輪將運動傳入軸系尾部時，應該采用卸荷式結構，使帶的壓力不直接作用在軸端;傳動齒輪應盡量安置在靠近支承處，以減少軸的彎曲和扭轉變形。

13、鑄造機座的設計要點是什么?

答：必須保證其自身剛度、連接處剛度和局部剛度，同時要考慮安裝方式、材料選擇、結構工藝性以及節省材料、降低成本和縮短生產周期的問題。

(1)保證自身剛度的措施;

1、合理選擇截面形狀和尺寸;

2、合理布置筋板和加強筋;

3、合理地開孔和加蓋;

(2)提高機座連接處的接觸剛度;

1、固定接觸面的表面粗糙度應小于Ra2.5um,以便增加實際接觸面積;

2、固定螺釘應在接觸面上造成一個預緊力，壓強一般為2Mpa;

3、增加局部剛度。 (3)機座的模型剛度試驗;

1、采用模型試驗方法可測得與實際相接近的變形量;

2、采用有限元法計算機座剛度。 (4)機座的結構工藝性;

1、保證剛度的情況下應力求形狀簡單;

2、機座壁厚應盡量均勻;

3、鑄件要便于清砂;

4、在同一側面的加工表面，應處于同一平面上;

5、必須有可靠的加工工藝基面。

(5)機座的材料選擇;應根據其結構、工藝、成本、生產周期等要求選擇，常用的材料：鑄鐵和鋼、石材、陶瓷等。

14、常用的機械傳動部件有哪些?滾珠絲杠副的組成?

答：螺旋傳動、齒輪傳動、同步帶傳動、高速帶傳動、各種非線性傳動 ;如：絲杠螺母、齒輪、齒輪齒條、鏈輪鏈條、帶/帶輪、纜繩/繩輪、杠桿機構、連桿機構、凸輪機構、摩擦輪、萬向聯軸器、軟軸、渦輪蝸桿、間歇機構。

滾珠絲杠副組成;

1、絲杠;

2、螺母;

3、滾珠;

4、反向器(滾珠循環反向裝置)。

1、機電一體化的涵義、內容、目的。

答：機電一體化是機械技術、電子技術和信息技術等各相關技術有機結合的一種新形式，是電子技術、信息技術向機械技術領域滲透過程中形成的一個新概念。機電一體化是在機械的主功能、動力功能、信息功能和控制功能上引進微電子技 術，并將機械裝置與電子裝置用相關軟件有機結合而構成系統的總稱。目的是提高系統(產品)的附加價值，即多功能、高效率、高可靠性、省材料省能源，并使產品結構向短、小、輕、薄化方向發展，從而不斷滿足人們生活的多樣化和生產的省力化、自動化需求。

2、機電一體化系統的基本構成。

答：機械系統(機構)、信息處理系統(計算機)、動力系統(動力源)、傳感檢測系統(傳感器)、執行元件系統(如電動機)

3、接口的功能及其分類。

答：接口是構成機電一體化系統的要素或子系統連接處必須具備的聯系條件。廣義的接口功能有兩種：一種是變換、調整;另一種是輸入/輸出。

(1)根據接口的變換、調整功能分：

1、零接口;

2、無源接口;

3、有源接口;

4、智能接口。

(2)根據接口的輸入/輸出功能分：

1、機械接口;

2、物理接口;

3、信息接口;

4、環境接口。

4、機電一體化系統的綜合評價指標，各內部功能的評價內容是什么? 答：機電一體化系統的綜合評價指標：附加價值。

主功能：系統誤差、抗干擾能力、廢棄物輸出變換效率; 動力功能：輸入能量、能源;

控制功能：控制輸入/輸出接口個數、手動操作; 構造功能：尺寸、重量、強度; 計測功能：精度。

5、機電一體化系統的設計步驟。

答：

1、根據目的功能確定產品規格、性能指標;

2、系統功能部件、功能要素的劃分;

3、接口的設計;

4、綜合評價(或整體評價);

5、可靠性復查。

6、試制與調試。

第三篇：機電一體化課后答案

第一章 1-1.試說明較為人們所接受的機電一體化的含義。

答：機電一體化乃是在機械的主功能、動力功能、信息功能和控制功能上引進微電子技術，并將機械裝置與電子裝置用相關軟件有機結合而構成系統的總稱。

1-7.機電一體化系統由哪些基本要素組成?分別實現哪些功能?

答：①.機電一體化系統由計算機、動力源、傳感件、機構、執行元件系統五大要素組成。

②.對應的五大功能為：控制、動力、計測、構造、操作功能。

1-17.開發性設計、變異性設計、適應性設計有何異同?

答：

1、開發性設計是沒有參照產品的設計，僅僅是根據抽象的設計原理要求，設計出在質量和性能方面滿足目的要求的產品。

2、變異性設計是在設計方案和功能結構不變的情況下，僅改變現有產品的規格尺寸使之適應于量的方面有所變更的需求。

3、適應性設計是在總的設計方案、原理基本保持不變的情況下，對現有產品進行局部更改，或用微電子技術代替原有的機械結構或為了進行微電子控制對機械結構進行局部適應性設計，以使產品在性能和質量上增加某些附加價值。

所有機電一體化系統的設計都是為了獲得用來構成事物的有用信息。

1-20.簡述計算機輔助設計與并行工程、虛擬設計、快速響應設計、綠色設計、反求設計等的含義。

答：

1、計算機輔助設計是設計機電一體化產品的有力工具，用來設計一般機械產品的CAD的研究成果。

2、并行工程是把產品的設計、制造及其相關過程作為一個有機整體進行綜合協調的一種工作模式。

3、虛擬設計是虛擬環境中的產品模型，是現實世界中的產品在虛擬環境中的映像，是基于虛擬現實技術的新一代計算機輔助設計。

4、快速響應設計是實現快速響應工程的重要環節，快速響應工程是企業面對瞬息萬變的市場環境，不斷迅速開發適應市場的新系統，快速響應設計的關鍵是有效開發和利用各種系統信息資源。

5、綠色設計是從并行工程思想發展而出現的一個新概念。綠色設計就是在新系統的開發階段，就考慮其整個生命周期內對環境的影響，從而減少對環境的污染、資源的浪費、使用安全和人類健康等所產生的副作用。

反求設計是以現代設計理論、方法和技術為基礎，運用各種專業人員的工程設計經驗、知識和創新思維，對已有的系統進行剖析、重構、再創造的設計。

第二章

2-10.現有一雙螺母齒差調整預緊式滾珠絲杠，其基本導程λ0=6mm、一端的齒輪齒數為100、另一端的齒輪齒數為98，當其一端的外齒輪相對另一端的外齒輪轉過2個齒時，試問：兩個螺母之間相對移動了多大距離?

答：Z1=100，Z2=98，ΔS=(2/Z1)*λ0=0.02*6mm=0.12mm

2-16.各級傳動比的分配原則是什么?輸出軸轉角誤差最小原則是什么?

答：(1)各級傳動比的分配原則是：①重量最輕原則②輸出軸轉角誤差最小原則③等小傳動慣量最小原則

(2)輸出軸傳動誤差最小原則是：為提高機電一體化系統齒輪傳動的精度，各級傳動比影按先小后大的原則分配，一邊降低齒輪的加工誤差、安裝誤差及回轉誤差對輸出轉角精度的影響?？傓D角誤差主要取決于最末一級齒輪的轉角誤差和傳動比的大小，在設計中最末兩級的傳動比應取大一些，并盡量提高最末一級齒輪副的加工精度。

2-19.設有一諧波齒輪減速器，其減速比為100，柔齒輪數為100。當剛輪固定時，試求該諧波減速器的鋼輪齒數及輸出軸的傳動方向(與輸入軸的傳向相比較)。

答：根據公式：iHr=Zr/(zr-zg)可知：當iHr=100時，Zg=99，當iHr=-100時，Zg=101;故該諧波減速器的鋼輪齒數為101，柔輪輸出軸方向與波發生器輸入軸轉向相反。

2-21.簡述導軌的主要作用，導軌副的組成、種類及應滿足的基本要求。

答：導軌的作用是支承和限制運動部件按給定的運動要求和規定的運動方向運動。

導軌副的組成：導軌副主要由承導件和運動件兩大部分組成。

常用的導軌副種類很多，按其接觸面積的摩擦性質可分為滑動導軌、滾動導軌、流體介質摩擦導軌等;按其結構特點可分為開式導軌和閉式導軌。

導軌副應滿足的基本要求：導向精度高、剛性好、運動輕便平穩、耐磨性好溫度變化影響小以及結構工藝性好等。

第三章

3-2 機電一體化系統對執行元件的基本要求是什么?

答：⒈慣量小、動力大

⒉體積小、重量輕

⒊便于維修、安裝

⒋易于微機控制

3-6 簡述 PWM 直流驅動調速，換向的工作原理。

答：通過電源的通斷來獲得電壓脈沖信號，控制通斷的時間比來獲得不同的電壓脈沖，通的時間越長，獲得的平均電壓越大，電機轉的就快，反之，電機轉的就慢。電機的換向是通過橋式電路來實現的，它是由四個大功率的晶體管組成，通過在不同晶體管的基極加正負脈沖從而實現電機的轉向控制。為使其實現雙向調速，多采用橋式電路，其工作原理與線性放大橋式電路相似。

電橋由四個大功率的晶體管組成。如圖，分別記作 1.2.3.4.如果在 1 和 3 的基極上加以正脈沖的同時，在 2 和 4 的基級上加以負脈沖，這時 1 和 3 導通，2 和 4 導通。設此時的電動機轉向為正;反之，則為負。電流的方向與前一情況相反，電動機轉向，顯然，如果改變加到 1 和 3，2 和 4這兩組管子基極上控制脈沖的正負和導通率就可以改變電動機的轉向和速。

3-11 簡述步進電機步距角大小的計算方法?

答：a=360/(K*M)

式中：Z=轉子齒數。M=運行拍數。通常等于相數或相數整數倍，即 M=K*N (N 為電動機的相數，單拍是 K=1，雙拍時 K=2)。

第四章

4-2 試說明微型計算機的基本特點及選用要點。

答：較完善的中斷系統，足夠的儲存容量，完備的輸入/輸出通道和實時時鐘;字長，速度，指令。

4-15 鍵盤鍵值是如何確定?

答：將行、列線按二進制順序排列，當某一鍵按下時，鍵盤掃描程序執行到給該列置0電平，讀出各行狀態為非1狀態，這時的行、列數據組合成鍵值。

4-17 試說明光電耦合器的光電隔離原理。

答：光電隔離電路主要由光電耦合器的光電轉換元件組成，如書本P168圖 4.39?？刂戚敵鰰r，如圖4.39a所示可知，微機輸出的控制信號經74LS04非門反相后，加到光電耦合器G的發光二極管正端。當控制信號為高電平時，經反相后，加到發光二極管正端的電平為低電平，因此，發光二極管不導通，沒有光發出。這時光敏晶體管截止，輸出信號幾乎等于加在光敏晶體管集電極上的電源電壓，當控制信號為低電平時，法官二極管導通并發光，光敏晶體管接收發光二極管發出的光而導通，于是輸出端的電平幾乎等于零。同樣的道理，可將光電耦合器用于信息的輸入，如圖4.39b所示。

4-19 試說明檢測傳感器的選用原則及注意事項。

答：首先要根據使用要求選擇適合自己所需要的，此外還可以采取某些技術措施來改善傳感器的性能如：平均技術，差分技術，穩定性處理，屏蔽和隔離。選用傳感器時，要特別注意不同系列產品的應用環境、使用條件和維護要求。

第五章

5-1 回顧所學機械控制工程的相關知識，簡述機電一體化系統設計與機械控制工程理論的關系。

答：隨著機電一體化技術的發展，機械控制工程基礎在機電一體化系統中的應用越來越廣泛。

5-4 簡述傳遞函數、系統的過渡過程、伺服系統的動態特性的含義。

答：線性定常系統傳遞函數定義為：在零初始值下，系統輸出量拉氏變換與輸入量拉氏變換之比。系統的過渡過程：當系統受到外部干擾時，其輸出量必將發生變化，但由于系統總含有慣性或儲能元件，其輸出量不可能立即變化到與外部干擾相應的值，而需要有一個過程，這個過程就是系統的過渡過程。伺服系統的動態特性：1.系統過渡過程品質，即系統響應的快速性和震蕩性。2.系統的穩定精度，即穩態誤差ess的大小。

5-5 用所學機械控制工程基礎對機電一體化系統元、部件的動態特性進行分析。

答：機械系統在傳遞運動的同時還將進行力的傳遞。因此，機械系統的各構成零部件必須具有承受其所受力的足夠強度和剛度的尺寸。但尺寸一大，質量和轉動慣量就大，系統的響應就慢。如書本P207圖5.15a所示，輸入為力Fx(t)時，其響應為Fy(t)或y(t)?f(x(t))，系統負載質量和慣量不同，其響應快慢也不同。含有機械負載的機械系統動態特性如圖5.15b所示。如果是齒輪減速器，其機構的運動變換函數y?f(x)?()x就是線性變換。如果只有機構的轉動慣量Jm，則其動態特性為

1t1，如果只有負載轉動慣量JL，則其負載反

(Jms2)力為JLs2y。包括負載在內的機械總體的動態特性，以傳遞函數形式可表示為X(s)/Fx(s)?1/[(Jm?JL/i2)s2]

第六章

6-4 簡述數控機床坐標系的定義規則。

答：數控機床坐標系統采用右手直角笛卡兒坐標系，確定機床坐標系時，假定刀具相對工件做相對運動。該標準規定機床傳遞切削力的主軸軸線為Z坐標。當機床有機個主軸時，則選一個垂直于工件裝夾面的主軸為Z軸。規定增大工件和刀具距離的方向為Z的正方向。

X坐標是水平的，它平行于工件的裝夾面。對工件旋轉的機床，取刀具遠離工件的方向為X的正方向。對于刀具旋轉的機床則規定：當Z軸為水平時，從刀具主軸后端向工件方向看，X正方向為向右方向;當Z軸為垂直時，對單立柱機床，面對刀具主軸向主軸方向看，右手方向為正方向。y坐標按右手直角笛卡兒坐標系確定其正方向。

6-5 了解數控編程的輔助功能M指令代碼和數控G指令代碼。

答：M指令代碼：M00程序停機M01選擇停機，按下“選擇停”按鈕后才起作用;M02程序結束，到下一程序的起點;M03主軸順時針方向旋轉;M04主軸逆時針方向旋轉;M05主軸停轉;M06換刀;M07開#號冷卻液;M08開*號冷卻液;M09關閉冷卻液;M10夾緊;M11松開;M30程序終了，返回到程序起點。

G指令代碼：1.坐標平面選擇指令(G

17、G

18、G19);2.絕對值和增量值編程指令(G90、G91);3.快速點定位指令(G00)4.直線插補指令(G01);5.圓弧插補指令(G01);6.刀具半徑補償指令(G40、G

41、G42)

6-6 簡述數控(CNC)加工程序編制的主要內容。

答：數控(CNC)程序編制分手工編程和自動編程。手工編程是指從分析零件圖、制訂工藝規程、計算刀具運動軌跡、編寫零件加工程序單、制作程序介質直到程序效應，整個過程主要由人工來完成，這種人工制備零件加工程序的方法稱手工編程。編制零件加工程序的全部過程主要由計算機來完成的編程方法稱自動編程。

第七章

7-7 在閉環之外的動力傳動鏈齒輪傳動間隙對系統的穩定性有無影響?為什么

答：有。由于動力傳動鏈存在齒輪傳動間隙，當電動機在齒隙范圍內運動時，被控對象不轉動，沒有反饋信號，系統暫時處于開環狀態。當電動機轉過齒隙后，主動輪于從動輪產生沖擊接觸，此時誤差角大于無齒輪加你時的誤差角，因此從動輪以較高的加速度轉動。又因為系統具有慣量，當被控對象轉角?c等于輸入轉角?r時，被控對象不會立即停下來，而靠慣性繼續轉動，使被控對象比無間隙時更多地沖過平衡點，這又使系統出現較大的方向誤差。如果間隙不大，且系統中控制器設計得合理，那么被控對象擺動的振幅就越來越小，來回擺動幾次就停止在?c??r平衡位置上。如間隙較大，且控制器設計得不好，那么被控對象就會反復擺動，即產生自激振蕩。因此，閉環之內動力傳動鏈中的間隙會影響伺服系統的穩定性。

7-8 何謂機電一體化系統的“可靠性”?

答：所謂的可靠性是指系統在規定條件下和規定時間內，完成規定功能的能力。

7-9 機電一體化系統的“失效”與“故障”有何異同?

答：如果產品不能完成規定功能，就稱為失效，對于可修復的系統也可稱故障。

7-10 保證機電一體化系統可靠性的方法有哪些? 答：1.提高系統的設計和制造質量;2.冗余技術;3.診斷技術。

第四篇：機電一體化(第二版)課后答案

1-

1、試說機電一體化的含義

答：機電一體化是在機械主功能、動力功能、信息功能和控制功能上引進微電子技術，并將機械裝置與電子裝置用相關軟件有機結合而構成系統的總稱。

1-

2、機電一體化的主要組成、作用及其特點是什么

答：主要由機械本體、動力系統、傳感與檢測系統、信息處理及控制系統和執行裝置等組成。機械本體用于支撐和連接其他要素，并把這些要素合理的結合起來，形成有機的整體。動力系統為機電一體化產品提供能量和動力功能，驅動執行機構工作以完成預定的主功能。傳感與檢測系統將機電一體化產品在運行過程中所需要的自身和外界環境的各種參數及狀態轉換成可以測定的物理量，同時利用檢測系統的功能對這些物理量進行測定，為機電一體化產品提供運行控制所需的各種信息。執行裝置在控制信息的作用下完成要求的動作，實現產品的主功能。

1-

3、工業三大要素是什么?

答：物質、能量和信息。

1-

4、傳統機電產品與機電一體化產品主要區別是什么?

答：傳統的機電產品機械與電子系統相對獨立，可以分別工作。機電一體化產品是機械系統和微電子系統的有機結合，從而賦予其新的功能和性能的一種新產品，產品功能是由所有功能單元共同作用的結果。1-

5、試舉幾個日常生活中的機電一體化產品?

自動洗衣機、空調、數碼相機

1-

6、應用機電一體化技術的突出特點是什么?

答： ①精度提高;②生產能力和工作質量提高;③使用安全性和可靠性提高;④調解和維護方便，使用性能改善;⑤具有復合功能，適用面廣;⑥改善勞動條件，有利于自動化生產;⑦節約能源，減少耗材;⑧增強柔性。

1-

7、機電一體化的主要支撐技術有哪些，它們的作用如何?

答：

1、傳感測試技術，在機電一體化產品中，工作過程的各種參數、工作狀態以及工作過程有關的相關信息都要通過傳感器進行接收，并通過相應的信號檢測裝置進行測量，然后送入信息處理裝置以及反饋給控制裝置，以實現產品工作過程的自動控制。

2、信息處理技術，在機電一體化產品工作過程中，參與工作過程各種參數和狀態以及自動控制有關的信息輸入、識別、變換、運算、存儲、輸出和決策分析。

3、自動控制技術，主要實現機電一體化系統的目標最佳化。

4、伺服驅動技術，

5、接口技術，將各組成要素的輸入/輸出裝置聯系成一體的系統。

6、精密機械技術，機電一體化產品的主功能和構造功能大都以機械技術為主來實現。7. 系統總體技術，將各有關技術協調配合、綜合運用。從而達到整體系統的最佳化。

1-8試論述機電一體化的發展趨勢。

答：智能化、模塊化、網絡化、微型化、綠色化、人格化和自適應化。

2-1機電一體化系統對傳動機構的基本要求是什么?

傳動間隙小、精度高、低摩擦、體積小、重量輕、運動平穩、響應速度快、傳動轉矩大、高諧振頻率以及與伺服電機等其他環節的動態性能相匹配等要求的傳動部件。

2-2絲杠螺母機構的傳動形式及其特點是什么?

①螺母固定、絲杠轉動并移動。結構簡單，精度較高，但剛性差。只適合行程較小的場合。

②絲杠轉動、螺母移動。結構緊湊，絲杠剛性較好，適合工作行程較大的場合。

③螺母移動、絲杠移動。機構較復雜且占用軸向空間較大，故應用很少。

④絲杠固定、螺母轉動并移動。結構簡單，緊湊，但使用不方便，應用較少。

2-3滾珠絲杠副的組成及特點有哪些?

由絲杠、螺母、滾珠、反向器組成。特點：機構復雜、成本高、無自鎖能力、軸向剛度高、運動平穩。傳動精度高、不易磨損、使用壽命長。

2-4如何選擇滾珠絲杠副?

(1)根據防塵防護條件以及對調隙及預緊的要求，選擇適當的結構形式。(2)選擇滾動絲杠副結構尺寸。主要選擇絲杠的公稱直徑和基本導程。

2-5齒輪傳動的各級傳動比的分配原則是什么?輸出軸轉角誤差最小原則的含義是什么?

等效轉動慣量最小原則、重量最輕原則、輸出軸轉角誤差最小原則。

各級轉角誤差換算到末級輸出軸上的總轉角誤差最小。

2-6(1)0.022 (2)最末兩級的傳動比應取大一些，并盡量提高最末一級齒輪副的加工精度。

2-8齒輪傳動的尺側間隙的調整方法有哪些?

偏心套(軸)調整法、軸向墊片調整法、雙片薄齒輪錯齒調整法

2-9對機械執行機構的基本要求有哪些?

慣性小、動力大;體積小、重量輕;便于維修、安裝;易于計算機控制

2-10簡述各類傳感器的特征及選用原則?

靜態特性和動態特性。

2-12簡述機電一體化系統中的執行元件的分類和特點?

電氣式：操縱簡單，適宜編程，響應快，伺服性能好，易于微機相接

液壓式：輸出功率大，轉矩大，工作平穩，承載能力強，但是占地面積大

氣壓式：可得到較大的驅動力，行程和速度，但由于具有可壓縮性，故不能在定位精度較高的場合使用。 2-13簡述直流伺服電動機的PWM調速換向的工作原理?

脈沖寬度調制是通過改變輸出脈沖信號的占空比來改變電樞電壓的平均值，從而達到控制電機轉速的目的。

3-1簡述計算機控制系統的組成和特點

計算機由硬件和軟件組成。具有完善的輸入/輸出通道;具有實時控制功能;可靠性高;具有豐富、完善、能正確反映被控對象運動規律的軟件系統。

3-2簡述計算機控制系統的常用類型及其特點

過程控制系統：根據生產流程對設備巡回檢測，然后按照控制規律對生產過程控制

伺服系統：控制信號能夠穩定、快速、準確的復現輸入信號的變化規律

順序控制系統：按照邏輯順序控制

數字控制系統：根據零件編程或路徑指令控制

3-3簡述計算機控制系統的基本要求和一般設計方法

實時性;高可靠性;硬件配置的可裝配可擴充性;可維護性。

3-4簡述常用的工業控制計算機類型及其特點

普通PC機：一般不用作工業控制，硬件無需設計，軟件開發復雜，抗干擾等差，成本較高

單片機：控制系統自行設計，軟硬件設計復雜，抗干擾等差，成本較低

可編程控制器:軟硬件設計簡單，抗干擾能力強，運行速度慢，適用邏輯控制為主工業控制

工業PC機：硬件設計簡單，軟件設計復雜，運行速度，抗干擾能力強，成本高，適合較大規模的工業現場控制

3-5 PLC的硬件系統主要由哪幾部分組成?各部分的作用是什么?

由CPU，存儲器，輸入/輸出單元，電源，編程器，其他接口電路。CPU是PLC的運算和控制核心，存儲器用來存儲數據和程序，I/O單元是CPU與現場I/O設備或其他外部設備之間的連接部件，電源提供電力，編程器用于對程序編輯，其他接口用于擴展PLC的功能。

3-6 PLC控制系統設計步驟一般分為哪幾步?

選擇用戶輸入/輸出設備;選擇PLC;分配I/O點，繪制輸入/輸出端子的連接圖;設計控制程序;如果必要設計操作臺等;編制控制系統的技術文件。

3-9數字PID控制器的參數整定方法有哪些?

湊試法確定PID調節參數;實驗經驗法確定PID調節參數。

3-10簡述嵌入式系統的組成?

嵌入式系統組成包括硬件和軟件兩部分。硬件包括處理器/微處理器，存儲器，電源模塊，外圍電路及外設器件，I/O端口，圖形控制器;軟件包括操作系統和應用程序。

3-11簡述嵌入式系統的軟硬件協同設計方法?

需求分析和描述;設計建模;軟硬件劃分;軟硬件協同設計;軟硬件實現和綜合;軟硬件協同測試和驗證。

3-12簡述計算機控制系統的設計思路?

確定系統總體控制方案;建立數學模型并確定控制算法;選擇微型計算機;控制系統總體設計;軟件設計;系統調試。

5-1.接口的定義及作用

答： 定義：機電一體化系統由許多要素或是子系統構成，各要素或子系統之間必須能夠順利進行物質、

能量和信息的傳遞與交換。各種要素或各子系統相接處必須具備一定的聯系條件，這些聯

系條件稱為接口。

作用：1.通過輸入輸出接口將其人、自然及其他系統相連;2.通過許多接口將系統構成要素聯系為一體。

5-2.按接口所聯系的子系統不同，以信息處理系統(微電子系統)為出發點將接口分為哪幾類?各自特點是什么?

答： 按微電子系統分為人機接口和機電接口;

人機接口特點：人機接口包括輸出與輸入接口兩類，通過輸出接口。操作者對系

統的運行狀態、各種參數進行監測;通過輸入接口操作者向系統輸入各種命令及控制

參數，對系統運行進行控制。

機電接口特點：機電接口按信息傳遞方向可分信息采集接口與控制量輸出接口。

計算機通過信息采集接口接收傳感器輸出信號，檢測機械系統運動參數，經過運算處

理后，發出有關控制信號，經過控制輸出接口的匹配、轉換、功率放大、驅動執行元

件來調節機械系統運行狀態，，使其按要求動作。

5-3.輸入接口可以有哪些方法?各自適用什么場合?

答：(1)簡單開關輸入接口;(2)鍵盤輸入接口

簡單開關輸入主要用于一些二值化的控制命令和參數;鍵盤輸入主要用于操作者需要輸入指 令或參數比較多時。

5-4.ADC0809的結構及工作原理是什么?

答： ADC0809是一種8路模擬量輸入8位數字量輸出的逐次逼近法A/D器件。

工作原理：其內部除A/D轉換部分，還有模擬開關部分。多路開關有8路模擬量輸入

端，最多允許8路模擬量分時輸入，共用一個A/D轉換器進行轉換。8路模擬開關切換由地

址鎖存和譯碼控制，3根地址線與A、B、C引腳直接相連，通過ALE鎖存。

5-5.控制量輸出接口的作用是什么?有那些種具體形式?各自使用什么情況?

答：作用：控制微機通過信息采集接口檢測機械系統的狀態，經過運算處理，發出有關控制 信號，經過控制輸出接口的匹配、轉換、和功率放大，驅動執行元件去調節系統的運行狀態， 使其按設計要求運行。

具體有：(1)模擬量輸出接口;(2)功率驅動接口。

使用情況：(1)模擬量輸出使用在被控對象要求模擬量作為控制信號，如交流電動機變頻調 速、直流電動機調速器，而計算機系統是數字系統，不能輸出模擬量的時候。(2)功率驅動 主要把微機系統后向通道的弱電控制信號轉換成能驅動執行元件動作的具體一定電壓和電

流的強電功率信號或液壓氣動信號。

5-6.什么是電磁兼容性?

答： 電磁兼容性是指設備在共同的電磁環境中能一起執行各自功能的共存狀態，即該設備

不會由于受到處于同一電磁環境中其他設備電磁發射導致或遭受不允許的降級。

5-7.何謂電磁干擾?電磁必須干擾具備條件是什么?

答：電磁干擾是指系統在工作過程中出現的一些與有用信號無關的，并且對系統性能或信號 傳輸有害電氣變化現象。

具備條件：(1)存在干擾源;(2)有相應的傳輸介質;(3)有敏感的接收元件。

5-8.電磁兼容性設計的目的是什么?如何進行?

答：電磁兼容性設計是應用那些已由理論和實踐證明，能保證系統相對免除電磁干擾的設計 方法，對干擾加以控制。???

5-9.電磁干擾有哪三種形式?并舉例說明?

答：電磁干擾形式：(1)電容性耦合(2)電感性耦合(3)電磁場耦合

5-10.在電磁輻射耦合中，如何判別干擾源的性質?

答：常把干擾源通過電場耦合看成電容性耦合(電場耦合)，通過磁場的耦合看點成電感耦

合，電場和電場同時存在則為電磁場耦合。

5-11.為了抑制電容性、電感性和電磁場三種耦合形式，應分別采取何種有效措施?

答：常用的方法有濾波、降低或消除公共阻抗、屏蔽、隔離等

5-12 、常見的抑制電磁干擾措施有哪些?

答：常用的方法有濾波、降低或消除公共阻抗、屏蔽、隔離。

5-

13、如何進行電場屏蔽，磁場屏蔽?

答：電場屏蔽：利用金屬屏蔽體可以對電場起到屏蔽作用，屏蔽體必須完善并良好地接地。最好用低電阻金屬(銅、鋁)做成屏蔽罩，并使之與機殼(地)可靠相連。

磁場屏蔽：低頻磁場屏蔽：采用磁屏蔽，用鐵磁材料制成管狀或杯狀罩進行磁場屏蔽，這樣可以將磁場干擾限制在屏蔽罩內，也可以使外界低頻干擾磁場對置于屏蔽罩內的電路和器件不產生干擾。還可以利用雙絞線予以消除。高頻磁場屏蔽：采用低電阻率的金屬良好導體材料來屏蔽，把金屬導體做成金屬盒，把線圈包圍起來，則線圈電流產生的高頻磁場在金屬盒內壁產生渦流，從而把原磁場限制在盒內，不至于外泄漏。金屬外的高頻磁場同樣由于渦流的作用只能繞過金屬盒，不能進入盒內，從而屏蔽了外界的干擾。

5-

14、接地系統分為幾類?舉例說明。

答：接地系統分為保護地線、工作地線、地環路和屏蔽接地。電氣設備的機殼、底盤接地等 5-

15、如何實施軟件抗干擾?

答：(1)數據采樣的抗干擾設計： 1.抑制工頻干擾; 2.數字濾波

(2)程序運行失常的軟件抗干擾設計： 1.軟件陷阱法; 2.WTD技術法

6-1 簡述機電一體化系統設計流程。P268

答：第一階段：產品規劃。對產品進行需求分析、需求設計與可行性分析;

第二階段：概念設計。擬定總體方案、劃分功能模塊以及對方案進行論證、確定模塊設計目標;

第三階段：詳細設計。對各功能模塊和接口細部設計，并對所做的設計進行總體評價;

第四階段：設計實施。制造、裝配和編制各功能模塊并進行調試，以及對系統進行整體安裝調試與可靠性、抗干擾性復核

第五階段：設計定型階段。對系統進行工藝定型，編寫技術文檔資料。

6-2 開發性設計、適應性設計、變型設計有何異同? P271

答：開發性設計是在工作原理、結構等完全未知的情況下，設計出質量和性能方面滿足目的的要求的新產品，是一種完全創新的設計。

適應性設計是在總的方案原理基本保持不變的情況下，對現有產品進行局部更改，或用微電子技術代替原有的機械結構，或為了進行微電子控制對機械結構進行局部適應性設計，以使產品的性能和質量增加某些附加價值。

變型設計是在已有產品的基礎上，針對原有缺點或新的工作要求，從工作原理、功能結構、執行機構類型和尺寸等方面進行一些變異，設計出新產品。

6-3 何謂概念設計?簡述其具體設計步驟。 P275

答：在確定任務之后，通過抽象化，擬定功能結構，尋求適當的作用原理及其組合等，確定出基本求解途徑，得出求解方案，這一部分設計工作叫做概念設計。

步驟：首先將設計任務抽象化，確定出系統的總功能，抓住本質，尋找解決問題的多種方法。

其次將總功能分解成子功能，知道分解到不能再分解，然后尋找子功能的解，并將原理進行組合，對眾多方案進行評價決策，最終選定最佳方案。

6-4 如何進行設計任務抽象化?其作用是什么? P278-279

答：工程設計中常用的抽象方法是黑箱法，將待求系統看作是黑箱，分析和比較系統的輸入/輸出的物料流、能量流、信息流的差別和關系，從而反映出系統的總功能，然后探求系統的機理和結構，逐步使黑箱透亮，直到方案的擬訂。其作用是能擴大解的范圍，放開視野，尋求更為理想的設計方案。 6-5 總功能為什么要分解?應如何進行分解?P280-281

答：(1)因為新產品的整體功能是由不同組成部分相互協調共同完成的，對總功能進行分解既可顯示各功能元、子功能與總功能之間的關系，又可通過各功能元之間的有機組合求系統方案。

(2)首先從上層子功能的結構考慮起，建立該層功能結構的鄒形，再逐層向下細化，最終得到完善的功能結構圖。

6-7 為什么要進行系統的評價和決策?分別簡述其步驟。 P288

答：進行系統評價是為了對評價的事物與一定的對象進行比較，決定該事物的價值;進行系統決策是為了從各種可供選擇的方案中，選出作為實現特定目標的最佳方案。

系統評價的步驟：(1)明確系統評價的目的;(2)分析系統、熟悉系統;(3)建立評價指標體系;(4)確定評價尺度;(5)確定評價方法;(6)計算評價價值;(7)綜合評價。

系統決策步驟：(1)發現問題;(2)確定目標;(3)制定方案;(4)評價與決策;(5)反饋。

第五篇：機電一體化課后考試題答案

1試說明較為人們所接受的“機電一體化”的含義。

機電一體化是在機械的主功能、動力功能、信息功能和控制功能上引用微電子技術，并將機械裝置與電子裝置用相關軟件有機結合而構成系統的總稱 2機電一體化的目的是什么?

是使系統(產品)高附加價值化，即多功能化、高效率化、高可靠化、省材料省能源化，并使產品結構向輕、薄、短、小巧化方向發展，不斷滿足人們生活的多樣化需求和生產的省力化、自動化需求。

4工業三大要素指的是什么?

物質、能量和信息

5什么是機電互補法、融合法、組合法?

機電互補法又稱取代法。該方法的特點是利用通用或專用電子部件取代傳統機械產品(系統)中的復雜機械功能部件或功能子系統，以彌補其不足。結合(融合)法：它是將各組成要素有機結合為一體構成專用或通用的功能部件(子系統)，其要素之間機電參數的有機匹配比較充分。組合法：它是將結合法制成的功能部件(子系統)、功能模塊，像積木那樣組合成各種機電一體化系統(品)，故稱組合法。

6開發性設計、變異性設計、適應性設計有何異同?

開發性設計：它是沒有參照產品的設計，僅僅是根據抽象的設計原理和要求，設計出在質量和性能方面滿足目的要求的產品或系統。變異性設計：它是在總的方案原理基本保持不變的情況下，對現有產品進行局部更改，或用微電子技術代替原有的機械結構或為了進行微電子控制對機械結構進行局部適應性設計，以使產品的性能和質量增加某些附加價值。適應性設計：

它是在設計方案和功能結構不變的情況下，僅改變現有產品的規格尺寸使之適應于量的方面有所變更的要求。

7機電一體化系統(產品)的設計流程

(1) 根據目的功能確定產品規格、性能指標 (2) 系統功能部件、功能要素的劃分 (3) 接口的設計 (4) 綜合評價(或整體評價)(5) 可靠性復查(6) 試制與調試

8設計機械傳動部件時，為確保機械系統的傳動精度和工作穩定性，常提出哪些要求及措施?

為確保機械系統的傳動和工作穩定性，在設計中，常提出無間隙、低摩擦、低慣量精度、高剛度、高諧振頻率、適當的阻尼比等要求。為達到上述要求，主要從以下幾方面采取措施：1) 采用低摩擦阻力的傳動部件和導向支承部件; 2) 縮短傳動鏈，提高傳動與支承剛度;

3) 選用最佳傳動比，以達到提高系統分辨率、減少等效到執行元件輸出軸上的等效轉動慣量，盡可能提高加速能力;4) 縮小反向死區誤差，如采取消除傳動間隙、減少支承變形的措施; 5) 改進支承及架體的結構設計以提高剛性、減少振動、降低噪聲。9 機電一體化系統傳動機構的作用是什么?

使執行元件與負載之間在轉矩和轉速方面達到合理(最佳)的匹配。 10機電一體化系統(產品)對傳動機構的基本要求是什么?

傳動間隙小、精度高、體積小、重量輕、運動平穩、傳動轉矩大。 13絲杠螺母副的組成要素有哪些?

滾珠絲杠螺母機構由反向器(滾珠循環反向裝置)

1、螺母

2、絲杠3和滾珠4等四部分組成。

18簡述滾珠絲杠副的支承方式及其特點。

1，一端雙軸承固定，另一端懸臂，多用于短行程以及垂直傳動2，一端雙軸承固定，另一端單軸承支承(軸向可滑動，彌補熱脹冷縮和安裝誤差)，結構簡單，缺點是單軸承端支承剛性差一些。

3，一端雙軸承固定，另一端雙軸承支承(軸向可滑動，彌補熱脹冷縮和安裝誤差)，結構稍復雜，比單軸承端支承剛性好一些。

4，一端雙軸承固定，另一端雙軸承支承(軸向由圓螺母及碟簧預緊預拉伸)，結構稍復雜，軸向剛性好一些，高速旋轉不易甩動，特別用于水平布置，尤其雙向負載大且跨距大時候用。 19齒輪傳動部件的作用有哪些?

1.傳遞扭矩2.改變轉速3.改變傳動方向

25已知:有一三級齒輪傳動減速器,如圖所示,z1~z6的轉角誤差分別是：

△φ1=0.06弧度/sec、

△φ2=△φ3=0.03弧度/sec、

△φ4=△φ5=0.015弧度/sec、△φ6=0.01弧度/sec。

減速比分別為：i1=i2=

2、i3=3，則i=12 .

求其總轉角誤差△φmax .

解：△φmax=△φ1/i+(△φ2+△φ3)/(i2i3)+(△φ4+△φ5)/ 3+△φ6

=0.06/12+0.06/6+0.03/3+0.01

=0.035(弧度/sec)

26對滾動導軌副的基本要求

1) 導向精度2) 耐磨性 3) 剛度4) 工藝性 27試論述機電一體化的發展趨勢。

答：智能化、模塊化、網絡化、微型化、綠色化、人格化和自適應化。 28機電一體化系統對傳動機構的基本要求是什么?

答：傳動間隙小、精度高、低摩擦、體積小、重量輕、運動平穩、響應速度快、傳動轉矩大、高諧振頻率以及與伺服電機等其他環節的動態性能相匹配等要求的傳動部件。

30開發性設計、適應性設計、變型設計有何異同

答：開發性設計是在工作原理、結構等完全未知的情況下，設計出質量和性能方面滿足目的的要求的新產品，是一種完全創新的設計。適應性設計是在總的方案原理基本保持不變的情況下，對現有產品進行部更改，或用微電子技術代替原有的機械結構，或為了進行微電子控制對機械結構進行局部適應性設計，以使產品的性能和質量增加某些附加價值。變型設計是在已有產品的基礎上，針對原有缺點或新的工作要求，從工作原理、功能結構、執行機構類型和尺寸等方面進行一些變異，設計出新產品。 32絲杠螺母機構的傳動形式及其特點是什么?

答：①螺母固定、絲杠轉動并移動。結構簡單，精度較高，但剛性差。只適合行程較小的場合②絲杠轉動、螺母移動。結構緊湊，絲杠剛性較好，適合工作行程較大的場合。③螺母移動、絲杠移動。機構較復雜且占用軸向空間較大，故應用很少。④絲杠固定、螺母轉動并移動。結構簡單，緊湊，但使用不方便，應用較少。

34滾珠絲杠副的組成及特點有哪些?

答：由絲杠、螺母、滾珠、反向器組成。特點：結構復雜、成本高、無自鎖能力、軸向剛度高、運動平

穩。傳動精度高、不易磨損、使用壽命長。