機(jī)電一體化課后答案

1、第一章1-1.試說明較為人們所接受的機(jī)電一體化的含義。答：機(jī)電一體化乃是在機(jī)械的主功能、動(dòng)力功能、信息功能和控制功能上引進(jìn)微電子技術(shù)， 并將機(jī)械裝置與電子裝置用相關(guān)軟件有機(jī)結(jié)合而構(gòu)成系統(tǒng)的總稱。1-7.機(jī)電一體化系統(tǒng)由哪些基本要素組成？分別實(shí)現(xiàn)哪些功能？答：.機(jī)電一體化系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)、動(dòng)力源、傳感件、機(jī)構(gòu)、執(zhí)行元件系統(tǒng)五大要素組成。.對(duì)應(yīng)的五大功能為：控制、動(dòng)力、計(jì)測(cè)、構(gòu)造、操作功能。1-17.開發(fā)性設(shè)計(jì)、變異性設(shè)計(jì)、適應(yīng)性設(shè)計(jì)有何異同？答：1、開發(fā)性設(shè)計(jì)是沒有參照產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，僅僅是根據(jù)抽象的設(shè)計(jì)原理要求，設(shè)計(jì)出在質(zhì) 量和性能方面滿足目的要求的產(chǎn)品。2 、變異性設(shè)計(jì)是在設(shè)計(jì)方案和功能結(jié)構(gòu)不變的情

2、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。3、適應(yīng)性設(shè)計(jì)是在總的設(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。所有機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)都是為了獲得用來構(gòu)成事物的有用信息。1-20.簡(jiǎn)述計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與并行工程、虛擬設(shè)計(jì)、快速響應(yīng)設(shè)計(jì)、綠色設(shè)計(jì)、 反求設(shè)計(jì)等的含義。答：1、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)機(jī)電一體化產(chǎn)品的有力工具，用來設(shè)計(jì)一般機(jī)械產(chǎn)品的CAD的研究成果。2、并行工程是把產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造及其相關(guān)過程作為一個(gè)有機(jī)整體進(jìn)行綜合協(xié)調(diào)的一

3、種工作模式。3、虛擬設(shè)計(jì)是虛擬環(huán)境中的產(chǎn)品模型，是現(xiàn)實(shí)世界中的產(chǎn)品在虛擬環(huán)境中的映像，是 基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的新一代計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。4、快速響應(yīng)設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)工程的重要環(huán)節(jié)，快速響應(yīng)工程是企業(yè)面對(duì)瞬息萬變 的市場(chǎng)環(huán)境，不斷迅速開發(fā)適應(yīng)市場(chǎng)的新系統(tǒng)，快速響應(yīng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是有效開發(fā)和利用各種系統(tǒng)信息資源。5、綠色設(shè)計(jì)是從并行工程思想發(fā)展而出現(xiàn)的一個(gè)新概念。綠色設(shè)計(jì)就是在新系統(tǒng)的開發(fā)階段，就考慮其整個(gè)生命周期內(nèi)對(duì)環(huán)境的影響，從而減少對(duì)環(huán)境的污染、 資源的浪費(fèi)、使用安全和人類健康等所產(chǎn)生的副作用。反求設(shè)計(jì)是以現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論、方法和技術(shù)為基礎(chǔ)，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)

4、進(jìn)行剖析、重構(gòu)、再創(chuàng)造的設(shè)計(jì)。第二章2-10,現(xiàn)有一雙螺母齒差調(diào)整預(yù)緊式滾珠絲杠，其基本導(dǎo)程入0=6mm 一端的齒輪齒數(shù)為100、另一端的齒輪齒數(shù)為 98,當(dāng)其一端的外齒輪相對(duì)另一端的外齒 輪轉(zhuǎn)過2個(gè)齒時(shí)，試問：兩個(gè)螺母之間相對(duì)移動(dòng)了多大距離？答：Z1=100, Z2=98, AS= (2/Z1) *0=*6mm=2-16.各級(jí)傳動(dòng)比的分配原則是什么？輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則是什么？答：(1)各級(jí)傳動(dòng)比的分配原則是：重量最輕原則輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則等小傳動(dòng)慣量最小原則(2)輸出軸傳動(dòng)誤差最小原則是：為提高機(jī)電一體化系統(tǒng)齒輪傳動(dòng)的精度，各級(jí)傳動(dòng) 比影按先小后大的原則分配，一邊降低齒輪的加工誤差、

5、安裝誤差及回轉(zhuǎn)誤差對(duì)輸出轉(zhuǎn)角精 度的影響。總轉(zhuǎn)角誤差主要取決于最末一級(jí)齒輪的轉(zhuǎn)角誤差和傳動(dòng)比的大小，在設(shè)計(jì)中最末兩級(jí)的傳動(dòng)比應(yīng)取大一些，并盡量提高最末一級(jí)齒輪副的加工精度。2-19,設(shè)有一諧波齒輪減速器，其減速比為100,柔齒輪數(shù)為100。當(dāng)剛輪固定時(shí)，試求該諧波減速器的鋼輪齒數(shù)及輸出軸的傳動(dòng)方向(與輸入軸的傳向相比 較)。答：根據(jù)公式：iHr=Zr/億rzg)可知：當(dāng) iHr=100 時(shí)，Zg=99,當(dāng) iHr=-100 時(shí)，Zg=101;故該諧波減速器的鋼輪齒數(shù)為101,柔輪輸出軸方向與波發(fā)生器輸入軸轉(zhuǎn)向相反。2-21,簡(jiǎn)述導(dǎo)軌的主要作用，導(dǎo)軌副的組成、種類及應(yīng)滿足的基本要求。答：導(dǎo)軌的作

6、用是支承和限制運(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)。導(dǎo)軌副的組成：導(dǎo)軌副主要由承導(dǎo)件和運(yùn)動(dòng)件兩大部分組成。常用的導(dǎo)軌副種類很多，按其接觸面積的摩擦性質(zhì)可分為滑動(dòng)導(dǎo)軌、滾動(dòng)導(dǎo)軌、流體介質(zhì)摩擦導(dǎo)軌等；按其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為開式導(dǎo)軌和閉式導(dǎo)軌。導(dǎo)軌副應(yīng)滿足的基本要求：導(dǎo)向精度高、剛性好、運(yùn)動(dòng)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。第三章3-2機(jī)電一體化系統(tǒng)對(duì)執(zhí)行元件的基本要求是什么？答：1.慣量小、動(dòng)力大2.體積小、重量輕3.便于維修、安裝4.易于微機(jī)控制3-6簡(jiǎn)述PWM直流驅(qū)動(dòng)調(diào)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(hào)，控制通斷的時(shí)間比來獲得不同的電壓脈沖，通的時(shí)間

7、越長(zhǎng)，獲得的平均電壓越大，電機(jī)轉(zhuǎn)的就快，反之，電機(jī)轉(zhuǎn)的就慢。電機(jī)的換向是通過 橋式電路來實(shí)現(xiàn)的，它是由四個(gè)大功率的晶體管組成，通過在不同晶體管的基極加正負(fù)脈沖從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向控制。為使其實(shí)現(xiàn)雙向調(diào)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(gè)大功率的晶體管組成。如圖，分別記作如果在1和3的基極上加以正脈沖的同時(shí)，在2和4而基級(jí)上加以負(fù)脈沖，這時(shí) 1和3導(dǎo)通，2和4導(dǎo)通。設(shè)此時(shí)的 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向?yàn)檎环粗?，則為負(fù)。電流的方向與前一情況相反，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)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(fù)和導(dǎo)通率就可以改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn) 向和速。3-11簡(jiǎn)述步進(jìn)電機(jī)步

8、距角大小的計(jì)算方法？答：a=360/ (K*M)式中：Z=轉(zhuǎn)子齒數(shù)。M超行拍數(shù)。通常等于相數(shù)或相數(shù)整數(shù)倍，即M=K*N (N為電動(dòng)機(jī)的相數(shù)，單拍是 K=1,雙拍時(shí)K=2)。第四章4-2 試說明微型計(jì)算機(jī)的基本特點(diǎn)及選用要點(diǎn)。答：較完善的中斷系統(tǒng)，足夠白儲(chǔ)存容量，完備的輸入/輸出通道和實(shí)時(shí)時(shí)鐘；字長(zhǎng)，速度，指令。4-15鍵盤鍵值是如何確定？答：將行、列線按二進(jìn)制順序排列， 當(dāng)某一鍵按下時(shí)，鍵盤掃描程序執(zhí)彳T到給該列置 0電平, 讀出各行狀態(tài)為非1狀態(tài)，這時(shí)的行、列數(shù)據(jù)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白光電轉(zhuǎn)換元件組成，如書本 P168圖?？刂戚?/p>

9、出時(shí)， 如圖所示可知，微機(jī)輸出的控制信號(hào)經(jīng)74LS04非反相后，加到光電耦合器 G的發(fā)光二極管正端。當(dāng)控制信號(hào)為高電平時(shí)，經(jīng)反相后，加到發(fā)光二極管正端的電平為低電平，因此， 發(fā)光二極管不導(dǎo)通， 沒有光發(fā)出。這時(shí)光敏晶體管截止， 輸出信號(hào)幾乎等于加在光敏晶體管 集電極上的電源電壓， 當(dāng)控制信號(hào)為低電平時(shí)， 法官二極管導(dǎo)通并發(fā)光， 光敏晶體管接收發(fā) 光二極管發(fā)出的光而導(dǎo)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，如圖所示。4-19試說明檢測(cè)傳感器的選用原則及注意事項(xiàng)。答：首先要根據(jù)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(shù)措施來改善傳感器的性能如：平均技術(shù)，

10、差分技術(shù)，穩(wěn)定性處理，屏蔽和隔離。選用傳感器時(shí)，要特別注意 不同系列產(chǎn)品的應(yīng)用環(huán)境、使用條件和維護(hù)要求。第五章5-1回顧所學(xué)機(jī)械控制工程的相關(guān)知識(shí)，簡(jiǎn)述機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)與機(jī)械控制 工程理論的關(guān)系。答：隨著機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展， 機(jī)械控制工程基礎(chǔ)在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越廣泛。5-4簡(jiǎn)述傳遞函數(shù)、系統(tǒng)的過渡過程、伺服系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性的含義。答：線性定常系統(tǒng)傳遞函數(shù)定義為：在零初始值下，系統(tǒng)輸出量拉氏變換與輸入量拉氏變換之比。系統(tǒng)的過渡過程：當(dāng)系統(tǒng)受到外部干擾時(shí)，其輸出量必將發(fā)生變化， 但由于系統(tǒng)總含有慣性或儲(chǔ)能元件，其輸出量不可能立即變化到與外部干擾相應(yīng)的值，而需要有一個(gè)過程，這個(gè)過程就是系

11、統(tǒng)的過渡過程。伺服系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性：1.系統(tǒng)過渡過程品質(zhì)，即系統(tǒng)響應(yīng)的快速性和震蕩性。2.系統(tǒng)的穩(wěn)定精度，即穩(wěn)態(tài)誤差ess的大小。5-5用所學(xué)機(jī)械控制工程基礎(chǔ)對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)元、部件的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行分析。答：機(jī)械系統(tǒng)在傳遞運(yùn)動(dòng)的同時(shí)還將進(jìn)行力的傳遞。因此，機(jī)械系統(tǒng)的各構(gòu)成零部件必須具有承受其所受力的足夠強(qiáng)度和剛度的尺寸。但尺寸一大，質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量就大， 系統(tǒng)的響應(yīng)就慢。如書本 P207圖所示，輸入為力 Fx(t)時(shí)，其響應(yīng)為Fy(t)或y(t) f (x(t),系統(tǒng)負(fù)載質(zhì)量和慣量不同，其響應(yīng)快慢也不同。含有機(jī)械負(fù)載的機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性如圖所示。如果是齒輪減速器，其機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)變換函數(shù)y f (x) (

12、；)x就是線性變換。如果只有機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)12動(dòng)慣量Jm,則其動(dòng)態(tài)特性為 7，如果只有負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 Jl ,則其負(fù)載反力為JlS y。(JmS )包括負(fù)載在內(nèi)的機(jī)械總體的動(dòng)態(tài)特性，以傳遞函數(shù)形式可表示為X(s)/Fx(s) 1/(Jm JL/i2)s2第六章6-4簡(jiǎn)述數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系的定義規(guī)則。答：數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系統(tǒng)采用右手直角笛卡兒坐標(biāo)系，確定機(jī)床坐標(biāo)系時(shí)， 假定刀具相對(duì)工件做相對(duì)運(yùn)動(dòng)。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定機(jī)床傳遞切削力的主軸軸線為z坐標(biāo)。當(dāng)機(jī)床有機(jī)個(gè)主軸時(shí)，則選一個(gè)垂直于工件裝夾面的主軸為Z軸。規(guī)定增大工件和刀具距離的方向?yàn)閆的正方向。X 坐標(biāo)是水平的，它平行于工件的裝夾面。對(duì)工件旋轉(zhuǎn)的機(jī)床，取刀具遠(yuǎn)離工件的

13、方向?yàn)閄的正方向。對(duì)于刀具旋轉(zhuǎn)的機(jī)床則規(guī)定：當(dāng)Z軸為水平時(shí)，從刀具主軸后端向工件方向看，X正方向?yàn)橄蛴曳较?；?dāng) Z軸為垂直時(shí)，對(duì)單立柱機(jī)床，面對(duì)刀具主軸向主軸方向看， 右手方向?yàn)檎较?。y坐標(biāo)按右手直角笛卡兒坐標(biāo)系確定其正方向。6-5 了解數(shù)控編程的輔助功能 M指令代碼和數(shù)控G指令代碼。答：M指令代碼：M00程序停機(jī)M01選擇停機(jī)，按下“選擇?！卑粹o后才起作用；M02程序結(jié)束，到下一程序的起點(diǎn)； M03主軸順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)； M04主軸逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)； M05主軸 停轉(zhuǎn)；M06換刀；"07開#號(hào)冷卻液；M08開*號(hào)冷卻液；M09關(guān)閉冷卻液；M10夾緊；M11松 開；M30程序終了，返回

14、到程序起點(diǎn)。G 指令代碼：1.坐標(biāo)平面選擇指令 （G17、G1& G19）; 2.絕對(duì)值和增量值編程指令 （G9R G91） ; 3.快速點(diǎn)定位指令（G00） 4.直線插補(bǔ)指令（G01）; 5.圓弧插補(bǔ)指令（G01）; 6.刀具 半徑補(bǔ)償指令（G4a G41、G42）6-6簡(jiǎn)述數(shù)控（CNC加工程序編制的主要內(nèi)容。答：數(shù)控（CNC程序編制分手工編程和自動(dòng)編程。手工編程是指從分析零件圖、制訂工藝規(guī)程、計(jì)算刀具運(yùn)動(dòng)軌跡、編寫零件加工程序單、制作程序介質(zhì)直到程序效應(yīng)，整個(gè)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(jì)算機(jī)來完成的編程方法稱自動(dòng)編程。第七章7-7在閉環(huán)之外的動(dòng)力傳動(dòng)鏈齒輪傳動(dòng)間隙對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性有無影響？為什么答：有。由于動(dòng)力傳動(dòng)鏈存在齒輪傳動(dòng)間隙，當(dāng)電動(dòng)機(jī)在齒隙范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)，被控對(duì)象不轉(zhuǎn)動(dòng)，沒有反饋信號(hào)，系統(tǒng)暫時(shí)處于開環(huán)狀態(tài)。 當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)過齒隙后，主動(dòng)輪于從動(dòng)輪產(chǎn)生沖 擊接觸，此時(shí)誤差角大于無齒輪加你時(shí)的誤差角，因此從動(dòng)輪以較高的加速度轉(zhuǎn)動(dòng)。又因?yàn)橄到y(tǒng)具有慣量，當(dāng)被控對(duì)象轉(zhuǎn)角c等于輸入轉(zhuǎn)角r時(shí)，被控對(duì)象不會(huì)立即停下來，而靠慣性繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，使被控對(duì)象比無間隙時(shí)更多地沖過平衡點(diǎn)，這又使系統(tǒng)出現(xiàn)較大的方向誤差。如果間隙不大，且系統(tǒng)中控制器設(shè)計(jì)得合理， 那么被控對(duì)象擺動(dòng)的振幅就越來越小，來回?cái)[動(dòng)幾次就停止在 ,平衡位置上。如