機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)試題_3答案

1、習(xí)題三答案1. 機(jī)電一體化系統(tǒng)中的機(jī)械裝置包括那些內(nèi)容？主要包括傳動(dòng)、支承、導(dǎo)軌等2. 機(jī)電一體化傳動(dòng)系統(tǒng)有哪幾種類型？各有什么作用？(1) 齒輪傳動(dòng)是機(jī)電一體化系統(tǒng)中常用的傳動(dòng)裝置，它在伺服運(yùn)動(dòng)中的主要作用是實(shí)現(xiàn)伺服電機(jī)與執(zhí)行機(jī)構(gòu)間的力矩匹配和速度匹配，還可以實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)與旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)換。(2) 螺旋傳動(dòng)是機(jī)電一體化系統(tǒng)中常用的一種傳動(dòng)形式。它是利用螺桿與螺母的相對運(yùn)動(dòng)，將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)。(3) 滑動(dòng)摩擦導(dǎo)軌 直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的作用是用來支承和引導(dǎo)運(yùn)動(dòng)部件按給定的方向作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)；滾動(dòng)摩擦導(dǎo)軌是在運(yùn)動(dòng)件和承導(dǎo)件之間放置滾動(dòng)體（滾珠、滾柱、滾動(dòng)軸承等），使導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)時(shí)處于滾動(dòng)摩擦狀態(tài)。3.

2、齒輪傳動(dòng)間隙對系統(tǒng)有何影響？有那些方法可以消除該因素引起的系統(tǒng)誤差？（1）偏心軸套調(diào)整法； (2) 雙片薄齒輪錯(cuò)齒調(diào)整法； (3) 墊片調(diào)整法 ；(4) 軸向壓簧調(diào)整法；(5) 周向彈簧調(diào)整法 4. 消除直齒間隙的常用方法有哪些？各有什么特點(diǎn)？偏心軸套調(diào)整法: 這種方法結(jié)構(gòu)簡單，但側(cè)隙調(diào)整后不能自動(dòng)補(bǔ)償。雙片薄齒輪錯(cuò)齒調(diào)整法: 這種錯(cuò)齒調(diào)整法的齒側(cè)間隙可自動(dòng)補(bǔ)償，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜。5. 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)都有哪幾種類型？各有什么特點(diǎn)？滑動(dòng)摩擦導(dǎo)軌的運(yùn)動(dòng)件與承導(dǎo)件直接接觸。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、接觸剛度大；缺點(diǎn)是摩擦阻力大、磨損快、低速運(yùn)動(dòng)時(shí)易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象。滾動(dòng)摩擦導(dǎo)軌是在運(yùn)動(dòng)件和承導(dǎo)件之間放置滾動(dòng)體（滾珠、滾柱、

3、滾動(dòng)軸承等），使導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)時(shí)處于滾動(dòng)摩擦狀態(tài)。滾動(dòng)導(dǎo)軌的特點(diǎn)是：摩擦系數(shù)小，并且靜、動(dòng)摩擦系數(shù)之差很小，故運(yùn)動(dòng)靈便，不易出現(xiàn)爬行現(xiàn)象；定位精度高，一般滾動(dòng)導(dǎo)軌的重復(fù)定位誤差約為 0.10.2m，而滑動(dòng)導(dǎo)軌的定位誤差一般為1020m。因此，當(dāng)要求運(yùn)動(dòng)件產(chǎn)生精確微量的移動(dòng)時(shí)，通常采用滾動(dòng)導(dǎo)軌；磨損較小，壽命長，潤滑簡便；結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，加工比較困難，成本較高；對臟物及導(dǎo)軌面的誤差比較敏感。液體靜壓導(dǎo)軌的優(yōu)點(diǎn)是：摩擦系數(shù)很?。ㄆ饎?dòng)摩擦系數(shù)可小至0.0005），可使驅(qū)動(dòng)功率大大降低，運(yùn)動(dòng)輕便靈活，低速時(shí)無爬行現(xiàn)象；導(dǎo)軌工作表面不直接接觸，基本上沒有磨損，能長期保持原始精度，壽命長；承載能力大，剛度好；摩擦

4、發(fā)熱小，導(dǎo)軌溫升?。挥鸵壕哂形褡饔?，抗振性好。靜壓導(dǎo)軌的缺點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，需要一套供油設(shè)備，油膜厚度不易掌握，調(diào)整較困難，這些都影響靜壓導(dǎo)軌的廣泛使用。氣體靜壓導(dǎo)軌是由外界供壓設(shè)備供給一定壓力的氣體將運(yùn)動(dòng)件與承導(dǎo)件分開，運(yùn)動(dòng)件運(yùn)動(dòng)時(shí)只存在很小的氣體層之間的摩擦，摩擦系數(shù)極小，適用于精密、輕載、高速的場合，在精密機(jī)械中的應(yīng)用愈來愈廣。6. 滾珠絲杠副的軸向間隙對系統(tǒng)有何影響？如何處理？滾珠螺旋副中有軸向間隙或在載荷作用下滾珠與滾道接觸處有彈性變形，則當(dāng)螺桿反向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，將產(chǎn)生空回誤差。為了消除空回誤差，在螺桿上裝配兩個(gè)螺母1和2，調(diào)整兩個(gè)螺母的軸向位置，使兩個(gè)螺母中的滾珠在承受載荷之前就以一定

5、的壓力分別壓向螺桿螺紋滾道相反的側(cè)面，使其產(chǎn)生一定的變形（圖3-25），從而消除了軸向間隙，也提高了軸向剛度7. 試比較塑料導(dǎo)軌和滾珠導(dǎo)軌的性能特點(diǎn)。塑料、聚四氟乙烯具有優(yōu)良的減摩、耐磨和抗振性能，工作溫度適應(yīng)范圍廣（-200+280C），靜、動(dòng)摩擦系數(shù)都很小，是一種良好的減摩材料。以聚四氟乙烯為基體的塑料導(dǎo)軌性能良好，它是一種在鋼板上燒結(jié)球狀青銅顆粒并浸漬聚四氟乙烯塑料的板材，導(dǎo)軌板的厚度為1.53mm，在多孔青銅顆粒上面的聚四氟乙烯表層厚為0.025mm。這種塑料導(dǎo)軌板既有聚四氟乙烯的摩擦特性，又具有青銅和鋼鐵的剛性與導(dǎo)熱性，裝配時(shí)可用環(huán)氧樹脂粘接在動(dòng)導(dǎo)軌上。這種導(dǎo)軌用在數(shù)控機(jī)床、集成電路

6、制板設(shè)備上，可保證較高的重復(fù)定位精度和滿足微量進(jìn)給時(shí)無爬行的要求。滾動(dòng)摩擦導(dǎo)軌是在運(yùn)動(dòng)件和承導(dǎo)件之間放置滾動(dòng)體（滾珠、滾柱、滾動(dòng)軸承等），使導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)時(shí)處于滾動(dòng)摩擦狀態(tài)。滾動(dòng)摩擦導(dǎo)軌按滾動(dòng)體的形狀可分為滾珠導(dǎo)軌、滾柱導(dǎo)軌、滾動(dòng)軸承導(dǎo)軌等。與滑動(dòng)摩擦導(dǎo)軌比較，滾動(dòng)導(dǎo)軌的特點(diǎn)是：摩擦系數(shù)小，并且靜、動(dòng)摩擦系數(shù)之差很小，故運(yùn)動(dòng)靈便，不易出現(xiàn)爬行現(xiàn)象；定位精度高，一般滾動(dòng)導(dǎo)軌的重復(fù)定位誤差約為 0.10.2m，而滑動(dòng)導(dǎo)軌的定位誤差一般為1020m。因此，當(dāng)要求運(yùn)動(dòng)件產(chǎn)生精確微量的移動(dòng)時(shí)，通常采用滾動(dòng)導(dǎo)軌；磨損較小，壽命長，潤滑簡便；結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，加工比較困難，成本較高；對臟物及導(dǎo)軌面的誤差比較敏感。8.

7、 試比較液體和氣體靜壓裝置的特點(diǎn)。液體靜壓導(dǎo)軌的優(yōu)點(diǎn)是：摩擦系數(shù)很?。ㄆ饎?dòng)摩擦系數(shù)可小至0.0005），可使驅(qū)動(dòng)功率大大降低，運(yùn)動(dòng)輕便靈活，低速時(shí)無爬行現(xiàn)象；導(dǎo)軌工作表面不直接接觸，基本上沒有磨損，能長期保持原始精度，壽命長；承載能力大，剛度好；摩擦發(fā)熱小，導(dǎo)軌溫升??；油液具有吸振作用，抗振性好。靜壓導(dǎo)軌的缺點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，需要一套供油設(shè)備，油膜厚度不易掌握，調(diào)整較困難，這些都影響靜壓導(dǎo)軌的廣泛使用氣體靜壓導(dǎo)軌是由外界供壓設(shè)備供給一定壓力的氣體將運(yùn)動(dòng)件與承導(dǎo)件分開，運(yùn)動(dòng)件運(yùn)動(dòng)時(shí)只存在很小的氣體層之間的摩擦，摩擦系數(shù)極小，適用于精密、輕載、高速的場合，在精密機(jī)械中的應(yīng)用愈來愈廣。9. 查閱資料

8、，了解磁懸浮技術(shù)。試分析磁懸浮技術(shù)在機(jī)械傳動(dòng)和導(dǎo)向中的應(yīng)用。汽車 的主要技術(shù)含量在車上,公路沒有太多技術(shù)含量磁懸浮不同咯!研制的最大難關(guān)不在車體上,而在軌道上.軌道的技術(shù)含量占整個(gè)項(xiàng)目至少7成.拋開線圈和電控裝置不說,光軌道體的設(shè)計(jì)和建設(shè)都對技術(shù)要求極高.列車懸浮在僅僅幾毫米高的軌道上以400公里的速度運(yùn)行,軌道的一點(diǎn)點(diǎn)起伏對于列車來說都是致命的.軌道建設(shè)的線度要求極高,10. 滑動(dòng)螺旋齒輪傳動(dòng)、滾珠螺旋傳動(dòng)、靜壓螺旋傳動(dòng)、珠螺旋傳動(dòng)各有什么特點(diǎn)?他們各自主要應(yīng)用在什么地方?當(dāng)要求運(yùn)動(dòng)件的行程很大或需要簡化導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)和制造時(shí)，可采用滾珠循環(huán)式導(dǎo)軌。為了提高滾動(dòng)導(dǎo)軌的承載能力和剛度，可采用滾柱導(dǎo)

9、軌或滾動(dòng)軸承導(dǎo)軌。這類導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)尺寸較大，常用在比較大型的精密機(jī)械上。靜壓螺旋傳動(dòng)與滑動(dòng)螺旋和滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)相比，具有下列特點(diǎn)： （1）摩擦阻力小，效率高(可達(dá)99)。（2）壽命長。螺紋表面不直接接觸，能長期保持工作精度。（3）傳動(dòng)平穩(wěn)，低速時(shí)無爬行現(xiàn)象。（4）傳動(dòng)精度和定位精度高。 （5）具有傳動(dòng)可逆性，必要時(shí)應(yīng)設(shè)置防止逆轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。（6）需要一套可靠的供油系統(tǒng)，并且螺母結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工比較困難。11. 滑動(dòng)螺旋齒輪有那些傳動(dòng)形式，各有什么特點(diǎn)?滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)主要有以下兩種基本型式。螺母固定，螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)并移動(dòng): 這種傳動(dòng)型式的螺母本身就起著支承作用，從而簡化了結(jié)構(gòu)，消除了螺桿與軸承之間可能產(chǎn)生的軸向竄動(dòng)

10、，容易獲得較高的傳動(dòng)精度。缺點(diǎn)是所占軸向尺寸較大（螺桿行程的兩倍加上螺母高度），剛性較差。因此僅適用于行程短的情況 螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)，螺母移動(dòng): 這種傳動(dòng)型式的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊（所占軸向尺寸取決于螺母高度及行程大?。瑒偠容^大。適用于工作行程較長的情況。12. 常見的螺旋副零件與滑板連接結(jié)構(gòu)主要有那些類型，各有什么特點(diǎn)和應(yīng)用？（1）螺母固定，螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)并移動(dòng)這種傳動(dòng)型式的螺母本身就起著支承作用，從而簡化了結(jié)構(gòu)，消除了螺桿與軸承之間可能產(chǎn)生的軸向竄動(dòng)，容易獲得較高的傳動(dòng)精度。缺點(diǎn)是所占軸向尺寸較大（螺桿行程的兩倍加上螺母高度），剛性較差。因此僅適用于行程短的情況。（2）螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)，螺母移動(dòng)這種傳動(dòng)型式的特點(diǎn)是

11、結(jié)構(gòu)緊湊（所占軸向尺寸取決于螺母高度及行程大?。?，剛度較大。適用于工作行程較長的情況。（3）差動(dòng)螺旋傳動(dòng)。設(shè)螺桿左、右兩段螺紋的旋向相同，且導(dǎo)程分別為Ph1和Ph2。當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)角時(shí)，可動(dòng)螺母2的移動(dòng)距離為 如果Ph1與Ph2相差很小，則 L很小。因此差動(dòng)螺旋常用于各種微動(dòng)裝置中。 若螺桿3左、右兩段螺紋的旋向相反，則當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)角時(shí)，可動(dòng)螺母2的移動(dòng)距離為 可見，此時(shí)差動(dòng)螺旋變成快速移動(dòng)螺旋，即螺母2相對螺母1快速趨近或離開。這種螺旋裝置用于要求快速夾緊的夾具或鎖緊裝置中。13. 影響螺旋傳動(dòng)精度的主要因素主要有那些？如何提高傳動(dòng)精度？螺紋參數(shù)誤差 螺紋的各項(xiàng)參數(shù)誤差中，影響傳動(dòng)精度的主要是螺距

12、誤差、中徑誤差以及牙型半角誤差。 螺桿軸向竄動(dòng)誤差 偏斜誤差 溫度誤差為了提高傳動(dòng)精度，應(yīng)盡可能減小或消除這些誤差。可以通過提高螺旋副零件的制造精度來達(dá)到，但單純提高制造精度會(huì)使成本提高。因此，對于傳動(dòng)精度要求較高的精密螺旋傳動(dòng)，除了根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或具體情況規(guī)定合理的制造精度以外，可采取某些結(jié)構(gòu)措施提高其傳動(dòng)精度。由于螺桿的螺距誤差是造成螺旋傳動(dòng)誤差的最主要因素，因此采用螺距誤差校正裝置是提高螺旋傳動(dòng)精度的有效措施之一。14. 螺旋機(jī)構(gòu)工作時(shí)存在空回現(xiàn)象，請解釋什么是空回現(xiàn)象？它有什么樣的危害？如何消除空回現(xiàn)象？當(dāng)螺旋機(jī)構(gòu)中存在間隙，若螺桿的轉(zhuǎn)動(dòng)方向改變，螺母不能立即產(chǎn)生反向運(yùn)動(dòng)，只有螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)某

13、一角度后才能使螺母開始反向運(yùn)動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為空回。對于在正反向傳動(dòng)下工作的精密螺旋傳動(dòng)，空回將直接引起傳動(dòng)誤差，必須設(shè)法予以消除。消除空回的方法就是在保證螺旋副相對運(yùn)動(dòng)要求的前提下消除螺桿與螺母之間的間隙。利用單向作用 利用調(diào)整螺母 軸向調(diào)整法利用塑料螺母消除空回15. 如何消除滾珠螺旋傳動(dòng)中軸向間隙？在螺桿上裝配兩個(gè)螺母1和2，調(diào)整兩個(gè)螺母的軸向位置，使兩個(gè)螺母中的滾珠在承受載荷之前就以一定的壓力分別壓向螺桿螺紋滾道相反的側(cè)面，使其產(chǎn)生一定的變形（圖3-25），從而消除了軸向間隙，也提高了軸向剛度。(1）墊片調(diào)隙式 （2）螺紋調(diào)隙式 （3）齒差調(diào)隙式16. 滑動(dòng)摩擦中采用導(dǎo)軌有什么作用，對導(dǎo)

14、軌有什么具體要求？滑動(dòng)摩擦導(dǎo)軌的運(yùn)動(dòng)件與承導(dǎo)件直接接觸。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、接觸剛度大；缺點(diǎn)是摩擦阻力大、磨損快、低速運(yùn)動(dòng)時(shí)易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象。(1) 導(dǎo)向精度高。導(dǎo)向精度是指運(yùn)動(dòng)件按給定方向作直線運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確程度，它主要取決于導(dǎo)軌本身的幾何精度及導(dǎo)軌配合間隙。(2) 運(yùn)動(dòng)輕便、平穩(wěn)、低速時(shí)無爬行現(xiàn)象。導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)的不平穩(wěn)性主要表現(xiàn)在低速運(yùn)動(dòng)時(shí)導(dǎo)軌速度的不均勻，使運(yùn)動(dòng)件出現(xiàn)時(shí)快時(shí)慢、時(shí)動(dòng)時(shí)停的爬行現(xiàn)象。(3) 耐磨性好。導(dǎo)軌的初始精度由制造保證，而導(dǎo)軌在使用過程中的精度保持性則與導(dǎo)軌面的耐磨性密切相關(guān)。導(dǎo)軌的耐磨性主要取決于導(dǎo)軌的類型、材料?導(dǎo)軌表面的粗糙度及硬度、潤滑狀況和導(dǎo)軌表面壓強(qiáng)的大小。(4) 對

15、溫度變化的不敏感性。即導(dǎo)軌在溫度變化的情況下仍能正常工作。(5) 5、足夠的剛度。在載荷的作用下，導(dǎo)軌的變形不應(yīng)超過允許值。剛度不足不僅會(huì)降低導(dǎo)向精度，還會(huì)加快導(dǎo)軌面的磨損。剛度主要與導(dǎo)軌的類型、尺寸以及導(dǎo)軌材料等有關(guān)。6、結(jié)構(gòu)工藝性好。導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)應(yīng)力求簡單、便于制造、檢驗(yàn)和調(diào)整，從而降低成本。17. 如何調(diào)整或消除滑動(dòng)摩擦導(dǎo)軌的間隙？ 按導(dǎo)軌承導(dǎo)面的截面形狀，滑動(dòng)導(dǎo)軌可分為圓柱面導(dǎo)軌和棱柱面導(dǎo)軌（圖3-31）。其中凸形導(dǎo)軌不易積存切屑、臟物，但也不易保存潤滑油，故宜作低速導(dǎo)軌，例如車床的床身導(dǎo)軌。凹形導(dǎo)軌則相反，可作高速導(dǎo)軌，如磨床的床身導(dǎo)軌，但需有良好的保護(hù)裝置，以防切屑、臟物掉入。（1）采用磨、刮相應(yīng)的結(jié)合面或加墊片的方法，以獲得合適的間隙。（2）采用平鑲條調(diào)整間隙（3）采用斜鑲條調(diào)整間隙。18. 驅(qū)動(dòng)力和溫度對導(dǎo)軌間隙有什么影響？ 設(shè)計(jì)導(dǎo)軌時(shí)，必須合理確定驅(qū)動(dòng)力的方向和作用點(diǎn)，使導(dǎo)軌的傾復(fù)力矩盡可能小。否則，將使導(dǎo)軌中的摩擦力增大，磨損加劇，從而降低導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)靈便性和導(dǎo)向精度，嚴(yán)重時(shí)以至使導(dǎo)軌卡住而不能正常工作滑動(dòng)摩擦導(dǎo)軌對溫度變化比較敏感。由于溫度的變化，可能使自封式導(dǎo)軌卡住或造成不能允許的過大間隙19. 滑動(dòng)摩擦導(dǎo)軌在工作時(shí)由于摩擦等原因要產(chǎn)生磨損，進(jìn)而影響加工精度。試述提高導(dǎo)軌耐磨性的常用方法？（1）合理選擇