機電一體化復習題答案(不全)

1、機電一體化技術的內涵是微電子技術和機械技術滲透過程中形成的一個新概念。機電一體化系統(tǒng)（產品）是機械技術和微電子技術的有機結合。工業(yè)三大要素是物質、能量、信息；機電一體化工程研究所追求的三大目標是:省能源、省資源、智能化。機電一體化研究的核心技術是接口問題。機電一體化系統(tǒng)（產品）構成的五大部分（或子系統(tǒng)）是：機械系統(tǒng)、電子信TOC o 1-5 h z息處理系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、傳感檢測系統(tǒng)、執(zhí)行元件系統(tǒng)。機電一體化接口按輸入/輸出功能分類機械接口、物理接口、環(huán)境接口、信息接口。機電一體化系統(tǒng)按設計類型分為：開放性設計、變異性設計、適應性設計。機電一體化系統(tǒng)按機電融合程度分為：機電互補法、機電結合法、機

2、電組合法。機電一體化技術是在機械的主功能、動力功能、信息功能、控制功能基礎上引入微電子技術，并將機械裝置與電子裝置用相關軟件有機地結合所構成系統(tǒng)的總稱。機電一體化系統(tǒng)實現三大功能應具有的兩大重要特征（轉換作用方式）：以能源轉換為主和以信息轉換為主。絲杠螺母機構的基本傳動形式有：螺母固定絲桿轉動并移動、絲桿轉動螺母移動、螺母轉動絲桿移動、絲桿固定螺母轉動并移動四種形式。滾珠絲杠副按螺紋滾道截面形狀分為單圓弧和雙圓弧兩類;按滾珠的循環(huán)方式分為內循環(huán)和外循環(huán)兩類。滾珠絲杠副軸向間隙調整與預緊的基本方法有：雙螺母螺紋預緊調整、雙螺母齒差預緊調整、雙螺母墊片調整預緊、彈簧自動調整預緊四種方式。滾珠絲杠副

3、常選擇的支承方式有：單推一單推式、雙推一雙推式、雙推一簡支式、雙推一自由式。機電一體化系統(tǒng)（產品）常用齒輪傳動形式有定軸輪系、行星輪系和_諧波輪系三種形式。在機電一體化系統(tǒng)機械傳動中，常用的傳動比分配原則有：重量最輕原則、轉動慣量最小原則、傳動精度最優(yōu)原則等。機電一體化系統(tǒng)（產品）中，?？蛇x擇的執(zhí)行元件：電磁式、液壓式、氣壓式和其他形式的執(zhí)行元件。電動機的工作特性分為恒轉矩工作和恒功率兩個階段,其轉折點的轉速和功率分別稱為：額定轉速和額定功率；伺服電動機用于調速控制時，應該工作在恒轉矩階段。步進電機按轉子結構形式可分為：反應式步進電機、永磁式步進電機、_混合式步進電機三種。步進電機的工作方式有

4、：單拍工作方式和倍拍工作方式。步進電機的開環(huán)控制精度主要由步進電機的結構形式和工作方式決定的；為了進一步提高步進電機的控制精度，可以米用細分電路來提高控制精度。依據步進電機的工作原理，步進電機的驅動控制電路主要由：方向控制電路、環(huán)形分配電路、驅動放大電路等組成。機電一體化系統(tǒng)中，常用的微型計算機類型有：單片機控制系統(tǒng)、單板機控制系統(tǒng)、工業(yè)微型計算機控制系統(tǒng)三種。提高機電一體化控制系統(tǒng)工作可靠性的措施主要有：隔離技術、濾波技術和屏蔽技術。常用傳感器主要分為模擬信號檢測傳感器、數字信號檢測傳感器、開關信號檢測傳感器三種形式。機電有機結合分析設計方法主要有穩(wěn)態(tài)設計方法和動態(tài)設計方法兩種。在機電一體化

5、系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)設計的負載分析中，常見的典型負載形式有：慣性負載、外力負載、內力負載、彈性負載、摩擦負載等。在進行機械系統(tǒng)負載和轉動慣量的等效中，遵循的基本原則是能量守恒定律簡述題機電一體化技術（或產品）的定義。定義：在機械的主功能，動力功能，信息功能，控制功能基礎上引入微電子技術，并將機械裝置與電子裝置用相關軟件有機的結合所構成的系統(tǒng)的總稱。機電一體化系統(tǒng)或產品設計的目的是什么？主要目的：增加機械系統(tǒng)或產品的附加值和自動化程度機電一體化系統(tǒng)（產品）的主要構成單元或組成部分有哪些？機械系統(tǒng)，電子信息處理系統(tǒng)，動力系統(tǒng)，傳感系統(tǒng)，執(zhí)行控制系統(tǒng)簡述機電一體化系統(tǒng)或產品的機電結合（融合）設計方法。機電結合設

6、計方法是將個組成要素有機的結合為一體而構成專用或通用的功能部件，其要素之間機電參數的有機匹配比較充分、5簡述機電一體化系統(tǒng)（產品）的機電組合設計方法，特點是什么？。機電一體化系統(tǒng)的機電組合設計方法是將用結合法制成的功能部件，功能模塊，像積木那樣組合成各種機電一體化系統(tǒng)，特點是可以縮短設計與研制周期，節(jié)約工裝設備費用，且有利于生產管理，使用和維修。機械傳動系統(tǒng)在機電一體化系統(tǒng)（產品）中的基本功能和作用是什么？機械傳動系統(tǒng)在機電一體化系統(tǒng)中的基本功能是傳遞力/轉矩和速度/轉速。實質上是一種轉矩，轉速變換器。作用是使執(zhí)行原件與負載之間在轉矩和轉速方面達到合理的匹配。簡答機電一體化機械傳動的主要功能，

7、目的，基本要求。功能：傳遞力/轉矩和速度/轉速目的：使執(zhí)行元件與負載之間在轉矩和轉速方面達到合理的匹配。基固本要求：轉動間隙小，精度高，體積小，重量輕，運動平穩(wěn)，傳動轉矩大。機電一體化系統(tǒng)（產品）的機械部分與一般機械系統(tǒng)相比，應具備哪些特殊要求？較高的定位精度。2.良好的動態(tài)響應特性響應快，穩(wěn)定性好，收斂時間合理。3。無間隙，低摩擦，低慣量，大剛度。4。高的消振頻率，合理的阻尼比。簡述滾珠絲杠傳動裝置的組成，結構和應用特點。滾珠絲杠傳動裝置的組成由帶螺旋槽的絲桿，螺母，滾動元件，回珠裝置組成。結構：絲桿輕動時，帶動滾珠螺紋滾道滾動，為阻止?jié)L珠從滾道端面掉出，在螺母的螺旋槽兩端沒有滾珠回程引導裝

8、置構成滾珠的循環(huán)返回通道，從而形成滾珠滾動的閉合通路。應用特點：阻尼小，傳動效率高，合理的結構設計，適應大剛度傳遞，可實現無間隙工作,不能自鎖。試分析齒輪傳動中，定軸傳動、行星傳動、諧波傳動的組成與傳動特點。定軸傳動由圓柱齒輪傳動，圓錐齒輪傳動，蝸桿蝸桿傳動。特點：結構簡單。傳遞可靠，用幾何特性來實現傳動。行星傳動主要是由傳動齒輪，定位齒輪，行星輪和行星架組成。特點。結構緊湊，可實現傳動比更大，幾何特性機構傳動原理來實現。諧波傳動主要又鋼輪，柔輪，波發(fā)生器組成。特點：結構緊湊，體積小，重量輕，充分發(fā)揮材料的特性，傳動比可大,也相當可靠，幾何特性+材料彈性變化特性實現傳動。滾動導軌副應達到的基本

9、要求。高的導向精度，高的耐磨性，足夠的剛度，良好的工藝性機電一體化系統(tǒng)（產品）對執(zhí)行元件的基本要求是什么？慣量小，動力大。體積小，重量輕。安裝方便，便于維護。易于實現自動化控制機電一體化系統(tǒng)對伺服控制電動機的基本要求1性能密度大。2快速響應性好。3位置控制與速度控制精度高，調速范圍大，低速平穩(wěn)性好，分辨率高以及振動噪音小。4能適應頻繁啟動，可靠性高，壽命長。5易于與計算機對接，實現計算機控制。5.1常用伺服電動機有哪些工作特點？2個工作區(qū)。1恒轉矩工作區(qū)，2恒功率工作區(qū)對于伺服電動機半閉環(huán)控制系統(tǒng)而言，控制系統(tǒng)的主要構成有哪些？主要是指令控制器，反饋調節(jié)器，功率放大與整形電路，執(zhí)行元件步進電機

10、驅動控制電路設計的基本要求是什么？提高驅動信號，控制有效，可靠性，整形抗干擾電路簡述機電一體化系統(tǒng)（產品）對檢測傳感器的基本要求。1體積小，重量輕，適應性好。2精度和靈敏性高，響應快，穩(wěn)定性好，信噪比高。3安全可靠，壽命長。4便于與計算機對接。5不易受被檢測對象和外部環(huán)境的影響。6環(huán)境適應能力強。7現場安裝處理簡單，操作方便。8價格便宜簡答通用微機控制系統(tǒng)核心部件，通用微機控制系統(tǒng)的構成與特點。通用微型計算機的核心部件為可編程控制器和工業(yè)計算機。構成控制系統(tǒng)以通用微型計算機為核心，設計專用或選用通用的集成芯片，接口電路，執(zhí)行元件，傳感器，以及相互合理匹配元件，組成具有較好通用能力的控制器。軟件

11、采用通用平臺軟件系統(tǒng)。特點：具有可靠性高，適應性強，但成本高，應采取一定的抗干擾措施等特點。適用于多品種，中小批量生產的機電一體化產品。簡答專用微機控制系統(tǒng)核心部件，專用微機控制系統(tǒng)的構成與特點。核心部件為單片機和單板機構成由專用芯片，接口電路，執(zhí)行元件，傳感器相互合理匹配成專用控制器。特點：軟件采用專用機器代碼或語言，可靠性強，成本低，但適應能力差，用于大批量生產的機電一體化產品。光電隔離電路的組成有哪些？主要作用是什么？主要由光耦合器的光電轉換元件輸入電路，光源，光敏元件，輸出放大電路組成作用：1可將輸入輸出兩部分的供電電源和電路的地線分離。2可進行電平轉換，實現要求的電平輸出，從而具有初

12、級功率放大作用。3提高對負載的驅動能力。（3）可將高低壓電源或不同要求電源系統(tǒng)分離，防止不同電源之間信號干擾。機電一體化系統(tǒng)設計中，驅動電路設計的目的和基本要求是什么？目的：實現指令信號和執(zhí)行驅動信號之間的有效匹配。要求：信號類型轉換，能量放大，質量的保證。三、分析論述題a）螺母固定、絲桿轉動并移動b）絲桿轉動，螺母移動c）螺母轉動、絲桿移動d）絲桿固定，螺母轉動并移動軸向間隙小，無軸向間隙調整和預緊能簡述如圖2a）螺母固定、絲桿轉動并移動b）絲桿轉動，螺母移動c）螺母轉動、絲桿移動d）絲桿固定，螺母轉動并移動軸向間隙小，無軸向間隙調整和預緊能試分析單圓弧軌道和雙圓弧軌道的結構特點（設計、制造

13、、使用與維護）單圓弧滾道：結構簡單，傳遞精度由加工質量保證，力，加工困難，加工精度要求高，成本高，一般在輕載條件下工作。雙圓弧滾道：結構簡單，存在軸向間隙，加工質量易于保證，在使用雙螺母結構的條件下,具有軸向間隙調整和預緊能力，傳遞精度高。試分析圖示消除滾珠絲杠軸向間隙調整與預緊的工作原理與結構特點。雙螺母墊片預緊調整的結構特點：結構簡單，剛性好，預緊可靠，使用中調整不方便。工作原理：在絲桿固定不動的條件下，增加墊片的厚度，左右絲桿螺母分別向左移動和向右移動。試分析圖示消除滾珠絲杠副軸向間隙調整與預緊的工作原理與結構特點答：工作原理：采用雙螺母螺紋預緊調整，右螺母的外端有凸緣，而左螺母的外端雖

14、無凸緣，但有螺紋并通過兩個圓螺母固定。調整時旋轉右邊圓螺母消除軸向間隙并產生一定預緊力，然后用鎖緊螺母結構特點：結構簡單，剛度好，預緊可靠，使用中調整方便，但不能精確定量的進行調整。根據直流電機的機械特性方程，試說明直流電機調速方法有哪能些，并指出它們各自的優(yōu)特點。1,變極調速2，變頻調速3，變轉差率調速簡述步進電機的工作原理，并推導出步進當量的計算公式。圖示三相反應式步進電動機，定子有六個均勻分布的磁極，每兩個相對磁極組成一相，即有A-A,B-B,C-C,三相，磁極上饒有勵磁繞組，轉子具有均勻分布不的四個齒，當ABC三對磁極的繞組依次通電時，則ABC三對磁極依次產生磁場吸引轉子轉動。URn，

15、aaTKKK2eem試分析如圖所示步進電機驅動功率放大器的基本工作原理。圖中ABC分別為步進電動機的三相，每相由一組放大器驅動，放大器輸入端與環(huán)形脈沖分配器相連，在沒有脈沖輸入時，3DK4和3DD15功率放大器均截止，繞組中無電流通過，電動機不轉。當A相得電，電動機轉動一步，當脈沖依次加到ABC三個輸入端時，三組放大器分別驅動不同的繞組，使電動機一步步地轉動，電路中二極管起續(xù)流作用。多路功率開關細分驅動電路試述如圖所示步進電機用功率開關細分驅動電路的基本工作原理多路功率開關細分驅動電路利用五只功率晶體管作為開關器件，在繞組電流上升過程中，VTD1到VTD5按順序導通，每導通一個，高壓管都要跟著

16、導通一次，使繞組電流能快速上升，在繞組電流下降過程中，VTD1到VTD5按順序關段，每關段一個晶體管，電流都能快速下降一個臺階，在關斷任一低壓管前，可將剩下的全部關段一段時間，使繞組通過泄放回路放電，然后再重新開通。試分析如圖所示光電的基本工作原理和特點，在本電路中各元氣件的作用是什么？T-1l-iLBRj和L廠F輸入信號（來自微機）輸出信號II（去執(zhí)行系統(tǒng)）去微機微機輸出的控制信號經74LS04非門反向后，加到光電耦合器G的發(fā)光二極管正端，當控制信號為高電平時，經反相后，加到發(fā)光二極管正端的電平為低電平，因此，發(fā)光二極管不導通，沒有光發(fā)出，這時光敏三極管截止，輸出信號幾乎等于加在光敏三極管集

17、電極上的電源電壓，當控制信號為低電平時，發(fā)光二極管導通并發(fā)光，光敏三極管接受發(fā)光二極管發(fā)出的光而導通，于是輸出端的電平幾乎等于零。特點：完成信號轉換的同時，能隔離干擾。作用：廠F輸入信號（來自微機）輸出信號II（去執(zhí)行系統(tǒng)）去微機號。光門反相，加到光電耦合器G的發(fā)光二極管正端，發(fā)光二極管：把電信號轉換成光信號。光敏三極管：將光信號轉換成電信號。號。光DDiTO試述如圖所示步進電機斬波恒流功率驅動電路中，電機相電流大小的的調節(jié)方法。DDiTO光電編碼器一般輸出A、/A、B、/B、Z、/Z等六路信號，分別說明這六路信號的作用和用途。.；AB用來判別方向、計數，Z為參考零位，一般每隔20mm或50m

18、m一個信號_/-A-、B-、Z-是A、B、Z的反相信號，主要作用是抗干擾的.匚220V_13、如圖所示為計算機電源采用的一種濾波器的接線圖，試說明它的作用及工作原理二J從電氣工程上，所有的元件可以歸納為三類最基本的元件,即電阻，電感和電容電阻的阻值與:交流電的頻率無關電感的阻值（稱為感抗）Xl=2nfL,即與交流電的頻率成正比頻率越高，感抗越大電容元件則與電感元件相反，它的容抗Xc=1/2nfC,即與交流電頻率反比.因此，電氣工程上，常利用LC元件對不同頻率交流電量的電抗不同,對交流電量進行分流，稱為濾波.作用：濾波器分很多種，作用各不相同，但總名稱上總體來說，當然是過濾信號的。14、光柵傳感

19、器，刻線數為100線/mm,設細分時測得莫爾條紋數為400,試計算光柵位移是多少毫米？若經四倍細分后，記數脈沖仍為400，則光柵此時的位移是多少？測量分辨率是多少？答：光柵此時的位移：細分前：4mm細分后：1mm測量分辨率：細分前：0.01mm/線細分后：0.025mm/線15、機電一體化系統(tǒng)中的計算機接口電路通常使用光電藕合器，光電藕合器的作用有哪些？答：用來隔離高頻電路與低頻電路高頻電路產生的高頻信號會干擾低頻電路，用光耦合器既能連接兩個部分又能屏蔽高頻信號16、機電一體化產品中常用的位移傳感器有哪幾種？試舉例說明其中的一種在機電一體化系統(tǒng)設計中的應用。電阻式，電感式，電容式，電磁式，光電

20、式，編碼式。17、簡述直流伺服電動機脈寬調制的工作原理答:PWM波，就是利用占空比來控制輸出的大小。占空比越大，輸出功率越大。頻率是要根據實際情況選擇的，太低驅動效果好，但是會感覺到抖動，太高會有噪音還會有衰減，所以根據電機特性選一個合適的頻率。ii，Aiii，Ai=0，U0；銜鐵移動時,2L1L2o產生輸出電壓U；由U和Ai的大小和方向可oo1if1、口其工作原理。光源和一個線圈自感增加，另一個減小，Ai,0if1、口其工作原理。光源和判斷出銜鐵的位移大小和方向。9圖示為光柵式位移傳感器示意圖，光體四部分分組成將指示光柵常行光體四部分分組成將指示光柵常行地放在標這時在指示光柵上就會出現一些艮小的角度e艮小的角度e，示尺光柵相對于指示光柵移動時，每移過一個柵較粗的明暗相間的條紋，稱為摩爾條紋。當_距，則在垂直方向上就移過一個摩爾條紋。過其后的測量裝置對脈沖進行計數、處理，即可測的實際位移。30、畫出圖示機械系統(tǒng)的力電壓相似模擬電路解：該機械幕統(tǒng)的力一一屯相似模擬屯路個齒采用、某步進電機有絲杠的導程為U求、步進電機的步矩答360八/個齒采用2、當脈沖當量要求為0.01mm時，試設計此傳動系統(tǒng)。答：設傳動比為X,由于步距角為0.75，絲桿導程為6mm,則：6/(360/0.75)*