【正文】 第三章？（P78）宏觀地看，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大致有以下三方面內(nèi)容:(1)功能設(shè)計(jì) 以各種具體的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化系統(tǒng)的功能要求。狹義的概念指的是將客觀需求轉(zhuǎn)化為滿(mǎn)足該需求的技術(shù)系統(tǒng)的活動(dòng)，各種產(chǎn)品包括機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)即屬此類(lèi)。第五篇：機(jī)電一體化習(xí)題答案第一章？各國(guó)的主要觀點(diǎn)有哪些？(P1~3)答：機(jī)電一體化技術(shù)綜合應(yīng)用了機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、信息處理技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)、電力電子技術(shù)、接口技術(shù)及系統(tǒng)總體技術(shù)等群體技術(shù)，在高質(zhì)量、高精度、高可靠性、低能耗意義上實(shí)現(xiàn)多種技術(shù)功能復(fù)合的最佳功能價(jià)值的系統(tǒng)工程技術(shù)。65 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。55 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。417 試說(shuō)明光電耦合器的光電隔離原理。常用的導(dǎo)軌副種類(lèi)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(kāi)式導(dǎo)軌和閉式導(dǎo)軌。、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。廣義的接口功能有兩種：一種是變換、調(diào)整；另一種是輸入/輸出。1鑄造機(jī)座的設(shè)計(jì)要點(diǎn)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(shí)要考慮安裝方式、材料選擇、結(jié)構(gòu)工藝性以及節(jié)省材料、降低成本和縮短生產(chǎn)周期的問(wèn)題。滾動(dòng)導(dǎo)軌副有哪些特點(diǎn)及應(yīng)用場(chǎng)合？滾動(dòng)導(dǎo)軌副的預(yù)緊方式？答：優(yōu)點(diǎn)：摩擦系數(shù)?。ā\(yùn)動(dòng)靈活；動(dòng)、靜摩擦系數(shù)基本相同，因而啟動(dòng)阻力小，而不易產(chǎn)生爬行；3可以預(yù)緊，剛度高；壽命長(zhǎng)；精度高；潤(rùn)滑方便，可以采用脂潤(rùn)滑，一次填裝，長(zhǎng)期使用；由專(zhuān)業(yè)廠(chǎng)生產(chǎn)，可以外購(gòu)選用?；瑒?dòng)導(dǎo)軌的截面形狀有哪些?各有何特點(diǎn)？導(dǎo)軌間隙的調(diào)整方法有哪些？各適合何種場(chǎng)合？答：(1)三角形（分對(duì)稱(chēng)、不對(duì)稱(chēng)兩類(lèi)）；導(dǎo)向精度較高。滾珠絲杠副的支承方式有幾種？各有何特點(diǎn)？答：（1）單推單推式；軸向剛度較高，預(yù)拉伸安裝時(shí)，預(yù)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(zhuǎn)速、高精度的精密絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)。步進(jìn)電機(jī)升降速規(guī)律有哪些？各有何特點(diǎn)？答：按照直線(xiàn)規(guī)律升速；加速度為恒指，要求步進(jìn)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩為恒值。驅(qū)動(dòng)電源是將變頻信號(hào)源（微機(jī)或數(shù)控裝置等）送來(lái)的脈沖信號(hào)及方向信號(hào)按要求的配電方式自動(dòng)地循環(huán)供給電動(dòng)機(jī)各相繞組，以驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子正反向旋轉(zhuǎn)。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(zhuǎn)矩，故具有記憶能力，可用做定位驅(qū)動(dòng)。控制用旋轉(zhuǎn)電機(jī)按工作原理分：（1）旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)型：同步電動(dòng)機(jī)（永磁）、步進(jìn)電機(jī)（永磁）；（2）旋轉(zhuǎn)電樞型：直流電動(dòng)機(jī)（永磁）、感應(yīng)電動(dòng)機(jī)（按矢量控制等效模型）；DC伺服電機(jī)（永磁）：槽鐵心電樞型、無(wú)槽（平滑型）鐵心電樞型、電樞型—無(wú)槽（平滑）鐵心型與無(wú)鐵心型。10常見(jiàn)的導(dǎo)軌截面形狀有：三角形、矩形、燕尾形、圓形。但是，由于它含有微分作用，在噪聲比較大或要求響應(yīng)快的系統(tǒng)中不宜采用；PID 調(diào)節(jié)器能使閉環(huán)系統(tǒng)更加 穩(wěn)定，其動(dòng)態(tài)性能也比用 PI調(diào)節(jié)器時(shí)好。j1=.01。13機(jī)電一體化技術(shù)第 7章參考答案73 機(jī)電一體化系統(tǒng)中的典型負(fù)載有哪些？說(shuō)明以下公式的含義：2 1 1 m n j k i cq i j i i k k v J m J答：典型負(fù)載是指慣性負(fù)載、外力負(fù)載、彈性負(fù)載、摩擦負(fù)載（滑動(dòng)摩擦負(fù)載、粘性摩擦 負(fù)載、滾動(dòng)摩擦負(fù)載等）。也就是說(shuō)，若，則由 可以完全地恢復(fù) e（t）。8機(jī)電一體化技術(shù)第 4章參考答案試說(shuō)明 CPU、MC 和 MCS 之關(guān)系。簡(jiǎn)述步進(jìn)電機(jī)三相單三拍的工作原理？答：如教材圖例所示：如果先將電脈沖加到 A 相勵(lì)磁繞組，定子 A 相磁極就產(chǎn)生磁通，并對(duì)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生磁拉力，使轉(zhuǎn)子的 1 3 兩個(gè)齒與定子的 A 相磁極對(duì)齊，而后再將電脈沖通入B 相磁繞組，B 相磁極便產(chǎn)生磁通，這時(shí)轉(zhuǎn)子 2 4 兩個(gè)齒與 B 相磁極靠的最近，于是轉(zhuǎn)子便沿著逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)過(guò) 30 度角，使轉(zhuǎn)子 2 4 兩個(gè)齒與定子 B 相磁極對(duì)齊。（3）錐齒輪采用彈簧調(diào)整方式。210 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λ0=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(guò) 2 個(gè)齒時(shí)，試問(wèn)：兩個(gè)螺母之間相對(duì)移動(dòng)了多大距離？答：Z1 =100，Z2 =98，ΔS=(2/Z1)* λ0=*6 mm= mm。..................................................................11 56 簡(jiǎn)述兩自由度機(jī)器人逆動(dòng)力學(xué)方程。........................................................5 II32 機(jī)電一體化系統(tǒng)對(duì)執(zhí)行元件的基本要求是什么？....................................................5 33 簡(jiǎn)述控制用電動(dòng)機(jī)的功率密度及比功率的定義。、融合法、組合法？答：機(jī)電互補(bǔ)法又稱(chēng)取代法。設(shè) H g r、分別為剛輪、柔輪和波形發(fā)生器的角速度，則g H r H rg g H r Z i Z。電機(jī)的換向是 通過(guò)橋式電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的，它是由四個(gè)大功率的晶體管組成，通過(guò)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。當(dāng) A 相得電時(shí)，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一步，當(dāng)脈沖依次加到 ABC 三個(gè)輸入端時(shí)，三組放大器分別驅(qū)動(dòng)不同的繞組，是電機(jī)一步一步的轉(zhuǎn)動(dòng)。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(méi)有光發(fā)出。答 ： 設(shè) 對(duì) 微 小 輸 入 位 移 有 微 小 的 輸 出 位 移，則輸入功的總和和輸出功的總和分別為：其中忽略機(jī)構(gòu)內(nèi)部機(jī)械損失時(shí)，兩式相等。n4=180。a=400*(v1/nd)^2/(4*pi^2)b=j1c=j2*(n2/nd)^2 d=j3*(n3/nd)^2 e=j4*(n4/nd)^2 f=js*(ns/nd)^2 g=j11*(n11/nd)^2 h=j22*(n22/nd)^2J=400*(v1/nd)^2/(4*pi^2)+j1+j2*(n2/nd)^2+j3*(n3/nd)^2+j4*(n4/nd)^2+js*(ns/nd)^2+j11*(n11/ nd)^2+j22*(n22/nd)^2+jd fs=800。系統(tǒng)中采用積分環(huán)節(jié)可以減少或消除誤差，但由于積分環(huán)節(jié)效應(yīng)慢，故很少單獨(dú)使 用。6滾珠絲杠副的精度分為10共七個(gè)等級(jí)。（產(chǎn)品）對(duì)執(zhí)行元件的基本要求有哪些？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。應(yīng)用：NC機(jī)械、機(jī)器人。HB和PM型步進(jìn)電機(jī)能夠用做超低速同步電動(dòng)機(jī)。雙電壓功放電路：該功放電路僅在脈沖開(kāi)始的一瞬間接通高壓電源，其余的時(shí)間均由低壓供電，故效率很高。（3）端蓋式；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工藝性好，但滾道吻接和彎曲處圓角不易準(zhǔn)確制作而影響其性能，故應(yīng)用較少。齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)各級(jí)傳動(dòng)比的最佳分配原則有哪些？各適用于何種場(chǎng)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(dòng)系統(tǒng)；（2）輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則；適用于要求傳動(dòng)精度高，回程誤差小的傳動(dòng)齒輪系；（3）等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量最小原則；適用于要求運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、起停頻繁和動(dòng)態(tài)性能好的伺服系統(tǒng)的減速齒輪系。三角形導(dǎo)軌的上滑面能自動(dòng)補(bǔ)償，下滑面的間隙調(diào)整和矩形導(dǎo)軌的下壓調(diào)整底面間隙相同。基本要求：方向精度和置中精度；摩擦阻力矩的大小；許用載荷；對(duì)溫度變化的敏感性；耐磨性以及磨損的可補(bǔ)償性；抗振性；成本的高低。機(jī)電一體化的涵義、內(nèi)容、目的。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(chēng)。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。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。第五章51 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。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定機(jī)床傳遞切削力的主軸軸線(xiàn)為Z坐標(biāo)。又因?yàn)橄到y(tǒng)具有慣量，當(dāng)被控對(duì)象轉(zhuǎn)角qc等于輸入轉(zhuǎn)角qr時(shí)，被控對(duì)象不會(huì)立即停下來(lái)，而靠慣性繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，使被控對(duì)象比無(wú)間隙時(shí)更多地沖過(guò)平衡點(diǎn)，這又使系統(tǒng)出現(xiàn)較大的方向誤差。，應(yīng)包含哪些幾個(gè)基本要素？答：機(jī)電一體化系統(tǒng)，應(yīng)包含以下幾個(gè)基本要素：機(jī)械本體、動(dòng)力與驅(qū)動(dòng)部分、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳感測(cè)試部分、控制及信息處理部分。環(huán)境是與技術(shù)系統(tǒng)發(fā)生聯(lián)系的總和，包括經(jīng)濟(jì)條件、生產(chǎn)條件、技術(shù)條件、社會(huì)條件等。因此，耐磨性是衡量滾動(dòng)導(dǎo)軌副性能的主要指標(biāo)之一。2)分析比較傳統(tǒng)的和現(xiàn)代的理論和實(shí)踐，確定實(shí)現(xiàn)主要轉(zhuǎn)換的工作原理。其技術(shù)組成包括：機(jī)械技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)、伺服傳動(dòng)技術(shù)、計(jì)算機(jī)與信息處理技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和系統(tǒng)總體技術(shù)等。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(méi)有反饋信號(hào)，系統(tǒng)暫時(shí)處于開(kāi)環(huán)狀態(tài)。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64 簡(jiǎn)述數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系的定義規(guī)則。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(lái)改善傳感器的性能如：平均技術(shù)，差分技術(shù)，穩(wěn)定性處理，屏蔽和隔離。如圖，分別記作 1 和 3 的基極上加以正脈沖的同時(shí)，在 2 和 4 的基級(jí)上加以負(fù)脈沖，這時(shí) 1 和 3 導(dǎo)通，2 和 4 導(dǎo)通。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(zhuān)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)進(jìn)行剖析、重構(gòu)、再創(chuàng)造的設(shè)計(jì)。試制與調(diào)試。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(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、摩擦輪、萬(wàn)向聯(lián)軸器、軟軸、渦輪蝸桿、間歇機(jī)構(gòu)。答：按其相互摩擦的性質(zhì)分：滑動(dòng)、滾動(dòng)、氣體（或液體）摩擦支承。燕尾型導(dǎo)軌：鑲條法；矩形導(dǎo)軌：修刮壓板、修刮調(diào)整墊片的厚度或調(diào)整螺釘?shù)姆椒?；平鑲條調(diào)整用于受力較小、或短的導(dǎo)軌。要求傳動(dòng)速度快時(shí)，可選用大導(dǎo)程滾珠絲杠副。但擋珠器剛性差、易磨損。同時(shí)由于繞組電感較大，電路對(duì)脈沖電流的反映較慢，因此輸出脈沖的波形差、輸出功率低。由于采用了永久磁鐵，所以無(wú)勵(lì)磁時(shí)具有保持力。應(yīng)用：音響和音像設(shè)備、計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備、NC機(jī)械、機(jī)器人。（優(yōu)）點(diǎn)是什么？答：傳動(dòng)比準(zhǔn)確、傳動(dòng)效率高、能吸震、噪聲低、傳動(dòng)平穩(wěn)、能高速傳動(dòng)、維護(hù)保養(yǎng)方便等優(yōu)點(diǎn)。具有：軸向剛度高；運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)；傳動(dòng)精度高；不易磨損；使用壽命高等優(yōu)點(diǎn)。而且 Kp太大會(huì)引起系統(tǒng)不穩(wěn)定。jd=.004。n2=360。這樣就把采樣信號(hào)變成了數(shù) 字信號(hào)。417 試說(shuō)明光電耦合器的光電隔離原理。：?jiǎn)坞妷汗β史糯箅娐啡鐖D所示 ABC 分別為步進(jìn)電機(jī)的三相，每一項(xiàng)由一組放大器驅(qū)動(dòng)。636 簡(jiǎn)述 PWM 直流驅(qū)動(dòng)調(diào)速，換向的工作原理。諧波齒輪傳動(dòng)的波發(fā)生器相當(dāng)于行星輪系的轉(zhuǎn)臂，柔輪相當(dāng)于行星輪，剛輪則相當(dāng)于 中心輪。？答：一種是變換、調(diào)整。求：該傳動(dòng)系統(tǒng)的最大轉(zhuǎn)角誤差?φmax。........................................13 ?？傓D(zhuǎn)角誤差主要 取決于最未一級(jí)齒輪的轉(zhuǎn)角誤差和轉(zhuǎn)動(dòng)比的大小，在設(shè)計(jì)中最未兩級(jí)傳動(dòng)比應(yīng)取大一些，并盡量提高最未一級(jí)齒輪的加工精度。答: 種 類(lèi)特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)電 動(dòng) 式可使用商用電源；信號(hào) 與動(dòng)力的傳動(dòng)方向相同；有交流 和直流之別，應(yīng)注意電壓之大小操作簡(jiǎn)便；編程容易；能 實(shí)現(xiàn)定位伺服；響應(yīng)快、能與 CPU相接；體積小、動(dòng)力較 大；無(wú)污染瞬時(shí)輸出功率大；過(guò)載能力 差，特別是由于某種原因而 卡住是，會(huì)引起燒毀事故，易受外部噪聲影響氣 動(dòng) 式空氣壓力源的壓力為（57）10 5 Pa；要求操作人員技術(shù)熟練氣源方便、成本低；無(wú)泄 漏污染速度快、操作比較簡(jiǎn)單功率小，體積大，動(dòng)作不夠平穩(wěn)，不易小型化，遠(yuǎn)距離 傳輸困難，工作噪聲大，難 于伺服液 動(dòng) 式要求操作人員技術(shù)熟 練；液壓源壓力（2080）10 5 Pa輸出功率大，速度快，動(dòng) 作平穩(wěn)，可實(shí)現(xiàn)定位伺 服；易于 CPU 相接；響應(yīng) 快設(shè)備難于小型化，液壓源或 液壓油要求（雜質(zhì)、溫度、油量、質(zhì)量）嚴(yán)格；易泄露 且有污染32 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)力大體積小、重量輕便于維修、安裝易于微機(jī)控制33 簡(jiǎn)述控制用電動(dòng)機(jī)的功率密度及比功率的定義。7311 簡(jiǎn)述步進(jìn)電機(jī)步距角大小的計(jì)算方法？答： a=360/（K*M）式中：Z=轉(zhuǎn)子齒數(shù)。微型計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱(chēng) MC。模/數(shù)轉(zhuǎn)換裝置每隔 T 秒對(duì)輸入的連續(xù)信號(hào) e（t）進(jìn)行一次采樣，采樣信號(hào)為 e*（t），如 圖 a 所示。第一式表示等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。j3=.02。以閉環(huán)控制方式為例：圖（1）為檢測(cè)傳感器裝在絲桿端部的半閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)。2 2 2 2 2 3 1 2 4 1 2 3 4 2 1 4 k si A cq A si D k k k k k k n n v n n n J m J J J J J J第二篇：機(jī)電一體化答案，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(chēng)。12錐環(huán)無(wú)鏈聯(lián)軸器利用錐環(huán)對(duì)之間的摩擦實(shí)現(xiàn)軸與轂之間的無(wú)間隙聯(lián)接傳遞轉(zhuǎn)矩，且可任意調(diào)節(jié)兩聯(lián)接件之間的角度位置。應(yīng)用：NC機(jī)械、機(jī)器人、計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備、辦公機(jī)械、音響和音像設(shè)備、計(jì)測(cè)機(jī)械。由于轉(zhuǎn)子磁鐵的磁化間距受到限制，難以制造，故步距角較大。采用小規(guī)模集成電路搭接而成的三相六拍環(huán)形脈沖分配器；靈活性很大，可搭接任意相、任意