機電一體化系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)期末復(fù)習(xí) 一 單選題 1.機 電 一體化技 術(shù) 是以 ( C)部分 為 主體， 強調(diào) 各種技 術(shù) 的 協(xié) 同和集成的 綜 合性技 術(shù) 。 A. 自 動 化 B.微 電 子 C 機械 D.軟 件 2. 導(dǎo)程 Lo = 8 mm 的絲杠的總質(zhì)量為 6kg ，標(biāo)稱直徑為 4 0 mm ， 則其轉(zhuǎn)動慣量為 (A )kg. mm2 A.1200 B.480 c. 120 D.48 3. 某機電一體化系統(tǒng)需要消除斜齒輪傳動的齒側(cè)間隙， 采取 (D)調(diào)整法使得調(diào)整過程中能自動補償齒側(cè)間隙。 A.偏心套 B. 軸向墊片 c. 薄片錯齒 D. 軸向壓簧錯齒 4. 下列哪項指標(biāo)是傳感器的動態(tài)特性 ? (D )。 A. 量程 B.線性度 c.靈敏度 D. 幅頻特性 5. 在開環(huán)控制系統(tǒng)中， 常用 (B )做驅(qū)動元件。 A. 直流伺服電動機 B. 步進電動機 C. 同步交流伺服電動機 D. 異步交流伺服電動機 6. HRGP-1A 噴漆機器人中的旋轉(zhuǎn)變壓器屬于系統(tǒng)中的 (B )。 A. 能游、部分 B.傳感部分 C. 控制器 D.執(zhí)行機構(gòu) 7.機械系統(tǒng)的剛度對系統(tǒng)的動態(tài)特性主要影響表現(xiàn)為 (B )等方面。 A. 固有頻率、響應(yīng)速度、慣量 B. 固有頻率、失動量、穩(wěn)定性 C. 摩擦特性、響應(yīng)速度、穩(wěn)定性 D.摩擦特性、失動量、慣量 8. 多級齒輪傳動中， 各級傳動比相等的分配原則適用于按 (C )設(shè)計的傳動鏈。 A. 最小等效轉(zhuǎn)動慣量原則 B. 輸出軸的轉(zhuǎn)角誤差最小原則 c.重量最輕原則 (小功率裝置 ) D.重量最輕原則 (大功率裝置 ) 9. 幅頻特性和相頻特性是模擬式傳感器的 (B )。 A.靜態(tài)特性指標(biāo) B.動態(tài)特性指標(biāo) C.輸人特性參數(shù) D.輸出特性參數(shù) 10. 半閉環(huán)控制的驅(qū)動裝置中， 絲杠螺母機構(gòu)位于閉環(huán)之外， 所以它的 (D)。 A. 回程誤差不影響輸出精度， 但傳動誤差影響輸出精度 B. 傳動誤差不影響輸出精度， 但回程誤差影響輸出精度 c.回程誤差和傳動誤差都不會影響輸出精度 D. 回程誤差和傳動誤差都會影響輸出精度 11. 步進電機轉(zhuǎn)角的精確控制是通過控制輸入脈沖的 (B )來實現(xiàn)的。 A.頻率 B.數(shù)量 c.步距角 D.通電順序 12. HRGP-IA 噴漆機器人中的旋轉(zhuǎn)變壓器屬于系統(tǒng)中的 (B )。 A. 能源部分 B. 測試傳感部分 c.驅(qū)動部分 D.執(zhí)行機構(gòu) 13.以下產(chǎn)晶屬于機電 -體化產(chǎn)品的是 (C )。 A.游標(biāo)卡尺 B. 移動電話 C. 全自動洗衣機 D. 非指針式電子表 14. 為提高機電一體化機械傳動系統(tǒng)的固有頻率， 應(yīng)設(shè)法 (A )。 A.增大系統(tǒng)剛度 B. 增大系統(tǒng)轉(zhuǎn)動慣量 C. 增大系統(tǒng)的驅(qū)動力矩 D. 減小系統(tǒng)的摩擦阻力 15. 光柵傳感器的光柵是在一塊長條形的光學(xué)玻璃上密集等間距平行的刻線， 刻線數(shù)為 100 線 / m m ， 經(jīng)四倍細分后， 記數(shù)脈沖為 400 ， 光柵位移是 (A )mm 。 A. 1 B. 2 C. 3 D. 4 16. PWM 指的是 ( C)。 A. 機器人 B.計算機集成系統(tǒng) C. 脈寬調(diào)制 D. 可編程控制器 17. 以下除了 (D ) ，均是由硬件和軟件組成。 A. 計算機控制系統(tǒng) B.PLC 控制系統(tǒng) C. 嵌入式系統(tǒng) D. 繼電器控制系統(tǒng) 18. HRGP-1A 噴漆機器人中的活塞式液壓缸屬于系統(tǒng)中的 ( C)。 A. 能源部分 B. 傳感部分 C. 驅(qū)動部分 D. 執(zhí)行機構(gòu) 19 導(dǎo)程 Lo=8mm 的絲杠驅(qū)動總質(zhì)量為 60峙的工作臺與工件， 則其折算到絲杠上的等效 轉(zhuǎn)動慣量為 (B )kgmm2 。 A. 48.5 B. 97 C. 4.85 D. 9.7 20. 下列哪項指標(biāo)是傳感器的動特性 ? (D ) A.量程 B. 線性度 c.靈敏度 D.幅頻特性 21. 計算機控制系統(tǒng)實際運行時， 需要由用戶自行編寫 (D )，具有實時性、針對性、靈活 性和通用性。 A. 實時軟件 B. 開發(fā)軟件 c. 系統(tǒng)軟件 D. 應(yīng)用軟件 22. 以下 (D )不屬于系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖的基本結(jié)構(gòu)形式。 A. 串聯(lián)結(jié)構(gòu) B.并聯(lián)結(jié)構(gòu) c.環(huán)形結(jié)構(gòu) D.星形結(jié)構(gòu) 二 判斷題 （ 正確的 打 ， 錯誤的打 X 1. 一個完善的機電一體化系統(tǒng)， 應(yīng)包括以下幾個基本要素 : 機械本體、動力系統(tǒng)、檢測傳感系統(tǒng)及執(zhí)行部件，各要素和環(huán)節(jié)之間通過接口相聯(lián)系。 (X) 2. 信息處理技術(shù)是指在機電一體化產(chǎn)品工作過程中， 與工作過程各種參數(shù)和狀態(tài)以及自動控制有關(guān)的信息輸入、識別、變換、運算、存儲、輸出和決策分析等技術(shù)。 ( ) 3. 進行機械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計時， 由于阻尼對系統(tǒng)的精度和快速響應(yīng)性均產(chǎn)生不利的影響， 因此機械系統(tǒng)的阻尼比 E取值越小越好。 (X ) 4. 滾珠絲杠垂直傳動時， 必須在系統(tǒng)中附加自鎖或制動裝置。 ( ) 5. 傳感器的轉(zhuǎn)換元件是指傳感器中能直接感受或響應(yīng)被測量的部分。 (X) 6. 脈沖分配器的作用是使步進電動機繞組的通電順序按一定規(guī)律變化。 ( ) 7. 氣壓式伺服驅(qū)動系統(tǒng)常用在定位精度較高的場合使用。 (X) 8. 全物理仿真與計算機仿真相比較， 在時間、費用和方便性上都具有明顯的優(yōu)點， 是一種經(jīng)濟、快捷與實 15. 現(xiàn)場總線系統(tǒng)采用一對一的設(shè)備連線， 按控制回路分別進行連接， 打破了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式。 (X) 9. 現(xiàn)場總線系統(tǒng)采用一對一的設(shè)備連線， 按控制回路分別進行連接， 打破了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式。 (X) 10. 綠色設(shè)計是對已有的產(chǎn)品或技術(shù)進行分析研究， 進而對該系統(tǒng) 產(chǎn)品 進行剖析、重構(gòu)、再創(chuàng)造的設(shè)計。 (X) 11.機電一體化產(chǎn)品不僅是人的手與肢體的延伸，還是人的感官與頭腦的延伸，具有 智能化的特征是機電一體化與機械電氣化在功能上的本質(zhì)差別。 ( ) 12. 系統(tǒng)論、信息論、控制論是機電一體化技術(shù)的理論基礎(chǔ)， 是機電一體化技術(shù)的方法論。 ( ) 13. 為減少機械傳動部件的扭矩反饋對電機動態(tài)性能的影響， 機械傳動系統(tǒng)的基本固有頻 、 率應(yīng)低于電氣驅(qū)動部件的固有頻率的 2 3倍，同時，傳動系統(tǒng)的固有頻率應(yīng)接近控制系統(tǒng)的工作頻率，以免系統(tǒng)產(chǎn)生振蕩而失去穩(wěn)定性。 (X) 14. 系統(tǒng)的靜摩擦阻尼越大， 使系統(tǒng)的回程誤差增大， 定位精度降低。 ( ) 15. 采用雙螺母螺紋調(diào)隙以消除滾珠絲杠副軸向間隙， 結(jié)構(gòu)形式結(jié)構(gòu)緊湊， 工作可靠， 調(diào)整方便，能夠進行很精確的調(diào)整。 (X ) 16. 在閉環(huán)系統(tǒng)中， 因齒輪副的啃合間隙而造成的傳動死區(qū)能使系統(tǒng)以 15 倍的間隙角產(chǎn)生低頻振蕩，采用消隙裝置，以提高傳動精度和系統(tǒng)穩(wěn)定性。 ( ) 17. 齒輪傳動 .系統(tǒng)各級傳動比的最佳分配原則中等效轉(zhuǎn)動慣量最小原則是使所設(shè)計的齒輪傳動系統(tǒng)換算到該齒輪傳動系統(tǒng)輸出軸上的等效轉(zhuǎn)動慣量為最小。 (X ) 18. 步進電動機的轉(zhuǎn)動慣量越大， 同頻率下的起動轉(zhuǎn)矩就越大。 (X ) 19. 直流伺服電動機的調(diào)速特性是電機轉(zhuǎn)速與其輸出轉(zhuǎn)矩的關(guān)系。 (X ) 20. 嵌人式系統(tǒng)大多工作在為特定用戶群設(shè)計的系統(tǒng)中， 通常都具有低功耗、體積小、集成度高等特點。 ( ) 7. 產(chǎn)品的組成零部件和裝配精度高， 系統(tǒng)的精度一定就高。 (X ) 8. 從影響滾珠螺旋傳動的因素看， 溫度誤差是影響傳動精度的因素之一。 ( ) 9. 雙螺母消除滾珠絲杠副軸向間隙的結(jié)構(gòu)形式結(jié)構(gòu)緊湊， 工作可靠， 調(diào)整方便， 能夠精確調(diào)整。 (X ) 10. 遲帶是傳感器靜態(tài)特性指標(biāo)之一， 反映傳感器輸人量在正反行程中， 輸出輸人特性曲線的不重合度。 ( ) 1 1. 選擇傳感器時， 應(yīng)選用精度盡可能高的傳感器。 (X) 12. 永磁型步進電動機即使其定子繞組斷電也能保持一定轉(zhuǎn)短， 故具有記憶能力， 可用于定位驅(qū)動。 ( ) 13. 通常， 步進電機的最高連續(xù)工作頻率遠小于它的最高啟動頻率。 ( ) 14. 一般說來， 全物理仿真較之計算機仿真在時間、費用和方便性上都具有明顯的優(yōu)點， 是一種經(jīng)濟、快捷與實用的仿真方法。 (X ) 15. PLC 采用掃描工作方式，掃描周期的長短僅決定于 PLC 的程序長短。 (X) 16. 綠色設(shè)計是對已有的產(chǎn)品或技術(shù)進行分析研究， 進而對該系統(tǒng) ( 產(chǎn)品 ) 進行剖 析、重構(gòu)、再創(chuàng)造的設(shè)計。 (X) 17. 齒輪傳動的啃合間隙會造成一定的傳動死區(qū)， 若在閉環(huán)系統(tǒng)中， 傳動死區(qū)會使系統(tǒng)產(chǎn)生低頻震蕩。 ( ) 13. 直流伺服電動機的機械特性是電機轉(zhuǎn)速與其控制電壓的關(guān)系。 (X ) 14. 開環(huán)系統(tǒng)沒有反饋回路， 只能依據(jù)時間和邏輯順序決定被控對象的運行方式， 開環(huán)系統(tǒng)簡單、穩(wěn)定、可靠，但精度較低，無自動糾偏能力。 ( ) 15. 仿真根據(jù)采用的模型可以分為計算機仿真、半物理仿真和全物理仿真。 ( ) 16. PID 調(diào)節(jié)器由比例調(diào)節(jié)器、積分調(diào)節(jié)器和加法調(diào)節(jié)器通過線性組合而構(gòu)成。 (X) 17. 計算機控制系統(tǒng)的采樣周期越小， 其控制精度就越高。 (X ) 18. 工 業(yè)機器人驅(qū)動部分在控制信息作用下提供動力， 包括 電動、 氣動、液壓等各種類型的傳動方式。 ( ) 三、簡答題 1. 簡述對滾珠絲桿副進行間隙調(diào)整和預(yù)緊方法。 答 : 通常采用雙螺母預(yù)緊和單螺母 ( 適于大滾珠、大導(dǎo)程 ) 兩種方法， 將彈性變形控制在最小限度內(nèi)，以減小或消除軸向間隙，并可提高滾珠絲杠副的剛度。常用的雙螺母消除軸向間隙的結(jié)構(gòu)形式有三種 :螺紋調(diào)隙式、墊片調(diào)隙式和齒差調(diào)隙式三種 ；單螺母消隙常用 增大滾珠直徑法和偏置導(dǎo)程法兩種預(yù)緊方法。 2. 步進電動機的輸入信號是什么 ? 如何實現(xiàn)對其轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)方向的控制 ? 步進電機的步矩角與運行拍數(shù) m 、通電方式 k ( m =走 N，單拍時走 = 1，雙拍時走 = 2 ， N為定子繞組的相數(shù) )、轉(zhuǎn)子的齒數(shù) z有關(guān)。步進電機定子繞組通電狀態(tài)的改變速度越快，其轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的速度越快，即通電狀態(tài)的變化頻率越高，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速越高。改變步進電機定子繞組的通電順序，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向隨之改變。 3. 3.簡述數(shù)控設(shè)備中計算機數(shù)控裝置的組成和功能。 計算機數(shù)控裝置將數(shù)控加工程序通過輸入裝置輸入數(shù)控裝置，在數(shù)控裝置的控制下，通過輸出設(shè)備輸出各種信息和指令，而驅(qū)動裝置驅(qū)動機床各部分有序的運動，控制個坐標(biāo)軸的進給速度，進給方向和位移量等。 4.機電一體化系統(tǒng)仿真在系統(tǒng)設(shè)計過程中所起的作用是什么 ? 答 :在進行項目的設(shè)計和規(guī)劃時，往往需要對項目的合理性、經(jīng)濟性等品質(zhì)加以評價 ；在系統(tǒng)實際運行前，也希望對項目的實施結(jié)果加以預(yù)測，以便選擇正確、高效的運行策略或提前消除設(shè)計中的缺陷，最大限度地提高實際系統(tǒng)的運行水平采用仿真技術(shù)可以省時、省力、省錢地達到上述目的。 5. 什么是 PID 調(diào)節(jié)器 ? 三部分在系統(tǒng)調(diào)節(jié)中各起什么作用 ? 答 : 按偏差的比例、積分和微分進行控制的調(diào)節(jié)器， 將偏差的比例、積分、微分通過線性組合構(gòu)成控制量，簡稱為 P (比例 ) I (積分 ) D (微分 )調(diào)節(jié)器，是連續(xù)系統(tǒng)中技術(shù)成熟、應(yīng)用最為廣泛的一種調(diào)節(jié)器。 a. PID 調(diào)節(jié)器中比例調(diào)節(jié)起糾正偏差的作用， 其反應(yīng)迅速 ； b. 積分調(diào)節(jié)能消除靜差， 改善系統(tǒng)靜態(tài)特性 ； C. 微分 調(diào)節(jié) 有利于減少超 調(diào) ， 加快系 統(tǒng) 的 過 渡 過 程 。 6. PLC 控制系統(tǒng)有何優(yōu)越性 ? 答 :PLC 主要具有可靠性高、環(huán)境適應(yīng)性強、靈活通用、使用方便、維護簡單， PLC 提供標(biāo)準(zhǔn)通信接口，可以方便地構(gòu)成 P LC- P LC網(wǎng)絡(luò)或計算機 - P LC網(wǎng)絡(luò)， P LC應(yīng)用程序的編制和調(diào)試非常方便， P LC具有監(jiān)控功能。 7. 簡述完善的機電一體化系統(tǒng)五大組成要素。 答 : 機電一體化系統(tǒng)是由機械本體、動力系統(tǒng)、檢測傳感系統(tǒng)、執(zhí)行部件、信息處理及控制系統(tǒng)五部分相互協(xié)調(diào)，共同完成所規(guī)定的目的功能。各部分通過接口及相應(yīng)軟件有機結(jié)合在一起，構(gòu)成內(nèi)部匹配合理、外部效能最佳的完整產(chǎn)品。 8. 齒輪傳動中各級傳動比的最佳分配 原則分別有哪些 ? 各使用在那些場合 ? 答 : 齒輪傳動中各級傳動比的最佳分配原則 : a . 重量最小原則 ( 結(jié)構(gòu)緊湊 ) ； b. 轉(zhuǎn)動慣量最小原則 (快速響應(yīng) ) ； c. 輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則 ( 精度 ) 。 結(jié)合可行性、經(jīng)濟性對轉(zhuǎn)動慣量、結(jié)構(gòu)尺寸和傳動精度提出適當(dāng)要求 :要求體積小、重量輕的齒輪采用重量最輕的原則 ；要求運動平穩(wěn)、起停頻繁和動態(tài)性能好 的輪系采用最小轉(zhuǎn)動慣量原則或輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則 ；提高傳動精度和減小回程誤差為主的輪系采用轉(zhuǎn)角誤差最小原則。 9. 簡述直流伺服電動機脈寬調(diào)制的工作原理。 答 : 直流伺服電動機一般采用脈寬調(diào)制 (PWM) 進行調(diào)速驅(qū)動 。假設(shè)輸入直流電壓 U ，可以調(diào)節(jié)導(dǎo)通時間得到一定寬度的與 U成比例的脈沖方波，給伺服電動機電樞回路供電，通過改變脈沖寬度來改變電樞回路的平均電壓，從而輸出不同大小的電壓 Va ，使直流電動機平滑調(diào)速。 設(shè) 開關(guān) S周期性的 閉 合、斷開，周期是 T。在一個周期內(nèi)， 閉 合的 時間 是，斷開的 時間 是 T一 。若外加電源電壓 U 為常數(shù)， 則電源、加到電動機電樞上的電壓波形將是一個方波列， 其高度為 U ，寬度為，則一個周期內(nèi)的電壓平均值為 U。 所以，當(dāng) T不變時，只要連續(xù)改變 ( O - T)就可以連續(xù)的使 Ua 由 O 變化到 U ，從而達到連續(xù)改變電動機轉(zhuǎn)速的目的。 10. 齒輪傳動中齒側(cè)間隙對系統(tǒng)有何影響 ? 如何消除直齒圓柱齒輪的齒側(cè)間隙 ? 答 ： 齒輪的啃合間隙會造成傳動死區(qū) ( 失動量 ) ，若該死區(qū)是在閉環(huán)系統(tǒng)中，則可能造成系統(tǒng)不穩(wěn)定，常會使系統(tǒng)產(chǎn)生低頻振蕩。常用調(diào)整直齒圓柱齒輪的齒側(cè)間隙的方法有偏心套調(diào)整法、軸向墊片調(diào)整法、雙片薄齒輪錯齒調(diào)整法等。 11. 什么是步進電機的步距角 ? 它由哪些參數(shù)確定 ? 答 : 定子繞阻的通電狀態(tài)每改變一次， 它的轉(zhuǎn)子便轉(zhuǎn)過一個確定的角度， 即步進電機的步距角們步進電機的步距角 = 3 6 0 / ( zm) ，所以與運行拍數(shù) m 、通電方式 k m = k N ，單拍時 k =1 ， 雙拍時 k = 2 ， N 為定子繞組的相數(shù) ) 、轉(zhuǎn)子的齒數(shù) z 有關(guān)。 12. 何謂概念設(shè)計 ? 簡述概念設(shè)計的設(shè)計過程。 答 : 概念設(shè)計是指在確定任務(wù)之后， 通過抽象化， 擬定功能結(jié)構(gòu)， 尋求適當(dāng)?shù)淖饔迷砑捌浣M合等，確定出基本求解途徑，得出求解方案。設(shè)計過程 z設(shè)計任務(wù)抽象化，確定系統(tǒng)的總功能將總功能分解為子功能，直到功能元尋找子功能 (功能元 )的解將原理 解進行組合，形成多種原理解設(shè)計方案對眾多方案進行評價決策，選定最佳方案概念產(chǎn)品。 13. 簡述典型的機電一體化的機械系統(tǒng)的組成及對其基本要求。 答 t 典型的機電一體化的機械系統(tǒng)組成包括傳動機構(gòu)、導(dǎo)向機構(gòu)、執(zhí)行機構(gòu)、軸系和機座或機架。機電一體化設(shè)備對機械系統(tǒng)的基本要求是高精度、快速響應(yīng)性和良好的穩(wěn)定性。 14. 什么是傳感器的校準(zhǔn) ? 并簡述如何進行校準(zhǔn) ? 答 : 傳感器在使用前、使用中或擱置一段時間再使用時必須對其性能參數(shù)進行復(fù)測或做必要的調(diào)整和修正，以確保傳感器的測量精度，這個復(fù)測調(diào)整過程稱為校準(zhǔn)。為了對傳感器有一個長期的、穩(wěn)定的和高精度的基準(zhǔn)，在些測量儀器中特別是內(nèi)部裝有微處理器的測量儀器中，很容易實現(xiàn)自動校準(zhǔn)功能。對傳感器進行校準(zhǔn)時，需要精度比它高的基準(zhǔn)器，這種基準(zhǔn)器受時間的推移和使用的磨損等因素的影響，參數(shù)會隨之改變。因此對這種基準(zhǔn)器還要用更高精度的基準(zhǔn)器來定期校準(zhǔn)。 15. 機電一體化系統(tǒng)仿真的模型主要有哪幾種 ? 分別應(yīng)用于系統(tǒng)設(shè)計的哪個階段 ? 答 : 機 電一體化系統(tǒng)的仿真模型主要有 z 物理模型、數(shù)學(xué)模型和描述模型。當(dāng)仿真模型是物理模型時，為 (全 )物理仿真 ；是數(shù)學(xué)模型時，稱之為數(shù)學(xué) (計算機 )仿真。用已研制出來的系統(tǒng)中的實際部件或子系統(tǒng)代替部分?jǐn)?shù)學(xué)模型所構(gòu)成的仿真稱為半物理仿真。計算機仿真、半物理仿真、全物理仿真分別應(yīng)用在分析設(shè)計階段 (軟件級 )、部件及子系統(tǒng)研制階段 (軟件一硬件級 )實時仿真、系統(tǒng)研制階段 (硬件級 )實時仿真階段。 四、計算題 1、 設(shè)有一大功率電動機驅(qū)動的二級齒輪傳動減速傳動系統(tǒng)如圖所示，假設(shè)齒輪箱的傳動效率為 1 0 0 %，齒輪箱的傳動比 i = 3 . 2 ，已知齒輪采用相同材料，寬度 b相同，各齒輪的模數(shù) m=3 ， 主動齒輪的齒數(shù) Z j =20 、 Z 3 = 25 ， 請根據(jù)重量最小原則設(shè)計齒輪傳動系統(tǒng)， 推導(dǎo)并計算 各級齒輪傳動比和齒輪 2、齒輪 4的齒數(shù)。 (提 示 齒輪的質(zhì)量為 （ mz bp） 見圖 1. ) 圖 1 圖 2 解 : 設(shè)一級齒輪的傳動比為 1 1 ，第二級齒輪的傳動比 1 2 0，見圖 2. 齒輪傳動系統(tǒng)的總重量 : 2.已知某工作臺采用直流電機和絲杠螺母機構(gòu)驅(qū)動如圖所示 ) ，已知工作臺的行程 L=250mm ， 絲杠導(dǎo)程 t=4mm ， 齒輪減速比為 i=5 ， 要求工作臺位移的測量精度為 0 . 0 0 5 m m(忽略齒輪和絲杠的傳動誤差。 (1)試采用高速端電 機 測量方法，確定旋轉(zhuǎn)編碼器的每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)。 (2) 若選取 ns = 2 0 0 脈沖 /轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)編碼器是否合用 ? 解 :(1 )在高速端進行測量 : 設(shè)傳感器的每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)為 n ，每個脈沖對應(yīng)工作臺的位移為 : 符合要求 。 3. 如圖所示的電機驅(qū)動工作臺系統(tǒng)， 其中驅(qū)動工作臺運動的三相六拍步進電機， 轉(zhuǎn)子齒數(shù) z為 40。滾珠絲杠的基本導(dǎo)程為 Lo =6mm. 已知傳動系統(tǒng)的橫向 ( x 向脈沖當(dāng)量 S 為 0.005mm/脈沖。試求步進電機的步距角 和減速齒輪的傳動比 i 。 解 : (1 ) 步進電機的步距角 z = 360/z m =360/40X 6=1.5； (2) 減速齒輪的傳動比 z i= （ Lo / ） /360 / =5 4. 現(xiàn)有如下圖所示的雙螺母齒差調(diào)整預(yù)緊式滾珠絲杠， 其基本導(dǎo)程為 Lo =6mm 、左端齒輪齒數(shù)為 1 00、右端齒輪齒數(shù)為 9 8 0 當(dāng)兩端轉(zhuǎn)向相同時， 一端的外齒輪相對于另一端的外齒輪轉(zhuǎn)過 2 個齒時， 試求兩個螺母之產(chǎn)生的相對軸向位移 ? 1-套筒 2- 內(nèi) 齒 圈 3-圓 柱 齒輪 4一 絲 杠 圖 雙螺母 齒 差 預(yù)緊 式 滾 珠 絲 杠 解 : 左端外 齒輪旋轉(zhuǎn)一周， 螺母軸向移動 6mm，則每轉(zhuǎn)一個齒，螺母的軸向移動 6/100=0.06mm；右端外齒輪旋轉(zhuǎn)一周，螺母軸向移動 6mm，則每轉(zhuǎn)一個齒，螺母的軸向移動 6/98=0.0612mm；當(dāng)兩端轉(zhuǎn)向相同時 :一端的外齒輪相對于另一端的外齒輪轉(zhuǎn)過 1個齒時，相對移動的軸向距離為 0.0612 -0.06 =0.0012(mm)， 所以當(dāng)一端的外齒輪相對于另一端的外齒輪轉(zhuǎn)過 2個 齒時相對移動的軸向距 (0.0612 - 0.06 )*2=0.0024(mm) s= n X ( 1 /Z1-1 / Z2) X ln = 2 X (1/98- 1/100) X6mm=2.4 m 五、綜合題 1、請制訂一套典型的機電一體化系統(tǒng)概念設(shè)計的流程。 解 ： 產(chǎn) 品概念 設(shè)計 將決定性地影響 產(chǎn) 品 創(chuàng) 新 過 程中后 續(xù) 的 產(chǎn) 品 詳細設(shè)計 、 產(chǎn) 品生 產(chǎn) 開 發(fā) 、 產(chǎn) 品市 場 開 發(fā) 以及企 業(yè)經(jīng)營戰(zhàn) 略目 標(biāo) 的 實現(xiàn) 。包含以下流程 (1)首先是 將 設(shè)計任務(wù)抽象化，確定出系統(tǒng)的總功能 ； (2)根據(jù)系統(tǒng)的總功能要求和構(gòu)成系統(tǒng)的功能要素進行總功能分解， 劃分出各功能模塊， 將 總功能分解為子功能，直到分解到不能再分解的功能元，形成功能樹 ；確定它們之間的邏輯 關(guān)系 ； (3)對各功能模塊輸入 /輸出關(guān)系進行分析， 確定功能模塊的技術(shù)參數(shù)和控制策略、 系 統(tǒng)的外觀造型和總體結(jié)構(gòu) ； (4) 尋找子功能 ( 功能元 ) 的解， 并將原理解進行組合， 形成多種原理解設(shè)計方案 ； (5) 以技術(shù)文件的形式交付設(shè)計組討論、審定 ； (6)進行方案整體評價 : 對不同的方案進行整體評價， 選擇 綜合指標(biāo)最優(yōu)的設(shè)計方案。最終選定最佳方案形成概念產(chǎn)品。 2、某部門欲開發(fā)一款用于焊接印刷電路板芯片的機械 手 ，請制訂出該款機械手產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計流程。 解 :機電一體化系統(tǒng)的主要設(shè)計流程分為五個階段 :產(chǎn)品規(guī)劃、概念設(shè)計、詳細設(shè)計、設(shè)計實施和設(shè)計定型階段。第一階段 :產(chǎn)品規(guī)劃階段 :進行需求分析和需求設(shè)計，以明確設(shè)計任務(wù)。比如，可以明確 :機械手的用途 :焊接芯片。工作方式 :手動、自動方式。主要技術(shù)參數(shù) :自由度、定位精度、運行速度等。使用環(huán)境要求 :生產(chǎn)線。第二階段 :慨念設(shè)計階段 :在功能分析的基礎(chǔ)上，優(yōu)化篩選取得較理想的工作原理方案。第三階段 :詳細設(shè)計階段。對各功能模塊進行細部設(shè)計，繪制相應(yīng)的工程圖。該階段的工作量既包括機械、電氣、電子、控制與計算機軟件等系統(tǒng)的設(shè)計，又包括總裝固和零件圖的繪制。第四階段 :設(shè)計實施階段。首先根據(jù)機械、電氣圖紙和算法文件，制造、裝配和編制各功能模塊 ；然后進行模塊的調(diào)試 ；最后進行系統(tǒng)整體的安裝調(diào)試， 復(fù)核系統(tǒng)的可靠性及抗干擾性。第五階段 :設(shè)計定型階段。對調(diào)試成功的系統(tǒng)進行工藝定型，整理設(shè)計資料。小批量生產(chǎn)，試銷。 3分析圈中整體式 PLC 的各組成部分中 CPU 、存儲器、電源、輸入 / 出單元的功能。 答 : (1 ) 中央處理器 CPU 是 PLC 的運算和控制核心， 控制其它所有部件的運行， 功能相當(dāng)于人的大腦。 (2) 存儲器用來存儲數(shù)據(jù)和程序， 包括隨機存儲器 (RAM) 和只讀存儲器 (ROM) ， 用于存儲系統(tǒng)程序和用戶程序。 (3) 輸入 /輸出 (I/O)單元是 CPU 與現(xiàn)場I/O 設(shè)備或其它外部設(shè)備之間的連接部件。 (4) 電源包括系統(tǒng)電源和后備電池， 其中后備電池可在停電時繼續(xù)保持幾十小時的供電。 4、根據(jù)下圖所示氣體壓力傳感器的原理圖， 分析該傳感檢測系統(tǒng)的原理組成及各部分的作用。 答 : 氣體壓力傳感器的工作原理是膜盒 2 的下半部與殼體 1 固接， 上半部通過連桿與 磁心 4相連，磁心 4置于兩個電感線圈 3中，后者接入轉(zhuǎn)換電路 5。該傳感檢測系統(tǒng)由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和基本轉(zhuǎn)換電路三部分組成 : (1) 敏感元件。膜盒 2 就是敏感元件， 其外部與大氣壓 p a相通，內(nèi)部感受被測壓力 ， 當(dāng) 變化時，引起膜盒上半部移動，即輸出相應(yīng)的位移量 o (2) 轉(zhuǎn)換元件?？勺冸姼?3 是轉(zhuǎn)化元件， 它把輸入的位移量轉(zhuǎn)換成電感的變化 。 (3) 基本轉(zhuǎn)換電路 o 5 即為轉(zhuǎn)換電路。 5.分析下圖調(diào)整齒側(cè)間隙的原理。 解：這是采用雙螺母預(yù)緊螺紋調(diào)隙來調(diào)整