第一篇：機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)習(xí)題今天的

1、什么是機(jī)電一體化？

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)、自動控制技術(shù)、檢測技術(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)合的最佳功能價值的系統(tǒng)工程技術(shù)。

2、一個典型的機(jī)電一體化系統(tǒng)，應(yīng)包含哪些幾個基本要素？

答：機(jī)電一體化系統(tǒng)，應(yīng)包含以下幾個基本要素：機(jī)械本體、動力與驅(qū)動部分、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳感測試部分、控制及信息處理部分。我們將這些部分歸納為：結(jié)構(gòu)組成要素、動力組成要素、運(yùn)動組成要素、感知組成要素、智能組成要素；這些組成要素內(nèi)部及其之間，形成通過接口耦合來實(shí)現(xiàn)運(yùn)動傳遞、信息控制、能量轉(zhuǎn)換等有機(jī)融合的一個完整系統(tǒng)。

3、試簡述機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。

答：機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，一直要堅(jiān)持貫徹機(jī)電一體化技術(shù)的系統(tǒng)思維方法，要從系統(tǒng)整體的角度出發(fā)分析研究各個組成要素間的有機(jī)聯(lián)系，從而確定系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)方法，并用自動控制理論的相關(guān)手段，進(jìn)行系統(tǒng)的靜態(tài)特性和動態(tài)特性分析，實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

4、步進(jìn)電動機(jī)是什么電機(jī)？它的驅(qū)動電路的功能是什么? 答：步進(jìn)電動機(jī)又稱電脈沖馬達(dá)，是通過脈沖數(shù)量決定轉(zhuǎn)角位移的一種伺服電動機(jī)，成本較低，易于采用計(jì)算機(jī)控制，且比直流、交流電動機(jī)組成的開環(huán)控制系統(tǒng)精度高，因而被廣泛應(yīng)用于開環(huán)控制的伺服系統(tǒng)中。步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動電路實(shí)際上是一個功率開關(guān)電路，為使步進(jìn)電動機(jī)能輸出足夠的轉(zhuǎn)矩以驅(qū)動負(fù)載工作，提供足夠功率的控制信號。

5、描述傳感器靜態(tài)特性的主要技術(shù)指標(biāo)是什么？

答：傳感器變換的被測量的數(shù)值處在穩(wěn)定狀態(tài)時，傳感器的輸入/輸出關(guān)系稱為傳感器的靜態(tài)特性。描述傳感器靜態(tài)特性的主要技術(shù)指標(biāo)是：線性度、靈敏度、遲滯、重復(fù)性、分辨率和零漂。

6、測試傳感部分的作用是什么？ 答：測試傳感部分的作用：對系統(tǒng)運(yùn)行中所需要的本身和外界環(huán)境的各種參數(shù)及狀態(tài)進(jìn)行檢測，傳輸?shù)叫畔⑻幚韱卧?，?jīng)分析處理后產(chǎn)生控制信息

15、伺服控制系統(tǒng)一般包括哪幾個部分？每部分能實(shí)現(xiàn)何種功能？ 答：伺服控制系統(tǒng)一般包括控制器、被控對象、執(zhí)行環(huán)節(jié)、檢測環(huán)節(jié)、比較環(huán)節(jié)等五個部分。①比較環(huán)節(jié)是將輸入的指令信號與系統(tǒng)的反饋信號進(jìn)行比較，以獲得輸出與輸入間的偏差信號，通常由專門的電路或計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)； ②控制器通常是計(jì)算機(jī)或PID控制電路；其主要任務(wù)是對比較元件輸出的偏差信號進(jìn)行變換處理，以控制執(zhí)行元件按要求動作；③執(zhí)行元件按控制信號的要求，將輸入的各種形式的能量轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，驅(qū)動被控對象工作，機(jī)電一體化系統(tǒng)中的執(zhí)行元件一般指各種電機(jī)或液壓、氣動伺服機(jī)構(gòu)等。④被控對象是指被控制的機(jī)構(gòu)或裝置，是直接完成系統(tǒng)目的的主體，一般包括傳動系統(tǒng)、執(zhí)行裝置和負(fù)載；⑤檢測環(huán)節(jié)指能夠?qū)敵鲞M(jìn)行測量，并轉(zhuǎn)換成比較環(huán)節(jié)所需要的量綱的裝置，一般包括傳感器和轉(zhuǎn)換電路。

18、轉(zhuǎn)動慣量對傳動系統(tǒng)有哪些影響?

答：轉(zhuǎn)動慣量增大使機(jī)械負(fù)載增加，功率消耗大；使系統(tǒng)相應(yīng)速度變慢，降低靈敏度；使系統(tǒng)固有頻率下降，容易產(chǎn)生諧振。

20、已知某工作臺采用直流電機(jī)絲杠螺母機(jī)構(gòu)驅(qū)動，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0.005mm(忽略齒輪和絲杠 的傳動誤差)。

(1)試采用高速端測量方法，確定旋轉(zhuǎn)編碼器的每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)。

(2)若將傳感器與絲杠的端部直接相連，n=500脈沖／轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)編碼器是否合用。

①高速端測量

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

滿足題目要求。②低速端測量

傳感器直接與絲杠連接，與減速比無關(guān)

可知n＝500脈沖／轉(zhuǎn)的編碼器不合用。

19、已知數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)如圖所示，試說明圖中的各個部分屬于機(jī)電一體化系統(tǒng)中的哪一個基本要素?

答： ①控制及信息處理單元：鍵盤、計(jì)算機(jī)、顯示； ②測試傳感部分：光電編碼器、信號處理； ③能源：電源； ④驅(qū)動部分：功放、電機(jī)； ⑤執(zhí)行機(jī)構(gòu)：聯(lián)軸器、齒輪減速器、絲杠螺母機(jī)構(gòu)、工作臺。

21、什么是機(jī)電一體化？

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)、自動控制技術(shù)、檢測技術(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)合的最佳功能價值的系統(tǒng)工程技術(shù)。

22、什么是機(jī)電一體化的變參數(shù)設(shè)計(jì)？

答：在設(shè)計(jì)方案和結(jié)構(gòu)原理不變的情況下，僅改變部分結(jié)構(gòu)尺寸和性能參數(shù)，使之適用范圍發(fā)生變化的設(shè)計(jì)方式。例如，同一種產(chǎn)品不同規(guī)格型號的相同設(shè)計(jì)。

23、機(jī)電一體化技術(shù)與傳統(tǒng)機(jī)電技術(shù)的區(qū)別。

答：傳統(tǒng)機(jī)電技術(shù)的操作控制主要以電磁學(xué)原理的各種電器來實(shí)現(xiàn)，如繼電器、接觸器等，在設(shè)計(jì)中不考慮或很少考慮彼此間的內(nèi)在聯(lián)系。機(jī)械本體和電氣驅(qū)動界限分明，整個裝置是剛性的，不涉及軟件和計(jì)算機(jī)控制。機(jī)電一體化技術(shù)以計(jì)算機(jī)為控制中心，在設(shè)計(jì)過程中強(qiáng)調(diào)機(jī)械部件和電器部件間的相互作用和影響，整個裝置在計(jì)算機(jī)控制下具有一定的智能性。

26、機(jī)電一體化系統(tǒng)中的接口的作用。

答：接口主要完成電平轉(zhuǎn)換、信號隔離、放大、濾波、速度匹配等。

27、試分析機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)的機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)的區(qū)別。

答：機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法與用經(jīng)驗(yàn)公式、圖表和手冊為設(shè)計(jì)依據(jù)的傳統(tǒng)方法不同，它是以計(jì)算機(jī)為手段，其設(shè)計(jì)步驟通常如下：設(shè)計(jì)預(yù)測→信號分析→科學(xué)類比→系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)→創(chuàng)造設(shè)計(jì)→選擇各種具體的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法（如相似設(shè)計(jì)法、模擬設(shè)計(jì)法、有限元法、可靠性設(shè)計(jì)法、動態(tài)分析法、優(yōu)化設(shè)計(jì)法、模糊設(shè)計(jì)法等）→機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)質(zhì)量的綜合評價。

28、機(jī)電一體化技術(shù)與自動控制技術(shù)的區(qū)別。

答：自動控制技術(shù)的側(cè)重點(diǎn)是討論控制原理、控制規(guī)律、分析方法和自動系統(tǒng)的構(gòu)造等。機(jī)電一體化技術(shù)是將自動控制原理及方法作為重要支撐技術(shù)，將自控部件作為重要控制部件。它應(yīng)用自控原理和方法，對機(jī)電一體化裝置進(jìn)行系統(tǒng)分析和性能測算。

29、試述在機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，系統(tǒng)模型建立的意義。

答：機(jī)械系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型分析的是輸入（如電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動）和輸出（如工作臺運(yùn)動）之間的相對關(guān)系。等效折算過程是將復(fù)雜結(jié)構(gòu)關(guān)系的機(jī)械系統(tǒng)的慣量、彈性模量和阻尼（或阻尼比）等機(jī)械性能參數(shù)歸一處理，從而通過數(shù)學(xué)模型來反映各環(huán)節(jié)的機(jī)械參數(shù)對系統(tǒng)整體的影響。30、機(jī)電一體化系統(tǒng)中，機(jī)械傳動的功能是什么？ 答：機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)是由計(jì)算機(jī)信息網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)與控制的，用于完成包括機(jī)械力、運(yùn)動和能量流等動力學(xué)任務(wù)的機(jī)械及機(jī)電部件相互聯(lián)系的系統(tǒng)。其核心是由計(jì)算機(jī)控制的，包括機(jī)械、電力、電子、液壓、光學(xué)等技術(shù)的伺服系統(tǒng)。它的主要功能是完成一系列機(jī)械運(yùn)動，每一個機(jī)械運(yùn)動可單獨(dú)由控制電動機(jī)、傳動機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成的子系統(tǒng)來完成，而這些子系統(tǒng)要由計(jì)算機(jī)協(xié)調(diào)和控制，以完成其系統(tǒng)功能要求。機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要從系統(tǒng)的角度進(jìn)行合理化和最優(yōu)化設(shè)計(jì)。機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)主要包括執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳動機(jī)構(gòu)和支承部件。在機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)時，除考慮一般機(jī)械設(shè)計(jì)要求外，還必須考慮機(jī)械結(jié)構(gòu)因素與整個伺服系統(tǒng)的性能參數(shù)、電氣參數(shù)的匹配，以獲得良好的伺服性能。

31、從系統(tǒng)的動態(tài)特性角度來分析：產(chǎn)品的組成零部件和裝配精度高，但系統(tǒng)的精度并不一定就高的原因。

答：產(chǎn)品的組成零部件和裝配精度高，是靜態(tài)的，由于阻尼的影響、摩擦的影響、彈性變形的影響以及慣量的影響在動態(tài)響應(yīng)上存在滯后或超前的影響，使得整個系統(tǒng)的動態(tài)精度不高

32、滑動摩擦中采用導(dǎo)軌有什么作用，對導(dǎo)軌有什么具體要求？

答：滑動摩擦導(dǎo)軌的運(yùn)動件與承導(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)動時易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象。(1)導(dǎo)向精度高。導(dǎo)向精度是指運(yùn)動件按給定方向作直線運(yùn)動的準(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)動輕便、平穩(wěn)、低速時無爬行現(xiàn)象。導(dǎo)軌運(yùn)動的不平穩(wěn)性主要表現(xiàn)在低速運(yùn)動時導(dǎo)軌速度的不均勻，使運(yùn)動件出現(xiàn)時快時慢、時動時停的爬行現(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)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。剛度不足不僅會降低導(dǎo)向精度，還會加快導(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。

33、驅(qū)動力和溫度對導(dǎo)軌間隙有什么影響？ 答：設(shè)計(jì)導(dǎo)軌時，必須合理確定驅(qū)動力的方向和作用點(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)動靈便性和導(dǎo)向精度，嚴(yán)重時以至使導(dǎo)軌卡住而不能正常工作?；瑒幽Σ翆?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。

35、檢測系統(tǒng)由哪幾部分組成？說明各部分的作用？

答：敏感元件：是一種能夠?qū)⒈粶y量轉(zhuǎn)換成易于測量的物理量的預(yù)變換裝置。

傳感元件：是將敏感元件輸出的非電物理量轉(zhuǎn)換成電信號（如電阻、電感、電容等）形式。

基本轉(zhuǎn)換電路：將電信號量轉(zhuǎn)換成便于測量的電量，如電壓、電流、頻率等。

36、何謂I/O接口？計(jì)算機(jī)控制過程中為什么需要I/O接口？

答：I/O接口與I/O通道是計(jì)算機(jī)主機(jī)與外部連接的橋梁，常用的I/O接口有并行接口和串行接口。I/O通道有模擬量I/O通道和數(shù)字量I/O通道。其中模擬量I/O通道的作用是，一方面將經(jīng)由傳感器得到的工業(yè)對象的生產(chǎn)過程參數(shù)變換成二進(jìn)制代碼傳送給計(jì)算機(jī)；另一方面將計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字控制量變換為控制操作執(zhí)行機(jī)構(gòu)的模擬信號，以實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)過程的控制。數(shù)字量通道的作用是，除完成編碼數(shù)字輸入輸出外，還可將各種繼電器、限位開關(guān)等的狀態(tài)通過輸入接口傳送給計(jì)算機(jī)，或?qū)⒂?jì)算機(jī)發(fā)出的開關(guān)動作邏輯信號經(jīng)由輸出接口傳送給生產(chǎn)機(jī)械中的各個電子開關(guān)或電磁開關(guān)。

37、什么是伺服控制？為什么機(jī)電一體化系統(tǒng)的運(yùn)動控制往往是伺服控制？ 答：伺服控制系統(tǒng)是一種能夠跟蹤輸入的指令信號進(jìn)行動作，從而獲得精確的位置、速度及動力輸出的自動控制系統(tǒng).機(jī)電一體化的伺服控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、類型繁多，但從自動控制理論的角度來分析，伺服控制系統(tǒng)一般包括控制器、被控對象、執(zhí)行環(huán)節(jié)、檢測環(huán)節(jié)、比較環(huán)節(jié)等五部分。

38、機(jī)電一體化系統(tǒng)的伺服驅(qū)動有哪幾種形式?各有什么特點(diǎn)？ 答：（1）按被控量參數(shù)特性分類

按被控量不同，機(jī)電一體化系統(tǒng)可分為位移、速度、力矩等各種伺服系統(tǒng)。其它系統(tǒng)還有溫度、濕度、磁場、光等各種參數(shù)的伺服系統(tǒng)（2）按驅(qū)動元件的類型分類

按驅(qū)動元件的不同可分為電氣伺服系統(tǒng)、液壓伺服系統(tǒng)、氣動伺服系統(tǒng)。電氣伺服系統(tǒng)根據(jù)電機(jī)類型的不同又可分為直流伺服系統(tǒng)、交流伺服系統(tǒng)和步進(jìn)電機(jī)控制伺服系統(tǒng)。（3）按控制原理分類

按自動控制原理，伺服系統(tǒng)又可分為開環(huán)控制伺服系統(tǒng)、閉環(huán)控制伺服系統(tǒng)和半閉環(huán)控制伺服系統(tǒng)

39、比較直流伺服電動機(jī)和交流伺服電動機(jī)的適用環(huán)境差別。

答：直流伺服電機(jī)具有良好的調(diào)速特性，較大的啟動轉(zhuǎn)矩和相對功率，易于控制及響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)。盡管其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，在機(jī)電一體化控制系統(tǒng)中還是具有較廣泛的應(yīng)用。

與直流伺服電動機(jī)比較，交流伺服電動機(jī)不需要電刷和換向器，因而維護(hù)方便和對環(huán)境無要求；此外，交流電動機(jī)還具有轉(zhuǎn)動慣量、體積和重量較小，結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜等優(yōu)點(diǎn)；尤其是交流電動機(jī)調(diào)速技術(shù)的快速發(fā)展，使它得到了更廣泛的應(yīng)用。40、簡述干擾對機(jī)電一體化系統(tǒng)的影響。

答：在機(jī)電一體化系統(tǒng)的工作環(huán)境中，存在大量的電磁信號，如電網(wǎng)的波動、強(qiáng)電設(shè)備的啟停、高壓設(shè)備和開關(guān)的電磁輻射等，當(dāng)它們在系統(tǒng)中產(chǎn)生電磁感應(yīng)和干擾沖擊時，往往就會擾亂系統(tǒng)的正常運(yùn)行，輕者造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定，降低了系統(tǒng)的精度；重者會引起控制系統(tǒng)死機(jī)或誤動作，造成設(shè)備損壞或人身傷亡。

41、分析在機(jī)電一體化系統(tǒng)中常用的抗干擾措施。

答：抑制干擾的措施很多，主要包括屏蔽、隔離、濾波、接地和軟件處理等方法。

42、什么是屏蔽技術(shù)及其分類？ 答：屏蔽是利用導(dǎo)電或?qū)Т挪牧现瞥傻暮袪罨驓钇帘误w，將干擾源或干擾對象包圍起來從而割斷或削弱干擾場的空間耦合通道，阻止其電磁能量的傳輸。按需屏蔽的干擾場的性質(zhì)不同，可分為電場屏蔽、磁場屏蔽和電磁場屏蔽。

43、機(jī)電一體化中隔離方法有哪些？

答：隔離方法有光電隔離、變壓器隔離和繼電器隔離等方法。

44、機(jī)電一體化系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)接口電路通常使用光電耦合器，請問光電耦合器的作用有哪些？

答：光電隔離是以光作媒介在隔離的兩端間進(jìn)行信號傳輸?shù)?，所用的器件是光電耦合器。由于光電耦合器在傳輸信息時，不是將其輸入和輸出的電信號進(jìn)行直接耦合，而是借助于光作介物進(jìn)行耦合，因而具有較強(qiáng)的隔離和抗干擾的能力。一般光電耦合器組成的輸入/輸出線路，在控制系統(tǒng)中，它既可以用作一般輸入/輸出的隔離，也可以代替脈沖變壓器起線路隔離與脈沖放大作用。由于光電耦合器具有二極管、三極管的電氣特性，使它能方便地組合成各種電路。又由于它靠光耦合傳輸信息，使它具有很強(qiáng)的抗電磁干擾的能力，從而在機(jī)電一體化產(chǎn)品中獲得了極其廣泛的應(yīng)用.45、常用的濾波器有哪些，并分析他們的適用場合? 答：濾波是抑制干擾傳導(dǎo)的一種重要方法。由于干擾源發(fā)出的電磁干擾的頻譜往往比要接收的信號的頻譜寬得多，因此，當(dāng)接受器接收有用信號時，也會接收到那些不希望有的干擾。這時，可以采用濾波的方法，只讓所需要的頻率成分通過，而將干擾頻率成分加以抑制。常用濾波器根據(jù)其頻率特性又可分為低通、高通、帶通、帶阻等濾波器。

低通濾波器只讓低頻成分通過，而高于截止頻率的成分則受抑制、衰減，不讓通過。高通濾波器只通過高頻成分，而低于截止頻率的成分則受抑制、衰減，不讓通過。帶通濾波器只讓某一頻帶范圍內(nèi)的頻率成分通過，而低于下截止和高于上截止頻率的成分均受抑制，不讓通過。

帶阻濾波器只抑制某一頻率范圍內(nèi)的頻率成分，不讓其通過，而低于下截止和高于上截止頻率的頻率成分則可通過。

什么是柔性制造系統(tǒng)及其基本組成部分？

答：柔性制造系統(tǒng)（Flexible Manufacturing System）是由兩臺或兩臺以上加工中心或數(shù)控機(jī)床組成，并在加工自動化的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)物料流和信息流的自動化，其基本組成部分有：自動化加工設(shè)備，工件儲運(yùn)系統(tǒng)，刀具儲運(yùn)系統(tǒng)，多層計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等。（1）自動化加工設(shè)備（2）工件儲運(yùn)系統(tǒng)（3）刀具儲運(yùn)系統(tǒng)（4）輔助設(shè)備

（5）多層計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)

46、什么是加工中心？ 答：加工中心的系統(tǒng)基本組成與一般數(shù)控機(jī)床一樣，只是在此基礎(chǔ)上增加刀庫和自動換刀裝置而形成的一類更復(fù)雜，但用途更廣，效率更高的數(shù)控機(jī)床。加工中心配置有刀庫和自動換刀裝置，所以能在一臺機(jī)床上完成車、銑、鏜、鉆、鉸、攻螺紋、輪廓加工等多個工序的加工。加工中心機(jī)床具有工序集中、可以有效縮短調(diào)整時間和搬運(yùn)時間，減少在制品庫存，加工質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)，因此常用于零件比較復(fù)雜，需要多工序加工，且生產(chǎn)批量中等的生產(chǎn)場合。

第二篇：機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)期末復(fù)習(xí)題

機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)期末復(fù)習(xí)題

一、選擇題（每題2分，共50分）1.那些不是結(jié)構(gòu)型傳感器

A.彈簧管 B.雙金屬片

C.水銀溫度計(jì) D.電感電容 2.那些不是物理型傳感器的特點(diǎn)

A.無中間轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu) B.固體傳感

C.集成 D.體積大 3.哪一項(xiàng)不是傳感器指標(biāo)

A.類型 B.容量 C.體積

B.線性度 4.下列哪項(xiàng)對熱電偶的說法不正確

A.不能測量絕對溫度 B.利用的是溫差效應(yīng) C.鉑電阻屬于熱電偶 D.需要冷端補(bǔ)償 5.傳感器的環(huán)境參數(shù)不包括什么

A.環(huán)境溫度

B.濕度 C.沖擊

D.噪音 6.傳感器的基本性能參數(shù)不包括什么

A.量程

B.靈敏度

C.動態(tài)特性

D.尺寸 7.半閉環(huán)伺服結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)不包括：

A.系統(tǒng)簡單 B.穩(wěn)定性好 C.調(diào)試?yán)щy D.成本較低

8.際轉(zhuǎn)速1350r/min、電源頻率50Hz的交流感應(yīng)電動機(jī)，其轉(zhuǎn)差率是多少？

A.0.05 B.0.1 C.0.15 D.0.2 9.某步進(jìn)電動機(jī)三相單三拍運(yùn)行時步距角為3°，三相六拍運(yùn)行時步距角是多少？

A.3°

B.6°

C.2°

D.1.5° 10.采用PWM驅(qū)動系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)不包括

A.頻率高、頻帶窄 B.電流脈動小 C.電源的功率因數(shù)高 D.動態(tài)硬度好

11.設(shè)絲杠導(dǎo)程5mm，2/4相步進(jìn)電機(jī)的步距角為1.8度，半步驅(qū)動時的脈沖當(dāng)量為多少？

A.0.00625mm B.0.0125mm C.0.025mm D.0.05mm 12.下列哪一項(xiàng)不是機(jī)電一體化系統(tǒng)的主要構(gòu)成裝置

A.電子裝置 B.控制裝置

C.驅(qū)動裝置

D.機(jī)械裝置 13.下列把一項(xiàng)是出現(xiàn)低速爬行現(xiàn)象不穩(wěn)定的主要原因

A.電壓不穩(wěn)定 B.非線性摩擦力 C.負(fù)載扭矩不穩(wěn)定 D.潤滑不良 14.滾動導(dǎo)軌預(yù)加負(fù)載的目的是什么

A.防止超速

B.消除間隙

C.降低噪音 D.提高剛度 15.哪項(xiàng)不是滾珠絲杠副的主要尺寸參數(shù)

A.公稱直徑

B.長度

C.導(dǎo)程

D.行程 16.哪項(xiàng)不是機(jī)械傳動要滿足伺服控制的主要要求

A.傳動精度

B.壽命長

C.穩(wěn)定性

D.快速響應(yīng)性 17.下列哪一項(xiàng)屬于變異性設(shè)計(jì)

A.沒有參照樣板的設(shè)計(jì) B.根據(jù)故障查找故障原因

C.部更改，適應(yīng)性變動

D.適應(yīng)于量的方面變更要求，方案功能結(jié)構(gòu)不變 18.哪項(xiàng)不是機(jī)電一體化產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容

A.功能

B.原理

C.結(jié)構(gòu)

D.模式 19.傳統(tǒng)的機(jī)電產(chǎn)品的設(shè)計(jì)注重

A.安全系數(shù)設(shè)計(jì)

B.功能設(shè)計(jì)

C.機(jī)械設(shè)計(jì)

D.電路設(shè)計(jì) 20.PI稱為（）控制算法。A.比例 B.比例微分

C.比例積分 D.比例積分微分 21.受控變量是機(jī)械運(yùn)動的一種反饋控制系統(tǒng)稱()A.順序控制系統(tǒng) B.伺服系統(tǒng) C.數(shù)控機(jī)床 D.工業(yè)機(jī)器人 22.齒輪傳動的總等效慣量隨傳動級數(shù)()A.增加而減小 B.增加而增加 C.減小而減小 D.變化而不變

23、哪項(xiàng)不是串行通訊的特點(diǎn)（）。

A．?dāng)?shù)據(jù)位傳送

B．傳輸按位順序進(jìn)行 C．只需要兩根傳輸線

D．成本低但送速度慢

24、哪項(xiàng)不是傳動機(jī)構(gòu)的本質(zhì)（）。

A．速度變換

B．轉(zhuǎn)速變換

C．力矩變換

D．轉(zhuǎn)角控制

25、開關(guān)緩沖電路使用的二極管是（）。

A．普通整流二極管

B．檢波二極管

C．快速二極管

D．大電流功率二極管 26.下列哪一項(xiàng)不是DCS分布式控制系統(tǒng)的特點(diǎn)

A.具有三層結(jié)構(gòu)

B.系統(tǒng)控制危險性分散 C.集中監(jiān)視、操作和管理

D.布線簡潔，系統(tǒng)開放 27.哪項(xiàng)不是固態(tài)繼電器SSR的特點(diǎn)

A.高壽命 B.開關(guān)速度快 C.電磁兼容性好 D.有噪音

28、測速發(fā)電機(jī)在機(jī)電一體化系統(tǒng)中主要用作測量（）A、交流電壓

B、直流電壓 C、位移量

D、轉(zhuǎn)速

29、在機(jī)電一體化系統(tǒng)中，機(jī)械傳動要滿足伺服控制的三個主要要求是（）。A．傳動精度、穩(wěn)定性、快速響應(yīng)性

B．傳動精度、穩(wěn)定性、低噪聲

C．傳動精度、高可靠性、小型輕量化

D．傳動精度、高可靠性、低沖擊振動 30..使?jié)L珠絲杠具有最大剛度的支承方式是（）A、一端裝止推軸承

B、一端裝化推軸承，另一端裝向心球輪承 C、兩端裝止推軸承

D、兩端裝止推軸承及向心球輪承

31.信號采樣頻率Ws，信號有效頻帶Wc和抗混疊濾波頻率Wf應(yīng)滿足如下關(guān)系（）A、Wc

32、直流電動機(jī)電樞繞組的阻值小說明電機(jī)（）

A、特性硬

B、始動電壓低

C、特性軟

D、啟動電流大

33、步進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)速與脈沖電源的關(guān)系是（）A、與電源脈沖頻率成正比 B、與電源脈沖數(shù)成正比

C、與電源脈沖寬度成正比 C、與電源脈沖幅值成正比

34、絕對碼盤碼道數(shù)越多,則（）A、能分辨的角度越大

B、能分辨的角度越小 C、測量精度降低

D、能分辨的角度不變 35.進(jìn)行行為、結(jié)構(gòu)的映射是（）設(shè)計(jì)過程, A．功能建模 B.行為建模 C.結(jié)構(gòu)建模 D.評價決策 36.下列哪一項(xiàng)不是機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)的類型，A.開發(fā)性設(shè)計(jì) B.可靠性設(shè)計(jì) C.適應(yīng)性設(shè)計(jì) D.變異性設(shè)計(jì) 37.下列哪一項(xiàng)屬于適應(yīng)性設(shè)計(jì)

A.沒有參照樣板的設(shè)計(jì)

B.根據(jù)故障查找故障原因

C.局部更改，適應(yīng)性變動 D.適應(yīng)于量的方面變更要求，方案功能結(jié)構(gòu)不變 38.小功率傳動鏈中，為使總的折算慣量最小，各級傳動比分配應(yīng)遵守

A.前大后小

B.前小后大

C.前后相等

D.平方關(guān)系 39.哪項(xiàng)不是諧波傳動部件基本組成部件

A.剛輪

B.柔輪

C.波發(fā)生器

D.行星輪 40.全閉環(huán)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是

A.精度高 B.系統(tǒng)簡單 C.成本較低

D.調(diào)試簡單

41.如忽略電機(jī)電磁時間常數(shù), 電壓為輸入量，轉(zhuǎn)角為輸出量時，直流伺服電機(jī)數(shù)學(xué)模型是

A.比例環(huán)節(jié)

B.一階系統(tǒng)

C.二階系統(tǒng)

D.積分環(huán)節(jié) 42.滾珠絲杠副的基本導(dǎo)程減小，可以（）

A、提高精度 B、提高承載能力 C、提高傳動效率 D、加大螺旋升角 43.下列哪一項(xiàng)不是機(jī)電一體化系統(tǒng)的主功能組成（）。

A．物質(zhì)、能量、信息的變換

B．物質(zhì)、能量、信息的傳遞

C．物質(zhì)、能量、信息的存儲 D．物質(zhì)、能量、信息的融合 44.下列哪一項(xiàng)是機(jī)電一體化的特性（）。

A．裝置的控制屬于強(qiáng)電范疇

B．自動信息處理, C．支撐技術(shù)是電工技術(shù) D．以機(jī)械聯(lián)結(jié)為主

45.某4極交流感應(yīng)電動機(jī)，電源頻率為50Hz，當(dāng)轉(zhuǎn)差率為0.02時，其轉(zhuǎn)速為()A.1450［r/min］ B.1470［r/min］ C.735［r/min］ D.2940［r/min］ 46.右圖稱()A.直流伺服電動機(jī)調(diào)節(jié)特性 B.直流伺服電動機(jī)機(jī)械特性 C.直流伺服電動機(jī)動態(tài)特性 D.直流伺服電動機(jī)調(diào)速特性

47.連續(xù)路徑控制類中為了控制工具沿任意直線或曲線運(yùn)動，必須同時控制每一個軸的()使得它們同步協(xié)調(diào)到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)。

A.位置和加速度 B.速度和加速度 C.位置和速度 D.位置和方向 48.圖示利用繼電器觸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)的邏輯函數(shù)為()A.(A+A)·(B+B)B.A·B+A·B C.(A+B)·(A+B)D.A·B+A·B

49.在數(shù)控系統(tǒng)中，復(fù)雜連續(xù)軌跡通常采用（）方法實(shí)現(xiàn)。

A.插補(bǔ) B.切割

C.畫線 D.自動 50.PD稱為（）控制算法。

A.比例 B.比例微分

C.比例積分 D.比例積分微分 51.PWM指的是（）。

A.機(jī)器人

B.計(jì)算機(jī)集成系統(tǒng)

C.脈寬調(diào)制

D.可編程控制器 52.步進(jìn)電機(jī)一般用于（）控制系統(tǒng)中。

A.開環(huán)

B.閉環(huán)

C.半閉環(huán) D.前饋 53.下列哪個不是傳感器的動特性()A.臨界速度 B.臨界頻率 C.穩(wěn)定時間 D.分辨率

54.感應(yīng)同步器定尺繞組中感應(yīng)的總電動勢是滑尺上正弦繞組和余弦繞組所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的()A.代數(shù)和 B.代數(shù)差 C.矢量和 D.矢量差

55.在直流電機(jī)速度控制中改變電樞供電電壓U(保持勵磁磁通Φ不變)屬于()調(diào)速

A.恒功率 B.變功率 C.恒轉(zhuǎn)矩 D.變轉(zhuǎn)矩

56、輸入電壓量程為-10V～+10的10位AD轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換公式，-5V對應(yīng)的AD輸出值是（）。

A．100H

B．200H

C． 1FFH

D．7FH

57、設(shè)某光柵的條紋密度是250條/mm，要用它測出1um的位移，應(yīng)采用（）細(xì)分電路。

A．1倍頻

B．2倍頻

C．3倍頻

D．4倍頻

58、哪一項(xiàng)不是機(jī)電一體化系統(tǒng)中的測速元件（）。

A．測速發(fā)電機(jī)

B．光電編碼器

C．應(yīng)變片

D．渦流傳感器

59、絕對編碼盤的道數(shù)為10道，則位數(shù)為10，能分辨的最小角度為（）。A．360/

2B．360/2

C．360/2

D．360/260、對RS-232C通訊方式描述正確的是（）。

A．接口的信號電平值較低，不易損壞接口電路的芯片

B．傳輸速率較高，在異步傳輸時，波特率為200Kbps C．其傳輸距離有限

D．只用兩根線即可實(shí)現(xiàn)

二、判斷題（本大題共10個小題，每題2分，共計(jì)20分，請使用“A對B錯”答案形式）。1.功能的等效性、各環(huán)節(jié)的互補(bǔ)性是機(jī)電一體化優(yōu)化設(shè)計(jì)的條件。2.系統(tǒng)可靠性是各組成環(huán)節(jié)可靠性的邏輯或。

3.可靠性原理是指規(guī)定條件和規(guī)定時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力。4.工業(yè)三要素是資金、人才、技術(shù)。

5.全閉環(huán)數(shù)控機(jī)床上位置傳感元件是裝在執(zhí)行機(jī)構(gòu)上。6.邏輯功能元包括:與、或、非、加、減、乘、除。7.現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法強(qiáng)調(diào)產(chǎn)品全壽命周期最優(yōu)化。

8.機(jī)電一體化設(shè)計(jì)以強(qiáng)度和低壓控制為中心，強(qiáng)調(diào)功能設(shè)計(jì)。

9.液壓伺服的缺點(diǎn)是效率低,保養(yǎng)麻煩,漏油污染環(huán)境，運(yùn)動形式少，成本高，有附加裝置。10.直流伺服電動機(jī)的空載轉(zhuǎn)速n0與堵轉(zhuǎn)矩Tb之比的絕對值越小，則電機(jī)特性越軟。

11.RS-232接口在總線上允許連接多個收發(fā)器

12.為了防止采樣過程信號發(fā)生頻率混疊可以在采樣前設(shè)置一個高通濾波器

13.液壓馬達(dá)為得到合適的運(yùn)動速度和負(fù)載能力，一般要使用較大傳動比的減速器，傳動機(jī)構(gòu)的尺寸較大

14.串口通訊至少要包含物理層（硬握手電氣特性）和協(xié)議層（軟握手）15.DCS分布式控制系統(tǒng)具有集中管理和分散控制的特點(diǎn)。（）

16.采用惠斯登電橋結(jié)構(gòu)傳感檢測時，為消除溫度干擾應(yīng)采用的激勵電源為恒壓源。（）17.在小功率傳動鏈中為使總的折算慣量最小，各級傳動比分配應(yīng)遵守前大后小原則。（）18.電氣伺服驅(qū)動裝置包括直流伺服和交流伺服。（）

19.傳動出現(xiàn)低速爬行現(xiàn)象不穩(wěn)定的主要原因是摩擦系數(shù)和轉(zhuǎn)動慣量。（）

20.連續(xù)控制系統(tǒng)與點(diǎn)位控制系統(tǒng)之間最主要的區(qū)別在于點(diǎn)位控制系統(tǒng)有一個插補(bǔ)器 21.機(jī)電產(chǎn)品的功能可以劃分原理、結(jié)構(gòu)、行為。

22.能實(shí)現(xiàn)順序控制的基本功能是組合邏輯，計(jì)數(shù)器，定時器。1

1。

10。

2。23.規(guī)劃一個PLC控制系統(tǒng)的步驟為,分解被控對象和機(jī)器；建立功能規(guī)范,安全電路設(shè)計(jì), 詳細(xì)說明操作功能，建立PLC配置圖, 建立符號名表。

24.順序控制包括以狀態(tài)控制為主和以時間控制為主兩類。

25.測速發(fā)電機(jī)的原理與直流電機(jī)相同

26.27.28.29.30.對于傳感器的非線性，可以通過標(biāo)定采用曲線擬合和線性插值的方法來提高數(shù)據(jù)精度。

常用的測溫傳感器中Pt熱電阻和熱電偶測量的是相對溫度。電液比例閥是用比例電磁鐵來代替手動調(diào)節(jié)。

開環(huán)控制系統(tǒng)中，多數(shù)采用步進(jìn)電機(jī)作為伺服電機(jī)。

產(chǎn)品的功能、原理、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，是機(jī)電一體化產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。

三、分析題計(jì)算題

1.機(jī)械工業(yè)中微電子技術(shù)應(yīng)用有哪些方面，及其對機(jī)電一體化設(shè)計(jì)的意義？

2.某工作臺采用直流電機(jī)絲杠螺母機(jī)構(gòu)驅(qū)動，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0.005mm，采用高速端測量方法，采用絕對旋轉(zhuǎn)編碼器，則絕對碼盤最少要求的道數(shù)為多少？（忽略齒輪和絲杠的傳動誤差）。

3．如圖所示電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)，已知工作臺的質(zhì)量為m=50kg負(fù)載力為F1＝1000N，最大加速度為10m／s2，絲杠直徑為d＝20mm，導(dǎo)程t＝4mm，齒輪減速比為i=5，總效率為?=30％，忽略絲杠慣量的影響，試計(jì)算電機(jī)的驅(qū)動力矩。

4.數(shù)字采樣閉環(huán)控制中誤差En（n=1,2,3,…），輸出控制量Un（n=1,2,3,…），比例系數(shù)為Kp，微分時間常數(shù)為Td，積分時間常數(shù)Ti，采樣周期為Ts，試寫出數(shù)字PID調(diào)節(jié)時的控制算式？

5.畫出集電極開路輸出（OC方式）驅(qū)動繼電器的電路圖和相應(yīng)的緩沖電路，試分析采用OC驅(qū)動的特點(diǎn)。

6、絲杠導(dǎo)程6mm，3相步進(jìn)電機(jī)的步距角為1.2度，3相6拍驅(qū)動時的脈沖當(dāng)量為多少？(15分)？

7.設(shè)直流電機(jī)電樞感抗為La，電樞內(nèi)阻為Ra，轉(zhuǎn)動慣量為Jm，速度電勢常數(shù)Kb，電流力矩常數(shù)Ki，電壓u(t)為輸入量，速度w(t)為輸出量時，求直流電機(jī)的傳遞函數(shù)？（15分）

8.分別說明相對旋轉(zhuǎn)光電編碼器的A、B相和Z相表示意義，請?jiān)O(shè)計(jì)旋轉(zhuǎn)方向鑒別電路？ 參考答案：

一、CDCCD BABBB BACDC BAABC CADBB CADCC

二、ABABA BABBB

BBBAA BBBBB BAAAA ABAAA

三、1.應(yīng)用方面：

1）對機(jī)器或機(jī)組系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行巡檢傳感或控制 2)對機(jī)器或機(jī)組系統(tǒng)工作程序的控制

3)用電子技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)產(chǎn)品中機(jī)械部件完成的功能，簡化產(chǎn)品的機(jī)械結(jié)構(gòu) 4)節(jié)約材料 5)節(jié)能降耗

對機(jī)電一體化設(shè)計(jì)的意義：

功能模塊化；封裝模塊化；電路（板）器件微型化；可靠性高；抗干擾能力強(qiáng)；結(jié)構(gòu)一體化；機(jī)電產(chǎn)品體小、性優(yōu)、價廉。

2、電機(jī)每轉(zhuǎn)的工作臺位移量為： 4mm/5=0.8mm 要求的每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)為： 0.8/0.005=160 27<160<28

答：絕對碼盤的道數(shù)至少是8道。

3、計(jì)算負(fù)載力

負(fù)載力由外負(fù)載力、慣性負(fù)載力兩部分構(gòu)成（1）外負(fù)載力Fl＝100N（2）慣性載力Fm＝ma＝50×10＝500N 電機(jī)的驅(qū)動力矩為

DCBDA BDDAC DDDAC BCBDA BCAAB ADCBC

1t1Tm???(Fl?Fm)?i2??

10.0041???(1000?500)??0.63N52?0.34.根據(jù)PID的控制算式

Un(t)?Kpe(t)?Kdde/dt?Ki?e(t)dt

TT可以得到絕對算式：Un?Kpen?d(en?en?1)?sTsTi或者是增量算式：

?ek?1nk?Uinitial

?Un?Kp(en?en?1)?TdT(en?en?2?2en?1)?sen

TsTi5．OC方式驅(qū)動繼電器電路圖和相應(yīng)的緩沖電路圖：

緩沖電路方式可采用并聯(lián)二極管、并聯(lián)RC電路和并聯(lián)壓敏電阻等方法。交流開關(guān)的緩沖主要使用并聯(lián)一個RC串連電路和并聯(lián)壓敏電阻的方法。

緩沖過程，例如并聯(lián)二極管的緩沖電路：晶體管關(guān)斷時，負(fù)載電流通過二極管續(xù)流，減輕了晶體管的負(fù)擔(dān)，抑制了du/dt和過電壓。采用集電極OC輸出的特點(diǎn)：

相當(dāng)于開關(guān)輸出。有較大電流驅(qū)動能力；能夠?qū)崿F(xiàn)“線與”功能；能夠?qū)崿F(xiàn)不同電路的接口。

6、3相6拍驅(qū)動時步進(jìn)電機(jī)的脈沖當(dāng)量角＝1.2／2＝0． 6。

反映在絲杠上的脈沖當(dāng)量＝6／【360／0．6】＝0．01mm

7、設(shè)電機(jī)輸出力矩為Mm(t)，那么 Ea(t)=Kbωm(t)； Ea(s)=Kbωm(s)

Mm(t)?Kiia(t)?Mm(s)?KiIa(s)U(s)?RI(s)?LsI(s)?E(s)aaaaab

整理并消去中間變量得： Jmd?m(t)?Mm(t)?Jms?(s)?Mm(s)dt

1?RLaKbJ?(s)ma，其中，電磁時間常數(shù)，機(jī)電時間常數(shù) T??T?am2RaU(s)TaTms?Tms?1KbKi8.A、B兩相是兩組檢測窄縫群，節(jié)距同光電脈沖發(fā)生器圓盤上節(jié)距相等的窄縫，但兩組檢測縫與圓盤上窄縫的對應(yīng)位置錯開1/4節(jié)距，其目的是使a,b兩個光電變換器的輸出信號相位上相差90。Z相是零點(diǎn)脈沖，可以提示被測軸已經(jīng)旋轉(zhuǎn)一周。

順時針旋轉(zhuǎn)時，通道A輸出波形超前通道B波形90°；逆時針旋轉(zhuǎn)時，通道A輸出波形滯后通道B波形90°；光電編碼器每旋轉(zhuǎn)一圈，Z相輸出一個基準(zhǔn)脈沖，基準(zhǔn)脈沖的波形中心對準(zhǔn)通道A輸出的波形中心。

采用D觸發(fā)器即可實(shí)現(xiàn)方向鑒別，D觸發(fā)器的D端和時鐘端分別接A、B相信號，輸出端Q輸出0和1分別對應(yīng)逆時針和順時針的旋轉(zhuǎn)方向。

第三篇：機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、動力系統(tǒng)（動力源）、傳感檢測系統(tǒng)（傳感器）、執(zhí)行元件系統(tǒng)（如電動機(jī)）等五個子系統(tǒng)組成。

2、系統(tǒng)必須具有以下三大“目的功能”：①變換（加工、處理）功能；②傳遞（移動、輸送）功能；③儲存（保持、積蓄、記錄）功能。

3的變換、調(diào)整功能，可將接口分成四種：1）零接口；2）無源接口；3）有源接口；4）智能接口。

4、機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的考慮方法通常有：機(jī)電互補(bǔ)法、結(jié)合（融合）法和結(jié)合法。

5擦、低慣量、高強(qiáng)度、高諧振頻率、適當(dāng)?shù)淖枘岜鹊纫蟆?/p>

6、為達(dá)到上述要求，主要從以下幾個方面采取措施：

1）采用低摩擦阻力的傳動部件和導(dǎo)向支承部件，如采用滾珠絲杠副、滾動導(dǎo)向支承、動（靜）壓導(dǎo)向支承等。

2如用加預(yù)緊的方法提高滾珠絲杠副和滾動導(dǎo)軌副的傳動和支承剛度；采用大扭矩、寬調(diào)速的直流或交流伺服電機(jī)直接與絲杠螺母副連接以減少中間傳動機(jī)構(gòu)；絲杠的支承設(shè)計(jì)中采用兩端軸向預(yù)緊或預(yù)拉伸支承結(jié)構(gòu)等。

3的等效動慣量，盡可能提高加速能力。

5如選用復(fù)合材料等來提高剛度和強(qiáng)度，減輕重量、縮小體積使結(jié)構(gòu)緊密化，以確保系統(tǒng)的小型化、輕量化、高速化和高可靠性化。

第四篇：機(jī)電一體化復(fù)習(xí)題

一、填空

1、對伺服系統(tǒng)的技術(shù)要求是__定位精度，速度穩(wěn)定度，力矩大小___、響應(yīng)速度，啟動力矩___

2、機(jī)電一體化的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包括兩個環(huán)節(jié)：靜態(tài)設(shè)計(jì)，動態(tài)設(shè)計(jì)。

3、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的類型包括操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)______、直接數(shù)字控制系統(tǒng)______、監(jiān)督（計(jì)算機(jī)）控制系統(tǒng)、分級計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)______。

4、擬定機(jī)電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）設(shè)計(jì)方案的方法通常有__取代法___、整體設(shè)計(jì)法______、組合法_ ___。

5、接口的基本功能主要有_變換___、放大、耦合____。

6、對直線導(dǎo)軌副的基本要求是_導(dǎo)向精度高_(dá)___、耐磨性好_____、足夠的剛度______、__

對溫度變化的不敏感性____和平穩(wěn)。

7、機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)應(yīng)具有良好的侍服性能，要求機(jī)械傳動部件轉(zhuǎn)動慣量小、阻力合理_阻尼合理__、_剛度大___、抗振性好____、間隙小____、并滿足小型、輕量等要求。

8、伺服系統(tǒng)的基本組成包括_控制器___、_功率放大器__、檢測裝置、執(zhí)行機(jī)構(gòu)__。

9、工作接地分為__一點(diǎn)接地__、多點(diǎn)接地____。

10、STD總線的技術(shù)特點(diǎn)模塊化設(shè)計(jì)_______、系統(tǒng)組成_____、__修改和擴(kuò)展方便_____、高可靠性。

11、機(jī)電一體化系統(tǒng)中常見的軸承包括滾動軸承____、滑動軸承_____、靜壓軸承_____、磁軸承。

12、從控制角度講，機(jī)電一體化可分為 開環(huán)控制系統(tǒng)和 閉環(huán)控制系統(tǒng)。

13、按干擾的耦合模式干擾可分為靜電干擾、磁場耦合干擾_____、漏電耦合干擾____、____、_____等干擾類型。

14、在機(jī)電一體化中傳感器輸出電信號的參量形式可以分: 電壓輸出、電流輸出、頻率輸出 三種形式

15、用軟件識別有用信號和干擾信號、并濾去干擾信號的方法稱為___、識別信號的原則有____、_____。

16、多點(diǎn)接地：優(yōu)點(diǎn)： 互不干擾缺點(diǎn)：接線多，復(fù)雜。

17、機(jī)電一體化系統(tǒng)一般由__機(jī)械本體___、動力和驅(qū)動_____、接口、執(zhí)行機(jī)構(gòu)_____、傳感器檢測部分_____、控制及處理部分____等部分組成。

18、實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電動機(jī)通電環(huán)形分配的三種常用方法是：采用計(jì)算機(jī)軟件分配器、小規(guī)模

集成電路搭接的硬件分配器、專用模塊分配器。

19、一般來說，伺服系統(tǒng)的基本組成為 控制器、功率放大器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和 檢測裝置等四大部分組成。

20、產(chǎn)生電磁干擾必備的三個條件是： 干擾源、傳播途徑、接受干擾對象。

21、在SPWM變頻調(diào)速系統(tǒng)中，通常載波是 等腰三角波而調(diào)制波是（三相）正弦波。

22、從電路上隔離干擾的三種常用方法是 光電隔離，變壓器隔離，繼電器隔離。

23、機(jī)電一體化是從系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā)，將__將機(jī)械技術(shù)，微電子技術(shù)，信息技術(shù)___、_____、_____、機(jī)械技術(shù)等在系統(tǒng)工程的基礎(chǔ)上有機(jī)的加以綜合，實(shí)現(xiàn)整個機(jī)械系統(tǒng)__最佳化____而建立的一門新的科學(xué)技術(shù)。

24、開環(huán)步進(jìn)電動機(jī)控制系統(tǒng)，主要由 環(huán)形分配器、功率驅(qū)動器和步進(jìn)電動機(jī)等組成。

25、伺服系統(tǒng)的基本組成部分包括_控制器____、比較環(huán)節(jié)_____、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、檢測裝置_____四大部分。

26、干擾傳播途徑有二種方式：

1）傳導(dǎo)耦合方式：干擾信號能量以 電壓或 電流的形式，通過金屬導(dǎo)體傳遞。

2）幅射耦合方式：干擾信號能量以 電磁場的形式，通過空間感應(yīng)傳遞。

27、機(jī)電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）設(shè)計(jì)類型大致可分為_開發(fā)性設(shè)計(jì)____、適應(yīng)性設(shè)計(jì)、變參數(shù)設(shè)計(jì)_____

28、指出下列干擾哪幾種屬于傳導(dǎo)耦合方式： C、D;哪幾種屬于幅射耦合方式： A、B、E。

A.靜電干擾B.磁場干擾C.漏電干擾D.共阻抗感應(yīng)干擾E.電磁輻射干擾。

29、機(jī)電一體化系統(tǒng)對機(jī)械傳動總傳動比確定的最佳選擇方案有_轉(zhuǎn)動慣量原則__、_輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則___、質(zhì)量最小原則。

30、磁場屏蔽---對高頻交變磁場應(yīng)采用銅和鋁等導(dǎo)電性能好的金屬材料作屏蔽體；對低頻交變磁場應(yīng)采用 鐵等高導(dǎo)磁率的材料作屏蔽體，并保證磁路暢通。

31、機(jī)電一體化系統(tǒng)包括_機(jī)械技術(shù)___、傳感檢測技術(shù)____、信息處理技術(shù)、自動控制技術(shù)____、伺服驅(qū)動技術(shù)____、總體等相關(guān)技術(shù)。

32、一點(diǎn)接地中：1）串聯(lián)接地：優(yōu)點(diǎn)：最簡單，缺點(diǎn)：前后相互干擾，2）并聯(lián)接地：優(yōu)點(diǎn)：干擾小，缺點(diǎn)： 接線多，復(fù)雜，僅適用于 低頻電路。

二、簡答題

1、為什么國家嚴(yán)令禁止個人和集體私自使用大功率無繩電話？

答:為了保障名航飛行的安全，避免名航無線電專用頻率受到干擾，信息產(chǎn)業(yè)部要求，嚴(yán)查非法生產(chǎn)，銷售大功率無繩電話機(jī)。保護(hù)名航飛行是無線電管理的重要工作之一，因此，信息產(chǎn)業(yè)部正在與相關(guān)部門密切配合，加強(qiáng)無線電發(fā)射設(shè)備的市場管理，嚴(yán)禁大功率無繩電話的 生產(chǎn)銷售。目前已收激了大量無繩電話機(jī)，并清理規(guī)范了無線尋呼發(fā)射機(jī)，廣播電視發(fā)射機(jī)，校園調(diào)頻廣播的設(shè)置與使用。

2、什么是接地？常用的接地方法有哪些？各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？

答：1；將電路，設(shè)備機(jī)殼等與作為零電位的一個公共參考點(diǎn)（大地）實(shí)現(xiàn)低阻抗連接。稱接地。2；一點(diǎn)接地，多點(diǎn)接地3；優(yōu)點(diǎn)；比較簡單，用的地方還比較多。缺點(diǎn)；各電路電平相差很大時不能使用，因?yàn)楦唠娖綄a(chǎn)生很大的地電流并干擾到低電平電路中去。優(yōu)點(diǎn)；適用低頻信號。缺點(diǎn)；電路工作頻率較高，電感分量大，各地線間的互感耦合會增加干擾。

3、機(jī)電一體化對機(jī)械系統(tǒng)的基本要求是什么？

答：高精度；快速反應(yīng)；良好的穩(wěn)定性

4、如何理解質(zhì)量最小原則。

5、簡述干擾的三個組成要素。

答：干擾源，傳播途徑和接受載體。

6、機(jī)電一體化對伺服系統(tǒng)的技術(shù)要求是什么？

答；精度高，響應(yīng)速度快，穩(wěn)定性好，負(fù)載能力強(qiáng)和工作頻率范圍大等基本要求，同時還要求體積小，重量輕，可靠性高和成本低等。

7、機(jī)電一體化系統(tǒng)中的機(jī)械裝置包括那些內(nèi)容？

答：主要包括傳動，支承，導(dǎo)軌等

8、機(jī)電一體化傳動系統(tǒng)有哪幾種類型？各有什么作用

答（1）齒輪傳動是機(jī)電一體化系統(tǒng)中常見的傳動裝置，它在伺服運(yùn)動中的主要作用是實(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)動和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的轉(zhuǎn)換。（2）螺旋傳動是機(jī)電一體化系統(tǒng)中常用的的一種傳動形式。它是利用螺桿與螺母的相對運(yùn)動，將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動變?yōu)橹本€運(yùn)動（3）滑動摩擦導(dǎo)軌直線運(yùn)動導(dǎo)軌的作用是引導(dǎo)運(yùn)動部件用來支承和引導(dǎo)運(yùn)動部件按給定的方向作用往返直線運(yùn)動滾動摩擦導(dǎo)軌是在運(yùn)動件和承導(dǎo)件之間放置滾動體（滾珠，滾柱，滾動軸承等）。使導(dǎo)軌運(yùn)動時處于滾動摩擦狀態(tài)。

9、簡述在機(jī)電一體化系統(tǒng)中提高抗干擾的措施有哪些？

答：1邏輯設(shè)計(jì)力求簡單2硬件自檢測和軟件自恢復(fù)的設(shè)計(jì)3從安裝和工藝方面采取措施消除干擾

10、試簡述機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟。

答：設(shè)計(jì)預(yù)測---信號分析---科學(xué)類比---系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)---創(chuàng)造設(shè)計(jì)---選擇各種具體的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法（如相似設(shè)計(jì)法，模擬設(shè)計(jì)法等）---機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)質(zhì)量的綜合評價。

三、名詞解釋

1、共模干擾

2、伺服控制技術(shù)

3、靈敏度

4、壓電效應(yīng)

5、系統(tǒng)精度

6、機(jī)電一體化

7、自動控制

8、開環(huán)控制系統(tǒng)

9、線性度

10、串行通信

《1》機(jī)電一體化：從系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā)，將機(jī)械技術(shù)，微電子技術(shù)，信息技術(shù)，控制技術(shù)等在系統(tǒng)工程基礎(chǔ)上有機(jī)地加以綜合，以實(shí)現(xiàn)整個系統(tǒng)最佳化的一門新科學(xué)技術(shù)。

《2》靈敏度：指在穩(wěn)態(tài)下，輸出變化量Y與輸入X變化量的比值。

《3》壓電效應(yīng)：是指某些電介質(zhì)，對它施加力使產(chǎn)生變形時，內(nèi)部就會產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時在它的兩個表面上將產(chǎn)生符號相反的電荷。當(dāng)外力去掉后，它又重新恢復(fù)到不帶電的狀態(tài)?！?》共模干擾：指同時加載在各個輸入信號接口端的共有的信號干擾。

《5》線性度：傳感器輸出量與輸入量之間的關(guān)系曲線偏離直線的程度。

《6》自動控制：由控制裝置自動進(jìn)行操作的控制。

《7》開環(huán)控制系統(tǒng)：無反饋的控制系統(tǒng)。

《8》伺服控制技術(shù)：是一種能夠跟蹤輸入的指令信號進(jìn)行動作，從而獲得精確的位置，速度及動力輸出的自動控制技術(shù)。

《9》串行通信：是數(shù)據(jù)按位進(jìn)行傳送的。在傳輸過程中，每一位數(shù)據(jù)都占據(jù)一個固定的時間長度，一位一位的串行傳送和接收。

《10》系統(tǒng)精度：指輸出量復(fù)現(xiàn)輸入信號要求的精確程度。

第五篇：機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)講稿

項(xiàng)目一 數(shù)控車床主傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)與部件選擇

1.1無級變速傳動鏈

1.1.1機(jī)床主傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)滿足的基本要求

機(jī)床主傳動系統(tǒng)因機(jī)床的類型、性能、規(guī)格尺寸等因素的不同，應(yīng)滿足的要求一也不一樣。在設(shè)計(jì)機(jī)床主傳動系統(tǒng)時最基本的原則就是以最經(jīng)濟(jì)、合理的方式滿足既定的要求。在設(shè)計(jì)時應(yīng)結(jié)合具體機(jī)床進(jìn)行分析，一般應(yīng)滿足下述基本要求:(1)滿足機(jī)床使用性能要求。

首先應(yīng)滿足機(jī)床的運(yùn)動特性，如機(jī)床的主軸有足夠的轉(zhuǎn)速范圍和轉(zhuǎn)速級數(shù)(對于主傳動為直線運(yùn)動的機(jī)床，則有足夠的每分鐘雙行程數(shù)范圍及變速級數(shù));傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，操作方便靈活、迅速、安全可靠等。(2)滿足機(jī)床傳遞動力要求。

主電動機(jī)和傳動機(jī)構(gòu)能提供和傳遞足夠的功率和轉(zhuǎn)矩，具有較高的傳動效率。

1.1.2數(shù)控機(jī)床主傳動系統(tǒng)分類

機(jī)床主傳動系統(tǒng)可按以下不同的特征來分類:(1)按驅(qū)動主傳動的電動機(jī)類型可分為交流電動機(jī)驅(qū)動和直流電動機(jī)驅(qū)動。交流電動機(jī)驅(qū)動中又可分為單速交流電動機(jī)驅(qū)動或調(diào)速交流電動機(jī)驅(qū)動兩種。調(diào)速交流電動機(jī)驅(qū)動又有多速交流電動機(jī)驅(qū)動和無級調(diào)速交流電動機(jī)驅(qū)動。無級調(diào)速交流電動機(jī)通常采用變頻調(diào)速的原理。(2)按傳動裝置類型可分為機(jī)械傳動裝置、液壓傳動裝置、電氣傳動裝置及其組合。(3)按變速的連續(xù)性可分為分級變速傳動和無級變速傳動(此部分在下面詳細(xì)介紹)。數(shù)控機(jī)床的主傳動要求有較大的調(diào)速范圍，以保證在加工時能選用合理的切削用量，從而獲得最佳的生產(chǎn)率、加工精度和表面質(zhì)量。數(shù)控機(jī)床的變速是按照控制指令自動進(jìn)行的，因此變速機(jī)構(gòu)必須適應(yīng)自動操作的要求。大多數(shù)數(shù)控機(jī)床采用無級變速系統(tǒng)，數(shù)控機(jī)床主傳動系統(tǒng)主要有以下四種配置方式:(1)主軸電動機(jī)直接驅(qū)動。

如圖2一1(a)所示，電動機(jī)軸與主軸用聯(lián)軸器連接，這種方式大大簡化了主軸箱和主軸結(jié)構(gòu)，有效地提高了主軸部件的剛度，但主軸輸出扭矩小，電動機(jī)發(fā)熱對主軸影響較大。目前，多采用交流伺服電動機(jī)，它的功率很大，但輸出功率與實(shí)際消耗的功率保持同步，效率很高。(2)電動機(jī)經(jīng)同步齒形帶帶動主軸。

如圖1一1(b)所示，電動機(jī)將其運(yùn)動經(jīng)同步齒形帶以定比傳動傳遞給主軸。由于輸出扭矩較小，這種傳動方式主要用于小型數(shù)控機(jī)床低扭矩特性要求的主軸，可以減小傳動中的振動和噪聲。

(3)電動機(jī)經(jīng)齒輪變速傳動主軸。

如圖1一1(c)所示，主軸電動機(jī)經(jīng)二級齒輪傳動變速，使主軸獲得低速和高速兩種轉(zhuǎn)速，從而使之實(shí)現(xiàn)分段無級變速，這種方式在大、中型數(shù)控機(jī)床中采用較多。經(jīng)過齒輪傳動降速后，電動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩可以擴(kuò)大，以滿足主軸低速運(yùn)轉(zhuǎn)時輸出扭矩大的特性要求。一部分小型數(shù)控機(jī)床一也采用這種傳動方式，以獲得強(qiáng)力切削時所需要的扭矩。(4)電主軸。

如圖1一1(d)所示，將調(diào)速電動機(jī)與主軸合成一體(電動機(jī)轉(zhuǎn)子軸即機(jī)床主軸)，其優(yōu)點(diǎn)是主軸部件結(jié)構(gòu)緊湊、剛度高、質(zhì)量輕、慣量小，且可提高調(diào)速電動機(jī)啟動、停止的響應(yīng)特性;其缺點(diǎn)是電動機(jī)發(fā)熱易引起熱變形。1.1.3無級變速傳動鏈的設(shè)計(jì) 無級變速傳動鏈可以在一定的變速范圍內(nèi)連續(xù)改變轉(zhuǎn)速，以得到最有利的切削速度;能在運(yùn)轉(zhuǎn)中變速，便于實(shí)現(xiàn)變速自動化;能在負(fù)載下變速，便于車削大端面時保持恒定的切削速度，以提高生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量。無級變速傳動可由機(jī)械摩擦無級變速器、液壓無級變速器和電氣無級變速器來實(shí)現(xiàn)。機(jī)械摩擦無級變速器結(jié)構(gòu)簡單、使用可靠，常用于中、小型車床、銑床等主傳動系統(tǒng)中。液壓無級變速器傳動平穩(wěn)、運(yùn)動換向沖擊小，易于實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動，常用于主運(yùn)動為直線運(yùn)動的機(jī)床，如磨床、拉床、刨床等機(jī)床的主傳動系統(tǒng)中。電氣無級變速器有由直流電動機(jī)或交流調(diào)速電動機(jī)驅(qū)動的兩種，由于它可以大大簡化機(jī)械結(jié)構(gòu)，便于實(shí)現(xiàn)自動變速、連續(xù)變速和負(fù)載下變速，故其應(yīng)用越來越)’一泛，尤其在數(shù)控機(jī)床上目前幾乎全都采用電氣無級變速器。

數(shù)控機(jī)床的主運(yùn)動廣泛采用無級變速傳動，這不僅能使其在一定的調(diào)速范圍內(nèi)選擇到合理的切削速度，而且還能在運(yùn)轉(zhuǎn)中自動變速。無級變速系統(tǒng)有機(jī)械、液壓和電氣等多種形式，數(shù)控機(jī)床一般采用由直流或交流調(diào)速電動機(jī)作為驅(qū)動源的電氣無級變速。由于數(shù)控機(jī)床主運(yùn)動的調(diào)速范圍較寬，一般情況下單靠調(diào)速電動機(jī)無法滿足;另一方面調(diào)速電動機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩特性一也難以直接與機(jī)床的功率和轉(zhuǎn)矩要求安全匹配。因此，需要在無級調(diào)速電動機(jī)之后串聯(lián)機(jī)械分級變速傳動，以滿足調(diào)速范圍和功率、轉(zhuǎn)矩特性的要求。(1)無級變速裝置的分類。

機(jī)床主傳動中常用的無級變速裝置有三類:變速電動機(jī)、機(jī)械無級變速裝置和液壓無級變速裝置。

1)變速電動機(jī)。

機(jī)床上常用的變速電動機(jī)有直流電動機(jī)和交流電動機(jī)，它們在額定轉(zhuǎn)速以上為恒功率變速，通常變速范圍僅為2 ~3;額定轉(zhuǎn)速以下為恒定轉(zhuǎn)矩變速，調(diào)整范圍很大，變速范圍可達(dá)30甚至更大。上述功率和轉(zhuǎn)矩特性一般不能滿足機(jī)床的使用要求。為了擴(kuò)大恒功率變速范圍，可在變速電動機(jī)和主軸之間串連一個分級變速箱。變速電動機(jī)I’一泛用于數(shù)控機(jī)床和大型機(jī)床中。

2)機(jī)械無級變速裝置。

機(jī)械無級變速裝置有柯普(Koop)型、行星錐輪型、分離錐輪鋼環(huán)型和寬帶型等多種結(jié)構(gòu)，它們都是利用摩擦力來傳遞轉(zhuǎn)矩的，通過連續(xù)地改變摩擦傳動副工作半徑來實(shí)現(xiàn)無級變速。由于它的變速范圍小，多數(shù)是恒轉(zhuǎn)矩傳動，通常較少單獨(dú)使用，而是與分級變速機(jī)構(gòu)串聯(lián)使用，以擴(kuò)大變速范圍。機(jī)械無級變速器應(yīng)用于要求功率和變速范圍較小的中、小型車型、銑床等機(jī)床的主傳動中，更多的是用于進(jìn)給變速傳動中。

3)液壓無級變速裝置。

液壓無級變速裝置通過改變單位時間內(nèi)輸入液壓缸或液動機(jī)中液體的油量來實(shí)現(xiàn)無級變速。它的特點(diǎn)是變速范圍較大，變速方便，傳動平穩(wěn)，在運(yùn)動換向時沖擊小;易于實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動和自動化。液壓無級變速裝置常用在主運(yùn)動為直線運(yùn)動的機(jī)床中，如刨床、拉床等。(2)無級變速裝置與機(jī)械分級變速機(jī)構(gòu)的串聯(lián)。在無級變速系統(tǒng)裝置單獨(dú)使用時，其調(diào)速范圍都較小，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代通用機(jī)床變速范圍的要求。因此，常常將無級變速裝置與機(jī)械分級變速機(jī)構(gòu)串聯(lián)，以擴(kuò)大其變速范圍。(3)采用直流或交流電動機(jī)無級調(diào)速。

機(jī)床上常用的無級變速機(jī)構(gòu)為直流或交流調(diào)速電動機(jī)。直流電動機(jī)是采用調(diào)壓和調(diào)磁方式來得到主軸所需轉(zhuǎn)速的。直流電動機(jī)從額定轉(zhuǎn)速向上至最高轉(zhuǎn)速是用調(diào)節(jié)磁場電流(簡稱調(diào)磁)的辦法來調(diào)速的，屬于恒功率調(diào)速;從額定轉(zhuǎn)速向下至最低轉(zhuǎn)速是用調(diào)節(jié)電樞電壓(簡稱調(diào)壓)的辦法來調(diào)速的，屬恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。通常，直流電動機(jī)的恒功率變速范圍較小，僅為2~4，而恒轉(zhuǎn)矩變速范圍很大，可達(dá)幾十，甚至超過100。交流調(diào)速電動機(jī)靠調(diào)節(jié)供電頻率的方式來調(diào)速，所以其常被稱為調(diào)頻主軸電動機(jī)。通常額定轉(zhuǎn)速向上至最高轉(zhuǎn)速氣max為恒定功率，變速范圍為3~5;額定轉(zhuǎn)速至最低轉(zhuǎn)速氣為恒轉(zhuǎn)矩，變速范圍為幾十，甚至超100。直流和交流電動機(jī)的功率轉(zhuǎn)矩特性如圖1-2所示。

交流調(diào)速電動機(jī)由于體積小、轉(zhuǎn)動慣性小、動態(tài)響應(yīng)快、沒有電刷且能達(dá)到的最高轉(zhuǎn)速比同功率的直流電動機(jī)高，故磨損和故障也少。現(xiàn)在在中、小功率領(lǐng)域，交流調(diào)速電動機(jī)已占優(yōu)勢，應(yīng)用一也更加廣泛。伺服電動機(jī)和脈沖步進(jìn)電動機(jī)都是恒轉(zhuǎn)矩的，而且功率不大，所 以只能用于直線進(jìn)給運(yùn)動和輔助運(yùn)動?；谏鲜龇治隹芍?，如果直流或交流調(diào)速電動機(jī)用于拖動直線運(yùn)動執(zhí)行器，例如龍門刨床工作臺(主運(yùn)動)或立式車床刀架(進(jìn)給運(yùn)動)，可直接利用調(diào)速電動機(jī)的恒轉(zhuǎn)矩變速范圍，用電動機(jī)直接帶動或通過定比減速齒輪拖動執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

1.2主傳動系統(tǒng)分析

數(shù)控車床用于加工回轉(zhuǎn)體零件。它集中了臥式車床、轉(zhuǎn)塔車床、多刀車床、仿形車床、自動和半自動車床的功能，是數(shù)控機(jī)床中應(yīng)用較廣泛的品種之一。下面以一個典型數(shù)控車床C K3263 B為例說明如何分析數(shù)控機(jī)床主傳動系統(tǒng)，圖1一4所示為C K3263 B主傳動系統(tǒng)。主電動機(jī)經(jīng)帶輪副和四速變速機(jī)構(gòu)驅(qū)動主軸，其傳動路線表達(dá)式是

擬定轉(zhuǎn)速圖如圖2-5所示，從圖中可知，主軸共得到四段轉(zhuǎn)速:

1.3 車床數(shù)控化改裝主傳動系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

將06140臥式車床改造成用MCS-51系列單片機(jī)控制的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床，采用步進(jìn)電動機(jī)開環(huán)控制，縱向和橫向均具有直線和圓弧插補(bǔ)功能。將原來的主傳動系統(tǒng)改裝為主變速系統(tǒng)。一般的臥式車床在改裝為經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床時，主傳動系統(tǒng)和變速操縱機(jī)構(gòu)是不動的，可利用暫停指令進(jìn)行手動變速換擋，然后再繼續(xù)加工。如果要提高機(jī)床的自動化程度或者所加工工件的直徑相差較大，在加工過程中需要自動變速時，可考慮設(shè)置加工過程中的自動變速裝置，本任務(wù)即后一種情況。

將機(jī)械主傳動系統(tǒng)改裝為自動變速裝置的幾種方案說明見下文介紹。1.采用多速電動機(jī)改裝

目前采用多速電動機(jī)對主傳動系統(tǒng)進(jìn)行改裝，一般是將主電動機(jī)更換為雙速或四速電動機(jī)，由微機(jī)系統(tǒng)信號自動控制切換電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。這樣做的好處是機(jī)床性能良好，主傳動鏈改裝量較少，但多速電動機(jī)的功率是隨著轉(zhuǎn)速的變化而變化的，所以電動機(jī)功率要選的大一些，同時電動機(jī)的尺寸一也大，因此還要增加一套電動機(jī)變速系統(tǒng)。2.主變速系統(tǒng)改裝

對主軸箱內(nèi)變速系統(tǒng)進(jìn)行改裝，一般是將滑移齒輪變速改為電磁離合變速。這種變速機(jī)構(gòu)仍為有級變速，一般變速級數(shù)不超過四級。3.采用直流主軸電動機(jī)或交流主軸電動機(jī)改裝

改裝后，機(jī)床主軸由直流主軸電動機(jī)(或交流主軸電動機(jī))通過皮帶直接帶動，并通過電氣系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無級變速。

采用直流主軸電動機(jī)或交流主軸電動機(jī)改裝，其改裝成本高，但效果好，能獲得滿意的速度，而且由于傳動鏈中沒有齒輪，故噪聲很小。另外在改裝中要注意，主軸電動機(jī)的選擇要與進(jìn)給系統(tǒng)電動機(jī)配套，以利于使用CNC系統(tǒng)。圖1-5所示為本任務(wù)改裝后的主傳動系統(tǒng)示意。拆下原操縱手柄，裝上齒輪2;以一個180 W的交流小電動機(jī)8通過蝸輪副7和齒輪3, 2將運(yùn)動傳給手柄軸1，帶動主軸箱內(nèi)的撥叉和滑塊進(jìn)行變速。另外將手柄軸接長，在接長軸4上安裝帶單個壓塊6的圓盤，并在附加的機(jī)殼上固定一個裝有6個微動開關(guān)的圓盤5, 6個微動開關(guān)的位置與6級變速擋位對應(yīng)。當(dāng)手柄軸帶動圓盤轉(zhuǎn)動時，壓塊6依次壓下6個微動開關(guān)，發(fā)出6個不同信號，數(shù)控系統(tǒng)通過對電路信號的識別來控制變速。

自動變速過程如下:當(dāng)變速電動機(jī)接到S指令后，便開始轉(zhuǎn)動，通過傳動裝置使手柄軸帶動撥叉滑塊使變速齒輪移位。與此同時，在速度繼電器的控制下，主電動機(jī)低速點(diǎn)動，以便滑移齒輪順利地進(jìn)人嚙合位片。當(dāng)壓塊壓下的觸點(diǎn)信號與數(shù)控系統(tǒng)S指令信號相符時，小電動機(jī)制動，主運(yùn)動變速完成。這種方案保留了原主軸箱的結(jié)構(gòu)，改裝量小，但只適合于06140型車床。

1.3.2主傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程 1.明確已知條件，草擬轉(zhuǎn)速圖 擬定轉(zhuǎn)速圖的一般步驟如下:(i)確定變速組數(shù)及各變速組的傳動副數(shù);(2)安排變速組的傳動順序，擬定結(jié)構(gòu)式(網(wǎng));(3)分配傳動副傳動比.繪制轉(zhuǎn)涼圖 2.齒輪齒數(shù)的確定

齒輪的齒數(shù)取決于傳動比和徑向尺寸要求。在同一變速組中，若模數(shù)相同且不采用變位齒輪，則傳動副的齒數(shù)和相同;若模數(shù)不同，則齒數(shù)和S與模數(shù)m,成反比，即:

對于三聯(lián)滑移齒輪，當(dāng)采用標(biāo)準(zhǔn)齒輪且模數(shù)相同時，最大齒輪與次大齒輪的齒數(shù)差應(yīng)大于4，以避免滑移過程中的齒頂干涉。

當(dāng)傳動比i采用標(biāo)準(zhǔn)公比的整數(shù)次方時，齒數(shù)和S及小齒輪齒數(shù)可以從表1一1中查得。

1.4 實(shí)訓(xùn)準(zhǔn)備

1.項(xiàng)目任務(wù)單

項(xiàng)日任務(wù)單見附錄二。2.項(xiàng)目要求

學(xué)完基礎(chǔ)知識及實(shí)例后，學(xué)生自主分析數(shù)控車床主軸箱實(shí)物，熟悉內(nèi)部組成，然后分組制訂設(shè)計(jì)方案，方案合格后，開始具體設(shè)計(jì)。3.儀器與設(shè)備(1)CAK4085數(shù)控車床6(2)《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊》若干。(3)扳手、鉗子、直尺。4.實(shí)訓(xùn)步驟

(1)學(xué)生分組，并在現(xiàn)場分析數(shù)控車床主軸箱實(shí)物。(2)學(xué)生分組，制定任務(wù)實(shí)施方案。

(3)根據(jù)任務(wù)實(shí)施方案，學(xué)生將任務(wù)實(shí)施過程填入記錄表1一2中。1.4.2項(xiàng)目評價

項(xiàng)日的整體評價如表1-3所示。

圖1一1數(shù)控機(jī)床主傳動的配置方式

圖1-2直流和交流調(diào)速電動機(jī)的功率轉(zhuǎn)矩特性

圖1-4 CK3263B主傳動系統(tǒng)

圖1-5改裝后主傳動系統(tǒng)示意圖

表1一1常見傳動比的適用齒數(shù)

表1一2項(xiàng)目實(shí)施過程記錄表

表1-3項(xiàng)目評價表

項(xiàng)目二數(shù)控車床導(dǎo)軌副設(shè)計(jì) 2.1.1導(dǎo)軌副設(shè)計(jì)步驟

(1)根據(jù)已知的工作條件，選擇合適的導(dǎo)軌類型，常見導(dǎo)軌形式見表2-1.(2)選擇導(dǎo)軌截面形狀與組合方式。常見導(dǎo)軌截面形狀見表2一2。1)雙三角形導(dǎo)軌。如圖2-1所示，雙三角形導(dǎo)軌導(dǎo)向性和精度保持性都很高，磨損后能自動下沉補(bǔ)償磨損量。兩條三角形導(dǎo)軌副同時起支撐和導(dǎo)向作用，由于結(jié)構(gòu)對稱，兩條導(dǎo)軌磨損均勻，故接觸剛度好。但由于超定位，加工、檢驗(yàn)、維修都較困難，而且當(dāng)量摩擦系數(shù)也高，因此適于精度高的場合。例如絲杠車床、單柱坐標(biāo)鎖床的導(dǎo)軌副等。2)雙矩形導(dǎo)軌。

如圖2一2所示，雙矩形導(dǎo)軌的剛度高，當(dāng)量摩擦系數(shù)比雙三角形導(dǎo)軌低，承載能力強(qiáng)，加工、檢驗(yàn)、維修都較方便，因此被廣泛使用，例如數(shù)控機(jī)床的導(dǎo)軌副。雙矩形導(dǎo)軌承載面和導(dǎo)向面是分開的，存在側(cè)向間隙，必須用鑲條調(diào)節(jié)。

如圖2一2(a)所示，用兩外側(cè)面做導(dǎo)向面時，間距大、熱變形大、間隙大，因而導(dǎo)向精度低、承載能力大;如圖2-2(b)所示，以內(nèi)外側(cè)面做導(dǎo)向面時，間距小、熱變形小、間隙小，因而導(dǎo)向精度高、易獲得較高的平行度;如圖2一2(c)所示，用兩內(nèi)側(cè)面做導(dǎo)向面時，由于導(dǎo)軌面對稱分布在導(dǎo)軌中部，當(dāng)傳動件位于對稱中心線上時，避免了由于牽引力與導(dǎo)向中心線不合而引起的偏轉(zhuǎn)，不致在改變運(yùn)動方向時引起位置誤差，故導(dǎo)向精度高。3)三角形與矩形組合。

如圖2-3(a)和圖2-3(b)所示，三角形與矩形組合導(dǎo)軌兼有三角形導(dǎo)軌的良好導(dǎo)向性及矩形導(dǎo)軌的制造方便、剛性好等優(yōu)點(diǎn)，并避免了由于熱變形所引起的配合變化。其缺點(diǎn)是三角形導(dǎo)軌比矩形導(dǎo)軌磨損快，易造成磨損不均勻，磨損后又不能通過調(diào)節(jié)來補(bǔ)償，故對位置精度有影響。

三角形與矩形組合導(dǎo)軌兼有導(dǎo)向性好、制造方便和剛度高等諸多優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛使用，例如車床、磨床、龍門刨床、龍門銑床、滾齒機(jī)、坐標(biāo)鎖床的導(dǎo)軌副等。4)雙燕尾形導(dǎo)軌。

如圖2一4(a)所示，它的高度較小，可以承受顛覆力矩，是閉式導(dǎo)軌中接觸面最少的一種結(jié)構(gòu)。間隙調(diào)整方便，用一根鑲條就可以調(diào)節(jié)各接觸面的間隙。這種導(dǎo)軌剛度較差，加工、檢驗(yàn)、維修都不大方便，適用于受力小、層次多、要求間隙調(diào)整方便的場合，例如牛頭刨床和插床的滑枕導(dǎo)軌、升降臺銑床的床身導(dǎo)軌、車床刀架導(dǎo)軌副和儀表機(jī)床導(dǎo)軌等。5)矩形與燕尾形導(dǎo)軌組合。

如圖2一4(b)所示，由于它兼有調(diào)整方便、能承受較大力矩的優(yōu)點(diǎn)，故多用于橫梁、立柱和搖臂的導(dǎo)軌副。6)雙圓柱導(dǎo)軌組合。圓柱導(dǎo)軌具有制造方便、不宜積存較大切屑的優(yōu)點(diǎn)，但間隙難以調(diào)整，磨損后一也不易補(bǔ)償，因此適用于移動件只受軸向力的場合，例如攻螺紋機(jī)、機(jī)械手的導(dǎo)軌副等。(3)通過計(jì)算選擇結(jié)構(gòu)參數(shù)。

1)計(jì)算額定動載荷Ca’(單位N)。

式中: KW—負(fù)荷系數(shù)，按表2一3選取;KH----硬度系數(shù)，按表2一4選取;KT—溫度系數(shù)，按表2一5選取;KC—接觸系數(shù)，按表2一6選取;K—壽命系數(shù)，一般取K=50;2)依據(jù) 的原則，選擇結(jié)構(gòu)參數(shù)。(4)其他參數(shù)選擇。1)導(dǎo)軌材料選擇。

鑄鐵耐磨性好，熱穩(wěn)定性高，減振性好，成本低，易于加工，在滑動導(dǎo)軌中應(yīng)用廣泛。淬硬的鋼導(dǎo)軌耐磨性好。鑲裝塑料導(dǎo)軌具有耐磨性好，動、靜摩擦系數(shù)接近，化學(xué)穩(wěn)定性好，抗振性好，抗撕傷能力強(qiáng)，工作范圍廣，成本低等諸多優(yōu)點(diǎn)。在選材時，支撐導(dǎo)件與運(yùn)動件應(yīng)選不同的材料，其熱處理的方式一也有所不同。2)調(diào)整裝置。

導(dǎo)軌工作時會產(chǎn)生間隙，間隙過小會增加摩擦阻力，間隙過大會降低導(dǎo)向精度，所以應(yīng)選擇合適的調(diào)整裝置進(jìn)行調(diào)整。例如滑動導(dǎo)軌副采用壓板和鑲條兩種方法調(diào)整。①鑲條。

鑲條用來調(diào)整矩形導(dǎo)軌、燕尾形導(dǎo)軌的側(cè)隙，以保證導(dǎo)軌面能正常接觸。鑲條應(yīng)放在導(dǎo)軌受力較小的一側(cè)，常用的有平鑲條和楔形鑲條兩種。

平鑲條如圖2一5所示，它是靠調(diào)整螺釘1移動鑲條2的位置來調(diào)整間隙的，圖2一5(c)所示為在間隙調(diào)整好后，再用螺釘3將鑲條2緊固。平鑲條調(diào)整方便，制造容易，圖2一5(a)和圖2一5(b)所示的鑲條較薄，而且只在與螺釘接觸的幾個點(diǎn)上受力，容易變形，剛度較低，日前較少使用。楔形鑲條如圖2一6所示，鑲條的兩個面分別與動導(dǎo)軌和支撐導(dǎo)軌均勻接觸，所以比平鑲條剛度高，但加工較困難。

楔形鑲條的斜度為1 : 100一1:40,鑲條越長，斜度應(yīng)越小，以免兩端厚度相差太大。如圖2一6(a)所示的調(diào)整方法是用調(diào)節(jié)螺釘1帶動鑲條2做縱向移動以調(diào)節(jié)間隙。鑲條上的溝槽a在刮配好后加工，這種方法構(gòu)造簡單，但螺釘頭凸肩和鑲條上溝槽之間的間隙會引起鑲條在運(yùn)動中竄動。圖2一6(b)所示為從兩端用螺釘3和5調(diào)節(jié)，避免了鑲條4的竄動，性能較好。圖2一6(c)所示為通過螺釘6和螺母7調(diào)節(jié)，鑲條8上的圓孔在刮配好后加工，這種調(diào)節(jié)方法方便，且能防止鑲條8的竄動，但其縱向尺寸較長。②壓板。

壓板用來調(diào)整輔助導(dǎo)軌面的間隙和承受的顛覆力矩，如圖2一7所示。

2.2.1選擇導(dǎo)軌副

1.確定最大載荷F-max 已知作用在單滑座上的最大載荷Fmax，滑座數(shù)M=4，工作臺受到進(jìn)給方向的載荷(與絲杠軸線平行)Ff= 1 401 N，工作臺受到橫向的載荷(與絲杠軸線垂直)F-n= 337 N ,工作臺受到垂直方向的載荷(與工作臺面垂直)Fe=512 N，移動部件總重量G =736 N。單滑塊所受的最大垂直

2.確定額定工作時間壽命孔 要求該導(dǎo)軌副每天開機(jī)6h，每年工作300個工作日，且工作8年以上，則額定工作時間壽命:

3.確定行程長度系數(shù)TS 要求單向行程長度LS = 0.52m，每分鐘往返次數(shù)為3，則額定行程長度系數(shù): 4.計(jì)算額定動載荷Ca’(單位為N)要求工作溫度不超過120 0C，工作速度為40 m/min，滾道表面硬度取60 HRC。由前面的計(jì)算結(jié)果得額定工作時間壽命Th = 14 400 h。則:

表2一7為JSA一KL型直線滾動導(dǎo)軌副(寬型螺孔)尺寸參數(shù)，圖2一8所示為其外形圖;表28 JSA-ZL型直線滾動導(dǎo)軌副尺寸參數(shù)

表2-9項(xiàng)目實(shí)施過程記錄表

表2-10項(xiàng)目評價表

項(xiàng)目三 簡易機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制作

3.1.1設(shè)計(jì)原則

一方面，在保證產(chǎn)品完成規(guī)定功能的前提下，通過對構(gòu)成各子系統(tǒng)的方案進(jìn)行優(yōu)化組合，降低成本，使系統(tǒng)功能平穩(wěn)、準(zhǔn)確、快速，以滿足用戶的要求。機(jī)電一體化產(chǎn)品的主要特征是自動化操作，功能是產(chǎn)品的生命，只有功能可靠，產(chǎn)品才具有價值。另一方面，要使功能達(dá)到最佳，機(jī)械子系統(tǒng)、電子信息處理子系統(tǒng)、動力子系統(tǒng)、傳感檢測子系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)子系統(tǒng)5部分構(gòu)成要素的匹配、相互協(xié)調(diào)和相互補(bǔ)充也極為重要。而通過降低成本，并且使系統(tǒng)功能達(dá)到穩(wěn)、準(zhǔn)、快，又增強(qiáng)了產(chǎn)品的市場競爭力。

3.1.2設(shè)計(jì)工作流程

一個全新的機(jī)電一體化產(chǎn)品的正向設(shè)計(jì)和開發(fā)過程大體可以分為產(chǎn)品規(guī)劃、概念設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)三個階段。1.產(chǎn)品規(guī)劃階段

產(chǎn)品規(guī)劃包括需求分析、市場預(yù)測和技術(shù)可行性分析，最后確定設(shè)計(jì)參數(shù)及設(shè)計(jì)制約條件，提出設(shè)計(jì)要求，并將其作為設(shè)計(jì)、評價和決策的依據(jù)。(1)需求分析。

需求分析從需求識別開始，認(rèn)識需求是一種創(chuàng)造性工作，設(shè)計(jì)人員應(yīng)深人實(shí)際，細(xì)致觀察，敏銳捕捉市場的需求，并及時完成產(chǎn)品的開發(fā)和試制工作。(2)市場預(yù)測。

市場預(yù)測是產(chǎn)品的前期調(diào)研工作，調(diào)研內(nèi)容主要有以下三方面: 1)面向用戶的產(chǎn)品市場調(diào)研:主要有產(chǎn)品銷售對象的可能銷售量，用戶對產(chǎn)品的功能、性能、質(zhì)量、使用維護(hù)、包裝及價格等方面的要求。此外，還應(yīng)了解競爭產(chǎn)品的種類、優(yōu)缺點(diǎn)和市場占有率等情況。

2)面向產(chǎn)品設(shè)計(jì)的技術(shù)調(diào)研:主要有行業(yè)和專業(yè)技術(shù)發(fā)展動態(tài)，相關(guān)理論的研究成果和新材料、新器件的發(fā)展動態(tài)，競爭企業(yè)、競爭產(chǎn)品的技術(shù)特點(diǎn)分析等。此外，還要了解本單位的生產(chǎn)基礎(chǔ)條件。

3)面向產(chǎn)品生命周期的社會環(huán)境調(diào)研:主要有產(chǎn)品生產(chǎn)和目標(biāo)市場所在地的經(jīng)濟(jì)技術(shù)政策(如產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策、投資動向、環(huán)境保護(hù)及安全法規(guī)等)，產(chǎn)品的種類、規(guī)模及分布，社會的風(fēng)俗習(xí)慣，社會人員構(gòu)成狀況及消費(fèi)水平、消費(fèi)心理和購買能力等。

通過調(diào)研應(yīng)確定開發(fā)產(chǎn)品的必要性、種類和生命周期，預(yù)測產(chǎn)品的技術(shù)水平、經(jīng)濟(jì)效益和社會效益等，確定用戶對產(chǎn)品的功能、性能、質(zhì)量、外觀和價格等方面的要求，即形成產(chǎn)品的初步概念，然后進(jìn)行技術(shù)可行性分析。(3)技術(shù)可行性分析。

技術(shù)可行性分析包括以下幾個方面: 1)關(guān)鍵技術(shù)和技術(shù)線路:研究本產(chǎn)品需要的關(guān)鍵技術(shù)，指明產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)的技術(shù)路線和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。例如，一個新概念汽車，采用什么樣的發(fā)動機(jī)、什么樣的控制總線和什么樣的人機(jī)接口等。所使用的關(guān)鍵性技術(shù)應(yīng)該是比較成熟的、成本和技術(shù)風(fēng)險容易控制的。如果要采用比較前沿的新技術(shù)，則需要在市場和成本方面多做考慮。

2)可選技術(shù)方案:同樣的產(chǎn)品可能有多種技術(shù)方案可選擇，設(shè)計(jì)人員必須根據(jù)一定的準(zhǔn)則從中選擇一個最合適的方案或?qū)⑦@些方案進(jìn)行綜合處理。

3)主要性能指標(biāo)及技術(shù)規(guī)格的可行性:產(chǎn)品的性能指標(biāo)及技術(shù)規(guī)格對產(chǎn)品的成本和市場競爭力至關(guān)重要。性能指標(biāo)和技術(shù)規(guī)格越高，產(chǎn)品的成本就越高，價格也就越高。但市場競爭力不完全由技術(shù)性能決定，還與其價格、品牌等許多因素有關(guān)。用戶往往追求性價比高的產(chǎn)品。因此制定產(chǎn)品的規(guī)格和性能指標(biāo)需要綜合考慮各方面的因素，突出產(chǎn)品的特色，力爭做到高性能、低價格。在制定主要產(chǎn)品的規(guī)格和性能指標(biāo)時還要充分參考競爭對手的產(chǎn)品及發(fā)展趨勢，制定最合理的參數(shù)。

4)主要技術(shù)風(fēng)險:綜合分析產(chǎn)品功能、技術(shù)規(guī)格及性能指標(biāo)實(shí)現(xiàn)的可能性，分析產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)中可能存在的各種問題和風(fēng)險，以及這些問題與風(fēng)險的解決和規(guī)避方法。如果不充分考慮這些問題和風(fēng)險，產(chǎn)品開發(fā)時間則可能拖延，從而錯過市場最佳時機(jī)，使產(chǎn)品的成本過高、質(zhì)量和成品率低或者大規(guī)模地更換生產(chǎn)設(shè)備等。因此，必須提前對這些問題進(jìn)行充分的評估，使產(chǎn)品開發(fā)和生產(chǎn)能順利進(jìn)行。

5)成本分析:根據(jù)所制定的產(chǎn)品技術(shù)規(guī)格和技術(shù)路線，綜合分析產(chǎn)品成本，包括技術(shù)成本、原材料成本、制造成本和人力成本等，為產(chǎn)品的立項(xiàng)提供決策支持。

6)結(jié)論和建議:根據(jù)產(chǎn)品的成本分析和技術(shù)風(fēng)險分析，對產(chǎn)品的技術(shù)規(guī)格、性能指標(biāo)和市場定位等參數(shù)提出修改建議，確定產(chǎn)品是否立項(xiàng)。產(chǎn)品立項(xiàng)應(yīng)給出生產(chǎn)設(shè)計(jì)要求表，表中所列要求分為特征指標(biāo)、優(yōu)化指標(biāo)和尋常指標(biāo)，各項(xiàng)要求應(yīng)盡可能量化，并按重要程度分出等級。2.概念設(shè)計(jì)階段

在概念設(shè)計(jì)階段輸人生產(chǎn)設(shè)計(jì)要求表，輸出總體方案。該方案主要包括產(chǎn)品外觀和結(jié)構(gòu)布置方案、產(chǎn)品部件或子系統(tǒng)劃分以及設(shè)計(jì)目標(biāo)、各部件或子系統(tǒng)的接口設(shè)計(jì)等三個方面，并制訂詳細(xì)設(shè)計(jì)任務(wù)書、驗(yàn)收規(guī)范及進(jìn)度計(jì)劃。

3.3案例導(dǎo)入

(3)確定小帶輪齒數(shù)Z1和小帶輪節(jié)圓直徑d1.應(yīng)使小帶輪齒數(shù)，而帶輪最小許用齒數(shù)Z min可查表3一3獲得。當(dāng)帶速和安裝尺比寸允許時，Z1盡可能選用較大值，初步選取Z1=12。(4)確定大帶輪齒數(shù)Z2和大帶輪節(jié)圓直徑d2(5)初選中心距久ao、帶的節(jié)線長度Lop、帶的齒數(shù)Zb。

根據(jù)表9-4選取接近標(biāo)準(zhǔn)的節(jié)線長度Lp=381mm，相應(yīng)齒數(shù)Zb= 40。(6)計(jì)算實(shí)際中心距a。

設(shè)計(jì)同步帶傳動時，中心距a應(yīng)該可以調(diào)整，以便獲得適當(dāng)?shù)膹埦o力。(7)校驗(yàn)帶與小帶輪的嚙合齒數(shù)Zm 嚙合齒數(shù):(8)計(jì)算基準(zhǔn)額定功率P0

(9)確定實(shí)際所需的同步帶寬度bs。

式中bs0—選定型號的基準(zhǔn)寬度，由表9-5可查得bs0 = 25.4mm;Kz—小帶輪嚙合齒數(shù)系數(shù)，由表9-6可查得K, = 0.8。10)帶的工作能力驗(yàn)算。

根據(jù)下式計(jì)算同步帶額定功率P的精確值，若結(jié)果滿足 率)，則帶的工作能力合格。

帶的設(shè)計(jì)功

同步帶傳動示意簡圖如圖3-9所示。(11)結(jié)果整理。

同步帶:選用L型同步帶，訂購型號為150 L100

最后，經(jīng)過廠家訂購與協(xié)商，確定帶輪及帶，零件如圖3一

10、圖3一11所示，同步帶傳動效果如圖3一12所示。3.3.3錐齒輪傳動設(shè)計(jì)

(1)確定齒輪材料及精度等級。

錐齒輪材料選擇45 #鋼調(diào)質(zhì)，齒面硬度為217~225 HBS。經(jīng)過計(jì)算齒輪傳動的最大圓周速度為4.19 m/s，查表3一8可確定錐齒輪精度等級為7級)(2)確定模數(shù)及齒數(shù)。(3)計(jì)算相關(guān)參數(shù)。

根據(jù)以上尺寸畫出小錐齒輪零件(見圖3一13)和大錐齒輪零件圖(見圖3一14)。錐齒輪傳動嚙合部分三維造型如圖3一15所示。3.3.4計(jì)數(shù)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 在啤酒、汽水和罐頭等灌裝生產(chǎn)線上，常常需要對隨傳送帶傳送到包裝處的成品瓶進(jìn)行自動計(jì)數(shù)，以便統(tǒng)計(jì)產(chǎn)量或?yàn)橛?jì)算機(jī)管理系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)。光電計(jì)數(shù)器是通過紅外線發(fā)射和接收進(jìn)行計(jì)數(shù)的，有直射式和反射式兩種。直射式的發(fā)射、接收分體，發(fā)生器和接收器分別置于流水線兩邊，中間沒有阻擋時發(fā)射器的紅外線反射到接收器上，接收器收到發(fā)射來的紅外線，經(jīng)相反處理使之沒有信號輸出，有工件經(jīng)過時擋住光路，接收機(jī)失去紅外線信號便輸出一個脈沖信號到運(yùn)算累加器進(jìn)行計(jì)數(shù)。發(fā)射式是發(fā)射、接收同體，置流水線一邊，前面沒有工件往下流時，發(fā)射器發(fā)出的紅外線直接射出沒有反射，接收器沒有接收到反射來的紅外線信號則沒有輸出。有工件經(jīng)過時，其將擋住光電路使發(fā)射器發(fā)出的紅外線信號反射到接收器上，接收器接收到反射來的紅外線信號便輸出一個脈沖信號到運(yùn)算累加器進(jìn)行計(jì)數(shù)。本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)日的是每推一個料，計(jì)數(shù)器顯示一個數(shù)，逐次遞增。整體方案是:通過傳感器(光電開關(guān)或磁性開關(guān))檢測到推桿動作，將信號傳到單片機(jī)，單片機(jī)輸出，并令數(shù)碼管顯示推出工件個數(shù))其結(jié)構(gòu)如圖3一16所示。

本設(shè)計(jì)是兩種傳感器均可，接線圖如圖3一17所示。

本設(shè)計(jì)中的計(jì)數(shù)器、光電開關(guān)、磁性開關(guān)均需外購，其外形如圖3一18所示。

3.4.1實(shí)訓(xùn)準(zhǔn)備

1.項(xiàng)目目的

(1)使學(xué)生具備一般機(jī)電產(chǎn)品方案的設(shè)計(jì)能力。(2)熟練掌握同步帶設(shè)計(jì)方法。(3)學(xué)會查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》。2.項(xiàng)目要求

每組學(xué)生自行設(shè)計(jì)同步帶系統(tǒng)和計(jì)數(shù)系統(tǒng)。3.儀器與設(shè)備

(1)電腦若干(二維設(shè)計(jì)軟件、三維設(shè)計(jì)軟件必有)。(2)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》若干。4.實(shí)訓(xùn)步驟(1)學(xué)生分組設(shè)計(jì)方案。

(2)兩位指導(dǎo)教師及各組組長審核方案。

(3)方案通過后，具體設(shè)計(jì)，學(xué)生將項(xiàng)目實(shí)施過程填入記錄表3-9中。3.4.2項(xiàng)目評價

項(xiàng)目的整體評價見表3一10。

圖3一1機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程

圖3一2常用電子類組裝工具

圖3一4方案一草圖

圖3一5風(fēng)能供料裝置結(jié)構(gòu)示意

圖3一6風(fēng)能供料裝置主要部件示意

圖3一7同步帶

表3-1同步帶載荷修正系數(shù)KA

表3一3帶輪最小許用齒數(shù)Zmin

表3一4同步帶節(jié)線長度L P

表3-5同步帶在基準(zhǔn)帶寬下的許用工作拉力和線密度

表3一6小帶輪嚙合齒數(shù)系數(shù)

圖3-9同步帶傳動示意簡圖

圖3一10小帶輪零件

圖3一11大帶輪零件

圖3一12同步帶傳動效果

表3-10項(xiàng)目評價表