第一篇：機(jī)電一體化答案

1、控制用電機(jī)有哪些種類、特點(diǎn)及應(yīng)用？

控制用電動機(jī)：力矩電動機(jī)、脈沖電動機(jī)、開關(guān)磁阻電動機(jī)、變頻調(diào)速電動機(jī)和各種AC/DC電動機(jī)...在額定輸出功率相同的條件下，比功率（dp/dt）：交流伺服電機(jī)>直流伺服電機(jī)>步進(jìn)電機(jī)。

控制用旋轉(zhuǎn)電機(jī)按工作原理分：（1）旋轉(zhuǎn)磁場型：同步電動機(jī)（永磁）、步進(jìn)電機(jī)（永磁）；（2）旋轉(zhuǎn)電樞型：直流電動機(jī)（永磁）、感應(yīng)電動機(jī)（按矢量控制等效模型）；

DC伺服電機(jī)（永磁）：槽鐵心電樞型、無槽（平滑型）鐵心電樞型、電樞型—無槽（平滑）鐵心型與無鐵心型。AC伺服電機(jī)：同步型SM、感應(yīng)型IM 步進(jìn)電機(jī)：變磁阻型（VR）、永磁型（PM）、混合型（HB）

DC伺服電機(jī)：

1、高響應(yīng)特性；

2、高功率密度（體積小、重量輕）；

3、可實(shí)現(xiàn)高精度數(shù)字控制；

4、接觸換向部件（電刷與換向器）需要維護(hù)。應(yīng)用：NC機(jī)械、機(jī)器人、計算機(jī)外圍設(shè)備、辦公機(jī)械、音響和音像設(shè)備、計測機(jī)械。

晶體管式無刷直流伺服電機(jī)：

1、無接觸換向部件；

2、需要磁極位置檢測器（如同軸編碼器等）；

3、具有DC伺服電機(jī)的全部優(yōu)點(diǎn)。應(yīng)用：音響和音像設(shè)備、計算機(jī)外圍設(shè)備。

AC伺服電機(jī)（永磁同步型）:

1、無接觸換向部件；

2、需要磁極位置檢測器（如同軸編碼器等）；

3、具有DC伺服電機(jī)的全部優(yōu)點(diǎn);

4、對定于電流的激勵分量和轉(zhuǎn)矩分量分別控制。應(yīng)用：音響和音像設(shè)備、計算機(jī)外圍設(shè)備、NC機(jī)械、機(jī)器人。

AC伺服電機(jī)（感應(yīng)型（矢量控制））：

1、對定于電流的激勵分量和轉(zhuǎn)矩分量分別控制；

2、具有DC伺服電機(jī)的全部優(yōu)點(diǎn)。應(yīng)用：NC機(jī)械、機(jī)器人。

步進(jìn)電機(jī)：

1、轉(zhuǎn)角與控制脈沖數(shù)成比例，可構(gòu)成直接數(shù)字控制；

2、有定位轉(zhuǎn)矩；

3、可構(gòu)成廉價的開環(huán)控制系統(tǒng)。應(yīng)用：計算機(jī)外圍設(shè)備、辦公機(jī)械、數(shù)控裝置

2、直流伺服電機(jī)的驅(qū)動方式有哪幾種？ 晶體管脈寬調(diào)理驅(qū)動、晶閘管直流調(diào)速驅(qū)動

3、旋轉(zhuǎn)式步進(jìn)電機(jī)按其結(jié)構(gòu)可分為哪幾種？各有何特點(diǎn)？

1、可變磁阻（VR）型：轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡單，轉(zhuǎn)子直徑小，有利于快速響應(yīng)。由于VR型步進(jìn)電機(jī)的鐵心無極性，故不需要改變電流極性，因此多為單極性勵磁。該類電動機(jī)的定子與轉(zhuǎn)子均不含永久磁鐵，故無勵磁時沒有保持力。具有制造成本高、效率低、轉(zhuǎn)子的阻尼差、噪聲差的缺點(diǎn)。但由于其制造材料費(fèi)用低、結(jié)構(gòu)簡單、步距角小，隨著加工技術(shù)的進(jìn)步，可望成為多用途的機(jī)種。

2、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。PM型電動機(jī)的特點(diǎn)是勵磁功率小、效率高、造價低，因此需求量也大。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。與VR型相比轉(zhuǎn)矩大，但轉(zhuǎn)子慣量也較大。

3、混合（HB）型：具有VR型步進(jìn)電機(jī)步距角小、響應(yīng)頻率高的優(yōu)點(diǎn)，還具有PM型步進(jìn)電機(jī)勵磁功率小、效率高的優(yōu)點(diǎn)。這類電動機(jī)都由轉(zhuǎn)子鐵心的凸極數(shù)決定步距角的大小，可制造出步距角較小的電動機(jī)。永久磁鐵也可磁化軸向的兩極，可使用軸向各向異性磁鐵制成高效電動機(jī)。由于采用了永久磁鐵，所以無勵磁時具有保持力。勵磁時的靜止轉(zhuǎn)矩都比VR型步進(jìn)電機(jī)的大。HB和PM型步進(jìn)電機(jī)能夠用做超低速同步電動機(jī)。步進(jìn)電機(jī)與DC和AC伺服電機(jī)相比起轉(zhuǎn)矩、效率、精度、高速性比較差，但步進(jìn)電機(jī)具有低速時轉(zhuǎn)矩大、速度控制比較簡單、外形尺寸小等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用在辦公室自動化方面的打印機(jī)、繪圖機(jī)、復(fù)印機(jī)等機(jī)電一體化產(chǎn)品，在工廠自動化方面也可以代替低檔的DC伺服電機(jī)。

4、步進(jìn)電機(jī)有哪幾種通電方式？步距角與通電方式有否有關(guān)？ 答：三相步進(jìn)電機(jī)：

1、單相輪流通電方式，三相單三拍通電。

2、雙相輪流通電方式，三相雙三拍通電.3、單雙相輪流通電方式，三相六拍通電。其他相步進(jìn)電機(jī)。。

步距角與通電方式的關(guān)系：α運(yùn)行拍數(shù)。

5、步進(jìn)電機(jī)的主要性能指標(biāo)有哪些？

答：

1、分辨力；

2、靜態(tài)特性；

3、動態(tài)特性—（1）動態(tài)穩(wěn)定區(qū)（2）啟動轉(zhuǎn)矩Tq（3）最高連續(xù)運(yùn)行頻率及矩-頻特性（4）空載啟動頻率與慣-頻特性；

4、步進(jìn)電機(jī)技術(shù)指標(biāo)實(shí)例—型號表示方式、技術(shù)性能參數(shù)：相數(shù)、步距角、電壓、相電流、最大轉(zhuǎn)矩、空載啟動頻率、空載運(yùn)行頻率、電感、電阻、分配方式、外形尺寸（軸徑）、質(zhì)量、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量

6、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電源的組成及作用有哪些？

答：驅(qū)動電源由脈沖分配器、功率放大器等組成。

驅(qū)動電源是將變頻信號源（微機(jī)或數(shù)控裝置等）送來的脈沖信號及方向信號按要求的配電方式自動地循環(huán)供給電動機(jī)各相繞組，以驅(qū)動電動機(jī)轉(zhuǎn)子正反向旋轉(zhuǎn)。

7、實(shí)現(xiàn)脈沖環(huán)形分配的方法有哪些，各有何特點(diǎn)？

答：1軟環(huán)分（采用計算機(jī)軟件，利用查表或計算方法來進(jìn)行脈沖的環(huán)形分配）；充分利用計算機(jī)軟件資源以減低硬件成本，對多相的脈沖分配具有更大的優(yōu)點(diǎn)；但軟環(huán)分占用計算機(jī)的運(yùn)行時間，會使插補(bǔ)一次的時間增加，易影響步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行速度。

2、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、任意通電順序的環(huán)形分配器，同時在工作時不占用

=360°/（zm）；α

：步距角；z:轉(zhuǎn)子齒數(shù)；m為計算機(jī)的工作時間。

3、采用專用環(huán)形分配器器件，如CH250。

可以實(shí)現(xiàn)三相步進(jìn)電機(jī)的各種環(huán)形分配，使用方便、接口簡單、種類眾多、功能齊全，有的還具有其他許多功能。

8、單電壓、雙電壓、斬波恒流功放電路的特點(diǎn)？

答：

1、單電壓功放電路：結(jié)構(gòu)簡單，但繞組串聯(lián)的電阻在大電流回路中要消耗能量，使放大器功率降低。同時由于繞組電感較大，電路對脈沖電流的反映較慢，因此輸出脈沖的波形差、輸出功率低。主要用于對速度要求不高的小型步進(jìn)電機(jī)中。

2、雙電壓功放電路：該功放電路僅在脈沖開始的一瞬間接通高壓電源，其余的時間均由低壓供電，故效率很高。由于電流上升率高，故高速運(yùn)行性能好，但由于電流波形陡，有時還會產(chǎn)生過沖，故諧波成分豐富，致使電動機(jī)運(yùn)行時（尤其在低速時）振動較大。

3、斬波恒流功放電路：該電路去掉了限流電阻，效率顯著提高，并利用高壓給電動機(jī)繞組儲能，波的前沿得到了改善，從而使步進(jìn)電機(jī)的輸出加大，運(yùn)行效率得到提高。

9、步進(jìn)電機(jī)的微機(jī)控制方式有哪些？各有何特點(diǎn)？

答：

1、串行控制：在具有串行控制功能的單片機(jī)系統(tǒng)中驅(qū)動電源中必須含有環(huán)形分配器。因?yàn)檫@種系統(tǒng)與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電源之間具有較少的連線將信號送入步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電源的環(huán)形分配器。

2、并行控制：并行控制是用微型計算機(jī)系統(tǒng)的整個端口直接去控制步進(jìn)電機(jī)各相驅(qū)動電路的方法。在電動機(jī)驅(qū)動電源內(nèi)，還包括環(huán)形分配器，而且并行控制功能必須由微型計算機(jī)系統(tǒng)完成。

10、步進(jìn)電機(jī)升降速規(guī)律有哪些？各有何特點(diǎn)？

答：

1、按照直線規(guī)律升速；加速度為恒指，要求步進(jìn)電動機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩為恒值。

2、按指數(shù)規(guī)律升速；加速度是逐漸下降的，接近電動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速變化的規(guī)律。

1、滾珠絲杠副中滾珠的循環(huán)方式有幾種？各有何特點(diǎn)？

答：內(nèi)循環(huán)：滾珠在循環(huán)過程中始終與絲杠表面保持接觸。優(yōu)點(diǎn)滾珠循環(huán)的回路短、流暢性好、效率高、螺母的徑向尺寸也較小。缺點(diǎn)：反向器加工困難、裝配調(diào)整不方便。

外循環(huán)：滾珠在循環(huán)反向時離開絲杠螺紋滾道，在螺母體內(nèi)或體外坐循環(huán)運(yùn)動。（1）螺旋槽式；工藝簡單、徑向尺寸小、易于制造。但擋珠器剛性差、易磨損。（2）插管式；結(jié)構(gòu)簡單、易于制造；但徑向尺寸較大，彎管端部用做擋珠器比較容易磨損。（3）端蓋式；結(jié)構(gòu)簡單、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。常以單螺母形式用做升降傳動機(jī)構(gòu)。

2、滾珠絲杠副軸向間隙的調(diào)整與預(yù)緊方式有幾種？各有何特點(diǎn)？

答：（1）雙螺母螺紋預(yù)緊調(diào)整式L；結(jié)構(gòu)簡單剛性好、預(yù)緊可靠，使用中調(diào)整方便，但不能精確定量地進(jìn)行調(diào)整；（2）雙螺母齒差預(yù)緊調(diào)整式Ch或C；可實(shí)現(xiàn)定量調(diào)整，即可進(jìn)行精密微調(diào)，使用中調(diào)整較方便。（3）雙螺母墊片調(diào)整預(yù)緊式D；結(jié)構(gòu)簡單、剛度高、預(yù)緊可靠，但使用中調(diào)整不方便。（4）彈簧式自動調(diào)整預(yù)緊式；能消除使用過程中因磨損或彈性變形產(chǎn)生的間隙，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、軸向剛度低，適合用于輕載場合。（5）單螺母變位導(dǎo)程預(yù)緊式和單螺母滾珠過盈預(yù)緊式B。結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，但使用過程中不能調(diào)整，且制造困難。

3、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，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系統(tǒng)。但隨著溫度的升高會使絲杠的預(yù)緊力增大，易造成兩端支承的預(yù)緊力不對稱；（3）雙推-簡支式；軸向剛度較低，應(yīng)注意減少絲杠熱變形的影響。雙推端可預(yù)拉伸安裝，預(yù)緊力小，軸承壽命較高，適用于中速、傳動精度較高的長絲杠傳動系統(tǒng)。（4）雙推-自由式；軸向剛度和承載能力低，多用于輕載、低速的垂直安裝的絲杠傳動系統(tǒng)。

4、滾珠絲杠的公稱直徑應(yīng)根據(jù)什么選擇？基本導(dǎo)程應(yīng)根據(jù)什么選?。?/p>

答：公稱直徑d0應(yīng)根據(jù)軸向最大載荷按滾珠絲杠副尺寸系列選擇。螺紋長度L1在允許的情況下要盡量短，一般取L1/d0小于30為宜?；緦?dǎo)程Ph（或螺距t）應(yīng)按承載能力、傳動精度及傳動速度選取，Ph大，承載能力也就大；Ph小，傳動精度較高。要求傳動速度快時，可選用大導(dǎo)程滾珠絲杠副。

5、在伺服電機(jī)驅(qū)動負(fù)載的傳動系統(tǒng)中，常采用什么方式選擇最佳傳動比？ 答：采用使負(fù)載加速度最大的方法。

6、齒輪傳動系統(tǒng)各級傳動比的最佳分配原則有哪些？各適用于何種場合？

答：（1）重量最輕原則；適用于要求體積小、重量輕的齒輪傳動系統(tǒng)；（2）輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則；適用于要求傳動精度高，回程誤差小的傳動齒輪系；（3）等效轉(zhuǎn)動慣量最小原則；適用于要求運(yùn)動平穩(wěn)、起停頻繁和動態(tài)性能好的伺服系統(tǒng)的減速齒輪系。

7、直齒圓柱齒輪傳動和斜齒圓柱齒輪傳動齒側(cè)間隙的調(diào)整方法有哪幾種？各有何特點(diǎn)？

答：

1、直齒圓柱齒輪傳動

（1）偏心套（軸）調(diào)整法；結(jié)構(gòu)簡單，但側(cè)隙不能自動補(bǔ)償；（2）軸向墊片調(diào)整法；轉(zhuǎn)配時軸向墊片使齒輪之間齒側(cè)間隙小，運(yùn)轉(zhuǎn)又靈活。特點(diǎn)同（1）；（3）雙片薄齒輪錯齒調(diào)整法；可自動補(bǔ)償側(cè)隙。1）周向彈簧式；受到周向圓弧槽及彈簧尺寸限制，故僅適用于讀數(shù)裝置而不適用于功率驅(qū)動裝置。2）可調(diào)彈簧式；

2、斜齒圓柱齒輪傳動

消除斜齒輪傳動齒側(cè)隙的方法與上述錯齒調(diào)整法基本相同。1）墊片錯齒調(diào)整法；結(jié)構(gòu)比較簡單，但調(diào)整較費(fèi)時，且齒側(cè)間隙不能自動補(bǔ)償。2）軸向壓簧錯齒調(diào)整法；齒側(cè)隙可以自動補(bǔ)償，但軸向尺寸較大，結(jié)構(gòu)欠緊湊。

8、滑動導(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？各適合何種場合？

答：(1)三角形（分對稱、不對稱兩類）；導(dǎo)向精度較高。導(dǎo)軌水平與垂直方向誤差相互影響，給制造、檢驗(yàn)和修理帶來困難。(2)矩形導(dǎo)軌；結(jié)構(gòu)簡單，制造、檢驗(yàn)和修理方便，導(dǎo)軌面較寬，承載能力大，剛度高，應(yīng)用廣泛；(3)燕尾型導(dǎo)軌；磨損后不能自動補(bǔ)償間隙，需設(shè)調(diào)整間隙裝置。兩燕尾面起壓板作用，用一根鑲條就可調(diào)節(jié)水平和垂直方向的間隙，且高度小，結(jié)構(gòu)緊湊，可以承受顛覆力矩；但剛度較差，摩擦力較大，制造、檢驗(yàn)和維修都不方便。適用于運(yùn)動速度不高、受力不大、高度尺寸受到限制的場合。（4）圓形導(dǎo)軌；制造方便但磨損后難以調(diào)整和補(bǔ)償間隙，適用于同時作直線運(yùn)動和轉(zhuǎn)動的地方或者承受軸向載荷的場合。

導(dǎo)軌間隙的調(diào)整方法：壓板和鑲條法兩種。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。斜鑲條應(yīng)用較廣。三角形導(dǎo)軌的上滑面能自動補(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。圓形導(dǎo)軌的間隙不能調(diào)整。

9、簡述靜壓導(dǎo)軌副的工作原理。簡述卸荷導(dǎo)軌的工作原理。

答：靜壓導(dǎo)軌是將具有一定壓力的油或其氣體介質(zhì)通入導(dǎo)軌的運(yùn)動件與導(dǎo)向支承之間，運(yùn)動件浮在壓力油或氣體薄膜之上，與導(dǎo)向支承件脫離接觸，致使摩擦阻力（力矩）大大降低。運(yùn)動件受外載荷作用后，介質(zhì)壓力會反饋升高，以支承外載荷。

靜壓卸載導(dǎo)軌是將導(dǎo)軌承受的載荷的一部或大部用輔助導(dǎo)軌支承，從而改善主導(dǎo)軌的負(fù)載條件，以提高耐磨性和低速運(yùn)動的穩(wěn)定性。

10、滾動導(dǎo)軌副有哪些特點(diǎn)及應(yīng)用場合？滾動導(dǎo)軌副的預(yù)緊方式？

答：優(yōu)點(diǎn)：

1、摩擦系數(shù)小（0.003—0.005），運(yùn)動靈活；

2、動、靜摩擦系數(shù)基本相同，因而啟動阻力小，而不易產(chǎn)生爬行；3可以預(yù)緊，剛度高；

4、壽命長；

5、精度高；

6、潤滑方便，可以采用脂潤滑，一次填裝，長期使用；

7、由專業(yè)廠生產(chǎn)，可以外購選用。廣泛地被應(yīng)用于精密機(jī)床、數(shù)控機(jī)床、測量機(jī)和測量儀器等。

缺點(diǎn)：抗振性差，接觸應(yīng)力大；對導(dǎo)軌的表面硬度、表面形狀精度和滾動體的尺寸精度要求高；結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難，成本較高；對贓物比較敏感，必須有良好的防護(hù)裝置。

（1）滾動體不循環(huán)的滾動導(dǎo)軌副；結(jié)構(gòu)簡單，容易制造，成本較低，有時難以施加預(yù)緊力，剛度較低，抗振性能差，不能承受沖擊載荷。適用于行程短的場合；（2）滾動體循環(huán)的滾動導(dǎo)軌副；適合行程較長的場合；（3）滾動軸承導(dǎo)軌副；摩擦力矩小，運(yùn)動平穩(wěn)、靈活，承載能力大，調(diào)節(jié)方便，導(dǎo)軌面積小，加工工藝性好，能長久地保持較高的精度。在精密機(jī)械設(shè)備和儀器中均有采用，如：精縮機(jī)、萬能工具顯微鏡、測長儀等。

滾動導(dǎo)軌副的預(yù)緊方式：

1、調(diào)整螺釘

2、塞塊調(diào)整

3、偏心銷軸調(diào)整.11、旋轉(zhuǎn)支承的種類及基本要求。

答：按其相互摩擦的性質(zhì)分：滑動、滾動、氣體（或液體）摩擦支承。滑動摩擦支承按其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分：圓柱、圓錐、球面和滾針支承；滾動摩擦支承按其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分：填入式滾珠支承和刀口支承。

基本要求：

1、方向精度和置中精度；

2、摩擦阻力矩的大??；

3、許用載荷；

4、對溫度變化的敏感性；

5、耐磨性以及磨損的可補(bǔ)償性；

6、抗振性；

7、成本的高低。

12、軸系設(shè)計的基本要求。

答：對于中間傳動軸系一般要求不高。而對于完成主要作用的主軸軸系的旋轉(zhuǎn)精度、剛度、熱變形及抗振性等得要求較高。

（1）旋轉(zhuǎn)精度；其大小取決于軸系各組成零件及支承部件的制造精度與裝配調(diào)整精度。在工作轉(zhuǎn)速之下取決其轉(zhuǎn)速、軸承性能以及軸系的動平衡狀態(tài)（2）剛度；除強(qiáng)度驗(yàn)算之外，還必須進(jìn)行剛度驗(yàn)算。（3）抗振性；對于高速運(yùn)動的軸系必須用提高其靜態(tài)剛度、動剛度、增加軸系阻尼比等措施來提高軸系的動態(tài)性能，特別是抗振性；（4）熱變形；應(yīng)采取措施將軸系部件的溫升限制在一定的范圍之內(nèi)；（5）軸上零件的布置；在通過帶輪將運(yùn)動傳入軸系尾部時，應(yīng)該采用卸荷式結(jié)構(gòu)，使帶的壓力不直接作用在軸端；傳動齒輪應(yīng)盡量安置在靠近支承處，以減少軸的彎曲和扭轉(zhuǎn)變形。

13、鑄造機(jī)座的設(shè)計要點(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)周期的問題。

（1）保證自身剛度的措施；

1、合理選擇截面形狀和尺寸；

2、合理布置筋板和加強(qiáng)筋；

3、合理地開孔和加蓋；

（2）提高機(jī)座連接處的接觸剛度；

1、固定接觸面的表面粗糙度應(yīng)小于Ra2.5um,以便增加實(shí)際接觸面積；

2、固定螺釘應(yīng)在接觸面上造成一個預(yù)緊力，壓強(qiáng)一般為2Mpa;

3、增加局部剛度。（3）機(jī)座的模型剛度試驗(yàn)；

1、采用模型試驗(yàn)方法可測得與實(shí)際相接近的變形量；

2、采用有限元法計算機(jī)座剛度。（4）機(jī)座的結(jié)構(gòu)工藝性；

1、保證剛度的情況下應(yīng)力求形狀簡單；

2、機(jī)座壁厚應(yīng)盡量均勻；

3、鑄件要便于清砂；

4、在同一側(cè)面的加工表面，應(yīng)處于同一平面上；

5、必須有可靠的加工工藝基面。

（5）機(jī)座的材料選擇；應(yīng)根據(jù)其結(jié)構(gòu)、工藝、成本、生產(chǎn)周期等要求選擇，常用的材料：鑄鐵和鋼、石材、陶瓷等。

14、常用的機(jī)械傳動部件有哪些？滾珠絲杠副的組成？

答：螺旋傳動、齒輪傳動、同步帶傳動、高速帶傳動、各種非線性傳動;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、萬向聯(lián)軸器、軟軸、渦輪蝸桿、間歇機(jī)構(gòu)。

滾珠絲杠副組成；

1、絲杠；

2、螺母；

3、滾珠；

4、反向器（滾珠循環(huán)反向裝置）。

1、機(jī)電一體化的涵義、內(nèi)容、目的。

答：機(jī)電一體化是機(jī)械技術(shù)、電子技術(shù)和信息技術(shù)等各相關(guān)技術(shù)有機(jī)結(jié)合的一種新形式，是電子技術(shù)、信息技術(shù)向機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域滲透過程中形成的一個新概念。機(jī)電一體化是在機(jī)械的主功能、動力功能、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。目的是提高系統(tǒng)（產(chǎn)品）的附加價值，即多功能、高效率、高可靠性、省材料省能源，并使產(chǎn)品結(jié)構(gòu)向短、小、輕、薄化方向發(fā)展，從而不斷滿足人們生活的多樣化和生產(chǎn)的省力化、自動化需求。

2、機(jī)電一體化系統(tǒng)的基本構(gòu)成。

答：機(jī)械系統(tǒng)（機(jī)構(gòu)）、信息處理系統(tǒng)（計算機(jī)）、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)）

3、接口的功能及其分類。

答：接口是構(gòu)成機(jī)電一體化系統(tǒng)的要素或子系統(tǒng)連接處必須具備的聯(lián)系條件。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）根據(jù)接口的變換、調(diào)整功能分：

1、零接口；

2、無源接口；

3、有源接口；

4、智能接口。

（2）根據(jù)接口的輸入/輸出功能分：

1、機(jī)械接口；

2、物理接口；

3、信息接口；

4、環(huán)境接口。

4、機(jī)電一體化系統(tǒng)的綜合評價指標(biāo)，各內(nèi)部功能的評價內(nèi)容是什么？ 答：機(jī)電一體化系統(tǒng)的綜合評價指標(biāo)：附加價值。

主功能：系統(tǒng)誤差、抗干擾能力、廢棄物輸出變換效率； 動力功能：輸入能量、能源；

控制功能：控制輸入/輸出接口個數(shù)、手動操作； 構(gòu)造功能：尺寸、重量、強(qiáng)度； 計測功能：精度。

5、機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計步驟。

答：

1、根據(jù)目的功能確定產(chǎn)品規(guī)格、性能指標(biāo)；

2、系統(tǒng)功能部件、功能要素的劃分；

3、接口的設(shè)計；

4、綜合評價（或整體評價）；

5、可靠性復(fù)查。

6、試制與調(diào)試。

第二篇：機(jī)電一體化答案

基本概念1.機(jī)電一體化乃是在機(jī)械的主功能，動力功能，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。2.機(jī)電一體化系統(tǒng)由機(jī)械系統(tǒng)、信息處理系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、傳感檢測系統(tǒng)、執(zhí)行元件系統(tǒng)五個子系統(tǒng)組成。它的目的是提高系統(tǒng)的附加價值。3機(jī)電一體化共性關(guān)鍵技術(shù)有：檢測傳感技術(shù)、信息技術(shù)、自動控制技術(shù)、伺服驅(qū)動技術(shù)、精密機(jī)械技術(shù)、系統(tǒng)總體技術(shù)。4機(jī)電一體化系統(tǒng)類型:開發(fā)性設(shè)計、適應(yīng)性設(shè)計、變異性設(shè)5滾珠絲杠副由絲杠、螺母、滾珠、反向器4部分組成。具有：軸向剛度高；運(yùn)動平穩(wěn)；傳動精度高；不易磨損；使用壽命高等優(yōu)點(diǎn)。滾珠絲杠副中滾珠的循環(huán)方式有內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)兩種。6滾珠絲杠副的精度分為1、2、3、4、5、7、10共七個等級。最高級為1級，最低級為10級。7齒輪傳動有兩軸平行、兩軸相交、兩軸交叉3種形式。傳動比的最佳分配原則：重量最輕原則、輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則、等效轉(zhuǎn)動慣量最小原則。8同步帶由包布層、帶齒、帶背和加強(qiáng)筋組成。9常用的間歇機(jī)構(gòu)有棘輪傳動、槽輪傳動、蝸形凸輪傳動等。這些傳動機(jī)構(gòu)可將原動機(jī)構(gòu)的連續(xù)運(yùn)動轉(zhuǎn)換為間歇運(yùn)動。10常見的導(dǎo)軌截面形狀有：三角形、矩形、燕尾形、圓形。11交流伺服電動機(jī)的調(diào)速方法有：變極調(diào)速、變轉(zhuǎn)差率調(diào)速、變頻調(diào)速。12錐環(huán)無鏈聯(lián)軸器利用錐環(huán)對之間的摩擦實(shí)現(xiàn)軸與轂之間的無間隙聯(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。通過選擇所用錐環(huán)的對數(shù)，可傳遞不同大小的轉(zhuǎn)矩。13在額定輸出功率相同的條件下，交流伺服電動機(jī)的比功率最高，直流伺服電動機(jī)次之，步進(jìn)電動機(jī)最低。

簡答1.光電隔離電路的作用是什么？答：可將輸入與輸出端兩部分電路的地線分開，各自使用一套電源供電、可以進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換、提高驅(qū)動能力2．在機(jī)電一體化系統(tǒng)中應(yīng)用的傳感器的類型通常都有哪些？答： 按作用分為：（1）檢測機(jī)電一體化系統(tǒng)內(nèi)部狀態(tài)的內(nèi)部信息轉(zhuǎn)換器（2）檢測作業(yè)對象和外部環(huán)境狀態(tài)的外部信息傳感器;按輸出信號的性質(zhì)分為：（1）開關(guān)型（2）模擬型（3）數(shù)字型3.齒輪傳動的齒側(cè)間隙的調(diào)整方法有哪些？答：圓柱齒輪傳動：（1）偏心套調(diào)整法（2）軸向墊片調(diào)整法（3）雙片薄齒輪錯齒調(diào)整法 ；斜齒輪傳動：（1）墊片錯齒調(diào)整（2）軸向壓簧錯齒調(diào)整4．滾珠絲杠副消除軸向間隙的調(diào)整預(yù)緊方法有哪些?答：（1）雙螺母螺紋預(yù)緊調(diào)整式（2）雙螺母齒差預(yù)緊調(diào)整式（3）雙螺母墊片調(diào)整預(yù)緊式（4）彈簧式自動調(diào)整預(yù)緊式（5）單螺母變位導(dǎo)程預(yù)緊式和單螺母滾珠過盈預(yù)緊式5．對傳感器的應(yīng)用中，通常采取哪些技術(shù)措施來改善傳感器的性能？ 答：（1）平均技術(shù)（2）差分技術(shù)（3）穩(wěn)定性處理（4）屏蔽和隔離6.你對機(jī)電一體化微機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計思路的理解是什么？答：（1）微機(jī)控制系統(tǒng)整體控制方案的確定（2）控制算法的確定（3）微機(jī)計算機(jī)的選擇（4）控制系統(tǒng)總體設(shè)計（5）軟件設(shè)計7.諧波齒輪傳動的特（優(yōu)）點(diǎn)是什么？答：具有結(jié)構(gòu)簡單、傳動比大、傳動精度高、回程誤差小、噪聲低、傳動平穩(wěn)、承載能力強(qiáng)、效率高等優(yōu)點(diǎn)。8.同步帶傳動的特（優(yōu)）點(diǎn)是什么？答：傳動比準(zhǔn)確、傳動效率高、能吸震、噪聲低、傳動平穩(wěn)、能高速傳動、維護(hù)保養(yǎng)方便等優(yōu)點(diǎn)。9.同步帶傳動的主要失效形式有哪三種？答：（1）同步帶的承載繩疲勞拉斷（2）同步帶的打滑和跳齒（3）同步帶齒的磨損。10.機(jī)電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）對執(zhí)行元件的基本要求有哪些？答：（1）慣量小，動力大（2）體積小，重量輕（3）便于維修，安裝（4）易于微機(jī)控制。11.機(jī)電一體化系統(tǒng)對控制用電動機(jī)的基本要求有哪些？答：（1）性能密度大（2）快速性好（3）位置控制精度高，調(diào)速范圍高，低速運(yùn)行平穩(wěn)無爬行現(xiàn)象，分辨率高，震動噪聲小（4）適應(yīng)起、停頻繁的工作要求（5）可靠性高，壽命長。12.與一般帶傳動相比較，同步帶傳動具有特點(diǎn)是什么？ 1)傳動比準(zhǔn)確，傳動效率高;2)工作平穩(wěn)，能吸收振動；3)不需潤滑，耐油、水、耐高溫，耐腐蝕，維護(hù)保養(yǎng)方便；4)中心距要求嚴(yán)格，安裝精度要求高;5)制造工藝復(fù)雜，成本高。13.機(jī)電一體化系統(tǒng)中常用的間歇傳動部件通常有哪幾種，其基本要求是什么？答：（1）棘輪傳動（2）槽輪傳動（3）蝸形凸輪傳動；基本要求：位移迅速，位移過程中運(yùn)動無沖擊，停位準(zhǔn)確可靠14導(dǎo)軌副應(yīng)滿足的基本要求？答：導(dǎo)向精度高、剛性好、運(yùn)動輕便平穩(wěn)、耐磨性好、溫度變化影響小以及結(jié)構(gòu)工藝性好等。

15．導(dǎo)軌副的組合形式包括哪幾種？答：（1）雙三角形（2）矩形和矩形組合（3）三角形和矩形組合（4）三角形和平面組合（5）燕尾形導(dǎo)軌及其組合16.提高導(dǎo)軌副耐磨性的措施通常有哪幾種？答：（1）采用鑲裝導(dǎo)軌（2）提高導(dǎo)軌精度與改善表面粗糙度（3）減小導(dǎo)軌單位面積上的壓力17.齒輪傳動中，各級傳動比的最佳分配原則都有哪些？答：

（1）重量最輕原則（2）輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則（3）等效轉(zhuǎn)動慣量最小原則18.執(zhí)行元件的種類及特點(diǎn)?答：根據(jù)能量不同分為：（1）電動式 ：可使商用電源信號與動力的傳送方向相同，有交流和直流之別，應(yīng)注意電壓之大??；（2）液動式 ：要求操作人員技術(shù)熟練，液壓源壓力為（20~80）*10^5（3）氣動式 ：空氣壓力源的壓力為（5~7）*10^5Pa，要求操作人員技術(shù)熟練19.保證機(jī)電一體化系統(tǒng)可靠性的方法有哪些？答：（1）提高系統(tǒng)的設(shè)計和制造質(zhì)量（2）冗余技術(shù)（3）診斷技術(shù)

第三篇：機(jī)電一體化答案

I

目錄

機(jī)電一體化技術(shù)第1 章習(xí)題-參考答案

.................................................................................1 1-1 試說明較為人們接受的機(jī)電一體化的含義。............................................................1 1-4 何謂機(jī)電一體化技術(shù)革命？

........................................................................................1 1-7.機(jī)電一體化系統(tǒng)有哪些基本要素組成？分別實(shí)現(xiàn)哪些功能？

.................................1 1-8.工業(yè)三大要素指的是什么？........................................................................................1 1-12.機(jī)電一體化系統(tǒng)的接口功能有哪兩種？..................................................................1 1-16.什么是機(jī)電互補(bǔ)法、融合法、組合法？..................................................................1 機(jī)電一體化技術(shù)第2 章習(xí)題-參考答案

.................................................................................2 2-1 設(shè)計機(jī)械傳動部件時，為確保機(jī)械系統(tǒng)的傳動精度和工作穩(wěn)定性，常常提出哪些 要求？.................................................................................................................................2 2-2 機(jī)電一體化系統(tǒng)傳動機(jī)構(gòu)的作用是什么？................................................................2 2-3 機(jī)電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）對傳動機(jī)構(gòu)的基本要求是什么？

.....................................2 2-10 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另一端的外齒輪轉(zhuǎn)過2 個齒時，試問：兩個螺母之間相對移動了多大距離？

...................................................2 2－16 各級傳動比的分配原則是什么？輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則是什么？...............2 2－17 已知：4 級齒輪傳動系統(tǒng)，各齒輪的轉(zhuǎn)角誤差為?φ1=?φ2=?φ3=…=0.005 rad,各 級減速比相同，即?1=?2=…=?4=1.5。求：該傳動系統(tǒng)的最大轉(zhuǎn)角誤差?φmax;為縮小 ?φmax，應(yīng)采取何種措施？

...............................................................................................2 2－18 諧波齒輪傳動有何特點(diǎn)？傳動比的計算方法是什么？

.......................................3 2-19.設(shè)有一諧波齒輪減速器,其減速比為100，柔輪齒數(shù)為100.當(dāng)剛輪固定時,試求該 諧波減速器的剛輪齒數(shù)及輸出軸的轉(zhuǎn)動方向(與輸入軸的轉(zhuǎn)向相比較).........................3 2-20.齒輪傳動的齒側(cè)間隙的調(diào)整方法有哪些?................................................................3 2-25.軸系部件設(shè)計的基本要求有哪些？..........................................................................4 機(jī)電一體化技術(shù)第3 章參考答案

..........................................................................................5 3-1 簡述機(jī)電一體化系統(tǒng)執(zhí)行元件的分類及特點(diǎn)。........................................................5 II

3-2 機(jī)電一體化系統(tǒng)對執(zhí)行元件的基本要求是什么？....................................................5 3-3 簡述控制用電動機(jī)的功率密度及比功率的定義。....................................................5 3—5 直流伺服電機(jī)控制方式的基本形式是什么？..........................................................5 3-6 簡述 PWM 直流驅(qū)動調(diào)速，換向的工作原理。.........................................................6 步進(jìn)電機(jī)具有哪些特點(diǎn)？

..................................................................................................6 簡述步進(jìn)電機(jī)三相單三拍的工作原理？..........................................................................6 3-11 簡述步進(jìn)電機(jī)步距角大小的計算方法？.................................................................7 3-12 簡述三相步進(jìn)電機(jī)的環(huán)形分配方式？...............................................................7 簡述步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電源的功率放大電路原理..................................................................7 機(jī)電一體化技術(shù)第4 章參考答案

..........................................................................................9 試說明CPU、MC 和MCS 之關(guān)系。..................................................................................9 4-

3、在設(shè)計微機(jī)控制系統(tǒng)中首先會遇到的問題是什么？.............................................9 4-17 試說明光電耦合器的光電隔離原理。......................................................................9 4-20 試說明檢測傳感器的微機(jī)接口基本方式。

..............................................................9 機(jī)電一體化技術(shù)第5 章參考答案

........................................................................................11 5-2 簡述采樣定理？.........................................................................................................11 5-3 簡述數(shù)字控制系統(tǒng)A/D 轉(zhuǎn)換過程。

..........................................................................11 5-5 簡述多輸入多輸出系統(tǒng)的靜力學(xué)方程。..................................................................11 5-6 簡述兩自由度機(jī)器人逆動力學(xué)方程。

......................................................................12 機(jī)電一體化技術(shù)第7 章參考答案

........................................................................................13 7-3 機(jī)電一體化系統(tǒng)中的典型負(fù)載有哪些？說明以下公式的含義：

...........................13 7-4 設(shè)有一工作臺x 軸驅(qū)動系統(tǒng)，已知參數(shù)為下表中所列，已知mA=400 ㎏，Ph=5mm,Fl 水平=800N，F(xiàn)l 垂直=600N，工作臺與導(dǎo)軌間為滑動摩擦，其摩擦系數(shù)為 0.2，試求轉(zhuǎn)換到電動機(jī)軸上的等效轉(zhuǎn)動慣量和等效轉(zhuǎn)矩。

........................................13 7-5.簡述機(jī)電一體化系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型建立過程。比例環(huán)節(jié)（P）、積分環(huán)節(jié)(I)、比例-積分環(huán)節(jié)(PI)和比例-積分-微分調(diào)節(jié)(PID)各有何優(yōu)缺點(diǎn)？.............................................14 7-8 何謂機(jī)電一體化系統(tǒng)的“可靠性”？

......................................................................17

機(jī)電一體化技術(shù)第 1章習(xí)題-參考答案

1-1 試說明較為人們接受的機(jī)電一體化的含義。

答：機(jī)電一體化乃是在機(jī)械的主功能、動力功能、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。

1-4 何謂機(jī)電一體化技術(shù)革命？

答：將微型計算機(jī)等微電子技術(shù)用于機(jī)械并給機(jī)械以“智能”的技術(shù)革新潮流可稱 “機(jī)電一體化技術(shù)革命”。

1-7.機(jī)電一體化系統(tǒng)有哪些基本要素組成？分別實(shí)現(xiàn)哪些功能？

答：

機(jī)電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）要素

功能

控制器（計算機(jī)等）

控制（信息存儲、處理、傳送）

檢測傳感器

計測（信息收集與變換）

執(zhí)行元件

驅(qū)動（操作）

動力源

提供動力（能量）

機(jī)構(gòu)

構(gòu)造

1-8.工業(yè)三大要素指的是什么？

答：物質(zhì)、能量、信息。

1-12.機(jī)電一體化系統(tǒng)的接口功能有哪兩種？

答：一種是變換、調(diào)整;

另一種是輸入/輸出。

1-16.什么是機(jī)電互補(bǔ)法、融合法、組合法？

答：機(jī)電互補(bǔ)法又稱取代法。該方法的特點(diǎn)是利用通用或?qū)Ｓ秒娮硬考〈鷤鹘y(tǒng)機(jī)械產(chǎn)品（系統(tǒng)）中的復(fù)雜機(jī)械功能部件或功能子系統(tǒng)，以彌補(bǔ)其不足。

融合法它是將各組成要素有機(jī)結(jié)合為一體構(gòu)成專用或通用的功能部件（子系統(tǒng)），其要 素之間機(jī)電參數(shù)的有機(jī)匹配比較充分。

組合法它是將結(jié)合法制成的專用或通用功能部件（子系統(tǒng)）、功能模塊，像積木那樣組 合成各種機(jī)電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品），故稱組合法。2

機(jī)電一體化技術(shù)第 2章習(xí)題-參考答案 2-1 設(shè)計機(jī)械傳動部件時，為確保機(jī)械系統(tǒng)的傳動精度和工作穩(wěn)定性，常常提 出哪些要求？

答：常提出低摩擦、無間隙、低慣量、高剛度、高諧振頻率、適當(dāng)?shù)淖枘岜鹊取?/p>

2-2 機(jī)電一體化系統(tǒng)傳動機(jī)構(gòu)的作用是什么？

答：傳遞轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。

2-3 機(jī)電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）對傳動機(jī)構(gòu)的基本要求是什么？

答：精密化，高速化，小型、輕量化。

2-10 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另一端的外 齒輪轉(zhuǎn)過 2 個齒時，試問：兩個螺母之間相對移動了多大距離？

答：Z1 =100，Z2 =98，ΔS=(2/Z1)* λ0=0.02*6 mm=0.12 mm。

2－16 各級傳動比的分配原則是什么？輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則是什么？

答：（1）各級傳動比的分配原則是：

重量最輕原則

輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則 等效轉(zhuǎn)動慣量最小原則

（2）輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則是：

為提高機(jī)電一體化系統(tǒng)齒輪傳動的精度，各級傳動比應(yīng)按先小后大的原則分配，以

便降低齒輪的加工誤差、安裝誤差以及回轉(zhuǎn)誤差對輸出轉(zhuǎn)角精度的影響?？傓D(zhuǎn)角誤差主要 取決于最未一級齒輪的轉(zhuǎn)角誤差和轉(zhuǎn)動比的大小，在設(shè)計中最未兩級傳動比應(yīng)取大一些，并盡量提高最未一級齒輪的加工精度。

2－17

已知：4 級齒輪傳動系統(tǒng)，各齒輪的轉(zhuǎn)角誤差為?φ1=?φ2=?φ3=… =0.005 rad,各級減速比相同，即?1=?2=…=?4=1.5。求：該傳動系統(tǒng)的最大轉(zhuǎn) 角誤差?φmax;為縮小?φmax，應(yīng)采取何種措施？

解：（1）

?φmax= i + 4 3 2 3 2 i i i

+ 4 3 5 4 i i

+ 4 7 6 i +?φ8

=0.005/1.5 4 +0.01/1.5 3 +0.01/1.5 2 +0.01/1.5+0.005

=0.00099+0.00296+0.00444+0.00667+0.005

=0.02006 rad 3

=1.1499

o

（1）

總轉(zhuǎn)角誤差主要取決于最未一級齒輪的轉(zhuǎn)角誤差和傳動比的大小，所以，為縮小? φmax，在設(shè)計中最未兩級的傳動比應(yīng)取大一些，盡量提高最未一級輪副的加工精 度。

2－18 諧波齒輪傳動有何特點(diǎn)？傳動比的計算方法是什么？

答：（1）諧波齒輪傳動特點(diǎn)有：結(jié)構(gòu)簡單、傳動比大、傳動精度高、回程誤差小、噪聲 低、傳動平穩(wěn)、承載能力強(qiáng)、效率高等特點(diǎn)。

諧波齒輪傳動的波發(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。故諧波齒輪傳動裝置的傳動比可以應(yīng)用行星輪系求傳動比的方式來計算。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。

當(dāng)柔性輪固定時，g g g r g H H r H rg Hg g H r H g g g g r Z Z Z Z Z i i Z Z Z Z Z

當(dāng)剛性輪固定時，0 g g r H r H r Hr H r H r g r g Z Z Z i Z Z Z Z

2-19.設(shè)有一諧波齒輪減速器,其減速比為 100，柔輪齒數(shù)為 99 當(dāng)剛輪固定時, 試求該諧波減速器的剛輪齒數(shù)及輸出軸的轉(zhuǎn)動方向(與輸入軸的轉(zhuǎn)向相比較)答：根據(jù)公式:iHr=Zr/(zr-zg)可知:

當(dāng) iHr=100 時,Zg=99,（但一般剛輪齒數(shù)比柔輪齒數(shù)多，所以舍去）

當(dāng) iHr=-100 時,Zg=101;

故該諧波減速器的剛輪齒數(shù)為 101,（柔輪）輸出軸方向與（波發(fā)生器）輸入軸轉(zhuǎn)向相反。

(提示：一般來說，剛輪僅比柔輪多幾個齒；剛輪固定時，柔輪與輸出軸固聯(lián)；柔輪固定 時，剛輪與輸出軸固聯(lián)，兩種情況下，波發(fā)生器均與輸入軸固聯(lián))

2-20.齒輪傳動的齒側(cè)間隙的調(diào)整方法有哪些?

答(1)圓柱齒輪傳動:1 偏心套(軸)調(diào)整法;2 軸向墊片調(diào)整法;3 雙片薄齒輪錯齒調(diào)整法。

(2)斜齒輪傳動:錯齒調(diào)整法,用兩個薄片齒輪與一個寬齒輪嚙合,只是在兩個薄片斜齒輪 的中間隔開了一小段距離,這樣它的螺旋線便錯開了。

（3）錐齒輪采用彈簧調(diào)整方式。

2-25.軸系部件設(shè)計的基本要求有哪些？

答：①旋轉(zhuǎn)精度

②剛度

③抗震性

④熱變形

⑤軸上零件的布置 5

機(jī)電一體化技術(shù)第 3章參考答案 3-1 簡述機(jī)電一體化系統(tǒng)執(zhí)行元件的分類及特點(diǎn)。

答: 種 類

特點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)

缺點(diǎn)

電 動 式

可使用商用電源；信號 與動力的

傳動方向相同；有交流 和直流之

別，應(yīng)注意電壓之大小

操作簡便；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、動力較 大；無污

染

瞬時輸出功率大；過載能力 差，特別是由于某種原因而 卡住是，會引起燒毀事故，易受外部噪聲影響

氣 動 式

空氣壓力源的壓力為（5-7）×10 5 Pa；要求

操作人員技術(shù)熟練

氣源方便、成本低；無泄 漏污染

速度快、操作比較簡單

功率小，體積大，動作不夠平穩(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 式

要求操作人員技術(shù)熟 練；液壓源壓力（20-80）×10 5 Pa

輸出功率大，速度快，動 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

3-2 機(jī)電一體化系統(tǒng)對執(zhí)行元件的基本要求是什么？

答: 1 慣量小、動力大

體積小、重量輕便于維修、安裝

易于微機(jī)控制

3-3 簡述控制用電動機(jī)的功率密度及比功率的定義。

答:電動機(jī)的功率密度 PG=P/G.電動機(jī)的比功率 dp/dt=d(Tw)/dt=Ts/dt|t=tn=Tn 2 /Jm

其中 Tn----電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩，N*M Jm——電動機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量,kg*m 2

3—5 直流伺服電機(jī)控制方式的基本形式是什么？

答: 直流伺服電機(jī)為直流供電，為調(diào)節(jié)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速和方向，需要對其直流電壓的大小和 方向進(jìn)行控制。目前常用晶體管脈寬調(diào)理驅(qū)動和晶閘管直流調(diào)速驅(qū)動兩種方式。

晶閘管直流驅(qū)動方式，主要通過調(diào)節(jié)觸發(fā)裝置控制晶閘管的觸發(fā)延遲角（控制電壓的大 小）來移動觸發(fā)脈沖的相位，從而改變整流電壓的大小，使直流電動機(jī)電樞電壓的變化易 于平滑調(diào)速。

脈寬調(diào)制（PWM）直流調(diào)速驅(qū)動系統(tǒng)當(dāng)輸入一個直流控制電壓 U 時，就可得到一定寬度與 U 成比例的脈沖方波給伺服電機(jī)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，從而得到不同電壓的電壓值 Ua，使直流電動機(jī)平滑調(diào)速。6

3-6 簡述 PWM 直流驅(qū)動調(diào)速，換向的工作原理。

答：通過電源的通斷來獲得電壓脈沖信號，控制通斷的時間比來獲得不同的電壓脈沖，通 的時間越長，獲得的平均電壓越大，電機(jī)轉(zhuǎn)的就快，反之，電機(jī)轉(zhuǎn)的就慢。電機(jī)的換向是 通過橋式電路來實(shí)現(xiàn)的，它是由四個大功率的晶體管組成，通過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。為使其實(shí)現(xiàn)雙向調(diào)速，多采用橋式電路，其工作原理與 線性放大橋式電路相似。

電橋由四個大功率的晶體管組 成。分別記作 1.2.3.4.如果在 1 和 3 的基極上加以正脈沖的同 時，在 2 和 4 的基級上加以負(fù)脈 沖，這時 1 和 3 導(dǎo)通，2 和 4 導(dǎo) 通。設(shè)此時的電動機(jī)轉(zhuǎn)向?yàn)檎?反之，則為負(fù)。電流的方向與前 一情況相反，電動機(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機(jī)的 轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速。

步進(jìn)電機(jī)具有哪些特點(diǎn)？

答： 步進(jìn)電機(jī)的工作狀態(tài)不易受各種干擾因素（如電源電壓的波動、電流的大小與波形 的變化、溫度等）的影響，只要在他們的大小引起步進(jìn)電機(jī)產(chǎn)生“丟步”的現(xiàn)象之 前，就不影響其正常工作； 步進(jìn)電機(jī)的步距角有誤差，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一定步數(shù)以后也會出現(xiàn)累計誤差，但轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過 一轉(zhuǎn)以后，其累計誤差變?yōu)椤傲恪保虼瞬粫L期累積；控制性能好，在起動、停止、反轉(zhuǎn)時不易“丟步”

因此，步進(jìn)電機(jī)廣泛應(yīng)用于開環(huán)控制的機(jī)電一體化系統(tǒng)，使系統(tǒng)簡化，并可靠地獲得 較高的位置精度。

簡述步進(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 相勵磁繞組，定子 A 相磁極就產(chǎn)生磁通，并

對轉(zhuǎn)子產(chǎn)生磁拉力，使轉(zhuǎn)子的 1 3 兩個齒與定子的 A 相磁極對齊，而后再將電脈沖通入

B 相磁繞組，B 相磁極便產(chǎn)生磁通，這時轉(zhuǎn)子 2 4 兩個齒與 B 相磁極靠的最近，于是轉(zhuǎn)子便

沿著逆時針方向轉(zhuǎn)過 30 度角，使轉(zhuǎn)子 2 4 兩個齒與定子 B 相磁極對齊。如果按照 A→C→B →A??的順序通電，步進(jìn)電機(jī)講沿順時針方向一步步地轉(zhuǎn)動。7

3-11 簡述步進(jìn)電機(jī)步距角大小的計算方法？

答： a=360/（K*M）

式中：Z=轉(zhuǎn)子齒數(shù)。

M=運(yùn)行拍數(shù)。通常等于相數(shù)或相數(shù)整數(shù)倍，即 M=K*N（N 為電動機(jī)的相

數(shù)，單拍是 K=1，雙拍時 K=2）。

3-12 簡述三相步進(jìn)電機(jī)的環(huán)形分配方式？

答：1.采用計算機(jī)軟件，利用查表式計算方法來進(jìn)行脈沖的環(huán)形分配，簡稱軟環(huán)分。2.采 用小規(guī)模集成電路搭接而成的脈沖分配器。3.采用專用環(huán)形分配器件。

簡述步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電源的功率放大電路原理.答：

單電壓功率放大電路

如圖所示 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。沒有脈沖輸入時 3DK4 和

3DD15 功率晶體管截止，繞組中無電流通過，電機(jī)不轉(zhuǎn)。當(dāng) A 相得電時，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動一

步，當(dāng)脈沖依次加到 ABC 三個輸入端時，三組放大器分別驅(qū)動不同的繞組，是電機(jī)一步一

步的轉(zhuǎn)動。電路終于繞組并聯(lián)的二極管 VD 其續(xù)流作用記在功率截至?xí)r，是儲存在繞組中的

能量通過二級管形成續(xù)流回路泄放，從而保護(hù)功放管。

高低壓功串放大電路

（一）無脈沖輸入時，VT1、VT2、VT3、VT4 均截止，電動機(jī)繞組 W 無電流通過，電動機(jī)不轉(zhuǎn)。有

脈沖通過時，VT1、VT2、VT3、VT4 飽和導(dǎo)通，在 vt2 有截止到飽和期間，其集電極電流，迅速上升。當(dāng) vt2 進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后 t1 一次測電流暫時恒定，無磁通變化二次側(cè)的感應(yīng)電壓為 零，vt3 截止。12v 低電壓經(jīng) vd1 加到電動機(jī)繞組我 w 上并維持繞組中的電流。輸入結(jié)束后

vt1、vt2、vt3、vt4 又都截止，儲存在 w 中的能量通過 18 歐姆的電阻和 vd2 放電，電阻 的作用時間小放電回路的時間常數(shù)，改善電流波形的后沿。8

機(jī)電一體化技術(shù)第 4章參考答案

試說明 CPU、MC 和 MCS 之關(guān)系。

答：微處理機(jī)簡稱 CPU，它是一個大規(guī)模集成電路器件或超大規(guī)模集成電路器件，器 件中有數(shù)據(jù)有數(shù)據(jù)通道、多個寄存器、控制邏輯和運(yùn)算邏輯部件，有的器件還含有時鐘電 路，為器件工作提供定時信號。

微型計算機(jī)簡稱 MC。它是以微處理機(jī)為中心，加上只讀存儲器，隨機(jī)存取存儲器，輸 入|輸出接口電路、系統(tǒng)總線及其他支持邏輯電路組成的計算機(jī)。

上述微處理機(jī)、微型計算機(jī)都是從硬件角度定義的，而計算機(jī)的使用離不開軟件支

持。一般將配有系統(tǒng)軟件、外圍設(shè)備、系統(tǒng)總線接口的微型計算機(jī)系統(tǒng)，簡稱 MCS。

3、在設(shè)計微機(jī)控制系統(tǒng)中首先會遇到的問題是什么？

答： 在設(shè)計微機(jī)控制系統(tǒng)時，首先會遇到專用與通用的抉擇和硬件與軟件的權(quán)衡問題。

4-17 試說明光電耦合器的光電隔離原理。

答:光電隔離電路主要 由光電耦合器的光電 轉(zhuǎn)換元件組成，如下 圖所示.控制輸出時，從上圖 a 可知，微機(jī)輸出的控 制信號經(jīng) 74LS04 非門 反相后，加到光電耦 合器 G 的發(fā)光二極管 正端。當(dāng)控制信號為

高電平時，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，沒有光發(fā)出。這時光敏晶體管截止，輸出信號幾乎等于加在光敏晶體管集電極上的電源電 壓。當(dāng)控制信號為低電平時，發(fā)光二極管導(dǎo)通并發(fā)光，光敏晶體管接收發(fā)光二極管發(fā)出的 光而導(dǎo)通，于是輸出端的電平幾乎等于零。同樣的道理，可將光電耦合器用于信息的輸 入，如上圖 b所示。

4-20 試說明檢測傳感器的微機(jī)接口基本方式。

答：①模擬量接口方式：傳感器輸出信號→放大→采樣/保持→模擬多路開關(guān)→A/D 轉(zhuǎn)換→ I/O 接口→微機(jī)

②開關(guān)量接口方式：開關(guān)型傳感器輸出二值式信號(邏輯 1 或 0)→三態(tài)緩沖器→微機(jī) 10

③數(shù)字量接口方式：數(shù)字型傳感器輸出數(shù)字量(二進(jìn)制代碼、BCD 代碼、脈沖序列等)→計數(shù)器→三態(tài)緩沖器→微機(jī) 11

機(jī)電一體化技術(shù)第 5章參考答案

5-2 簡述采樣定理？

如果 是有限帶寬信號，即| |> 時，E（j）=0。而 是 e（t）的理想

采樣信號，若采樣頻率 ,那么一定可以有采樣信號 唯一地決定出原始信號 e（t）。也就是說，若，則由 可以完全地恢復(fù) e（t）。

5-3 簡述數(shù)字控制系統(tǒng) A/D 轉(zhuǎn)換過程。

模/數(shù)轉(zhuǎn)換裝置每隔 T 秒對輸入的連續(xù)信號 e（t）進(jìn)行一次采樣，采樣信號為 e*（t），如 圖 a 所示。該采樣信號是時間上離散而幅值上連續(xù)的信號，它不能直接進(jìn)入計算機(jī)進(jìn)行運(yùn) 算，必須經(jīng)量化后成為數(shù)字信號才能為計算機(jī)所接受。將采樣信號經(jīng)量化后成為數(shù)字信號 的過程是一個近似過程，稱量化過程?，F(xiàn)對量化過程作簡單的說明：將采樣信號 e*（t）的變化范圍分成若干層，每一層都用一個二進(jìn)制數(shù)碼表示，這些數(shù)碼可表示幅值最接近它 的采樣信號。如圖 b 所示，采樣信號 A1為 1.8V，則量化值 A1 ’為 2V，用數(shù)字 010 來代表； 采樣信號 A2為 3.2V，則量化值 A2 ‘為 3V，用數(shù)字量 011 代表。這樣就把采樣信號變成了數(shù) 字信號。

a

b

5-5 簡述多輸入多輸出系統(tǒng)的靜力學(xué)方程。

答 ： 設(shè) 對 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，兩式相等。由于 相互獨(dú)立，則對第 i 個輸入有

用 表示輸入力（或轉(zhuǎn)矩）時，寫成式中 ——力（或轉(zhuǎn)矩）的變換系數(shù)，是 n*m 矩陣。

5-6 簡述兩自由度機(jī)器人逆動力學(xué)方程。

答：首先利用逆運(yùn)動學(xué)方法將軌跡｛x(t),y(t)｝變換成為關(guān)節(jié)運(yùn)動φ1(t)、φ2(t)，然后

從φ1和φ2導(dǎo)出計算關(guān)節(jié)力矩 T1、T2的計算公式。由平面幾何學(xué)知識，可得逆運(yùn)動學(xué)解為

=

=

式中

p=，q=。

逆運(yùn)動學(xué)解可由 Lagrange 公式解出。設(shè)計器人得負(fù)載只有各臂端部的質(zhì)量，則

= ]*[ ]+

式中第一項(xiàng)相當(dāng)于慣性項(xiàng)，第二項(xiàng)相當(dāng)于離心力與哥氏力。13

機(jī)電一體化技術(shù)第 7章參考答案

7-3 機(jī)電一體化系統(tǒng)中的典型負(fù)載有哪些？說明以下公式的含義：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（滑動摩擦負(fù)載、粘性摩擦 負(fù)載、滾動摩擦負(fù)載等）。對具體系統(tǒng)而言，其負(fù)載可能是以上幾種典型負(fù)載的組合，不一 定均包含上述所有負(fù)載項(xiàng)目。

第一式表示等效轉(zhuǎn)動慣量。該系統(tǒng)運(yùn)動部件的動能總和為 2 2 1 1 1 1 2 2 m n i i j j i i

設(shè)、等效到元件輸出軸上的總動能為 2 1 2 k k cq k，由能量守恒：E =E k

故2 1 1 m n j k i cq i j i i k k v J m J

用工程上常用單位時，可將上式改寫為 2 2 2 1 1 1 4 m n j k i cq i j i i k k n v J m J

第二式表示等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩。設(shè)上述系統(tǒng)在時間 t 內(nèi)克服負(fù)載所作的功德總和為： 1 1 m n i i j j i j，同 理，執(zhí) 行 元 件 輸 出 軸 在 時 間 t 內(nèi) 的 轉(zhuǎn) 角 為

k k 則，執(zhí)行元件所作的功為 k K eq k，由 1 / / m n k eq i i k j j k i j，或 1 1 / / 2 m n k eq i i k j j k i j T Fv n T n n

7-4 設(shè)有一工作臺 x 軸驅(qū)動系統(tǒng)，已知參數(shù)為下表中所列，已知 mA=400 ㎏，Ph=5mm,Fl 水平=800N，F(xiàn)l 垂直=600N，工作臺與導(dǎo)軌間為滑動摩擦，其摩 擦系數(shù)為 0.2，試求轉(zhuǎn)換到電動機(jī)軸上的等效轉(zhuǎn)動慣量和等效轉(zhuǎn)矩。

答：

（1）由公式：2 2 1 1 1 4 m n j k i cq i j i i k k

得： n v J m J

可得：v1=n 絲*Ph/1000（和轉(zhuǎn)速 n的單位要統(tǒng)一所以不必算出最終值）

J k eq =1/4л2 ma(v1/nk)2 +JG1(nG1/ nk)2 +JG2(nG2/ nk)2 +JG3(nG3/ nk)2 +JG4(nG4/ nk)2 +JⅠ(nⅠ/ nk)2 +JⅡ(nⅡ/ 14

nk)2 +J 絲（n 絲/ nk）2 +Jm=0.0508()

（2）當(dāng)工作臺向右時：

F=F*u-FL 水平=(FL 垂直+G)*u-FL 水平=（600+400*9.8）*0.2-800=104（N）

由 1 1 / / m n k eq i i k j j k i j

得：TK= F*V/nk/（2*pi）=F*（n 絲*Ph/1000）/nk/（2*pi）=104*(180*5/1000)/*720/(2*3.14)= 0.0207（N*m）。

（3）當(dāng)工作臺向左時：

F=(FL垂直+G)*u+ FL水平=（600+400*9.8）*0.2+800=1704（N）TK=(F*V/nk)/(2*pi)==0.339（N*m）

Matlab程序：

n1=720;n2=360;n3=360;n4=180;n11=720;n22=360;ns=180;nd=720;ph=5;pi=3.1415927;j1=.01;j2=.016;j3=.02;j4=.032;j11=.024;j22=.004;js=.012;jd=.004;v1=ns*ph*.001;

a=400*(v1/nd)^2/(4*pi^2)b=j1

c=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)^2

J=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;fc=600;ma=400;fiz=fs+(fc+ma*9.8)*0.2;fiy=-fs+(fc+ma*9.8)*0.2;tiz=fiz*v1/nd /(2*pi);tiy=fiy*v1/nd /(2*pi);

7-5.簡述機(jī)電一體化系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型建立過程。比例環(huán)節(jié)（P）、積分環(huán)節(jié)(I)、比例-積分環(huán)節(jié)(PI)和比例-積分-微分調(diào)節(jié)(PID)各有何優(yōu)缺點(diǎn)？

答：在穩(wěn)態(tài)設(shè)計的基礎(chǔ)上，利用所選元部件的有關(guān)參數(shù)，可以繪制出系統(tǒng)框圖，并根據(jù)自 動控制理論基礎(chǔ)課所學(xué)知識建立各環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)，進(jìn)而激勵系統(tǒng)傳遞函數(shù)。

以閉環(huán)控制方式為例：

圖（1）為檢測傳感器裝在絲桿端部的半閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)。它的系統(tǒng)框圖如圖（2）所 示。該圖的傳遞函數(shù)為 15

G（s）= =

=

=

式中：K=

(1)用滾珠絲杠傳動工作臺的伺服進(jìn)給系統(tǒng)

（2）系統(tǒng)框圖

-前置放大器增益；-功率放大器增益；-直流伺服電機(jī)增益；

-速度反饋增益；-直流伺服電機(jī)時間常數(shù)；-減速比；

-位置檢測傳感器增益；（s）-輸入電壓的拉氏變換；

-絲杠輸出轉(zhuǎn)角的拉氏變換

當(dāng)系統(tǒng)受到外擾動轉(zhuǎn)矩 時，圖（2）就變?yōu)閳D（3）。為分析方便起見，見圖（3）改畫成 圖（4）所示，則傳遞函數(shù)為：

G(s)= = 16

（3）附加擾動力矩（以電壓 表示）的系統(tǒng)框圖

-直流伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)矩常數(shù)；-直流伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子的繞組阻抗；

-功率放大器的輸出阻抗；-對應(yīng)于擾動力矩的等效擾動電壓的拉氏變換

（4）附加擾動力矩的等效電壓后的框圖

比例調(diào)節(jié)（P）、積分調(diào)節(jié)（I）、比例-積分調(diào)節(jié)（PI）和比例-積分-微分調(diào)節(jié)（PID）各自 的優(yōu)缺點(diǎn)

（1）比例（P）調(diào)節(jié)

比例調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)圖如圖（a），其傳遞函數(shù)為

Gc(s)=–Kp

式中 Kp=R2/R1

它的調(diào)節(jié)作用的大小主要取決于增益 Kp 的大小。Kp 越大，調(diào)節(jié)作用越強(qiáng)，但是存在調(diào) 節(jié)誤差。而且 Kp太大會引起系統(tǒng)不穩(wěn)定。

（2）積分（I）調(diào)節(jié)

積分調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)圖如圖(b)，其傳遞函數(shù)為

Gc(s)=1/（Tis）

式中 Ti=RC。

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。

（3）比例-積分（PI）調(diào)節(jié)

其網(wǎng)絡(luò)如圖(c)。他的傳遞函數(shù)為

Gc(s)=–[ KP（1+1/（Tis））] 式中 Kp=R2/R1；Ti=R2C。

這種循環(huán)既克服了單純比例環(huán)節(jié)有調(diào)節(jié)誤差的缺點(diǎn)，又避免了積分環(huán)節(jié)響應(yīng)慢的弱17

點(diǎn)，既能改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性能能，又能改善其動態(tài)性能。

（4）比例-積分-微分（PID）調(diào)節(jié)

這種調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)的組成如圖（d），其傳遞函數(shù)為

Gc(s)=–Kp[1+1?（Tis）+Tds ]

式中 Kp=（R1C1+R2C2）/(R1R2)；Ti=R1C1+R2C2;T=R1C1R2C2 ?(R1C1+R2C2)。

這種校正環(huán)節(jié)不但能改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性能，也能改善其動態(tài)性能。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，其動態(tài)性能也比用 PI調(diào)節(jié)器時好。

7-8 何謂機(jī)電一體化系統(tǒng)的“可靠性”？

答：機(jī)電一體化可靠性是指，系統(tǒng)（產(chǎn)品）在規(guī)定條件下和規(guī)定時間內(nèi)完成規(guī)定功能的能 力。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

第四篇：機(jī)電一體化課后答案

機(jī)電一體化（第二版）

課后答案

第一章

1-1.試說明較為人們所接受的機(jī)電一體化的含義。

答：機(jī)電一體化乃是在機(jī)械的主功能、動力功能、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。

1-7.機(jī)電一體化系統(tǒng)由哪些基本要素組成？分別實(shí)現(xiàn)哪些功能？

答：①.機(jī)電一體化系統(tǒng)由計算機(jī)、動力源、傳感件、機(jī)構(gòu)、執(zhí)行元件系統(tǒng)五大要素組成。

②.對應(yīng)的五大功能為：控制、動力、計測、構(gòu)造、操作功能。

1-17.開發(fā)性設(shè)計、變異性設(shè)計、適應(yīng)性設(shè)計有何異同？

答：

1、開發(fā)性設(shè)計是沒有參照產(chǎn)品的設(shè)計，僅僅是根據(jù)抽象的設(shè)計原理要求，設(shè)計出在質(zhì)量和性能方面滿足目的要求的產(chǎn)品。

2、變異性設(shè)計是在設(shè)計方案和功能結(jié)構(gòu)不變的情況下，僅改變現(xiàn)有產(chǎn)品的規(guī)格尺寸使之適應(yīng)于量的方面有所變更的需求。

3、適應(yīng)性設(shè)計是在總的設(shè)計方案、原理基本保持不變的情況下，對現(xiàn)有產(chǎn)品進(jìn)行局部更改，或用微電子技術(shù)代替原有的機(jī)械結(jié)構(gòu)或?yàn)榱诉M(jìn)行微電子控制對機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行局部適應(yīng)性設(shè)計，以使產(chǎn)品在性能和質(zhì)量上增加某些附加價值。

所有機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計都是為了獲得用來構(gòu)成事物的有用信息。

1-20.簡述計算機(jī)輔助設(shè)計與并行工程、虛擬設(shè)計、快速響應(yīng)設(shè)計、綠色設(shè)計、反求設(shè)計等的含義。

答：

1、計算機(jī)輔助設(shè)計是設(shè)計機(jī)電一體化產(chǎn)品的有力工具，用來設(shè)計一般機(jī)械產(chǎn)品的CAD的研究成果。

2、并行工程是把產(chǎn)品的設(shè)計、制造及其相關(guān)過程作為一個有機(jī)整體進(jìn)行綜合協(xié)調(diào)的一種工作模式。

3、虛擬設(shè)計是虛擬環(huán)境中的產(chǎn)品模型，是現(xiàn)實(shí)世界中的產(chǎn)品在虛擬環(huán)境中的映像，是基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的新一代計算機(jī)輔助設(shè)計。

4、快速響應(yīng)設(shè)計是實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)工程的重要環(huán)節(jié)，快速響應(yīng)工程是企業(yè)面對瞬息萬變的市場環(huán)境，不斷迅速開發(fā)適應(yīng)市場的新系統(tǒng)，快速響應(yīng)設(shè)計的關(guān)鍵是有效開發(fā)和利用各種系統(tǒng)信息資源。

5、綠色設(shè)計是從并行工程思想發(fā)展而出現(xiàn)的一個新概念。綠色設(shè)計就是在新系統(tǒng)的開發(fā)階段，就考慮其整個生命周期內(nèi)對環(huán)境的影響，從而減少對環(huán)境的污染、資源的浪費(fèi)、使用安全和人類健康等所產(chǎn)生的副作用。

反求設(shè)計是以現(xiàn)代設(shè)計理論、方法和技術(shù)為基礎(chǔ)，運(yùn)用各種專業(yè)人員的工程設(shè)計經(jīng)驗(yàn)、知識和創(chuàng)新思維，對已有的系統(tǒng)進(jìn)行剖析、重構(gòu)、再創(chuàng)造的設(shè)計。

第二章

2-10.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另一端的外齒輪轉(zhuǎn)過2個齒時，試問：兩個螺母之間相對移動了多大距離？

答：Z1=100，Z2=98，ΔS=（2/Z1）*λ0=0.02*6mm=0.12mm

2-16.各級傳動比的分配原則是什么？輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則是什么？

答：（1）各級傳動比的分配原則是：①重量最輕原則②輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則③等小傳動慣量最小原則

（2）輸出軸傳動誤差最小原則是：為提高機(jī)電一體化系統(tǒng)齒輪傳動的精度，各級傳動比影按先小后大的原則分配，一邊降低齒輪的加工誤差、安裝誤差及回轉(zhuǎn)誤差對輸出轉(zhuǎn)角精度的影響?？傓D(zhuǎn)角誤差主要取決于最末一級齒輪的轉(zhuǎn)角誤差和傳動比的大小，在設(shè)計中最末兩級的傳動比應(yīng)取大一些，并盡量提高最末一級齒輪副的加工精度。

2-19.設(shè)有一諧波齒輪減速器，其減速比為100，柔齒輪數(shù)為100。當(dāng)剛輪固定時，試求該諧波減速器的鋼輪齒數(shù)及輸出軸的傳動方向（與輸入軸的傳向相比較）。

答：根據(jù)公式：iHr=Zr/(zr-zg)可知：當(dāng)iHr=100時，Zg=99，當(dāng)iHr=-100時，Zg=101；故該諧波減速器的鋼輪齒數(shù)為101，柔輪輸出軸方向與波發(fā)生器輸入軸轉(zhuǎn)向相反。

2-21.簡述導(dǎo)軌的主要作用，導(dǎo)軌副的組成、種類及應(yīng)滿足的基本要求。

答：導(dǎo)軌的作用是支承和限制運(yùn)動部件按給定的運(yùn)動要求和規(guī)定的運(yùn)動方向運(yùn)動。

導(dǎo)軌副的組成：導(dǎo)軌副主要由承導(dǎo)件和運(yùn)動件兩大部分組成。

常用的導(dǎo)軌副種類很多，按其接觸面積的摩擦性質(zhì)可分為滑動導(dǎo)軌、滾動導(dǎo)軌、流體介質(zhì)摩擦導(dǎo)軌等；按其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為開式導(dǎo)軌和閉式導(dǎo)軌。

導(dǎo)軌副應(yīng)滿足的基本要求：導(dǎo)向精度高、剛性好、運(yùn)動輕便平穩(wěn)、耐磨性好溫度變化影響小以及結(jié)構(gòu)工藝性好等。

第三章

3-2 機(jī)電一體化系統(tǒng)對執(zhí)行元件的基本要求是什么？

答：⒈慣量小、動力大

⒉體積小、重量輕

⒊便于維修、安裝

⒋易于微機(jī)控制

3-6 簡述 PWM 直流驅(qū)動調(diào)速，換向的工作原理。

答：通過電源的通斷來獲得電壓脈沖信號，控制通斷的時間比來獲得不同的電壓脈沖，通的時間越長，獲得的平均電壓越大，電機(jī)轉(zhuǎn)的就快，反之，電機(jī)轉(zhuǎn)的就慢。電機(jī)的換向是通過橋式電路來實(shí)現(xiàn)的，它是由四個大功率的晶體管組成，通過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。為使其實(shí)現(xiàn)雙向調(diào)速，多采用橋式電路，其工作原理與線性放大橋式電路相似。

電橋由四個大功率的晶體管組成。如圖，分別記作 1.2.3.4.如果在 1 和 3 的基極上加以正脈沖的同時，在 2 和 4 的基級上加以負(fù)脈沖，這時 1 和 3 導(dǎo)通，2 和 4 導(dǎo)通。設(shè)此時的電動機(jī)轉(zhuǎn)向?yàn)檎环粗?，則為負(fù)。電流的方向與前一情況相反，電動機(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機(jī)的轉(zhuǎn)向和速。

3-11 簡述步進(jìn)電機(jī)步距角大小的計算方法？

答：a=360/（K*M）

式中：Z=轉(zhuǎn)子齒數(shù)。M=運(yùn)行拍數(shù)。通常等于相數(shù)或相數(shù)整數(shù)倍，即 M=K*N（N 為電動機(jī)的相數(shù)，單拍是 K=1，雙拍時 K=2）。

第四章

4-2 試說明微型計算機(jī)的基本特點(diǎn)及選用要點(diǎn)。

答：較完善的中斷系統(tǒng)，足夠的儲存容量，完備的輸入/輸出通道和實(shí)時時鐘；字長，速度，指令。

4-15 鍵盤鍵值是如何確定？

答：將行、列線按二進(jìn)制順序排列，當(dāng)某一鍵按下時，鍵盤掃描程序執(zhí)行到給該列置0電平，讀出各行狀態(tài)為非1狀態(tài)，這時的行、列數(shù)據(jù)組合成鍵值。

4-17 試說明光電耦合器的光電隔離原理。

答：光電隔離電路主要由光電耦合器的光電轉(zhuǎn)換元件組成，如書本P168圖 4.39?？刂戚敵鰰r，如圖4.39a所示可知，微機(jī)輸出的控制信號經(jīng)74LS04非門反相后，加到光電耦合器G的發(fā)光二極管正端。當(dāng)控制信號為高電平時，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，沒有光發(fā)出。這時光敏晶體管截止，輸出信號幾乎等于加在光敏晶體管集電極上的電源電壓，當(dāng)控制信號為低電平時，法官二極管導(dǎo)通并發(fā)光，光敏晶體管接收發(fā)光二極管發(fā)出的光而導(dǎo)通，于是輸出端的電平幾乎等于零。同樣的道理，可將光電耦合器用于信息的輸入，如圖4.39b所示。

4-19 試說明檢測傳感器的選用原則及注意事項(xiàng)。

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。選用傳感器時，要特別注意不同系列產(chǎn)品的應(yīng)用環(huán)境、使用條件和維護(hù)要求。

第五章

5-1 回顧所學(xué)機(jī)械控制工程的相關(guān)知識，簡述機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計與機(jī)械控制工程理論的關(guān)系。

答：隨著機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械控制工程基礎(chǔ)在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越廣泛。

5-4 簡述傳遞函數(shù)、系統(tǒng)的過渡過程、伺服系統(tǒng)的動態(tài)特性的含義。

答：線性定常系統(tǒng)傳遞函數(shù)定義為：在零初始值下，系統(tǒng)輸出量拉氏變換與輸入量拉氏變換之比。系統(tǒng)的過渡過程：當(dāng)系統(tǒng)受到外部干擾時，其輸出量必將發(fā)生變化，但由于系統(tǒng)總含有慣性或儲能元件，其輸出量不可能立即變化到與外部干擾相應(yīng)的值，而需要有一個過程，這個過程就是系統(tǒng)的過渡過程。伺服系統(tǒng)的動態(tài)特性：1.系統(tǒng)過渡過程品質(zhì)，即系統(tǒng)響應(yīng)的快速性和震蕩性。2.系統(tǒng)的穩(wěn)定精度，即穩(wěn)態(tài)誤差ess的大小。

5-5 用所學(xué)機(jī)械控制工程基礎(chǔ)對機(jī)電一體化系統(tǒng)元、部件的動態(tài)特性進(jìn)行分析。

答：機(jī)械系統(tǒng)在傳遞運(yùn)動的同時還將進(jìn)行力的傳遞。因此，機(jī)械系統(tǒng)的各構(gòu)成零部件必須具有承受其所受力的足夠強(qiáng)度和剛度的尺寸。但尺寸一大，質(zhì)量和轉(zhuǎn)動慣量就大，系統(tǒng)的響應(yīng)就慢。如書本P207圖5.15a所示，輸入為力Fx(t)時，其響應(yīng)為Fy(t)或y(t)?f(x(t))，系統(tǒng)負(fù)載質(zhì)量和慣量不同，其響應(yīng)快慢也不同。含有機(jī)械負(fù)載的機(jī)械系統(tǒng)動態(tài)特性如圖5.15b所示。如果是齒輪減速器，其機(jī)構(gòu)的運(yùn)動變換函數(shù)y?f(x)?()x就是線性變換。如果只有機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動慣量Jm，則其動態(tài)特性為

1t1，如果只有負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量JL，則其負(fù)載反2(Jms)力為JLs2y。包括負(fù)載在內(nèi)的機(jī)械總體的動態(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

6-4 簡述數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系的定義規(guī)則。

答：數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系統(tǒng)采用右手直角笛卡兒坐標(biāo)系，確定機(jī)床坐標(biāo)系時，假定刀具相對工件做相對運(yùn)動。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定機(jī)床傳遞切削力的主軸軸線為Z坐標(biāo)。當(dāng)機(jī)床有機(jī)個主軸時，則選一個垂直于工件裝夾面的主軸為Z軸。規(guī)定增大工件和刀具距離的方向?yàn)閆的正方向。

X坐標(biāo)是水平的，它平行于工件的裝夾面。對工件旋轉(zhuǎn)的機(jī)床，取刀具遠(yuǎn)離工件的方向?yàn)閄的正方向。對于刀具旋轉(zhuǎn)的機(jī)床則規(guī)定：當(dāng)Z軸為水平時，從刀具主軸后端向工件方向看，X正方向?yàn)橄蛴曳较?；?dāng)Z軸為垂直時，對單立柱機(jī)床，面對刀具主軸向主軸方向看，右手方向?yàn)檎较颉坐標(biāo)按右手直角笛卡兒坐標(biāo)系確定其正方向。

6-5 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。

答：M指令代碼：M00程序停機(jī)M01選擇停機(jī)，按下“選擇?！卑粹o后才起作用；M02程序結(jié)束，到下一程序的起點(diǎn)；M03主軸順時針方向旋轉(zhuǎn)；M04主軸逆時針方向旋轉(zhuǎn)；M05主軸停轉(zhuǎn)；M06換刀；M07開#號冷卻液；M08開*號冷卻液；M09關(guān)閉冷卻液；M10夾緊；M11松開；M30程序終了，返回到程序起點(diǎn)。

G指令代碼：1.坐標(biāo)平面選擇指令（G17、G18、G19）；2.絕對值和增量值編程指令（G90、G91）；3.快速點(diǎn)定位指令（G00）4.直線插補(bǔ)指令（G01）；5.圓弧插補(bǔ)指令（G01）；6.刀具半徑補(bǔ)償指令（G40、G41、G42）

6-6 簡述數(shù)控（CNC）加工程序編制的主要內(nèi)容。

答：數(shù)控（CNC）程序編制分手工編程和自動編程。手工編程是指從分析零件圖、制訂工藝規(guī)程、計算刀具運(yùn)動軌跡、編寫零件加工程序單、制作程序介質(zhì)直到程序效應(yīng)，整個過程主要由人工來完成，這種人工制備零件加工程序的方法稱手工編程。編制零件加工程序的全部過程主要由計算機(jī)來完成的編程方法稱自動編程。

第七章

7-7 在閉環(huán)之外的動力傳動鏈齒輪傳動間隙對系統(tǒng)的穩(wěn)定性有無影響？為什么

答：有。由于動力傳動鏈存在齒輪傳動間隙，當(dāng)電動機(jī)在齒隙范圍內(nèi)運(yùn)動時，被控對象不轉(zhuǎn)動，沒有反饋信號，系統(tǒng)暫時處于開環(huán)狀態(tài)。當(dāng)電動機(jī)轉(zhuǎn)過齒隙后，主動輪于從動輪產(chǎn)生沖擊接觸，此時誤差角大于無齒輪加你時的誤差角，因此從動輪以較高的加速度轉(zhuǎn)動。又因?yàn)橄到y(tǒng)具有慣量，當(dāng)被控對象轉(zhuǎn)角?c等于輸入轉(zhuǎn)角?r時，被控對象不會立即停下來，而靠慣性繼續(xù)轉(zhuǎn)動，使被控對象比無間隙時更多地沖過平衡點(diǎn)，這又使系統(tǒng)出現(xiàn)較大的方向誤差。如果間隙不大，且系統(tǒng)中控制器設(shè)計得合理，那么被控對象擺動的振幅就越來越小，來回擺動幾次就停止在?c??r平衡位置上。如間隙較大，且控制器設(shè)計得不好，那么被控對象就會反復(fù)擺動，即產(chǎn)生自激振蕩。因此，閉環(huán)之內(nèi)動力傳動鏈中的間隙會影響伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

7-8 何謂機(jī)電一體化系統(tǒng)的“可靠性”？

答：所謂的可靠性是指系統(tǒng)在規(guī)定條件下和規(guī)定時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力。

7-9 機(jī)電一體化系統(tǒng)的“失效”與“故障”有何異同？

答：如果產(chǎn)品不能完成規(guī)定功能，就稱為失效，對于可修復(fù)的系統(tǒng)也可稱故障。

7-10 保證機(jī)電一體化系統(tǒng)可靠性的方法有哪些? 答：1.提高系統(tǒng)的設(shè)計和制造質(zhì)量；2.冗余技術(shù)；3.診斷技術(shù)。

第五篇：機(jī)電一體化習(xí)題答案

第一章

1.什么是機(jī)電一體化？各國的主要觀點(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.試述機(jī)電一體化技術(shù)與傳統(tǒng)機(jī)電技術(shù)的區(qū)別。(P2)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，不涉及軟件和計算機(jī)控制。機(jī)電一體化技術(shù)以計算機(jī)為控制中 心，在設(shè)計過程中強(qiáng)調(diào)機(jī)械部件和電器部件間的相互作用和影響，整個裝置在計算機(jī)控制下具有一定的智能性。

3.試分析機(jī)電一體化系統(tǒng)的組成及相關(guān)技術(shù)。(P1~3)

答：機(jī)電一體化系統(tǒng)是多學(xué)科技術(shù)的綜合應(yīng)用，是技術(shù)密集型的系統(tǒng)工程。其技術(shù)組成包括：機(jī)械技術(shù)、檢測技術(shù)、伺服傳動技術(shù)、計算機(jī)與信息處理技術(shù)、自動控制技術(shù)和系統(tǒng)總體技術(shù)等?，F(xiàn)代的機(jī)電一體化產(chǎn)品甚至還包含了光、聲、化學(xué)、生物等技術(shù)等應(yīng)用。

4.一個典型的機(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)。

5.試述機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計方法。

答：機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計過程中，一直要堅持貫徹機(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。

6.試述現(xiàn)代設(shè)計的概念。（P4）

設(shè)計這個詞有兩種概念。廣義的概念是指發(fā)展過程的安排，包括發(fā)展的方向、程序、細(xì)節(jié)和達(dá)到的目標(biāo)。狹義的概念指的是將客觀需求轉(zhuǎn)化為滿足該需求的技術(shù)系統(tǒng)的活動，各種產(chǎn)品包括機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計即屬此類。

現(xiàn)代設(shè)計是過去長期的傳統(tǒng)設(shè)計活動的延伸和發(fā)展，是隨著設(shè)計實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的積累，由個別到一般、具體到抽象、感性到理性，逐步歸納、演繹、綜合而發(fā)展起來的。由于科技進(jìn)步的速度日益增快，特別是計算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，人們在掌握事物的客觀規(guī)律和人的思維規(guī)律的同時，運(yùn)用相關(guān)的科學(xué)技術(shù)原理，進(jìn)行過去難以想象的綜合集成設(shè)計計算，使設(shè)計工作包括機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計過程產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍。

8.現(xiàn)代設(shè)計方法有哪些？（P3～13）

現(xiàn)代設(shè)計方法門類眾多且不斷出新。可按所研究解決的問題性質(zhì)分為總體問題和個別性能問題兩大類：

1.研究總體設(shè)計的現(xiàn)代設(shè)計方法

(1)設(shè)計方法學(xué)

(2)價值工程設(shè)計(3)優(yōu)勢設(shè)計（4)綠色設(shè)計(5)計算機(jī)輔助設(shè)計(6)并行工程設(shè)計

(7)虛擬設(shè)計

(8)反求工程設(shè)計

(9)優(yōu)化設(shè)計及其發(fā)展

(10)創(chuàng)新設(shè)計技術(shù)

2．研究產(chǎn)品性能的現(xiàn)代設(shè)計方法

(1)工業(yè)產(chǎn)品藝術(shù)造型設(shè)計(2)模塊化設(shè)計

(3)相似性設(shè)計

(4)摩擦學(xué)設(shè)計

(5)三次設(shè)計

(6)人機(jī)工程設(shè)計

(7)智能設(shè)計

(8)動態(tài)設(shè)計

(9)可靠性設(shè)計

(10)有限元法

(11)機(jī)械疲勞設(shè)計

9.何為機(jī)電一體化系統(tǒng)的四視圖設(shè)計？（P13）功能視圖、結(jié)構(gòu)視圖、控制視圖和信息視圖

第二章

1.什么技術(shù)系統(tǒng)？什么是技術(shù)過程？什么是作業(yè)對象？(P27)例如，為了得到某種復(fù)雜形狀的金屬零件，可通過編程在加工中心上對坯料進(jìn)行加工。壞料是作業(yè)對象，加工中心是技術(shù)系統(tǒng)，所完成的加工過程是技術(shù)過程。

作業(yè)對象一般可分為三大類：物料、能量和信息

2.確定技術(shù)過程的一般步驟是什么？(P27)1)根據(jù)信息集約和調(diào)研預(yù)測的資料，分析確定作業(yè)對象以及主要轉(zhuǎn)換要求。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。

3)明確實(shí)現(xiàn)技術(shù)過程的環(huán)境和約束條件。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、社會條件等。4)確定主要技術(shù)過程和其他輔助過程。5)根據(jù)高效、經(jīng)濟(jì)、可靠、美觀、使用方便等原則，初步規(guī)定技術(shù)系統(tǒng)的邊界及工作范圍。

3.試述功能設(shè)計方法和主要步驟。(P28~30)功能是對技術(shù)系統(tǒng)中輸入和輸出的轉(zhuǎn)換所作的抽象化描述。只有用抽象的概念來表述系統(tǒng)的功能，才能深入識別需求的本質(zhì)，辨明主題，發(fā)散思維，啟發(fā)創(chuàng)新，總功能逐步分解為比較簡單的分功能，一直分解到不能再分解的功能元，形成功能樹(一)功能分析(二)功能元求解 1．選擇工作原理 2．構(gòu)思功能載體(三)方案綜合

4.功能設(shè)計的工具有哪些？（P30）1．設(shè)計目錄

(1)對象目錄

(2)作業(yè)日錄

(3)解法目錄

2．知識庫

(1)數(shù)據(jù)庫

(2)設(shè)計詞典

(3)手冊

5.試分析設(shè)計與技術(shù)系統(tǒng)的關(guān)系。

設(shè)計若是為了對作業(yè)對象完成某種技術(shù)過程，設(shè)計對象就是人造技術(shù)系統(tǒng)。

第三章

1.結(jié)構(gòu)設(shè)計有哪些內(nèi)容？（P78）

宏觀地看，結(jié)構(gòu)設(shè)計大致有以下三方面內(nèi)容:

(1)功能設(shè)計 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。

(2)質(zhì)量設(shè)計 兼顧各種要求和限制，提高機(jī)電一體化系統(tǒng)質(zhì)量和性能，(3)優(yōu)化設(shè)計和創(chuàng)新設(shè)計

充分應(yīng)用現(xiàn)代設(shè)計方法系統(tǒng)地構(gòu)造設(shè)計優(yōu)化模型，用創(chuàng)造性設(shè)計思維方法進(jìn)行機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計的優(yōu)化和創(chuàng)新。

2.機(jī)電一體化系統(tǒng)中運(yùn)動聯(lián)系結(jié)構(gòu)的基本單元有哪些？(P87)

需要聯(lián)軸器、減速、變速裝置及運(yùn)動換向與轉(zhuǎn)換裝置等基本傳動結(jié)構(gòu)

3.滾動導(dǎo)軌副的品質(zhì)用那幾方面來衡量？(P108)

(1)導(dǎo)向精度

導(dǎo)向精度是導(dǎo)軌副最基本的性能指標(biāo)。移功件在沿導(dǎo)軌運(yùn)動時，不論有無載荷，部應(yīng)保證移動軌跡的直線性及其位置的精確性。各種設(shè)備對導(dǎo)軌副的平面度，垂直度及等高、等距的要求都有相應(yīng)的規(guī)定或標(biāo)準(zhǔn)可以參照。

(2)耐磨性

導(dǎo)軌副應(yīng)在預(yù)定的使用期內(nèi)，保持其導(dǎo)向精度。精密滾動導(dǎo)軌副的主要失效形式是磨損。因此，耐磨性是衡量滾動導(dǎo)軌副性能的主要指標(biāo)之一。

(3)剛度 為了保證足夠的剛度，應(yīng)選用最合適的導(dǎo)軌類型、尺寸及其組合。選用可調(diào)整間隙和能夠預(yù)緊的導(dǎo)軌副可以提高剛度。

(4)工藝性

導(dǎo)軌副要便于裝配、調(diào)整、測量、防塵、潤滑和維修保養(yǎng)。

4.結(jié)構(gòu)設(shè)計品質(zhì)是指在那些方面應(yīng)注意的問題？（P116）

結(jié)構(gòu)設(shè)計品質(zhì)是指結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和靜剛度、結(jié)構(gòu)動剛度、結(jié)構(gòu)熱穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)工藝性等四大方面應(yīng)注意的問題

第四章

1.機(jī)電一體化系統(tǒng)中控制器的作用是什么？它的基本功能應(yīng)包括那些？(P149~150)機(jī)電一體化機(jī)械的控制器是一個以計算機(jī)為核心的測量和控制系統(tǒng)它將來自各傳感器的檢測信號與外部輸人命令進(jìn)行集中，存儲、分析、轉(zhuǎn)換，根據(jù)信息處理結(jié)果，按照一定的程序和節(jié)奏發(fā)出相應(yīng)的指令，控制整個系統(tǒng)有目的的運(yùn)行。

它的基本功能應(yīng)包括以下幾點(diǎn): 1)實(shí)時的信息轉(zhuǎn)換和控制功能。2)人機(jī)交互功能。3)和機(jī)電部件接口的功能。4)對控制軟件運(yùn)行的支持功能。

2.單板機(jī)模式的控制系統(tǒng)有哪些特點(diǎn)？(P150)

1)結(jié)構(gòu)形態(tài)的隨意性。

2)空間位置的隨意性。

3)形態(tài)規(guī)模的隨意性。

4)最佳的經(jīng)濟(jì)性。

3.組合模式的控制系統(tǒng)有哪幾種模式？(P150~151)

采用商品化硬件模塊通過總線母板組合成控制系統(tǒng)．具有多種靈活的組成模式，它可以自成系統(tǒng)，即采用獨(dú)立模式；也可以方便地作為其他小型、微型計算機(jī)的前端控制機(jī)，或者組成分布式系統(tǒng)的典型的分散系統(tǒng)。

4.在工控機(jī)中對存儲器有哪些要求？(P153)

像個人計算機(jī)存儲代碼和數(shù)據(jù)供CPU或其他設(shè)備讀寫

(1)可靠性高

即抗干擾能力強(qiáng)，能在惡劣的工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境下準(zhǔn)確進(jìn)行讀寫操作。

(2)實(shí)時性好

能滿足工業(yè)控制系統(tǒng)對存儲器訪問的要求。

(3)功耗低

降低自然發(fā)熱造成的溫升，并可用電池供電。

(4)數(shù)據(jù)存儲器非易失性

這并不是對全局存儲器的要求，但系統(tǒng)中至少有局部非易失數(shù)據(jù)段或程序代碼段，以便能長期保存數(shù)據(jù)，并在系統(tǒng)突然停電后再重新啟動時能迅速恢復(fù)現(xiàn)場運(yùn)行

5.I/O子系統(tǒng)的作用是什么？按其物理量的形式分成哪兩大類？(P153~154)

控制器除了基本系統(tǒng)以外，還應(yīng)包括各種檢測、控制量的輸入輸出接口，這部分功能稱為I/O子系統(tǒng)。按其物理量的形式來分，一般可分成開關(guān)量(數(shù)字量)I/O即DI／DO、模擬量I/O即AI/AO兩大類。

6.什么是總線？控制系統(tǒng)中包括哪些總線？各總線作用是什么？(P154~155)所謂總線是指一組信號線的集合，是一種按規(guī)定協(xié)議傳送信息的公共通道，由數(shù)據(jù)總線、地址總線、控制總線和電源總線組成。

7.簡述控制系統(tǒng)的基本組成。（P152～155）

(一)中央處理單元(CPU)(二)存儲器

(三)機(jī)電一體化控制系統(tǒng)的I/O子系統(tǒng)(四)人--機(jī)接口(五)系統(tǒng)支持功能(六)總線

8.什么是計算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)(CNC)？(P155)計算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)簡稱CNC系統(tǒng)，它是用計算機(jī)通過執(zhí)行其存儲器內(nèi)的程序來完成數(shù)控要求的部分或全部功能，并配有接口電路、伺服驅(qū)動的一種專用計算機(jī)系統(tǒng)。

9.計算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)(CNC)由哪幾部分組成？(P155)CNC系統(tǒng)由程序、輸入輸出設(shè)備、計算機(jī)數(shù)字控制裝置(CNC裝置)、可編程序控制器(PLC)、主軸驅(qū)動和進(jìn)給驅(qū)動裝置等組成，第五章

1.根據(jù)自動化機(jī)械的基本模型，簡述信息流主要集中在那些子系統(tǒng)中？(P195)信息流主要集中在人機(jī)界面、檢測機(jī)構(gòu)和控制器。

2.現(xiàn)代機(jī)械和傳統(tǒng)機(jī)械最本質(zhì)的區(qū)別是什么？(P195)現(xiàn)代機(jī)械和傳統(tǒng)機(jī)械最本質(zhì)的區(qū)別是現(xiàn)代機(jī)械中具有信息流。信息系統(tǒng)保證了機(jī)電一體化系統(tǒng)基本單元(MEE)的正確運(yùn)行，也使許多基本MEE耦合組成復(fù)雜的機(jī)電一體化系統(tǒng)。

3.在機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計中信息流的作用是什么？(P196)信息系統(tǒng)保證了機(jī)電一體化系統(tǒng)基本單元(MEE)的正確運(yùn)行，也使許多基本MEE耦合組成復(fù)雜的機(jī)電一體化系統(tǒng)。

信息流是軟件總體設(shè)計的基礎(chǔ)。

4.信息流是如何分類的？(P196)從信息流的形態(tài)來分，信息流可以是借助于機(jī)、光、聲、電等介質(zhì)傳輸?shù)男盘?，也可以是語言、文字、圖表、圖像等抽象的信號，在計算機(jī)內(nèi)部則是數(shù)據(jù)表示的數(shù)據(jù)流。從信息流的功能來分，有控制信息流、檢測信息流、數(shù)據(jù)信息流、顯示信息流等。以信息流的流向來分，可分為輸入信息流、變換信息流、輸出信息流等。

5.分析信息流和數(shù)據(jù)流有什么意義？(P196)1)對機(jī)電一體化系統(tǒng)的工作原理和工作過程有深刻理解。

2)可對系統(tǒng)進(jìn)行深入的總體分析與規(guī)劃，以達(dá)到解耦與集成的目的。

3)信息流是軟件總體設(shè)計的基礎(chǔ)。按軟件工程方法，從數(shù)據(jù)流可確定軟件的結(jié)構(gòu)，并定義此結(jié)構(gòu)中包含的程序模塊。同時也可以定義數(shù)據(jù)庫項(xiàng)、格式、規(guī)模和存取方法。特別是“全量程”的定義，即用于兩個以上的程序模塊內(nèi)的那些量的定義.6.分析信息流的基本工具有哪些？(P196～198)(一)信息流的基本環(huán)節(jié)(二)數(shù)據(jù)流程圖(三)信息流和軟件結(jié)構(gòu)

7.人機(jī)輸入界面的基本硬件有哪些？(P204)其基本硬件是鍵盤、開關(guān)(包括操作按鈕和觸摸屏等)，并通過CRT實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。

8.輸出界面的信息流中對執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制信息輸出有哪幾種形式？(P215)1)直接開關(guān)量的輸出。

2)脈沖序列和運(yùn)動方向控制標(biāo)記。

3)直接數(shù)字輸出。4)模擬量輸出。

5)其他控制器控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)

第六章

1.簡述機(jī)電一體化可重構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計提出的背景。(P229～230)1)新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，產(chǎn)品更新?lián)Q代加快。

2)社會對產(chǎn)品的需求趨于多樣化、個性化和動態(tài)化，順應(yīng)客戶愛好(也稱客戶化或定制)、多品種中小批量生產(chǎn)已成為生產(chǎn)方式的主流。

3)市場對企業(yè)的要求從原來的對質(zhì)量、成本的要求演變?yōu)楝F(xiàn)在的對時間(Time)、質(zhì)量(Quality)、成本(Cost)、創(chuàng)新(Innovation)、服務(wù)(Service)和環(huán)境(Environment)等諸多方面的要求，時間已成為競爭力的第一要素，能否在最短的時間內(nèi)開發(fā)出最新的產(chǎn)品并推向市場，是贏得市場競爭的關(guān)鍵。

4)可持續(xù)發(fā)展的理念及對生態(tài)環(huán)境方面的關(guān)注，使人們在生產(chǎn)過程和消費(fèi)過程中更注意生態(tài)和環(huán)境方面的相容性和友善性，綜合考慮產(chǎn)品的環(huán)境影響與資源效率已成潮流。

2.什么是可重構(gòu)制造系統(tǒng)（RMS）?(P230)可重構(gòu)制造系統(tǒng)(Reconfigurable Manufacturing System，RMS)是指能夠通過對制造系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其組成單元的快速重組或更新，及時調(diào)整制造系統(tǒng)的功能和生產(chǎn)能力，以迅速響應(yīng)市場變化及其他需求的一種制造系統(tǒng)。

3.可重構(gòu)制造系統(tǒng)（RMS）的重構(gòu)分為哪幾個層次？(P230)1)制造系統(tǒng)級的重構(gòu)。2)制造設(shè)備級的重構(gòu)。3)子系統(tǒng)或部件層的重構(gòu)。

4.對于可重構(gòu)制造系統(tǒng)（RMS）而言，可重構(gòu)控制系統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ)是什么？(P230)開放式結(jié)構(gòu)控制器是可重構(gòu)控制系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)技術(shù)。

5.機(jī)電一體化可重構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計的目標(biāo)是什么？(P231)1)低的生產(chǎn)成本和重構(gòu)成本的綜合值(cost)。2)短的設(shè)計建造時間和斜升時間（Time)。3)最大限度地利用已有的資源（Resource)。4)在公共地基上達(dá)到物流最優(yōu)(Stream)。

6.機(jī)電一體化可重構(gòu)系統(tǒng)的特征是什么？(P231～232)1)模塊性(Modularity)2)可集成性(Integrability)3)可轉(zhuǎn)換性(Convertibility)4)可診斷性(Diagnosability)5)客戶化性(Customization)

7.可重構(gòu)機(jī)床設(shè)計的主要目的是什么？可重構(gòu)機(jī)床包括那些內(nèi)涵？(P232)主要目的是使機(jī)床能快速低成本地適應(yīng)被加工零件的各種變化。

1)可重構(gòu)機(jī)床綜合了流水線機(jī)床和數(shù)控機(jī)床的優(yōu)點(diǎn)，它每次提供給客戶確定的、滿足其當(dāng)前需要的功能和生產(chǎn)能力，同時當(dāng)客戶的需求發(fā)生變化時，可快速改變機(jī)床的硬件和軟件結(jié)構(gòu)，以較低的成本在一個零件族內(nèi)快速調(diào)節(jié)／升級生產(chǎn)能力和功能性。2)可重構(gòu)機(jī)床由可重構(gòu)的硬/軟件組成。

3)可重構(gòu)機(jī)床必須設(shè)計開始就考慮可重構(gòu)性，而且必須由基本的硬／軟件模塊創(chuàng)建，能夠通過所設(shè)計的接口快速集成。

4)可重構(gòu)機(jī)床是開放的、模塊化結(jié)構(gòu)。

8.機(jī)械加工中常用的三類機(jī)電一體化系統(tǒng)是什么？(P232)DML、FMS和RMT三類機(jī)電一體化系統(tǒng)