第一篇：機電一體化(第二版)課后答案

1、試說機電一體化的含義

答：機電一體化是在機械主功能、動力功能、信息功能和控制功能上引進微電子技術(shù)，并將機械裝置與電子裝置用相關(guān)軟件有機結(jié)合而構(gòu)成系統(tǒng)的總稱。

2、機電一體化的主要組成、作用及其特點是什么

答：主要由機械本體、動力系統(tǒng)、傳感與檢測系統(tǒng)、信息處理及控制系統(tǒng)和執(zhí)行裝置等組成。機械本體用于支撐和連接其他要素，并把這些要素合理的結(jié)合起來，形成有機的整體。動力系統(tǒng)為機電一體化產(chǎn)品提供能量和動力功能，驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)工作以完成預定的主功能。傳感與檢測系統(tǒng)將機電一體化產(chǎn)品在運行過程中所需要的自身和外界環(huán)境的各種參數(shù)及狀態(tài)轉(zhuǎn)換成可以測定的物理量，同時利用檢測系統(tǒng)的功能對這些物理量進行測定，為機電一體化產(chǎn)品提供運行控制所需的各種信息。執(zhí)行裝置在控制信息的作用下完成要求的動作，實現(xiàn)產(chǎn)品的主功能。

3、工業(yè)三大要素是什么？

答：物質(zhì)、能量和信息。

4、傳統(tǒng)機電產(chǎn)品與機電一體化產(chǎn)品主要區(qū)別是什么？

答：傳統(tǒng)的機電產(chǎn)品機械與電子系統(tǒng)相對獨立，可以分別工作。機電一體化產(chǎn)品是機械系統(tǒng)和微電子系統(tǒng)的有機結(jié)合，從而賦予其新的功能和性能的一種新產(chǎn)品，產(chǎn)品功能是由所有功能單元共同作用的結(jié)果。1-

5、試舉幾個日常生活中的機電一體化產(chǎn)品？

自動洗衣機、空調(diào)、數(shù)碼相機

6、應用機電一體化技術(shù)的突出特點是什么？

答： ①精度提高；②生產(chǎn)能力和工作質(zhì)量提高；③使用安全性和可靠性提高；④調(diào)解和維護方便，使用性能改善；⑤具有復合功能，適用面廣；⑥改善勞動條件，有利于自動化生產(chǎn)；⑦節(jié)約能源，減少耗材；⑧增強柔性。

7、機電一體化的主要支撐技術(shù)有哪些，它們的作用如何？

答：

1、傳感測試技術(shù)，在機電一體化產(chǎn)品中，工作過程的各種參數(shù)、工作狀態(tài)以及工作過程有關(guān)的相關(guān)信息都要通過傳感器進行接收，并通過相應的信號檢測裝置進行測量，然后送入信息處理裝置以及反饋給控制裝置，以實現(xiàn)產(chǎn)品工作過程的自動控制。

2、信息處理技術(shù)，在機電一體化產(chǎn)品工作過程中，參與工作過程各種參數(shù)和狀態(tài)以及自動控制有關(guān)的信息輸入、識別、變換、運算、存儲、輸出和決策分析。

3、自動控制技術(shù)，主要實現(xiàn)機電一體化系統(tǒng)的目標最佳化。

4、伺服驅(qū)動技術(shù)，5、接口技術(shù)，將各組成要素的輸入/輸出裝置聯(lián)系成一體的系統(tǒng)。

6、精密機械技術(shù)，機電一體化產(chǎn)品的主功能和構(gòu)造功能大都以機械技術(shù)為主來實現(xiàn)。7.系統(tǒng)總體技術(shù)，將各有關(guān)技術(shù)協(xié)調(diào)配合、綜合運用。從而達到整體系統(tǒng)的最佳化。

1-8試論述機電一體化的發(fā)展趨勢。

答：智能化、模塊化、網(wǎng)絡化、微型化、綠色化、人格化和自適應化。

2-1機電一體化系統(tǒng)對傳動機構(gòu)的基本要求是什么？

傳動間隙小、精度高、低摩擦、體積小、重量輕、運動平穩(wěn)、響應速度快、傳動轉(zhuǎn)矩大、高諧振頻率以及與伺服電機等其他環(huán)節(jié)的動態(tài)性能相匹配等要求的傳動部件。

2-2絲杠螺母機構(gòu)的傳動形式及其特點是什么？

①螺母固定、絲杠轉(zhuǎn)動并移動。結(jié)構(gòu)簡單，精度較高，但剛性差。只適合行程較小的場合。

②絲杠轉(zhuǎn)動、螺母移動。結(jié)構(gòu)緊湊，絲杠剛性較好，適合工作行程較大的場合。

③螺母移動、絲杠移動。機構(gòu)較復雜且占用軸向空間較大，故應用很少。

④絲杠固定、螺母轉(zhuǎn)動并移動。結(jié)構(gòu)簡單，緊湊，但使用不方便，應用較少。

2-3滾珠絲杠副的組成及特點有哪些？

由絲杠、螺母、滾珠、反向器組成。特點：機構(gòu)復雜、成本高、無自鎖能力、軸向剛度高、運動平穩(wěn)。傳動精度高、不易磨損、使用壽命長。

2-4如何選擇滾珠絲杠副？

（1）根據(jù)防塵防護條件以及對調(diào)隙及預緊的要求，選擇適當?shù)慕Y(jié)構(gòu)形式。（2）選擇滾動絲杠副結(jié)構(gòu)尺寸。主要選擇絲杠的公稱直徑和基本導程。

2-5齒輪傳動的各級傳動比的分配原則是什么？輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則的含義是什么？

等效轉(zhuǎn)動慣量最小原則、重量最輕原則、輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則。

各級轉(zhuǎn)角誤差換算到末級輸出軸上的總轉(zhuǎn)角誤差最小。

2-6（1）0.022（2）最末兩級的傳動比應取大一些，并盡量提高最末一級齒輪副的加工精度。

2-8齒輪傳動的尺側(cè)間隙的調(diào)整方法有哪些？

偏心套（軸）調(diào)整法、軸向墊片調(diào)整法、雙片薄齒輪錯齒調(diào)整法

2-9對機械執(zhí)行機構(gòu)的基本要求有哪些？

慣性小、動力大；體積小、重量輕；便于維修、安裝；易于計算機控制

2-10簡述各類傳感器的特征及選用原則？

靜態(tài)特性和動態(tài)特性。

2-12簡述機電一體化系統(tǒng)中的執(zhí)行元件的分類和特點？

電氣式：操縱簡單，適宜編程，響應快，伺服性能好，易于微機相接

液壓式：輸出功率大，轉(zhuǎn)矩大，工作平穩(wěn)，承載能力強，但是占地面積大

氣壓式：可得到較大的驅(qū)動力，行程和速度，但由于具有可壓縮性，故不能在定位精度較高的場合使用。2-13簡述直流伺服電動機的PWM調(diào)速換向的工作原理？

脈沖寬度調(diào)制是通過改變輸出脈沖信號的占空比來改變電樞電壓的平均值，從而達到控制電機轉(zhuǎn)速的目的。

3-1簡述計算機控制系統(tǒng)的組成和特點

計算機由硬件和軟件組成。具有完善的輸入/輸出通道；具有實時控制功能；可靠性高；具有豐富、完善、能正確反映被控對象運動規(guī)律的軟件系統(tǒng)。

3-2簡述計算機控制系統(tǒng)的常用類型及其特點

過程控制系統(tǒng)：根據(jù)生產(chǎn)流程對設(shè)備巡回檢測，然后按照控制規(guī)律對生產(chǎn)過程控制

伺服系統(tǒng)：控制信號能夠穩(wěn)定、快速、準確的復現(xiàn)輸入信號的變化規(guī)律

順序控制系統(tǒng)：按照邏輯順序控制

數(shù)字控制系統(tǒng)：根據(jù)零件編程或路徑指令控制

3-3簡述計算機控制系統(tǒng)的基本要求和一般設(shè)計方法

實時性；高可靠性；硬件配置的可裝配可擴充性；可維護性。

3-4簡述常用的工業(yè)控制計算機類型及其特點

普通PC機：一般不用作工業(yè)控制，硬件無需設(shè)計，軟件開發(fā)復雜，抗干擾等差，成本較高

單片機：控制系統(tǒng)自行設(shè)計，軟硬件設(shè)計復雜，抗干擾等差，成本較低

可編程控制器:軟硬件設(shè)計簡單，抗干擾能力強，運行速度慢，適用邏輯控制為主工業(yè)控制

工業(yè)PC機：硬件設(shè)計簡單，軟件設(shè)計復雜，運行速度，抗干擾能力強，成本高，適合較大規(guī)模的工業(yè)現(xiàn)場控制

3-5 PLC的硬件系統(tǒng)主要由哪幾部分組成？各部分的作用是什么？

由CPU，存儲器，輸入/輸出單元，電源，編程器，其他接口電路。CPU是PLC的運算和控制核心，存儲器用來存儲數(shù)據(jù)和程序，I/O單元是CPU與現(xiàn)場I/O設(shè)備或其他外部設(shè)備之間的連接部件，電源提供電力，編程器用于對程序編輯，其他接口用于擴展PLC的功能。

3-6 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計步驟一般分為哪幾步？

選擇用戶輸入/輸出設(shè)備；選擇PLC；分配I/O點，繪制輸入/輸出端子的連接圖；設(shè)計控制程序；如果必要設(shè)計操作臺等；編制控制系統(tǒng)的技術(shù)文件。

3-9數(shù)字PID控制器的參數(shù)整定方法有哪些？

湊試法確定PID調(diào)節(jié)參數(shù)；實驗經(jīng)驗法確定PID調(diào)節(jié)參數(shù)。

3-10簡述嵌入式系統(tǒng)的組成？

嵌入式系統(tǒng)組成包括硬件和軟件兩部分。硬件包括處理器/微處理器，存儲器，電源模塊，外圍電路及外設(shè)器件，I/O端口，圖形控制器；軟件包括操作系統(tǒng)和應用程序。

3-11簡述嵌入式系統(tǒng)的軟硬件協(xié)同設(shè)計方法？

需求分析和描述；設(shè)計建模；軟硬件劃分；軟硬件協(xié)同設(shè)計；軟硬件實現(xiàn)和綜合；軟硬件協(xié)同測試和驗證。

3-12簡述計算機控制系統(tǒng)的設(shè)計思路？

確定系統(tǒng)總體控制方案；建立數(shù)學模型并確定控制算法；選擇微型計算機；控制系統(tǒng)總體設(shè)計；軟件設(shè)計；系統(tǒng)調(diào)試。

5-1．接口的定義及作用

答： 定義：機電一體化系統(tǒng)由許多要素或是子系統(tǒng)構(gòu)成，各要素或子系統(tǒng)之間必須能夠順利進行物質(zhì)、能量和信息的傳遞與交換。各種要素或各子系統(tǒng)相接處必須具備一定的聯(lián)系條件，這些聯(lián)

系條件稱為接口。

作用：1.通過輸入輸出接口將其人、自然及其他系統(tǒng)相連；2.通過許多接口將系統(tǒng)構(gòu)成要素聯(lián)系為一體。

5-2.按接口所聯(lián)系的子系統(tǒng)不同，以信息處理系統(tǒng)（微電子系統(tǒng)）為出發(fā)點將接口分為哪幾類？各自特點是什么？

答： 按微電子系統(tǒng)分為人機接口和機電接口；

人機接口特點：人機接口包括輸出與輸入接口兩類，通過輸出接口。操作者對系

統(tǒng)的運行狀態(tài)、各種參數(shù)進行監(jiān)測；通過輸入接口操作者向系統(tǒng)輸入各種命令及控制

參數(shù)，對系統(tǒng)運行進行控制。

機電接口特點：機電接口按信息傳遞方向可分信息采集接口與控制量輸出接口。

計算機通過信息采集接口接收傳感器輸出信號，檢測機械系統(tǒng)運動參數(shù)，經(jīng)過運算處

理后，發(fā)出有關(guān)控制信號，經(jīng)過控制輸出接口的匹配、轉(zhuǎn)換、功率放大、驅(qū)動執(zhí)行元

件來調(diào)節(jié)機械系統(tǒng)運行狀態(tài)，使其按要求動作。

5-3.輸入接口可以有哪些方法？各自適用什么場合？

答：（1）簡單開關(guān)輸入接口；（2）鍵盤輸入接口

簡單開關(guān)輸入主要用于一些二值化的控制命令和參數(shù)；鍵盤輸入主要用于操作者需要輸入指 令或參數(shù)比較多時。

5-4.ADC0809的結(jié)構(gòu)及工作原理是什么？

答： ADC0809是一種8路模擬量輸入8位數(shù)字量輸出的逐次逼近法A/D器件。

工作原理：其內(nèi)部除A/D轉(zhuǎn)換部分，還有模擬開關(guān)部分。多路開關(guān)有8路模擬量輸入

端，最多允許8路模擬量分時輸入，共用一個A/D轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換。8路模擬開關(guān)切換由地

址鎖存和譯碼控制，3根地址線與A、B、C引腳直接相連，通過ALE鎖存。

5-5.控制量輸出接口的作用是什么？有那些種具體形式？各自使用什么情況？

答：作用：控制微機通過信息采集接口檢測機械系統(tǒng)的狀態(tài)，經(jīng)過運算處理，發(fā)出有關(guān)控制 信號，經(jīng)過控制輸出接口的匹配、轉(zhuǎn)換、和功率放大，驅(qū)動執(zhí)行元件去調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運行狀態(tài)，使其按設(shè)計要求運行。

具體有：（1）模擬量輸出接口；（2）功率驅(qū)動接口。

使用情況：（1）模擬量輸出使用在被控對象要求模擬量作為控制信號，如交流電動機變頻調(diào) 速、直流電動機調(diào)速器，而計算機系統(tǒng)是數(shù)字系統(tǒng)，不能輸出模擬量的時候。（2）功率驅(qū)動 主要把微機系統(tǒng)后向通道的弱電控制信號轉(zhuǎn)換成能驅(qū)動執(zhí)行元件動作的具體一定電壓和電

流的強電功率信號或液壓氣動信號。

5-6.什么是電磁兼容性？

答： 電磁兼容性是指設(shè)備在共同的電磁環(huán)境中能一起執(zhí)行各自功能的共存狀態(tài)，即該設(shè)備

不會由于受到處于同一電磁環(huán)境中其他設(shè)備電磁發(fā)射導致或遭受不允許的降級。

5-7.何謂電磁干擾？電磁必須干擾具備條件是什么？

答：電磁干擾是指系統(tǒng)在工作過程中出現(xiàn)的一些與有用信號無關(guān)的，并且對系統(tǒng)性能或信號 傳輸有害電氣變化現(xiàn)象。

具備條件：（1）存在干擾源；（2）有相應的傳輸介質(zhì)；（3）有敏感的接收元件。

5-8.電磁兼容性設(shè)計的目的是什么？如何進行？

答：電磁兼容性設(shè)計是應用那些已由理論和實踐證明，能保證系統(tǒng)相對免除電磁干擾的設(shè)計 方法，對干擾加以控制。？？？

5-9.電磁干擾有哪三種形式？并舉例說明？

答：電磁干擾形式：（1）電容性耦合（2）電感性耦合（3）電磁場耦合5-10.在電磁輻射耦合中，如何判別干擾源的性質(zhì)？

答：常把干擾源通過電場耦合看成電容性耦合（電場耦合），通過磁場的耦合看點成電感耦

合，電場和電場同時存在則為電磁場耦合。

5-11.為了抑制電容性、電感性和電磁場三種耦合形式，應分別采取何種有效措施？

答：常用的方法有濾波、降低或消除公共阻抗、屏蔽、隔離等

5-12、常見的抑制電磁干擾措施有哪些？

答：常用的方法有濾波、降低或消除公共阻抗、屏蔽、隔離。

13、如何進行電場屏蔽，磁場屏蔽？

答：電場屏蔽：利用金屬屏蔽體可以對電場起到屏蔽作用，屏蔽體必須完善并良好地接地。最好用低電阻金屬（銅、鋁）做成屏蔽罩，并使之與機殼（地）可靠相連。

磁場屏蔽：低頻磁場屏蔽：采用磁屏蔽，用鐵磁材料制成管狀或杯狀罩進行磁場屏蔽，這樣可以將磁場干擾限制在屏蔽罩內(nèi)，也可以使外界低頻干擾磁場對置于屏蔽罩內(nèi)的電路和器件不產(chǎn)生干擾。還可以利用雙絞線予以消除。高頻磁場屏蔽：采用低電阻率的金屬良好導體材料來屏蔽，把金屬導體做成金屬盒，把線圈包圍起來，則線圈電流產(chǎn)生的高頻磁場在金屬盒內(nèi)壁產(chǎn)生渦流，從而把原磁場限制在盒內(nèi)，不至于外泄漏。金屬外的高頻磁場同樣由于渦流的作用只能繞過金屬盒，不能進入盒內(nèi)，從而屏蔽了外界的干擾。

14、接地系統(tǒng)分為幾類？舉例說明。

答：接地系統(tǒng)分為保護地線、工作地線、地環(huán)路和屏蔽接地。電氣設(shè)備的機殼、底盤接地等 5-

15、如何實施軟件抗干擾？

答：（1）數(shù)據(jù)采樣的抗干擾設(shè)計： 1.抑制工頻干擾； 2.數(shù)字濾波

（2）程序運行失常的軟件抗干擾設(shè)計： 1.軟件陷阱法； 2.WTD技術(shù)法

6-1 簡述機電一體化系統(tǒng)設(shè)計流程。P268

答：第一階段：產(chǎn)品規(guī)劃。對產(chǎn)品進行需求分析、需求設(shè)計與可行性分析；

第二階段：概念設(shè)計。擬定總體方案、劃分功能模塊以及對方案進行論證、確定模塊設(shè)計目標；

第三階段：詳細設(shè)計。對各功能模塊和接口細部設(shè)計，并對所做的設(shè)計進行總體評價；

第四階段：設(shè)計實施。制造、裝配和編制各功能模塊并進行調(diào)試，以及對系統(tǒng)進行整體安裝調(diào)試與可靠性、抗干擾性復核

第五階段：設(shè)計定型階段。對系統(tǒng)進行工藝定型，編寫技術(shù)文檔資料。

6-2 開發(fā)性設(shè)計、適應性設(shè)計、變型設(shè)計有何異同? P271

答：開發(fā)性設(shè)計是在工作原理、結(jié)構(gòu)等完全未知的情況下，設(shè)計出質(zhì)量和性能方面滿足目的的要求的新產(chǎn)品，是一種完全創(chuàng)新的設(shè)計。

適應性設(shè)計是在總的方案原理基本保持不變的情況下，對現(xiàn)有產(chǎn)品進行局部更改，或用微電子技術(shù)代替原有的機械結(jié)構(gòu)，或為了進行微電子控制對機械結(jié)構(gòu)進行局部適應性設(shè)計，以使產(chǎn)品的性能和質(zhì)量增加某些附加價值。

變型設(shè)計是在已有產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，針對原有缺點或新的工作要求，從工作原理、功能結(jié)構(gòu)、執(zhí)行機構(gòu)類型和尺寸等方面進行一些變異，設(shè)計出新產(chǎn)品。

6-3 何謂概念設(shè)計？簡述其具體設(shè)計步驟。P275

答：在確定任務之后，通過抽象化，擬定功能結(jié)構(gòu)，尋求適當?shù)淖饔迷砑捌浣M合等，確定出基本求解途徑，得出求解方案，這一部分設(shè)計工作叫做概念設(shè)計。

步驟：首先將設(shè)計任務抽象化，確定出系統(tǒng)的總功能，抓住本質(zhì)，尋找解決問題的多種方法。

其次將總功能分解成子功能，知道分解到不能再分解，然后尋找子功能的解，并將原理進行組合，對眾多方案進行評價決策，最終選定最佳方案。

6-4 如何進行設(shè)計任務抽象化？其作用是什么？ P278-279

答：工程設(shè)計中常用的抽象方法是黑箱法，將待求系統(tǒng)看作是黑箱，分析和比較系統(tǒng)的輸入/輸出的物料流、能量流、信息流的差別和關(guān)系，從而反映出系統(tǒng)的總功能，然后探求系統(tǒng)的機理和結(jié)構(gòu)，逐步使黑箱透亮，直到方案的擬訂。其作用是能擴大解的范圍，放開視野，尋求更為理想的設(shè)計方案。6-5 總功能為什么要分解？應如何進行分解？P280-281

答：（1）因為新產(chǎn)品的整體功能是由不同組成部分相互協(xié)調(diào)共同完成的，對總功能進行分解既可顯示各功能元、子功能與總功能之間的關(guān)系，又可通過各功能元之間的有機組合求系統(tǒng)方案。

（2）首先從上層子功能的結(jié)構(gòu)考慮起，建立該層功能結(jié)構(gòu)的鄒形，再逐層向下細化，最終得到完善的功能結(jié)構(gòu)圖。

6-7 為什么要進行系統(tǒng)的評價和決策？分別簡述其步驟。P288

答：進行系統(tǒng)評價是為了對評價的事物與一定的對象進行比較，決定該事物的價值；進行系統(tǒng)決策是為了從各種可供選擇的方案中，選出作為實現(xiàn)特定目標的最佳方案。

系統(tǒng)評價的步驟：（1）明確系統(tǒng)評價的目的；（2）分析系統(tǒng)、熟悉系統(tǒng)；（3）建立評價指標體系；（4）確定評價尺度；（5）確定評價方法；（6）計算評價價值；（7）綜合評價。

系統(tǒng)決策步驟：（1）發(fā)現(xiàn)問題；（2）確定目標；（3）制定方案；（4）評價與決策；（5）反饋。

第二篇：機電一體化課后答案

第一章 1-1.試說明較為人們所接受的機電一體化的含義。

答：機電一體化乃是在機械的主功能、動力功能、信息功能和控制功能上引進微電子技術(shù)，并將機械裝置與電子裝置用相關(guān)軟件有機結(jié)合而構(gòu)成系統(tǒng)的總稱。

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

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

②.對應的五大功能為：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)格尺寸使之適應于量的方面有所變更的需求。

3、適應性設(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)品進行局部更改，或用微電子技術(shù)代替原有的機械結(jié)構(gòu)或為了進行微電子控制對機械結(jié)構(gòu)進行局部適應性設(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.簡述計算機輔助設(shè)計與并行工程、虛擬設(shè)計、快速響應設(shè)計、綠色設(shè)計、反求設(shè)計等的含義。

答：

1、計算機輔助設(shè)計是設(shè)計機電一體化產(chǎn)品的有力工具，用來設(shè)計一般機械產(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)過程作為一個有機整體進行綜合協(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)實技術(shù)的新一代計算機輔助設(shè)計。

4、快速響應設(shè)計是實現(xiàn)快速響應工程的重要環(huán)節(jié)，快速響應工程是企業(yè)面對瞬息萬變的市場環(huán)境，不斷迅速開發(fā)適應市場的新系統(tǒng)，快速響應設(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、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)，運用各種專業(yè)人員的工程設(shè)計經(jīng)驗、知識和創(chuàng)新思維，對已有的系統(tǒng)進行剖析、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)整預緊式滾珠絲杠，其基本導程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iHr=100時，Zg=99，當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.簡述導軌的主要作用，導軌副的組成、種類及應滿足的基本要求。

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

導軌副的組成：導軌副主要由承導件和運動件兩大部分組成。

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

導軌副應滿足的基本要求：導向精度高、剛性好、運動輕便平穩(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，電機轉(zhuǎn)的就快，反之，電機轉(zhuǎn)的就慢。電機的換向是通過橋式電路來實現(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脈沖從而實現(xiàn)電機的轉(zhuǎn)向控制。為使其實現(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 的基級上加以負脈沖，這時 1 和 3 導通，2 和 4 導通。設(shè)此時的電動機轉(zhuǎn)向為正；反之，則為負。電流的方向與前一情況相反，電動機轉(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和導通率就可以改變電動機的轉(zhuǎn)向和速。

3-11 簡述步進電機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 試說明微型計算機的基本特點及選用要點。

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、列線按二進制順序排列，當某一鍵按下時，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，當控制信號為低電平時，法官二極管導通并發(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。

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)品的應用環(huán)境、使用條件和維護要求。

第五章

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

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

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 用所學機械控制工程基礎(chǔ)對機電一體化系統(tǒng)元、部件的動態(tài)特性進行分析。

答：機械系統(tǒng)在傳遞運動的同時還將進行力的傳遞。因此，機械系統(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)的響應就慢。如書本P207圖5.15a所示，輸入為力Fx(t)時，其響應為Fy(t)或y(t)?f(x(t))，系統(tǒng)負載質(zhì)量和慣量不同，其響應快慢也不同。含有機械負載的機械系統(tǒng)動態(tài)特性如圖5.15b所示。如果是齒輪減速器，其機構(gòu)的運動變換函數(shù)y?f(x)?()x就是線性變換。如果只有機構(gòu)的轉(zhuǎn)動慣量Jm，則其動態(tài)特性為

1t1，如果只有負載轉(zhuǎn)動慣量JL，則其負載反

(Jms2)力為JLs2y。包括負載在內(nèi)的機械總體的動態(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)控機床坐標系的定義規(guī)則。

答：數(shù)控機床坐標系統(tǒng)采用右手直角笛卡兒坐標系，確定機床坐標系時，假定刀具相對工件做相對運動。該標準規(guī)定機床傳遞切削力的主軸軸線為Z坐標。當機床有機個主軸時，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為Z的正方向。

X坐標是水平的，它平行于工件的裝夾面。對工件旋轉(zhuǎn)的機床，取刀具遠離工件的方向為X的正方向。對于刀具旋轉(zhuǎn)的機床則規(guī)定：當Z軸為水平時，從刀具主軸后端向工件方向看，X正方向為向右方向；當Z軸為垂直時，對單立柱機床，面對刀具主軸向主軸方向看，右手方向為正方向。y坐標按右手直角笛卡兒坐標系確定其正方向。

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M01選擇停機，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；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。

G指令代碼：1.坐標平面選擇指令（G17、G18、G19）；2.絕對值和增量值編程指令（G90、G91）；3.快速點定位指令（G00）4.直線插補指令（G01）；5.圓弧插補指令（G01）；6.刀具半徑補償指令（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，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，當電動機在齒隙范圍內(nèi)運動時，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)。當電動機轉(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。又因為系統(tǒng)具有慣量，當被控對象轉(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，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，對于可修復的系統(tǒng)也可稱故障。

7-10 保證機電一體化系統(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：機電一體化課后答案

機電一體化（第二版）

課后答案

第一章

1-1.試說明較為人們所接受的機電一體化的含義。

答：機電一體化乃是在機械的主功能、動力功能、信息功能和控制功能上引進微電子技術(shù)，并將機械裝置與電子裝置用相關(guān)軟件有機結(jié)合而構(gòu)成系統(tǒng)的總稱。

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

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

②.對應的五大功能為：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)格尺寸使之適應于量的方面有所變更的需求。

3、適應性設(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)品進行局部更改，或用微電子技術(shù)代替原有的機械結(jié)構(gòu)或為了進行微電子控制對機械結(jié)構(gòu)進行局部適應性設(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.簡述計算機輔助設(shè)計與并行工程、虛擬設(shè)計、快速響應設(shè)計、綠色設(shè)計、反求設(shè)計等的含義。

答：

1、計算機輔助設(shè)計是設(shè)計機電一體化產(chǎn)品的有力工具，用來設(shè)計一般機械產(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)過程作為一個有機整體進行綜合協(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)實技術(shù)的新一代計算機輔助設(shè)計。

4、快速響應設(shè)計是實現(xiàn)快速響應工程的重要環(huán)節(jié)，快速響應工程是企業(yè)面對瞬息萬變的市場環(huán)境，不斷迅速開發(fā)適應市場的新系統(tǒng)，快速響應設(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、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)，運用各種專業(yè)人員的工程設(shè)計經(jīng)驗、知識和創(chuàng)新思維，對已有的系統(tǒng)進行剖析、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)整預緊式滾珠絲杠，其基本導程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iHr=100時，Zg=99，當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.簡述導軌的主要作用，導軌副的組成、種類及應滿足的基本要求。

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

導軌副的組成：導軌副主要由承導件和運動件兩大部分組成。

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

導軌副應滿足的基本要求：導向精度高、剛性好、運動輕便平穩(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，電機轉(zhuǎn)的就快，反之，電機轉(zhuǎn)的就慢。電機的換向是通過橋式電路來實現(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脈沖從而實現(xiàn)電機的轉(zhuǎn)向控制。為使其實現(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 的基級上加以負脈沖，這時 1 和 3 導通，2 和 4 導通。設(shè)此時的電動機轉(zhuǎn)向為正；反之，則為負。電流的方向與前一情況相反，電動機轉(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和導通率就可以改變電動機的轉(zhuǎn)向和速。

3-11 簡述步進電機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 試說明微型計算機的基本特點及選用要點。

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、列線按二進制順序排列，當某一鍵按下時，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，當控制信號為低電平時，法官二極管導通并發(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。

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)品的應用環(huán)境、使用條件和維護要求。

第五章

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

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

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 用所學機械控制工程基礎(chǔ)對機電一體化系統(tǒng)元、部件的動態(tài)特性進行分析。

答：機械系統(tǒng)在傳遞運動的同時還將進行力的傳遞。因此，機械系統(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)的響應就慢。如書本P207圖5.15a所示，輸入為力Fx(t)時，其響應為Fy(t)或y(t)?f(x(t))，系統(tǒng)負載質(zhì)量和慣量不同，其響應快慢也不同。含有機械負載的機械系統(tǒng)動態(tài)特性如圖5.15b所示。如果是齒輪減速器，其機構(gòu)的運動變換函數(shù)y?f(x)?()x就是線性變換。如果只有機構(gòu)的轉(zhuǎn)動慣量Jm，則其動態(tài)特性為

1t1，如果只有負載轉(zhuǎn)動慣量JL，則其負載反2(Jms)力為JLs2y。包括負載在內(nèi)的機械總體的動態(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)控機床坐標系的定義規(guī)則。

答：數(shù)控機床坐標系統(tǒng)采用右手直角笛卡兒坐標系，確定機床坐標系時，假定刀具相對工件做相對運動。該標準規(guī)定機床傳遞切削力的主軸軸線為Z坐標。當機床有機個主軸時，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為Z的正方向。

X坐標是水平的，它平行于工件的裝夾面。對工件旋轉(zhuǎn)的機床，取刀具遠離工件的方向為X的正方向。對于刀具旋轉(zhuǎn)的機床則規(guī)定：當Z軸為水平時，從刀具主軸后端向工件方向看，X正方向為向右方向；當Z軸為垂直時，對單立柱機床，面對刀具主軸向主軸方向看，右手方向為正方向。y坐標按右手直角笛卡兒坐標系確定其正方向。

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M01選擇停機，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；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。

G指令代碼：1.坐標平面選擇指令（G17、G18、G19）；2.絕對值和增量值編程指令（G90、G91）；3.快速點定位指令（G00）4.直線插補指令（G01）；5.圓弧插補指令（G01）；6.刀具半徑補償指令（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，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，當電動機在齒隙范圍內(nèi)運動時，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)。當電動機轉(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。又因為系統(tǒng)具有慣量，當被控對象轉(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，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，對于可修復的系統(tǒng)也可稱故障。

7-10 保證機電一體化系統(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)。

第四篇：機電一體化課后小結(jié)

1.機電一體化技術(shù)是建立在機械技術(shù)、微電子技術(shù)、計算機和信息處理技術(shù)、自動控制技術(shù)、傳感與測試技術(shù)、電力電子技術(shù)、伺服驅(qū)動技術(shù)、系統(tǒng)總體技術(shù)等現(xiàn)代高新技術(shù)群體之上的一種高新技術(shù)。

2.機電一體化發(fā)展概況：1）20世紀60年代前為第一階段，“萌芽階段”；2）70年代到80年代為第二階段，“蓬勃發(fā)展階段”；3）90年代后期開始為第三階段，“智能化階段”。

3.機電一體化的目的是使產(chǎn)品具有多功能、高效率、高智能、高可靠性，同時又能省材料、省能源，并使產(chǎn)品向輕、薄、細、小、巧的方向發(fā)展，以不斷滿足人們的多樣化要求和生產(chǎn)的省力化、自動化需求。

4.機電一體化產(chǎn)品一般都具有5種內(nèi)部功能，即主功能、動力功能、檢測功能，控制功能和構(gòu)造功能。

5.機電一體化的基本結(jié)構(gòu)要素：機械本體、動力源、檢測與傳感裝置、控制與信息處理裝置、執(zhí)行機構(gòu)。

6.機電一體化產(chǎn)品按照機電結(jié)合程度和形式分3類：1）功能附加型；2）功能替代型；3）機電融合型。

7.機電一體化設(shè)計的共性關(guān)鍵技術(shù)包括6方面：1）機械技術(shù)；2）計算機與信息處理技術(shù) ；3）檢測與傳感器技術(shù)；4）自動控制技術(shù)；5）伺服驅(qū)動技術(shù)；6）系統(tǒng)總體技術(shù)。

8.機電一體化產(chǎn)品設(shè)計可分為3種類型：1）開發(fā)性設(shè)計（創(chuàng)造）； 2）適應性設(shè)計（變動或改進）；3）變異性設(shè)計（改變參數(shù)的系列化設(shè)計）。9.機電一體化設(shè)計是一項復雜的系統(tǒng)工程，需要綜合應用各項共性關(guān)鍵技術(shù)，必須考慮各種技術(shù)方案的等效性、互補性及可比性。1）當產(chǎn)品的某一功能單靠一種技術(shù)無法實現(xiàn)時，必須進行機械與電子及其它多種技術(shù)有機結(jié)合；2）當產(chǎn)品的某一功能的實現(xiàn)有多種技術(shù)方案時，也必須應用機電一體化技術(shù)對各種技術(shù)方案進行分析和評價，在充分考慮同其他功能單元的連接與匹配的條件下，選擇最優(yōu)的技術(shù)方案。

10.機電一體化產(chǎn)品設(shè)計時，應盡量以計算機為工具，充分利用計算機輔助設(shè)計、仿真分析、模擬設(shè)計、優(yōu)化設(shè)計、動態(tài)分析設(shè)計、可靠性設(shè)計等現(xiàn)代設(shè)計方法，以提高產(chǎn)品設(shè)計的效率和質(zhì)量。

1.機械系統(tǒng)的功用：機械系統(tǒng)是機電一體化系統(tǒng)的最基本要素，是由計算機協(xié)調(diào)與控制的，用于完成包括機械力、運動和能量流等動力學任務的機械及機電部件相互聯(lián)系的系統(tǒng)。

2.機電一體化對機械系統(tǒng)的要求：1）高精度；2）快速響應；3）良好的穩(wěn)定性。穩(wěn)定是前提，精度和快速響應性是關(guān)鍵。機械傳動系統(tǒng)的特性：轉(zhuǎn)動慣量?。粍偠却?；阻尼合適；摩擦小；間隙??；抗振性能好。

3.機電一體化機械系統(tǒng)的主要組成：機械系統(tǒng)包括傳動部件、導向支撐結(jié)構(gòu)和執(zhí)行機構(gòu)等，用于完成傳遞功率、運動和完成指定的動作。

4.傳動機構(gòu)性能要求：1）轉(zhuǎn)動慣量小，轉(zhuǎn)動慣量大會造成系統(tǒng)機械負載增大，系統(tǒng)響應速度變慢，靈敏度降低，系統(tǒng)固有頻率下降，產(chǎn)生諧振。設(shè)計傳動機構(gòu)時應盡量減小轉(zhuǎn)動慣量。2）剛度大，剛度是使彈性體產(chǎn)生單位變形量所需的作用力，設(shè)計時應選用大剛度的機構(gòu)；3）阻尼合適，機械系統(tǒng)產(chǎn)生共振時，系統(tǒng)中阻尼越大，最大振幅就越小，且衰減越快；但

阻尼大會使系統(tǒng)增大穩(wěn)態(tài)誤差，降低精度。設(shè)計時傳動機構(gòu)的阻尼應選擇適當；4）摩擦小（提高機構(gòu)的靈敏度）；5）抗振性好（提高機構(gòu)的穩(wěn)定性）；6）間隙?。ūＷC機構(gòu)的傳動精

5.常用傳動結(jié)構(gòu)：1）無側(cè)隙齒輪傳動機構(gòu)；2）滾珠絲杠副傳動機構(gòu) ；3）同步帶傳動機構(gòu)；4）諧波齒輪減速器；5）軟軸傳動機構(gòu)；6）間歇機構(gòu)。

6.由于齒輪傳動的瞬時傳動比為常數(shù)，傳動精確度高，可做到零側(cè)隙無回差，強度大能承受重載，結(jié)構(gòu)緊湊，摩擦力小和效率高等原因。由于機電一體化產(chǎn)品中的傳動機構(gòu)具有自換向功能，就會使進給運動的反向滯后于指令信號，從而影響其驅(qū)動精度。因此必須采取措施消除齒輪傳動中的間隙，以保證機構(gòu)的雙向傳動精度。

7.無側(cè)隙齒輪傳動機構(gòu)主要有：1）直齒圓柱齒輪傳動機構(gòu)：①偏心軸套調(diào)整法、②雙片薄齒輪錯齒調(diào)整法 ；2）斜齒輪傳動機構(gòu)：①墊片調(diào)整法、②軸向壓簧錯齒調(diào)整法；3）錐齒輪傳動機構(gòu) ：①軸向壓簧調(diào)整法、②周向壓簧調(diào)整法；4）齒輪齒條傳動機構(gòu)。

8.提高齒輪傳動精度的措施：1）齒輪誤差的綜合；2）合理布置傳動鏈；3）最佳總傳動比的確定；4）各級傳動比的最佳分配原則：5）三種原則的選擇。9.滾珠絲杠副傳動機構(gòu)工作原理：絲杠和螺母的螺紋滾道間有滾珠，當絲杠或螺母轉(zhuǎn)動時，滾珠沿螺紋滾道滾動，則絲杠和螺母之間相對運動時產(chǎn)生滾動摩擦，為防止?jié)L珠從滾道中滾出，在螺母的螺旋槽兩端設(shè)有回程引導裝置，與螺紋滾動形成循環(huán)回路，使?jié)L珠在螺母滾道內(nèi)循環(huán)。

10.滾珠絲杠副的特點： ①傳動效率高。達到 90%~95%。耗費能量為滑動絲杠1/3；②運動具有可逆性；③系統(tǒng)剛度好；④傳動精度高；⑤使用壽命長；⑥不能自鎖。需要設(shè)置制動裝置；⑦工藝復雜。

11.滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)類型：可從螺紋滾道的截面形狀、滾珠的循環(huán)方式和消除軸向間隙的調(diào)整方法進行區(qū)別。1）按螺紋滾道截面形狀分類：滾珠絲杠副的螺紋滾道型面的形狀有單圓弧型和雙圓弧型。2）按滾珠的循環(huán)方式分類：內(nèi)循環(huán) 和外循環(huán)2種。①內(nèi)循環(huán)：內(nèi)循環(huán)方式的滾珠在循環(huán)過程中與絲杠表面保持接觸。②外循環(huán)：外循環(huán)方式中的滾珠在循環(huán)返回時，離開絲杠螺紋滾道，在螺母體內(nèi)或體外做循環(huán)運動。外循環(huán)有3種形式：端蓋式、螺旋槽式、插管式。12.滾珠絲杠副軸向間隙的調(diào)整和施加預緊力的方法：滾珠絲杠副既對本身單一方向的傳動精度有要求，又對其軸向間隙有嚴格要求，以保證其反向傳動精度。通常采用雙螺母預緊或單螺母（大滾珠、大導程）的方法，把彈性變形控制在最小限度內(nèi)，以減小或消除軸向間隙，并可以提高滾珠絲杠副的剛度。13.滾珠絲杠副安裝中的支撐方式選擇：雙推—自由式（一端固定，一端自由）；雙推—簡支式（一端固定，一端游動）；雙推—雙推式。

14.同步帶傳動是綜合帶傳動、齒輪傳動和鏈傳動特點的一種新型傳動。利用齒形帶的齒形與帶輪的輪齒依次相嚙合傳遞運動和動力。

15.同步帶傳動特點：1）兼有帶傳動、齒輪傳動及鏈傳動的優(yōu)點，能方便的實現(xiàn)較遠距離傳動且無相對滑動，平均傳動比較準確；2）傳動精度高，且?guī)У膹姸雀摺⒑穸刃?、重量輕，用于低速及高速傳動，傳動效率高；3）使用中齒形帶不需張緊，作用在軸和軸承處的載荷小，傳動效率高。同步帶傳動缺點：安裝精度要求高、中心距要求嚴格，具有一定的蠕變性；制造工藝復雜，成本高。16.諧波齒輪傳動具有結(jié)構(gòu)簡單、傳動比大（幾十~幾百）、傳動精度高、回程誤差小、噪聲低、傳動平穩(wěn)、承載能力強、效率高等優(yōu)點，在工業(yè)機器人、航空、火箭等機電一體化系統(tǒng)中日益得到廣泛應用。

17.諧波傳動由3個主要構(gòu)件所組成，即具有內(nèi)齒的剛輪、具有外齒的柔輪和波發(fā)生器。通常波發(fā)生器為主動件，而剛輪和柔輪之一為從動件，另一個為固定件。

18.諧波齒輪傳動的優(yōu)點 ：傳動比大；單級諧波齒輪傳動50-500，多級和復式80000以上；承載能力大。同時嚙合齒數(shù)30％~40％；傳動精度高。誤差均化齒側(cè)間隙??；可以向密封空間傳遞運動或動力；傳動平穩(wěn)，基本上無沖擊振動；傳動效率高，單級69％~96％；結(jié)構(gòu)簡單、體積小、質(zhì)量輕。19.諧波齒輪傳動的缺點 ：柔輪和波發(fā)生器制造復雜（成本高），柔輪周期性變形，易疲勞破壞；轉(zhuǎn)動慣量和啟動力矩大，不適于小功率傳動，散熱差；不能用于傳動比較小場合（i <35）；不能做成交叉軸和相交軸的結(jié)構(gòu)。

20.軟軸又稱鋼絲軟軸，是由幾層緊密纏在一起的彈簧鋼絲層構(gòu)成的，相鄰鋼絲層的纏繞方向相反。工作時，相鄰兩層鋼絲中的一層趨于擰緊，另一層趨于擰松，以使各層鋼絲間趨于壓緊，傳遞轉(zhuǎn)矩。

21.常用的軟軸傳動的結(jié)構(gòu)形式有功率型軟軸和控制型軟軸。

22.軟軸傳動應用范圍：1）主要用于兩個傳動件的軸線不在同一直線上或工作時彼此要求有相對運動的場合；2）可以彎曲地繞過各種障礙物，遠距離傳遞回轉(zhuǎn)運動；3）適合受連續(xù)沖擊，也適合高速、小扭矩的場合，其轉(zhuǎn)速可達20000r/min，功率不超過5.5kW；4）不適合低速大轉(zhuǎn)矩的傳動。23.間歇傳動部件有：棘輪傳動、槽輪傳動（馬爾他或馬氏機構(gòu)）、蝸形凸輪傳動等部件。

24.導軌的功用：機電一體化產(chǎn)品要求其機械系統(tǒng)的各運動機構(gòu)必須得到安全的支撐，并能準確地完成其特定方向的運動。機電一體化產(chǎn)品的導向結(jié)構(gòu)是導軌，其作用是導向和支撐。

25.導軌的分類和特點：導軌主要由兩部分組成，在工作時一部分固定不動，稱為支撐導軌（或?qū)榆墸?，另一部分相對支撐導軌作直線或回轉(zhuǎn)運動，稱為動導軌（或滑座）；1）滑動導軌；2）滾動導軌。

26、導軌的基本要求：1）導向精度； 2）耐磨性；3）疲勞和壓潰 ；4）剛度；5）低速運動平穩(wěn)性；6）結(jié)構(gòu)工藝性

26.滾動直線導軌的特點：承載能力大；剛性強；壽命長；傳動平穩(wěn)可靠；具有結(jié)構(gòu)自調(diào)整能力。

27.滾動直線導軌分類：①滾動導軌按滾動體形狀，分為滾珠、滾柱導軌等；②按導軌截面形狀分，有矩形和梯形2種；③按滾道溝槽形狀分，有單圓弧和雙圓弧2種。

28.常用的塑料導軌材料有3種：1）塑料導軌軟帶：①摩擦系數(shù)低且穩(wěn)定；②動靜摩擦系數(shù)相近；③吸收振動；④耐磨性好；⑤化學穩(wěn)定性好；⑥維護修理方便；⑦經(jīng)濟性好；2）金屬塑料復合導軌板：摩擦特性優(yōu)良，耐磨損；3）塑料涂層。

29.機電一體化產(chǎn)品由機械分系統(tǒng)和微電子分系統(tǒng)2大部分組成。

30.按照接口所聯(lián)系的子系統(tǒng)不同，以控制微機（微電子系統(tǒng)）為出發(fā)點，將接口分為人機接口與機電接口2大類。

31.人機接口是指操作者與機電系統(tǒng)（主要是控制微機）之間進行信息交換的接口。包括人機輸入接口和人機輸出接口。

32.人機接口的特點：1）專用性；2）低速性；3）高性能價格比。33.消除抖動方法：軟件方法和硬件方法。

34.撥盤接口設(shè)計可分為①靜態(tài)接口方法；②動態(tài)接口方法。35.鍵盤可分為獨立式鍵盤和矩陣式（行列式）鍵盤2種。36.編碼鍵盤和非編碼鍵盤；鍵名和鍵值的確定。

37.鍵值求法：①行線權(quán)值和列線權(quán)值直接組合；②公式法；③首號+行號。38.矩陣鍵盤掃描原理：①首先確定有無鍵閉合；②去抖動；③判斷哪個鍵閉合。39.人機對話輸出設(shè)備是操作者對機電系統(tǒng)進行檢測的窗口，可以用它來顯示系統(tǒng)的運行狀態(tài)、關(guān)鍵參數(shù)、運行結(jié)果及故障報警等。

40.LED數(shù)碼管一般由8只發(fā)光二極管組成，7只顯示字段、1只顯示小數(shù)點，有時也稱為七段式數(shù)碼顯示器。

41.顯示字符：七段LED數(shù)碼管上有的段亮，有的段不亮，由亮的那些段所組成的圖形，稱為“顯示字符”。

42.段選碼：為了得到某個“顯示字符”，就必須讓七段數(shù)碼管有的亮，有的不亮，即為其a~dp各引腳提供相應的電平，將a上的電平狀態(tài)做為最低位，dp上的電平狀態(tài)做為最高位，就得到一個8位二進制數(shù)，稱為相應于該“顯示字符”的“段選碼”。

43.譯碼：由“顯示字符”到“段選碼”的過程稱為譯碼。

44.LED顯示接口方法：1）靜態(tài)顯示：即每一位LED數(shù)碼管上的顯示都是穩(wěn)定地持續(xù)顯示，顯示內(nèi)容無閃動；2）動態(tài)顯示：即所有位LED數(shù)碼管共用一個段選碼接口，并分別配置自己的位選線，各位LED數(shù)碼管在位選接口的控制下輪流使用段選碼接口并顯示自己的字符，在任一時刻都是只有一位LED數(shù)碼管在亮，但由于人眼的視覺暫留效應，看上去好象所有LED數(shù)碼管在同時顯示。45.機電接口是指機電一體化產(chǎn)品中機械裝置與控制微機之間的接口。按信息傳遞的方向可分為信息采集接口（傳感器接口）和控制輸出接口。

46.控制微機是一個數(shù)字系統(tǒng)，要求能將傳感器輸出的模擬量轉(zhuǎn)換成相應的數(shù)字量，輸入給控制機，這一工作通常采用A／D轉(zhuǎn)換器完成。47.常用的A/D轉(zhuǎn)換芯片有雙積分式和逐次比較式2種。

48.A/D轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)的主要術(shù)語：①多路選擇模擬開關(guān)；②信號調(diào)節(jié)器(調(diào)節(jié)模擬信號的幅度，使模擬信號大小符合A/D轉(zhuǎn)換要求)；③采樣保持和孔徑誤差；④A/D 轉(zhuǎn)換、分辨率、量化誤差；⑤采樣定理和抗混疊濾波；⑥A/D 轉(zhuǎn)換時間與轉(zhuǎn)換速率；⑦轉(zhuǎn)換精度。

49.A/D轉(zhuǎn)換器分辨率：即A/D轉(zhuǎn)換器能夠提供的數(shù)字量的多少。

50.設(shè)計A/D轉(zhuǎn)換接口時，一般將分辨率和轉(zhuǎn)換時間作為最重要的參數(shù)。51.實現(xiàn)功率放大的接口電路稱為功率接口電路。

52.單向晶閘管（SCR）有4層半導體、3個PN結(jié)、3個電極組成；主要內(nèi)容：導通條件、截止條件、控制角、導通角。

53.導通條件：是指晶閘管從阻斷到導通所需的條件。在晶閘管的陽極加上正向電壓，同時在控制極加上正向電壓。

54.截止條件：是指晶閘管從導通到阻斷所需的條件，晶閘管一旦導通，控制極就不起控制作用了。使流過晶閘管的電流小于保持晶閘管導通所需的電流即維持電流時，晶閘管關(guān)斷。

55.控制角：從零電壓到被觸發(fā)導通瞬間的這段時間所對應的電度角。

56.導通角：從被觸發(fā)導通的瞬間開始到電壓為零這段時間所對應的電度角。57.功率晶體管是指在大功率范圍應用的晶體管，有時也稱為電力晶體管。與晶閘管相比，功率晶體管有如下特點：a）不僅可以工作在開關(guān)狀態(tài)，也可工作在模擬狀態(tài)；b）開關(guān)速度遠大于晶閘管；c）控制比晶閘管容易；d）價格高于晶閘管。

58.將續(xù)流二極管VD1反向接在VT1的集電極和電源之間，使得功率晶體管VT1在截止瞬間，W上產(chǎn)生的反電動勢通過VD1的續(xù)流作用而回饋給電源，從而保護了晶體管VT1不受損壞。

59.光電藕合器由發(fā)光二極管和光敏晶體管組成，當在發(fā)光二極管二端加正向電壓時，發(fā)光二極管點亮，照射光敏晶體管使之導通，產(chǎn)生輸出信號。①電—光—電形式，能夠?qū)崿F(xiàn)強電部分和弱電部分的隔離，避免干擾由輸出通道竄入控制微機。②具有很強的抑制干擾能力。③耐用、可靠性高和高速等優(yōu)點。60.在接口電路設(shè)計中，應考慮光電藕合器的2個參數(shù)：電流傳輸比CTR與時間延遲。

61.檢測系統(tǒng)功用：對系統(tǒng)運行中所需的自身和外界環(huán)境參數(shù)及狀態(tài)進行檢測，將其變成系統(tǒng)可識別的電信號，傳遞給信息處理單元。傳感器及相應的信號檢測與處理電路構(gòu)成機電一體化產(chǎn)品的檢測系統(tǒng)。

62.檢測系統(tǒng)基本要求：1）靈敏度及分辨率；2）精確度；3）系統(tǒng)的頻率響應特性；4）穩(wěn)定性；5）線性特性；6）重復性；7）靜、動態(tài)特性。

63.檢測系統(tǒng)設(shè)計的任務：根據(jù)使用要求合理選用傳感器，并設(shè)計或選用相應的信號檢測與處理電路以構(gòu)成檢測系統(tǒng)，對檢測系統(tǒng)進行分析與調(diào)試，使之在機電一體化產(chǎn)品中實現(xiàn)預期的計測功能。

64.檢測系統(tǒng)設(shè)計的主要方法是實驗分析法，即理論分析和計算與實驗測試相結(jié)合的方法。

65.檢測系統(tǒng)設(shè)計的步驟：設(shè)計任務分析；系統(tǒng)方案選擇；系統(tǒng)構(gòu)成框圖設(shè)計；環(huán)節(jié)設(shè)計與制造；總裝調(diào)試及實驗分析；系統(tǒng)運行及考核。

66.模擬信號檢測系統(tǒng)的組成：傳感器、基本檢測電路、放大器、解調(diào)器、濾波器、運放電路、A/D變換器、計算機。

67.運算電路是對信號運算處理的電路，分為模擬和數(shù)字運算電路2種。68.數(shù)字信號檢測系統(tǒng)的組成：傳感器、放大器、整形電路、辯向電路、細分電路、脈沖當量變換電路、計數(shù)器、寄存器、計算機。

69.預處理的目的是去除干擾，并對檢測系統(tǒng)的非線性、零位誤差和增益誤差等進行補償和修正。

70.模擬開關(guān)是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的主要部件之一，其作用是切換各路輸入信號。71.CD4051組成：CD4051八選一模擬開關(guān)主要由8路CMOS開關(guān)、譯碼電路和電平轉(zhuǎn)換電路3部分組成。

72.采樣是把時間連續(xù)的信號變成一連串不連續(xù)的脈沖時間序列的過程。

73.采樣／保持電路：由于采樣信號f*(t)在函數(shù)軸上仍是連續(xù)變化的模擬量，需用A/D轉(zhuǎn)換器將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。A/D轉(zhuǎn)換過程需要一定時間，為防止產(chǎn)生誤差，要求在此期間內(nèi)保持采樣信號不變。實現(xiàn)這一功能的電路稱采樣／保持電路。

74.常用濾波方法：1)中值濾波；2)算術(shù)平均濾波；3)滑動平均濾波。

75.在檢測系統(tǒng)中，由于傳感器、測量電路和放大電路等不可避免地存在溫度漂移和時間漂移，這樣就引起了零位誤差和增益誤差。這類誤差屬于系統(tǒng)誤差，當誤差較大時會對系統(tǒng)的精度產(chǎn)生很大影響，所以必須對它們進行補償，常用軟件方法進行補償。

76.軟件補償方法很多，概括起來有計算法和查表法2大類。

77.代數(shù)插值法以多項式作為插值函數(shù)，因而又稱為多項式插值法。采用這種方法進行非線性補償時，首先需根據(jù)傳感器的標定數(shù)據(jù)建立插值多項式，這是問題的關(guān)鍵。

78.在檢測系統(tǒng)中，由于傳感器、測量電路和放大電路等不可避免地存在溫度漂移和時間漂移，這樣就引起了零位誤差和增益誤差。這類誤差屬于系統(tǒng)誤差，當誤差較大時會對系統(tǒng)的精度產(chǎn)生很大影響，所以必須對它們進行補償，常用軟件方法進行補償。

79.零位誤差是指檢定中未加負荷時，儀器示數(shù)不為零。

80.數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的增益誤差代表實際傳輸函數(shù)的斜率與理想傳輸函數(shù)的斜率的差別。

81.伺服系統(tǒng)（隨動系統(tǒng)），是一種能夠跟蹤輸入的指令信號進行動作，從而獲得精確位置，速度或力輸出的自動控制系統(tǒng)。

82.伺服系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)形式：比較元件、調(diào)節(jié)元件、執(zhí)行元件、被控對象、測量反饋元件。

83.伺服系統(tǒng)看作是由電氣控制裝置和機械執(zhí)行裝置兩大部分組成的。84.伺服系統(tǒng)的基本要求：穩(wěn)定性、精度和快速響應性。85.執(zhí)行元件的類型：1）電氣式；2）液壓式；3）氣動式。

86.執(zhí)行元件的要求：1）慣性小，動力大；2）體積小、質(zhì)量輕；3）便于計算機控制；4）成本低、可靠性好、便于安裝和維修。

87.步進電動機又稱電脈沖馬達?？梢园凑蛰斎氲拿}沖指令一步步地旋轉(zhuǎn)，即可將輸入的指令信號轉(zhuǎn)換成響應的角位移。

88.按照力矩產(chǎn)生原理不同步進電機分為：激磁式、反應式、混合式。

89.一般情況下，m相步進電動機可采用單相通電、雙相通電或單雙相輪流通電方式。分別稱為m相單m拍、m相雙m拍或m相2m拍通電方式。

90.轉(zhuǎn)子40個齒，齒距為360o/40=9o，若三相三拍，當轉(zhuǎn)子齒與A相定子齒對齊時，轉(zhuǎn)子齒與B相定子齒相差1/3齒距，即3o，與C相定子齒相差2/3齒距，即6o。

91.相：磁極的對數(shù)稱為“相”，相對的磁極為一相。92.步矩角：指步進電動機每拍轉(zhuǎn)過的角度。

93.“拍”——步進電動機繞組的每一次通斷電操作。94.單相通電方式：每拍中只有一相繞組通電。95.雙相通電方式：每拍中只有兩相繞組通電。

96.單雙相輪流通電方式：步進電動機通電循環(huán)的各拍中交替出現(xiàn)單、雙相通電狀態(tài)。

97.方向的改變：通過改變各相繞組的通電順序。

98.速度的控制：通過改變繞組的通斷電頻率，即輸入脈沖頻率，則可改變步進電動機的轉(zhuǎn)速。

99.步進電動機的主要參數(shù)及特性：①步距誤差；②最大靜轉(zhuǎn)矩；③啟動矩頻特性；④啟動慣頻特性；⑤運行矩頻特性；⑥步進運行和低頻振蕩；⑦最大相電壓和最大相電流。

20.直流伺服電動機主要用于閉環(huán)或半閉環(huán)控制的伺服系統(tǒng)。

21.工作原理：當電樞繞組中通過直流電時，在定子磁場的作用下就會產(chǎn)生帶動負載旋轉(zhuǎn)的電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。

22.按定子磁場產(chǎn)生方式分為：永磁式、他勵式。

23.旋轉(zhuǎn)方向和速度控制：通過控制電樞繞組中電流的方向和大小。24.直流伺服電動機控制方式主要有：①電樞電壓控制；② 勵磁磁場控制。25.靜態(tài)特性是指電機在穩(wěn)態(tài)情況下工作時，其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、電磁力矩和電樞電壓3者之間的關(guān)系。

26.影響靜態(tài)特性的因素：①功放電路、②直流伺服電動機內(nèi)部的摩擦對調(diào)速特性的影響、③負載變化對調(diào)節(jié)特性的影響。

27.伺服系統(tǒng)對的伺服電機基本要求：額定功率、額定電壓、額定電流、額定轉(zhuǎn)速、額定轉(zhuǎn)矩、最大轉(zhuǎn)矩、機電時間常數(shù)τj和電磁時間常數(shù)τd、熱時間常數(shù)、阻尼系數(shù)。

28.步進電動機正常工作的前提條件：①必須輸入一定頻率的脈沖信號；②將輸入脈沖信號按照一定的順序分配到各相繞組；③分配到各相繞組的脈沖信號必須具有一定驅(qū)動功率。

29.功率放大器（驅(qū)動電路）有：①單壓驅(qū)動電路；② 高低壓驅(qū)動電路；③單壓斬波限流驅(qū)動電路；④ 細分驅(qū)動。

30.控制信號由計算機控制系統(tǒng)給定，通過接口和功放電路驅(qū)動直流伺服電動機。

31.直流伺服電動機驅(qū)動電路主要有晶閘管功率放大器和晶體管功率放大器2種。

32.晶體管功率放大器有線性直流伺服放大器和脈寬調(diào)制放大器（PWM）。①電壓-脈寬變換器：其作用是根據(jù)控制指令對脈沖寬度進行調(diào)制，以便用寬度隨指令變化的脈沖信號去控制大功率管的導通時間，實現(xiàn)對電樞繞組兩端電壓的控制。②開關(guān)功率放大器：其作用是對電壓-脈寬變換器輸出的信號US進行放大，輸出具有足夠功率的信號UP，以驅(qū)動直流伺服電動機。

33.設(shè)計功放電路時應注意的問題：①切換頻率的選擇；②大功率晶體管的選擇。

34.伺服驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計方案總原則：當伺服系統(tǒng)負載不大，精度要求不高時，采用開環(huán)控制，當負載較大或精度要求較高時，采用閉環(huán)或半閉環(huán)。

35.設(shè)計開環(huán)伺服系統(tǒng)的原則：開環(huán)伺服系統(tǒng)穩(wěn)定性很容易滿足，設(shè)計時應主要考慮滿足精度要求，并通過合理的結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計，使系統(tǒng)具有良好的快速響應性。

36.閉環(huán)與半閉環(huán)共同點：①都要對系統(tǒng)輸出進行實時檢測和反饋，即都有反饋環(huán)節(jié)；②都是根據(jù)偏差對系統(tǒng)實施控制。區(qū)別：傳感器位置不同。

37.設(shè)計閉環(huán)伺服系統(tǒng)的原則：先考慮穩(wěn)定性要求，再滿足快速響應性及精度要求。

38.機械系統(tǒng)的設(shè)計與計算：執(zhí)行元件參數(shù)及規(guī)格的確定；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的具體設(shè)計；系統(tǒng)慣量、剛度等參數(shù)的計算。

問：直流測速發(fā)電機和光電編碼器做轉(zhuǎn)速測量時各有何特點？ 答：（1）直流測速發(fā)電機由永久磁鐵與感應線圈組成，用電樞獲取速度信號。它具有靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡單等特點，常用于高精度低速伺服系統(tǒng)，也可與永磁式直流電動機組成低速脈寬調(diào)速系統(tǒng)。直流測速發(fā)電機的輸出信號是與輸入軸的轉(zhuǎn)速成正比的直流電壓信號，信號幅度大，信號調(diào)理電路簡單。由于輸出電壓信號有波紋，一般需要配置濾波電路。（2）光電編碼器（增量式）主要由旋轉(zhuǎn)孔盤和光電器件組成，具有體積小、使用方便、測量精度高等特點，常與直流電機配合使用構(gòu)成脈寬調(diào)

速系統(tǒng)。增量式光電編碼器輸出的是與轉(zhuǎn)角成比例的增量脈沖信號，可通過脈沖計數(shù)獲得角位置信號，也可定時取樣脈沖數(shù)的增量實現(xiàn)角 速度測量。因此，可同時測量轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速。

TTL與COMS電平比較：1.CMOS電平：“1”邏輯電平電壓接近于電源電壓，“0”邏輯電平接近于0V。噪聲容限很大。

2.TTL電平：輸出高電平>2.4V，輸出低電平<0.4V。在室溫下，一般輸出高電平是3.5V，輸出低電平是0.2V。最小輸入高電平和低電平：輸入高電平>=2.0V，輸入低電平<=0.8V，噪聲容限是0.4V。

3.電平轉(zhuǎn)換電路：TTL和COMS高低電平不同（TTL 5V，CMOS 3.3V），所以互相連接時需要電平的轉(zhuǎn)換：用2個電阻對電平分壓。

? 功耗：TTL門電路的空載功耗與CMOS門的靜態(tài)功耗相比，是較大的，約為數(shù)十毫瓦（mw）而后者僅約為幾十納（10-9）瓦；在輸出電位發(fā)生跳變時（由低到高或由高到低），TTL和CMOS門電路都會產(chǎn)生數(shù)值較大的尖峰電流，引起較大的動態(tài)功耗。

? 速度：通常TTL門的速度高于CMOS門電路。

傳感器的選擇：（1）靈敏度：高靈敏度意味著被測量稍有微小變化時，傳感器就有較大輸出，外界干擾信號容易混入，并被放大裝置放大。另外高靈敏度意味著測量范圍縮小。

（2）響應特性：實際傳感器的響應總有一定延遲，但延遲時間愈短愈好。（3）線性范圍：線性范圍越大，工作量程越大。傳感器工作在線性區(qū)域內(nèi)，是保證測量精確度的前提。例如：機械式傳感器中的測力彈性元件，材料的彈性極限是測力量程的基本因素?？紤]被測量的變化范圍，例如變間隙型電容、電感傳感器。

（4）可靠性：使用過程中注意傳感器規(guī)定的使用條件，減少使用條件的不良影響。例如：電阻應變式傳感器，濕度影響絕緣性；溫度會產(chǎn)生零漂。

（5）精確度：要考慮經(jīng)濟性。非精確度越高越好。先了解測試目的是定性分析還是定量分析。例如：研究超精密度切削機床運動部件的定位精度，主軸回轉(zhuǎn)誤差，振動及熱變形，都要求精確度在0.1-0.01um范圍內(nèi)。（6）測量方式：接觸或非接觸，在線和非在線測量。

第五篇：機電一體化課后考試題答案

1試說明較為人們所接受的“機電一體化”的含義。

機電一體化是在機械的主功能、動力功能、信息功能和控制功能上引用微電子技術(shù)，并將機械裝置與電子裝置用相關(guān)軟件有機結(jié)合而構(gòu)成系統(tǒng)的總稱 2機電一體化的目的是什么？

是使系統(tǒng)(產(chǎn)品)高附加價值化，即多功能化、高效率化、高可靠化、省材料省能源化，并使產(chǎn)品結(jié)構(gòu)向輕、薄、短、小巧化方向發(fā)展，不斷滿足人們生活的多樣化需求和生產(chǎn)的省力化、自動化需求。

4工業(yè)三大要素指的是什么？

物質(zhì)、能量和信息

5什么是機電互補法、融合法、組合法？

機電互補法又稱取代法。該方法的特點是利用通用或?qū)Ｓ秒娮硬考〈鷤鹘y(tǒng)機械產(chǎn)品（系統(tǒng))中的復雜機械功能部件或功能子系統(tǒng)，以彌補其不足。結(jié)合(融合)法：它是將各組成要素有機結(jié)合為一體構(gòu)成專用或通用的功能部件(子系統(tǒng))，其要素之間機電參數(shù)的有機匹配比較充分。組合法：它是將結(jié)合法制成的功能部件(子系統(tǒng))、功能模塊，像積木那樣組合成各種機電一體化系統(tǒng)（品），故稱組合法。

6開發(fā)性設(shè)計、變異性設(shè)計、適應性設(shè)計有何異同？

開發(fā)性設(shè)計：它是沒有參照產(chǎn)品的設(shè)計，僅僅是根據(jù)抽象的設(shè)計原理和要求，設(shè)計出在質(zhì)量和性能方面滿足目的要求的產(chǎn)品或系統(tǒng)。變異性設(shè)計：它是在總的方案原理基本保持不變的情況下，對現(xiàn)有產(chǎn)品進行局部更改，或用微電子技術(shù)代替原有的機械結(jié)構(gòu)或為了進行微電子控制對機械結(jié)構(gòu)進行局部適應性設(shè)計，以使產(chǎn)品的性能和質(zhì)量增加某些附加價值。適應性設(shè)計：

它是在設(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)格尺寸使之適應于量的方面有所變更的要求。

7機電一體化系統(tǒng)(產(chǎn)品)的設(shè)計流程

(1)根據(jù)目的功能確定產(chǎn)品規(guī)格、性能指標(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)可靠性復查(6)試制與調(diào)試

8設(shè)計機械傳動部件時，為確保機械系統(tǒng)的傳動精度和工作穩(wěn)定性，常提出哪些要求及措施？

為確保機械系統(tǒng)的傳動和工作穩(wěn)定性，在設(shè)計中，常提出無間隙、低摩擦、低慣量精度、高剛度、高諧振頻率、適當?shù)淖枘岜鹊纫?。為達到上述要求，主要從以下幾方面采取措施：1)采用低摩擦阻力的傳動部件和導向支承部件； 2)縮短傳動鏈，提高傳動與支承剛度；

3)選用最佳傳動比，以達到提高系統(tǒng)分辨率、減少等效到執(zhí)行元件輸出軸上的等效轉(zhuǎn)動慣量，盡可能提高加速能力;4)縮小反向死區(qū)誤差，如采取消除傳動間隙、減少支承變形的措施； 5)改進支承及架體的結(jié)構(gòu)設(shè)計以提高剛性、減少振動、降低噪聲。9 機電一體化系統(tǒng)傳動機構(gòu)的作用是什么？

使執(zhí)行元件與負載之間在轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速方面達到合理（最佳）的匹配。10機電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品）對傳動機構(gòu)的基本要求是什么？

傳動間隙小、精度高、體積小、重量輕、運動平穩(wěn)、傳動轉(zhuǎn)矩大。13絲杠螺母副的組成要素有哪些？

滾珠絲杠螺母機構(gòu)由反向器(滾珠循環(huán)反向裝置)

1、螺母

2、絲杠3和滾珠4等四部分組成。

18簡述滾珠絲杠副的支承方式及其特點。

1，一端雙軸承固定，另一端懸臂，多用于短行程以及垂直傳動2，一端雙軸承固定，另一端單軸承支承（軸向可滑動，彌補熱脹冷縮和安裝誤差），結(jié)構(gòu)簡單，缺點是單軸承端支承剛性差一些。

3，一端雙軸承固定，另一端雙軸承支承（軸向可滑動，彌補熱脹冷縮和安裝誤差），結(jié)構(gòu)稍復雜，比單軸承端支承剛性好一些。

4，一端雙軸承固定，另一端雙軸承支承（軸向由圓螺母及碟簧預緊預拉伸），結(jié)構(gòu)稍復雜，軸向剛性好一些，高速旋轉(zhuǎn)不易甩動，特別用于水平布置，尤其雙向負載大且跨距大時候用。19齒輪傳動部件的作用有哪些？

1.傳遞扭矩2.改變轉(zhuǎn)速3.改變傳動方向

25已知:有一三級齒輪傳動減速器,如圖所示,z1~z6的轉(zhuǎn)角誤差分別是：

△φ1=0.06弧度/sec、△φ2=△φ3=0.03弧度/sec、△φ4=△φ5=0.015弧度/sec、△φ6=0.01弧度/sec。

減速比分別為：i1=i2=

2、i3=3，則i=12.求其總轉(zhuǎn)角誤差△φmax.解：△φmax=△φ1/i+(△φ2+△φ3)/(i2i3)+(△φ4+△φ5)/ 3+△φ6

=0.06/12+0.06/6+0.03/3+0.01

=0.035(弧度/sec)

26對滾動導軌副的基本要求

1)導向精度2)耐磨性 3)剛度4)工藝性 27試論述機電一體化的發(fā)展趨勢。

答：智能化、模塊化、網(wǎng)絡化、微型化、綠色化、人格化和自適應化。28機電一體化系統(tǒng)對傳動機構(gòu)的基本要求是什么？

答：傳動間隙小、精度高、低摩擦、體積小、重量輕、運動平穩(wěn)、響應速度快、傳動轉(zhuǎn)矩大、高諧振頻率以及與伺服電機等其他環(huán)節(jié)的動態(tài)性能相匹配等要求的傳動部件。

30開發(fā)性設(shè)計、適應性設(shè)計、變型設(shè)計有何異同

答：開發(fā)性設(shè)計是在工作原理、結(jié)構(gòu)等完全未知的情況下，設(shè)計出質(zhì)量和性能方面滿足目的的要求的新產(chǎn)品，是一種完全創(chuàng)新的設(shè)計。適應性設(shè)計是在總的方案原理基本保持不變的情況下，對現(xiàn)有產(chǎn)品進行部更改，或用微電子技術(shù)代替原有的機械結(jié)構(gòu)，或為了進行微電子控制對機械結(jié)構(gòu)進行局部適應性設(shè)計，以使產(chǎn)品的性能和質(zhì)量增加某些附加價值。變型設(shè)計是在已有產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，針對原有缺點或新的工作要求，從工作原理、功能結(jié)構(gòu)、執(zhí)行機構(gòu)類型和尺寸等方面進行一些變異，設(shè)計出新產(chǎn)品。32絲杠螺母機構(gòu)的傳動形式及其特點是什么？

答：①螺母固定、絲杠轉(zhuǎn)動并移動。結(jié)構(gòu)簡單，精度較高，但剛性差。只適合行程較小的場合②絲杠轉(zhuǎn)動、螺母移動。結(jié)構(gòu)緊湊，絲杠剛性較好，適合工作行程較大的場合。③螺母移動、絲杠移動。機構(gòu)較復雜且占用軸向空間較大，故應用很少。④絲杠固定、螺母轉(zhuǎn)動并移動。結(jié)構(gòu)簡單，緊湊，但使用不方便，應用較少。

34滾珠絲杠副的組成及特點有哪些？

答：由絲杠、螺母、滾珠、反向器組成。特點：結(jié)構(gòu)復雜、成本高、無自鎖能力、軸向剛度高、運動平

穩(wěn)。傳動精度高、不易磨損、使用壽命長。