湖南工业大学机电一体化系统设计复习题

1接口：机电一体化系统由许多要素或子系统构成，各要素或子系统之间必须能顺利的进行物质、能量和信息的传递与交换。为此，各要素或各子系统相接处必须具备一定的联系条件，这些联系条件就称为接口。功能：a输入/输出b变换/调整2机电一体化系统的机械系统与一般的机械系统相比，除要求具有较高的定位精度之外，还应具有良好的动态响应特性，就是说响应要快、稳定性要好。3丝杠和螺母相对运动组合四种类型：a螺母固定、丝杆转动并移动。b丝杆转动、螺母移动。c螺母移动、丝杆移动。d丝杆固定、螺母转动并移动。4滚珠丝杠副的主要尺寸参数：a基本导程P0：指滚珠螺母相对滚珠丝杠旋转2π弧度时的行程。公称导程P通常指作用尺寸标志的导程值。b行程：转动滚珠丝杠或滚珠螺母时，滚珠丝杠或滚珠螺母的轴向位移量。5滚珠丝杠副轴向间隙的调整与预紧方式：a双螺母螺纹预紧调整式b双螺母齿差预紧调整式c双螺母垫片调整预紧式d弹簧自动调整预紧式e单螺母变位导程自顶预紧式和单螺母滚珠过盈预紧式。6滚珠丝杠副支承方式：a单推-单推式b双推-双推式c双推-简支式d双推-自由式7滚珠丝杠副结构的选择：a当允许有间隙存在时，可选用具有单圆弧形螺纹滚道的单螺母滚珠丝杠副；b当必须有预紧或在使用过程中因磨损而需要定期调整时，应采用双螺母螺纹预紧或齿差预紧式结构；c当必须具备良好的防尘条件，且只需在装配是调整间隙预紧力时，可采用结构简单的双螺母垫片调整预紧式结构。8滚珠丝杠副选择的步骤：a承载能力选择b压杆稳定性核算c刚度的验算9各级传动比的最佳分配原则：a重量最轻原则b输出轴转角误差最小原则c等效转动惯量最小原则。10谐波齿轮传动特点有：结构简单、传动比大、传动精度高、回程误差小、噪声低、传动平稳、承载能力强、效率高等特点。谐波齿轮传动的传动比：i=（wr-wH)/（wg-wH）=Zg-Zr11齿轮传动间隙的调整方法：(1)圆柱齿轮传动a偏心套轴调整法b轴向垫片调整法c双片薄齿轮错齿调整法。（2）斜齿轮的传动：错齿调整法,用两个薄片齿轮与一个宽齿轮啮合,只是在两个薄片斜齿轮的中间隔开了一小段距离,这样它的螺旋线便错开了（3）锥齿轮采用弹簧调整方式12导轨的分类及基本要求：a导轨按其接触面的摩擦性质可分为滑动导轨、滚动导轨、流体介质摩擦导轨b按其结构特点可分为开式导轨和闭式导轨。13导轨副的基本要求：导向精度高、刚性好、运动轻便平稳、耐磨性好、温度变化影响小以及结构工艺性好。机电一体化系统和计算机外围设备等精度和运动速度都比较高，因此，其导轨应该具有比较好的灵活性和平稳性，工作时应轻便省力，速度均匀，低速运动或者微量位移不出现爬行现象；高速运动时应无振动。在低速运行是，往往不是连续的匀速运动而是时走时停（即爬行）。其主要原因是摩擦系数运动速度的变化和传动系统刚性不足造成的。14导轨副的截面形状及其特点：三角形（分对称，不对称两类）、矩形、燕尾形及圆形四种。各种导轨的特点：三角形导轨：导向精度高，导轨水平与垂直方向误差相互影响，给制作、检验和修理带来困难。矩形导轨：结构简单，制造、检验和修理方便，导轨面较宽，承载能力大，刚度高，应用广泛。燕尾形导轨：高度小、结构紧凑，可以承受颠覆力矩，但刚度较差，摩擦力较大，制造、检验和维修都不方便。用于运动速度不高，受力不大，高度尺寸受到限制的场合。圆形导轨：制造方便，磨损后很难调整和补偿间隙，适用于同时做直线运动和转动的地方，也用于承受轴向载荷的场合。15直线运动导轨副：(1)优点：a摩擦系数小b动、静摩擦系数基本相同c可以预紧，刚度高d寿命长e精度高f润滑方便g由专业厂生产（2）缺点：a抗振性差，接触应力大b对导轨的表面硬度、表面形状精度和滚动体尺寸精度要求高。c结构复杂，制造困难。成本较高d对赃物敏感，必须具有良好的防护装置。（3）要求：a导轨精度b耐磨性c刚度d工艺性机电一体化系统对执行元件的要求：a惯量小、动力大b：体积小、重量轻c便于维修、安装d易于微机控制16机电一体化系统机座或者机架的作用及要求：既承受其他零部件重量和工作载荷，又起保证各零部件相对位置的基准作用。要求：a刚度和抗振性（动刚度与静刚度、材料阻尼及固有振动频率有关）b热变形c稳定性d其他要求（工艺性、经济性、人机工程等）17步进电动机的特点和种类：（1）特点：步进电动机的工作状态不容易受到各种干扰因素的影响b步进电机的步距角有误差c控制性能好，在启动、停止、反转时不易“丢步”（2)种类：a可变磁阻型b永磁型c混合型步进电动机的步距角小18环形脉冲分配器：步进电动机的各相绕组必须按一定的顺序通电才能正常工作。这种使电动机绕组的通电顺序按一定的规律变化的部分称为脉冲分配器。19步进电机的静态特性是指他在稳定状态下的特性，包括静转矩，矩—角特性及静态稳定区。步进电机的动态特性：动态稳定区；起动转矩；最高连续运行频率及矩—频特性。20伺服电动机的种类a直流特点：具有较高的响应速度、精度和频率，优良的控制特性。寿命较低，需要定期维修。直流伺服电动机为直流供电，为调节电动机转速和方向，需要对其直流电压的大小和方向进行控制。目前常用晶体管有脉宽调理驱动和晶闸管直流调速驱动两种方式。b交流其基本原理是检测SM型和IM型的气隙磁场的大小和方向，用电力电子变换器代替整流子和电刷，并通过与气隙磁场方向相同的磁化电流和与气隙磁场方向垂直的有效电流来控制其主磁通量和转矩。21简述步进电机三相单三拍的工作原理：如教材图例所示：如果先将电脉冲加到A相励磁绕组，定子A相磁极就产生磁通，并对转子产生磁拉力，使转子的13两个齿与定子的A相磁极对齐，而后再将电脉冲通入B相磁绕组，B相磁极便产生磁通，这时转子24两个齿与B相磁极靠的最近，于是转子便沿着逆时针方向转过30度角，使转子24两个齿与定子B相磁极对齐。如果按照A→C→B→A……的顺序通电，步进电机讲沿顺时针方向一步步地转动。22简述步进电机步距角大小的计算方法：a=360/（K*M式中：Z=转子齿数M=运行拍数。通常等于相数或相数整数倍，即M=K*N（N为电动机的相数，单拍是K=1，双拍时K=2）。23简述三相步进电机的环形分配方式：1采用计算机软件，利用查表式计算方法来进行脉冲的环形分配，简称软环分。2.采用小规模集成电路搭接而成的脉冲分配器。3.采用专用环形分配器件。24简述数字控制系统A/D转换过程：模/数转换装置每隔T秒对输入的连续信号e（t）进行一次采样，采样信号为e*（t），如图a所示。该采样信号是时间上离散而幅值上连续的信号，它不能直接进入计算机进行运算，必须经量化后成为数字信号才能为计算机所接受。将采样信号经量化后成为数字信号的过程是一个近似过程，称量化过程。现对量化过程作简单的说明：将采样信号e*（t）的变化范围分成若干层，每一层都用一个二进制数码表示，这些数码可表示幅值最接近它的采样信号。如图b所示，采样信号A1为1.8V，则量化值A1’为2V，用数字010来代表；采样信号A2为3.2V，则量化值A2‘为3V，用数字量011代表。这样就把采样信号变成了数:字信号2-19.设有一谐波齿轮减速器,其减速比为100，柔轮齿数为99当刚轮固定时,试求该谐波减速器的刚轮齿数及输出轴的转动方向(与输入轴的转向相比较)答：根据公式:iHr=Zr/(zr-zg)可知:当iHr=100时,Zg=99,（但一般刚轮齿数比柔轮齿数多，所以舍去）当iHr=-100时,Zg=101;故该谐波减速器的刚轮齿数为101,（柔轮）输出轴方向与（波发生器）输入轴转向相反。2－17已知：4级齿轮传动系统，各齿轮的转角误差为∆φ1=∆φ2=∆φ3=…=0.005rad,各级减速比相同，即ί1=ί2=…=ί4=1.5。求：该传动系统的最大转角误差∆φmax;为缩小∆φmax，应采取何种措施？（2）总转角误差主要取决于最未一级齿轮的转角误差和传动比的大小，所以，为缩小∆φmax，在设计中最未两级的传动比应取大一些，尽量提高最未一级轮副的加工精度。2-10现有一双螺母齿差调整预紧式滚珠丝杠，其基本导程λ0=6mm、一端的齿轮齿数为100、另一端的齿轮齿数为98，当其一端的外齿轮相对另一端的外齿轮转过2个齿时，试问：两个螺母之间相对移动了多大距离？答：Z1=100，Z2=98，ΔS=(2/Z1)*λ0=0.02*6mm=0.12mm7-4设有一工作台x轴驱动系统，已知参数为下表中所列，已知mA=400㎏，Ph=5mm,Fl水平=800N，Fl垂直=600N，工作台与导轨间为滑动摩擦，其摩擦系数为0.2，试求转换到电动机轴上的等效转动惯量和等效转矩。