机电系统设计

1.答齿轮传动间隙指的是齿侧间隙；齿侧间隙将使机械传动系统产生回程误差，影响伺服系统的稳定性。常用的齿轮间隙消除方法有（1）偏心套筒或偏心轴齿侧间隙调整法；（2）轴向垫片调整法；（3）双片薄齿轮错齿调整法（周向弹簧式、可调拉簧式）；【斜齿轮传动齿侧间隙调整与法3基本相同】2.答a图方案更合理；因为轴运转时轴的温度一般高于外壳的温度，轴的轴向和径向热膨胀将大于外壳的热膨胀，而a方案采用游动支承方式补偿了轴的热膨胀，避免了发生卡死现象；满足机构方案设计的稳定性原理和，即指当干扰使系统状态发生改变的同时，产生一些与干扰作用相反的、使系统恢复稳定的效应，保持了轴承的热稳定性。3.在有强电或强电磁干扰的环境中，为了防止电网电压等对测量回路的损坏，其信号输入通道采用隔离技术，能完成这种任务，具有这种功能的放大器称为隔离放大器；具有以下特点：l）保护系统元件不受高共模电压的损害，防止高压对低压信号系统的损坏。2）泄漏电流低，对于测量放大器的输入端无须提供偏流返回通路。3）共模抑制比高，能对直流和低频信号（电压或电流）进行准确、安全的测量。4.在科研中所用到的现代设计方法有；l）计算机辅助设计，即在设计过程中用CAD、CAM等计算机辅助软件进行机电一体化系统产品设计。2）并行工程，是把机电系统的设计、制造及其相关过程作为一个有机整体进行并行协调设计，从一开始就考虑到产品全寿命周期内的所有因素。3）虚拟产品设计4）绿色设计，即将产品寿命周期内各个阶段看成一个有机整体，降低能耗。5）快速响应设计6）反求设计，即以现代设计理论、方法为基础，运用各种设计经验、知识和创新思维，对已有的产品进行剖析、重构、再创造的设计。5.在低速运行时如0.05mm/min，运动件往往不是作连续的匀速运动而是时走时停的现象即爬行现象。其主要原因是摩擦系数随运动速度的变化和传动系统刚性不足造成的。将传动系统和摩擦副简化成弹簧一阻尼系统，传动系统2带动运动件3在静导轨4上运动时，作用在导轨副内的摩擦力是变化的。导轨副相对静止时，静摩擦系数较大。运动开始的低速阶段，动摩擦系数是随导轨副相对滑动速度的增大而降低的，直到相对速度增大到某一临界值，动摩擦系数才随相对速度的减小而增加。匀速运动的主动件l，通过压缩弹簧推动静止的运动件3，当运动件3受到的逐渐增大的弹簧力小于静摩擦力F时，3不动。直到弹簧力刚刚大于F时，3才开始运动，动摩擦力随着动摩擦系数的降低而变小，3的速度相应增大，同时弹簧相应伸长，作用在3上的弹簧力逐渐减小，3产生负加速度，速度降低，动摩擦力相应增大，速度逐渐下降，直到3停止运动，主动件l这时再重新压缩弹簧，爬行现象进入下一个周期。6.l）高精度2）快速响应性3）良好的稳定性4）此外还要求机械系统具有较大刚度、良好的可靠性和重量轻、体积小、寿命长。达到上述要求，应采取的措施：1、采用低摩擦阻力的传动部件和导向支承部件。如采用滚珠丝杠副，滚动导向支承、动（静）压导向支承等。2、缩短传动链，提高传动与支承刚度。如用加预紧的方法提高滚珠丝杠副和滚动导轨副的传动与支承刚度；采用大扭矩、宽调速的直流或交流伺服电机直接与丝杠螺母副连接以减少中间传动机构；丝杠的支承设计中采用两端轴向预紧或预拉伸支承结构。3、选用最佳传动比，提高加速能力；4、缩小反向死区，如采取消除间隙、减小支承变形的措施；5、改进支承及架体的结构设计以提高刚性、减小振动、降低噪声，如选用复合材料来提高刚度和强度，减轻重量、缩小体积等。7.机械产品的功能构成：传统观点：①主功能—实现目的功能所必须具备的功能。②动力功能—实现能量转换所需要的功能。③构造功能—实现各功能部件保持规定的位置关系的功能。现代观点：①主功能—实现目的功能所必须具备的功能。②动力功能—实现能量转换所需要的功能。③构造功能—实现各功能部件保持规定的位置关系的功能。④计测功能—利用检测传感技术及装置将机械设备或系统在工作过程中的关键参数显示、记录或输入到控制系统中。⑤控制功能—利用控制装置使完成其它四种功能的部件协调工作。8.①测量放大器。在许多检测技术应用场合，传感器输出的信号往往较弱，而且其中还包含工频、静电和电磁藕合等共模干扰，对这种信号的放大就需要放大电路具有很高的共模抑制比以及高增益、低噪声和高输入阻抗。习惯上将具有这种特点的放大器称为测量放大器。②程控增益放大器。当模拟信号送到模/数变换器时，为减少转换误差，一般希望送来的模拟信号在模/数变换器输入的允许范围内尽可能达到最大值，工程上常采用通过改变放大器增益的方法，来实现不同幅度信号的放大，具有这种功能的放大器就叫程控增益放大器。③隔离放大器，在有强电或强电磁干扰的环境中，为了防止电网电压等对测量回路的损坏，其信号输入通道采用隔离技术，能完成这种任务，具有这种功能的放大器称为隔离放大器。9.10.机械产品的功能构成：现代观点：①主功能—实现目的功能所必须具备的功能。②动力功能—实现能量转换所需要的功能。③构造功能—实现各功能部件保持规定的位置关系的功能。④计测功能—利用检测传感技术及装置将机械设备或系统在工作过程中的关键参数显示、记录或输入到控制系统中。⑤控制功能—利用控制装置使完成其它四种功能的部件协调工作。结构组成：主机、驱动部分、检测显示部分及控制部分组成。以上五种功能称为机电一体化产品的内部功能（功能构成），其内部功能都由相应的功能部件（或结构要素）来实现，由内部功能实现目的功能。其中“主功能”是实现系统“目的功能”直接必需的功能，主要是对物质、能量、信息或其相互结合进行变换、传递和存储。“动力功能”是向系统提供动力、让系统得以运转的功能；“检测功能和控制功能”的作用是根据系统内部信息和外部信息对整个系统进行控制，使系统正常运转，实施“目的功能”。