机电一体化分析Word格式.docx

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2、如果滚珠螺旋副中有轴向间隙或在载荷作用下滚珠与滚道接触处有弹性变形，则当螺杆反向转动时，将产生空回误差。

为了消除空回误差，在螺杆上装配两个螺母1和2，调整两个螺母的轴向位置，使两个螺母中的滚珠在承受载荷之前就以一定的压力分别压向螺杆螺纹滚道相反的侧面，使其产生一定的变形，从而消除了轴向间隙，也提高了轴向刚度。

常用的调整预紧方法有下列三种。

垫片调隙式螺纹调隙式齿差调隙式

3．4．2．斜齿轮传动机构中消除齿侧隙的常用方法？

2.1）垫片调整法2）轴向压簧调整法

4．2．2、机电一体化的机械系统设计主要包括两个环节：

____________、____________。

2、静态设计动态设计

4．2．6．对直线导轨副的基本要求是_________________________、_____________________、____________________、__________________和平稳。

6、导向精度高耐磨性好足够的刚度对温度变化的不敏感性。

4．2．7．机电一体化机械系统应具有良好的侍服性能，要求机械传动部件转动惯量小、阻力合理___________、_____________、____________、____________、并满足小型、轻量等要求。

7．阻尼合理刚度大抗振性好间隙小

4．4．2.分析下图中传动大负载时消除齿侧齿侧间隙的原理

1、6－小齿轮2、5－大齿轮3－齿轮4－预载装置7－齿条

2.分析下图中传动大负载时消除齿侧齿侧间隙的原理

当传动负载大时，可采用双齿轮调整法。

如图所示，小齿轮1、6分别与齿条7啮合，与小齿轮1、6同轴的大齿轮2、5分别与齿轮3啮合，通过预载装置4向齿轮3上预加负载，使大齿轮2、5同时向两个相反方向转动，从而带动小齿轮l、6转动，其齿便分别紧贴在齿条7上齿槽的左、右侧，消除了齿侧间隙。

5．2．7从影响螺旋传动的因素看，判断下述观点的正确或错误

（1）影响传动精度的主要是螺距误差、中径误差、牙型半角误差（　　）

（2）螺杆轴向窜动误差是影响传动精度的因素（　　）

（3）螺杆轴线方向与移动件的运动方向不平行而形成的误差是影响传动精度的因素（　　）

（4）温度误差是影响传动精度的因素（　　）

7（√）

（√）

5．4．2．直齿圆柱齿轮传动机构中消除齿侧隙的常用方法？

2．1）、偏心轴套调整法2）、双片薄齿轮错齿调整法

5．4．3．简述机电一体化对机械系统的基本要求及机械系统的组成。

3．对机械系统的基本要求：

高精度；

快速响应；

良好的稳定性。

机械系统的组成：

传动机构；

导向机构；

执行机构。

6．2．2.齿轮传动的总等效惯量随传动级数（ 

）2.A

A.增加而减小 

B.增加而增加 

C.减小而减小 

D.变化而不变

6．2．3.滚珠丝杠螺母副结构类型有两类：

外循环插管式和（ 

）3.D

A.内循环插管式 

B.外循环反向器式C.内、外双循环 

D.内循环反向器式

7．1．3、静压轴承3、静压轴承从外部油源给轴瓦提供压力油，使球磨机进、出料端的大轴在高压油膜的作用下浮起，与轴瓦无直接接触，处在液体磨擦状态，从而极大地降低了起动力矩和旋转阻力矩，

4、静压导轨、静压导轨是在两个相对运动的导轨面间通入压力油或压缩空气，使运动件浮起，以保证两导轨面间处于液体或气体摩擦状态下工作。

7．2．1、机电一体化系统中常见的轴承包括____________、___________、__________、磁轴承。

1、滚动轴承滑动轴承静压轴承。

7．2．2机电一体化系统对机械传动总传动比确定的最佳选择方案有______________________、__________________、质量最小原则。

转动惯量最小原则输出轴转角误差最小原则

8．2．7．机电一体化机械系统应具有良好的侍服性能，要求机械传动部件转动惯量小、阻力合理___________、___________、__________、____________、并满足小型、轻量等要求。

摩擦小度大振性好隙小

9．2．4、执行元件：

能量变换元件，控制机械执行机构运动，可分为________、液压式和气动式等。

4、A

A电气式B电磁式

C磁阻式D机械式

10．五、综合应用题（每小题15分，共30分）

1.分析下图调整齿侧间隙的原理

1、4－锥齿轮2、3－键

5－压簧6－螺母7－轴

2、周向弹簧调整法

1.在锥齿轮4的传动轴7上装有压簧5，其轴向力大小由螺母6调节。

锥齿轮4在压簧5的作用下可轴向移动，从而消除了其与啮合的锥齿轮1之间的齿侧间隙。

一、名词解释

1.测量人们借助于专门的设备，通过一定的方法对被测对象收集信息，取得数据概念的过程。

2.灵敏度指在稳态下，输出的变化量ΔY与输入的变化量ΔX的比值。

3.压电效应某些电介质，当沿着一定的方向对它施加力而使它产生变形时，内部就会产生极化现象，同时在它的两个表面上将产生符号相反的电荷。

当外力去掉后，它又重新恢复到不带电的状态，这种现象被称为压电效应。

4.动态误差在被测量随时间变化过程中进行测量时所产生的附加误差。

5、共模干扰指同时加载在各个输入信号接口端的共有的信号干扰。

6、线性度传感器输出量与输入量之间的实际关系曲线偏离直线的程度。

7、屏蔽利用导电或导磁材料制成的盒状或壳状屏蔽体，将干扰源或干扰对象包围起来从而割断或削弱干扰场的空间耦合通道，阻止其电磁能量的传输。

8.响应特性指的是输出量跟随输入指令变化的反应速度，决定了系统的工作效率。

二、选择

1.加速度传感器的基本力学模型是（A）

A.阻尼—质量系统B.弹簧—质量系统C.弹簧—阻尼系统D.弹簧系统

2、抑制干扰的措施很多，主要包括ABCD

A屏蔽B隔离C滤波D接地和软件处理等方法

3、检测环节能够对输出进行测量，并转换成比较环节所需要的量纲，一般包括传感器和__B__。

A控制电路B转换电路

C调制电路D逆变电路

三、填空

1，机电一体化产品中需要检测的物理量分成___电量__和__非电量__两种形式。

2，机电一体化中被测量经过传感器将转换为电感，电阻，电容等电参量形式，经过基本转换电路再转换为：

电压电流电荷等电量的形式。

3，低通滤波器：

只让低频成分成分通过，而高于截止频率受到抑制、衰

减，不让通过。

四、问答

2，什么叫传感器？

它是由哪几部分组成的？

各部分的作用分别是什么？

一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确定对应关系的，便于应用的某种物理量的测量装置。

组成：

传感器一般是由敏感元件、传感元件和转换电路三部分组成。

敏感元件：

直接可以感受被测量的变化，并输出与被测量成确定关系的元件。

转换元件：

敏感元件的输出就是转换元件的输入，它把输入转换成电路参量。

基本转换电路：

上述的电路参量进入基本转换电路中，就可以转换成电量输出。

3.在模拟输入通道中，采样/保持器有什么作用？

是否模拟输入通道中必须采用采样/保持器？

由于任何一种A/D转换器都需要有一定时间来完成量化及编码操作，因此，在转换过程中，模拟量不能发生变化，否则，将直接影响转换精度。

采样/保持器就是使在A/D转换时，保证输入A/D转换器的模拟量不发生变化。

模拟输入通道中不一定非得采用采样保持器。

当输入的模拟量信号变化缓慢时，也可省去采样/保持器。

4.刻线为1024的增量式角编码器安装在机床的丝杠转轴上，已知丝杠的螺距为2mm，编码器在10秒内输出307200个脉冲，试求刀架的位移量和丝杠的转速分别是多少？

10s内转轴转了多少转：

307200÷

1024=300（转）

位移量（∵螺距T=2mm）

∴300×

2=600（mm）

转速：

300÷

10=30（转/秒）

5，某光栅传感器，刻线数为100线/mm，设细分时测得莫尔条纹数为400，试计算光栅位移是多少毫米？

若经四倍细分后，记数脉冲仍为400，则光栅此时的位移是多少？

测量分辨率是多少？

100：

1=400：

х

x=4mm

四细分：

400：

x=1mm

分辨率：

1÷

400=2.5（μm）

1、三相六拍通电方式如果步进电动机通电循环的各拍中交替出现单、双相通电状态，这种通电方式称为单双相轮流通电方式。

如A→AB→B→BC→C→CA→

2、闭环控制系统具有反馈的控制系统

3.开环控制系统无反馈的控制系统

4.PWM通过调节脉冲的宽度改变负载电压平均值的脉宽调制斩波器

变频调速采用改变电机通电频率的方式来改变电机的转速的调速方式

二填空题：

（每空1分，共40分）

1.一般来说，伺服系统的基本组成为、、

和等四大部分组成。

控制器功率放大器执行机构和检测装置

2.

1.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

11.

12.

13.实现步进电动机通电

14.环形分配的两种常用方法是：

1），2）。

1）采用计算机软件分配器2）小规模集成电路搭接的硬件分配器

3.在伺服系统中，在满足系统工作要求的情况下，首先应保证系统的

和，并尽量高伺服系统的响应速度。

稳定性和精度

5.开环步进电动机控制系统，主要由、和

等组成。

环形分配器功率驱动器步进电机

三、判断题

1、伺服控制系统的比较环节是将输入的指令信号与系统的反馈信号进行比较，以获得输出与输入间的偏差信号。

（√）

2、对直流伺服电动机来说，其机械特性越硬越好。

3、步进电机的步距角决定了系统的最小位移，步距角越小，位移的控制精度越低。

（×

）

4、伺服电机的驱动电路就是将控制信号转换为功率信号，为电机提供电能的控制装置，也称其为变流器，它包括电压、电流、频率、波形和相数的变换。

五、综合应用题（每小题15分，共30分）

1.三相反应式步进电动机，转子齿数Z=100,双拍制通电，要求电动机转速为120r/min，

输入脉冲频率为多少?

步距角为多少?

K=1;

M=3,Z=100;

α=360/1*3*100=1.2º

N=120*360/60=720º

/S,f=N/α=720/1.2=600Hz

六、问答题（每小题10分，共30分）

1.步进电动机常用的驱动电路有哪几种类型?

单电源驱动电路双电源驱动电路斩波限流驱动电路

2.什么是步进电机的使用特性?

最大静转矩是指步进电动机在某相始终通电而处于静止不动状态时，所能承受的最大外加转矩，亦即所能输出的最大电磁转矩，它反映了步进电动机的制动能力和低速步进运行时的负载能力。

启动矩一频特性空载时步进电动机由静止突然启动，并不失步地进入稳速运行所允许的最高频率称为最高启动频率。

启动频率与负载转矩有关。

运行矩频特性步进电动机连续运行时所能接受的最高频率称为最高工作频率，它与步距角一起决定执行部件的最大运行速度。

最大相电压和最大相电流分别是指步进电动机每相绕组所允许施加的最大电源电压和流过的最大电流。

3、简述直流伺服电动机两种主要控制方式的工作原理。

一种是电枢电压控制，即在定子磁场不变的情况下，通过控制施加在电绕组两头端的电压信号来控制电动机的转速和输出转矩；

另一种是励磁磁场控制即通过改变励磁电流的大小来改变定子磁场的强度，从而控制电动机的转速和输出转矩。

5、步进电动机常用的驱动电路有哪几种类型?

单极驱动双极驱动斩波电路驱动

6、步进电动机数控系统和参考脉冲伺服系统的输入信号是什么?

输出轴的转速、转向各自与哪些因素有关?

参考脉冲序列转速与参考脉冲频率成正比

输出轴转向由转向电平决定

6-2、机电一体化系统的伺服驱动有哪几种形式?

各有什么特点？

1、按被控量参数特性分类

按被控量不同，机电一体化系统可分为位移、速度、力矩等各种伺服系统。

其它系统还有温度、湿度、磁场、光等各种参数的伺服系统

2、按驱动元件的类型分类

按驱动元件的不同可分为电气伺服系统、液压伺服系统、气动伺服系统。

电气伺服系统根据电机类型的不同又可分为直流伺服系统、交流伺服系统和步进电机控制伺服系统。

3、按控制原理分类

按自动控制原理，伺服系统又可分为开环控制伺服系统、闭环控制伺服系统和半闭环控制伺服系统。

6-3、机电一体化对伺服系统的技术要求是什么？

机电一体化伺服系统要求具有精度高、响应速度快、稳定性好、负载能力强和工作频率范围大等基本要求，同时还要求体积小、重量轻、可靠性高和成本低等。

6-4、试分析直流伺服电机的结构与工作原理。

图6-3直流伺服电动机基本结构

6-5、比较直流伺服电动机和交流伺服电动机的适用环境差别。

直流伺服电机具有良好的调速特性，较大的启动转矩和相对功率，易于控制及响应快等优点。

尽管其结构复杂，成本较高。

与直流伺服电动机比较，交流伺服电动机不需要电刷和换向器，因而维护方便和对环境无要求；

此外，交流电动机还具有转动惯量、体积和重量较小，结构简单、价格便宜等优点；

尤其是交流电动机调速技术的快速发展，使它得到了更广泛的应用。

6-6、习惯性称呼机械特性硬的含义是什么？

如果直流伺服电动机的机械特性较平缓，则当负载转矩变化时，相应的转速变化较小，这时称直流伺服电动机的机械特性较硬。

6-7、分析影响直流伺服电机的影响因素。

（1）驱动电路对机械特性的影响

（2）直流伺服电动机内部的摩擦对调节特性的影响

（3）负载变化对调节特性的影响

6-8、变流技术有哪几种应用形式？

变流技术按其功能应用可分成下列几种变流器类型：

整流器——把交流电变为固定的（或可调的）直流电。

逆变器——把固定直流电变成固定的（或可调的）交流电。

斩波器——把固定的直流电压变成可调的直流电压。

交流调压器——把固定交流电压变成可调的交流电压。

周波变流器——把固定的交流电压和频率变成可调的交流电压和频率。

交流调压器——把固定交流电压变成可调的交流电压。

一、选择

1.一般说来，如果增大幅值穿越频率ωc的数值，则动态性能指标中的调整时间ts（）

A.产大B.减小C.不变D.不定

2．受控变量是机械运动的一种反馈控制系统称（ 

A.顺序控制系统B.伺服系统 

C.数控机床 

D.工业机器人

二、填空题

1.顺序控制系统是按照预先规定的次序完成一系列操作的系统，

顺序控制器通常用________PLC______。

2、STD总线的技术特点_________________、______________、______________________、

高可靠性。

模块化设计系统组成修改和扩展方便

3.微机控制系统中的输入与输出通道一般包括、、

、四种通道。

模拟量输入通道模拟量输出通道数字量输入通道数字量输出通道

.4、抑制电磁干扰的常用方法有屏蔽、、、、合理布局和软件抗干扰技术。

6、计算机在控制中的应用方式主要有___操作指导控制系统

分级计算机控制系统，监督计算机控制系统（SCC），直接数字控制系统___。

7、现在常用的总线工控制机有__STD总线工业控制机_、PC总线工业控制机和CAN总线工业控制机等。

8、隔离放大器中采用的耦合方式主要有两种___变压器隔离光电隔离___。

三、解答题

1.在微机控制系统中，主机和外围设备间所交换的信息通常分为哪三类？

数据信息、状态信息和控制信息

2．数据信息可分为哪几种？

（1）数字量

（2）模拟量（3）开关量（4）脉冲量

3．控制系统接地通的目的。

将电路、设备机壳等与作为零电位的一个公共参考点（大地）实现低阻抗的连接，称之谓接地。

接地的目的有两个：

一是为了安全，例如把电子设备的机壳、机座等与大地相接，当设备中存在漏电时，不致影响人身安全，称为安全接地；

二是为了给系统提供一个基准电位，例如脉冲数字电路的零电位点等，或为了抑制干扰，如屏蔽接地等。

称为工作接地。

工作接地包括一点接地和多点接地两种方式。

4.工业控制用的计算机主要有哪几种类型，它们分别适用于哪些场合？

工业控制的计算机主要有单片微型计算机、可编程序控制器（PLC）、总线工控机等类型。

根据机电一体化系统的大小和控制参数的复杂程度，选用不同的微型计算机。

单片机或可编程控制器主要用于，控制量为开关量和少量数据信息的模拟量的小系统。

对于数据处理量大的系统，则往往采用基于各类总线结构的工控机，如STD总线工控机、IBM-PC总线工控机、Multibus工控机等。

对于多层次、复杂的机电一体化系统，则要采用分级分步式控制系统，在这种控制系统中，根据各级及控制对象的特点，可分别采用单片机、可编程控制器、总线工控机和微型机来分别完成不同的功能。