机械传动系统的特性转动惯量小摩擦小阻尼合理刚度大抗振动性能好
自动控制原理及其应用试卷与答案
21.一线性系统，当输入是单位脉冲函数时，其输出象函数与传递函数相同。
22.输入信号和反馈信号之间的比较结果称为偏差。
23.对于最小相位系统一般只要知道系统的 开环幅频特性 就可以判断其稳定性。
24.设一阶系统的传递G(s)=7/(s+2)，其阶跃响应曲线在t=0处的切线斜率为2。
25.当输入为正弦函数时，频率特性G(j ω)与传递函数G(s)的关系为s=j ω。
26.机械结构动柔度的倒数称为动刚度。
27.当乃氏图逆时针从第二象限越过负实轴到第三象限去时称为正穿越。
28.二阶系统对加速度信号响应的稳态误差为1/K 。
即不能跟踪加速度信号。
29.根轨迹法是通过开环传递函数直接寻找闭环根轨迹。
30.若要求系统的快速性好，则闭环极点应距虚轴越远越好。
21.对控制系统的首要要求是系统具有.稳定性。
22.在驱动力矩一定的条件下，机电系统的转动惯量越小，其.加速性能越好。
23.某典型环节的传递函数是21)(+=s s G ，则系统的时间常数是 0.5 。
24.延迟环节不改变系统的幅频特性，仅使相频特性发生变化。
25.二阶系统当输入为单位斜坡函数时，其响应的稳态误差恒为2ζ/?n 。
26.反馈控制原理是检测偏差并纠正偏差的原理。
27.已知超前校正装置的传递函数为132.012)(++=s s s G c ，其最大超前角所对应的频率=m ω 1.25。
28.在扰动作用点与偏差信号之间加上积分环节能使静态误差降为0。
29.超前校正主要是用于改善稳定性和快速性。
30.一般讲系统的加速度误差指输入是静态位置误差系数所引起的输出位置上的误差。
21.“经典控制理论”的内容是以传递函数为基础的。
22.控制系统线性化过程中，变量的偏移越小，则线性化的精度越高。
23.某典型环节的传递函数是21)(+=s s G ，则系统的时间常数是 0.5 。
24.延迟环节不改变系统的幅频特性，仅使相频特性发生变化。
25.若要全面地评价系统的相对稳定性，需要同时根据相位裕量和幅值裕量来做出判断。
机械传动系统的动力学性能分析
机械传动系统的动力学性能分析一、引言机械传动系统是工程中常见的重要组成部分，其主要功能是将原动机的动力传递到被驱动部件上，实现所需的工作。
动力学性能的分析对于机械传动系统的设计、优化以及故障诊断具有重要意义。
本文将重点讨论机械传动系统的动力学性能分析方法与应用。
二、动力学基础知识在进行机械传动系统的动力学性能分析之前，有必要了解一些基础知识。
首先，机械传动系统一般由主、从动件和传动机构三部分组成。
主动件为提供动力的部分，从动件为被驱动的部分，传动机构为实现两者之间力的传递的机构。
其次，机械传动系统的动力学性能涉及到运动学和动力学两个方面。
运动学描述了机械传动系统中各个部件的位置、速度和加速度关系，动力学则研究了在给定外部载荷下传动系统中各部件的力与力矩分布。
三、运动学分析机械传动系统的运动学分析是动力学性能分析的重要前提。
运动学分析包括位置、速度和加速度分析。
通过确定主、从动件的位置、速度和加速度关系，可以进一步得到传递功率和效率等重要参数。
在运动学分析中，可以采用几何法、向量法和解析法等不同的方法。
几何法主要利用几何关系和平面三角学原理，通过几何图形的构造和测量，确定各部件的位置、速度和加速度。
向量法则通过向量的运算和代数方法，求解各个部件的速度和加速度关系。
解析法则通过运用微分学的知识，利用速度和位置的微分关系，推导并求解出运动学方程。
四、动力学分析机械传动系统的动力学分析是进一步研究机械传动系统的力与力矩分布以及功率传递性能的重要工作。
动力学分析中的重点问题包括动力学模型的建立、传递比的计算以及动力学参数的求解。
动力学模型的建立是动力学分析的基础。
通过对机械传动系统的结构和工作原理的深入研究，可以建立相应的动力学模型。
常用的动力学模型有并联、串联和迭加模型等。
根据实际情况选择合适的动力学模型，对于进一步分析机械传动系统的运动学和动力学性能具有重要意义。
传递比的计算是动力学分析的重要环节。
传递比是指在机械传动过程中主、从动件的速度比值，也是机械传动系统工作效果的重要指标。
机电一体化(第2章 机械系统)
与一般的机械系统设计要求相比，机电一体化系统 的机械系统要求定位精度高，动态响应特性好（即响应要 快，稳定性要好），为达到要求，在设计中常提出无间隙、 低摩擦、低惯量、高刚度、高谐振频率、适当的阻尼比等 要求。为达到上述要求，主要从以下几方面采取措施：
（1）单推-单推式
可预拉伸安装，预紧力大， 轴向刚度较高。
简易单推-单推式支承
（2）双推-双推式
轴向刚度最高，适于高刚度、 高速、高精度的丝杠传动。 对丝杠热变形敏感。
（3）双推-简支式
预紧力小，寿命长，常用 于中速、高精度的长丝杠 传动系统。注意丝杠热变 形影响。
（4）双推-自由式
承载能力小，轴向刚度低，多用于 短程、轻载、低速的垂直安装。
4) 缩小反向死区误差，如采取消除传动间隙、减少支承变形的 措施； 5) 提高刚度 改进支承及架体的结构设计以提高刚性、减少振 动、降低噪声。选材上；结构轻型化、紧密化。
这些措施反映了机电一体化系统设计的基本特点。
二、机械传动部件的选择与设计
机械传动部件的主要功能是传递转矩和转速，它实质上 是一种转矩、转速变换器，其目的是使执行元件与负载之间在 转矩与转速方面得到最佳匹配。
（3）谐振频率 包括机械传动部件在内的弹性系统，若不计 阻尼，可简化为质量-弹簧系统，为多自由度系统，有第一谐振 频率和高阶谐振频率等。当外界传来的激振频率接近或等于系 统固有频率时，系统产生谐振，不能正常工作。
还有电气驱动部件的谐振频率。
（4）摩擦 摩擦分为粘性摩擦、库仑摩擦和静摩擦。
实际机械导轨的摩擦特性随材料和表面状态的不同有很 大的不同。
（一）机械传动部件的功能要求及常用的传动部件
机械传动部件的传动类型、传动方式、传动刚性以及传 动可靠性对机电一体化系统的精度、稳定性和快速响应性有重 要影响。机电一体化系统设计时，需要选择传动间隙小、精度 高、体积小、重量轻、运动平稳、传递转矩大的传动部件。
机电一体化系统设计试题-2答案
习题二答案2-1、如何保证机电一体化系统具有良好的伺服特性？ξ<0.8的欠阻尼系统，既能保证在系统设计时，应综合考其性能指标，阻尼比一般取0.5<振荡在一定的范围内，过渡过程较平稳，过渡过程时间较短，又具有较高的灵敏度。
设计机械系统时，应尽量减少静摩擦和降低动、静摩擦之差值，以提高系统的精度、稳定性和快速响应性。
机电一体化系统中，常常采用摩擦性能良好的塑料——金属滑动导轨、滚动导轨、滚珠丝杠、静、动压导轨；静、动压轴承、磁轴承等新型传动件和支承件，并进行良好的润滑。
转动惯量对伺服系统的精度、稳定性、动态响应都有影响。
惯量大，系统的机械常数大，响ξ值将减小，从而使系统的振荡增强，稳定性下降；惯量大，会使系统的固有应慢。
惯量大，频率下降，容易产生谐振，因而限制了伺服带宽，影响了伺服精度和响应速度。
惯量的适当增大只有在改善低速爬行时有利。
因此，机械设计时在不影响系统刚度的条件下，应尽量减小惯量。
应尽量减小或消除间隙，目前在机电一体化系统中，广泛采取各种机械消隙机构来消除齿轮副、螺旋副等传动副的间隙。
2-2、机电一体化对机械系统的基本要求是什么？机电一体化系统的机械系统与一般的机械系统相比，除要求较高的制造精度外，还应具有良好的动态响应特性，即快速响应和良好的稳定性。
2-3、机电一体化机械系统的三大主要机构是什么？〔1〕传动机构、〔2〕导向机构、〔3〕执行机构2-4 机械一体化系统中伺服机构的作用是什么？伺服控制系统是一种能够跟踪输入的指令信号进行动作，从而获得精确的位置、速度及动力输出的自动控制系统。
机械传动是一种把动力机产生的运动和动力传递给执行机构的中间装置，是一种扭矩和转速的变换器，其目的是在动力机与负载之间使扭矩得到合理的匹配，并可通过机构变换实现对输出的速度调节。
在机电一体化系统中，伺服电动机的伺服变速功能在很大程度上代替了传统机械传动中的变速机构，只有当伺服电机的转速范围满足不了系统要求时，才通过传动装置变速。
《机电一体化技术与系统》各章作业答案
第二部分各章作业答案第一章绪论★1、机电一体化的基本概念和涵义是什么？★机电一体化的英文名词如何拼合？(P1) 【参考答案】机电一体化是从系统的观点出发，将机械技术、微电子技术、信息技术、控制技术等在系统工程基础上有机地加以综合，实现整个机械系统最佳化而建立起来的一门新的科学技术。
机电一体化在国外被称为Mechatronics是日本人在20世纪70年代初提出来的，它是用英文Mechanics的前半部分和Electronics的后半部分结合在一起构成的一个新词，意思是机械技术和电子技术的有机结合。
★2、机电一体化的发展趋势包括哪几个方面？(P2)【参考答案】机电一体化的发展趋势可概况为以下三个方面：(4-3-2)（1）性能上，向高精度、高效率、高性能、智能化的方向发展；（2）功能上，向小型化、轻型化、多功能方向发展；（3）层次上，向系统化、复合集成化的方向发展。
★3、一个较完善的机电一体化系统包括哪几个基本要素？★其核心部分是什么？（P4-P5) 【参考答案】一个较完善的机电一体化系统应包括以下几个基本要素：机械本体、动力部分、检测部分、执行机构、控制器和接口。
其核心部分是控制器。
★4、什么是接口？接口的功能有哪些？(P5)【参考答案】为实现各子系统或要素之间物质、能量或信息交换而进行的连接就是接口。
接口的基本功能有交换、放大、传递。
5、机电一体化的相关技术有哪些？(P2-P4)【参考答案】机械技术、检测传感技术、信息处理技术、自动控制技术、伺服传动技术、系统总体技术。
第二章机械传动与支承技术1、熟练掌握以数控机床进给传动为例说明机械传动系统建模的步骤、方法。
重点在传动惯量折算的推导过程。
(P13-P15)★【举例说明】在图1所示的数控机床进给传动系统中，电动机通过两级减速齿轮Z1、Z2、Z3、Z4及丝杠螺母副驱动工作台作直线运动。
设J l为轴I部件和电动机转子构成的转动惯量；J 2、J 3为轴Ⅱ、Ⅲ部件构成的转动惯量；K1、K2、K3分别为轴I、Ⅱ、Ⅲ的扭转刚度系数；K为丝杠螺母副及螺母底座部分的轴向刚度系数；m为工作台质量；C为工作台导轨粘性阻尼系数：T1、T2、T3分别为轴I、Ⅱ、Ⅲ的输入转矩。
第2章机械传动与支承技术
第2章 机械传动与支承技术2.2 机械传动系统的特性一、机电一体化对机械传动的要求1、简述机电一体化对机械传动要求有哪些？机电一体化机械系统应具有良好的伺服性能，要求机械传动部件转动惯量小、摩擦小、阻尼合理、刚度大、抗振性能好、间隙小；并满足小型、轻量、高速、低噪声和高可靠性等要求；还要求机械部分的动态性能和电动机速度环的动态性能匹配。
2、机械传动的主要性能取决于 二、机械传动系统特性机械传动系统的性能与系统本身的阻尼比ξ、固有频率ωn 有关，ωn 、ξ和机械系统的结构参数密切相关。
因此,机械系统的结构参数对伺服系统的性能有很大影响。
1、转动惯量（低好）2、摩擦。
摩擦力可分为粘性摩擦力Fv 、库仑摩擦力Fc 和静摩擦力Fs 三种，方向均与运动方向相反。
摩擦对伺服系统的影响主要有：(1)摩擦引起动态滞后和系统误差；(2)摩擦引起的低速爬行。
要求静摩擦尽可能小，精密低速伺服系统采用无刷电动机直接驱动消除传动间隙，采用静压气体支承轴系减小摩擦。
3、阻尼（合适）机械部件产生振动时的振幅取决于阻尼比ξ、固有频率ωn 有，阻尼越大则振幅就小。
适当的阻尼取值为0.4<ξ<0.8欠阻尼简述阻尼对弹性系统有哪些影响？P25 答：三方面影响。
4、刚度（高好）提高刚度增加闭环稳定性，但增加了转动惯量、摩擦和成本。
5、谐振频率（足够高）机械部件构成的弹性系统可简化为质量弹簧系统。
⑴直线运动弹性系统的固有频率ωn 为（扭转运行）（直线运行），Jkm k c n πωπω2121==⑵单自由度扭转弹性系统的固有频率ωn 为⑶机械部件的谐振频率满足经验公式c r ωω)126(-≥，其中ωr 为最低谐振频率，ωc 为闭环系统的剪切频率。
6、传动间隙（尽可能小）传动间隙造成运动反向时产生回程误差，且影响闭环系统的稳定性。
传动间隙主要形式有齿轮副间隙、丝杠螺母传动间隙、丝杠轴承的轴向间隙、轴联器扭转间隙等。
◆齿轮副间隙的消除方法有两种：⑴刚性消隙法。
机械传动系统的动态特性分析与控制
机械传动系统的动态特性分析与控制随着科技的不断进步和发展，机械传动系统在工业中的应用越来越广泛。
机械传动系统是将输入能源转换为输出能源的装置，其中动态特性是评价其工作性能的重要指标之一。
本文将对机械传动系统的动态特性进行分析和控制。
1. 动态特性的定义和重要性机械传动系统的动态特性指的是系统在受到外部激励时的响应能力和稳定性。
动态特性的好坏直接影响到机械传动系统的工作性能和寿命。
因此，研究和优化机械传动系统的动态特性具有重要意义。
2. 动态特性的分析方法为了分析机械传动系统的动态特性，我们可以运用多种方法，如模拟分析和实验测试。
其中，模拟分析通过数学模型来模拟和计算系统的动态响应，可以预先评估系统在不同工况下的响应能力。
实验测试则通过搭建实际系统进行测试，从而获取真实的动态响应数据。
3. 动态特性的影响因素机械传动系统的动态特性受到多种因素的影响，如传动元件的惯性、刚度和阻尼、传动比和传动方式等。
其中，惯性和阻尼是决定系统响应速度和稳定性的重要参数，而刚度则直接影响系统的振动和变形。
4. 动态特性的控制方法为了优化机械传动系统的动态特性，可以采取多种控制方法。
一种常用的方法是通过设计合适的控制算法来实现动态特性的控制。
例如，可以采用PID控制器来调节系统的响应速度和稳定性，通过优化参数来实现最佳的控制效果。
另一种方法是改变传动系统的结构和参数，如增加刚度和减小惯性等。
5. 动态特性分析在工程中的应用机械传动系统的动态特性分析在工程中具有广泛的应用。
例如，在风力发电系统中，通过对传动系统动态特性的分析，可以提前评估系统的响应能力和可靠性，从而优化系统的设计和工作性能。
在机械加工中，通过对机床传动系统的动态特性分析，可以提高加工精度和效率，降低加工质量问题的发生率。
综上所述，机械传动系统的动态特性分析与控制对于系统的工作性能和寿命具有重要影响。
通过合理的分析方法和控制措施，可以优化系统的动态特性，提高系统的工作效率和稳定性。
机电一体化基础知识考试复习总结
第一章绪论●机电一体化是指机械装置和电子设备适当地组合起来，构成机械产品或机电一体与机信一体的新趋势。
●机电一体化是把机械学和电子学有机地结合起来，提供更加优越技术的一种技术。
●机电一体化乃是在机械的主功能、动力功能、信息功能和控制功能上引进微电子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机结合而构成系统的总称。
机电一体化的目的是使产品具有多功能、高效率、高智能、高可靠性，同时又能节省材料、省能源，使产品向轻、薄、细、小、巧的方向发展，以不断满足人们生活的多样化要求和生产的省力化，自动化需求。
机电一体化基本结构要素：1．机械本体包括机身、框架机械联接等在内的产品支持结构属于基础部分，实现产品的构造功能。
2．动力源向系统提供能量，并将输入的能量转换成需要的形式，实现动力功能。
3．检测与传感装置包括各种传感器及其信号检测路，用于对产品运行时的内部状态和外部环境进行检测，提供运行控制所需的各种信息，实现计测功能。
4．控制与信息处理装置主要是指由计算机及其相应硬、软件所构成的控制系统。
5．执行机构包括机械传动与操作机构，在控制信息作用下完成要求的动作，实现产品的主功能。
是机电一体化产品中最重要的组成要素之一。
机电一体化产品可划分为功能附加型、功能替代型和机电融合型三类。
1．功能附加型产品：主要特征是在原有机械产品基础上，采用微电子技术，使产品功能增加和增强，性能得到适当的提高。
经济型数控机床、电子秤、数显量具、全自动洗衣机等都属于这一类机电一体化产品。
2．功能替代型产品：主要特征是采用电子技术及装置取代原产品中的机械控制功能、信息处理功能或主功能，使产品结构简化，性能提高。
柔性增加，如电子缝纫机、自动照相机等用微电于装置取代了原来复杂的机械控制机构；线切割加工机床、激光手术器等则用因微电子技术的应用而产生的新功能，取代了原来机械的主功能。
3．机电融合型产品：主要特征是根据产品的功能和性能要求及技术规范，采用专门设计的或具有特定用途的集成电路来实现产品中的控制和信息处理等功能，因而使产品结构更加紧凑、设计更灵活、成本进一步降低。
机械系统的振动特性分析
机械系统的振动特性分析在日常生活中，机械系统的振动特性是一个非常重要的问题。
无论是汽车发动机的振动，还是楼房的结构振动，都直接影响着机械系统的运行和安全性。
因此，深入了解机械系统的振动特性对于提高其性能和稳定性至关重要。
首先，我们先来了解一下机械系统的振动是如何产生的。
简单来说，任何物体都有一定的弹性，当外力作用于物体时，物体会发生形变。
而当外力突然消失时，物体会恢复到原来的形态，这种复原的过程会使物体产生振动。
这种振动可以是单纯的正弦振动，也可以是复杂的周期或非周期振动。
机械系统的振动特性分析主要是研究振动的幅值、频率、相位等参数。
机械系统的振动特性分析涉及到许多重要的概念。
首先是自由振动和强迫振动。
自由振动是指系统在没有外力作用下自行振动的情况，而强迫振动则是指系统在受到外力作用下振动的情况。
自由振动一般是由系统本身的固有特性所决定，而强迫振动则是受到外力的大小和频率影响。
这两种振动都可以通过分析系统的振动特性来进行研究和控制。
其次，机械系统的振动还与系统的固有频率密切相关。
固有频率是指机械系统在没有外力干扰的情况下，自由振动的频率。
当外力的频率接近系统的固有频率时，系统会发生共振现象。
共振会导致系统的振幅急剧增大，甚至超过系统原有的强度和稳定性。
因此，在设计和使用机械系统时，需要特别注意避免共振现象的发生，这可以通过调整系统的固有频率或调整外力的频率来实现。
此外，机械系统的振动还与系统的材料和结构参数有关。
不同的材料和结构参数会影响到系统的刚度和阻尼，从而影响到系统的振动特性。
例如，对于悬吊在弹簧上的质点系统，弹簧的刚度和质点的质量会影响到系统的振动频率和振幅。
因此，在设计机械系统时，需要根据实际情况选择合适的材料和结构参数，以满足系统对振动特性的要求。
在实际应用中，机械系统的振动特性分析可以通过实验和数值模拟两种方式来进行。
实验方法一般采用传感器来测量系统的振动参数，通过对实验数据的处理和分析，可以得到系统的振动特性。
机械传动系统动力学特性与控制
机械传动系统动力学特性与控制引言机械传动系统是现代工业中不可或缺的关键技术之一。
它通过使用各种传动装置，将能量从一个地方传输到另一个地方，实现工业设备的运动。
机械传动系统的动力学特性与控制对于确保系统的安全可靠运行，提高生产效率至关重要。
本文将通过对机械传动系统动力学特性与控制的探讨，深入了解其重要性及应用。
一、机械传动系统的动力学特性机械传动系统的动力学特性主要包括系统的振动响应、稳定性、动态响应等方面。
在实际应用中，传动系统的振动响应是一个重要的研究内容。
振动会导致系统的机械部件疲劳及失效，影响系统的可靠性和寿命。
因此，准确分析和控制传动系统的振动响应是至关重要的。
传动系统的振动由于载荷和结构的非线性特性，往往呈现出复杂的非线性动力学行为。
研究者通过建立数学模型，分析传动系统中的动力学方程，可以预测传动系统的振动响应。
其中，常用的方法有时域方法和频域方法。
时域方法主要通过求解微分方程，分析系统的振动响应；频域方法则是通过将微分方程转化为频域方程，采用频谱分析的方法研究传动系统的动力学特性。
在具体的系统设计和应用中，需要考虑传动系统的稳定性问题。
传动系统的稳定性与系统的物理参数、激励条件等因素密切相关。
通过对传动系统稳定性的研究，可以为系统的实际应用提供指导。
例如，在机床传动系统中，为了确保其稳定性，需要选择合适的传动比和动力补偿装置，以避免系统失稳。
二、机械传动系统的控制策略为了提高机械传动系统的性能，保证系统的稳定性和可靠性，控制系统的设计变得非常重要。
传动系统的控制策略包括主动控制和被动控制两种方式。
主动控制是指通过在传动系统中引入控制器，实时监测和调节系统的输入和输出，以实现系统的控制。
常用的主动控制方法包括PID控制和最优控制等。
PID控制是一种经典的控制策略，通过调节系统的比例、积分和微分参数，实现系统的稳定性和响应速度的优化。
最优控制是基于数学模型和目标函数，通过优化控制信号，实现系统的性能最优化。
机电一体化技术知识点
一，机电一体化的主要特征：1整体结构最优化2系统控制智能化3操作性能柔性化二，机电一体化系统面临的共性关键技术：1检测传感技术2信息处理技术3自动控制技术4伺服驱动技术5精密机械技术6系统总体技术三，机电一体化系统具有整体性关联性目的性相对性四，机电一体化系统的功能构成：结构功能主功能（交换传递保存）动力功能信息与控制功能五五，机电一体化系统设计基本步骤：1明确系统的目的2决定系统的规范3决定系统的四大功能及其规范4用功能子系统或功能要素构成各个功能5用实际系统或要素替换各功能6整体系统的评价7转下一个循环六，接口：在相互连接要素的交界面上必须具备相应的某些条件才能连接该交界面叫做接口七，接口按期交换与调整功能分：零接口被动接口主动接口智能接口根据输入输出的性质分：信息接口（软件接口）机械接口电气接口环境接口吖八，按机电一体化产品的用途分类：产业机械信息机械民用机械机电一体化产品多功能分类：在原有机械本体上采用微电子控制装置2用电子装置局部取代机械控制装置3用电子装置局部取代机械控制装置4用电子装置机械的主功能5信息设备和电子装置有机结合的信息电子机械设备检测装置电子装置和机构有机结合的检测用电子机械设备九，机电一体化技术体现在产品设计制造以及生产经营管理诸方面的特点：1简化机械结构提高精度2易于实现多功能和柔性自动化3产品开发周期短竞争能力强4生产方向向综合自动化发展5促进经营管理体制发生根本性变化十，在机电一体化技术系统分析中质量弹簧及阻尼这三个理想的机械元件代表了机械系统组成部分的本质转化原则：能量等效（即转化前后系统动能保持不变）和功等效（即转化前后系统功保持不变）。
十一，摩擦力的种类：静摩擦力动摩擦力粘滞摩擦旋转运动的摩擦阻力系数转化为当量粘滞阻尼系数十二，机电一体化系统中的伺服系统主要是以机械量为控制对象的一种自动控制系统。
它在工作时要求系统的输出能平稳快速准确地跟随输入指令动作。
机械传动系统的性能与系统本身的阻尼固有频率有关。
《机电一体化技术》课程读书笔记
第一章绪论1．机电一体化包括哪六大共性关键技术（相关技术）？p1答:机电一体化包括六大共性关键技术:（1）精密机械技术，（2)伺服传动技术，(3）检测传感技术，（4）信息处理技术，（5)自动控制技术，（6）系统总体技术。
2．一个较完善的机电一体化系统，应具有哪六个基本功能要素？p2答：机电一体化系统应具有以下六个基本功能要素：（1）机械本体，（2)动力部分,（3）传感检测部分，（4）执行机构，(5）驱动部分，(6）控制及信息处理、各要素和环节之间相联系的接口.3．何谓机电一体化系统中的接口?接口的作用和基本功能是什么？p3答：机电一体化系统中的接口,是机电一体化系统中各子系统之间进行物质、能量和信息传递与交换的联系部件。
接口的作用使各要素或子系统联接成为一个有机整体，使各个功能环节有目的地协调一致运动，从而形成机电一体化的系统工程。
接口的基本功能主要有三个：一是交换，通过接口完成使各要素或子系统之间信号模式或能量的统一;二是放大,在两个信号强度相差悬殊的环节间,经接口放大，达到能量的匹配；三是传递，变换和放大后的信号在环节间可靠、快速、精确地交换，必须遵循协调一致的时序、信号格式和逻辑规范。
接口具有保证信息传递的逻辑控制功能，使信息按规定模式进行传递。
4．简述执行部分的功能和分类。
P3答：执行机构的功能是根据控制信息和指令完成所要求的动作。
执行部分是运动部件，一般采用机械、电磁、电液等机构。
它将输入的各种形式的能量转换为机械能。
5．何谓机械本体？P2答：机械本体包括机械传动装置和机械结构装置。
其主要功能是使构造系统的各子系统、零部件按照一定的空间和时间关系安置在一定位置上。
6．何谓动力部分？p2答:部分动力部分的功能是按照机电一体化技术系统的控制要求，为系统提供能量和动力以保证系统正常运行。
7．何谓传感检测部分?p2答：传感检测部分的功能是对系统运行过程中所需要的本身和外界环境和各种参数及状态进行检测，并转换成可识别信号,传输到信息处理单元,经过分析、处理后产生相应的控制信息。
机械传动系统的性能分析与优化设计
机械传动系统的性能分析与优化设计引言：机械传动系统是现代工业领域的重要组成部分，其性能的优化设计对于提高生产效率、降低能耗和提升产品质量具有重要意义。
本文将从性能分析和优化设计两个方面，探讨机械传动系统的发展与应用。
一、机械传动系统的发展历程机械传动系统是将动力源转化为机械能，并将机械能传递到工作机构的系统。
早期的机械传动系统主要采用皮带传动、链条传动和齿轮传动等方式。
随着科学技术的进步和工业需求的不断增加，机械传动系统逐渐发展出了各种新型的传动方式，如液力传动、电磁传动和直线传动等。
这些新型传动方式为机械传动系统的性能提升提供了广阔的空间。
二、机械传动系统的性能分析机械传动系统的性能分析是对其运行状态和传动效率进行评估的过程。
传动系统的运行状态包括速度、加速度、转矩和功率等参数的测量和分析；传动效率则是指输入功率和输出功率的比值。
传动系统的性能分析可以通过试验和理论计算两种方法进行。
试验方法是通过在实际工作条件下对传动系统进行测试，测量其各项性能指标。
试验方法的优点是结果直观可靠，但是需要投入大量时间和资源，并且在实际操作中存在一定的风险。
理论计算方法则是通过建立传动系统的数学模型，通过计算和分析得出其性能指标。
理论计算方法的优点是成本低、效率高，但是其结果仍然需要通过实验验证。
三、机械传动系统的优化设计优化设计是指在满足特定性能指标的前提下，通过调整传动系统的各个参数，使其性能达到最佳状态的过程。
机械传动系统的优化设计可以通过以下几个方面进行：1. 传动比的优化设计：传动比是指输入轴和输出轴转速之间的比值。
传动比的优化设计可以在满足工作要求的前提下，最大程度地提高传动系统的效率。
2. 材料选择的优化设计：传动系统的材料选择与其使用寿命和可靠性密切相关。
材料的优化设计可以通过选择合适的材料，提高传动系统的耐磨性和抗腐蚀性，从而延长其使用寿命。
3. 润滑方式的优化设计：传动系统的润滑方式对其运行效果和使用寿命有着重要影响。
机械传动机构的动态特性分析与优化设计
机械传动机构的动态特性分析与优化设计随着工业技术的发展和需求的不断提高，机械传动机构作为重要的动力传递方式，在各个领域中得到了广泛应用。
然而，机械传动机构在运行过程中会产生不可避免的动态特性问题，如振动、噪声、动力损失等，严重影响着机械系统的性能和可靠性。
因此，对机械传动机构的动态特性进行分析与优化设计成为解决这些问题的关键。
一、机械传动机构的动态特性分析1.1 振动特性分析振动是机械传动机构中常见的动态特性问题，会导致系统的运行不稳定、增加零件的疲劳损伤等。
常见的振动源包括系统的谐振频率、不平衡质量、摩擦和碰撞等。
因此，通过振动特性分析能够找到振动源，并采取相应的措施进行减振。
振动特性分析需要通过实验方法或模拟计算方法进行，可以利用传感器获取系统的振动信号，通过信号处理和频谱分析等手段，确定振动源。
同时，还可以通过改变传动装置的结构和参数，来减小振动幅值和频率，从而提高机械系统的运行稳定性。
1.2 噪声特性分析机械传动机构在运行过程中会产生噪声，给人们的工作和生活带来困扰。
噪声的产生主要来自于系统中的摩擦、碰撞和流体动力等。
噪声特性分析的目的是找出噪声产生的原因，并采取相应的措施进行降噪。
噪声特性分析可以通过实验方法和模拟计算方法进行。
通过实验方法可以测量系统产生的噪声信号，通过信号处理和频谱分析等手段，确定噪声源。
同时，还可以分析噪声传播路径和传播途径，采取隔声、吸声等措施进行降噪。
1.3 动力损失分析机械传动机构在传递动力的过程中会产生一定的能量损失，这主要来自于传动件之间的摩擦和挤压损耗。
动力损失的分析可以帮助设计者在设计过程中优化机械传动机构的结构和参数，降低能量损失，从而提高系统的效率。
动力损失的分析可以通过实验和模拟计算方法进行。
实验方法可以通过测量传动装置的输入输出功率差，确定动力损失。
模拟计算方法可以通过建立传动机构的模型，计算摩擦和挤压的损失。
二、机械传动机构的优化设计2.1 结构优化机械传动机构的结构优化是指通过改变传动机构的结构形式和布局等方面，降低动态特性问题的发生概率，提高系统的性能和可靠性。
机械运动系统的力学特性与动力性能分析
机械运动系统的力学特性与动力性能分析在机械学中，力学特性和动力性能是评估和分析机械运动系统重要的指标。
力学特性包括机械系统的刚度、强度和稳定性等方面，动力性能则关注机械系统的速度、加速度、功率等参数。
这些指标的分析可以帮助设计人员了解机械系统的运动行为，以及改进设计和提升性能的方向。
1. 刚度：机械系统的刚度是指系统对外部载荷的响应能力。
刚度越高，机械系统在受力情况下变形越小，使系统具有更好的稳定性和精度。
刚度分析常用刚度矩阵或弹性体系模型来描述，通过有限元分析等方法可以得到系统的刚度。
刚度分析结果可用于评估系统的设计是否满足力学要求，或是对结构进行改进。
2. 强度：机械系统的强度评估了系统在外部载荷作用下的稳定性和是否能承受载荷。
强度分析主要包括静态和动态两个方面。
静态强度考虑系统在静止状态下受到的外力，而动态强度则关注系统在运动状态下所承受的载荷。
强度分析可以通过有限元分析、应力分析等方法进行，以预测系统是否会发生破裂或变形等问题。
3. 稳定性：机械系统的稳定性是指系统在作用力下是否能保持平衡的能力。
当外部载荷发生变化时，稳定性可以帮助确定机械系统能否恢复到平衡状态，并维持稳定的运动。
稳定性分析可以通过稳定性判据、李雅普诺夫函数等方法进行。
稳定性分析的结果常用于设计系统的控制策略，以确保系统在不同工况下的稳定运行。
4. 速度和加速度：机械系统的速度和加速度是描述系统运动状态的重要参数。
速度和加速度分析可以帮助设计人员了解系统在运动中的行为，并根据需要进行动态性能的改进。
通过速度和加速度分析，可以确定系统的最大速度、最大加速度及其对应的位置。
这些参数对于设计运动控制系统、减小振动或冲击、提升工作效率都具有重要意义。
5. 功率：机械系统的功率是指单位时间内传递或转换的能量，通常用来评估系统的工作能力和效率。
功率分析可以帮助设计人员确定系统是否工作在适当的功率范围内，以及是否需要改进节能措施。
功率分析不仅涉及机械传动和电气控制，还需要考虑系统的负载情况、效率损耗等因素。
机械传动系统的特性转动惯量小摩擦小阻尼合理刚度大抗振动性能好
2、粘性阻尼系数的折算 机械系统的相对运动元件之间存在着粘性阻尼，并以一 定的形式表现出来。在机械系统数学建模过程中，粘性阻尼 同样需要折算到某一部件上，求出系统的当量阻尼系数。其 基本方法是将摩擦阻力、流体阻力及负载阻力折算成与速度 有关的粘性阻尼力，再利用摩擦阻力与粘性阻尼力所消耗的 功相等这一原则，求出粘性阻尼系数，最后进行相应的当量 阻尼系数折算。
L k k 2
2
(2)扭转刚Байду номын сангаас系数的折算 根据动力平衡和传动关系有
T1 1 k1
T2 z 2 T1 2 k 2 z1 k2
T3 z 2 z 4 T1 3 k3 z1 z3 k3
5．谐振频率 设计时使外界的激振频率避开系统的固有频率时，以免系 统产生谐振而不能正常工作。为减少机械传动部件的转矩反 馈对电动机动态性能的影响，机械部件的谐振频率必须大于 电气驱动部件的谐振频率。 6．间隙 间隙将使机械传动系统中间隙产生回程误差，影响伺服 系统中位置环的稳定性。 间隙的主要形式有齿轮传动的齿侧间隙、丝杠螺母的传 动间隙、丝杠轴承的轴向间隙、联轴器的扭转间隙等。在机 电一体化系统中，为了保证系统良好的动态性能，要尽可能 避免间隙的出现。当间隙出现时，要采取消隙措施。
L T32 mv
L L z1 z3 v 3 1 2 2 z2 z4
(3)折算到轴I上的总转动惯量
L z1 z3 1 T3 m 2 z2 z4
2
2 2 2 2 z1 z1 z3 L z1 z3 1 T1 J1 J 2 z J3 z z m 2 z z 1 J 2 4 2 2 4
机械传动系统概述
题目：机械传动系统概述:（1）机械传动系统类型及特点;（2）机械传动系统典型应用简介(不少于3个);（3）机械传动系统新技术简介(不少于3个).答:（1）机械传动系统类型及特点1）带传动：利用张紧在带轮上的柔性带进行运动或动力传递的一种机械传动。
其特点有：优点：传动平稳、结构简单、成本低、使用维护方便、有良好的挠性和弹性、过载打滑缺点：传动比不准确、带寿命低、轴上载荷较大、传动装置外部尺寸大、效率低。
因此，带传动常适用于大中心距、中小功率、带速v=5～25m/s，i≤7的情况2）链传动：通过链条将具有特殊齿形的主动链轮的运动和动力传递到具有特殊齿形的从动链轮的一种传动方式。
特点与带传动相比，链传动没有弹性滑动和打滑，能保持准确的平均传动比；需要的张紧力小，作用于轴的压力也小，可减少轴承的摩擦损失；结构紧凑；能在温度较高、有油污等恶劣环境条件下工作。
与齿轮传动相比，链传动的制造和安装精度要求较低；中心距较大时其传动结构简单。
瞬时链速和瞬时传动比不是常数，因此传动平稳性较差，工作中有一定的冲击和噪声。
链传动平均传动比准确,传动效率高，轴间距离适应范围较大，能在温度较高、湿度较大的环境中使用；但链传动一般只能用作平行轴间传动，且其瞬时传动比波动，传动噪声较大。
由于链节是刚性的，因而存在多边形效应（即运动不均匀性），这种运动特性使链传动的瞬时传动比变化并引起附加动载荷和振动，在选用链传动参数时须加以考虑。
链传动广泛用于交通运输、农业、轻工、矿山、石油化工和机床工业等。
3）齿轮传动：利用特定齿形的链板与链轮相啮合来实现传动的。
齿轮传动的特点是：齿轮传动平稳，传动比精确，工作可靠、效率高、寿命长，使用的功率、速度和尺寸范围大。
例如传递功率可以从很小至几十万千瓦；速度最高可达300m/s；齿轮直径可以从几毫米至二十多米。
但是制造齿轮需要有专门的设备，啮合传动会产生噪声。
4）蜗杆传动：由蜗杆和蜗轮组成，一般蜗杆为主动件。
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cs k o ( s) J L s 2 ( J m s 2 cs k ) cs k 2 J m s cs k T ( s) 2 JLJm 2 1 ( J L J m )s s cs k 2 2 J L s ( J m s cs k ) JL Jm
3、刚度系数的折算 机械系统中各元件在工作时受到力和力矩的作用，将产 生伸长(或压缩)和扭转等弹性变形，这些变形将影响整个系 统的精度和动态性能。在机械系统的数学建模中，需要将其 折算成相应的当量扭转刚度系数和线性刚度系数。 4、系统的数学模型 将基本物理量折算到某一部件后，即可按单一部件对系 统进行建模。
c k T (t ) J
这里，θ(t)为转角，T(t）为扭矩。 通过拉氏变换，得到系统的传递函数
( s)
1 2 T ( s) Js cs k
c( ) k ( ) T (t ) J m i i o i o
c( ) k ( ) 0 J L o o i o i
数控机床进给系统
1．转动惯量的折算 将轴I、Ⅱ、III上的转动惯量和工作台的质量都折算到轴I 上，作为系统总转动惯量。 (1)轴I、Ⅱ、III转动惯量的折算
1 T1 T1 J1
2 T2 T2 J 2
3 T3 T3 J 3
z3 z1 z3 z4 z1 z2 T2 T1 2 z 1 T3 T2 3 z 2 z z 1 z3 2 4 2 4 z1
三、基本物理量的折算 1、转动惯量的折算 根据动平衡原理
i Ti Ti J i
其中Ti为i轴的输入转矩，T’i为i轴的负载转矩ωi为i轴的角速 度。 对于一对啮合齿轮的轴来说，由于轴II的输入转矩是从轴I上 的负载转矩获得的，且与他们的转速成反比，所以有
Ti 1
z i 1 Ti zi
X 2 ( s) m1s 2 cs k1 F (s) m1m2 s 4 (m1 m2 )cs3 (m1k1 m1k2 m2k1 )s 2 ck2 s k1k2
二、机械转动系统 机械转动系统的基本单元是转动惯量(J)、阻尼(C)和弹 簧(K)，建立机械移动系统数学模型的基本原理仍是牛顿第二 定律。
第一节
机械系统数学模型的建立
一、机械移动系统 机械移动系统的基本单元是质量(M)、阻尼(C)和弹簧 (K)，建立机械移动系统数学模型的基本原理是牛顿第二定律。 牛顿第二定律：物体的加速度跟物体所受的合外力F成正比， 跟物体的质量成反比，加速度的方向跟合外力的方向相同。 F=ma
cx kx f (t ) m x
机械系统设计
机械系统是机电一体化系统的最基本要素，主 要包括执行机构、传动机构和支承部件，以完成 规定的动作，传递功率、运动和信息，支撑连接 相关部件等。一部机器必须完成相互协调的若干 机械运动。每个机械运动可由单独的控制电机、 传动件和执行机构组成的若干个子系统来完成， 若干个机械运动由计算机来协调与控制。
L T32 mv
L L z1 z3 v 3 1 2 2 z2 z4
(3)折算到轴I上的总转动惯量
L z1 z3 1 T3 m 2 z2 z4
2
2 2 2 2 z1 z1 z3 L z1 z3 1 T1 J1 J 2 z J3 z z m 2 z z 1 J 2 4 2 2 4
通过拉氏变换，得到系统的传递函数
X ( s) 1 F ( s) m s2 cs k
1 c( x 1 x 2 ) k1 ( x1 x2 ) 0 m1 x
2 c( x 2 x 1 ) k1 ( x2 x1 ) k2 x2 f (t ) m2 x
z1 z1 z3 L J J1 J 2 z J3 z z m 2 2 2 4
2、粘性阻尼系数的折算 机械系统的相对运动元件之间存在着粘性阻尼，并以一 定的形式表现出来。在机械系统数学建模过程中，粘性阻尼 同样需要折算到某一部件上，求出系统的当量阻尼系数。其 基本方法是将摩擦阻力、流体阻力及负载阻力折算成与速度 有关的粘性阻尼力，再利用摩擦阻力与粘性阻尼力所消耗的 功相等这一原则，求出粘性阻尼系数，最后进行相应的当量 阻尼系数折算。
m1s 2 X1 (s) cs[ X1 (s) X 2 (s)] k1[ X1 (s) X 2 (s)] 0
m2 s 2 X 2 (s) cs[ X 2 (s) X1 (s)] k1[ X 2 (s) X1 (s)] k2 X 2 (s) F (s)
X 1 ( s) cs k1 F (s) m1m2 s 4 (m1 m2 )cs3 (m1k1 m1k2 m2 k1 )s 2 ck2 s k1k2
z1 z1 1 T1 J 2 z z T2 2 2
2
z1 z3 z3 1 T2 J 3 z z z T3 2 4 4
பைடு நூலகம்
2
(2)工作台质量的折算 根据动力平衡关系，丝杠转动一周所 做的功等于工作台前进一个导程时其惯性力所做的功，对于 工作台和丝杠有