机电一体化答案

I目录机电一体化技术第1 章习题-参考答案 (1)1-1 试说明较为人们接受的机电一体化的含义。

(1)1-4 何谓机电一体化技术革命？ (1)1-7.机电一体化系统有哪些基本要素组成？分别实现哪些功能？ (1)1-8.工业三大要素指的是什么？ (1)1-12.机电一体化系统的接口功能有哪两种？ (1)1-16.什么是机电互补法、融合法、组合法？ (1)机电一体化技术第2 章习题-参考答案 (2)2-1 设计机械传动部件时，为确保机械系统的传动精度和工作稳定性，常常提出哪些要求？ (2)2-2 机电一体化系统传动机构的作用是什么？ (2)2-3 机电一体化系统（产品）对传动机构的基本要求是什么？ (2)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？ (2)2－16 各级传动比的分配原则是什么？输出轴转角误差最小原则是什么？ (2)2－17 已知：4 级齿轮传动系统，各齿轮的转角误差为∆φ1=∆φ2=∆φ3=…=0.005 rad,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)2－18 谐波齿轮传动有何特点？传动比的计算方法是什么？ (3)2-19.设有一谐波齿轮减速器,其减速比为100，柔轮齿数为100.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) (3)2-20.齿轮传动的齿侧间隙的调整方法有哪些? (3)2-25.轴系部件设计的基本要求有哪些？ (4)机电一体化技术第3 章参考答案 (5)3-1 简述机电一体化系统执行元件的分类及特点。

........................................................ 5 II3-2 机电一体化系统对执行元件的基本要求是什么？ (5)3-3 简述控制用电动机的功率密度及比功率的定义。

(5)3—5 直流伺服电机控制方式的基本形式是什么？ (5)3-6 简述PWM 直流驱动调速，换向的工作原理。

(6)步进电机具有哪些特点？ (6)简述步进电机三相单三拍的工作原理？ (6)3-11 简述步进电机步距角大小的计算方法？ (7)3-12 简述三相步进电机的环形分配方式？ (7)简述步进电机驱动电源的功率放大电路原理. (7)机电一体化技术第4 章参考答案 (9)试说明CPU、MC 和MCS 之关系。

(9)4-3、在设计微机控制系统中首先会遇到的问题是什么？ (9)4-17 试说明光电耦合器的光电隔离原理。

(9)4-20 试说明检测传感器的微机接口基本方式。

(9)机电一体化技术第5 章参考答案 (11)5-2 简述采样定理？ (11)5-3 简述数字控制系统A/D 转换过程。

(11)5-5 简述多输入多输出系统的静力学方程。

(11)5-6 简述两自由度机器人逆动力学方程。

(12)机电一体化技术第7 章参考答案 (13)7-3 机电一体化系统中的典型负载有哪些？说明以下公式的含义： (13)7-4 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。

(13)7-5.简述机电一体化系统的数学模型建立过程。

比例环节（P）、积分环节(I)、比例-积分环节(PI)和比例-积分-微分调节(PID)各有何优缺点？ (14)7-8 何谓机电一体化系统的“可靠性”？ (17)1机电一体化技术第1章习题-参考答案1-1 试说明较为人们接受的机电一体化的含义。

答：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。

1-4 何谓机电一体化技术革命？答：将微型计算机等微电子技术用于机械并给机械以“智能”的技术革新潮流可称“机电一体化技术革命”。

1-7.机电一体化系统有哪些基本要素组成？分别实现哪些功能？答：机电一体化系统（产品）要素功能控制器（计算机等）控制（信息存储、处理、传送）检测传感器计测（信息收集与变换）执行元件驱动（操作）动力源提供动力（能量）机构构造1-8.工业三大要素指的是什么？答：物质、能量、信息。

1-12.机电一体化系统的接口功能有哪两种？答：一种是变换、调整;另一种是输入/输出。

1-16.什么是机电互补法、融合法、组合法？答：机电互补法又称取代法。

该方法的特点是利用通用或专用电子部件取代传统机械产品（系统）中的复杂机械功能部件或功能子系统，以弥补其不足。

融合法它是将各组成要素有机结合为一体构成专用或通用的功能部件（子系统），其要素之间机电参数的有机匹配比较充分。

组合法它是将结合法制成的专用或通用功能部件（子系统）、功能模块，像积木那样组合成各种机电一体化系统（产品），故称组合法。

2机电一体化技术第2章习题-参考答案2-1 设计机械传动部件时，为确保机械系统的传动精度和工作稳定性，常常提出哪些要求？答：常提出低摩擦、无间隙、低惯量、高刚度、高谐振频率、适当的阻尼比等。

2-2 机电一体化系统传动机构的作用是什么？答：传递转矩和转速。

2-3 机电一体化系统（产品）对传动机构的基本要求是什么？答：精密化，高速化，小型、轻量化。

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*6 mm=0.12 mm。

2－16 各级传动比的分配原则是什么？输出轴转角误差最小原则是什么？答：（1）各级传动比的分配原则是：重量最轻原则输出轴转角误差最小原则等效转动惯量最小原则（2）输出轴转角误差最小原则是：为提高机电一体化系统齿轮传动的精度，各级传动比应按先小后大的原则分配，以便降低齿轮的加工误差、安装误差以及回转误差对输出转角精度的影响。

总转角误差主要取决于最未一级齿轮的转角误差和转动比的大小，在设计中最未两级传动比应取大一些，并尽量提高最未一级齿轮的加工精度。

2－17 已知：4 级齿轮传动系统，各齿轮的转角误差为∆φ1=∆φ2=∆φ3=…=0.005 rad,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？解：（1）∆φmax=i1+4 3 23 2i i i+4 35 4i i+47 6i+∆φ8=0.005/1.54+0.01/1.53+0.01/1.52+0.01/1.5+0.005=0.00099+0.00296+0.00444+0.00667+0.005=0.02006 rad 3=1.1499o（1）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。

2－18 谐波齿轮传动有何特点？传动比的计算方法是什么？答：（1）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。

谐波齿轮传动的波发生器相当于行星轮系的转臂，柔轮相当于行星轮，刚轮则相当于中心轮。

故谐波齿轮传动装置的传动比可以应用行星轮系求传动比的方式来计算。

设H g r、、分别为刚轮、柔轮和波形发生器的角速度，则g H r Hrgg H rZiZ。

当柔性轮固定时， 1g g g r g H H r Hrg Hgg H r H g g g g rZ Z Z Z Zi iZ Z Z Z Z当刚性轮固定时， 1g g r H r H rHrH r H r g r gZ Z ZiZ Z Z Z2-19.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。

(提示：一般来说，刚轮仅比柔轮多几个齿；刚轮固定时，柔轮与输出轴固联；柔轮固定时，刚轮与输出轴固联，两种情况下，波发生器均与输入轴固联)2-20.齿轮传动的齿侧间隙的调整方法有哪些?答(1)圆柱齿轮传动:1 偏心套(轴)调整法;2 轴向垫片调整法;3 双片薄齿轮错齿调整法。

(2)斜齿轮传动: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。

42-25.轴系部件设计的基本要求有哪些？答：①旋转精度②刚度③抗震性④热变形⑤轴上零件的布置5机电一体化技术第3章参考答案3-1 简述机电一体化系统执行元件的分类及特点。

答:种类特点优点缺点电动式可使用商用电源；信号与动力的传动方向相同；有交流和直流之别，应注意电压之大小操作简便；编程容易；能实现定位伺服；响应快、能与CPU相接；体积小、动力较大；无污染瞬时输出功率大；过载能力差，特别是由于某种原因而卡住是，会引起烧毁事故，易受外部噪声影响气动式空气压力源的压力为（5-7）×105Pa；要求操作人员技术熟练气源方便、成本低；无泄漏污染速度快、操作比较简单功率小，体积大，动作不够平稳，不易小型化，远距离传输困难，工作噪声大，难于伺服液动式要求操作人员技术熟练；液压源压力（20-80）×105Pa输出功率大，速度快，动作平稳，可实现定位伺服；易于CPU 相接；响应快设备难于小型化，液压源或液压油要求（杂质、温度、油量、质量）严格；易泄露且有污染3-2 机电一体化系统对执行元件的基本要求是什么？答: 1 惯量小、动力大 2 体积小、重量轻3 便于维修、安装4 易于微机控制3-3 简述控制用电动机的功率密度及比功率的定义。

答:电动机的功率密度PG=P/G.电动机的比功率dp/dt=d(Tw)/dt=Ts/dt|t=tn=Tn2/Jm其中Tn----电动机的额定转矩，N*MJm——电动机转子的转动惯量,kg*m23—5 直流伺服电机控制方式的基本形式是什么？答: 直流伺服电机为直流供电，为调节电动机的转速和方向，需要对其直流电压的大小和方向进行控制。