机电一体化技术试题四及答案

机电一体化技术试题四及答案
一、填空题：（20分，1分/空）
1．机电一体化系统由机械系统、、动力系统、________和系统组成。

2．机电一体化系统的机械系统与一般的机械系统相比，除了要求具有较高的定位精度之外，还应具有良好的特性。

3．滚珠丝杠螺母机构中滚珠的循环方式有和两种。

4．齿轮传动的重量最轻原则中，对于小功率传动系统，其传动比为。

5．就常用的旋转式步进电动机的转子结构来说，分为永磁式、_________和__________式。

6．已知某三相步进电动机转子齿数为4，如果其工作单三拍时，步距角为，在双三拍时步距角为。

7．步进电动机的驱动电路由__________和_______________等组成。

8．在选择微机系统时，从控制的角度出发，微机应能满足具有较完善的_______系统，足够的_______容量和完善的输入/输出通道和时钟等要求。

9．机电一体化系统对执行元件的要求有_________ ，体积小，重量轻，便于维修安装和易于_________。

10．画出机电一体化产品中的直流伺服电动机的控制回路方框图。

（2分）11．机电一体化设计中，微机系统的接口设计包括两方面的内容，一是扩展接口，二是安排_________________________________，选定各信号输入/输出时采用何种控制方式。

二、判断题（对的打√，错的打×并改正）：（10分，1分/题）
1．齿轮是一种非线性变换机构。

（）2．对于要求运动平稳、启停频繁和动态性能好的伺服系统的减速齿轮系，可按照重量最轻原则设计。

（）
3．在机电一体化系统中，当机械系统的减速比很大时，可采用多级齿轮传动来解决。

（）4．在机电一体化产品中可大量使用普通V带传动。

（）5．执行元件是机电一体化产品中不可缺少的一个系统。

（）6．气压式执行元件可用在定位精度要求很高的场合。

（）7．在任何负载下，步进电动机的最高运行频率都是相同的。

（）8．在微机控制系统的设计中，不仅要进行系统控制方案的确定，还要进行确定控制算法和选择微机等工作。

（）
9．在机电一体化产品设计中，只要根据系统的要求进行稳态设计就足够了，
因为这样就选择好了所有的部件。

（）10．机电一体化产品的设计过程是机电参数相互匹配，即机电有机结合的过程。

（）
三、简答题：（40分）
1.直齿圆柱齿轮传动间隙的消除方法有哪些？（10分）
2.简述A/D和D/A的功能。

（10分）
3.为什么采用机电一体化技术可提高系统的精度？（10分）
4.试说明光电耦合器的光电隔离原理。

（10分）
四、综合题：（30分）
1.已知某4级齿轮传动系统，各齿轮的转角误差128....0.005rad ϕϕϕ∆=∆==∆=，各级减速比为5.14321====i i i i ，求：（10分）
（1） 该传动系统的最大转角误差m ax φ∆。

（2） 要缩小m ax φ∆，应采取何种措施？
2.如图题4-2所示为电动机驱动系统，已知工作台质量为m=490 kg，负载
力为F=1 000 N，最大加速度为2
10m/s，丝杠直径为d=20 mm，导程为t=4 mm，齿轮减速比为i=5，总效率为30%，忽略丝杠惯量的影响，试计算电动机的驱动力矩。

如果要求工作台位移的测量精度为0.005 mm（忽略齿轮和丝杠的传动误差）（20分）
（1）试采用高速端（电动机轴）测量方法，确定旋转编码器的每转脉冲数。

（2）若将传感器直接连接于丝杠端部，n=500脉冲/转的旋转编码器是否可以？
图题4-2
试题四答案
一、填空题
1.传感器检测系统执行单元计算机控制系统；
2.动态
3.内循环外循环
4.各级相等
5.反应式混合式
6.30°15°
7.脉冲分配器功率放大器
8.中断存储
9.转动惯量小控制
10.
11.输入/输出通道
二、判断题
1.错，齿轮是一种线性变换机构。

2.错，对于要求运动平稳、启停频繁和动态性能好的伺服系统的减速齿轮系，可按照转动惯量最小原则设计。

3.错，在机电一体化系统中，当机械系统的减速比很大时，可采谐波齿轮传动等大减速比传动来解决。

4.错，在机电一体化产品中只使用同步带，而不能使用V带。

5.对。

6.错，气压式执行元件可用在定位精度要求不高的场合。

7.错，步进电动机的最高运行频率随着负载的变化而变化。

8.对。

9.错，在机电一体化产品设计中，不仅要进行稳态设计，而且要进行动态设计。

10.对。

三、 简答题
1.直齿圆柱齿轮传动间隙的消除方法主要有轴向垫片调整法、偏心套调整法和双片薄齿轮错齿调整法等。

2.A/D 的功能是将模拟信号转换为数字信号，其主要参数为分辨率和位数。

D/A 的功能主要是将数字信号转换为模拟信号。

3.机电一体化技术利用高精度传感器进行在线监测，并将误差信号随时送入控制器，而后控制器又将控制信号送入伺服电动机进行校正。

因此，机电一体化技术不仅有高精度的控制系统和伺服系统，而且其机械部分的精度也要比传统机械高，因此，采入机电一体化技术可以提高系统精度。

4.光电隔离是一种将电信号转换为光信号，再将光信号转换为电信号的过程。

其原理如图题3-4所示，若有低电平电信号输入U in ，发光二极管则发出光信号，而密封在同一壳体中的光电三极管收到光信号后变为导通，则在U out 端输出低电平。

反之，当U in 端输入高电平时，在U out 端输出高电平，实现了电源之间的隔离（V CC1和V CC2），而又保证了信号的传输。

图题3-4
四、 综合题
1、答：（1） 3567124max 8433220.02rad i i i i i i i
ϕϕϕϕϕϕϕϕϕ∆∆∆∆∆∆∆∆=+++++++∆= （2）为了缩小最大转角误差，应该提高后级齿轮的转角误差。

2、答：（1）总负载为100049005900N F F ma ∑=+=+=
设工作台最大速度为v ，则电动机的转矩为
3933N m F v T v i
η∑== 如果要求工作台位移的测量精度为0.005 mm ，并且采用高速端（电动机轴）测量方法，则对应于测量精度的旋转编码器旋转角度为
3600.005 2.25Δi t
⨯==︒ 故旋转编码器每转脉冲数n 为 360160n Δ
== （2）每转500个脉冲时，每个脉冲对应的角度为3600.72500Δ=
=︒ 所以完全可以满足要求。