机电一体化课后答案

机电一体化（第二版）课后答案

第一章

1-1.试说明较为人们所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。

1-7.机电一体化系统由哪些基本要素组成？分别实现哪些功能？

答：①.机电一体化系统由计算机、动力源、传感件、机构、执行元件系统五大要素组成。

②.对应的五大功能为：控制、动力、计测、构造、操作功能。

1-17.开发性设计、变异性设计、适应性设计有何异同？

答：1、开发性设计是没有参照产品的设计，仅仅是根据抽象的设计原理要求，设计出在质量和性能方面满足目的要求的产品。

2、变异性设计是在设计方案和功能结构不变的情况下，仅改变现有产品的规格尺寸使之适应于量的方面有所变更的需求。

3、适应性设计是在总的设计方案、原理基本保持不变的情况下，对现有产品进行局部更改，或用微电子技术代替原有的机械结构或为了进行微电子控制对机械结构进行局部适应性设计，以使产品在性能和质量上增加某些附加价值。

所有机电一体化系统的设计都是为了获得用来构成事物的有用信息。

1-20.简述计算机辅助设计与并行工程、虚拟设计、快速响应设计、绿色设计、反求设计等的含义。

答：1、计算机辅助设计是设计机电一体化产品的有力工具，用来设计一般机械产品的CAD 的研究成果。

2、并行工程是把产品的设计、制造及其相关过程作为一个有机整体进行综合协调的一种工作模式。

3、虚拟设计是虚拟环境中的产品模型，是现实世界中的产品在虚拟环境中的映像，是基于虚拟现实技术的新一代计算机辅助设计。

4、快速响应设计是实现快速响应工程的重要环节，快速响应工程是企业面对瞬息万变的市场环境，不断迅速开发适应市场的新系统，快速响应设计的关键是有效开发和利用各种系统信息资源。

5、绿色设计是从并行工程思想发展而出现的一个新概念。绿色设计就是在新系统的开发阶段，就考虑其整个生命周期内对环境的影响，从而减少对环境的污染、资源的浪费、使用安全和人类健康等所产生的副作用。

反求设计是以现代设计理论、方法和技术为基础，运用各种专业人员的工程设计经验、知识和创新思维，对已有的系统进行剖析、重构、再创造的设计。

第二章

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*6mm=0.12mm

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：①重量最轻原则②输出轴转角误差最小原则③等小传动惯量最小原则

（2）输出轴传动误差最小原则是：为提高机电一体化系统齿轮传动的精度，各级传动比影按先小后大的原则分配，一边降低齿轮的加工误差、安装误差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末一级齿轮的转角误差和传动比的大小，在设计中最末两级的传动比应取大一些，并尽量提高最末一级齿轮副的加工精度。

2-19.设有一谐波齿轮减速器，其减速比为100，柔齿轮数为100。当刚轮固定时，试求该谐波减速器的钢轮齿数及输出轴的传动方向（与输入轴的传向相比较）。

答：根据公式：iHr=Zr/(zr-zg)可知：当iHr=100时，Zg=99，当iHr=-100时，Zg=101；故该谐波减速器的钢轮齿数为101，柔轮输出轴方向与波发生器输入轴转向相反。

2-21.简述导轨的主要作用，导轨副的组成、种类及应满足的基本要求。

答：导轨的作用是支承和限制运动部件按给定的运动要求和规定的运动方向运动。

导轨副的组成：导轨副主要由承导件和运动件两大部分组成。

常用的导轨副种类很多，按其接触面积的摩擦性质可分为滑动导轨、滚动导轨、流体介质摩擦导轨等；按其结构特点可分为开式导轨和闭式导轨。

导轨副应满足的基本要求：导向精度高、刚性好、运动轻便平稳、耐磨性好温度变化影响小以及结构工艺性好等。

第三章

3-2 机电一体化系统对执行元件的基本要求是什么？

答：⒈惯量小、动力大⒉体积小、重量轻⒊便于维修、安装⒋易于微机控制

3-6 简述 PWM 直流驱动调速，换向的工作原理。

答：通过电源的通断来获得电压脉冲信号，控制通断的时间比来获得不同的电压脉冲，通的时间越长，获得的平均电压越大，电机转的就快，反之，电机转的就慢。电机的换向是通过桥式电路来实现的，它是由四个大功率的晶体管组成，通过在不同晶体管的基极加正负脉冲从而实现电机的转向控制。为使其实现双向调速，多采用桥式电路，其工作原理与线性放大桥式电路相似。

电桥由四个大功率的晶体管组成。如图，分别记作1.2.3.4.如果在1 和3 的基极上加以正脉冲的同时，在2 和4 的基级上加以负脉冲，这时1 和3 导通，2 和4 导通。设此时的电动机转向为正；反之，则为负。电流的方向与前一情况相反，电动机转向，显然，如果改变加到1 和3，2 和4这两组管子基极上控制脉冲的正负和导通率就可以改变电动机的转向和速。

3-11 简述步进电机步距角大小的计算方法？

答：a=360/（K*M）

式中：Z=转子齿数。M=运行拍数。通常等于相数或相数整数倍，即M=K*N （N 为电动机的相数，单拍是K=1，双拍时K=2）。

第四章

4-2 试说明微型计算机的基本特点及选用要点。

答：较完善的中断系统，足够的储存容量，完备的输入/输出通道和实时时钟；字长，速度，指令。

4-15 键盘键值是如何确定？

答：将行、列线按二进制顺序排列，当某一键按下时，键盘扫描程序执行到给该列置0电平，读出各行状态为非1状态，这时的行、列数据组合成键值。

4-17 试说明光电耦合器的光电隔离原理。

答：光电隔离电路主要由光电耦合器的光电转换元件组成，如书本P168图 4.39。控制输出时，如图4.39a所示可知，微机输出的控制信号经74LS04非门反相后，加到光电耦合器G 的发光二极管正端。当控制信号为高电平时，经反相后，加到发光二极管正端的电平为低电平，因此，发光二极管不导通，没有光发出。这时光敏晶体管截止，输出信号几乎等于加在光敏晶体管集电极上的电源电压，当控制信号为低电平时，法官二极管导通并发光，光敏晶体管接收发光二极管发出的光而导通，于是输出端的电平几乎等于零。同样的道理，可将光电耦合器用于信息的输入，如图4.39b所示。

4-19 试说明检测传感器的选用原则及注意事项。

答：首先要根据使用要求选择适合自己所需要的，此外还可以采取某些技术措施来改善传感器的性能如：平均技术，差分技术，稳定性处理，屏蔽和隔离。选用传感器时，要特别注意不同系列产品的应用环境、使用条件和维护要求。