湖南工业大学机电一体化系统设计复习题

1接口：机电一体化系统由许多要素或子系统构成，各要素或子系统之间必须能顺利的进

行物质、能量和信息的传递与交换。为此，各要素或各子系统相接处必须具备一定的联系条

件，这些联系条件就称为接口。功能：a输入/输出b变换/调整

2机电一体化系统的机械系统与一般的机械系统相比，除要求具有较高的定位精度之外，还

应具有良好的动态响应特性，就是说响应要快、稳定性要好。

3丝杠和螺母相对运动组合四种类型：a螺母固定、丝杆转动并移动。b丝杆转动、螺母移动。c螺母移动、丝杆移动。d丝杆固定、螺母转动并移动。

4滚珠丝杠副的主要尺寸参数：a基本导程P0：指滚珠螺母相对滚珠丝杠旋转2π弧度时的行程。公称导程P通常指作用尺寸标志的导程值。b行程：转动滚珠丝杠或滚珠螺母时，滚

珠丝杠或滚珠螺母的轴向位移量。

5滚珠丝杠副轴向间隙的调整与预紧方式：a双螺母螺纹预紧调整式b双螺母齿差预紧调整式c双螺母垫片调整预紧式d弹簧自动调整预紧式 e 单螺母变位导程自顶预紧式和单

螺母滚珠过盈预紧式。

6滚珠丝杠副支承方式：a单推-单推式b双推-双推式c双推-简支式d双推-自由式

7滚珠丝杠副结构的选择：a当允许有间隙存在时，可选用具有单圆弧形螺纹滚道的单螺母

滚珠丝杠副；b当必须有预紧或在使用过程中因磨损而需要定期调整时，应采用双螺母螺纹

预紧或齿差预紧式结构；c当必须具备良好的防尘条件，且只需在装配是调整间隙预紧力时，

可采用结构简单的双螺母垫片调整预紧式结构。

8滚珠丝杠副选择的步骤：a承载能力选择b压杆稳定性核算c刚度的验算

9各级传动比的最佳分配原则：a重量最轻原则b输出轴转角误差最小原则c等效转动惯量最小原则。

10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。谐波齿轮传动的传动比：i=（w r-w H)/（w g-w H）=Z g-Zr 11齿轮传动间隙的调整方法：(1)圆柱齿轮传动a偏心套轴调整法 b 轴向垫片调整法c双片薄齿轮错齿调整法。（2）斜齿轮的传动：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

12 导轨的分类及基本要求：a导轨按其接触面的摩擦性质可分为滑动导轨、滚动导轨、流

体介质摩擦导轨b按其结构特点可分为开式导轨和闭式导轨。

13导轨副的基本要求：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。机电一体化系统和计算机外围设备等精度和运动速度都比较高，因此，

其导轨应该具有比较好的灵活性和平稳性，工作时应轻便省力，速度均匀，低速运动或者微量位移不出现爬行现象；高速运动时应无振动。在低速运行是，往往不是连续的匀速运动

而是时走时停（即爬行）。其主要原因是摩擦系数运动速度的变化和传动系统刚性不足造成

的。

14导轨副的截面形状及其特点：三角形（分对称，不对称两类）、矩形、燕尾形及圆形四

种。各种导轨的特点：三角形导轨：导向精度高，导轨水平与垂直方向误差相互影响，给制

作、检验和修理带来困难。矩形导轨：结构简单，制造、检验和修理方便，导轨面较宽，承

载能力大，刚度高，应用广泛。燕尾形导轨：高度小、结构紧凑，可以承受颠覆力矩，但刚

度较差，摩擦力较大，制造、检验和维修都不方便。用于运动速度不高，受力不大，高度尺

寸受到限制的场合。圆形导轨：制造方便，磨损后很难调整和补偿间隙，适用于同时做直线

运动和转动的地方，也用于承受轴向载荷的场合。

15直线运动导轨副：(1)优点：a摩擦系数小b动、静摩擦系数基本相同c可以预紧，刚度高d寿命长e精度高f润滑方便g由专业厂生产（2）缺点：a抗振性差，接触应力大b

对导轨的表面硬度、表面形状精度和滚动体尺寸精度要求高。c结构复杂，制造困难。成本

较高d对赃物敏感，必须具有良好的防护装置。（3）要求：a导轨精度b耐磨性c刚度d工艺性

机电一体化系统对执行元件的要求：a惯量小、动力大b：体积小、重量轻c便于维修、安装d易于微机控制

16机电一体化系统机座或者机架的作用及要求：既承受其他零部件重量和工作载荷，又起

保证各零部件相对位置的基准作用。要求：a刚度和抗振性（动刚度与静刚度、材料阻尼

及固有振动频率有关）b热变形c稳定性d其他要求（工艺性、经济性、人机工程等）

17步进电动机的特点和种类：（1）特点：步进电动机的工作状态不容易受到各种干扰因素

的影响b步进电机的步距角有误差c控制性能好，在启动、停止、反转时不易“丢步”

（2)种类：a可变磁阻型b永磁型c混合型步进电动机的步距角小

18环形脉冲分配器：步进电动机的各相绕组必须按一定的顺序通电才能正常工作。这种使

电动机绕组的通电顺序按一定的规律变化的部分称为脉冲分配器。

19步进电机的静态特性是指他在稳定状态下的特性，包括静转矩，矩—角特性及静态稳定

区。步进电机的动态特性：动态稳定区；起动转矩；最高连续运行频率及矩—频特性。

20伺服电动机的种类a直流特点：具有较高的响应速度、精度和频率，优良的控制特性。寿命较低，需要定期维修。直流伺服电动机为直流供电，为调节电动机转速和方向，需要

对其直流电压的大小和方向进行控制。目前常用晶体管有脉宽调理驱动和晶闸管直流调速驱

动两种方式。 b 交流其基本原理是检测SM型和IM型的气隙磁场的大小和方向，用电力

电子变换器代替整流子和电刷，并通过与气隙磁场方向相同的磁化电流和与气隙磁场方向垂

直的有效电流来控制其主磁通量和转矩。

21简述步进电机三相单三拍的工作原理：如教材图例所示：如果先将电脉冲加到A相励磁绕组，定子A相磁极就产生磁通，并对转子产生磁拉力，使转子的 1 3两个齿与定子的A 相磁极对齐，而后再将电脉冲通入B相磁绕组，B相磁极便产生磁通，这时转子 2 4两个齿与B相磁极靠的最近，于是转子便沿着逆时针方向转过30度角，使转子 2 4两个齿与定子B相磁极对齐。如果按照A→C→B→A,,的顺序通电，步进电机讲沿顺时针方向一

步步地转动。

22 简述步进电机步距角大小的计算方法：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）。23简述三相步进电机的环形分配方式：1采用计算机软件，利用查表式计算方法来进行脉冲

的环形分配，简称软环分。 2.采用小规模集成电路搭接而成的脉冲分配器。 3.采用专用环形分配器件。

24简述数字控制系统A/D转换过程：模/数转换装置每隔T秒对输入的连续信号e（t）进行一次采样，采样信号为e*（t），如图a所示。该采样信号是时间上离散而幅值上连续的信

号，它不能直接进入计算机进行运算，必须经量化后成为数字信号才能为计算机所接受。将采样信号经量化后成为数字信号的过程是一个近似过程，称量化过程。现对量化过程作简单

的说明：将采样信号e*（t）的变化范围分成若干层，每一层都用一个二进制数码表示，这

些数码可表示幅值最接近它的采样信号。如图b所示，采样信号A1为1.8V，则量化值A1’为2V，用数字010来代表；采样信号A2为3.2V，则量化值A2‘为3V，用数字量011代表。这样就把采样信号变成了数:字信号