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1、- 1 -机电一体化系统设计机电一体化系统设计【终版终版】一、简答题一、简答题1.1.机电一体化系统有哪些基本机电一体化系统有哪些基本元素元素组成？分别实现哪些功能？组成？分别实现哪些功能？ 1 计算机（微机） 控制功能 2 执行元件 操作功能 3 机构 构造功能 4 传感器 检测功能 5 动力源 动力功能 答:机电一体化系统是由机械系统（机构） 、信息处理系统（计算机） 、动力系统（动力源） 、 传感检测系统（传感器） 、执行元件系统（如电动机）五个子系统组成。 2 2丝杠螺母机构的传动形式及选择方法是什么？丝杠螺母机构的传动形式及选择方法是什么？1)螺母固定、丝杠转动并移动螺母固定、丝杠转
2、动并移动 该传动形式因螺母本身起着支承作用，消除了丝杠轴承可 能产生的附加轴向窜动，结构较简单，可获得较高的传动精度。但其轴向尺寸不易太长， 刚性较差。因此只适用于行程较小的场合。 2)丝杠转动、螺母移动丝杠转动、螺母移动 该传动形式需要限制螺母的转动，故需导向装置。其特点是结构 紧凑、丝杠刚性较好。适用于工作行程较大的场合。 3)螺母转动、丝杠移动螺母转动、丝杠移动 该传动形式需要限制螺母移动和丝杠的转动，由于结构较复杂且 占用轴向空间较大，故应用较少。 4)丝杠固定、螺母转动并移动丝杠固定、螺母转动并移动 该传动方式结构简单、紧凑，但在多数情况下，使用极不 方便，故很少应用 3.3.各级传
3、动比的分配原则是什么？输出轴转角误差最小原则是什么？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？ (1)各级传动比的分配原则： 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: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 级传动比应取大一些，并尽量提高最末一级齿轮的加工精度。 原则的运用：原则的运用：（1）对于要求体积小重量轻的齿轮传动系统，可用重量最轻原则。 （2）要求运
4、动平稳、起停频繁和动态特性好的齿轮传动系统，可用最小等效转动惯量和总转角误差最小原则。 （3）对于要求传动精度高的齿轮传动系统，可用输出轴转角误差最小原则。 （4）要求降低振动和噪音的齿轮传动系统的各级传动比采用不可约的比数。 （5）大传动比系统可采用行星轮系或谐波齿轮传动。4.4.导轨的截面形状及其特点是什么？导轨的截面形状及其特点是什么？ （1）三角形：导向精度高，磨损后自动补偿。导轨的水平与铅垂误差互相影响;用于对水- 2 -平精度要求高，需要自动补偿的场合。 （2）矩形：结构简单，承载大，刚度高。水平与铅垂方向误差互相不影响;磨损不能自动 补偿，摩擦力和接触变形比三角导轨小;用于载荷大
5、时 （3）燕尾形：结构紧凑，可承受颠覆力矩；磨损后不能自动补偿，需调整;刚度差，摩擦 力大，制造维修不方便;用于运动速度不高，受力不大，高度受限制的场合. （4）圆形：制造方便，磨损后，不能补偿;承载轴向载荷的场合 导轨副的组合形式导轨副的组合形式 （1）双三角形导轨（2）矩形和矩形组合导轨（3）三角形和矩形组合导轨 （4）三角形和平面导轨组合导轨（5）燕尾形导轨及其组合 5.滚珠丝杠副轴向间隙的调整与预紧滚珠丝杠副轴向间隙的调整与预紧 (1)双螺母螺纹预紧调整式 (2)双螺母齿差预紧调整式 (3)双螺母垫片调整预紧式 (4)弹簧式自动调整预紧式 (5)单螺母变位导程自顶紧式和单螺母滚珠过盈预
6、紧式 6.6.检测传感器检测传感器 【检测传感器的作用】传感器是将被测对象的各种物理变化量变为电信号的一种变化器。 主要用于检测机电一体化系统自身与作业对象、作业环境的状态，为有效地控制机电一体 化系统的动作提供信息。 【机电一体化对检测传感器的基本要】a 体积小、重量轻，对整机的适应度性好 b 精度和 灵敏度高、响应快、稳定性好、性噪比高 c 安全可靠、寿命长 d 便于计算机连接 e 不易受 被测对象影响，也不影响外部环境 f 对环境适应能力强 g 现场处理简单，操作性好 h 价 格低廉 7.轴系部件设计的基本要求轴系部件设计的基本要求 1)旋转精度 2)刚度轴系的刚度 3)抗振性(强迫振动
7、和自激振动) 4)热变形 5)轴上零件的布置 8.机电一体化机械系统（特点）要求机电一体化机械系统（特点）要求 1 低摩擦阻力的传动部件和导向支承部件。2 缩短传动链，提高传动与支承刚度。 3 最佳传动比，减少系统等效转动惯量，提高加速性能。4 缩小反向死区。 5 高刚度的支承和架体，系统小型化、高速、高可靠性。 9.传动部件及功能要求：传动部件及功能要求： 螺旋传动、齿轮传动、同步带传动、高速带传动、各种非线性传动部件等。其主要功能是 传递转矩和转速。 10.10.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，常提出哪些要求？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
8、性，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、适当的阻尼比的要求。- 3 -二、计算题二、计算题教材 2-10 2-17 2-18、2-19 教材 251 页（3）求等效转动惯量和等效转矩1.2.3.- 4 -4.下面三道题之一（教材 251 页的可能性比较大，下面两题有时间也可以看一下，有点小 错，求 V 的时候少除了 1000）教材 251 页（3）求等效转动惯量和等效转矩5.该题公式在教材 254 页、40 页注：第二问求可直接由第一问中的总传动比除以，即2i1i12/iii - 5 -三、分析题三、分析题1、实验二 光机电气一体化实验系统综合控制 【实验原
9、理实验原理】变频器设置为外部端子控制模式，通过程序控制实现交流电机的 运行、停止；传送带单元的光电编码器将电机旋转的角度通过脉冲形式传给 PLC，经过 PLC 计算控制变频器停止，实现对工件传送的精确定位；在传送过程 中电容传感器检测工件是否为金属材质，电感传感器检测工件是否为铁质，色 标传感器检测工件的颜色；将传感器检测的信号传送到 PLC 计算，分辨传送工 件的材质和颜色，为工件入库做准备；在工件传送到位后，启动机械手动作， 将工件搬运到货台上；PLC 根据电容、电感、颜色传感器检测的信号，对步进 电机的运行脉冲数进行控制，将不同材质、颜色的工件准确入库。 本系统主要由物料分拣单元、气动机
10、械手搬运单元和物料存储单元三大部分组 成 1.1.电容、电感、颜色传感器如何将不同的工件分拣出来？电容、电感、颜色传感器如何将不同的工件分拣出来？ 电容传感器（检测出物料的金属或非金属特性），电感传感器（检测出金属物 料的铁质或铝质特性）、颜色传感器（检测出物料的颜色特性） 2.2.传送站、机械手、步进电机运送三部分是如何配合起来的？传送站、机械手、步进电机运送三部分是如何配合起来的？ 传送站的物料中有工件时，推料气缸运动，将工件推到传送带上，推出后由 PLC 启动变频器，交流电机运动带动传送带传动。工件在传送带的带动下，依 次经过可检测出金属材质的电容传感器，可检测出铁质的电感传感器、可检测 出颜色的颜色传感器，工件到达传送带终点后电机停止。机械手运动将工件搬 运到货台上，机械手将工件放置到货台后，PLC 根据在传送带上的三个传感器 检测到得到工件的材质、颜色参数，给步进电机不同的脉冲信号，将工件运送 到不同的仓位，并有分拣气缸将工件推送到仓位内，分拣起缸缩回后，货运台 返回运行到等待位置。 2.电路分析
