机电一体化简答

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1、1、完善的机电一体化系统主要包括哪几部分？ （ 5 次）答：机械本体、动力系统、检测传感系统、执行部 件和信息处理及控制系统五部分相互协调，共同完成所 规定的目的功能。通过接口及相应软件有机结合在一 起，构成内部匹配合理、外部效能最佳的完整产品。2、齿轮传动中齿侧间隙对系统有何影响，如何消除直 齿圆柱齿轮的齿侧间隙？（ 6次）答：齿轮的啮合间 隙会造成传动死区（失动量），若该死区是在闭环系 统中，则可能造成系统不稳定，常会使系统产生以15倍间隙而进行的低频振荡。为了降低制造成本，则多 采用各种调整齿侧间隙的方法来消除或减小圆柱齿轮的 啮合间隙，常用的方法有：偏心套调整法、轴向垫片调 整法、双片

2、薄齿轮错齿调整法等。3、机电一体化系统仿真的模型主要有哪几种？分别应 用于系统设计的哪个阶段？（ 10次）答：机电一体化 系统的仿真模型主要有：物理模型、数学模型和描述 模型。当仿真模型是物理模型时，为（全）物理仿真； 是数学模型时，称之为数学（计算机）仿真。用已研 制出来的系统中的实际部件或子系统代替部分数学模型 所构成的仿真称为半物理仿真。计算机仿真、半物理仿 真、全物理仿真分别应用在分析设计阶段（软件级）、部件及子系统研制阶段（软件-硬件级）实时 仿真、系统研制阶段（硬件级）实时仿真阶段。1、滚珠丝杠副消除轴向间隙的调整预紧方法有哪些？ 圆柱直齿轮的齿侧间隙的调整方法有哪些？ （6次）答

3、：滚珠丝杠副消除轴向间隙的调整预紧方法有：螺纹 预紧调整式、双螺母差齿预紧调整式、双螺母垫片预紧 调整式、弹簧式自动调整预紧式、单螺母变位导程自预 紧式。2）方法有：偏心套调整法、轴向垫片调整法、 双片薄齿轮错齿调整法（周向拉簧式、可调拉簧 式） 。2、什么是PID调节器？三部分在系统调节中各起什 么作用？（3次）答：按偏差的比例、积分和微分进 行控制的调节器，将偏差的比例、积分、微分通过线性 组合构成控制量，简称为P （比例）I （积分）D （微 分）调节器，是连续系统中技术成熟、应用最为广泛的 一种调节器。a. PID调节器中比例调节起纠正偏差的作用，其反应 迅速；b. 积分调节能消除静差

4、，改善系统静态特性；c. 微分调节有利于减少超调，加快系统的过渡过程。3、何谓概念设计？简述概念设计的设计过程。（7次）答：概念设计是指在确定任务之后，通过抽象 化，拟定功能结构，寻求适当的作用原理及其组合等， 确定出基本求解途径，得出求解方案。设计过程：设计任务抽象化，确定系统的总功能-将总 功能分解为子功能，直到功能元T寻找子功能（功能元）的解丁将原理解进行组合，形成多种原理解 设计方案一对众多方案进行评价决策，选定最佳方案一 概念产品。1、机电一体化系统仿真在系统设计过程中所起的作 用是什么？2、答：在进行项目的设计和规划事，往往需要对项 目的合理性、经济性等品质加以评价；在系统实际运行

5、 前，也希望对项目的实施结果加以预测，以便正确、高 效的运行策略或提前消除设计中的缺陷，最大限度地提 高实际系统的运行水平。采用仿真技术可以省时、省 力、省钱地达到上述目的。3、PLC控制系统有何优越性？答：PLC主要具有可靠性高、环境适应性强、灵活通 用、使用方便、维护简单，PLC提供标准通信接口， 可以方便地构成PLC-PLC网络或计算机-PLC网络， PLC应用程序的编程和调试非常方便，PLC具有 监控 功能。2、齿轮传动中各级传动比的最佳分配原则分别有哪些，各使用在那些场合？（ 5次）答：齿轮传动中各 级传动比的最佳分配原则：a.重量最小原则（结构紧凑）；b.转动惯量最小原则（快 速响

6、应）；c.输出轴转角误差最小原则（精度）结合可 行性、经济性对转动惯量、结构尺寸和传动精度提出适 当要求：要求体积小、重量轻的齿轮采用重量最轻的原 则；要求运动平稳、起停频繁和动态性能好的轮系采用 最小转动惯量原则、输出轴转角误差最小原则；提高传 动精度和减小回程误差为主的轮系采用转角误差最小原 则3、简述直流伺服电动机脉宽调制（PWM）的工作原 理。（8次）假设输入直流电压U，可以调节导通时间得到一定宽度 的与U成比例的脉冲方波，给伺服电动机电枢回路供 电，通过改变脉冲宽度来改变电枢回路的平均电压，从 而输出不同大小的电压Ua，使直流电动机平滑调速。 设开关S周期性的闭合、断开，周期是T。在

7、一个周期 内，闭合的时间是T,断开的时间是丁。若外加电源电 压U为常数，则电源加到电动机电枢上的电压波形将 是一个方波列，其高度为U,宽带为T，则一个周期内的 电压平均值为：所以，当T不变事，只要连续改变t （0T）就可以连续的使Ua由0变化 到从而达到连续改变电动机转速的目的。1. 简述对滚珠丝杠副进行间隙调整和预紧方法答： 通常采用双螺母预紧和单螺母（适于大滚珠，大导程） 两种方法，将弹性变形控制在最小限度内，以减小或消 除轴向间隙，并可提高滚珠丝杠副的刚度，常用的双螺 母消除轴向间隙的结构形式有三种，螺纹调隙式、垫片 调隙式和齿差调隙式三种，单螺母消隙常用增大滚珠直 径法和偏置导程法两种

8、预紧方法。2. 步进电机的输入信号是什么？如何实现对其传速和 旋转方向的控制答案：步进电机的输入信号是脉冲序 列。步进电机的步矩角a与运行拍数m、通电方式k（m=kN，单拍时k=1,双拍时k=2, N为定子绕组的相 数）、转子的齿数z有关。步进电机定子绕组通电状态 的改变速度越快，其转子旋转的速度越快，即通电状态 的变化频率越高，转子的转速越高。改变步进电机定子 绕组的通电顺序，转子的旋转方向随之改变。3. 简述数控设备中计算机数控装置的组成和功能。（6次）答：计算机数控装置主要由于数字控制装 置、输入输出设备和驱动控制装置等组成计算机数控 装置将数控加工程序通过输入装置输入人数控制装置， 在

9、数控装置的的控制下，通过输出设备输出各种信息和 指令，而驱动装置驱动机床各部分有序的运动，控制个 坐标轴的进给速度，进给方向和位移量等1 .什么是传 感器的校准？并简述如何进行校准？ 1 .答：传感器在 使用前、使用中或搁置一段时间再使用时必须对其性 能参数进行复测或做必要的调整和修正，以确保传感器 的测量精度，这个复测调整过程称为校准。为了对传 感器有一个长期的、稳定的和高精度的基准，在一些测 量仪器中特别是内部装有微处理器的测量仪器中，很容 易实现自动校准功能。对传感器进行校准时，需要精度 比它高的基准器，这种基准器受时间的推移和使用的磨 损等因素的影响，参数会随之改变。因此对这种基准器

10、还要用更高精度的基准器来定期校准。2、步进电动机的输入信号是什么？如何实现对其转速 和旋转方向的控制？答：步进电机的输入信号是脉冲序 列。步进电机的步矩角a与运行拍数m、通电方式k（m=kN,单拍时k=1,双拍时k=2, N为定子绕组的相 数）、转子的齿数z有关。步进电机定子绕组通电状态 的改变速度越快，其转子旋转的速度越快，即通电状态 的变化频率越高，转子的转速越高。改变步进电机定子 绕组的通电顺序，转子的旋转方向随之改变。计算机3、图示为电枢控制式直流电动机的工作原理图。图 中电机线圈的电流为i;L与R为线圈的电感与电阻；电 机的输入电压为u;折算到电机转子轴上的等效负载转 动惯量为了 M

11、 ;电机输出转矩和转速分别为了和w； Ke和Kt分别为电枢的电势常数和转矩常数，试求输出 转速与输入电压之间的传递函数。解：e=KE（oT=KTi KTI （s） =JMb （s） s3 =GM （s） T GM=1/JMs4、已知某四级齿轮传动系统，各齿轮的转角误差为仁2=- = 8=0.004弧度，各级减速比相同，即i1=i2=- =i8=2，求该系统的最大转角误差 max。解：由系统可知：则系统可能的最大误差为：2. 已知某工作台采用直流电机丝杠螺母机构驱动，已 知工作台的行程L=250mm，丝杠导程t=6mm，齿 轮减 速比为I=4,要求工作台位移的测量精度为0.01mm （忽 略齿轮

12、和丝杠的传动误差）。（1）试采用高速端测试方法，确定旋转编码器的每 转脉冲数。（2）若将传感器与丝杠的端部直接相连，ns=500 脉冲/转的旋转编码器是否合用。解：2.已知某工作台采用直流电机丝杠螺母机构驱动，已 知工作台的行程L=250mm，丝杠导程t=4mm,齿轮减速 比为i=5,要求工作台位移的测量精度为0.005mm （忽 略齿轮和丝杠的传动误差）。（1）试采用高速端测量方法，确定旋转编码器的每 转脉冲数。（12分）（2）若采用直线位移传感器直 接测量工作台的位移，试确定传感器的分辨率8。解：（1 ）高速端测量设传感器的每转脉冲数为n， 每个脉冲对应工作台的位移为由测量精度， L= 0

13、.005mm，贝U脉冲/转选取n=200光电编码器，则理论测量精度满足题目要 求。（2）采用直线位移传感器直接测量传感器的分辨率 应满足5、现有如下图所示的双螺母齿差调整预紧式滚珠丝 扛，其基本导程为I0=6mm、左端齿轮齿数为100、右 端齿轮齿数为98.当两端转向相同事，一端的外齿轮 相对于另一端的外齿轮转过2个齿时，试求两个螺母 之间产生的相对轴向位移？解：左端外齿轮旋转一周，螺母轴向移动6mm，则每 转一个齿，螺母的轴向移动6/100=0.06mm；右端外齿 轮旋转一周，螺母轴向移动6mm,则每转一个齿，螺母 的轴向移动6/98=0.0612mm；当两端转向相同事：一 端的外齿轮相对于

14、另一端的外齿轮转过1个齿时，相 对移动的轴向距离为0.0612-0.06=0.0012mm，所以当 一端的外齿轮相对于另一端的外齿轮转过2个齿时相 对移动的轴向距 离为（0.0612-0.06）*2=0.0024mm。设有一小功率电动机驱动的二级齿轮传动减速系统如图 所示，假设齿轮箱的传动效率为100%，齿轮箱的总 传动比i=2,已知齿轮采用相同材料，齿轮的宽度相等， 各齿轮的模数m=4,主动齿轮的齿数：z1=z3=30,请根据转动惯量最小原则设计齿轮传动系 统，计算各级齿轮传动比和齿轮2、齿轮4的齿数。解：设一级齿轮的传动比为i1,转换到电机轴的齿轮惯根据转动惯量最小原则，令，得或i 仁 i

15、2 1.414, z2=z4=42L巨4综合3、某车间内的两条自动生产线上需要一款搬运机器人，用于生产线间的产品搬运，如果该款机器人需要进 行概念设计，请制订出概念设计的流程。解：产品概念 设计决定性地影响产品创新过程中后续的产品详细设 计、产品生产开发、产品市场开发以及企业经营战略目 标的实现。包含以下流程：（1）首先是将设计任务抽象化，确定出系统的总功 能；（2）根据系统的总功能要求和构成系统的功能要素 进行总功能分解，划分出各功能模块，将总功能分解为 子功能，直到分解到不能再分解的功能元，形成功能 树；确定它们之间的逻辑关系；（3）对各功能模块输入/输出关系进行分析，确定 功能模块的技术

16、参数和控制策略、系统的外观造型和 总体结构；（4）寻找子功能（功能元）的解，并将原理解进 行组合，形成多种原理解设计方案；（5） 以技术文件的形式交付设计组讨论、审定。由 于体现同一功能的产品可以有多种多样的工作原理；（6）方案进行整体评价：对不同的方案进行整体评 价，选择综合指标最优的设计方案。最终选定最佳方案 形成概念产品。5、根据图示气体压力传感器的原理图，分析传感检测 系统的组成及各部分的作用。答：气体压力传感器的工作原理是膜盒2的下半部与 壳体1固接，上半部通过连杆与磁芯4相连，磁芯4 置于两个电感线圈3中，后者接入转换电路5.气体压 力传感器由敏感元件、转换元件和基本转换电路三部分 组成：（1 ）敏感元件：