机电一体化系统标准设计课后答案.doc

目录

机电一体化技术第 1 章习题-参考答案 1

1-1 试说明较为大家接收机电一体化含义。 1

1-4 何谓机电一体化技术革命？ 1

1-7.机电一体化系统有哪些基础要素组成？分别实现哪些功效？ 1

1-8.工业三大要素指是什么？ 1

1-12.机电一体化系统接口功效有哪两种？ 1

1-16.什么是机电互补法、融正当、组正当？ 1

机电一体化技术第 2 章习题-参考答案 2

2-1 设计机械传动部件时，为确保机械系统传动精度和工作稳定性，常常提出哪些

要求？ 2

2-2 机电一体化系统传动机构作用是什么？ 2

2-3 机电一体化系统（产品）对传动机构基础要求是什么？ 2

2-10 现有一双螺母齿差调整预紧式滚珠丝杠，其基础导程λ0=6mm、一端齿轮齿

数为 100、另一端齿轮齿数为 98，当其一端外齿轮相对另一端外齿轮转过 2

个齿时，试问：两个螺母之间相对移动了多大距离？ 2

2－16 各级传动比分配标准是什么？输出轴转角误差最小标准是什么？ 2

2－17 已知：4 级齿轮传动系统，各齿轮转角误差为∆φ1=∆φ2=∆φ3=…=0.005 rad,各

级减速比相同，即 ί1=ί2=…=ί4=1.5。求：该传动系统最大转角误差∆φmax; 为缩小

∆φmax，应采取何种方法？ 2

2－18 谐波齿轮传动有何特点？传动比计算方法是什么？ 3

2-19.设有一谐波齿轮减速器,其减速比为 100，柔轮齿数为 100.当刚轮固定时,试求该

谐波减速器刚轮齿数及输出轴转动方向(和输入轴转向相比较) 3

2-20.齿轮传动齿侧间隙调整方法有哪些? 3

2-25.轴系部件设计基础要求有哪些？ 4

机电一体化技术第 3 章参考答案 5

3-1 简述机电一体化系统实施元件分类及特点。 5

I

3-2 机电一体化系统对实施元件基础要求是什么？ 5

3-3 简述控制用电动机功率密度及比功率定义。 5

3—5 直流伺服电机控制方法基础形式是什么？ 5

3-6 简述 PWM 直流驱动调速，换向工作原理。 6

步进电机含有哪些特点？ 6

简述步进电机三相单三拍工作原理？ 6

3-11 简述步进电机步距角大小计算方法？ 7

3-12 简述三相步进电机环形分配方法？ 7

简述步进电机驱动电源功率放大电路原理. 7

机电一体化技术第 4 章参考答案 9

试说明 CPU、MC 和 MCS 之关系。 9

4-3、在设计微机控制系统中首先会碰到问题是什么？ 9

4-17 试说明光电耦合器光电隔离原理。 9

4-20 试说明检测传感器微机接口基础方法。 9

机电一体化技术第 5 章参考答案 11

5-2 简述采样定理？ 11

5-3 简述数字控制系统 A/D 转换过程。 11

5-5 简述多输入多输出系统静力学方程。 11

5-6 简述两自由度机器人逆动力学方程。 12

机电一体化技术第 7 章参考答案 13

7-3 机电一体化系统中经典负载有哪些？说明以下公式含义： 13

7-4 设有一工作台 x 轴驱动系统，已知参数为下表中所列，已知 mA=400 ㎏，

Ph=5mm,Fl 水平=800N，Fl 垂直=600N，工作台和导轨间为滑动摩擦，其摩擦系数为

0.2，试求转换到电动机轴上等效转动惯量和等效转矩。 13

7-5.简述机电一体化系统数学模型建立过程。百分比步骤（P）、积分步骤(I)、百分比-

积分步骤(PI)和百分比-积分-微分调整(PID)各有何优缺点？ 14

7-8 何谓机电一体化系统“可靠性”？ 17

II

机电一体化技术第 1 章习题-参考答案

1-1 试说明较为大家接收机电一体化含义。

答：机电一体化乃是在机械主功效、动力功效、信息功效和控制功效上引进微电子技术，并将机械装置和电子装置用相关软件有机结合而组成系统总称。

1-4 何谓机电一体化技术革命？

答：将微型计算机等微电子技术用于机械并给机械以“智能”技术革新时尚可称“机电一体化技术革命”。

1-7.机电一体化系统有哪些基础要素组成？分别实现哪些功效？

答：

机电一体化系统（产品）要素
功效

控制器（计算机等）
控制（信息存放、处理、传送）

检测传感器
计测（信息搜集和变换）

实施元件
驱动（操作）

动力源
提供动力（能量）

机构
结构

1-8.工业三大要素指是什么？

答：物质、能量、信息。

1-12.机电一体化系统接口功效有哪两种？

答：一个是变换、调整;另一个是输入/输出。

1-16.什么是机电互补法、融正当、组正当？

答：机电互补法又称替换法。该方法特点是利用通用或专用电子部件替换传统机械产品（系统）中复杂机械功效部件或功效子系统，以填补其不足。

融正当它是将各组成要素有机结合为一体组成专用或通用功效部件（子系统），其要素之间机电参数有机匹配比较充足。

组正当它是将结正当制成专用或通用功效部件（子系统）、功效模块，像积木那样组合成多种机电一体化系统（产品），故称组正当。

1

机电一体化技术第 2 章习题-参考答案

2-1 设计机械传动部件时，为确保机械系统传动精度和工作稳定性，常常提出哪些要求？

答：常提出低摩擦、无间隙、低惯量、高刚度、高谐振频率、合适阻尼比等。

2-2 机电一体化系统传动机构作用是什么？

答：传输转矩和转速。

2-3 机电一体化系统（产品）对传动机构基础要求是什么？

答：精密化，高速化，小型、轻量化。

2-10 现有一双螺母齿差调整预紧式滚珠丝杠，其基础导程λ0=6mm、一端齿轮齿数为 100、另一端齿轮齿数为 98，当其一端外齿轮相对另一端外齿轮转过 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*6 mm=0.12 mm。

2－16 各级传动比分配标准是什么？输出轴转角误差最小标准是什么？

答：（1）各级传动比分配标准是：

l 重量最轻标准

l 输出轴转角误差最小标准

l 等效转动惯量最小标准（2）输出轴转角误差最小标准是：

为提升机电一体化系统齿轮传动精度，各级传动比应按先小后大标准分配，以

便降低齿轮加工误差、安装误差和回转误差对输出转角精度影响。总转角误差关键取决于最未一级齿轮转角误差和转动比大小，在设计中最未两级传动比应取大部分，并尽可能提升最未一级齿轮加工精度。

2－17 已知：4 级齿轮传动系统，各齿轮转角误差为∆φ1=∆φ2=∆φ3=… =0.005 rad,各级减速比相同，即ί1=ί2=…=ί4=1.5。求：该传动系统最大转角误差∆φmax; 为缩小∆φmax，应采取何种方法？

解：（1）

∆φmax= D 1 + D 2 + D 3 + D 4 + D 5 + D 6 + D 7 +∆φ8

i
i2i3i4
i3i4
i4

=0.005/1.54+0.01/1.53+0.01/1.52+0.01/1.5+0.005 =0.00099+0.00296+0.00444+0.00667+0.005 =0.0 rad

2

=1.1499 o

（1） 总转角误差关键取决于最未一级齿轮转角误差和传动比大小，所以，为缩小∆ φmax，在设计中最未两级传动比应取大部分，尽可能提升最未一级轮副加工精度。

2－18 谐波齿轮传动有何特点？传动比计算方法是什么？

答：（1）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。

谐波齿轮传动波发生器相当于行星轮系转臂，柔轮相当于行星轮，刚轮则相当于中心轮。故谐波齿轮传动装置传动比能够应用行星轮系求传动比方法来计算。设

iH
=
r - H
=
Zg

rg

g - H

Zr 。
g 、 r、 H 分别为刚轮、柔轮和波形发生器角速度，则

当柔性轮固定时，i H

-
H

Z g

g

Z
r

Z g - Z r

i

H

Zg
=

=

= 1-

=

=

=

rg

g
- H
Z r
H

Z g

Z g

Hg

g

Z g - Zr

-
H

Z g

r

Zg
i

H

Z
r

当刚性轮固定时，
r

=

1-

=

=

=

0 - H

Z r

H

Z r
Hr

g
Z r
- Zg

2-19.设有一谐波齿轮减速器,其减速比为 100，柔轮齿数为 99 当刚轮固定时,试求该谐波减速器刚轮齿数及输出轴转动方向(和输入轴转向相比较)

答：依据公式:iHr=Zr/(zr-zg)可知:

当 iHr=100 时,Zg=99,（但通常刚轮齿数比柔轮齿数多，所以舍去）

当 iHr=-100 时,Zg=101;

故该谐波减速器刚轮齿数为 101,（柔轮）输出轴方向和（波发生器）输入轴转向相反。(提醒：通常来说，刚轮仅比柔轮多多个齿；刚轮固定时，柔轮和输出轴固联；柔轮固定时，刚轮和输出轴固联，两种情况下，波发生器均和输入轴固联)

2-20.齿轮传动齿侧间隙调整方法有哪些?

答(1)圆柱齿轮传动:1 偏心套(轴)调整法;2 轴向垫片调整法;3 双片薄齿轮错齿调整法。

(2)斜齿轮传动:错齿调整法,用两个薄片齿轮和一个宽齿轮啮合,只是在两个薄片斜齿轮中间隔开了一小段距离,这么它螺旋线便错开了。

（3）锥齿轮采取弹簧调整方法。

3