机电一体化装备简称机电装备.doc

1.1机电一体化装备简称机电装备，，指将机械系统、液压、气动系统部件、检测部件、微电子自动控制系统和驱动装置以及信息处理技术按系统工程和整体优化的优化的方法组成满足特定功能要求的有机整体。
1.2机电装备的分类：加工机电装备、包装机电装备、仓储输送机电装备、工业机器人、自动导引车系统（AGVS）、塑料成形机电装备、皮革机电装备以及纺织机电装备等。
主传动系统的布局形式。
1.3机电装备组成由四个部分组成：机械系统、驱动系统、传感与检测部件、自动控制与信息处理系统。
2.1主传动布局形式分类：1）集中传动布局：传动系统的全部传动件、变速装置和执行件集中装在一个箱体内，称为集中传动式布局。多数通用机床的主传动系统都采用这种布局。
优点：结构紧凑，便于实现集中操纵和调整与维修，箱体数目少，降低了成本。
缺点：高速运转的传动件所产生的振动和发热会直接影响主轴的工作精度。这种传动布局适用于普通精度的大中型机床。
2）分离传动式：有些高速、高精度机电装备，为了避免变速箱的振动和热变形对执行件的影响，常把变速箱与执行件分开，即把传动系统的主要传动件和变速机械与执行构件分别装在两个不同的箱体内，中间用皮带、链条等方式传动，称为分离传动式布局。
优点：●变速箱各传动件所产生的振动和热量不会传给或少传给主轴，减少了主轴的振动和热变形，提高了机床的工作精度；
●高速运转时，运动由皮带经齿轮离合器直接传动，传动链短，主轴高速转时平稳，传动效率高，转动惯量小，便于启动和制动；
●主轴作低速运转时，运动经背轮机构的两对降速齿轮传动后，转速显著降低，达到扩大变速范围的目的。
缺点：多了一个箱体，增加加工成本；低速时皮带负荷大，容易打滑。这种布局方式适用于中、小型高速精密机床。
2.2公比φ标准值遵循的原则：☆ 转速由nmin至nmax 递增， 1 ＜ φ 。为限制最大相对转速损失率不超过50％，故 1 ＜ φ ＜2。
☆ 为便于采用双速或多速电动机驱动，简化机床的变速机构φ应满足φ=, 双速电动机的两个转速的比值通常为2，如3000／1500或3000／1500／750等。
☆ 为便于设计和使用机床 希望转速数列是十进位的，则应满足下式的关系φ=
2.3公比的选用:
○ 通用机床，为使转速损失不大，机床结构又不过于复杂，一般取φ =1.26或1.41；
○ 对于大批生产用的专用机床，专门化机床及自动机，取φ ＝1.12或1.26，因其生产率高，转速损失影响较大，且又不经常变速，用交换齿轮变速，不会使结构复杂；
○ 非自动化小型机床，加工中切削时间远小于辅助时间，转速损失大些影响不大，取φ ＝1.58、1.78甚至2。
2.4变速组内相邻两传动比之比称为级比,即。相邻两传动比相距的格数称为级比指数，用xi表示。设计时要使主轴转速为连续的等比数列，必须有一个变速组的级数比指数为1，此变速组称为基本组。变速组内的相邻传动比关系可以表述于结构式或结构网上。
2.5、转速图的拟定
1）变速组及其传动副数的确定
传动副数多一些，而靠近主轴的变速组中传动副数少一些，即前多后少的原则。
2）基本组和扩大组的确定
“变速组的扩大顺序与传动顺序相一致”原则可简称“前密后疏”原则。
3）合理分配传动比的数值
可使中间传动轴的最低转速提高，即所谓先慢后快的原则。
2.6主传动系统设计的实际情况比较复杂，有时要采用多速电动机传动、交换齿轮传动和公用齿轮传动等特殊变速方式的传动系统。
2.7某些通用性较高的车床和铣床的变速范围一般在140 ～ 200之间，甚至超过200，须相应的措施来扩大变速范围。通用方法有：1）增加变速组2）采用背轮机构3）采用分支传动4）双公比传动
2.8主轴或各传动件传递全部功率的最低转速为计算转速nj。
2.9进给运动部件的爬行原因：与摩擦力特性及传动系统刚度等有关。
低速时爬行现象的产生原因：○ 静摩擦力与动摩擦力之差，差值越大，越容易产生爬行；
○ 进给传动系统的刚度K越小，越容易产生爬行；
○ 移动速度小于临界速度vt 时，容易产生爬行现象。
2.10消除爬行的措施：从提高传动系统刚度和减少摩擦力变化这两方面采取措施。
1）提高传动系统刚度
◇ 提高各传动件或组件刚度，缩小各传动轴的跨度，合理布置轴上零件的位置；
◇ 缩短传动链，减少传动件数量和弹件变形量；
◇ 合理分配传动比，使多数传动件受力较小，变形也小；
2）减少摩擦力的变化
◆ 在相对运动表面之间涂防爬油，可减小摩擦表面之间的静、动摩擦因数之差，能够减低临界速度，消除爬行；
◆ 用滚动摩擦、液体摩擦代替滑动摩擦，如采用滚动丝杠、静压螺母、滚动导轨和静压导轨等，从根本上改变了摩擦面间的摩擦性质，基本上可以消除爬行；
◆ 选择适当的摩擦副材料，降低摩擦因数；
◆ 减轻运动部件重量，采用各种卸荷装置，以减少摩擦阻力；
2.11最小等效转动惯量原则（小功率传动系统）：Jg=J1+(J1+J2)/+J3/+/
2.12按“等效转动惯量最小原则”确定级数和各级传动速比时，由高速级到低速级，各级传动速比是逐级增加的，即传动速比的分配次序是“前小后大”原则。而且级数越多，总等效惯量越小。
2.13目前高精度微量进给装置达到0.001～ 0.010μ m分辨率。双T形弹性变形微进给装置：○ 微量进给装置分辨率为0.01μm；○ 重复精度0.02μm；○ 最大输出位移是20μm；○ 输出位移方向的静刚度为70 N/μm。
3.1同步带传动特点：1）传动比准确，工作时无滑动；2）传动效率达98％以上；
3）传动平稳，动态特性好，吸振；4）线速度高，可达50m/s；
5）安装平行度高，中心距要求严格；6）制造工艺复杂、成本高。
3.2失效形式：同步带的传动主要失效形式：同步带疲劳断裂，带齿的剪切和挤压破坏及带两侧边和带齿磨损等。
3.3按齿形尺寸规格分：1）模数制2）节距制：节距制”已列为ISO标准，为世界各国所采用，我国在1989年拟定的国家标准中，采用了节距制。 3）DIN节距制：基本参数是公制带齿节距。为德国国家标准。
按用途分1）一般用途同步带2）高转矩同步带3）特殊用途向步带
3.4谐波齿轮传动是一种新型传动，利用机械波使柔性齿轮产生可控制的弹性变形波，引起刚轮与柔轮的齿间相对错齿来传递动力和运动。或称，柔轮与刚轮两条共轭的原始特征曲线作无滑动的贴展运动。组成由刚轮、柔轮和波发生器
3.5刚轮与柔轮的齿数差应等于机械波数的整数倍，通常取其等于波数，即是n=-
3.6滚珠螺旋传动特点:（1）传动效率高， 达85％～98％；（2）运动平稳，低速时无爬行；
（3）传动可逆和不自锁性；（4）预紧后可消除滚珠丝杠副的间隙，提高轴向接触刚度；
（5）定位精度和重复定位精度高；
（6）同步性好；（7）寿命长，使用可靠、润滑简单、维修方便 ，但成本高。
3.5轴系动态特性定义：指主轴抵抗冲击、振动、噪声的特性 。是机床主轴组件等非常重要的一个特性。评价指标有动刚度、振型、噪声三方面。
3.6轴系热特性与热变形
3.7主轴组件的布局:主轴有前、后两支承和前、中、后三支承两种。其原则为: 1）适应刚度和承载能力的要求2）适应转速要求3）适应精度的要求4）适应结构的要求5）适应经济性要求。常见的有以下几种典形的配置形式：速度型、刚度型和刚度速度型 。
4.1肋板是在支承件两壁之间起连接作用的连接板。纵向肋板：提高抗弯刚度；
横向肋板：增加抗扭刚度；斜向肋板：提高抗弯和抗扭刚度作用。
为了有效提高抗弯刚度，纵向肋板应布置在弯曲平面内。
4.2不同截面抗弯抗扭惯性矩
4.3肋板和肋条作用:使作用于支承件局部的载荷通过它们传递给其它部分→使整个支承件承受载荷→提高支承件的自身刚度。
4.4动态特性分析 改善动态特性措施：1 提高静态刚度:2 增加阻尼
3 调整固有频率4 采用减振器
4.5支撑件材料及其用途
5.1导轨副应满足的要求：1、导向精度2、接触精度3、精度保持性 4、低速运动平稳性
5、刚度 6、结构简单、工艺性好7、良好的润滑和防护装置8、误差相互补偿
5.2矩形导轨：刚度高，加工、检验和维修都较方便的优点。但矩形导轨存在侧向间隙，导向性差。
矩形导轨适用于载荷较大而导向性要求略低的机床。矩形导轨的承载面(顶面) 和导向面(侧面)分开，精度保持性较好。导向面磨损量直接影响导向精度。凹矩形导轨易存润滑油，但也易积灰尘污物，必须进行防护
三角形导轨：承载面与导向面重合，磨损量能自动补偿，导向精度较高。顶角在60～120度内变化，顶角越小，导向精度越高，但摩擦力也越大。
◆ 小顶角用于轻载精密机械，大顶角用于大型机械；
◆ 凸三角形支承导轨，不易积存切屑，不易存留润滑油，适用于不易防护、速度较低的进给运动导轨；
◆ 凹三角形支承导轨，能得到较充足的润滑，除用于精密与大型机床的进给导轨外，还可用于主运动导轨，但是必须很好地防护，以免落入切屑和灰尘。
燕尾形导轨：在承受颠覆力矩的条件下高度较小，用于多坐标多层工作台，使总高度减小。
◆ 加工、维修较困难，磨损后不能自动补偿；
◆ 可用镶条来调整间隙，结构紧凑。
棱柱面导轨：矩形、三角形、燕尾形
圆形导轨：制造方便，工艺性好，但磨损后难于调整间隙。多用于只承受轴向力的部件，如立式导轨。
5.3卸荷导轨可 提高导轨的耐磨性和低速运动的平稳性，减少或防止爬行。
5.4导轨类型选择原则：1、精度互不干涉原则2、静、动摩擦因数相接近原则3、导轨能自动贴合原则4、移动的导轨始终全部接触原则5、对水平的导轨，以下导轨为基准，上导轨为弹性体原则6、能补偿因受力变形和受热变形原则
6.1私服系统的惯量匹配原则：对于采用惯量小的交流伺服电机的私服系统，1</<3
对于采用惯量小的交流伺服电机的私服系统，0.25≤/≤1
6.2步距角：θ=360/zmK，z为相数m为转子的齿数K为通电方式
失调角Qs=2π/m，m为供电的拍数；启动的惯频特性：fL=fm/√（1+Je/Jm）
7.1机床精度：几何、运动、传动、定位、工作、精度保持性。
8.1灌装方法：常压法、等压法、真空法、虹吸法、压力法灌装。
定量方法：控制液位、定量泵、定量杯定量法。
1、 绿色产品设计把产品视为与人类共存的生命体，对它的研究要基于它自身的从需求、设计、制造到销售、使用、废弃、回收再生的广义产品生命周期，并行地考虑生命周期内每一个阶段，产品与人和环境的相互影响。
2、 机床精度包括：几何精度、运动精度、传动精度、定位精度、工作精度和精度保持性
3、 机床抗震性指机床在交变载荷作用下抵抗变形的能力，它包括两个方面：抵抗受迫振动的能力和抵抗自激振动的能力
4、 据统计热变形而使加工工件产生误差最大可占全部误差的70%左右，特别对精密机床、大型机床、自动化机床和数控机床等，热变形的影响尤其不能忽视
5、 建立在功能分析的基础上，精心设计出一批模块，将这些模块经过不同的组合来构造具有不同功能结构和性能的多种产品，这是一种模块化设计方法。
6、 无级变速系统装置单独使用时，其调速范围较小，满足不了要求，尤其是恒功率调速范围往往远小于机电装备实际需要的恒功率变速范围，为此，常把无级变速装置与机械分级变速箱串联在一起使用，以扩大恒功率变速范围和整个变速范围
7、 进给传动系统一般由动力源、变速机构、换向机构、运动分配机构、过载保险装置、快速行程运动传动链，运动交换机构和执行件等组成。
8、 直齿圆柱齿轮传动间隙的消除方法有：偏心套调整、垫片调整和双齿轮错齿调整。
9、 步进电动机空载时，在静止状态下不能失步的突然启动的最大输入脉冲频率，称为最大启动频率或称为突跳频率，是电动机快速性的主要指标。
10、 步进电动机在运行状态下的转矩称为动态转矩，它随控制脉冲频率的不同而改变。脉冲频率增加，动态转矩变小，动态转矩与脉冲频率的关系称为矩频特性。
11、 自动运输小车按其运动的原理分为有轨和无轨两大类
12、 常压罐装是在大气压力下直接依靠被罐装液体的自重流入包装容器内的罐装方法，常压罐装的工艺过程为：进液排气、停止进液、排除余液
13、 变速组按其级比指数值，由小到大的排列顺序称为扩大顺序。由电动机到主轴传动 的先后顺序称为传动顺序，二者可能一致，也可能不一致
14、 同步带传动是一种综合了带传动和链传动的新型传动。
二、单选题
1、一依据市场需求发展的预测，在没有样机可供参考的条件下，根据对新产品预期的功能要求和性能指标，充分发挥设计者的创造力，利用人类已有技术成果进行创新构思，设计出具有新颖性、创造性及实用行的机电装备的一种实践活动是一种（A）
A创新设计 B 变形设计 C组合设计 D变参数设计
2、适合于含气饮料，如啤酒、汽水等，可减少二氧化碳的损失的罐装方法是（B）
A常压罐装法 B等压罐装法 C真空罐装法 D压力灌装法
3、步进电动机在启动以后，进入连续运转特性范围，当输入脉冲信号频率连续上升时，能不失步运行的最大输入信号频率称为最大连续响应频率，通常，最大连续响应频率（C）启动频率
A等于 B小于 C远远大于 D远远小于
4、能提高罐装速度，而且能减少液料与容器内残存空气的接触的罐装方法是（A）
A真空罐装法 B等压罐装法 C常压罐装法 D压力罐装法
5、叉车和电瓶车是（A）
A适用于短距离和低物流量的简单传送设备 B适用于短距离和高物流量的复杂传送设备C适用于长距离和低物流量的简单传送设备 D适用于长距离和高物流量的复杂传送设备
6、把毛坯从料仓送到机床加工位置的装置是（A），从料仓中的许多毛坯中隔离出来，使其自动进入上料器的装置是（B）
A上料器 B隔料器 C搅动器 D定向器
7、设计机床主传动时，为避免从动齿轮尺寸过大而增加箱体的径向尺寸，一般限制降速传动比的最小值（B）
A大于等于1/3 B大于等于1/4 C大于等于1/5 D大于等于1/2
8、在一般情况下，一对相啮合的齿轮，宽度应该是相同的，但是，考虑到操作机构的定位不可能很精确，可以使小齿轮比相啮合的大齿轮宽（D）
A、 2 ~3mm B、 3~4mm C、 4~5mm D、1~2mm
9、谐波齿轮传动中，刚轮的齿数为 ，柔轮的齿数为 Z2 波发生器的转速为 ，当柔轮固定，波发生器为主动件，减速器的传动速比为（B）
A = B = C = D =
10、下列选项中，不属于同步带传动的特点的是（D）
A 传动效率高 B安装要求高 C使用范围广 D传动比不准确
一、 填空题
1、 机电装备设计一般可分为创新设计、变形设计和组合设计等几大类型
2、 通常将变速组呃逆相邻两传动比之比称为级比，相邻两传动比相距的格数称为级比指数。级比指数为1的变速组称为基本组
3、 在采用交流伺服电动机作为驱动装置的数控系统中，数控系统设置有指令（脉冲）倍率（CMR）和检测（脉冲）倍率（DMR）两个电路环节，他们的指数由软件设定，这是为了在比较器中进行比较的指令输入脉冲与反馈脉冲的当量相同而设置的。
4、 步进电动机启动后，进入连续运转特性范围，当输入脉冲信号频率连续上升时，能不失步运行的最大输入信号频率称为最大连续响应频率
5、 扩大变速范围的方法有：增加变速组 、采用背轮机构、采用分支机构、采用混合公比传动
6、 立体仓库是一种很有发展前途的仓储结构，具有很多优点，包括占地面积小而库存量大，便于实现全盘机械化和自动化，便于进行计算机库存管理
7、 系列化设计方法是在设计的某一类产品中，选择功能、结构和尺寸等方面较典型的产品为基础，以它为基础，运用结构典型化，零部件通用化、标准化的原则，设计出其它各种尺寸参数的产品，构成产品的基型系列
8、 机电一体化装备是指将机械系统、液压、气动系统、检测部件、微电子自动控制系统和驱动装置以及信息处理技术按系统工程和整体优化的方法组成满足特定功能要求的有机整体。
9、 肋板又称为隔板，肋条又称加强肋，肋板和肋条的作用是将支撑件局部的载荷通过它们传递给其它部分，从而使整个支撑件承受载荷，提高了支撑件的自身刚度
10、 一个连续体的质量和弹性都是连续分布的，所以具有无穷多自由度，也就具有无穷多个固有频率和振型，固有频率和振型合称为模态
11、 等压罐装法是利用储液箱上部气室的压缩空气，给包装容器充气，使二者压力接近相等，然后被罐装液料靠自重流入该容器的罐装方法。等压罐装的工艺过程为：充气等压，进液回气，停止进液，释放压力。
12、 真空罐装法：在低于大气压的条件下进行罐装的方法。它有两种基本方式：等压真空法和重力真空法
13、 主轴或各传动件传递全部功率的最低转速为它们的计算转速
二、 选择题
1、 适合于粘度较高料液的罐装方法的好似（D ）
A常压罐装法 B等压罐装法 C真空罐装法 D压力罐装法
2、 一般来说，步进电动机负载转动惯量增加，启动频率下降，步进电动机带动纯惯性负载时，启动频率和负载转动惯量之间的关系，称为启动时的（A）
A惯频特性 B矩频特性 C动态特性 D失调角特性
3、 按照标准的（C）来分类，标准分为技术标准、工作标准、管理标准。
A特性 B层次 C性质 D实用范围
4、 设计机床主传动系统时，为避免从动齿轮尺寸过大而增加箱体的径向尺寸，升速传动应避免扩大传动误差，减少振动噪声，一般限制直齿轮的最大升速比（D）
A小于等于1 B小于等于3 C小于等于4 D小于等于2
5、 大惯量宽调速伺服电机的特点是 惯量大，转矩大，低速下提供额定转矩
6、 润滑方式有油浴、滴油、循环和喷雾。用d表示轴承内径，n表示转速，喷雾润滑适合于dn最高
7、 同步带传动特点：安装要求较高、使用范围广泛、传动比准确
8、 机电装备主要由四部分组成，他们机械系统，驱动系统，传感器与检测部件和自动控制与信息处理系统
9、 组合设计又称模块化设计，是按合同要求，选择适当的功能模块，直接拼装成所谓的组合产品
10、在串联系统中，要提高系统的可靠度，应提高系统中可靠度最差单元的可靠度（弱单元的可靠度）
11、 对机电装备传动系统的基本要求是性能、传递动力、足够高的精度和刚度、传动平稳和足够高的抗振性、热稳定性等
12、 数控机床一般采用电动机无级变速形式
13、普通机床的主轴转速是按等比级数排列的，各级转速与公比，最低转速的关系为
14、变速组的基本定义为级比指数为1 的组
15、机床进给运动部件产生爬行的原因与摩擦力特性以及传动系统的刚度有关
16、传动系统综合负载转矩最小或负载加速度最大的总速比称为最佳总速比
17、同步带是综合了带和链传动优点的新型传动方式
18、同步带主要失效形式是同步带疲劳破坏、带齿的剪切和挤压破坏和带齿磨损等
19、谐波齿轮传动是一种新型传动结构，是利用机械波使柔轮产生控制的弹性变形波，引起刚轮与柔轮的齿间相对错动来传递动力和运动
20、滚珠丝杠副额定寿命计算方法是基于滚动轴承的额定寿命计算理论，但考虑实际使用情况，计算方法加以修正，其修正后的计算公式为
21、支承件的变形有自身变形、局部变形和接触变形三种
22、支承件增加纵向肋板是为了提高支承件的抗弯刚度、增加斜向肋板可以提高支承件的抗弯刚度和抗扭刚度
23、步进电机的开环系统设计时，应选择合适的脉冲当量，要求传动元件有足够的防毒和制造精度，使传动系统的惯量、间隙和摩擦系数小
24、加工中心的主要特征是使用刀库和换刀机械组成的自动换刀装置
选择题
25、并联系统的可靠度小于各单元中可靠度的最大值
26、在无级变速主传动系统中采用变频交流电动机调速，常采用在额定转速以上为恒功率变速，额定转速一下为恒转矩变速
27、消除传动系统低速运动爬行的主要措施是提高传动系统刚度，减小摩擦力的变化
28、轴系的发热主要来自于轴承，即轴承的预紧力越大， 支撑刚度越大，发热也越大
29、反映式步进电动机当绕组通电时，在负载力矩的作用下转子转过的角度为失调角
30、一般情况下，对于粘度较高的液体，常采用的定量方式是定量泵
机电一体化装备简称机电装备，是指将机械系统、液压、气动系统、检测部件、微电子自动控制系统和驱动装置以及信息处理技术按系统工程和整体优化的方法组成满足特定功能要求的有机整体