2022年2022年《机电一体化技术与系统》各章作业答案

1、精选学习资料 - - - 欢迎下载优秀学习资料欢迎下载其次部分各章作业答案第一章绪论1.机电一体化的基本概念和涵义为什么？机电一体化的英文名词如何拼合？p1【参考答案】机电一体化为从系统的观点动身,将机械技术.微电子技术.信息技术.掌握技术等在系统工程基础上有机地加以综合,实现整个机械系统正确化而建立起来的一门新的科学技术；机电一体化在国外被称为mechatronics 为日本人在20 世纪 70 岁月初提出来的,它为用英文mechanics 的前半部分和electronics 的后半部分结合在一起构成的一个新词,意思为机械技术和电子技术的有机结合；2.机电一体化的进展趋势包括哪几个方面？p2

2、【参考答案】机电一体化的进展趋势可概况为以下三个方面：4-3-2（ 1）性能上,向高精度.高效率.高性能.智能化的方向进展；（ 2）功能上,向小型化.轻型化.多功能方向进展；（ 3）层次上,向系统化.复合集成化的方向进展；3.一个较完善的机电一体化系统包括哪几个基本要素？其核心部分为什么？（p4-p5【参考答案】一个较完善的机电一体化系统应包括以下几个基本要素：机械本体.动力部分.检测部分.执行机构.掌握器和接口；其核心部分为掌握器；4.什么为接口？接口的功能有哪些？p5【参考答案】 为实现各子系统或要素之间物质.能量或信息交换而进行的连接就为接口；接口的基本功能有交换.放大.传递；5.机电一

3、体化的相关技术有哪些？p2-p4【参考答案】 机械技术.检测传感技术.信息处理技术.自动掌握技术.伺服传动技术.系统总体技术；其次章机械传动与支承技术1.娴熟把握以数控机床进给传动为例说明机械传动系统建模的步骤.方法；重点在传动惯量折算的推导过程；p13-p15【举例说明】 在图 1 所示的数控机床进给传动系统中,电动机通过两级减速齿轮z1.z2.z3.z4 及丝杠螺母副驱动工作台作直线运动；设 j l 为轴 i 部件和电动机转子构成的转动惯量；j 2. j 3 为轴.部件构成的转动惯量；k1.k2.k3 分别为轴i .的扭转刚度系数；k 为丝杠螺母副及螺母底座部分的轴向刚度系数；m为工作台质

4、量；c 为工作台导轨粘性阻尼系数：t1.t2.t3 分别为轴i .的输入转矩；求系统各环节的转动惯量（或质量）折算到轴i上的总等效转动惯量j；精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载优秀学习资料欢迎下载图 1 数控机床进给系统【参考答案】把轴 i.上的转动惯量和工作台的质量都折算到轴i 上,作为系统的精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载等效转动惯量；设t ' .t ' . t ' 分别为轴i.的负载转矩、 1. 2. 3 分别为轴i .精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载123的角速度；为工作台位移时的线速度；（ 1）i .轴转动惯量的折算依据

5、动力平稳原理,i .轴的力平稳方程分别精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载为：t11'tdj1dt12-8精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载dtj2t '（ 2-9）精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载22dt2精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载t3j3d 3'tdt3（ 2-10 ）精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载由于轴的输入转矩t 2 为由轴 i 上的负载转矩获得,且与它们的转速成反比,所以精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载又依据传动关系有z 2tt2z 11z12z21精品学习资料精选学习资料

6、- - - 欢迎下载把 t2 和 2 值代入式2-9,并将式2-8 中的 t1 也带入,整理得精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载tj'z12 d112z2dtz1'tz22（ 2-11）精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载t'j z1 z3 2 d 1z3 t'精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载同理23z2z4dtz43（ 2-12）精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载（ 2）工作台质量折算到i 轴在工作台与丝杠间,t ' 驱动丝杠使工作台运动；精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载3依据动力平稳关系有

7、3dtt ' 2m dv l式中 工作台线速度；l 丝杠导程；即丝杠转动一周所做的功等于工作台前进一个导程时其惯性力所做的功；精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载优秀学习资料欢迎下载精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载又依据传动关系有vll232zz13 z2 z41精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载把 v 值代入上式整理后得't l 1z3 m d 12-13精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载2z32z2 z4dt（）（ 3）折算到轴上的总转动惯量把式（ 2-11）.（ -12）.（ -13）代入式 （ -8）（ 2-9）精品学习资

8、料精选学习资料 - - - 欢迎下载zd1（ 2-10 ）,消去中间变量并整理后求出电机输出的总转矩t1 为精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载t1 j1j 2 z12 z2j 3z2z32 z4zz32lm 1z2 z422d 1dtjdt（ -14）精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载 1式中 j j1j z1 2z22z1j3z2z32 z4m z1z2z3 2 l 2z24（ -15）精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载2.娴熟把握阻尼.摩擦.结构弹性变形.惯量及间隙对伺服系统性能的影响；重点把握当阻尼比0&l

9、t; <1 时,系统为欠阻尼系统的性能指标情形以及摩擦力的分类和方向；p17-p21【具体答案】1.阻尼的影响以二阶系统单位阶跃响应曲线来说明；（ 1）当阻尼比0 时,系统处于等幅连续振荡状态,因此系统不能无阻尼；（ 2）当1 时,系统为临界阻尼或过阻尼系统；此时,过渡过程无震荡,但响应时间较长；（ 3）当 0< <1 时,系统为欠阻尼系统,此时,系统在过渡过程中处于减幅震荡状态,其幅值衰减的快慢,取决于衰减系数n ；在n 确定以后 、 愈小,其震荡愈猛烈,过渡过程越长；相反,越大,就震荡越小,过渡过程越平稳,系统稳固性越好,但响应时间较长,系统灵敏度降低；2.摩擦的影响摩擦

10、力可分为粘性摩擦力.库仑摩擦力和静摩擦力三种,方向均与运动趋势方向相反；摩擦对伺服系统的影响主要有：引起动态滞后,降低系统的响应速度,导致系统误差和低速 爬行；3.弹性变形的影响结构弹性变形对伺服系统的影响主要有：引起系统不稳固和产生动态滞后；4.惯量的影响转动惯量对伺服系统的精度.稳固性.动态响应都有影响；5.传动间隙的影响机械系统中存在着很多间隙,如齿轮传动间隙,螺旋传动间隙等；这些间隙对系统稳固性.伺服精度都有影响；3.机电一体化系统对机械传动有何要求？p21精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载优秀学习资料欢迎下载【参考答案】为了提高机械系统的伺服性能,要求机械传动部件转动惯量

11、小.摩擦小.阻尼合理.刚度大.抗振性好.间隙小,并满意小型.轻量.高速.低噪声和高牢靠性等要 求；机电一体化系统对机械传动系统的要求有：精度；稳固性；快速响应性；仍应满意小型.轻量.高速.低冲击振动.低噪声和高牢靠性；4.伺服系统中,通常采纳什么原就挑选总传动比,目的为什么？p21【参考答案】在伺服系统中,通常采纳负载角加速度最大原就挑选总传动比,目的为提高伺服系统的响应速度；5.传动链的级数和各传动比的安排原就有哪些？在设计齿轮传动装置时,如何考虑各种原就的挑选？p22-p26【参考答案】安排原就有三：1.等效转动惯量最小原就；2.质量最小原就；3.输出轴转角误差最小原就；在设计齿轮传动装置

12、时,上述三条原就应依据具体工作条件综合考虑；（ 1）对于传动精度要求高的降速齿轮传动链,可按输出轴转角误差最小的原就设计；如为增速传动,就应在开头几级就增速；（ 2）对于要求运转平稳.启停频繁和动态性能好的降速传动链,可按等效转动惯量最小原就和输出轴转角误差最小的原就设计；（ 3）对于要求质量尽可能小的降速传动链,可按质量最小原就设计；6.机电一体化系统的机械传动装置应具有哪些特性？【参考答案】7.同步带轮的主要失效形式有哪几种？设计准就为什么？p30【参考答案】同步带传动的主要失效形式有三种：同步带的承载绳疲惫拉断；同步带的打滑和跳齿；同步带齿的磨损；设计准就为在同步带不打滑的条件下,保证同

13、步带的抗拉强度；在灰尘杂质较多的条件下,就应保证带齿的肯定耐磨性；8.简述谐波齿轮的工作原理及特点；p34-p35【参考答案】谐波齿轮传动为一种新型传动,其原理为依靠柔性齿轮所产生的可掌握弹性变形波,引起齿间的相对位移来传递动力和运动的；与一般齿轮传动相比,谐波齿轮传动具有如下优点：（ 1）传动比大单级谐波齿轮的传动比为70 500,多级和复式传动的传动比更大,可达 30000 以上；不仅用于减速,仍可用于增速；（ 2）承载才能大谐波齿轮传动同时啮合的齿数多,可达柔轮或刚轮齿数的30% 40 ,精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载优秀学习资料欢迎下载因此能承担大的载荷；（ 3）传动精

14、度高由于啮合齿数较多,因而误差得到均化；同时,通过调整,齿侧间隙较小,回差较小,因而传动精度高；（ 4）可以向密封空间传递运动或动力当柔轮被固定后,它既可以作为密封传动装置的壳体,又可以产生弹性变形,即完成错齿运动,从而达到传递运动或动力的目的；因此,它可以用来驱动在高真空.有原子辐射或其它有害介质的空间工作的传动机构；这一特点为现有其它传动机构所无法比拟的；（ 5）传动平稳基本上无冲击振动；这为由于齿的啮入与啮出按正弦规律变化,无突变载荷和冲击,磨损小,无噪声；（ 6）传动效率较高单级传动的效率一般在69% 96% 的范畴内,寿命长；（ 7）结构简洁.体积小.质量小；谐波齿轮传动的缺点：（

15、1）柔轮承担较大的交变载荷,对柔轮材料的抗疲惫强度.加工和热处理要求较高,工艺复杂；（ 2）传动比下限值较高；（ 3） 不 能 做 成 交 叉 轴 和 相 交 轴 的 结 构 ；9.机电一体化系统对支承部件的要求为什么？p41【参考答案】机电一体化系统对支承部件的要求为：精度高.刚度大.热变形小.抗振性好.牢靠性高,并且有良好的摩擦特性和结构工艺性；第三章伺服传动技术1.伺服系统的基本组成有哪几部分？各部分的主要任务为什么？p58【参考答案】伺服掌握统的基本组成一般包括掌握器.功率放大器.执行机构.检测装置等四大部分；掌握器的主要任务为依据输入信号和反馈信号打算掌握策略；功率放大器的作用为将信

16、号进行放大,并用来驱动执行机构完成某种操作；执行机构的作用为按掌握信号的要求、将输入的各种形式的能量转化成机械能, 驱动被控对象工作； 检测装置的任务为测量被掌握量 （即输出量）,实现反馈掌握；2.按不同的方式,伺服系统如何分类？p59【参考答案】按其驱动元件的性质划分,可分为液压（或气动）伺服系统和电气伺服系统；电气伺服系统又包括直流伺服系统.沟通伺服系统和步进伺服系统；按掌握方式划分, 可分为开环伺服系统和闭环伺服系统；3.伺服电动机应符合哪些基本要求？p59精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载优秀学习资料欢迎下载【参考答案】1.具有宽广而平滑的调速范畴；2.具有较硬的机械特性和

17、良好的调剂特性； 3.具有快速响应特性；4.空载始动电压小；4.pwm功率放大器的基本原理为什么？简述 pwm脉宽调速原理；p68-p69【参考答案】 pwm功率放大器的基本原理为：利用大功率器件的开关作用,将直流电压转换成肯定频率的方波电压,通过对方波脉冲宽度的掌握,转变输出电压的平均值；将图中的开关s 周期性地开关,在一个周期t 内闭合的时间为,就一个外加的固定直流电压 u 被按肯定的频率开闭的开关s 加到电动机的电枢上,电枢上的电压波形将为一列方波信号,其高度为u.宽度为,如下列图；电枢两端的平均电压为：精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载1u dtttudtuu0（ 6-17

18、）精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载式中=/t=u d/u , 0<<1为导通率（或称占空比）；当 t 不变时,只要转变导通时间,就可以转变电枢两端的平均电压ud；当从 0t 转变时, ud 由零连续增大到u ；5.按选用的电动机不同,沟通伺服系统的分为哪几类？各适用于什么场合？p79【参考答案】按其选用不同的电动机而分为两大类：同步型沟通伺服电动机的伺服系统和异步型沟通伺服电动机的伺服系统；前者多用于机床进给传动掌握.工业机器人关节传动 和其它需要运动和位置掌握的场合；后者多用于机床主轴转速和其它调速系统；6.简述 spwm脉宽调速原理；p81-p83【参考答案】sp

19、wm脉宽调速原理为以功率很小的,幅值和频率均可调的正弦信号电压,与等腰三角波（载波）比较（调制）后,形成spwm 调制波；由它去驱动主电路的开关器件,产生较大功率的spwm 调制波输出,再通过负载电感的滤波作用（解调）,可获得幅值与控精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载优秀学习资料欢迎下载制电压成正比.频率与掌握电压同频率的较大功率的正弦波；7.简述步进电动机的工作原理及其特点；p84-p85【参考答案】步进电动机为一种同步电动机,定子磁场在空间旋转时,转子跟随定子磁场同步旋转；定子磁场的激磁磁势为脉冲式,使磁场以肯定频率步进式旋转,转子也就一步 一步旋转；可见,步进电动机为一种将电

20、脉冲信号转换成角位移（或直线位移）的执行元件；给步进电动机供电的电源为脉冲电源,而不为直流电源或正弦沟通电源；步进电动机的特点为：（ 1）步进电动机转子的转速主要取决于脉冲的频率,转子总的角位移取决于总的脉冲数,转子的转向取决于安排脉冲的相序；其步距值不受各种干扰因素的影响；（ 2）步进电动机每走一步所转过的角度（实际步距值）与理论步距值之间总有肯定的误差；从某一步到任何一步,即走任意步数后,也总会有肯定的累积误差,但每转一圈的累积 误差为零,亦即步距误差不长期积存；（ 3）步进电动机带负载的才能比较差；8.什么为步距角,步距误差与哪些因素有关？步进电机的角位移大小.速度大小.方向如何确定？p

21、85-p89【参考答案】驱动器每向步进电机输入一个电脉冲信号,步进电机转动一个角度,称为步距角；步进电机单相通电时,步距误差取决于定子和转子的分齿精度和各项定子错位角度 的精度；多相通电时,步距误差不仅和加工装配精度有关,仍和各相电流的大小.磁路性能 等因素有关；步进电机的角位移大小与输入脉冲的数量和脉冲频率成正比；转变通电频率可转变电动机的转速；转变通电次序可转变步进电动机的旋转方向；【举例说明】三相变磁阻式步进电动机,转子齿数z=100、 双三拍制通电,要求电动机转速为120r/min ,步距角为多少？输入脉冲频率为多少？【参考答案】 由步距角公式: =3600/kmz且已知 k=1, m

22、=3, z=100,可得：0步距角 =360 /1*3*100=1.2o精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载优秀学习资料欢迎下载又依据n（转速） =60f/kmz可得：输入脉冲频率f=kmzn/60=1*3*100*120/60=600hz 9.什么为环行安排器？实现环行安排有哪些方法？假如三相步进电动机绕组为u.v.w,写出三相六拍的通电次序；p85-p86【参考答案】步进电动机的各绕组必需按肯定的次序通电才能正确工作,这种使电动机绕组的通电次序按输入脉冲的掌握而循环变化的装置称为脉冲安排器,又称为环形安排器；实现环行安排有三种方法：一种为采纳运算机软件安排,采纳查表或运算的方法来

23、产生相应的通电次序；其次种为采纳小规模集成电路搭接一个硬件安排器；第三种即采纳专用的环形安排器；通电次序为：u uv vvw wwu u（正转） u uv v vw w wu u（反转）10.功率驱动器的功能为什么？按主电路结构,步进电动机驱动电路分为哪几种？ p87-p88【参考答案】功率驱动器的功能为将环形安排器的输出信号进行功率放大,得到步进电动机掌握绕组所需要的脉冲电流及所需要的脉冲波形；按主电路结构,步进电动机驱动电路分为：1.单电压驱动电路；2.高.低压双电压驱动电路；11.何为电液伺服系统？依据被掌握物理量的不同,可分为哪几种电液伺服系统？p89【参考答案】 电液伺服系统为由电信

24、号处理部分和液压的功率输出部分组成的掌握系统；依据被掌握物理量的不同可分为：电液位置伺服系统.电液速度伺服系统.电液力（或压力）伺服系统等；第四章运算机掌握技术1.运算机掌握系统的类型有哪些？p97-p99【参考答案】运算机掌握系统的类型有：1.操作指导掌握系统；2.直接数字掌握系统（ ddc ）； 3.监督掌握系统（scc）；4.分布式掌握系统（dcs ）2.何为采样过程？何为量化过程？量化单位和量化误差如何运算？p97【参考答案】将模拟信号抽样成离散模拟信号的过程为采样过程；采纳一组数码来靠近离散模拟信号的幅值,将其转换成数字信号的过程为量化过程；量化单位： q=m/2 n量化误差： =&

25、#177;q/2【举例说明】有一变化量为016v 的模拟信号,采纳4 位 a/d 转换器转换成数字量,输入到微机掌握系统中,试求其量化单位q=.,量化误差最大值max？【参考答案】模拟信号v max 16v .v min 0,就 m=16 ,取 n 4,就 q 1v ,量化误差最大值max ± 0.5v ；3.工业运算机主要起什么作用？工业掌握运算机由哪几部分组成？p108精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载优秀学习资料欢迎下载【参考答案】工业运算机主要为处理来自检测传感装置的输入,并把处理结果输出到执行机构去掌握生产过程,同时可对生产行监督.治理的运算机系统；工业掌握运算机由运算机基本系统和过程 i/o 子系统两大部分组成4.可编程掌握器为一种什么类型的运算机？主要用于哪些领域？p109【参考答案】可编程掌握器为一种专为工业环境下应用而设计的,以微处理芯片为核心的新型工业掌握装置；主要用于工业现场掌握；5.数模和模数转换器的作用分别为什么？p103-p105【参考答案】模数转换器的作用为将这些模拟量再变换成数字量,以便运算机识别；数模转换器的作用就为将经运算机处理后的数字量转换成模拟电压或信号,输送到执行机构,达到掌握过程的目的；第五章牢靠性和抗干扰技术1.何为牢靠性？它包括哪些内容？【参考答案】牢