机电一体化复习题答案(不全)

1、机电一体化技术的内涵是微电子技术和机械技术渗透过程中形成的一个新概念。机电一体化系统（产品）是机械技术和微电子技术的有机结合。工业三大要素是物质、能量、信息；机电一体化工程研究所追求的三大目标是:省能源、省资源、智能化。机电一体化研究的核心技术是接口问题。机电一体化系统（产品）构成的五大部分（或子系统）是：机械系统、电子信TOC o 1-5 h z息处理系统、动力系统、传感检测系统、执行元件系统。机电一体化接口按输入/输出功能分类机械接口、物理接口、环境接口、信息接口。机电一体化系统按设计类型分为：开放性设计、变异性设计、适应性设计。机电一体化系统按机电融合程度分为：机电互补法、机电结合法、机

2、电组合法。机电一体化技术是在机械的主功能、动力功能、信息功能、控制功能基础上引入微电子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机地结合所构成系统的总称。机电一体化系统实现三大功能应具有的两大重要特征（转换作用方式）：以能源转换为主和以信息转换为主。丝杠螺母机构的基本传动形式有：螺母固定丝杆转动并移动、丝杆转动螺母移动、螺母转动丝杆移动、丝杆固定螺母转动并移动四种形式。滚珠丝杠副按螺纹滚道截面形状分为单圆弧和双圆弧两类;按滚珠的循环方式分为内循环和外循环两类。滚珠丝杠副轴向间隙调整与预紧的基本方法有：双螺母螺纹预紧调整、双螺母齿差预紧调整、双螺母垫片调整预紧、弹簧自动调整预紧四种方式。滚珠丝杠副

3、常选择的支承方式有：单推一单推式、双推一双推式、双推一简支式、双推一自由式。机电一体化系统（产品）常用齿轮传动形式有定轴轮系、行星轮系和_谐波轮系三种形式。在机电一体化系统机械传动中，常用的传动比分配原则有：重量最轻原则、转动惯量最小原则、传动精度最优原则等。机电一体化系统（产品）中，常可选择的执行元件：电磁式、液压式、气压式和其他形式的执行元件。电动机的工作特性分为恒转矩工作和恒功率两个阶段,其转折点的转速和功率分别称为：额定转速和额定功率；伺服电动机用于调速控制时，应该工作在恒转矩阶段。步进电机按转子结构形式可分为：反应式步进电机、永磁式步进电机、_混合式步进电机三种。步进电机的工作方式有

4、：单拍工作方式和倍拍工作方式。步进电机的开环控制精度主要由步进电机的结构形式和工作方式决定的；为了进一步提高步进电机的控制精度，可以米用细分电路来提高控制精度。依据步进电机的工作原理，步进电机的驱动控制电路主要由：方向控制电路、环形分配电路、驱动放大电路等组成。机电一体化系统中，常用的微型计算机类型有：单片机控制系统、单板机控制系统、工业微型计算机控制系统三种。提高机电一体化控制系统工作可靠性的措施主要有：隔离技术、滤波技术和屏蔽技术。常用传感器主要分为模拟信号检测传感器、数字信号检测传感器、开关信号检测传感器三种形式。机电有机结合分析设计方法主要有稳态设计方法和动态设计方法两种。在机电一体化

5、系统稳态设计的负载分析中，常见的典型负载形式有：惯性负载、外力负载、内力负载、弹性负载、摩擦负载等。在进行机械系统负载和转动惯量的等效中，遵循的基本原则是能量守恒定律简述题机电一体化技术（或产品）的定义。定义：在机械的主功能，动力功能，信息功能，控制功能基础上引入微电子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机的结合所构成的系统的总称。机电一体化系统或产品设计的目的是什么？主要目的：增加机械系统或产品的附加值和自动化程度机电一体化系统（产品）的主要构成单元或组成部分有哪些？机械系统，电子信息处理系统，动力系统，传感系统，执行控制系统简述机电一体化系统或产品的机电结合（融合）设计方法。机电结合设

6、计方法是将个组成要素有机的结合为一体而构成专用或通用的功能部件，其要素之间机电参数的有机匹配比较充分、5简述机电一体化系统（产品）的机电组合设计方法，特点是什么？。机电一体化系统的机电组合设计方法是将用结合法制成的功能部件，功能模块，像积木那样组合成各种机电一体化系统，特点是可以缩短设计与研制周期，节约工装设备费用，且有利于生产管理，使用和维修。机械传动系统在机电一体化系统（产品）中的基本功能和作用是什么？机械传动系统在机电一体化系统中的基本功能是传递力/转矩和速度/转速。实质上是一种转矩，转速变换器。作用是使执行原件与负载之间在转矩和转速方面达到合理的匹配。简答机电一体化机械传动的主要功能，

7、目的，基本要求。功能：传递力/转矩和速度/转速目的：使执行元件与负载之间在转矩和转速方面达到合理的匹配。基固本要求：转动间隙小，精度高，体积小，重量轻，运动平稳，传动转矩大。机电一体化系统（产品）的机械部分与一般机械系统相比，应具备哪些特殊要求？较高的定位精度。2.良好的动态响应特性响应快，稳定性好，收敛时间合理。3。无间隙，低摩擦，低惯量，大刚度。4。高的消振频率，合理的阻尼比。简述滚珠丝杠传动装置的组成，结构和应用特点。滚珠丝杠传动装置的组成由带螺旋槽的丝杆，螺母，滚动元件，回珠装置组成。结构：丝杆轻动时，带动滚珠螺纹滚道滚动，为阻止滚珠从滚道端面掉出，在螺母的螺旋槽两端没有滚珠回程引导装

8、置构成滚珠的循环返回通道，从而形成滚珠滚动的闭合通路。应用特点：阻尼小，传动效率高，合理的结构设计，适应大刚度传递，可实现无间隙工作,不能自锁。试分析齿轮传动中，定轴传动、行星传动、谐波传动的组成与传动特点。定轴传动由圆柱齿轮传动，圆锥齿轮传动，蜗杆蜗杆传动。特点：结构简单。传递可靠，用几何特性来实现传动。行星传动主要是由传动齿轮，定位齿轮，行星轮和行星架组成。特点。结构紧凑，可实现传动比更大，几何特性机构传动原理来实现。谐波传动主要又钢轮，柔轮，波发生器组成。特点：结构紧凑，体积小，重量轻，充分发挥材料的特性，传动比可大,也相当可靠，几何特性+材料弹性变化特性实现传动。滚动导轨副应达到的基本

9、要求。高的导向精度，高的耐磨性，足够的刚度，良好的工艺性机电一体化系统（产品）对执行元件的基本要求是什么？惯量小，动力大。体积小，重量轻。安装方便，便于维护。易于实现自动化控制机电一体化系统对伺服控制电动机的基本要求1性能密度大。2快速响应性好。3位置控制与速度控制精度高，调速范围大，低速平稳性好，分辨率高以及振动噪音小。4能适应频繁启动，可靠性高，寿命长。5易于与计算机对接，实现计算机控制。5.1常用伺服电动机有哪些工作特点？2个工作区。1恒转矩工作区，2恒功率工作区对于伺服电动机半闭环控制系统而言，控制系统的主要构成有哪些？主要是指令控制器，反馈调节器，功率放大与整形电路，执行元件步进电机

10、驱动控制电路设计的基本要求是什么？提高驱动信号，控制有效，可靠性，整形抗干扰电路简述机电一体化系统（产品）对检测传感器的基本要求。1体积小，重量轻，适应性好。2精度和灵敏性高，响应快，稳定性好，信噪比高。3安全可靠，寿命长。4便于与计算机对接。5不易受被检测对象和外部环境的影响。6环境适应能力强。7现场安装处理简单，操作方便。8价格便宜简答通用微机控制系统核心部件，通用微机控制系统的构成与特点。通用微型计算机的核心部件为可编程控制器和工业计算机。构成控制系统以通用微型计算机为核心，设计专用或选用通用的集成芯片，接口电路，执行元件，传感器，以及相互合理匹配元件，组成具有较好通用能力的控制器。软件

11、采用通用平台软件系统。特点：具有可靠性高，适应性强，但成本高，应采取一定的抗干扰措施等特点。适用于多品种，中小批量生产的机电一体化产品。简答专用微机控制系统核心部件，专用微机控制系统的构成与特点。核心部件为单片机和单板机构成由专用芯片，接口电路，执行元件，传感器相互合理匹配成专用控制器。特点：软件采用专用机器代码或语言，可靠性强，成本低，但适应能力差，用于大批量生产的机电一体化产品。光电隔离电路的组成有哪些？主要作用是什么？主要由光耦合器的光电转换元件输入电路，光源，光敏元件，输出放大电路组成作用：1可将输入输出两部分的供电电源和电路的地线分离。2可进行电平转换，实现要求的电平输出，从而具有初

12、级功率放大作用。3提高对负载的驱动能力。（3）可将高低压电源或不同要求电源系统分离，防止不同电源之间信号干扰。机电一体化系统设计中，驱动电路设计的目的和基本要求是什么？目的：实现指令信号和执行驱动信号之间的有效匹配。要求：信号类型转换，能量放大，质量的保证。三、分析论述题a）螺母固定、丝杆转动并移动b）丝杆转动，螺母移动c）螺母转动、丝杆移动d）丝杆固定，螺母转动并移动轴向间隙小，无轴向间隙调整和预紧能简述如图2a）螺母固定、丝杆转动并移动b）丝杆转动，螺母移动c）螺母转动、丝杆移动d）丝杆固定，螺母转动并移动轴向间隙小，无轴向间隙调整和预紧能试分析单圆弧轨道和双圆弧轨道的结构特点（设计、制造

13、、使用与维护）单圆弧滚道：结构简单，传递精度由加工质量保证，力，加工困难，加工精度要求高，成本高，一般在轻载条件下工作。双圆弧滚道：结构简单，存在轴向间隙，加工质量易于保证，在使用双螺母结构的条件下,具有轴向间隙调整和预紧能力，传递精度高。试分析图示消除滚珠丝杠轴向间隙调整与预紧的工作原理与结构特点。双螺母垫片预紧调整的结构特点：结构简单，刚性好，预紧可靠，使用中调整不方便。工作原理：在丝杆固定不动的条件下，增加垫片的厚度，左右丝杆螺母分别向左移动和向右移动。试分析图示消除滚珠丝杠副轴向间隙调整与预紧的工作原理与结构特点答：工作原理：采用双螺母螺纹预紧调整，右螺母的外端有凸缘，而左螺母的外端虽

14、无凸缘，但有螺纹并通过两个圆螺母固定。调整时旋转右边圆螺母消除轴向间隙并产生一定预紧力，然后用锁紧螺母结构特点：结构简单，刚度好，预紧可靠，使用中调整方便，但不能精确定量的进行调整。根据直流电机的机械特性方程，试说明直流电机调速方法有哪能些，并指出它们各自的优特点。1,变极调速2，变频调速3，变转差率调速简述步进电机的工作原理，并推导出步进当量的计算公式。图示三相反应式步进电动机，定子有六个均匀分布的磁极，每两个相对磁极组成一相，即有A-A,B-B,C-C,三相，磁极上饶有励磁绕组，转子具有均匀分布不的四个齿，当ABC三对磁极的绕组依次通电时，则ABC三对磁极依次产生磁场吸引转子转动。URn，

15、aaTKKK2eem试分析如图所示步进电机驱动功率放大器的基本工作原理。图中ABC分别为步进电动机的三相，每相由一组放大器驱动，放大器输入端与环形脉冲分配器相连，在没有脉冲输入时，3DK4和3DD15功率放大器均截止，绕组中无电流通过，电动机不转。当A相得电，电动机转动一步，当脉冲依次加到ABC三个输入端时，三组放大器分别驱动不同的绕组，使电动机一步步地转动，电路中二极管起续流作用。多路功率开关细分驱动电路试述如图所示步进电机用功率开关细分驱动电路的基本工作原理多路功率开关细分驱动电路利用五只功率晶体管作为开关器件，在绕组电流上升过程中，VTD1到VTD5按顺序导通，每导通一个，高压管都要跟着

16、导通一次，使绕组电流能快速上升，在绕组电流下降过程中，VTD1到VTD5按顺序关段，每关段一个晶体管，电流都能快速下降一个台阶，在关断任一低压管前，可将剩下的全部关段一段时间，使绕组通过泄放回路放电，然后再重新开通。试分析如图所示光电的基本工作原理和特点，在本电路中各元气件的作用是什么？T-1l-iLBRj和L厂F输入信号（来自微机）输出信号II（去执行系统）去微机微机输出的控制信号经74LS04非门反向后，加到光电耦合器G的发光二极管正端，当控制信号为高电平时，经反相后，加到发光二极管正端的电平为低电平，因此，发光二极管不导通，没有光发出，这时光敏三极管截止，输出信号几乎等于加在光敏三极管集

17、电极上的电源电压，当控制信号为低电平时，发光二极管导通并发光，光敏三极管接受发光二极管发出的光而导通，于是输出端的电平几乎等于零。特点：完成信号转换的同时，能隔离干扰。作用：厂F输入信号（来自微机）输出信号II（去执行系统）去微机号。光门反相，加到光电耦合器G的发光二极管正端，发光二极管：把电信号转换成光信号。光敏三极管：将光信号转换成电信号。号。光DDiTO试述如图所示步进电机斩波恒流功率驱动电路中，电机相电流大小的的调节方法。DDiTO光电编码器一般输出A、/A、B、/B、Z、/Z等六路信号，分别说明这六路信号的作用和用途。.；AB用来判别方向、计数，Z为参考零位，一般每隔20mm或50m

18、m一个信号_/-A-、B-、Z-是A、B、Z的反相信号，主要作用是抗干扰的.匚220V_13、如图所示为计算机电源采用的一种滤波器的接线图，试说明它的作用及工作原理二J从电气工程上，所有的元件可以归纳为三类最基本的元件,即电阻，电感和电容电阻的阻值与:交流电的频率无关电感的阻值（称为感抗）Xl=2nfL,即与交流电的频率成正比频率越高，感抗越大电容元件则与电感元件相反，它的容抗Xc=1/2nfC,即与交流电频率反比.因此，电气工程上，常利用LC元件对不同频率交流电量的电抗不同,对交流电量进行分流，称为滤波.作用：滤波器分很多种，作用各不相同，但总名称上总体来说，当然是过滤信号的。14、光栅传感

19、器，刻线数为100线/mm,设细分时测得莫尔条纹数为400,试计算光栅位移是多少毫米？若经四倍细分后，记数脉冲仍为400，则光栅此时的位移是多少？测量分辨率是多少？答：光栅此时的位移：细分前：4mm细分后：1mm测量分辨率：细分前：0.01mm/线细分后：0.025mm/线15、机电一体化系统中的计算机接口电路通常使用光电藕合器，光电藕合器的作用有哪些？答：用来隔离高频电路与低频电路高频电路产生的高频信号会干扰低频电路，用光耦合器既能连接两个部分又能屏蔽高频信号16、机电一体化产品中常用的位移传感器有哪几种？试举例说明其中的一种在机电一体化系统设计中的应用。电阻式，电感式，电容式，电磁式，光电

20、式，编码式。17、简述直流伺服电动机脉宽调制的工作原理答:PWM波，就是利用占空比来控制输出的大小。占空比越大，输出功率越大。频率是要根据实际情况选择的，太低驱动效果好，但是会感觉到抖动，太高会有噪音还会有衰减，所以根据电机特性选一个合适的频率。ii，Aiii，Ai=0，U0；衔铁移动时,2L1L2o产生输出电压U；由U和Ai的大小和方向可oo1if1、口其工作原理。光源和一个线圈自感增加，另一个减小，Ai,0if1、口其工作原理。光源和判断出衔铁的位移大小和方向。9图示为光栅式位移传感器示意图，光体四部分分组成将指示光栅常行光体四部分分组成将指示光栅常行地放在标这时在指示光栅上就会出现一些艮小的角度e艮小的角度e，示尺光栅相对于指示光栅移动时，每移过一个栅较粗的明暗相间的条纹，称为摩尔条纹。当_距，则在垂直方向上就移过一个摩尔条纹。过其后的测量装置对脉冲进行计数、处理，即可测的实际位移。30、画出图示机械系统的力电压相似模拟电路解：该机械幕统的力一一屯相似模拟屯路个齿采用、某步进电机有丝杠的导程为U求、步进电机的步矩答360八/个齿采用2、当脉冲当量要求为0.01mm时，试设计此传动系统。答：设传动比为X,由于步距角为0.75，丝杆导程为6mm,则：6/(360/0.75)*