2025年机电一体化系统设计基础实战解析与习题解答集

机电一体化系统设计基础课程作业解答（一）

一、填空题

1.控制计算机控制软件硬件接口电路

2.民用机电一体化办公机电一体化产业机电一体化

3.质量目的管理实行可行性设计进行设计质量评审

4.定期预测定量预测

5.精度稳定性迅速响应性

6.前小后大

7.转子惯量

8.传动误差回程误差

二、简答题

1.机电一体化系统口，传感测试部分的作用是什么？

机电一体化系统中传感测试部分的作用是对系统运行中所需要的自身和外界环境的多

种参数及状态进行检测，变为可识别的信号，传播到信息处理单元，经分析处理后产生控制

信息。

2.简述机电一体化产品设计的工程路线（重要环节）

机电一体化产品设计的工程路线（重要环节）：确定产品开发H的和技术规范；搜集资

料，市场分析，可行性分析和技术经济性分析；总体方窠设计；总体方案的评审和评价；详

细设计；详细设计方案的评审和评价；试制样机；样机试验，测试；技术评价与审定；小批

量生产；试销；正常生产；销售。

3.为何采用机电一体化技术可以提高系统的精度？

机电一体化技术使机械传动部分减少，因而使机械磨损，配合间隙及受力变形等所引

起的误差大大减少，同步由于采用电子技术实现自动检测，控制，赔偿和校正因多种干扰原

因导致的误差，从而提高精度。

4.影响机电一体化系统传动机构动力学特性的重要原因有哪些？

影响系统传动机构动力学特性的重要原因有系统的负载变化：传动系统的惯性；传动

系统的固有频率；传动系统中的摩擦与润滑。

5.转动惯量对传动系统有哪些影响？

在传动系统中，转动惯量增大使机械负载增长，功率消耗大；使系统对应速度变慢,

减少敏捷度；使系统固有频率下降，轻易产生谐振。

6.为减小机械系统的传动误差，可采用哪些构造措施？

减小机械系统的传动误差可采用的构造措施有：合适提高零部件自身的精度；合理设

计传动链，减小零部件制造、装配误差对传动精度的影响；采用消隙机构，以减小或消除回

程误差。

三、计算题

1.图示丝杠螺母驱却系统，已知工作台的质量〃?=200Kg,丝杠螺距/=5mm,丝杠长度

?5

L=0.8m,中径为d=30mm,材料密度为P=7.8x10ATg//??,齿轮齿数分别为z）=20,z2=45,

模数加=2mm,齿宽〃=20mm。试求折算到电机轴上的总等效惯量4？

解：（I）计算各传动件的转动惯最

材料密度p=7.8xlO3Kg!/,齿轮的计算直径按分度圆直径计算，丝杠的计算直径取中径。

12

田mJI=—ma7=-叫--”-

832

34

.^X7.8X]0X0.04X0.02.MIA_5/2

J.,=------------------------=3.92x10KQ•m

32

^■x7.8xl03X0.094X0.02

=1.0x10ykg-m~

-32

^■X7.8X103X0.034X0.8

=4.96xl0-4^/n2

=32

工作台折算到丝杠上的转动惯最为

=20（停詈、=1.2xl0-4A:gm2

JG=加

（2）折算到电机轴上的转动惯量

4-4

二4+4■（人2+人+几）=3.92X10r+-^（1.0X10-3+4.96x10~+1.2xI0）

=3.58x10%.〃/

2.试设计一数控机床工作台用滚珠丝杠副。已知平均载荷%=3600N,丝杠工作长度

/=1.25m,平均转速〃m=l20r/min,每天开机6h,每年250个工作日计,规定工作以上。丝

杠材料为CrWMn钢，滚道硬度为58〜62HRC,丝杠传动精度规定为±0.03mm。

解：

(1)求计算载荷

由题设条件，查表3.4取心=1.2,查表3.5取KH=1.0,假设丝杠为。级精度，查表

3.6,取KA=L0。

则计算载荷氏=降小心心=1.2X1.0X1.0X3600=4320N

(2)计算所规定的额定动载荷源'

预期使用寿命L'=6X250X10=15000h

并代入/^=120r/min,笈=4320N

120x15000

d=4320x3=2O563N

1.67X1041.67xl04

(3)根据的值选择滚珠丝杠副

设选用FCI型号系列，按照满足&的原则，并考虑多种原因，查表3.7选出合用的滚

珠丝杠型号规格为FCI-5006-3,其重要参数尺寸：

公称直径ZI)=50mm

导程7o=6mm

螺旋角X=2°IT

滚珠直径969mm

丝杠小径4=45.63mm

(4)检查稳定性

取弹性模量F=2.06X103MP.„查表3.8长度系数u=2/3

丝杠轴惯性矩/=，：=3.14x。.诩634=2.[3,io7m,

M64

不发生失稳之最大载荷

TT-EI3.142X2.06X10,1X2.13：＜10-7

=6.23X105N

(4)2(2/3x1.25)2

安全系数5=^=623000=173

Fc3600

查表3.8许用安全系数[S]=2.5〜3.3。由S>[S],可知丝杠是安全的，稳定性合乎规定。

(5)检查刚度

计算转矩T=Fm9tan(/l+p)

取摩擦系数f=0.002,则「=arctanO.002=6'53〃

T=3600xyxl03xtan(2°ir+653")=3.58N-m

按最不利状况计算导程误差，每个导程的变形显

以二尸3-―4%।1677；

EA2TIGJCEA£(TG

4x3600x6x10-316x3.58x(6x10-3)*2*、

=--------------------------1---------------------L----m

3.14x0.045632x2.06x10"3.142x0.045634x*0.81x10"

=6.44XI0-2Mm

丝杠在工作长度上的导程误差

।仅6.44x102,

AL=/--=1.25x-------=13.4/mi

Zo6x10-3尸

一般，丝杠的导程误差AL应不不小于其传动粘度的1/2,即

AL<—cr=-x0.03〃"〃=0.015mm-15z/m

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丝杠的刚度满足规定。

经上述计算验证，所选FCL5006-3型丝杠各项性能均符合使用规定，可用。

四、分析题

按照机电一体化