「机电一体化系统设计基础课程作业解答」46324.pdf

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1、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.质量目标管理 实行可行性设计 进行设计质量评审.定期预测 定量预测 精度 稳定性 快速响应性 6.前小后大 7.转子惯量 8传动误差 回程误差 二、简答题 1机电一体化系统中，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本身和外界环境的各种参数及状态进行检测，变为可识别的信号，传输到信息处理单元，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(主要步骤)机电一体化产品设计的工程路线(主要步骤）:拟定产品

2、开发目标和技术规范;收集资 料,市场分析,可行性分析和技术经济性分析;总体方案设计;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;样机实验,测试；技术评价与审定;小批量生产;试销;正常生产；销售。3.为什么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,同时由于采用电子技术实现自动检测，控制，补偿和校正因各种干扰因素造成的误差,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主要因素有哪些？影响系统传动机构动力学特性的主要因素有系统的负载变化；传动系统的惯性;传动系统的固有频率；传动系

3、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加，功率消耗大；使系统相应速度变慢，降低灵敏度;使系统固有频率下降,容易产生谐振。6.为减小机械系统的传动误差,可采用哪些结构措施?减小机械系统的传动误差可采用的结构措施有:适当提高零部件本身的精度;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图示丝杠螺母驱动系统，已知工作台的质量200K，丝杠螺距 t=mm,丝杠长度 L0.8m,中径为=30m,材料密度为33/g108.7mK，齿轮齿数分别为 z20,z2=45，模数=2mm,齿宽 b=20

4、m。试求折算到电机轴上的总等效惯量e？解:（1)计算各传动件的转动惯量 材料密度33/g108.7mK，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。由 工作台折算到丝杠上的转动惯量为 (）折算到电机轴上的转动惯量 328142ldmdJ254311092.33202.004.0108.7mkgJz23432100.13202.009.0108.7mkgJz24431096.4328.003.0108.7mkgJs2422102.12005.02002mkgtmJG44325221102.11096.4100.125.211092.31GszzeJJJiJJ241058.3mkg2试设

5、计一数控机床工作台用滚珠丝杠副。已知平均载荷3N,丝杠工作长度 l=1.25m，平均转速 nm12r/m,每天开机h，每年 250 个工作日计，要求工作 10年以上。丝杠材料为Wn 钢,滚道硬度为 5862HRC,丝杠传动精度要求为0.0m。解：()求计算载荷 由题设条件,查表 34 取 K=1.2,查表.取H=1.0,假设丝杠为 D 级精度,查表 3.6，取 KA=1.0。则计算载荷 cKFHKAFm1.21.01.03600=43 N（2)计算所要求的额定动载荷Ca 预期使用寿命 Lh6250015000h 并代入 n120rmi,F320N N205631067.115000120432

6、01067.13434hmcaLnFC（3）根据 Ca的值选择滚珠丝杠副 设选用 F型号系列,按照满足CCa的原则,并考虑各种因素，查表 3.选出合用的滚珠丝杠型号规格为 FCI-006-3，其主要参数尺寸：公称直径 D5m 导程 l0=6mm 螺旋角 =211 滚珠直径 d0=.99 丝杠小径 d1453mm（4)检验稳定性 取弹性模量 E=2.065 Ma，查表 3.长度系数2/3 丝杠轴惯性矩 47441m1013.26404563.014.364dI 不发生失稳之最大载荷 N1023.625.13/21013.21006.214.352711222maxlEIF 安全系数 173360

7、0623000maxcFFS 查表3.8 许用安全系数S2.53.3。由 SS,可知丝杠是安全的,稳定性合乎要求。（5)检验刚度 计算转矩 tan20DFTm 取摩擦系数0.00,则ac00653 mN58.3356112tan1025036003 T 按最不利情况计算导程误差,每个导程的变形量 GdTlEAFlGJTlEAFlLc4220020001642 m1081.004563.014.310658.3161006.204563.014.3106360041142231123=.412m 丝杠在工作长度上的导程误差 m4.131061044.625.13200lllL 通常，丝杠的导程误

8、差L 应小于其传动精度的 12,即 m15015.003.02121mmmmL 丝杠的刚度满足要求。经上述计算验证，所选I-506型丝杠各项性能均符合使用要求,可用。四、分析题 按照机电一体化系统的基本结构要素,图示数控机床的各个部分归类如下：(）控制及信息处理单元：键盘、计算机、显示（)测试传感部分：光电编码器、信号处理(3）能源:电源(4)驱动部分:功放、电机（5）执行机构:联轴器、齿轮减速器、丝杠螺母机构、工作台 机电一体化系统设计基础课程作业解答（二)一、填空题 1低频分量 高频分量 2固有频率 阻尼能力 3相对阻尼系数 4.固有频率 5变频信号源 脉冲分配器 功率放大器 6.最大动态

9、转矩 降低 7线性直流伺服放大器 脉宽调制放大器 8.电源频率 磁极对数 转差率 9.电液比例阀 电液伺服阀 1.定位精度 定位时间 二、简答题 1如何提高伺服系统的响应速度？伺服系统的响应速度主要取决于系统的频率特性和系统的加速度。(）提高系统的固有频率，减小阻尼。增加传动系统的刚度,减小折算的转动惯量,减小摩擦力均有利于提高系统的响应速度。（）提高驱动元件的驱动力可以提高系统的加速度，由此也可提高系统的响应速度。2.步进电机是如何实现速度控制的？步进电机的运动是由输入的电脉冲信号控制的,每当电机绕组接收一个脉冲,转子就转过一个相应的角度。其角位移量与输入脉冲的个数严格成正比，在时间上与输入

10、脉冲同步。因而,只要控制输入脉冲的数量、频率和电机绕组的相序,即可得到所需转动的速度和方向。.试述直流电机伺服系统中脉宽调制放大器的基本工作原理。脉宽调制放大器是直流伺服电机常用的晶体管驱动电路。利用大功率晶体管的开关作用,将直流电源电压转换成一定频率的方波电压，施加于直流电机的电枢,通过对方波脉冲宽度的控制，改变电枢的平均电压,使电机的转速得到调节。交流伺服电机有哪些类型?交流伺服驱动的主要特点是什麽？交流伺服电机有永磁式交流同步电机和笼型异步电机两类。交流伺服驱动的主要特点有:（1)调速范围大；()适合大、中功率伺服系统；（3）运行平稳,转速不受负载变化的影响；(4）输出转矩较大，而转矩脉

11、动小。三、分析题.分析传感器的误差对输出精度的影响 传感器位于反馈通道，误差的低频分量影响系统的输出精度和系统的稳定性,因此传感器应有较高的精度；而误差的高频分量不影响输出精度,可以允许传感器及放大电路有一定的高频噪声。分析齿轮减速器的传动误差对工作台输出精度的影响。对于开环步进电机位置控制系统,由于无检测装置,不对位置进行检测和反馈,齿轮减速器的传动误差（误差的高频分量）和回程误差（误差的低频分量)将直接影响工作台的输出精度。四、计算题 1如图所示的电机驱动直线伺服系统，已知工作台的质量为 m0g,工作台与导轨间的摩擦系数 f=0.1，负载力为W=1000N,丝杠直径为 D=6m,导程为 ts=4mm,齿轮减速比为i=5,工作台的最大线速度为=0.04m/s，试求：（1）折算到电机轴上的负载力矩；（2）电机轴的转速;(）电机所需功率。解：（1）折算到电机轴上的负载力矩