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1、机电系统设计题库答案三一、填空题（共21分，每空1.5分）1 .机电一体化技术是一机械技术和微电子技术的有机结合。2 .传感器一般由敏感元件、转换元件、基本转换电路组成。3 .机械技术的4大支柱学科是机械学、加工工艺、控制、力学。4 .步进电机动态转矩随着脉冲频率的升高而减小（减小、增大）。5 .机电系统中,系统的固有频率越一小（大、小），容易产生谐振；传动系统的刚度越一小（大、小）越容易产生爬行现象。6 .谐波齿轮传动中，当刚轮固定时，如果波发生器的回转方向为顺时针，则柔轮的回转方向应为逆时针；当柔轮固定，如果波发生器的回转方向为顺时针，则柔轮的回转方向应为顺时针。二、简答题：（共26分）1
2、、已知一数控系统如下图所示,试说明图中各部分分别属于机电一体化系统的哪一个基本结构要素。（6分）电源是能源部分（1分）联轴器、齿轮减速器、丝杠螺母副、工作台是执行机构（1分）光电编码器、信号处理器是测试传感部分（1分）计算机、键盘、显示是控制及信息处理系部分（1分）功放、电机是驱动部分无机械本体（1分）2、结构方案设计中一般遵循的原理与原则有哪些？（5分）一、运动学设计原则按s=6-q确定施加的约束数并将这些约束适当配置,去掉多余的自由度.（1分）二、基面合一原则尽量满足使用基面和加工面合为一体.（1分）三、最短传动链原则（1分）四、“三化”原则产品品种系列化、零件通用化和标准化（1分）五、阿
3、贝原则（1分）3、请根据下图所示弹簧-质量块模型解释爬行现象，并指出消除爬行现象的途径。已知构件1为主动件，构件K为传动件，2为从动件。（共10分）Vl_KV2弹簧-质量块模型答：答：主动件1以较低的速度V匀速开始运动时，由于传动件K产生弹性变形，从动件2不动（2分）。当传动件K的弹性力大于从动件2的静摩擦力时，从动件2运动，（2分）此时静摩擦力变为动摩擦力，由于动静摩擦力有差值，从动件2作加速运动，产生所谓跳跃运动状态（2分）。这种静止一跳跃的现象反复交替出现，形成了从动件的爬行现象（1分）。消除爬行现象的途径有：提高传动系统的刚度，减少摩擦力的变化。（3分）4、简述机电系统的五大功能构成。
4、（5分）机电系统具备的内部功能构成是：主功能完成物质、能源、信息的传递、存储和变换功能（1分）检测功能检测产品内部状态和外部环境，实现计测功能。（1分）控制功能对检测的数据进行处理、运算、决策（1分）动力功能（1分）构造功能（1分）三、分析题（13分）下图是两个传动链方案，方案（a）中A为主动轮，D为从动轮；方案（b）中，C为主动，B为从动（齿轮、蜗轮齿数如图所示）。设齿轮副在小齿轮轴上的角值误差为AAB,蜗轮副在蜗轮轴上的角值误差为 CD,假设 AB=CD,试分析哪种方案总传动误差小。图A图B解：由于AAB=ACD设AB=CD=则方案a在D轴上的总角值误差为a=ABZiCD+CD=/60+=
5、61*60（5分）方案不b在D轴上的总角值误差为b=CDZiAB+AB=/6+=7*6（5分）由于AavAb（2分）因此方案a传动误差更小。（1分）四、下图所示为一步进电机传动控制系统框图，试绘制三相双三拍和三相六拍脉冲时序图。（只画出一个方向即可）（共13分）位置速度指令 PC总线）驱动卡脉冲信号方向信号分配后脉冲步进电机驱动器分配并放大后脉冲步进电机步进电机传动控制系统框图（1分）三相双三拍通电相序为：AB-BC-CA步时时钟rL_n_TL_rLr_L_n_n_TLJJ一一IJ-一一I/、/A相/L-P_PJ一1j-7Z/一/B相/LV一一J一/C相一V一VL一分）三相六拍通电顺序为：A-
6、AB-B-BC-C-CA（1分）步进时钟UUULJUUUUUUULrLA相LVL/B相I/LI/Ll.一|YIC相1/L1/J（3分）六、计算题（27分）1、如图所示的开环步进电机位置控制系统，脉冲当量为0.02mV脉冲,齿轮传动比i=2,步进电机的步距角为1.8。，试确定丝杠的导程。（11分）乙,小|工作台卅一万Z步进电机乙7,解：解：依AL=T/（i*（360/e）（5分）L脉冲当量T丝杠导程i传动比步距角贝UT=360*i*AL=360*2*0.02/1.8=8mm（6分）经计算确定丝杠导程为8mmo2、某数控机床伺服进给系统的传动机构如下图所示。已知电动机的转动惯量Jm=3.5X10-
7、3kg.m2,工作台及刀架质量500kg,滚珠丝杠直径d=40mm,导程L0=8mm,丝杠长度L=1800mm,齿轮齿数分别Zl=18,z2=36,z3=18,z4=45,模数m为2,齿宽b=20mm,求电动机轴上的总转动惯量。（匀质圆盘绕垂直于盘面中心轴线的转动惯量公式：J=md28,工作台刀架折算到丝杠转动惯量JG=m（L02）1所有材料密度为P=7.8103kgm3）（16分）解：1）计算各传动件的转动惯量（10分）材料密度0=7.8x10,g,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。J=Lntd2=则U832Zl乃 X 7.8x103 X0.0364 X 0.02327.
8、81030.07240.02= 2.57 10-5zh232-7.81030.0940.02=4.11 0 4 kg n232= l.M103m2=3.53 X 10%g 小7.81030.0441.8二32工作台折算到丝杠上的转动惯量为:心.端,=5。（照=8.仙。-%行2）2）（2）折算到电机轴上的转动惯量（4分）i1=Z2Z1=2i2=Z4Z3=2.5Je=JZI+（j二2+、z3）+.2.2（Jz4jsJg）fl121I=3.5W3+-（4.1IxW4+2.57105）+J252（1.04*103+3.53*103+8.11*104）=3.487*104kgm2（3）电机轴上的总转动惯量（2分）J=Je+Jm=3.85*l03kgm2
