机电一体化答案_机电一体化概论答案

2020-02-28 其他范文下载本文

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1、控制用电机有哪些种类、特点及应用？

控制用电动机：力矩电动机、脉冲电动机、开关磁阻电动机、变频调速电动机和各种AC/DC电动机...在额定输出功率相同的条件下，比功率（dp/dt）：交流伺服电机>直流伺服电机>步进电机。

控制用旋转电机按工作原理分：（1）旋转磁场型：同步电动机（永磁）、步进电机（永磁）；（2）旋转电枢型：直流电动机（永磁）、感应电动机（按矢量控制等效模型）；

DC伺服电机（永磁）：槽铁心电枢型、无槽（平滑型）铁心电枢型、电枢型—无槽（平滑）铁心型与无铁心型。AC伺服电机：同步型SM、感应型IM 步进电机：变磁阻型（VR）、永磁型（PM）、混合型（HB）

DC伺服电机：

1、高响应特性；

2、高功率密度（体积小、重量轻）；

3、可实现高精度数字控制；

4、接触换向部件（电刷与换向器）需要维护。应用：NC机械、机器人、计算机外围设备、办公机械、音响和音像设备、计测机械。

晶体管式无刷直流伺服电机：

1、无接触换向部件；

2、需要磁极位置检测器（如同轴编码器等）；

3、具有DC伺服电机的全部优点。应用：音响和音像设备、计算机外围设备。

AC伺服电机（永磁同步型）:

1、无接触换向部件；

2、需要磁极位置检测器（如同轴编码器等）；

3、具有DC伺服电机的全部优点;

4、对定于电流的激励分量和转矩分量分别控制。应用：音响和音像设备、计算机外围设备、NC机械、机器人。

AC伺服电机（感应型（矢量控制））：

1、对定于电流的激励分量和转矩分量分别控制；

2、具有DC伺服电机的全部优点。应用：NC机械、机器人。

步进电机：

1、转角与控制脉冲数成比例，可构成直接数字控制；

2、有定位转矩；

3、可构成廉价的开环控制系统。应用：计算机外围设备、办公机械、数控装置

2、直流伺服电机的驱动方式有哪几种？晶体管脉宽调理驱动、晶闸管直流调速驱动

3、旋转式步进电机按其结构可分为哪几种？各有何特点？

1、可变磁阻（VR）型：转子结构简单，转子直径小，有利于快速响应。由于VR型步进电机的铁心无极性，故不需要改变电流极性，因此多为单极性励磁。该类电动机的定子与转子均不含永久磁铁，故无励磁时没有保持力。具有制造成本高、效率低、转子的阻尼差、噪声差的缺点。但由于其制造材料费用低、结构简单、步距角小，随着加工技术的进步，可望成为多用途的机种。

2、永磁（PM）型：采用永久磁铁，即使定子绕组断电也能保持一定转矩，故具有记忆能力，可用做定位驱动。PM型电动机的特点是励磁功率小、效率高、造价低，因此需求量也大。由于转子磁铁的磁化间距受到限制，难以制造，故步距角较大。与VR型相比转矩大，但转子惯量也较大。

3、混合（HB）型：具有VR型步进电机步距角小、响应频率高的优点，还具有PM型步进电机励磁功率小、效率高的优点。这类电动机都由转子铁心的凸极数决定步距角的大小，可制造出步距角较小的电动机。永久磁铁也可磁化轴向的两极，可使用轴向各向异性磁铁制成高效电动机。由于采用了永久磁铁，所以无励磁时具有保持力。励磁时的静止转矩都比VR型步进电机的大。HB和PM型步进电机能够用做超低速同步电动机。步进电机与DC和AC伺服电机相比起转矩、效率、精度、高速性比较差，但步进电机具有低速时转矩大、速度控制比较简单、外形尺寸小等优点，应用在办公室自动化方面的打印机、绘图机、复印机等机电一体化产品，在工厂自动化方面也可以代替低档的DC伺服电机。

4、步进电机有哪几种通电方式？步距角与通电方式有否有关？答：三相步进电机：

1、单相轮流通电方式，三相单三拍通电。

2、双相轮流通电方式，三相双三拍通电.3、单双相轮流通电方式，三相六拍通电。其他相步进电机。。

步距角与通电方式的关系：α运行拍数。

5、步进电机的主要性能指标有哪些？

答：

1、分辨力；

2、静态特性；

3、动态特性—（1）动态稳定区（2）启动转矩Tq（3）最高连续运行频率及矩-频特性（4）空载启动频率与惯-频特性；

4、步进电机技术指标实例—型号表示方式、技术性能参数：相数、步距角、电压、相电流、最大转矩、空载启动频率、空载运行频率、电感、电阻、分配方式、外形尺寸（轴径）、质量、转子转动惯量

6、步进电机驱动电源的组成及作用有哪些？

答：驱动电源由脉冲分配器、功率放大器等组成。

驱动电源是将变频信号源（微机或数控装置等）送来的脉冲信号及方向信号按要求的配电方式自动地循环供给电动机各相绕组，以驱动电动机转子正反向旋转。

7、实现脉冲环形分配的方法有哪些，各有何特点？

答：1软环分（采用计算机软件，利用查表或计算方法来进行脉冲的环形分配）；充分利用计算机软件资源以减低硬件成本，对多相的脉冲分配具有更大的优点；但软环分占用计算机的运行时间，会使插补一次的时间增加，易影响步进电机的运行速度。

2、采用小规模集成电路搭接而成的三相六拍环形脉冲分配器；

灵活性很大，可搭接任意相、任意通电顺序的环形分配器，同时在工作时不占用

=360°/（zm）；α

：步距角；z:转子齿数；m为计算机的工作时间。

3、采用专用环形分配器器件，如CH250。

可以实现三相步进电机的各种环形分配，使用方便、接口简单、种类众多、功能齐全，有的还具有其他许多功能。

8、单电压、双电压、斩波恒流功放电路的特点？

答：

1、单电压功放电路：结构简单，但绕组串联的电阻在大电流回路中要消耗能量，使放大器功率降低。同时由于绕组电感较大，电路对脉冲电流的反映较慢，因此输出脉冲的波形差、输出功率低。主要用于对速度要求不高的小型步进电机中。

2、双电压功放电路：该功放电路仅在脉冲开始的一瞬间接通高压电源，其余的时间均由低压供电，故效率很高。由于电流上升率高，故高速运行性能好，但由于电流波形陡，有时还会产生过冲，故谐波成分丰富，致使电动机运行时（尤其在低速时）振动较大。

3、斩波恒流功放电路：该电路去掉了限流电阻，效率显著提高，并利用高压给电动机绕组储能，波的前沿得到了改善，从而使步进电机的输出加大，运行效率得到提高。

9、步进电机的微机控制方式有哪些？各有何特点？

答：

1、串行控制：在具有串行控制功能的单片机系统中驱动电源中必须含有环形分配器。因为这种系统与步进电机驱动电源之间具有较少的连线将信号送入步进电机驱动电源的环形分配器。

2、并行控制：并行控制是用微型计算机系统的整个端口直接去控制步进电机各相驱动电路的方法。在电动机驱动电源内，还包括环形分配器，而且并行控制功能必须由微型计算机系统完成。

10、步进电机升降速规律有哪些？各有何特点？

答：

1、按照直线规律升速；加速度为恒指，要求步进电动机产生的转矩为恒值。

2、按指数规律升速；加速度是逐渐下降的，接近电动机输出转矩随转速变化的规律。

1、滚珠丝杠副中滚珠的循环方式有几种？各有何特点？

答：内循环：滚珠在循环过程中始终与丝杠表面保持接触。优点滚珠循环的回路短、流畅性好、效率高、螺母的径向尺寸也较小。缺点：反向器加工困难、装配调整不方便。

外循环：滚珠在循环反向时离开丝杠螺纹滚道，在螺母体内或体外坐循环运动。（1）螺旋槽式；工艺简单、径向尺寸小、易于制造。但挡珠器刚性差、易磨损。（2）插管式；结构简单、易于制造；但径向尺寸较大，弯管端部用做挡珠器比较容易磨损。（3）端盖式；结构简单、工艺性好，但滚道吻接和弯曲处圆角不易准确制作而影响其性能，故应用较少。常以单螺母形式用做升降传动机构。

2、滚珠丝杠副轴向间隙的调整与预紧方式有几种？各有何特点？

答：（1）双螺母螺纹预紧调整式L；结构简单刚性好、预紧可靠，使用中调整方便，但不能精确定量地进行调整；（2）双螺母齿差预紧调整式Ch或C；可实现定量调整，即可进行精密微调，使用中调整较方便。（3）双螺母垫片调整预紧式D；结构简单、刚度高、预紧可靠，但使用中调整不方便。（4）弹簧式自动调整预紧式；能消除使用过程中因磨损或弹性变形产生的间隙，但其结构复杂、轴向刚度低，适合用于轻载场合。（5）单螺母变位导程预紧式和单螺母滚珠过盈预紧式B。结构简单、紧凑，但使用过程中不能调整，且制造困难。

3、滚珠丝杠副的支承方式有几种？各有何特点？

答：（1）单推-单推式；轴向刚度较高，预拉伸安装时，预紧力较大，但轴承寿命比双推-双推式低；（2）双推-双推式；轴向刚度较高，适合于高刚度、高转速、高精度的精密丝杠传动系统。但随着温度的升高会使丝杠的预紧力增大，易造成两端支承的预紧力不对称；（3）双推-简支式；轴向刚度较低，应注意减少丝杠热变形的影响。双推端可预拉伸安装，预紧力小，轴承寿命较高，适用于中速、传动精度较高的长丝杠传动系统。（4）双推-自由式；轴向刚度和承载能力低，多用于轻载、低速的垂直安装的丝杠传动系统。

4、滚珠丝杠的公称直径应根据什么选择？基本导程应根据什么选取？

答：公称直径d0应根据轴向最大载荷按滚珠丝杠副尺寸系列选择。螺纹长度L1在允许的情况下要尽量短，一般取L1/d0小于30为宜。基本导程Ph（或螺距t）应按承载能力、传动精度及传动速度选取，Ph大，承载能力也就大；Ph小，传动精度较高。要求传动速度快时，可选用大导程滚珠丝杠副。

5、在伺服电机驱动负载的传动系统中，常采用什么方式选择最佳传动比？答：采用使负载加速度最大的方法。

6、齿轮传动系统各级传动比的最佳分配原则有哪些？各适用于何种场合？

答：（1）重量最轻原则；适用于要求体积小、重量轻的齿轮传动系统；（2）输出轴转角误差最小原则；适用于要求传动精度高，回程误差小的传动齿轮系；（3）等效转动惯量最小原则；适用于要求运动平稳、起停频繁和动态性能好的伺服系统的减速齿轮系。

7、直齿圆柱齿轮传动和斜齿圆柱齿轮传动齿侧间隙的调整方法有哪几种？各有何特点？

答：

1、直齿圆柱齿轮传动

（1）偏心套（轴）调整法；结构简单，但侧隙不能自动补偿；（2）轴向垫片调整法；转配时轴向垫片使齿轮之间齿侧间隙小，运转又灵活。特点同（1）；（3）双片薄齿轮错齿调整法；可自动补偿侧隙。1）周向弹簧式；受到周向圆弧槽及弹簧尺寸限制，故仅适用于读数装置而不适用于功率驱动装置。2）可调弹簧式；

2、斜齿圆柱齿轮传动

消除斜齿轮传动齿侧隙的方法与上述错齿调整法基本相同。1）垫片错齿调整法；结构比较简单，但调整较费时，且齿侧间隙不能自动补偿。2）轴向压簧错齿调整法；齿侧隙可以自动补偿，但轴向尺寸较大，结构欠紧凑。

8、滑动导轨的截面形状有哪些?各有何特点？导轨间隙的调整方法有哪些？各适合何种场合？

答：(1)三角形（分对称、不对称两类）；导向精度较高。导轨水平与垂直方向误差相互影响，给制造、检验和修理带来困难。(2)矩形导轨；结构简单，制造、检验和修理方便，导轨面较宽，承载能力大，刚度高，应用广泛；(3)燕尾型导轨；磨损后不能自动补偿间隙，需设调整间隙装置。两燕尾面起压板作用，用一根镶条就可调节水平和垂直方向的间隙，且高度小，结构紧凑，可以承受颠覆力矩；但刚度较差，摩擦力较大，制造、检验和维修都不方便。适用于运动速度不高、受力不大、高度尺寸受到限制的场合。（4）圆形导轨；制造方便但磨损后难以调整和补偿间隙，适用于同时作直线运动和转动的地方或者承受轴向载荷的场合。

导轨间隙的调整方法：压板和镶条法两种。燕尾型导轨：镶条法；矩形导轨：修刮压板、修刮调整垫片的厚度或调整螺钉的方法；平镶条调整用于受力较小、或短的导轨。斜镶条应用较广。三角形导轨的上滑面能自动补偿，下滑面的间隙调整和矩形导轨的下压调整底面间隙相同。圆形导轨的间隙不能调整。

9、简述静压导轨副的工作原理。简述卸荷导轨的工作原理。

答：静压导轨是将具有一定压力的油或其气体介质通入导轨的运动件与导向支承之间，运动件浮在压力油或气体薄膜之上，与导向支承件脱离接触，致使摩擦阻力（力矩）大大降低。运动件受外载荷作用后，介质压力会反馈升高，以支承外载荷。

静压卸载导轨是将导轨承受的载荷的一部或大部用辅助导轨支承，从而改善主导轨的负载条件，以提高耐磨性和低速运动的稳定性。

10、滚动导轨副有哪些特点及应用场合？滚动导轨副的预紧方式？

答：优点：

1、摩擦系数小（0.003—0.005），运动灵活；

2、动、静摩擦系数基本相同，因而启动阻力小，而不易产生爬行；3可以预紧，刚度高；

4、寿命长；

5、精度高；

6、润滑方便，可以采用脂润滑，一次填装，长期使用；

7、由专业厂生产，可以外购选用。广泛地被应用于精密机床、数控机床、测量机和测量仪器等。

缺点：抗振性差，接触应力大；对导轨的表面硬度、表面形状精度和滚动体的尺寸精度要求高；结构复杂，制造困难，成本较高；对赃物比较敏感，必须有良好的防护装置。

（1）滚动体不循环的滚动导轨副；结构简单，容易制造，成本较低，有时难以施加预紧力，刚度较低，抗振性能差，不能承受冲击载荷。适用于行程短的场合；（2）滚动体循环的滚动导轨副；适合行程较长的场合；（3）滚动轴承导轨副；摩擦力矩小，运动平稳、灵活，承载能力大，调节方便，导轨面积小，加工工艺性好，能长久地保持较高的精度。在精密机械设备和仪器中均有采用，如：精缩机、万能工具显微镜、测长仪等。

滚动导轨副的预紧方式：

1、调整螺钉

2、塞块调整

3、偏心销轴调整.11、旋转支承的种类及基本要求。

答：按其相互摩擦的性质分：滑动、滚动、气体（或液体）摩擦支承。滑动摩擦支承按其结构特点分：圆柱、圆锥、球面和滚针支承；滚动摩擦支承按其结构特点分：填入式滚珠支承和刀口支承。

基本要求：

1、方向精度和置中精度；

2、摩擦阻力矩的大小；

3、许用载荷；

4、对温度变化的敏感性；

5、耐磨性以及磨损的可补偿性；

6、抗振性；

7、成本的高低。

12、轴系设计的基本要求。

答：对于中间传动轴系一般要求不高。而对于完成主要作用的主轴轴系的旋转精度、刚度、热变形及抗振性等得要求较高。

（1）旋转精度；其大小取决于轴系各组成零件及支承部件的制造精度与装配调整精度。在工作转速之下取决其转速、轴承性能以及轴系的动平衡状态（2）刚度；除强度验算之外，还必须进行刚度验算。（3）抗振性；对于高速运动的轴系必须用提高其静态刚度、动刚度、增加轴系阻尼比等措施来提高轴系的动态性能，特别是抗振性；（4）热变形；应采取措施将轴系部件的温升限制在一定的范围之内；（5）轴上零件的布置；在通过带轮将运动传入轴系尾部时，应该采用卸荷式结构，使带的压力不直接作用在轴端；传动齿轮应尽量安置在靠近支承处，以减少轴的弯曲和扭转变形。

13、铸造机座的设计要点是什么？

答：必须保证其自身刚度、连接处刚度和局部刚度，同时要考虑安装方式、材料选择、结构工艺性以及节省材料、降低成本和缩短生产周期的问题。

（1）保证自身刚度的措施；

1、合理选择截面形状和尺寸；

2、合理布置筋板和加强筋；

3、合理地开孔和加盖；

（2）提高机座连接处的接触刚度；

1、固定接触面的表面粗糙度应小于Ra2.5um,以便增加实际接触面积；

2、固定螺钉应在接触面上造成一个预紧力，压强一般为2Mpa;

3、增加局部刚度。（3）机座的模型刚度试验；

1、采用模型试验方法可测得与实际相接近的变形量；

2、采用有限元法计算机座刚度。（4）机座的结构工艺性；

1、保证刚度的情况下应力求形状简单；

2、机座壁厚应尽量均匀；

3、铸件要便于清砂；

4、在同一侧面的加工表面，应处于同一平面上；

5、必须有可靠的加工工艺基面。

（5）机座的材料选择；应根据其结构、工艺、成本、生产周期等要求选择，常用的材料：铸铁和钢、石材、陶瓷等。

14、常用的机械传动部件有哪些？滚珠丝杠副的组成？

答：螺旋传动、齿轮传动、同步带传动、高速带传动、各种非线性传动;如：丝杠螺母、齿轮、齿轮齿条、链轮链条、带/带轮、缆绳/绳轮、杠杆机构、连杆机构、凸轮机构、摩擦轮、万向联轴器、软轴、涡轮蜗杆、间歇机构。

滚珠丝杠副组成；

1、丝杠；

2、螺母；

3、滚珠；

4、反向器（滚珠循环反向装置）。

1、机电一体化的涵义、内容、目的。

答：机电一体化是机械技术、电子技术和信息技术等各相关技术有机结合的一种新形式，是电子技术、信息技术向机械技术领域渗透过程中形成的一个新概念。机电一体化是在机械的主功能、动力功能、信息功能和控制功能上引进微电子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机结合而构成系统的总称。目的是提高系统（产品）的附加价值，即多功能、高效率、高可靠性、省材料省能源，并使产品结构向短、小、轻、薄化方向发展，从而不断满足人们生活的多样化和生产的省力化、自动化需求。

2、机电一体化系统的基本构成。

答：机械系统（机构）、信息处理系统（计算机）、动力系统（动力源）、传感检测系统（传感器）、执行元件系统（如电动机）

3、接口的功能及其分类。

答：接口是构成机电一体化系统的要素或子系统连接处必须具备的联系条件。广义的接口功能有两种：一种是变换、调整；另一种是输入/输出。

（1）根据接口的变换、调整功能分：

1、零接口；

2、无源接口；

3、有源接口；

4、智能接口。

（2）根据接口的输入/输出功能分：

1、机械接口；

2、物理接口；