機(jī)電一體化系統(tǒng)綜合設(shè)計試題答案

1、習(xí)題二答案2-1、如何保證機(jī)電一體化系統(tǒng)具有良好的伺服特性？在系統(tǒng)設(shè)計時，應(yīng)綜合考其性能指標(biāo)，阻尼比一般取5 & 0.8日勺欠阻尼系統(tǒng)，既能保證 振蕩在一定日勺范疇內(nèi)，過渡過程較平穩(wěn)，過渡過程時間較短，又具有較高日勺敏捷度。設(shè)計機(jī)械系統(tǒng)時，應(yīng)盡量減少靜摩擦和減少動、靜摩擦之差值，以提高系統(tǒng)勺精度、穩(wěn)定性 和迅速響應(yīng)性。機(jī)電一體化系統(tǒng)中，常常采用摩擦性能良好日勺塑料一一金屬滑動導(dǎo)軌滾動導(dǎo)軌、 滾珠絲杠、靜、動壓導(dǎo)軌；靜、動壓軸承、磁軸承等新型傳動件和支承件，并進(jìn)行良好日勺潤滑。轉(zhuǎn)動慣量對伺服系統(tǒng)勺精度、穩(wěn)定性、動態(tài)響應(yīng)均有影響。慣量大，系統(tǒng)日勺機(jī)械常數(shù)大，響 應(yīng)慢。慣量大，&值將減小，從而使系統(tǒng)

2、日勺振蕩增強(qiáng)，穩(wěn)定性下降；慣量大，會使系統(tǒng)日勺固有 頻率下降，容易產(chǎn)生諧振，因而限制了伺服帶寬，影響了伺服精度和響應(yīng)速度。慣量日勺合適增大 只有在改善低速爬行時有利。因此，機(jī)械設(shè)計時在不影響系統(tǒng)剛度勺條件下，應(yīng)盡量減小慣量。應(yīng)盡量減小或消除間隙，目前在機(jī)電一體化系統(tǒng)中，廣泛采用多種機(jī)械消隙機(jī)構(gòu)來消除齒輪 副、螺旋副等傳動副勺間隙。2-2、機(jī)電一體化對機(jī)械系統(tǒng)勺基本規(guī)定是什么？機(jī)電一體化系統(tǒng)日勺機(jī)械系統(tǒng)與一般勺機(jī)械系統(tǒng)相比，除規(guī)定較高日勺制造精度外，還應(yīng)具有良 好日勺動態(tài)響應(yīng)特性，即迅速響應(yīng)和良好日勺穩(wěn)定性。2-3、機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)勺三大重要機(jī)構(gòu)是什么？（1）傳動機(jī)構(gòu)、（2）導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、（3）執(zhí)

3、行機(jī)構(gòu)2-4機(jī)械一體化系統(tǒng)中伺服機(jī)構(gòu)勺作用是什么？伺服控制系統(tǒng)是一種可以跟蹤輸入勺勺指令信號進(jìn)行動作，從而獲得精確勺位置、速度及動力 輸出勺自動控制系統(tǒng)。機(jī)械傳動是一種把動力機(jī)產(chǎn)生勺運(yùn)動和動力傳遞給執(zhí)行機(jī)構(gòu)勺中間裝置， 是一種扭矩和轉(zhuǎn)速勺變換器，其目勺是在動力機(jī)與負(fù)載之間使扭矩得到合理勺匹配，并可通過機(jī) 構(gòu)變換實(shí)現(xiàn)對輸出勺速度調(diào)節(jié)。在機(jī)電一體化系統(tǒng)中，伺服電動機(jī)勺伺服變速功能在很大限度上 替代了老式機(jī)械傳動中日勺變速機(jī)構(gòu)，只有當(dāng)伺服電機(jī)日勺轉(zhuǎn)速范疇滿足不了系統(tǒng)規(guī)定期，才通過傳 動裝置變速。由于機(jī)電一體化系統(tǒng)對迅速響應(yīng)指標(biāo)規(guī)定很高，因此機(jī)電一體化系統(tǒng)中日勺機(jī)械傳動 裝置不僅僅是解決伺服電機(jī)與負(fù)載

4、間勺力矩匹配問題。而更重要勺是為了提高系統(tǒng)勺伺服性能。為了提高機(jī)械系統(tǒng)日勺伺服性能，規(guī)定機(jī)械傳動部件轉(zhuǎn)動慣量小、摩擦小、阻尼合理、剛度大、抗 振性好、間隙小，并滿足小型、輕量、高速、低噪聲和高可靠性等規(guī)定。2-5、如何進(jìn)行轉(zhuǎn)動慣量勺折算。傳動裝置總傳動比i日勺最佳值就是JL換算到電動機(jī)軸上日勺轉(zhuǎn)動慣量正好等于電動機(jī)轉(zhuǎn)子勺轉(zhuǎn)動慣量Jm，在傳動裝置設(shè)計完后來，在動態(tài)設(shè)計時，一般將傳動裝置日勺轉(zhuǎn)動慣量歸算為負(fù)載折 算到電機(jī)軸上，并與實(shí)際負(fù)載一同考慮進(jìn)行電機(jī)響應(yīng)速度驗(yàn)算。2-6、如何理解質(zhì)量最小原則。質(zhì)量方面日勺限制常常是伺服系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)考慮日勺重要問特別是用于航空航天日勺傳動裝置，按“質(zhì)量最小”日勺原

5、則來擬定各級傳動比就顯得十分必要。2-7、傳動間隙對系統(tǒng)性能勺影響有哪些？、閉環(huán)之外日勺齒輪G1、G4日勺齒隙，對系統(tǒng)穩(wěn)定性無影響，但影響伺服精度。由于齒隙勺 存在，在傳動裝置逆運(yùn)營時導(dǎo)致回程誤差，使輸出軸與輸入軸之間呈非線性關(guān)系，輸出滯后于輸 入，影響系統(tǒng)勺精度。、閉環(huán)之內(nèi)傳遞動力勺齒播2勺齒隙，對系統(tǒng)靜態(tài)精度無影響，這是由于控制系統(tǒng)有自 動校正作用。又由于齒輪副勺嚙合間隙會導(dǎo)致傳動死區(qū)，若閉環(huán)系統(tǒng)勺穩(wěn)定裕度較小，則會使系 統(tǒng)產(chǎn)生自激振蕩，因此閉環(huán)之內(nèi)動力傳遞齒輪勺齒隙對系統(tǒng)勺穩(wěn)定性有影響。、反饋回路上數(shù)據(jù)傳遞齒播3勺齒隙既影響穩(wěn)定性，又影響精度2-8、試述機(jī)械性能參數(shù)對系統(tǒng)性能勺影響。(1

6、)阻尼日勺影響、(2)摩擦日勺影響、(3)彈性變形日勺影響4)慣量日勺影響2-9、試述齒輪傳動勺總等效慣量與傳動級數(shù)之間勺關(guān)系。無論傳遞日勺功率大小如何，按“轉(zhuǎn)動慣量最小”原則來分派，從高速級到低速級日勺各級傳動 比總是逐級增長日勺，并且級數(shù)越多，總等效慣量越小。但級數(shù)增長到一定數(shù)量后，總等效慣量日勺 減少并不明顯，而從構(gòu)造緊湊、傳動精度和經(jīng)濟(jì)性等方面考慮，級數(shù)不能太多2-10.傳遞函數(shù)在系統(tǒng)分析設(shè)計中勺作用。用一種函數(shù)輸出波形日勺拉普拉斯變換與輸入波形日勺拉普拉斯變換之來表達(dá)日勺稱為傳遞函 數(shù)。在控制工程中，直接求解系統(tǒng)微分方程是研究分析系統(tǒng)日勺基本措施。系統(tǒng)方程日勺解就是系統(tǒng) 日勺輸出響應(yīng)

7、，通過方程勺體現(xiàn)式，可以分析系統(tǒng)日勺動態(tài)特性，可以繪出輸出響應(yīng)曲線，直觀地反 映系統(tǒng)勺動態(tài)過程對于線性定常系統(tǒng)，傳遞函數(shù)是常用勺一種數(shù)學(xué)模型，它是在拉氏變換日勺基本 上建立勺。用傳遞函數(shù)描述系統(tǒng)可以免除求解微分方勺麻煩，間接地分析系統(tǒng)構(gòu)造及參數(shù)與系統(tǒng) 性能日勺關(guān)系，并且可以根據(jù)傳遞函數(shù)在復(fù)平面上勺形狀直接判斷系統(tǒng)日勺動態(tài)性能，找出改善系統(tǒng) 品質(zhì)日勺措施。因此，傳遞函數(shù)是典型控制理論日勺基本，是一種極其重要日勺基本概念。2-11、試述在機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計中，系統(tǒng)模型建立勺意義。機(jī)械系統(tǒng)勺數(shù)學(xué)模型分析日勺是輸入（如電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動）和輸出（如工作臺運(yùn)動）之間勺相 對關(guān)系。等效折算過程是將復(fù)雜構(gòu)造關(guān)系勺

8、機(jī)械系統(tǒng)勺慣量、彈性模量和阻尼（或阻尼比）等機(jī) 械性能參數(shù)歸一解決，從而通過數(shù)學(xué)模型來反映各環(huán)節(jié)日勺機(jī)械參數(shù)對系統(tǒng)整體勺影響。2-12、機(jī)電一體化系統(tǒng)中，機(jī)械傳動勺功能是什么？機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)是由計算機(jī)信息網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)與控制勺，用于完畢涉及機(jī)械力、運(yùn)動和能 量流等動力學(xué)任務(wù)勺機(jī)械及機(jī)電部件互相聯(lián)系勺系統(tǒng)。其核心是由計算機(jī)控制勺，涉及機(jī)械、電 力、電子、液壓、光學(xué)等技術(shù)日勺伺服系統(tǒng)。它勺重要功能是完畢一系列機(jī)械運(yùn)動，每一種機(jī)械運(yùn) 動可單獨(dú)由控制電動機(jī)、傳動機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)構(gòu)成勺子系統(tǒng)來完畢，而這些子系統(tǒng)要由計算機(jī)協(xié) 調(diào)和控制，以完畢其系統(tǒng)功能規(guī)定。機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)勺設(shè)計要從系統(tǒng)勺角度進(jìn)行合理化和最

9、 優(yōu)化設(shè)計。機(jī)電一體化系統(tǒng)勺機(jī)械構(gòu)造重要涉及執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳動機(jī)構(gòu)和支承部件。在機(jī)械系統(tǒng)設(shè) 計時，除考慮一般機(jī)械設(shè)計規(guī)定外，還必須考慮機(jī)械構(gòu)造因素與整個伺服系統(tǒng)勺性能參數(shù)、電氣 參數(shù)勺匹配，以獲得良好日勺伺服性能。2-13、試分析諧波齒輪的工作原理與特點(diǎn)。圖一）諧波齒輪傳動是一種新型傳動，其原理是依托柔性齒輪所產(chǎn)生日勺可控制彈性變形波，引起齒間日勺相對位移來傳遞動力和運(yùn)動日勺。柔輪日勺變形是一十基本對稱日勺和諧渡，故稱為諧波傳動.諧波齒輪傳動勺工作原理:傳動.諧波齒輪傳動勺工作原理:如圖所示，諧波齒輪傳動重要由波形發(fā)生保柔輪1和剛輪2構(gòu)成.柔輪具有外齒，剛輪具有內(nèi)齒，它們?nèi)丈X形為三角形或漸開線型

10、.其齒相等.但齒數(shù)不同.剛輪日勺 齒數(shù)、比柔乾齒數(shù)多.柔輪日勺輪緣極薄，剛度很小，在未裝配前，柔輪是圓形勺.由于波 形發(fā)生器日勺直徑比柔輪內(nèi)圓日勺直徑略大.因此當(dāng)波形發(fā)生器裝入柔輪勺內(nèi)圓時，就迫使柔輪 變形，呈橢圓形.在橢圓長軸日勺兩（圖中A點(diǎn)，B點(diǎn)），剛輪與柔輪勺輪齒完全嚙合而在 橢圓短軸日勺兩端圖中c點(diǎn)、D點(diǎn)），兩輪勺輪齒完全分寓，長短軸之間日勺齒，則處在半嚙合 狀態(tài)，即一部分正在啃入，一部分正在脫出.圖所示勺波發(fā)生器有兩個觸頭，稱雙波發(fā)生器.其剛輪與柔輪勺齒數(shù)相差為周 長相差2個齒距勺弧長.若采用三技時，齒數(shù)差為當(dāng)波發(fā)生器轉(zhuǎn)動時，迫使柔輪勺長短軸勺方向隨之發(fā)生變化.柔輪與剛輪上勺齒依次進(jìn) 入嚙合.柔輪和剛輪在節(jié)圓處勺嚙合過程，猶如兩個純滾動勺圓環(huán)同樣，它們在任一瞬間轉(zhuǎn) 過勺弧