機電一體化答案.doc

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1、控制用電機有哪些種類、特點及應用？ 控制用電動機：力矩電動機、脈沖電動機、開關磁阻電動機、變頻調(diào)速電動機和各種AC/DC電動機...在額定輸出功率相同的條件下，比功率（dp/dt）：交流伺服電機>直流伺服電機>步進電機。 控制用旋轉電機按工作原理分：（1）旋轉磁場型：同步電動機（永磁）、步進電機（永磁）；（2）旋轉電樞型：直流電動機（永磁）、感應電動機（按矢量控制等效模型）； DC伺服電機（永磁）：槽鐵心電樞型、無槽（平滑型）鐵心電樞型、電樞型—無槽（平滑）鐵心型與無鐵心型。 AC伺服電機：同步型SM、感應型IM 步進電機：變磁阻型（VR）、永磁型（PM）、混合型（HB） DC伺服電機：1、高響應特性；2、高功率密度（體積小、重量輕）；3、可實現(xiàn)高精度數(shù)字控制；4、接觸換向部件（電刷與換向器）需要維護。應用：NC機械、機器人、計算機外圍設備、辦公機械、音響和音像設備、計測機械。 晶體管式無刷直流伺服電機：1、無接觸換向部件；2、需要磁極位置檢測器（如同軸編碼器等）；3、具有DC伺服電機的全部優(yōu)點。應用：音響和音像設備、計算機外圍設備。 AC伺服電機（永磁同步型）:1、無接觸換向部件；2、需要磁極位置檢測器（如同軸編碼器等）；3、具有DC伺服電機的全部優(yōu)點;4、對定于電流的激勵分量和轉矩分量分別控制。應用：音響和音像設備、計算機外圍設備、NC機械、機器人。 AC伺服電機（感應型（矢量控制））：1、對定于電流的激勵分量和轉矩分量分別控制；2、具有DC伺服電機的全部優(yōu)點。應用：NC機械、機器人。 步進電機：1、轉角與控制脈沖數(shù)成比例，可構成直接數(shù)字控制；2、有定位轉矩；3、可構成廉價的開環(huán)控制系統(tǒng)。應用：計算機外圍設備、辦公機械、數(shù)控裝置 2、直流伺服電機的驅(qū)動方式有哪幾種？ 晶體管脈寬調(diào)理驅(qū)動、晶閘管直流調(diào)速驅(qū)動 3、旋轉式步進電機按其結構可分為哪幾種？各有何特點？ 1、可變磁阻（VR）型：轉子結構簡單，轉子直徑小，有利于快速響應。由于VR型步進電機的鐵心無極性，故不需要改變電流極性，因此多為單極性勵磁。該類電動機的定子與轉子均不含永久磁鐵，故無勵磁時沒有保持力。具有制造成本高、效率低、轉子的阻尼差、噪聲差的缺點。但由于其制造材料費用低、結構簡單、步距角小，隨著加工技術的進步，可望成為多用途的機種。 2、永磁（PM）型：采用永久磁鐵，即使定子繞組斷電也能保持一定轉矩，故具有記憶能力，可用做定位驅(qū)動。PM型電動機的特點是勵磁功率小、效率高、造價低，因此需求量也大。由于轉子磁鐵的磁化間距受到限制，難以制造，故步距角較大。與VR型相比轉矩大，但轉子慣量也較大。 3、混合（HB）型：具有VR型步進電機步距角小、響應頻率高的優(yōu)點，還具有PM型步進電機勵磁功率小、效率高的優(yōu)點。這類電動機都由轉子鐵心的凸極數(shù)決定步距角的大小，可制造出步距角較小的電動機。永久磁鐵也可磁化軸向的兩極，可使用軸向各向異性磁鐵制成高效電動機。由于采用了永久磁鐵，所以無勵磁時具有保持力。勵磁時的靜止轉矩都比VR型步進電機的大。HB和PM型步進電機能夠用做超低速同步電動機。步進電機與DC和AC伺服電機相比起轉矩、效率、精度、高速性比較差，但步進電機具有低速時轉矩大、速度控制比較簡單、外形尺寸小等優(yōu)點，應用在辦公室自動化方面的打印機、繪圖機、復印機等機電一體化產(chǎn)品，在工廠自動化方面也可以代替低檔的DC伺服電機。 4、步進電機有哪幾種通電方式？步距角與通電方式有否有關？ 答：三相步進電機：1、單相輪流通電方式，三相單三拍通電。 　　2、雙相輪流通電方式，三相雙三拍通電. 3、單雙相輪流通電方式，三相六拍通電。 其他相步進電機。。。 步距角與通電方式的關系：α=360/（zm）；α：步距角；z:轉子齒數(shù)；m為運行拍數(shù)。 5、步進電機的主要性能指標有哪些？ 答：1、分辨力；2、靜態(tài)特性；3、動態(tài)特性—（1）動態(tài)穩(wěn)定區(qū)（2）啟動轉矩Tq（3）最高連續(xù)運行頻率及矩-頻特性（4）空載啟動頻率與慣-頻特性；4、步進電機技術指標實例—型號表示方式、技術性能參數(shù)：相數(shù)、步距角、電壓、相電流、最大轉矩、空載啟動頻率、空載運行頻率、電感、電阻、分配方式、外形尺寸（軸徑）、質(zhì)量、轉子轉動慣量 6、步進電機驅(qū)動電源的組成及作用有哪些？ 答：驅(qū)動電源由脈沖分配器、功率放大器等組成。 驅(qū)動電源是將變頻信號源（微機或數(shù)控裝置等）送來的脈沖信號及方向信號按要求的配電方式自動地循環(huán)供給電動機各相繞組，以驅(qū)動電動機轉子正反向旋轉。 7、實現(xiàn)脈沖環(huán)形分配的方法有哪些，各有何特點？ 答：1軟環(huán)分（采用計算機軟件，利用查表或計算方法來進行脈沖的環(huán)形分配）；充分利用計算機軟件資源以減低硬件成本，對多相的脈沖分配具有更大的優(yōu)點；但軟環(huán)分占用計算機的運行時間，會使插補一次的時間增加，易影響步進電機的運行速度。 2、采用小規(guī)模集成電路搭接而成的三相六拍環(huán)形脈沖分配器； 靈活性很大，可搭接任意相、任意通電順序的環(huán)形分配器，同時在工作時不占用計算機的工作時間。 3、采用專用環(huán)形分配器器件，如CH250。 可以實現(xiàn)三相步進電機的各種環(huán)形分配，使用方便、接口簡單、種類眾多、功能齊全，有的還具有其他許多功能。 8、單電壓、雙電壓、斬波恒流功放電路的特點？ 答：1、單電壓功放電路：結構簡單，但繞組串聯(lián)的電阻在大電流回路中要消耗能量，使放大器功率降低。同時由于繞組電感較大，電路對脈沖電流的反映較慢，因此輸出脈沖的波形差、輸出功率低。主要用于對速度要求不高的小型步進電機中。 2、雙電壓功放電路：該功放電路僅在脈沖開始的一瞬間接通高壓電源，其余的時間均由低壓供電，故效率很高。由于電流上升率高，故高速運行性能好，但由于電流波形陡，有時還會產(chǎn)生過沖，故諧波成分豐富，致使電動機運行時（尤其在低速時）振動較大。 3、斬波恒流功放電路：該電路去掉了限流電阻，效率顯著提高，并利用高壓給電動機繞組儲能，波的前沿得到了改善，從而使步進電機的輸出加大，運行效率得到提高。 9、步進電機的微機控制方式有哪些？各有何特點？ 答：1、串行控制：在具有串行控制功能的單片機系統(tǒng)中驅(qū)動電源中必須含有環(huán)形分配器。因為這種系統(tǒng)與步進電機驅(qū)動電源之間具有較少的連線將信號送入步進電機驅(qū)動電源的環(huán)形分配器。 2、并行控制：并行控制是用微型計算機系統(tǒng)的整個端口直接去控制步進電機各相驅(qū)動電路的方法。在電動機驅(qū)動電源內(nèi)，還包括環(huán)形分配器，而且并行控制功能必須由微型計算機系統(tǒng)完成。 10、步進電機升降速規(guī)律有哪些？各有何特點？ 答：1、按照直線規(guī)律升速；加速度為恒指，要求步進電動機產(chǎn)生的轉矩為恒值。 2、按指數(shù)規(guī)律升速；加速度是逐漸下降的，接近電動機輸出轉矩隨轉速變化的規(guī)律。 1、滾珠絲杠副中滾珠的循環(huán)方式有幾種？各有何特點？ 答：內(nèi)循環(huán)：滾珠在循環(huán)過程中始終與絲杠表面保持接觸。優(yōu)點滾珠循環(huán)的回路短、流暢性好、效率高、螺母的徑向尺寸也較小。缺點：反向器加工困難、裝配調(diào)整不方便。 外循環(huán)：滾珠在循環(huán)反向時離開絲杠螺紋滾道，在螺母體內(nèi)或體外坐循環(huán)運動。（1）螺旋槽式；工藝簡單、徑向尺寸小、易于制造。但擋珠器剛性差、易磨損。（2）插管式；結構簡單、易于制造；但徑向尺寸較大，彎管端部用做擋珠器比較容易磨損。（3）端蓋式；結構簡單、工藝性好，但滾道吻接和彎曲處圓角不易準確制作而影響其性能，故應用較少。常以單螺母形式用做升降傳動機構。 2、滾珠絲杠副軸向間隙的調(diào)整與預緊方式有幾種？各有何特點？ 答：（1）雙螺母螺紋預緊調(diào)整式L；結構簡單剛性好、預緊可靠，使用中調(diào)整方便，但不能精確定量地進行調(diào)整；（2）雙螺母齒差預緊調(diào)整式Ch或C；可實現(xiàn)定量調(diào)整，即可進行精密微調(diào)，使用中調(diào)整較方便。（3）雙螺母墊片調(diào)整預緊式D；結構簡單、剛度高、預緊可靠，但使用中調(diào)整不方便。（4）彈簧式自動調(diào)整預緊式；能消除使用過程中因磨損或彈性變形產(chǎn)生的間隙，但其結構復雜、軸向剛度低，適合用于輕載場合。（5）單螺母變位導程預緊式和單螺母滾珠過盈預緊式B。結構簡單、緊湊，但使用過程中不能調(diào)整，且制造困難。 3、滾珠絲杠副的支承方式有幾種？各有何特點？ 答：（1）單推-單推式；軸向剛度較高，預拉伸安裝時，預緊力較大，但軸承壽命比雙推-雙推式低；（2）雙推-雙推式；軸向剛度較高，適合于高剛度、高轉速、高精度的精密絲杠傳動系統(tǒng)。但隨著溫度的升高會使絲杠的預緊力增大，易造成兩端支承的預緊力不對稱；（3）雙推-簡支式；軸向剛度較低，應注意減少絲杠熱變形的影響。雙推端可預拉伸安裝，預緊力小，軸承壽命較高，適用于中速、傳動精度較高的長絲杠傳動系統(tǒng)。（4）雙推-自由式；軸向剛度和承載能力低，多用于輕載、低速的垂直安裝的絲杠傳動系統(tǒng)。 4、滾珠絲杠的公稱直徑應根據(jù)什么選擇？基本導程應根據(jù)什么選??？ 答：公稱直徑d0應根據(jù)軸向最大載荷按滾珠絲杠副尺寸系列選擇。螺紋長度L1在允許的情況下要盡量短，一般取L1/d0小于30為宜?；緦С蘌h（或螺距t）應按承載能力、傳動精度及傳動速度選取，Ph大，承載能力也就大；Ph小，傳動精度較高。要求傳動速度快時，可選用大導程滾珠絲杠副。 5、在伺服電機驅(qū)動負載的傳動系統(tǒng)中，常采用什么方式選擇最佳傳動比？ 答：采用使負載加速度最大的方法。 6、齒輪傳動系統(tǒng)各級傳動比的最佳分配原則有哪些？各適用于何種場合？ 答：（1）重量最輕原則；適用于要求體積小、重量輕的齒輪傳動系統(tǒng)；（2）輸出軸轉角誤差最小原則；適用于要求傳動精度高，回程誤差小的傳動齒輪系；（3）等效轉動慣量最小原則；適用于要求運動平穩(wěn)、起停頻繁和動態(tài)性能好的伺服系統(tǒng)的減速齒輪系。 7、直齒圓柱齒輪傳動和斜齒圓柱齒輪傳動齒側間隙的調(diào)整方法有哪幾種？各有何特點？ 答：1、直齒圓柱齒輪傳動 （1）偏心套（軸）調(diào)整法；結構簡單，但側隙不能自動補償；（2）軸向墊片調(diào)整法；轉配時軸向墊片使齒輪之間齒側間隙小，運轉又靈活。特點同（1）；（3）雙片薄齒輪錯齒調(diào)整法；可自動補償側隙。1）周向彈簧式；受到周向圓弧槽及彈簧尺寸限制，故僅適用于讀數(shù)裝置而不適用于功率驅(qū)動裝置。2）可調(diào)彈簧式； 2、斜齒圓柱齒輪傳動 消除斜齒輪傳動齒側隙的方法與上述錯齒調(diào)整法基本相同。1）墊片錯齒調(diào)整法；結構比較簡單，但調(diào)整較費時，且齒側間隙不能自動補償。2）軸向壓簧錯齒調(diào)整法；齒側隙可以自動補償，但軸向尺寸較大，結構欠緊湊。 8、滑動導軌的截面形狀有哪些?各有何特點？導軌間隙的調(diào)整方法有哪些？各適合何種場合？ 答：(1)三角形（分對稱、不對稱兩類）；導向精度較高。導軌水平與垂直方向誤差相互影響，給制造、檢驗和修理帶來困難。(2)矩形導軌；結構簡單，制造、檢驗和修理方便，導軌面較寬，承載能力大，剛度高，應用廣泛；(3)燕尾型導軌；磨損后不能自動補償間隙，需設調(diào)整間隙裝置。兩燕尾面起壓板作用，用一根鑲條就可調(diào)節(jié)水平和垂直方向的間隙，且高度小，結構緊湊，可以承受顛覆力矩；但剛度較差，摩擦力較大，制造、檢驗和維修都不方便。適用于運動速度不高、受力不大、高度尺寸受到限制的場合。（4）圓形導軌；制造方便但磨損后難以調(diào)整和補償間隙，適用于同時作直線運動和轉動的地方或者承受軸向載荷的場合。 導軌間隙的調(diào)整方法：壓板和鑲條法兩種。燕尾型導軌：鑲條法；矩形導軌：修刮壓板、修刮調(diào)整墊片的厚度或調(diào)整螺釘?shù)姆椒?；平鑲條調(diào)整用于受力較小、或短的導軌。斜鑲條應用較廣。三角形導軌的上滑面能自動補償，下滑面的間隙調(diào)整和矩形導軌的下壓調(diào)整底面間隙相同。圓形導軌的間隙不能調(diào)整。 9、簡述靜壓導軌副的工作原理。簡述卸荷導軌的工作原理。 答：靜壓導軌是將具有一定壓力的油或其氣體介質(zhì)通入導軌的運動件與導向支承之間，運動件浮在壓力油或氣體薄膜之上，與導向支承件脫離接觸，致使摩擦阻力（力矩）大大降低。運動件受外載荷作用后，介質(zhì)壓力會反饋升高，以支承外載荷。 靜壓卸載導軌是將導軌承受的載荷的一部或大部用輔助導軌支承，從而改善主導軌的負載條件，以提高耐磨性和低速運動的穩(wěn)定性。 10、滾動導軌副有哪些特點及應用場合？滾動導軌副的預緊方式？ 答：優(yōu)點：1、摩擦系數(shù)?。?.003—0.005），運動靈活；2、動、靜摩擦系數(shù)基本相同，因而啟動阻力小，而不易產(chǎn)生爬行；3可以預緊，剛度高；4、壽命長；5、精度高；6、潤滑方便，可以采用脂潤滑，一次填裝，長期使用；7、由專業(yè)廠生產(chǎn)，可以外購選用。廣泛地被應用于精密機床、數(shù)控機床、測量機和測量儀器等。 缺點：抗振性差，接觸應力大；對導軌的表面硬度、表面形狀精度和滾動體的尺寸精度要求高；結構復雜，制造困難，成本較高；對贓物比較敏感，必須有良好的防護裝置。 （1）滾動體不循環(huán)的滾動導軌副；結構簡單，容易制造，成本較低，有時難以施加預緊力，剛度較低，抗振性能差，不能承受沖擊載荷。適用于行程短的場合；（2）滾動體循環(huán)的滾動導軌副；適合行程較長的場合；（3）滾動軸承導軌副；摩擦力矩小，運動平穩(wěn)、靈活，承載能力大，調(diào)節(jié)方便，導軌面積小，加工工藝性好，能長久地保持較高的精度。在精密機械設備和儀器中均有采用，如：精縮機、萬能工具顯微鏡、測長儀等。 滾動導軌副的預緊方式：1、調(diào)整螺釘2、塞塊調(diào)整3、偏心銷軸調(diào)整. 11、旋轉支承的種類及基本要求。 答：按其相互摩擦的性質(zhì)分：滑動、滾動、氣體（或液體）摩擦支承?；瑒幽Σ林С邪雌浣Y構特點分：圓柱、圓錐、球面和滾針支承；滾動摩擦支承按其結構特點分：填入式滾珠支承和刀口支承。 基本要求：1、方向精度和置中精度；2、摩擦阻力矩的大??；3、許用載荷；4、對溫度變化的敏感性；5、耐磨性以及磨損的可補償性；6、抗振性；7、成本的高低。 12、軸系設計的基本要求。 答：對于中間傳動軸系一般要求不高。而對于完成主要作用的主軸軸系的旋轉精度、剛度、熱變形及抗振性等得要求較高。 （1）旋轉精度；其大小取決于軸系各組成零件及支承部件的制造精度與裝配調(diào)整精度。在工作轉速之下取決其轉速、軸承性能以及軸系的動平衡狀態(tài)（2）剛度；除強度驗算之外，還必須進行剛度驗算。（3）抗振性；對于高速運動的軸系必須用提高其靜態(tài)剛度、動剛度、增加軸系阻尼比等措施來提高軸系的動態(tài)性能，特別是抗振性；（4）熱變形；應采取措施將軸系部件的溫升限制在一定的范圍之內(nèi)；（5）軸上零件的布置；在通過帶輪將運動傳入軸系尾部時，應該采用卸荷式結構，使帶的壓力不直接作用在軸端；傳動齒輪應盡量安置在靠近支承處，以減少軸的彎曲和扭轉變形。 13、鑄造機座的設計要點是什么？ 答：必須保證其自身剛度、連接處剛度和局部剛度，同時要考慮安裝方式、材料選擇、結構工藝性以及節(jié)省材料、降低成本和縮短生產(chǎn)周期的問題。 （1）保證自身剛度的措施；1、合理選擇截面形狀和尺寸；2、合理布置筋板和加強筋；3、合理地開孔和加蓋； （2）提高機座連接處的接觸剛度；1、固定接觸面的表面粗糙度應小于Ra2.5um,以便增加實際接觸面積；2、固定螺釘應在接觸面上造成一個預緊力，壓強一般為2Mpa; 3、增加局部剛度。 （3）機座的模型剛度試驗；1、采用模型試驗方法可測得與實際相接近的變形量；2、采用有限元法計算機座剛度。 （4）機座的結構工藝性；1、保證剛度的情況下應力求形狀簡單；2、機座壁厚應盡量均勻；3、鑄件要便于清砂；4、在同一側面的加工表面，應處于同一平面上；5、必須有可靠的加工工藝基面。 （5）機座的材料選擇；應根據(jù)其結構、工藝、成本、生產(chǎn)周期等要求選擇，常用的材料：鑄鐵和鋼、石材、陶瓷等。 14、常用的機械傳動部件有哪些？滾珠絲杠副的組成？ 答：螺旋傳動、齒輪傳動、同步帶傳動、高速帶傳動、各種非線性傳動 ;如：絲杠螺母、齒輪、齒輪齒條、鏈輪鏈條、帶/帶輪、纜繩/繩輪、杠桿機構、連桿機構、凸輪機構、摩擦輪、萬向聯(lián)軸器、軟軸、渦輪蝸桿、間歇機構。 滾珠絲杠副組成；1、絲杠；2、螺母；3、滾珠；4、反向器（滾珠循環(huán)反向裝置）。 1、機電一體化的涵義、內(nèi)容、目的。 答：機電一體化是機械技術、電子技術和信息技術等各相關技術有機結合的一種新形式，是電子技術、信息技術向機械技術領域滲透過程中形成的一個新概念。機電一體化是在機械的主功能、動力功能、信息功能和控制功能上引進微電子技 術，并將機械裝置與電子裝置用相關軟件有機結合而構成系統(tǒng)的總稱。目的是提高系統(tǒng)（產(chǎn)品）的附加價值，即多功能、高效率、高可靠性、省材料省能源，并使產(chǎn)品結構向短、小、輕、薄化方向發(fā)展，從而不斷滿足人們生活的多樣化和生產(chǎn)的省力化、自動化需求。 2、機電一體化系統(tǒng)的基本構成。 答：機械系統(tǒng)（機構）、信息處理系統(tǒng)（計算機）、動力系統(tǒng)（動力源）、傳感檢測系統(tǒng)（傳感器）、執(zhí)行元件系統(tǒng)（如電動機） 3、接口的功能及其分類。 答：接口是構成機電一體化系統(tǒng)的要素或子系統(tǒng)連接處必須具備的聯(lián)系條件。廣義的接口功能有兩種：一種是變換、調(diào)整；另一種是輸入/輸出。 （1）根據(jù)接口的變換、調(diào)整功能分：1、零接口；2、無源接口；3、有源接口；4、智能接口。 （2）根據(jù)接口的輸入/輸出功能分：1、機械接口；2、物理接口；3、信息接口；4、環(huán)境接口。 4、機電一體化系統(tǒng)的綜合評價指標，各內(nèi)部功能的評價內(nèi)容是什么？ 答：機電一體化系統(tǒng)的綜合評價指標：附加價值。 主功能：系統(tǒng)誤差、抗干擾能力、廢棄物輸出變換效率； 動力功能：輸入能量、能源； 控制功能：控制輸入/輸出接口個數(shù)、手動操作； 構造功能：尺寸、重量、強度； 計測功能：精度。 5、機電一體化系統(tǒng)的設計步驟。 答：1、根據(jù)目的功能確定產(chǎn)品規(guī)格、性能指標； 2、系統(tǒng)功能部件、功能要素的劃分； 3、接口的設計； 4、綜合評價（或整體評價）； 5、可靠性復查。 6、試制與調(diào)試。