國開電大-機電一體化系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)-計分作業(yè)1-3答案

題目1：偏心軸套調(diào)整法不能自動補償側(cè)隙，因此答案為“錯”。題目2：虛擬樣機代替物理樣機可以加快產(chǎn)品開發(fā)周期，減少開發(fā)成本，但不能保證產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量，因此答案為“錯”。題目3：組成零部件和裝配精度高并不一定能保證系統(tǒng)精度高，因此答案為“錯”。題目4：在閉環(huán)系統(tǒng)中，齒輪傳動的傳動死區(qū)會造成低頻震蕩，因此答案為“對”。題目5：等效轉(zhuǎn)動慣量最小原則是使齒輪傳動系統(tǒng)輸出軸上的等效轉(zhuǎn)動慣量最小，因此答案為“對”。題目6：傳動機構(gòu)的轉(zhuǎn)動慣量不僅取決于質(zhì)量和轉(zhuǎn)速，還取決于結(jié)構(gòu)形式和布置方式，因此答案為“錯”。題目7：滾珠絲杠垂直傳動時，需要在系統(tǒng)中附加自鎖或制動裝置以防止回轉(zhuǎn)，因此答案為“對”。題目8：機電一體化產(chǎn)品不僅是機械電氣化的延伸，還具有智能化特征，因此答案為“對”。題目9：機電一體化系統(tǒng)的主要功能是對輸入的物質(zhì)按照要求進行處理，輸出具有所需特性的物質(zhì)，因此答案為“錯”。題目10：機械系統(tǒng)的阻尼比ξ取值越大，系統(tǒng)的精度和快速響應(yīng)性都會變得更好，因此答案為“錯”。題目11：雙螺母消除軸向間隙的結(jié)構(gòu)形式并不緊湊，因此答案為“錯”。題目12：機械傳動系統(tǒng)的固有頻率應(yīng)低于電氣驅(qū)動部件的固有頻率的2~3倍，并接近控制系統(tǒng)的工作頻率，以免系統(tǒng)產(chǎn)生振蕩而失去穩(wěn)定性，因此答案為“錯”。題目13：系統(tǒng)的靜摩擦阻尼越大，回程誤差會增大，定位精度會降低，因此答案為“對”。題目14：系統(tǒng)論、信息論、控制論是機電一體化技術(shù)的理論基礎(chǔ)和方法論，因此答案為“對”。信息處理技術(shù)是指在機電一體化產(chǎn)品的工作過程中，涉及到與工作過程各種參數(shù)和狀態(tài)以及自動控制相關(guān)的信息輸入、識別、變換、運算、存儲、輸出和決策分析等技術(shù)。在閉環(huán)系統(tǒng)中，由于齒輪副的嚙合間隙，會產(chǎn)生傳動死區(qū)，從而導致系統(tǒng)以1~5倍的間隙角產(chǎn)生低頻振蕩。采用消隙裝置可以提高傳動精度和系統(tǒng)穩(wěn)定性。在閉環(huán)系統(tǒng)中，由于齒輪副的嚙合間隙，會產(chǎn)生傳動死區(qū)，從而導致系統(tǒng)以6~10倍的間隙角產(chǎn)生低頻振蕩。但是采用消隙裝置并不能提高傳動精度和系統(tǒng)穩(wěn)定性。滾珠絲杠螺母間隙的調(diào)整結(jié)構(gòu)中，齒差式調(diào)隙機構(gòu)的精度較低，而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制作成本高。自動控制是指在人不直接參與的情況下，通過控制器使被控對象或過程自動地按照預(yù)定的規(guī)律運行。齒輪傳動的總等效慣量隨傳動級數(shù)增加而減小。如果導程L0=8mm的絲杠的總質(zhì)量為6kg，標稱直徑為40mm，則其轉(zhuǎn)動慣量為1200kg·mm2。如果導程L0=8mm的絲杠驅(qū)動總質(zhì)量為60kg的工作臺與工件，則其折算到絲杠上的等效轉(zhuǎn)動慣量為97kg·mm2。對于機電一體化系統(tǒng)的齒輪傳動，可以采用軸向壓簧錯齒調(diào)整法來消除齒側(cè)間隙，從而能夠在調(diào)整過程中自動補償齒側(cè)間隙。在多級齒輪傳動中，各級傳動比“前小后大”的分配原則不適用于按重量最輕原則設(shè)計的傳動鏈。而各級傳動比相等的分配原則適用于按重量最輕原則設(shè)計的傳動鏈，尤其適用于小功率裝置。與其他直線運動副相比，滾珠螺旋傳動的特點包括：傳動效率高、精度高、承載能力大、壽命長。機電一體化技術(shù)是以機械部分為主體，強調(diào)各種技術(shù)的協(xié)同和集成的綜合性技術(shù)，其中電子技術(shù)是其核心。機械傳動部件的阻尼比與轉(zhuǎn)動慣量、彈性變形、潤滑狀態(tài)等因素有關(guān)。機械系統(tǒng)中，阻尼越大，振幅越小，衰減越快。因此，適當提高阻尼可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。根據(jù)經(jīng)驗，阻尼比ξ一般取0.4≤ξ≤0.7。為了降低機電一體化機械傳動系統(tǒng)的固有頻率，應(yīng)該減小系統(tǒng)的剛度。而為了提高固有頻率，應(yīng)該增大系統(tǒng)的剛度。采用單螺母預(yù)緊原理來消除滾珠絲杠副的間隙時，可以采用偏置導程法。機電一體化產(chǎn)品包括機械手表和全自動洗衣機，但不包括電子計算機和移動電話。為了減小機械系統(tǒng)的傳動誤差，可以采取以下措施：提高加工精度、改進設(shè)計、提高制造精度等。但減小零部件的質(zhì)量并不能減小傳動誤差。機械系統(tǒng)的動態(tài)特性受到剛度、阻尼和質(zhì)量等因素的影響，但精度不受剛度的影響。在一個電動機驅(qū)動的二級齒輪傳動減速傳動系統(tǒng)中，根據(jù)重量最小原則設(shè)計齒輪傳動系統(tǒng)，可以推導并計算各級齒輪傳動比和齒輪的齒數(shù)。根據(jù)題目中給出的參數(shù)，可以求得齒輪傳動系統(tǒng)的總重量和各級齒輪傳動比。設(shè)計一二級齒輪傳動減速系統(tǒng)，如圖所示。假設(shè)齒輪箱的傳動效率為100%，總傳動比為i=2，齒輪采用相同材料，齒輪寬度相等，各齒輪的模數(shù)m=4，主動齒輪的齒數(shù)為z1=z3=30。根據(jù)轉(zhuǎn)動慣量最小原則，計算各級齒輪傳動比和齒輪2、齒輪4的齒數(shù)。解：設(shè)一級齒輪的傳動比為i1，第二級齒輪的傳動比為i2，其中i2=i/i1。轉(zhuǎn)換到電機軸的齒輪慣量為B。根據(jù)轉(zhuǎn)動慣量最小原則，令，可求得A。因此，i1=1，i2=2，z2=60，z4=15。現(xiàn)有雙螺母齒差調(diào)整預(yù)緊式滾珠絲杠，其基本導程為l0=6mm，左端齒輪齒數(shù)為100，右端齒輪齒數(shù)為98。當兩端轉(zhuǎn)向相同時，兩端外齒輪相對于內(nèi)齒輪轉(zhuǎn)過4個齒時，求兩個螺母之間產(chǎn)生的相對軸向位移。當兩端轉(zhuǎn)向相同時，兩端外齒輪相對于內(nèi)齒輪轉(zhuǎn)過1個齒時，相對移動的軸向距離為l0/2=3mm。因此，當兩端外齒輪相對于內(nèi)齒輪轉(zhuǎn)過4個齒時，兩個螺母之間產(chǎn)生的相對軸向位移為4×3=12mm。步進電動機的轉(zhuǎn)動慣量越大，同頻率下的起動轉(zhuǎn)矩越小。步進電機的步距角決定了系統(tǒng)的最小位移，步距角越小，位移的控制精度越高。遲滯是傳感器的一種靜態(tài)誤差，是由于在傳感器的正反行程中輸出輸入特性曲線不重合引起的。傳感器的靜態(tài)特性是指輸入量為常量時，傳感器的輸出與輸入之間的關(guān)系。傳感器的轉(zhuǎn)換元件是指傳感器中能直接感受或響應(yīng)被測量的部分。傳感器在使用前、使用中或修理后，必須對其主要技術(shù)指標進行標定或校準，以確保傳感器的性能指標達到要求。伺服電機的驅(qū)動電路將控制信號轉(zhuǎn)換為功率信號，為電機提供電能的控制裝置，也稱變流器，包括電壓、電流、頻率、波形和相數(shù)的變換。電液伺服系統(tǒng)的過載能力強，在強力驅(qū)動和高精度定位時性能好，適合于重載的高加減速驅(qū)動。對直流伺服電動機來說，其機械特性越硬越好。脈沖分配器的作用是按照特定的規(guī)律改變步進電動機繞組的通電順序。氣壓伺服系統(tǒng)的過載能力不強，在大功率驅(qū)動和高精度定位時性能不佳，不適合于重載的高加減速驅(qū)動。氣壓式伺服驅(qū)動系統(tǒng)不適用于定位精度較高的場合使用。伺服驅(qū)動包括電動、氣動、液壓等各種類型的驅(qū)動裝置，在控制信息作用下提供動力。數(shù)字式位移傳感器有光柵、磁柵、感應(yīng)同步器等，它們利用自身的物理特征制成直線型和圓形結(jié)構(gòu)的位移傳感器，輸出信號都是脈沖信號，每一個脈沖代表輸入的位移當量，通過計數(shù)脈沖就可以統(tǒng)計位移的尺寸。通常，步進電機的最高連續(xù)工作頻率遠大于它的最高啟動頻率。無論采用何種控制方案，系統(tǒng)的控制精度總是低于檢測裝置的精度。選擇傳感器時，如果測量的目的是進行定性分析，則選用重復(fù)精度高的傳感器，而不宜選用絕對量值精度高的傳感器。選擇傳感器時，應(yīng)根據(jù)實際需要選用適當?shù)木鹊膫鞲衅鳌Ｓ来判筒竭M電動機即使其定子繞組斷電也能保持一定轉(zhuǎn)矩，具有記憶能力，可用于定位驅(qū)動。直流伺服電動機的調(diào)速特性是電機轉(zhuǎn)速與其輸出轉(zhuǎn)矩的關(guān)系。直流伺服電動機的機械特性是電機轉(zhuǎn)速與其負載轉(zhuǎn)矩的關(guān)系。直流伺服電動機和永磁同步交流伺服電動機都可以采用PWM控制方式進行調(diào)速控制。步進電動機的轉(zhuǎn)向是通過控制電機繞組的通電順序來實現(xiàn)的。當步進電機轉(zhuǎn)子齒數(shù)不變的條件下，若拍數(shù)變成原來的2倍，則步距角變?yōu)樵瓉淼?.5倍。步進電機轉(zhuǎn)動后，其輸出轉(zhuǎn)矩隨著工作頻率增高而下降。步進電機轉(zhuǎn)角的精確控制是通過控制輸入脈沖的數(shù)量來實現(xiàn)的。采用脈寬調(diào)制進行直流電動機調(diào)速驅(qū)動時，通過改變脈沖的寬度來改變電樞回路的平均電壓，從而實現(xiàn)直流電動機的平滑調(diào)速。伺服控制系統(tǒng)一般包括控制器、功率放大器、執(zhí)行機構(gòu)和檢測裝置四個部分。對同一種步進電機，三相單三拍的步距角是三相六拍的2倍。某工作臺采用直流電機驅(qū)動滾珠絲杠螺母機構(gòu)，實現(xiàn)位移控制。已知工作臺行程L=250mm，絲杠導程t=4mm，齒輪減速比i=5，要求測量精度為0.005mm。為確定旋轉(zhuǎn)編碼器每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)，可采用高速端測量方法，將旋轉(zhuǎn)編碼器安裝在電機輸出軸上。則旋轉(zhuǎn)編碼器每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)為n=307200÷1024×2=600脈沖/轉(zhuǎn)。若采用低速端測量方法，傳感器與絲杠端部直接相連，傳感器每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)為ns=500脈沖/轉(zhuǎn)，不滿足測量精度要求，不合適使用。另一工作臺采用三相六拍步進電機驅(qū)動滾珠絲杠螺母機構(gòu)，已知轉(zhuǎn)子齒數(shù)z=100，滾珠絲杠基本導程l0=6mm，橫向脈沖當量δ=0.005mm/脈沖。求步進電機步距角α和減速齒輪傳動比i。步距角α=360°/z=3.6°，傳動比i=l0/δ=1200。另外，對于已知轉(zhuǎn)角誤差的四級齒輪傳動系統(tǒng)，各級減速比相同，求最大轉(zhuǎn)角誤差Δφmax。由于各級轉(zhuǎn)角誤差相同，Δφmax=8×Δφ1=0.032弧度。在計算機控制系統(tǒng)中，提高抗干擾能力的主要手段是通過縮小采樣周期來實現(xiàn)。優(yōu)化設(shè)計是通過建立系統(tǒng)數(shù)學模型，確定最佳設(shè)計參數(shù)和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高產(chǎn)品設(shè)計水平。零接口是指不進行參數(shù)變換和調(diào)整，僅作為輸入/輸出的直接接口。混合模型法是通過已有知識確定系統(tǒng)模型結(jié)構(gòu)，通過實驗觀測數(shù)據(jù)估計未知參數(shù)的方法。智能接口含有微處理器，可進行程序編制或適應(yīng)條件變化。積分調(diào)節(jié)器的主要作用是消除靜差。計算機控制系統(tǒng)在實際運行時需要應(yīng)用軟件，這些軟件需要用戶自行編寫，具有實時性、針對性、靈活性和通用性。數(shù)控機床進給系統(tǒng)的伺服電機屬于設(shè)備的驅(qū)動部分。通常，高精度數(shù)控設(shè)備如精密鏜銑床的伺服系統(tǒng)控制方式采用閉環(huán)控制。旋轉(zhuǎn)變壓器是噴漆機器人電液伺服系統(tǒng)中的檢測元件和能量元件。系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖的基本結(jié)構(gòu)形式包括層次結(jié)構(gòu)、模塊結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，而不包括星形結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)模型的類型包括數(shù)學模型、物理模型和仿真模型，但不包括符號模型。現(xiàn)場總線技術(shù)包括Profibus、CAN、Devicenet等，但不包括RS232。PLC系統(tǒng)的組成部分包括CPU、輸入輸出模塊、通信模塊等，但不包括硬盤。繼電器控制系統(tǒng)是由硬件組成的，而不包括軟件。抑制電磁干擾的措施包括屏蔽、濾波、接地等，但軟件抗干擾不是抑制干擾的措施。干擾抑制技術(shù)包括屏蔽、濾波、接地等方法，但仿真不是干擾抑制技術(shù)。HRGP-1A型機器人的工作分為示教和再現(xiàn)兩個過程。HRGP-1A型噴漆機器人中的活塞式液壓缸屬于系統(tǒng)中的驅(qū)動部分，而手部屬于執(zhí)行機構(gòu)。SCARA機器人在水平垂直方向上具有順應(yīng)性，在其他方向上具有很大的剛性，因此最適合裝