机电一体化技术习题集 周建平姜宏海几哲祁文军 新疆大学机械工程学院 2009年12月
1 机电一体化技术习题集 周建平 姜宏 海几哲 祁文军 新疆大学机械工程学院 2009 年 12 月
第一部分 1、什么是机电一体化？ 机电一体化技术综合应用了机械技术、微电子技术、信息处理技术、自动控制技术、检测技 术、电力电子技术、接口技术及系统总体技术等群体技术，在高质量、高精度、高可靠性、低能 耗意义上实现多种技术功能复合的最佳功能价值的系统工程技术。 2、什么是机电一体化的变参数设计？ 在设计方案和结构原理不变的情况下，仅改变部分结构尺寸和性能参数，使之适用范围发生 变化的设计方式。例如，同一种产品不同规格型号的相同设计。 3、机电一体化技术与传统机电技术的区别。 传统机电技术的操作控制主要以电磁学原理的各种电器来实现，如继电器、接触器等，在设 计中不考虑或很少考虑彼此间的内在联系。机械本体和电气驱动界限分明，整个装置是刚性的， 不涉及软件和计算机控制。机电一体化技术以计算机为控制中心，在设计过程中强调机械部件和 电器部件间的相互作用和影响，整个装置在计算机控制下具有一定的智能性。 4 试分析机电一体化战术的组成及相关关系。 机电一体化系统是多学科技术的综合应用，是技术密集型的系统工程。其技术组成包括：机 械技术、检测技术、同服传动技术、计算机与信息处理技术、自动控制技术和系统总体技术等。 现代的机电一体化产品其至还包含了光、声、化学、生物等技术等应用。 5、一个典型的机电一体化系统，应包含哪些几个基本要素？ 机电一体化系统，应包含以下几个基本要素：机械本体、动力与驱动部分、执行机构、传感 测试部分、控制及信息处理部分。我们将这些部分归纳为：结构组成要素、动力组成要素、运动 组成要素、感知组成要素、智能组成要素：这些组成要素内部及其之间，形成通过接口耦合来实 现运动传递、信息控制、能量转换等有机融合的一个完整系统。 6 试简述机电一体化系统的设计方法。 机电一体化系统的设计过程中，一直要坚持贯彻机电一体化技术的系统思维方法，要从系统 整体的角度出发分析研究名个组成要素间的有机联系，从而确定系统各环节的设计方法，并用自 动控制理论的相关手段，进行系统的静态特性和动态特性分析，实现机电一体化系统的优化设计 7机电一体化系统（产品）开发的类型。 机电一体化系统（产品）开发的类型依据该系统与相关产品比较的新颖程度和技术独创性， 可分为开发性设计、适应性设计和变参数设计： 8、机电一体化的智能化趋势体现在哪些方面。 1)诊撕过程的智能化、(2)人一机接口的智能化、(3)自动编程的智能化、(4)加工过程的 智能化 久、机电一体化的发展趋势体现在哪些方面。 高性能、智能化、系统化以及轻量、微型化方向发震 10、机电一体化系统中的接口的作用。 接口主要完成电平转换、信号隔离、放大、滤波、速度匹配等 1、 为什么说机电一体化技术是其它技术发展的基础？举例说明。 机电一体化技术是其他高新技术发展的基础，机电一体化的发展依赖于其他相关技术的发 展，可以预料，随若信息技术、材料技术、生物技术等新兴学科的高速发展，在数控机床、机器 人、微型机械、家用智能设备、医疗设备、现代制造系统等产品及领域，机电一体化技术将得到 更加蓬勃的发展
2 第一部分 1、 什么是机电一体化？ 机电一体化技术综合应用了机械技术、微电子技术、信息处理技术、自动控制技术、检测技 术、电力电子技术、接口技术及系统总体技术等群体技术，在高质量、高精度、高可靠性、低能 耗意义上实现多种技术功能复合的最佳功能价值的系统工程技术。 2、 什么是机电一体化的变参数设计？ 在设计方案和结构原理不变的情况下，仅改变部分结构尺寸和性能参数，使之适用范围发生 变化的设计方式。例如，同一种产品不同规格型号的相同设计。 3、 机电一体化技术与传统机电技术的区别。 传统机电技术的操作控制主要以电磁学原理的各种电器来实现，如继电器、接触器等，在设 计中不考虑或很少考虑彼此间的内在联系。机械本体和电气驱动界限分明，整个装置是刚性的， 不涉及软件和计算机控制。机电一体化技术以计算机为控制中心，在设计过程中强调机械部件和 电器部件间的相互作用和影响，整个装置在计算机控制下具有一定的智能性。 4、 试分析机电一体化技术的组成及相关关系。 机电一体化系统是多学科技术的综合应用，是技术密集型的系统工程。其技术组成包括：机 械技术、检测技术、伺服传动技术、计算机与信息处理技术、自动控制技术和系统总体技术等。 现代的机电一体化产品甚至还包含了光、声、化学、生物等技术等应用。 5、 一个典型的机电一体化系统，应包含哪些几个基本要素？ 机电一体化系统，应包含以下几个基本要素：机械本体、动力与驱动部分、执行机构、传感 测试部分、控制及信息处理部分。我们将这些部分归纳为：结构组成要素、动力组成要素、运动 组成要素、感知组成要素、智能组成要素；这些组成要素内部及其之间，形成通过接口耦合来实 现运动传递、信息控制、能量转换等有机融合的一个完整系统。 6、 试简述机电一体化系统的设计方法。 机电一体化系统的设计过程中，一直要坚持贯彻机电一体化技术的系统思维方法，要从系统 整体的角度出发分析研究各个组成要素间的有机联系，从而确定系统各环节的设计方法，并用自 动控制理论的相关手段，进行系统的静态特性和动态特性分析，实现机电一体化系统的优化设计。 7、 机电一体化系统（产品）开发的类型。 机电一体化系统（产品）开发的类型依据该系统与相关产品比较的新颖程度和技术独创性， 可分为开发性设计、适应性设计和变参数设计。 8、 机电一体化的智能化趋势体现在哪些方面。 （1）诊断过程的智能化、（2）人一机接口的智能化、（3）自动编程的智能化、（4）加工过程的 智能化 9、 机电一体化的发展趋势体现在哪些方面。 高性能、智能化、系统化以及轻量、微型化方向发展 10、 机电一体化系统中的接口的作用。 接口主要完成电平转换、信号隔离、放大、滤波、速度匹配等 11、 为什么说机电一体化技术是其它技术发展的基础？举例说明。 机电一体化技术是其他高新技术发展的基础，机电一体化的发展依赖于其他相关技术的发 展，可以预料，随着信息技术、材料技术、生物技术等新兴学科的高速发展，在数控机床、机器 人、微型机械、家用智能设备、医疗设备、现代制造系统等产品及领域，机电一体化技术将得到 更加蓬勃的发展
12、试分析机电一体化系统设计与传统的机电产品设计的区别。 机电一体化系统设计方法与用经验公式、图表和手册为设计依据的传统方法不同，它是以计 算机为手段，其设计步骤通常如下：设计预测一→信号分析一→科学类比一一系统分析设计 创造设计一一选择各种具体的现代设计方法（如相似设计法、模拟设计法、有限元法、可靠性设 计法、动态分析法、优化设计法、模糊设计法等) 一一机电一体化系统设计质量的综合评价 13、 试简述机电一体化技术与并行工程的区别。 机电一体化技术将机械技术、微电子技术、计算机技术、控制技术和检测技术在设计和制造 阶段就有机结合在一起，十分注意机械和其他部件之间的相互作用。而并行工程是将上述各种技 术尽量在各自范围内齐头并进，只在不同技术内部进行设计制造，最后通过简单叠加完成整体装 置。 14、机电一体化技术与自动控制啦术的区别。 自动控制技术的侧重点是讨论控制原理、控制规律、分析方法和自动系统的构造等。机电一 体化技术是将自动控制原理及方法作为重要支撑技术，将自控部件作为重要控制部件。它应用自 控原理和方法，对机电一体化装置进行系统分析和性能测算。 15、试分析家用洗衣机脱水系统的工作原理，如响体现机电一体化技术的。 自动洗衣机的工作原理 腔水构 传动 洗衣机系统简图 洗涤 经数电具布传、中心免 16、机电一体化技术与计算机应用技术的区别。 机电一体化技术只是将计算机作为核心部件应用，目的是提高和改善系统性能。计算机在机 电一体化系统中的应用仅仅是计算机应用技术中一部分，它还可以作为办公、管理及图象处理等 广泛应用。机电一体化技术研究的是机 一体化系统，而不是计算机应用本身 17、1 试简述机电一体化系统的设计步骤。 计步骤通常如下：设计顶测一→信号分析一→科学类比一→系统分析设计一→创造设计一 选择各种具体的现代设计方法（如相似设计法、模拟设计法、有限元法 ,可靠性设计法、动态分 析法、优化设计法、模糊设计法等)一·机电一体化系统设计质量的综合评价。 18、试分析机电一体化技术在打印机中的应用。 打印机是典型的光机电一体化产品，材料、电子、光学、机械等领域的新技术都会很快地反 映在打印机产品中，并推动打印机向自动化、人性化、多样化及更好地满足用户多种需求的方向 发展。平推式走纸通道技术成少了由于纸张弯曲、卡纸造成的打印偏差，也使打印存折等复杂介 质成为可能：平推式走纸还使纸张的进退纸速度加快，提高了柜台业务处理速度：而利用传感器 判断纸张边界的纸张定位技术使打印内容的定位更加准确，使用户只需将纸张放入打印机即可， 不必再调整纸张讲纸位置一这些技术保讲了平推式票据打印机的发展 引入LCD显示技术使打印机面板不再单调，液晶品屏可以显示打印机状态、版本信息等内容 3
3 12、 试分析机电一体化系统设计与传统的机电产品设计的区别。 机电一体化系统设计方法与用经验公式、图表和手册为设计依据的传统方法不同，它是以计 算机为手段，其设计步骤通常如下：设计预测一→信号分析一→科学类比一→系统分析设计一→ 创造设计一→选择各种具体的现代设计方法（如相似设计法、模拟设计法、有限元法、可靠性设 计法、动态分析法、优化设计法、模糊设计法等）一→机电一体化系统设计质量的综合评价 13、 试简述机电一体化技术与并行工程的区别。 机电一体化技术将机械技术、微电子技术、计算机技术、控制技术和检测技术在设计和制造 阶段就有机结合在一起，十分注意机械和其他部件之间的相互作用。而并行工程是将上述各种技 术尽量在各自范围内齐头并进，只在不同技术内部进行设计制造，最后通过简单叠加完成整体装 置。 14、 机电一体化技术与自动控制技术的区别。 自动控制技术的侧重点是讨论控制原理、控制规律、分析方法和自动系统的构造等。机电一 体化技术是将自动控制原理及方法作为重要支撑技术，将自控部件作为重要控制部件。它应用自 控原理和方法，对机电一体化装置进行系统分析和性能测算。 15、 试分析家用洗衣机脱水系统的工作原理，如何体现机电一体化技术的。 16、 机电一体化技术与计算机应用技术的区别。 机电一体化技术只是将计算机作为核心部件应用，目的是提高和改善系统性能。计算机在机 电一体化系统中的应用仅仅是计算机应用技术中一部分，它还可以作为办公、管理及图象处理等 广泛应用。机电一体化技术研究的是机电一体化系统，而不是计算机应用本身。 17、 试简述机电一体化系统的设计步骤。 计步骤通常如下：设计预测一→信号分析一→科学类比一→系统分析设计一→创造设计一→ 选择各种具体的现代设计方法（如相似设计法、模拟设计法、有限元法、可靠性设计法、动态分 析法、优化设计法、模糊设计法等）一→机电一体化系统设计质量的综合评价。 18、 试分析机电一体化技术在打印机中的应用。 打印机是典型的光机电一体化产品，材料、电子、光学、机械等领域的新技术都会很快地反 映在打印机产品中，并推动打印机向自动化、人性化、多样化及更好地满足用户多种需求的方向 发展。平推式走纸通道技术减少了由于纸张弯曲、卡纸造成的打印偏差，也使打印存折等复杂介 质成为可能；平推式走纸还使纸张的进退纸速度加快，提高了柜台业务处理速度；而利用传感器 判断纸张边界的纸张定位技术使打印内容的定位更加准确，使用户只需将纸张放入打印机即可， 不必再调整纸张进纸位置——这些技术促进了平推式票据打印机的发展。 引入 LCD显示技术使打印机面板不再单调，液晶屏可以显示打印机状态、版本信息等内容
便于进行参数设置，使人机交流更加轻松，操作更加简单：F1ash下裁技术使打印机可以直接通过 主机下载升级程序，改变了以往需要专业工程师拆机更换芯片的麻烦，升级更加方便、快捷，善 至用户都可以自己动手过一把“下载升级的德：一些打印机厂商还根据用户的需要开发出了双用 户模式，使打印机可以同时使用串口和并口进行打印，达到一机多用、一机多联的功能：部分启 档的存折打印机还配备有磁条读写模块，使打印机不仅能够打印，还具有自动读取存折磁条信 的功能 一存折进入打印机后，读写磁条信息、打印存折内容一气呵成，使柜台打印业务处理更 高效，且保密性更好。 借助磁码打印技术（需特殊色带和打印装置）可使打印输出既具有可读性，又具有防伪、机 读等特性，加强了系统的安全性、保密性、高效性。 安装了网卡的打印机可以实现多机共享、远程控制、远程管理、远程诊断功能：安装了无线 网卡就可实现无线操作再加上自动页装置就可实现自助补登功能 安装了扫描头的打印机可以同时进行扫描工作，使打印机具有了输入设备的功能，而配备IC 卡读写器的打印机还可以同时进行IC卡的读写工作，这就大大节省了柜台的宝贵空间」 如何保证机电一体化系统的高性能？ 高性能化一般包含高速化、高精度、高效率和高可靠性。 20、列举各行业机电一体化产品的应用实例，并分析各产品中相关技术应用情况。 见题15、18颗 第二部分 1、如何保证机电一体化系统具有良好的同服特性？ 在系统设计时，应综合考其性能指标，阻尼比一般取0,5<5<0,8的欠阻尼系统，既能保证 振荡在一定的范围内，过波过程较平稳，过渡过程时间较短。又具有较高的灵敏度。 设计机械系统时，应尽量减少静摩擦和降低动、静摩擦之差值，以提高系统的精度、稳定性 和快速响应性。机电一体化系统中，常常采用摩擦性能良好的塑料一金属滑动导轨、滚动导轨、 滚珠丝杠、静、动压导轨：静、动压轴承、磁轴承等新型传动件和支承件，并进行良好的润滑。 转动惯量对同服系统的精度、稳定性、动态响应都有影响。惯量大，系统的机械常数大，响 应慢。惯量大，5值将减小，从而使系统的振荡增强，稳定性下降：惯量大，会使系统的固有 频率下降，容易产生谐振，因而限制了伺服带宽，影响了伺服精度和响应速度。惯量的适当增大 只有在改善低速爬行时有利。因此，机械设计时在不影响系统刚度的条件下，应尽量减小惯量。 应尽量减小或消除间隙，目前在机电一体化系统中，广泛采取各种机械消隙机构来消除齿轮 副、螺旋刷等传动刷的间隙 2、机电一体化对机械系统的基本要求是什么？ 机电一体化系统的机械系统与一般的机械系统相比，除要求较高的制造精度外，还应具有良 好的动态响应特性，即快速响应和良好的稳定性， 3、机电一体化机械系统的三大主要机构是什么？ (1)传动机构、(2)导向机构、(3)执行机构 4机械一体化系统中同服机构的作用是什么？ 伺服控制系统是一种能够跟踪输入的指令信号进行动作，从而获得精确的位置、速度及动力 输出的自动控制系统。机械传动是一种把动力机产生的运动和动力传递给执行机构的中间装置， 是一种扭矩和啭速的变换器，其目的是在动力机与负载之间使扭矩得到合理的匹配，并可通过机
4 便于进行参数设置，使人机交流更加轻松，操作更加简单；Flash下载技术使打印机可以直接通过 主机下载升级程序，改变了以往需要专业工程师拆机更换芯片的麻烦，升级更加方便、快捷，甚 至用户都可以自己动手过一把“下载升级”的瘾；一些打印机厂商还根据用户的需要开发出了双用 户模式，使打印机可以同时使用串口和并口进行打印，达到一机多用、一机多联的功能；部分高 档的存折打印机还配备有磁条读写模块，使打印机不仅能够打印，还具有自动读取存折磁条信息 的功能——存折进入打印机后，读写磁条信息、打印存折内容一气呵成，使柜台打印业务处理更 高效，且保密性更好。 借助磁码打印技术（需特殊色带和打印装置）可使打印输出既具有可读性，又具有防伪、机 读等特性，加强了系统的安全性、保密性、高效性。 安装了网卡的打印机可以实现多机共享、远程控制、远程管理、远程诊断功能；安装了无线 网卡就可实现无线操作；再加上自动翻页装置就可实现自助补登功能。 安装了扫描头的打印机可以同时进行扫描工作，使打印机具有了输入设备的功能，而配备IC 卡读写器的打印机还可以同时进行IC 卡的读写工作，这就大大节省了柜台的宝贵空间。 19、 如何保证机电一体化系统的高性能？ 高性能化一般包含高速化、高精度、高效率和高可靠性。 20、 列举各行业机电一体化产品的应用实例，并分析各产品中相关技术应用情况。 见题 15、18 题 第二部分 1、如何保证机电一体化系统具有良好的伺服特性？ 在系统设计时，应综合考其性能指标，阻尼比一般取 0.5< <0.8 的欠阻尼系统，既能保证 振荡在一定的范围内，过渡过程较平稳，过渡过程时间较短，又具有较高的灵敏度。 设计机械系统时，应尽量减少静摩擦和降低动、静摩擦之差值，以提高系统的精度、稳定性 和快速响应性。机电一体化系统中，常常采用摩擦性能良好的塑料——金属滑动导轨、滚动导轨、 滚珠丝杠、静、动压导轨；静、动压轴承、磁轴承等新型传动件和支承件，并进行良好的润滑。 转动惯量对伺服系统的精度、稳定性、动态响应都有影响。惯量大，系统的机械常数大，响 应慢。惯量大， 值将减小，从而使系统的振荡增强，稳定性下降；惯量大，会使系统的固有 频率下降，容易产生谐振，因而限制了伺服带宽，影响了伺服精度和响应速度。惯量的适当增大 只有在改善低速爬行时有利。因此，机械设计时在不影响系统刚度的条件下，应尽量减小惯量。 应尽量减小或消除间隙，目前在机电一体化系统中，广泛采取各种机械消隙机构来消除齿轮 副、螺旋副等传动副的间隙。 2、机电一体化对机械系统的基本要求是什么？ 机电一体化系统的机械系统与一般的机械系统相比，除要求较高的制造精度外，还应具有良 好的动态响应特性，即快速响应和良好的稳定性。 3、机电一体化机械系统的三大主要机构是什么？ （1）传动机构、（2）导向机构、（3）执行机构 4 机械一体化系统中伺服机构的作用是什么？ 伺服控制系统是一种能够跟踪输入的指令信号进行动作，从而获得精确的位置、速度及动力 输出的自动控制系统。机械传动是一种把动力机产生的运动和动力传递给执行机构的中间装置， 是一种扭矩和转速的变换器，其目的是在动力机与负载之间使扭矩得到合理的匹配，并可通过机
构变换实现对输出的速度调节。在机电一体化系统中，同服电动机的同服变速功能在很大程度上 代替了传统机械传动中的变速机构，只有当伺服电机的转速范围满足不了系统要求时，才通过传 动装置变速。由于机电一体化系统对快速响应指标要求很高，因此机电一体化系统中的机械传动 装置不仅仅是解决同服电机与负载间的力矩匹配问题。而更重要的是为了提高系统的伺服性能。 为了提高机械系统的同服性能，要求机械传动部件转动惯量小、摩擦小、阻尼合理、刚度大、抗 振性好、间隙小，并满足小型、轻量、高速、低噪声和高可靠性等要求 5、如何进行转动惯量的断算。 传动装置总传动比1的最佳值就是J上换算到电动机轴上的转动惯量正好等于电动机转子的 转动惯量J,在传动装置设计完以后，在动态设计时，通常将传动装置的转动惯量归算为负载折 算到电机轴上，并与实际负载一同考虑进行电机响应速度验算。 6、如何理解质量最小原则。 质量方面的限制常常是同服系统设计应考虑的重要问题，特别是用于航空、航天的传动装置 按“质量最小”的原则宋确定各级传动此就显得十分必要。 7、传动间隙对系统性能的影响有哪些？ (1)、闭环之外的齿轮G、G的齿隙，对系统稳定性无影响，但影响同服精度。由于齿隙的 存在，在传动装置逆运行时造成回程误差，使输出轴与输入轴之间呈非线性关系，输出滞后于输 入，影响系统的精度。 (2)、闭环之内传递动力的齿轮G,的齿隙，对系统静态精度无得影响，这是因为控制系统有自 动校正作用。又由于齿轮副的啮合间隙会造成传动死区，若闭环系统的稳定裕度较小，则会使系 统产生自激振荡，因此闭环之内动力传递齿轮的齿隙对系统的稳定性有影响。 (3)、反馈回路上数据传递齿轮G的齿隙既影响稳定性，又影响精度 8、试述机械性能参数对系统性能的影响。 (1)阻尼的影响、(2)摩擦的影响、(3)弹性变形的影响(4)惯量的影响 9、试述齿轮传动的总等效惯量与传动级数之间的关系。 无论传递的功率大小如何，按“转动惯量最小”原则来分配，从高速级到低速级的各级传动 比总是逐级增加的，而且级数越多，总等效惯量越小。但级数增加到一定数量后，总等效惯量的 减少并不明显，而从结构紧凑、传动精度和经济性等方面考虑，级数不能太多 10、传递函数在系统分析设计中的作用。 用一个函数（输出波形的拉普拉斯变换与输入波形的拉普拉斯变换之比）来表示的，称为传递函 数。在控制工程中，直接求解系统微分方程是研究分析系统的基本方法。系统方程的解就是系统 的输出响应，通过方程的表达式，可以分析系统的动态特性，可以绘出输出响应曲线，直观地反 映系统的动态过程对于线性定常系统，传递函数是常用的一种数学模型，它是在拉氏变换的基硎 上建立的。用传递函数描述系统可以免去求解微分方的麻频，间接地分析系统结构及参数与 系统性能的关系，并且可以根据传递函数在复平面上的形状直接判断系统的动态性能，找出改 系统品质的方法。因此，传递函数是经典控制理论的基础，是一个极其重要的基木概念： 1Ⅱ、试述在机电一体化系统设计中，系统横型建立的意义。 机械系统的数学模型分析的是输入（如电机转子运动）和输出（如工作台运动）之间的相 对关系。等效折算过程是将复杂结构关系的机械系统的惯量、弹性模量和阻尼（或阻尼比）等机 械性能参数归一处理，从而通过数学模型来反映各环节的机械参数对系统整体的影响。 12、机电一体化系统中，机械传动的助能是什么？ 5
5 构变换实现对输出的速度调节。在机电一体化系统中，伺服电动机的伺服变速功能在很大程度上 代替了传统机械传动中的变速机构，只有当伺服电机的转速范围满足不了系统要求时，才通过传 动装置变速。由于机电一体化系统对快速响应指标要求很高，因此机电一体化系统中的机械传动 装置不仅仅是解决伺服电机与负载间的力矩匹配问题。而更重要的是为了提高系统的伺服性能。 为了提高机械系统的伺服性能，要求机械传动部件转动惯量小、摩擦小、阻尼合理、刚度大、抗 振性好、间隙小，并满足小型、轻量、高速、低噪声和高可靠性等要求。 5、如何进行转动惯量的折算。 传动装置总传动比 i 的最佳值就是 JL 换算到电动机轴上的转动惯量正好等于电动机转子的 转动惯量Jm，在传动装置设计完以后，在动态设计时，通常将传动装置的转动惯量归算为负载折 算到电机轴上，并与实际负载一同考虑进行电机响应速度验算。 6、如何理解质量最小原则。 质量方面的限制常常是伺服系统设计应考虑的重要问题，特别是用于航空、航天的传动装置， 按“质量最小”的原则来确定各级传动比就显得十分必要。 7、传动间隙对系统性能的影响有哪些？ （1）、闭环之外的齿轮 G1、G4 的齿隙，对系统稳定性无影响，但影响伺服精度。由于齿隙的 存在，在传动装置逆运行时造成回程误差，使输出轴与输入轴之间呈非线性关系，输出滞后于输 入，影响系统的精度。 （2）、闭环之内传递动力的齿轮G2的齿隙，对系统静态精度无影响，这是因为控制系统有自 动校正作用。又由于齿轮副的啮合间隙会造成传动死区，若闭环系统的稳定裕度较小，则会使系 统产生自激振荡，因此闭环之内动力传递齿轮的齿隙对系统的稳定性有影响。 (3）、反馈回路上数据传递齿轮 G3的齿隙既影响稳定性，又影响精度 8、试述机械性能参数对系统性能的影响。 （1）阻尼的影响、（2）摩擦的影响、（3）弹性变形的影响（4）惯量的影响 9、试述齿轮传动的总等效惯量与传动级数之间的关系。 无论传递的功率大小如何，按“转动惯量最小”原则来分配，从高速级到低速级的各级传动 比总是逐级增加的，而且级数越多，总等效惯量越小。但级数增加到一定数量后，总等效惯量的 减少并不明显，而从结构紧凑、传动精度和经济性等方面考虑，级数不能太多 10、传递函数在系统分析设计中的作用。 用一个函数(输出波形的拉普拉斯变换与输入波形的拉普拉斯变换之比)来表示的,称为传递函 数。在控制工程中，直接求解系统微分方程是研究分析系统的基本方法。系统方程的解就是系统 的输出响应，通过方程的表达式，可以分析系统的动态特性，可以绘出输出响应曲线，直观地反 映系统的动态过程对于线性定常系统，传递函数是常用的一种数学模型，它是在拉氏变换的基础 上建立的。用传递函数描述系统可以免去求解微分方的麻烦，间接地分析系统结构及参数与 系统性能的关系，并且可以根据传递函数在复平面上的形状直接判断系统的动态性能，找出改善 系统品质的方法。因此，传递函数是经典控制理论的基础，是一个极其重要的基本概念。 11、试述在机电一体化系统设计中，系统模型建立的意义。 机械系统的数学模型分析的是输入（如电机转子运动）和输出（如工作台运动）之间的相 对关系。等效折算过程是将复杂结构关系的机械系统的惯量、弹性模量和阻尼（或阻尼比）等机 械性能参数归一处理，从而通过数学模型来反映各环节的机械参数对系统整体的影响。 12、机电一体化系统中，机械传动的功能是什么？
机电一一体化机械系统是由计算机信息网络协调与控制的。用于完成包括机械力、运动和能 量流等动力学任务的机械及机电部件相互联系的系统。其核心是由计算机控制的，包括机械、电 力、电子、液压、光学等技术的同服系统。它的主要功能是完成一系列机械运动，每一个机械运 动可单独由控制电动机、传动机构和执行机构组成的子系统来完成，而这些子系统要由计算机协 调和控制，以完成其系统功能要求。机电一体化机械系统的设计要从系统的角度进行合理化和 优化设计。机电一体化系统的机械结构主要包括执行机构、传动机构和支承部件。在机械系统设 计时，除考虑一毅机械设计要求外，还必须考虑机械结构因素与整个伺服系统的性能参数、电气 参数的匹配，以获得良好的同服性能 13、试分析谐被齿轮的工作原理与特点。（图一） 谐波齿轮传动是一种新型传动，其原理是依靠柔性齿轮所产生的可控制弹性变形波，引 起齿间的相对位移来传递动力和运动的。柔轮的变形是一十基本对称的和渡，故称为诰波 传动。谐波齿轮传动的工作原理： 如图所示，谐波齿轮传动主要由波形发生器H、柔轮1和刚轮2组成.柔轮具有外 齿，刚轮具有内齿，它们的齿形为三角形或渐开线型。其齿距P相等。但齿数不同。刚轮的 齿数、比柔乾齿数多.柔轮的轮缘极薄，刚度很小，在未装配前，柔轮是圆形的。由于波 形发生器的直径比柔轮内圆的直径略大.所以当波形发生器装入柔轮的内圆时，就迫使柔轮 变形，是附圆形。在椭圆长轴的两岩图中A占，B点，刚轮与轮的轮齿完全啮合‘而在 椭圆短轴的两端图中©点、D点)，两轮的轮齿完全分寓，长短轴之间的齿，则处于半啮合 状态，即一部分正在啃入，一部分正在脱出. 图所示的波发生器有两个触头，称双波发生器。其钢刚轮与柔轮的齿数相差为2，周 长相差2个齿距的弧长.若采用三技时，齿数差为3. 当波发生器转动时，迫使柔轮的长短轴的方向随之发生变化.柔轮与刚轮上的齿依次进 入喷合，柔轮和网则轮在节圆处的啮合过程，如同两个纯滚动的圆环一样。它们在任一爆间转 过的弧长都必须相等。对于双波传动，由于柔轮比刚轮的节圆周长短丁两个齿距弧长，因叫 柔轮在喵入和啮出的一转中，就必然相对于刚轮在圆周方向错过两个齿距弧长，这样柔轮就 相对于刚轮沿着波发生器相反的方向转动.当波发生器沿逆时针旋转45·时，将迫使柔轮和刚 轮相对移动1/4个齿距当波发生器转过180时，两者相对位移1十齿距。当波发生器连续 运转时，柔轮上任何一点的径向变形量A是随转角变化的变量，其展开图为一正弦波，如 图所示 14、某类数控机床位置控制系统的参数如下：K=35N·m/ad,厂n=8sN·m ∫=12sN.m,J=21Kgm2,T,-工.=1.5Nm,求其临界转速2
6 机电一体化机械系统是由计算机信息网络协调与控制的，用于完成包括机械力、运动和能 量流等动力学任务的机械及机电部件相互联系的系统。其核心是由计算机控制的，包括机械、电 力、电子、液压、光学等技术的伺服系统。它的主要功能是完成一系列机械运动，每一个机械运 动可单独由控制电动机、传动机构和执行机构组成的子系统来完成，而这些子系统要由计算机协 调和控制，以完成其系统功能要求。机电一体化机械系统的设计要从系统的角度进行合理化和最 优化设计。机电一体化系统的机械结构主要包括执行机构、传动机构和支承部件。在机械系统设 计时，除考虑一般机械设计要求外，还必须考虑机械结构因素与整个伺服系统的性能参数、电气 参数的匹配，以获得良好的伺服性能。 13、试分析谐波齿轮的工作原理与特点。（图一） 谐波齿轮传动是一种新型传动，其原理是依靠柔性齿轮所产生的可控制弹性变形波，引 起齿间的相对位移来传递动力和运动的。柔轮的变形是一十基本对称的和谐渡，故称为谐波 传动．谐波齿轮传动的工作原理： 如图所示，谐波齿轮传动主要由波形发生器 H、柔轮1 和刚轮2 组成．柔轮具有外 齿，刚轮具有内齿，它们的齿形为三角形或渐开线型．其齿距 P相等．但齿数不同．刚轮的 齿数、比柔乾齿数多．柔轮的轮缘极薄，刚度很小，在未装配前，柔轮是圆形的．由于波 形发生器的直径比柔轮内圆的直径略大．所以当波形发生器装入柔轮的内圆时，就迫使柔轮 变形，呈椭圆形．在椭圆长轴的两端(图中A 点，B 点)，刚轮与柔轮的轮齿完全啮合‘而在 椭圆短轴的两端(图中c 点、D 点)，两轮的轮齿完全分寓，长短轴之间的齿，则处于半啮合 状态，即一部分正在啃入，一部分正在脱出． 图所示的波发生器有两个触头，称双波发生器．其刚轮与柔轮的齿数相差为2，周 长相差 2 个齿距的弧长．若采用三技时，齿数差为 3． 当波发生器转动时，迫使柔轮的长短轴的方向随之发生变化．柔轮与刚轮上的齿依次进 入啮合．柔轮和刚轮在节圆处的啮合过程，如同两个纯滚动的圆环一样，它们在任一瞬间转 过的弧长都必须相等．对于双波传动，由于柔轮比刚轮的节圆周长短丁两个齿距弧长，因此 柔轮在啮入和啮出的一转中，就必然相对于刚轮在圆周方向错过两个齿距弧长，这样柔轮就 相对于刚轮沿着波发生器相反的方向转动．当波发生器沿逆时针旋转45·时，将迫使柔轮和刚 轮相对移动1／4 个齿距当波发生器转过180 时，两者相对位移1 十齿距．当波发生器连续 运转时，柔轮上任何一点的径向变形量 A 是随转角变化的变量．其展开图为一正弦波，如 图所示． 14、某类数控机床位置控制系统的参数如下： K = 35N •m/rad ； fm = 8s • N • m ； f = 12s • N • m ； 2 J = 21Kg • m ； Ts −Tc =1.5N • m ，求其临界转速 c
根据：5=人+ 036 0c=790 2c= 2T-T) =0.0115rad/s (f+fl+1-tan) 15、阐述机械系统的加速度控制原理。 在力学分析时，加速与减速的运动形态是相似的。但对于实际控制问题来说，由于驱动源 般使用电动机，而电动机的加速和减速特性有差异。此外，制动控制时制动力矩当作常值，一般 问题不大，而在加速控制时电动机的起动力矩并不一定是常值，所以加速控制的计算要复杂一些。 下面分别时论加速力矩为常值和随控制轴的转速而变化的两种情况。 1、加速（起动）时间 计算加速时间分为加速力矩为常值和加速力矩随时间而变化的两种情况。计算时应知道加速 力矩、等效负载力矩、等效摩擦阻力矩、装置的等效转动惯量以及转速（速度）。 加速力矩随时间而变化为简化计算一般先求出平均加速力矩再计算加速时间。计算平均加速力 矩的方法有两种： 是把开始加速时的电机输出力矩和最大电机输出力矩的平均值作为平均加速 力矩：或是根据电机输出力矩—转速曲线和负载——转速曲线来求出平均加速力矩。 16、简析机电一体化中机械系统的制动的主要参考因素。 ()制动力矩(2)制动时间(3)制动距离（制动转角〉 17、机电一体化系统的机械传动设计往往采用“负载角加速度最大原则”。为什么？ 以图所示四级齿轮减速传动链为例。四级传动此分别为i1、2、B、4,齿轮卜8的转角误 差依次为△，~△,。该传动输出轴的总转动角误差△一为： △mm=A+A:+A0+A0:+A+A9,+A0+A0 i444 iziis 1314 由上式可以看出，如果从输入端到输出瑞的各级传动比按“前小后大”原则排列，则总转角误美 较小。而且低速级的误差在总误差中占的此重很大。因此，要提高传动精度，就应减少传动级数 并使末级齿轮的传动此尽可能大，制造精度尽量高。 翰出 8正 4 18机运动中的摩擦和阻尼会降低效率，但是设计中要适当选择其参数，而不是越小越好。为州 么？ 阻尼比不同的系统，其时间响应特性也不同。 (1)当阻尼比=0时，系统处于等幅持续振荡状态，因此系统不能无阻尼， >
7 根据： JK f f m 2 + = =0.369 = 79 C rad s f f m c S C C 0.0115 / tan ) 1 ( )(1 2( ) = − + + − = 15、阐述机械系统的加速度控制原理。 在力学分析时，加速与减速的运动形态是相似的。但对于实际控制问题来说，由于驱动源一 般使用电动机，而电动机的加速和减速特性有差异。此外，制动控制时制动力矩当作常值，一般 问题不大，而在加速控制时电动机的起动力矩并不一定是常值，所以加速控制的计算要复杂一些。 下面分别讨论加速力矩为常值和随控制轴的转速而变化的两种情况。 1、加速（起动）时间 计算加速时间分为加速力矩为常值和加速力矩随时间而变化的两种情况。计算时应知道加速 力矩、等效负载力矩、等效摩擦阻力矩、装置的等效转动惯量以及转速（速度）。 加速力矩随时间而变化 为简化计算一般先求出平均加速力矩再计算加速时间。计算平均加速力 矩的方法有两种：一是把开始加速时的电机输出力矩和最大电机输出力矩的平均值作为平均加速 力矩；或是根据电机输出力矩——转速曲线和负载——转速曲线来求出平均加速力矩。 16、简析机电一体化中机械系统的制动的主要参考因素。 (1) 制动力矩 (2) 制动时间 (3) 制动距离（制动转角） 17、机电一体化系统的机械传动设计往往采用“负载角加速度最大原则”。为什么？ 以图所示四级齿轮减速传动链为例。四级传动比分别为 i1、 i2、 i3、 i4，齿轮 l~8的转角误 差依次为 1 ~ 8 。该传动链输出轴的总转动角误差 max 为： 8 4 6 7 3 4 4 5 2 3 4 2 3 1 2 3 4 1 max + + + + + + + = i i i i i i i i i i 由上式可以看出，如果从输入端到输出端的各级传动比按“前小后大”原则排列，则总转角误差 较小。而且低速级的误差在总误差中占的比重很大。因此，要提高传动精度，就应减少传动级数。 并使末级齿轮的传动比尽可能大，制造精度尽量高。 18机械运动中的摩擦和阻尼会降低效率，但是设计中要适当选择其参数，而不是越小越好。为什 么？ 阻尼比不同的系统，其时间响应特性也不同。 （1）当阻尼比ξ＝0 时，系统处于等幅持续振荡状态，因此系统不能无阻尼
(2)当￡≥1时，系统为临界阻尼或过阻尼系统。此时，过渡过程无震荡，但响应时间较长。 (3)当0<ξ<1时，系统为欠阻尼系统，此时，系统在过液过程中处于减幅震荡状态，其幅值 减的快慢，取决于衰减系数可。在可确定以后，愈小，其震荡愈剧烈，过渡过程越长。相 反，5越大，则震荡越小，过渡过程越平稳，系统稳定性越好，但响应时间较长，系统灵敏度降 低。因此，在系统设计时，应综合考其性能指标，一般取Q,5<5<08的欠阻尼系统，既能保证 振荡在一定的范围内，过波过程较平稳，过渡过程时间较短，又具有较高的灵敏度 设计机械系御时，应尽量减少静摩擦和降低动、静摩擦之差值，以提高系统的精度、稳定性和快 速响应性。因此，机电一体化系统中，常常采用摩擦性能良好的塑料一金属滑动导轨、滚动导 轨、滚珠丝杠、静、动压导轨：静、动压轴承、磁轴承等新型传动件和支承件，并进行良好的 滑。适当的增加系统的惯量】和粘性摩擦系数「也有利于改善低速爬行现象，但惯量增加将引起 伺服系统响应性能的降低：增加粘性摩擦系数「也会增加系统的稳态误差，故设计时必须权衡利 弊，妥善处理 19、系统的稳定性是什么含义？ 机电一体化系统要求其机械装置在温度、振动等外界干扰的作用下依然能够正常稳定的工作。 既系统抵御外界环境的影响和抗干扰能力强。 20、从系统的动态特性角度来分析：产品的组成馨部件和装配精度高，但系统的精度并不一定就 高的原因。 产品的组成零部件和装配精度高，是静态的，由于阻尼的影响、摩擦的影响、弹性变形的影角 及惯量的影响在动态响应上存在滞后或超前的影响，使得整个系统的动态精度不高。 第三部分 1.机电一体化系统中的机械装置包括那些内容？ 主要包括传动、支承、导轨等 2.机电一体化传动系统有哪几种类型？各有什么作用？ (①)齿轮传动是机电一体化系统中常用的传动装置，它在伺服运动中的主要作用是实现伺服 电机与执行机构间的力矩匹配和速度匹配，还可以实现直线运动与旋转运动的转换。(2②)螺旋传 动是机电一体化系统中常用的一种传动形式。它是利用螺杆与螺母的相对运动，将旋转运动变为 直线运动（③）滑动摩擦导轨直线运动导轨的作用是用米支承和引导运动部件按给定的方向作 往复直线运动滚动摩擦导轨是在运动件和承导件之间放置滚动体（滚珠、滚柱、滚动轴承等）， 使导轨运动时处于滚动摩擦状态 3.齿轮传动间隙对系统有何彩响？有那些方法可以消除该因素引起的系统误差？ (1)偏心轴套调整法(2)双片薄齿轮错齿调整法(3)垫片调整法(4)轴向压簧调整法 (⑤)周向弹簧调整法 4. 消除直齿间隙的常用方法有哪些？各有什么特点？ 偏心轴套调整法：这种方法结构简单，但侧隙调整后不能自动补偿。双片薄齿轮错齿调整法 这种错齿调整法的齿侧间隙可自动补偿，但结构复杂， 5。导向机构都有哪几种类型？各有什么特点？ 滑动摩擦导轨的运动件与承导件直接接触。其优点是结构简单、接触刚度大：缺点是摩擦 阻力大、磨损快、低速运动时易产生爬行现象
8 （2）当ξ≥ 1 时，系统为临界阻尼或过阻尼系统。此时，过渡过程无震荡，但响应时间较长。 （3）当 0<ξ<1时，系统为欠阻尼系统，此时，系统在过渡过程中处于减幅震荡状态，其幅值衰 减的快慢，取决于衰减系数ξ n 。在 n 确定以后, ξ愈小，其震荡愈剧烈，过渡过程越长。相 反，ξ越大，则震荡越小，过渡过程越平稳，系统稳定性越好，但响应时间较长，系统灵敏度降 低。因此，在系统设计时，应综合考其性能指标，一般取 0.5< <0.8 的欠阻尼系统，既能保证 振荡在一定的范围内，过渡过程较平稳，过渡过程时间较短，又具有较高的灵敏度。 设计机械系统时，应尽量减少静摩擦和降低动、静摩擦之差值，以提高系统的精度、稳定性和快 速响应性。因此，机电一体化系统中，常常采用摩擦性能良好的塑料——金属滑动导轨、滚动导 轨、滚珠丝杠、静、动压导轨；静、动压轴承、磁轴承等新型传动件和支承件，并进行良好的润 滑。适当的增加系统的惯量 J 和粘性摩擦系数 f 也有利于改善低速爬行现象，但惯量增加将引起 伺服系统响应性能的降低；增加粘性摩擦系数 f 也会增加系统的稳态误差，故设计时必须权衡利 弊，妥善处理。 19、系统的稳定性是什么含义？ 机电一体化系统要求其机械装置在温度、振动等外界干扰的作用下依然能够正常稳定的工作。 既系统抵御外界环境的影响和抗干扰能力强。 20、从系统的动态特性角度来分析：产品的组成零部件和装配精度高，但系统的精度并不一定就 高的原因。 产品的组成零部件和装配精度高，是静态的，由于阻尼的影响、摩擦的影响、弹性变形的影响以 及惯量的影响在动态响应上存在滞后或超前的影响，使得整个系统的动态精度不高。 第三部分 1. 机电一体化系统中的机械装置包括那些内容？ 主要包括传动、支承、导轨等 2. 机电一体化传动系统有哪几种类型？各有什么作用？ (1) 齿轮传动是机电一体化系统中常用的传动装置，它在伺服运动中的主要作用是实现伺服 电机与执行机构间的力矩匹配和速度匹配，还可以实现直线运动与旋转运动的转换。(2) 螺旋传 动是机电一体化系统中常用的一种传动形式。它是利用螺杆与螺母的相对运动，将旋转运动变为 直线运动 (3) 滑动摩擦导轨 直线运动导轨的作用是用来支承和引导运动部件按给定的方向作 往复直线运动 滚动摩擦导轨是在运动件和承导件之间放置滚动体（滚珠、滚柱、滚动轴承等）， 使导轨运动时处于滚动摩擦状态。 3. 齿轮传动间隙对系统有何影响？有那些方法可以消除该因素引起的系统误差？ （1）偏心轴套调整法 (2) 双片薄齿轮错齿调整法 (3) 垫片调整法 (4) 轴向压簧调整法 (5) 周向弹簧调整法 4. 消除直齿间隙的常用方法有哪些？各有什么特点？ 偏心轴套调整法: 这种方法结构简单，但侧隙调整后不能自动补偿。双片薄齿轮错齿调整法: 这种错齿调整法的齿侧间隙可自动补偿，但结构复杂。 5. 导向机构都有哪几种类型？各有什么特点？ 滑动摩擦导轨的运动件与承导件直接接触。其优点是结构简单、接触刚度大；缺点是摩擦 阻力大、磨损快、低速运动时易产生爬行现象
滚动摩擦导轨是在运动件和承导件之间放置滚动体（滚珠、滚柱、滚动轴承等），使导轨运 动时处于滚动摩擦状态，滚动导轨的特点是：①摩擦系数小，并且静、动摩擦系数之差很小，故 运动灵便，不易出现爬行现象：②定位精度高，一般滚动导轨的重复定位误差约为 0.1-02 μm,而滑动导轨的定位误差一般为10一20以m。因此，当要求运动件产生精确微量的移动时， 通常采用滚动导轨：③磨损较小，寿命长，润滑简便：④结构较为复杂，加工比较困难，成本较 高：⑤对脏物及导轨面的误差比较敏感。液体静压导轨的优点是：①摩擦系数很小（起动摩擦系 数可小至0.0005)，可使驱动功率大大降低，运动轻便灵活，低速时无爬行现象：②导轨工作表面 不直接接触，基本上没有磨损，能长期保持原始精度，寿命长：③承载能力大，刚度好：④摩擦 发热小，导轨温升小：⑤油液具有吸振作用，抗振性好。 静压导轨的缺点是：结构较复杂，需要一套供油设备，油膜厚度不易堂握，调整较闲 难，这些都影响静压导轨的广泛使用。气体静压导轨是由外界供压设备供给一定压力的气体将运 动件与承导件分开，运动件运动时只存在很小的气体层之间的摩擦，摩擦系数极小，适用于精密 轻载、高速的场合，在精密机械中的应用愈来愈广。 滚珠丝杠副的轴向间隙对系统有何影响？如何处理？ 滚珠螺旋副中有轴向间隙或在载荷作用下滚珠与滚道接触处有弹性变形，则当螺杆反向转 动时，将产生空回误差。为了消除空回误差，在螺杆上装配两个螺母1和2，调整两个螺母的轴 向位置，使两个螺母中的滚珠在承受载荷之前就以一定的压力分别压向螺杆螺纹滚道相反的侧面， 使其产生 定的变形（图3-25），从而消除了轴向间，也提高了轴向刚 7.试比较塑料导轨和滚珠导轨的性能特点。 塑料、聚四氟乙烯具有优良的减摩、耐磨和抗振性能，工作温度适应范围广（←200~+280°C), 静、动摩擦系数都很小，是一种良好的减摩材料。以聚四氟乙烯为基体的塑料导轨性能良好，它 是一种在钢板上烧结球状青铜颗粒并浸渍聚四氟乙烯塑料的板材，导轨板的厚度为15~3mm, 在多孔青铜颗粒上面的聚四氟乙烯表层厚为0.025mm。这种塑料导轨板慨有聚四氟乙烯的摩擦特 性，又具有青铜和钢铁的刚性与导热性，装配时可用环氧树脂粘接在动导轨上。这种导轨用在数 控机床、集成电路制板设备上，可保证较高的重复定位精度和满足微量进给时无爬行的要求。 滚动摩擦导轨是在运动件和承导件之间放置滚动体（滚珠、滚柱、滚动轴承等），使导轨运动 时 于滚动摩擦状态。滚动摩擦导轨按滚动体的形状可分为滚珠导轨、滚柱导轨、滚动轴承导 等 与潜动磨擦导轨比技，滚动导轨的特点是：①摩擦系数小，并日静、动摩擦系数之很小 故运动灵便，不易出现爬行现象：②定位精度高。 般滚动导轨的重复定位误差约为 0.102 μm,而滑动导轨的定位误差一般为10~20μm。因此，当要求运动件产生精确微量的移动时， 通常采用滚动导轨：③磨损较小，寿命长，润滑简便：④结构较为复杂，加工比较困难，成本敏 ⑤对脏物及导轨面的误差比较敏感 8. 试比较液体和气体静压装置的特点。 液体静压导轨的优点是：①摩擦系数很小（起动摩擦系数可小至00005），可使驱动功率大 大降低，运动轻便灵活，低速时无爬行现象：②导轨工作表面不直接接触，基本上没有磨损，能 长期保持原始精度，寿命长：③承载能力大，刚度好：④摩擦发热小，导轨温升小：⑤油液具有 吸振作用，抗振性好。静压导轨的缺点是：结构较复杂，需要一套供油设备，油膜厚度不易掌握， 调整较困难，这些都翠影响静压导轨的广泛使用 气体静压导轨是由外界供压设备供给一定压力的气体将运动件与承导件分开，运动件运动 时只存在很小的气体层之间的摩擦，摩擦系数极小，适用于精密、轻载、高速的场合，在精密机 械中的应用愈来愈广
9 滚动摩擦导轨是在运动件和承导件之间放置滚动体（滚珠、滚柱、滚动轴承等），使导轨运 动时处于滚动摩擦状态。滚动导轨的特点是：①摩擦系数小，并且静、动摩擦系数之差很小，故 运动灵便，不易出现爬行现象；②定位精度高，一般滚动导轨的重复定位误差约为 0.1～0.2 μm，而滑动导轨的定位误差一般为 10～20μm。因此，当要求运动件产生精确微量的移动时， 通常采用滚动导轨；③磨损较小，寿命长，润滑简便；④结构较为复杂，加工比较困难，成本较 高；⑤对脏物及导轨面的误差比较敏感。液体静压导轨的优点是：①摩擦系数很小（起动摩擦系 数可小至 0.0005），可使驱动功率大大降低，运动轻便灵活，低速时无爬行现象；②导轨工作表面 不直接接触，基本上没有磨损，能长期保持原始精度，寿命长；③承载能力大，刚度好；④摩擦 发热小，导轨温升小；⑤油液具有吸振作用，抗振性好。 静压导轨的缺点是：结构较复杂，需要一套供油设备，油膜厚度不易掌握，调整较困 难，这些都影响静压导轨的广泛使用。气体静压导轨是由外界供压设备供给一定压力的气体将运 动件与承导件分开，运动件运动时只存在很小的气体层之间的摩擦，摩擦系数极小，适用于精密、 轻载、高速的场合，在精密机械中的应用愈来愈广。 6. 滚珠丝杠副的轴向间隙对系统有何影响？如何处理？ 滚珠螺旋副中有轴向间隙或在载荷作用下滚珠与滚道接触处有弹性变形，则当螺杆反向转 动时，将产生空回误差。为了消除空回误差，在螺杆上装配两个螺母 1 和 2，调整两个螺母的轴 向位置，使两个螺母中的滚珠在承受载荷之前就以一定的压力分别压向螺杆螺纹滚道相反的侧面， 使其产生一定的变形（图3-25），从而消除了轴向间隙，也提高了轴向刚度 7. 试比较塑料导轨和滚珠导轨的性能特点。 塑料、聚四氟乙烯具有优良的减摩、耐磨和抗振性能，工作温度适应范围广（-200～+280°C）， 静、动摩擦系数都很小，是一种良好的减摩材料。以聚四氟乙烯为基体的塑料导轨性能良好，它 是一种在钢板上烧结球状青铜颗粒并浸渍聚四氟乙烯塑料的板材，导轨板的厚度为 1.5～3mm， 在多孔青铜颗粒上面的聚四氟乙烯表层厚为 0.025mm。这种塑料导轨板既有聚四氟乙烯的摩擦特 性，又具有青铜和钢铁的刚性与导热性，装配时可用环氧树脂粘接在动导轨上。这种导轨用在数 控机床、集成电路制板设备上，可保证较高的重复定位精度和满足微量进给时无爬行的要求。 滚动摩擦导轨是在运动件和承导件之间放置滚动体（滚珠、滚柱、滚动轴承等），使导轨运动 时处于滚动摩擦状态。滚动摩擦导轨按滚动体的形状可分为滚珠导轨、滚柱导轨、滚动轴承导轨 等。 与滑动摩擦导轨比较，滚动导轨的特点是：①摩擦系数小，并且静、动摩擦系数之差很小， 故运动灵便，不易出现爬行现象；②定位精度高，一般滚动导轨的重复定位误差约为 0.1～0.2 μm，而滑动导轨的定位误差一般为 10～20μm。因此，当要求运动件产生精确微量的移动时， 通常采用滚动导轨；③磨损较小，寿命长，润滑简便；④结构较为复杂，加工比较困难，成本较 高；⑤对脏物及导轨面的误差比较敏感。 8. 试比较液体和气体静压装置的特点。 液体静压导轨的优点是：①摩擦系数很小（起动摩擦系数可小至 0.0005），可使驱动功率大 大降低，运动轻便灵活，低速时无爬行现象；②导轨工作表面不直接接触，基本上没有磨损，能 长期保持原始精度，寿命长；③承载能力大，刚度好；④摩擦发热小，导轨温升小；⑤油液具有 吸振作用，抗振性好。静压导轨的缺点是：结构较复杂，需要一套供油设备，油膜厚度不易掌握， 调整较困难，这些都影响静压导轨的广泛使用 气体静压导轨是由外界供压设备供给一定压力的气体将运动件与承导件分开，运动件运动 时只存在很小的气体层之间的摩擦，摩擦系数极小，适用于精密、轻载、高速的场合，在精密机 械中的应用愈来愈广
9。查阅资料，了解磁悬浮技术。试分折磁悬浮技术在机械传动和导向中的应用。 汽车的主要技术含量在车上，公路没有太多技术含量磁悬浮不同咯研制的最大难关不在车 体上，而在轨道上轨道的技术含量占整个项目至少7成抛开线圈和电控装置不说光轨道体的设计 和建设都对技术要求极高列车悬浮在仅仅几章米高的轨道上以400公里的速度运行轨道的一点 点起伏对于列车来说都是致命的轨道建设的线度要求极高 10.滑动螺旋齿轮传动、滚珠螺旋传动、静压螺旋传动、珠螺良传动各有什么特点？他们各自主 要应用在什么地方？ 当要求运动件的行程很大或需要简化导轨的设计和制造时 ,可采用滚珠循环式导轨 为了提高滚动导轨的承载能力和刚度，可采用滚柱导轨或滚动轴承导轨。这类导轨的结构 尺寸较大，常用在比较大型的精密机械上。 静压螺旋传动与滑动螺旋和滚动爆旋传动相此， 只有下列特点： (1)摩擦阻力小，效率高可达99%)。 (2)寿命长。螺纹表面不直接接触，能长期保持工作精度 (3)传动平稳，低速时无爬行现象 (4)传动精度和定位精度高。 (5)具有传动可逆性，必要时应设置防止逆转机构 (6)需要一套可靠的供油系统，并且螺母结构复杂，加工比较困难。 11.滑动螺旋齿轮有那些传动形式，各有什么特点： 滑动螺旋传动主要有以下两种基本型式。螺母固定，螺杆转动并移动：这种传动型式的螺 母本身就起着支承作用，从而简化了结构，消除了螺杆与轴承之间可能产生的轴向窜动，容易获 得较高的传动精度。缺点是所占轴向尺寸较大（螺杆行程的两倍加上螺母高度），刚性较差。因此 仅适用于行程短的情况螺杆转动，螺母移动：这种传动型式的特点是结构紧凑（所占轴向尺寸取 决于螺母高度及行程大小)，刚度较大。适用于工作行程较长的情祝。 12.常见的螺旋副零件与滑板连接结构主要有那些类型，各有什么特点和应用？ 1、螺母固定，螺杆转动并移动 这种传动型式的摆母木身就起若支承作用。从而简化了结构。消除了螺杆与轴承之间可能 产生的轴向窜动，容易获得较高的传动精度。缺点是所占轴向尺寸较大（螺杆行程的两倍加上螺 母高度)，刚性较差。因此仅适用于行程短的情况。 2、螺杆转动，螺母移动 这种传动型式的特点是结构紧凑（所古轴向尺寸取决于螺母高度及行程大小），刚度较大。 适用于工作行程较长的情况。 3、差动螺旋传动。 设螺杆左、右两段螺纹的旋向相同，且导程分别为h1和2。当螺杆转动P角时，可动螺 母2的移动距离为 1=号(P1-P2) 如果Ph1与2相差很小，则L很小。因此差动螺旋常用于各种微动装置中。 若蝶杆3左、右两段螺纹的旋向相反，则当螺杆转动P角时，可动螺母2的移动距离 为 1=是(P+P2) 可见，此时差动螺旋变成快速移动螺旋，即螺母2相对螺母1快速趋近或离开。这种螺黄
10 9. 查阅资料，了解磁悬浮技术。试分析磁悬浮技术在机械传动和导向中的应用。 汽车 的主要技术含量在车上,公路没有太多技术含量磁悬浮不同咯!研制的最大难关不在车 体上,而在轨道上.轨道的技术含量占整个项目至少 7 成.抛开线圈和电控装置不说,光轨道体的设计 和建设都对技术要求极高.列车悬浮在仅仅几毫米高的轨道上以 400 公里的速度运行,轨道的一点 点起伏对于列车来说都是致命的.轨道建设的线度要求极高, 10. 滑动螺旋齿轮传动、滚珠螺旋传动、静压螺旋传动、珠螺旋传动各有什么特点?他们各自主 要应用在什么地方? 当要求运动件的行程很大或需要简化导轨的设计和制造时，可采用滚珠循环式导轨。 为了提高滚动导轨的承载能力和刚度，可采用滚柱导轨或滚动轴承导轨。这类导轨的结构 尺寸较大，常用在比较大型的精密机械上。 静压螺旋传动与滑动螺旋和滚动螺旋传动相比，具有下列特点： （1）摩擦阻力小，效率高(可达99％)。 （2）寿命长。螺纹表面不直接接触，能长期保持工作精度。 （3）传动平稳，低速时无爬行现象。 （4）传动精度和定位精度高。 （5）具有传动可逆性，必要时应设置防止逆转机构。 （6）需要一套可靠的供油系统，并且螺母结构复杂，加工比较困难。 11. 滑动螺旋齿轮有那些传动形式，各有什么特点? 滑动螺旋传动主要有以下两种基本型式。螺母固定，螺杆转动并移动:: 这种传动型式的螺 母本身就起着支承作用，从而简化了结构，消除了螺杆与轴承之间可能产生的轴向窜动，容易获 得较高的传动精度。缺点是所占轴向尺寸较大（螺杆行程的两倍加上螺母高度），刚性较差。因此 仅适用于行程短的情况 螺杆转动，螺母移动: 这种传动型式的特点是结构紧凑（所占轴向尺寸取 决于螺母高度及行程大小），刚度较大。适用于工作行程较长的情况。 12. 常见的螺旋副零件与滑板连接结构主要有那些类型，各有什么特点和应用？ 1、螺母固定，螺杆转动并移动 这种传动型式的螺母本身就起着支承作用，从而简化了结构，消除了螺杆与轴承之间可能 产生的轴向窜动，容易获得较高的传动精度。缺点是所占轴向尺寸较大（螺杆行程的两倍加上螺 母高度），刚性较差。因此仅适用于行程短的情况。 2、螺杆转动，螺母移动 这种传动型式的特点是结构紧凑（所占轴向尺寸取决于螺母高度及行程大小），刚度较大。 适用于工作行程较长的情况。 3、差动螺旋传动。 设螺杆左、右两段螺纹的旋向相同，且导程分别为Ph1 和Ph2。当螺杆转动 角时，可动螺 母 2 的移动距离为 ( ) 2 Ph1 Ph2 l = − 如果 Ph1 与 Ph2 相差很小，则 L 很小。因此差动螺旋常用于各种微动装置中。 若螺杆 3 左、右两段螺纹的旋向相反，则当螺杆转动 角时，可动螺母 2 的移动距离 为 ( ) 2 Ph1 Ph2 l = + 可见，此时差动螺旋变成快速移动螺旋，即螺母 2 相对螺母 1 快速趋近或离开。这种螺旋