《机电一体化系统设计基础》作业1、2、3、4参考答案 形成性考核作业1
一、判断题（正确的打√，错误的打×）
1．机电一体化系统的主要功能就是对输入的物质按照要求进行处理，输出具有所需特性的物质。（×）
2. 系统论、信息论、控制论是机电一体化技术的理论基础，是机电一体化技术的方法论。（√）
3．信息处理技术是指在机电一体化产品工作过程中，与工作过程各种参数和状态以及自动控制有关的信息输入、识别、变换、运算、存储、输出和决策分析等技术。（√）4．自动控制是在人直接参与的情况下，通过控制器使被控对象或过程自动地按照预定的规律运行。（×）
说唱音乐5．产品的组成零部件和装配精度高，系统的精度一定就高。（×）
6．为减少机械传动部件的扭矩反馈对电机动态性能的影响，机械传动系统的基本固有频率应低于电气驱动部件的固有频率的2~3倍，同时，传动系统的固有频率应接近控制系统的工作频率，以免系统产生振荡而失去稳定性。（×） 7．传动机构的转动惯量取决于机构中各部件的质量和转速。（×）
vissim8．在闭环系统中，因齿轮副的啮合间隙而造成的传动死区能使系统以6~10倍的间隙角产生低频振荡，采用消隙装置，以提高传动精度和系统稳定性。（×） 9．进行机械系统结构设计时，由于阻尼对系统的精度和快速响应性均产生不利的影响，因此机械系统的阻尼比ξ取值越小越好。（×）
10．滚珠丝杠垂直传动时，必须在系统中附加自锁或制动装置。（√）
11．采用偏心轴套调整法对齿轮传动的侧隙进行调整，结构简单，且可以自动补偿侧隙。（√）×
12．采用虚拟样机代替物理样机对产品进行创新设计测试和评估，延长了产品开发周期，增加了产品开发成本，但是可以改进产品设计质量，提高面向客户与市场需求能力。（√）×
二、单选题数码彩扩
1．以下产品属于机电一体化产品的是（C ）。
A．游标卡尺B．
C．全自动洗衣机D．非指针式电子表
2．为提高机电一体化机械传动系统的固有频率，应设法（A ）。
A．增大系统刚度B．增大系统转动惯量
C．增大系统的驱动力矩D．减小系统的摩擦阻力
3．导程L0=8mm的丝杠驱动总质量为60kg的工作台与工件，则其折算到丝杠上的等效转动惯量为（B ）kg·mm2。
A．48.5 B．97
C．4.85 D．9.7
4．传动系统的固有频率对传动精度有影响，（B ）固有频率可减小系统地传动误差，（A ）系统刚度可提高固有频率。A
A．提高，提高B．提高，减小
C．减小，提高D．减小，减小
5．下列哪种方法是采用单螺母预紧原理来消除滚珠丝杠副的间隙？（D ）A．螺纹调隙式B．双螺母 垫片调隙式
C．齿差调隙式D．偏置导程法
6. 齿轮传动的总等效惯量随传动级数(?A)。B
A.增加而减小
B.增加而增加
C.减小而减小
D.变化而不变
7．多级齿轮传动中，各级传动比“前小后大”的分配原则不适用于按（D ）设计的传动链。
A．最小等效转动惯量原则（小功率传动装置）
B．最小等效转动惯量原则（大功率传动装置）
C．输出轴的转角误差最小原则
D．重量最轻原则
8．某机电一体化系统需要消除齿轮传动的齿侧间隙，采取下列哪种方法使得调整过程中能自动补偿齿侧间隙？（D ）
A．偏心套调整法B．轴向垫片调整法
C．薄片错齿调整法D．轴向压簧错齿调整法
三、简答题
1．完善的机电一体化系统主要包括哪几部分？
机电一体化系统的对应要素及相应功能关系
2．简述机电一体化系统中的接口的作用。
机电一体化系统中的接口的作用是实现系统与外部（其他系统、操作者、环境）的连接，一般分为机械接口、电气接口两方面。
3．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？
因为适当选择机械运动中的摩擦和阻尼会，可提高系统的稳定性、保证系统具有良好的动态特性。
4．简述机械系统的刚度对系统动态特性的影响。
① 失动量。系统刚度越大，因静摩擦力的作用所产生的传动部件的弹性变形越小，系统的失动量也越小。
② 固有频率。机械系统刚度越大，固有频率越高，可远离控制系统或驱动系统的频带宽度，从而避免产生共振。
③ 稳定性。刚度对开环伺服系统的稳定性没有影啊，而对闭环系统的稳定性有很大影响，提高刚度可增加闭环系统的稳定性。
四、计算题
1.某工作台采用直流电机丝杠螺母机构驱动如图所示，已知电机轴的转动惯量J m =4×10-4kg ·m 3，与电机输出轴相连的小齿轮的转动惯量J 1=1×10-4kg ·m 3，大齿轮的转动惯量J 2=1.8×10-4kg ·m 3，丝杠的转动惯量J s =3.8×10-4kg ·m 3。工作台的质量m =50kg ，丝杠导程t =5mm ，齿轮减速比为i =5。试求：
（1）工作台折算到丝杠的等效转动惯量J G ；
（2）传动件折算到电机轴的等效转动惯量J e ；
（3）电机轴上的总转动惯量J 。
图 直流电机丝杠螺母机构驱动工作台
大数据解：（1）J G =m （t/2π）2=50*1000*(0.005/2/3/14) 2=0.03166 ( kg ·m 3)
(2) J e =( J 2+J s +J G )/i 2=（1.8×10-4+3.8×10-4+316.6×10-4）/52= 12.88×10-4
( kg ·m 3 )
(3)J= J 1+ J e =1×10-4 +12.88×10-4 =13.88 (kg ·m 3)
2.已知某四级齿轮传动系统，各齿轮的转角误差为Δφ1=Δφ2=…=Δφ8=0.01弧度，各工作台 丝杠 滚珠螺母
齿轮减速器 联轴器 i =5
级减速比相同，即i1 = i2 =…= i4 =3，求该系统的最大转角误差Δφmax。
解：Δφmax=Δφ1/( i1* i2* i3* i4)+ (Δφ2+Δφ3)/ (i2* i3* i4)+ (Δφ4+Δφ5)/ (i3* i4)+ (Δφ6+Δφ7/ (i4)+ Δφ8=
=0.01/34+ 0.02/33+0.02/32+0.02/3+0.01电伴热
=0.01975 （弧度）
五、综合题
1. 分析下图调整齿侧间隙的原理。
1. 锁紧螺母
2. 圆螺母
3. 带凸缘螺母
4.无凸缘螺母suffer软件
答：图中所示的双螺母螺纹预紧调整齿侧间隙，双螺母中的一个外端有凸缘，一个外端无凸缘，但制有螺纹，它伸出套筒外用两个螺母固定锁紧，并用键来防止两螺母相对转动。旋转圆螺母可调整消除间隙并产生预紧力，之后再用锁紧螺母锁紧。
2.分析下图中传动大负载时消除齿侧间隙的原理。
1、6－小齿轮
2、5－大齿轮3－齿轮4－预载装置7－齿条
答：小齿轮1、6与齿条7啮合，与小齿轮1、6同轴的大齿轮2、5分别与齿轮3啮合，通过预载装置4向齿轮3上预加负载，使齿轮2、5同时向相反方向移动，从而带动小齿轮1、6转动，其齿面便分别紧贴在齿条7上齿槽的左、右侧，从而消除了齿侧间隙
作业2
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