第二章-机电一体化系统中的机械系统
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机电一体化系统设计习题汇总第一章:概论1.关于机电一体化的涵义,虽然有多种解释,但都有一个共同点。
这个共同点是什么?2.机电一体化突出的特点是什么?重要的实质是什么?3.为什么说微电子技术不能单独在机械领域内获得更大的经济效益?4.机电—体化对我国机械工业的发展有何重要意义?5.试列举20种常见的机电一体化产品。
6.试分析CNC机床和工业机器人的基本结构要素,并与人体五大要素进行对比,指出各自的特点。
7.机电一体化产品各基本结构要素及所涉及的技术的发展方向。
8.机电一体化设计与传统设计的主要区别是什么?9.试举例说明常见的、分别属于开发性设计、适应性设计和变异性设计的情况。
10.为什么产品功能越多,操作性越差?为何产品应向“傻瓜化”方向发展?11.试结合产品的一般性设计原则,分析和理解按“有限寿命”设计产品的目的和意义。
第二章:机械系统设计1. 机电一体化产品对机械系统的要求有哪些?2. 机电一体化机械系统由哪几部分机构组成,对各部分的要求是什么?3. 常用的传动机构有哪些,各有何特点?4. 齿轮传动机构为何要消除齿侧间隙?5. 滚珠丝杠副轴向间隙对传动有何影响?采用什么方法消除它?6. 滚珠丝杠副的支承对传动有何影响?支承形式有哪些类型?各有何特点?7. 试设计某数控机床工作台进给用滚珠丝杠副。
己知平均工作载荷F=4000N,丝杠工作长度l=2m,平均转速=120r/min,每天开机6h,每年300个工作日,要求工作8年以上,丝杠材料为CrwMn钢,滚道硬度为58—62HRC,丝杠传动精度为±0.04mm。
8.导向机构的作用是什么?滑动导轨、滚动导轨各有何特点?9.请根据以下条件选择汉江机床厂的HJG—D系列滚动直线导轨。
作用在滑座上的载荷F=18000N,滑座数M=4,单向行程长度L=0.8m,每分钟往返次数为3,工作温度不超过120℃,工作速度为40m/min,工作时间要求10000h以上,滚道表面硬度取60HRC。
第二章机械系统数学模型的建立第一节概述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。
一、机电一体化对机械系统的基本要求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。
1、高精度精度直接影响产品的质量,尤其是机电一体化产品,其技术性能、工艺水平和功能比普通的机械产品都有很大的提高,因此机电—体化机械系统的高精度是其首要的要求。
如果机械系统的精度不能满足要求,则无论机电—体化产品其它系统工作再精确,也无法完成其预定的机械操作。
2、快速响应机电一体化系统的快速响应即是要求机械系统从接到指令到开始执行指令指定的任务之间的时间间隔短。
这样系统才能精确地完成预定的任务要求,且控制系统也才能及时根据机械系统的运行情况得到信息,下达指令,使其准确地完成任务。
3、良好的稳定性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。
为确保机械系统的上述特性,在设计中通常提出无间隙、低摩擦、低惯量、高刚度、高谐振频率和适当的阻尼比等要求。
此外机械系统还要求具有体积小、重量轻、高可靠性和寿命长等特点。
二、机械系统的组成概括地讲,机电一体化机械系统应主要包括如下三大部分机构。
第二章:机电一体化系统中的机械系统
一、教学建议
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通过文字教材理解了解机电一体化系统中的机械装置,要根据伺服控制的要求进行选择设计。
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录像教材第2讲和流媒体课件的第3讲至第10讲针对具体的机械装置进行的分析中,如何体现机电一体化系统对机械传动部件精度、稳定性和快速响应性的要求。
● 在学习的过程中,如果有学习的心得和体会,请在课程论坛上和大家分享;如果有什么疑惑,也可以再课程论坛寻找帮助。
二、教学要求:掌握机电一体化中机械系统的基本特点
一个典型的机电一体化产品的精密机械系统主要包括以下传动机构、导向机构、执行机构、轴系、机座或机架五大部分。
以工业机器人为例分析,如图1所示。
图1机械系统的构成——工业机器人外观图
1.机械系统设计的要求
2.机械参数对系统性能的影响
影响机电一体化系统中传动机构动力学特性的因素主要有以下五个方面:
(1)负载的变化
(2)传动系统的惯性
传动系统的惯性可用转动惯量来计算,它取决于机构中各部件的质量和尺寸参数。
(3)传动系统的固有频率
传动系统的固有频率与传动部件的质量和综合刚度有关,增加刚度、减小质量可提高系
(4)传动系统中的摩擦与润滑
机械传动部件的摩擦特性应为:静摩擦力尽可能小,动摩擦力应为尽可能小的正斜率,若为负斜率则易产生爬行、精度降低且寿命减小。
(5)传动系统中的间隙
若在闭环系统中传动死区还可能使系统以1~5倍的频率产生低频振荡,为此应采用齿侧间隙小、精度较高的齿轮,或采用各种调整齿侧间隙的结构来减小或消除啮合间隙。