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杠型号规格为FCI-5006-3，其主要参数尺寸： 公称直径 D0＝50mm 导程 l0＝6mm 螺旋角 λ＝2°11′ 滚珠直径 d0＝3.969mm 丝杠小径 d1＝45.63mm （4）检验稳定性
取弹性模量 E＝2.06×105 MPa，查表3.8长度系数μ＝2/3
43.14?0.04563丝杠轴惯性矩 I?d??2.13?10?7m4
6464?41不发生失稳之最大载荷
Fmax?2EI3.142?2.06?1011?2.13?10?7???6.23?105N 22??l??2/3?1.25?Fc3600安全系数 S?Fmax?623000?173
查表3.8 许用安全系数[S]＝2.5～3.3。由S>[S]，可知丝杠是安全的，稳定性合乎要求。 （5）检验刚度
计算转矩 T?FmD0tan?????
2取摩擦系数f＝0.002，则ρ＝arctan0.002＝6′53″
T?3600?50?10?3?tan?2?11??6?53????3.58N?m 2按最不利情况计算导程误差，每个导程的变形量
22Fl0Tl04Fl016Tl0?L0????24
EA2?GJcEA?dG?3?32??4?3600?6?1016?3.58?6?10?m ???2112411?3.14?0.04563?2.06?103.14?0.04563?0.81?10?????=6.44×10－2μm
丝杠在工作长度上的导程误差
?l06.44?10?2?L?l?1.25??13.4?m ?3l06?10通常，丝杠的导程误差ΔL应小于其传动精度的1/2，即
11?L????0.03mm?0.015mm?15?m
22丝杠的刚度满足要求。
经上述计算验证，所选FCI-5006-3型丝杠各项性能均符合使用要求，可用。
四、分析题
一数控系统如图所示，试说明图中的各个部分分别属于机电一体化系统的哪一基本结构要素。
答：（1）控制及信息处理单元： 键盘、计算机、显示
（2）测试传感部分： 光电编码器、信号处理 （3）能源： 电源 （4）驱动部分： 功放、电机
（5）执行机构： 联轴器、齿轮减速器、丝杠螺母机构、工作台
机电一体化系统设计基础课程作业（二）
一、填空题
1．在机电一体化系统的驱动装置中，位于前向通道闭环之内的环节，其误差的低频分量 对输出精度基本无影响，而误差的高频分量 影响系统的输出精度。
2．为提高闭环系统的稳定性，应增大执行装置的固有频率和系统的阻尼能力。
3．对于执行装置，选择较大的传动比可使系统的相对阻尼系数增大，有利于系统的稳定性。 4．对于线性控制系统，若要求在达到高精度的同时减小定位时间，则必须提高系统的固有频率。
5．步进电机的驱动电源由变频信号源 、脉冲分配器 和 功率放大器组成。 6．由矩频特性曲线可知，步进电机的最大动态转矩小于最大静转矩，并随着脉冲频率的升高而降低。
7．当前，广泛采用的直流伺服电机的驱动电路有线性直流伺服放大器和脉宽调制放大器两种。 8．交流异步电动机的转速与电源频率、磁极对数和转差率有关。 9．液压系统的伺服控制元件主要有电液比例阀和电液伺服阀。 10．评定定位系统的主要性能指标是定位精度和定位时间。 二、简答题
1．如何提高伺服系统的响应速度？
伺服系统的响应速度主要取决于系统的频率特性和系统的加速度。
（1）提高系统的固有频率，减小阻尼。增加传动系统的刚度，减小折算的转动惯量，减小摩擦力均有利于提高系统的响应速度。
（2）提高驱动元件的驱动力可以提高系统的加速度，由此也可提高系统的响应速度。 2．步进电机是如何实现速度控制的？
步进电机的运动是由输入的电脉冲信号控制的，每当电机绕组接收一个脉冲，转子就转
过一个相应的角度。其角位移量与输入脉冲的个数严格成正比，在时间上与输入脉冲同步。因而，只要控制输入脉冲的数量、频率和电机绕组的相序，即可得到所需转动的速度和方向。
3．试述直流电机伺服系统中脉宽调制放大器的基本工作原理。
脉宽调制放大器是直流伺服电机常用的晶体管驱动电路。利用大功率晶体管的开关作用，将直流电源电压转换成一定频率的方波电压，施加于直流电机的电枢，通过对方波脉冲宽度的控制，改变电枢的平均电压，使电机的转速得到调节。
4．交流伺服电机有哪些类型？交流伺服驱动的主要特点是什麽？ 交流伺服电机有永磁式交流同步电机和笼型异步电机两类。
交流伺服驱动的主要特点有：（1）调速范围大；（2）适合大、中功率伺服系统；（3）运行平稳，转速不受负载变化的影响；（4）输出转矩较大，而转矩脉动小。 三、分析题
1．如图所示的系统，试分析传感器的误差对输出精度的影响。
图1 电机驱动直线伺服系统
答： 传感器位于反馈通道，误差的低频分量影响系统的输出精度和系统的稳定性，因此传感器应有较高的精度；而误差的高频分量不影响输出精度，可以允许传感器及放大电路有一定的高频噪声。
2．如图所示的伺服系统，试分析齿轮减速器的传动误差对工作台输出精度的影响。
图2 开环步进电机位置控制系统
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