直流電機(jī)PWM調(diào)速分解

1、安徽工業(yè)大學(xué)設(shè)計(jì)報(bào)告 課 程： 硬件描述語(yǔ)言與系統(tǒng)仿真 選 題： 直流電機(jī)PWM控制 姓 名： 學(xué) 院： 電氣信息學(xué)院 專 業(yè)： 電氣工程（專碩） 指 導(dǎo) 教 師： 武衛(wèi)華 摘要：直流電機(jī)由于具有響應(yīng)迅速、精度和效率高、調(diào)速范圍寬、負(fù)載能力大、控制性能優(yōu)良等特點(diǎn)。隨著EDA技術(shù)的發(fā)展，用基于PFGA的數(shù)字電子系統(tǒng)對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制，為實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)數(shù)字控制提供了一種新的有效方法。該設(shè)計(jì)介紹了直流電機(jī)的PWM調(diào)速原理，討論了各個(gè)電路模塊實(shí)現(xiàn)的功能。論文中利用QUARTUES軟件對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真。本系統(tǒng)是以FPGA為其控制核心，輸入電路向FPGA控制系統(tǒng)發(fā)出控制命令?？刂葡到y(tǒng)接收命令后直接向H型橋式

2、驅(qū)動(dòng)電路發(fā)出PWM控制信號(hào)。輸出電路主要實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)、啟停控制、速度在線可調(diào)功能。關(guān)鍵詞：直流電機(jī)，F(xiàn)PGA，VHDL,PWM1 直流電機(jī)工作原理和調(diào)速方案設(shè)計(jì)1.1直流電機(jī)簡(jiǎn)介1.1.1直流電機(jī)基本結(jié)構(gòu)直流電機(jī)由定子（靜止部分）和轉(zhuǎn)子（轉(zhuǎn)動(dòng)部分）兩大部分組成。1.1 直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)1.1.2直流電機(jī)工作原理直流電機(jī)的工作原理建立在電磁力和電磁感應(yīng)的基礎(chǔ)上，從圖2.1可以看出主磁極N、S間裝著一個(gè)可以轉(zhuǎn)動(dòng)的鐵磁圓柱體，圓柱體的表面上固定著一個(gè)線圈abcd。abcd是裝在可以轉(zhuǎn)動(dòng)的鐵磁圓柱上的一個(gè)線圈，把線圈的兩端分別接到兩個(gè)圓弧形的銅片上（簡(jiǎn)稱換向片），兩者相互絕緣，鐵芯和線圈合稱電樞。當(dāng)線圈中

3、通入直流電流時(shí)，線圈邊上受到電磁力F=Bli，根據(jù)左手定則確定力的方向，這一對(duì)電磁力形成了作用于電樞的一個(gè)電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)矩的方向是逆時(shí)針?lè)较颉Ｈ綦姌修D(zhuǎn)動(dòng)，線圈兩邊的位置互換，而線圈中通過(guò)的還是直流電流，則所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩的方向則變?yōu)轫槙r(shí)針?lè)较?，因此電樞受到一種方向交變的電磁轉(zhuǎn)矩。這種交變的電磁轉(zhuǎn)矩只能使電樞來(lái)回?fù)u擺，而不能使電樞連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。顯然，要使電樞受到一個(gè)方向不變的電磁轉(zhuǎn)矩，關(guān)鍵在于，當(dāng)線圈邊在不同極性的磁極下，如何將流過(guò)線圈中的電流方向及時(shí)地加以變換，即進(jìn)行所謂“換向”。為此必須增添一個(gè)叫做換向器的裝置，換向器由互相絕緣的銅質(zhì)換向片構(gòu)成，裝在軸上，也和電樞絕緣，且和電樞一起旋轉(zhuǎn)。換向器又與

4、兩個(gè)固定不動(dòng)的由石墨制成的電刷A、B相接觸。裝了這種換向器以后，若將直流電壓加于電刷端，直流電流經(jīng)電刷流過(guò)電樞上的線圈，則產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，電樞在電磁轉(zhuǎn)矩的作用下就旋轉(zhuǎn)起來(lái)。電樞一經(jīng)轉(zhuǎn)動(dòng)，由于換向器配合電刷對(duì)電流的換向作用，直流電流交替地由線圈邊ab和cd流入，使線圈邊只要處于N極下，其中通過(guò)電流的方向總是由電刷A流入的方向，而在S極下時(shí)，總是從電刷B流出的方向。這就保證了每個(gè)極下線圈邊中的電流始終是一個(gè)方向。這樣的結(jié)構(gòu)，就可使電動(dòng)機(jī)能連續(xù)地旋轉(zhuǎn)。這就是直流電機(jī)的基本工作原理。1.2直流電機(jī)調(diào)速原理1.2.1直流電機(jī)電壓調(diào)速原理圖1.2 直流電機(jī)慣例圖1.2為按電機(jī)慣例標(biāo)定的直流電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行量各物

5、理量的正方向。由圖可見(jiàn)電機(jī)的電樞電動(dòng)勢(shì)Ea的正方向與電樞電流Ia的方向相反，為反電動(dòng)勢(shì)；電磁轉(zhuǎn)矩T的正方向與轉(zhuǎn)速n的方向相同，是拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩；軸上的機(jī)械負(fù)載轉(zhuǎn)矩T2及空載轉(zhuǎn)矩T0均與n圖1.2 直流電機(jī)慣例根據(jù)基爾霍夫第二定律，電樞回路列回路電壓方程可得直流電動(dòng)的電動(dòng)勢(shì)平衡方程式：U=Ea-Ia（Ra+Rc） 式中，Ra為電樞回路電阻，電樞回路串聯(lián)保繞阻與電刷接觸電阻的總和；Rc是外接在電樞回路中的調(diào)節(jié)電阻。 由此可得到直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速公式為： n =Ua-IR/Ce 式中，Ce為電動(dòng)勢(shì)常數(shù)，是磁通量。 n =Ea/Ce 從由式子中可以看出，對(duì)于一個(gè)已經(jīng)制造好的電機(jī)，當(dāng)勵(lì)磁電壓和負(fù)載轉(zhuǎn)矩恒定時(shí)，它的

6、轉(zhuǎn)速由電樞電壓Ea決定，電樞電壓越高，電機(jī)轉(zhuǎn)速就越快，電樞電壓降低到0V時(shí)，電機(jī)就停止轉(zhuǎn)動(dòng)；改變電樞電壓的極性，電機(jī)就反轉(zhuǎn)?？傊姍C(jī)的調(diào)速可以通過(guò)控制電樞電壓實(shí)現(xiàn)。圖1.3 PWM調(diào)速原理1.2.2直流電機(jī)PWM調(diào)速原理所謂脈沖寬度調(diào)制是指用改變電機(jī)電樞電壓接通與斷開(kāi)的時(shí)間的的占空比來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的方法，稱為脈沖寬度調(diào)制(PWM)。對(duì)于直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，使用FPGA進(jìn)行調(diào)速是極為方便的。其方法是通過(guò)改變電機(jī)電樞電壓導(dǎo)通時(shí)間與通電時(shí)間的比值（即占空比）來(lái)控制電機(jī)速度1。PWM調(diào)速原理如圖1.3所示。在脈沖作用下，當(dāng)電機(jī)通電時(shí)，速度增加；電機(jī)斷電時(shí)，速度逐漸減少。只要按一定規(guī)律，改變通、斷電時(shí)間，

7、即可讓電機(jī)轉(zhuǎn)速得到控制。設(shè)電機(jī)永遠(yuǎn)接通電源時(shí)，其轉(zhuǎn)速最大為Vmax，設(shè)占空比為D=t1/T，則電機(jī)的平均速度為 Vd=VmaxD 式中，Vd電機(jī)的平均速度 Vmax電機(jī)全通時(shí)的速度（最大） D=t1/T占空比 平均速度Vd與占空比D的函數(shù)曲線，如圖1.4所示。圖1.4 平均速度和占空比的關(guān)系由圖1.4所示可以看出，Vd與占空比D并不是完全線性關(guān)系（圖中實(shí)線），當(dāng)系統(tǒng)允許時(shí)，可以將其近似地看成線性關(guān)系（圖中虛線）。因此也就可以看成電機(jī)電樞電壓Ua與占空比D成正比，改變占空比的大小即可控制電機(jī)的速度。 由以上敘述可知：電機(jī)的轉(zhuǎn)速與電機(jī)電樞電壓成比例，而電機(jī)電樞電壓與控制波形的占空比成正比，因此電機(jī)

8、的速度與占空比成比例，占空比越大，電機(jī)轉(zhuǎn)得越快，當(dāng)占空比1時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速最大。1.3 H型橋式驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路使用最廣泛的就是H型全橋式驅(qū)動(dòng)電路，這種驅(qū)動(dòng)電路可以很方便實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的四象限運(yùn)行，分別對(duì)應(yīng)正轉(zhuǎn)、正轉(zhuǎn)制動(dòng)、反轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)制動(dòng)。它的基本原理圖如圖1.5所示2-3。圖1.5 H型全橋式驅(qū)動(dòng)電路H型全橋式驅(qū)動(dòng)電路的4只三極管都工作在斬波狀態(tài)，V1、V4為一組，V2、V3為另一組，兩組的狀態(tài)互補(bǔ)，一組導(dǎo)通則另一組必須關(guān)斷。當(dāng)V1、V4導(dǎo)通時(shí)，V2、V3關(guān)斷，電機(jī)兩端加正向電壓，可以實(shí) 現(xiàn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)制動(dòng)；當(dāng)V2、V3導(dǎo)通時(shí)，V1、V4關(guān)斷，電機(jī)兩端為反向電壓，電機(jī)反轉(zhuǎn)或正轉(zhuǎn)制動(dòng)。

9、在直流電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)程中，我們要不斷地使電機(jī)在四個(gè)象限之間切換，即在正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)之間切換，也就是在V1、V4導(dǎo)通且V2、V3關(guān)斷，到V1、V4關(guān)斷且V2、V3導(dǎo)通，這兩種狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換。2 控制邏輯VHDL描述2.1 FPGA內(nèi)部邏輯組成電機(jī)控制邏輯模塊由PWM脈寬調(diào)制信號(hào)產(chǎn)生電路、方向控制電路組成。其中PWM脈寬調(diào)制信號(hào)產(chǎn)生電路由可控的加減計(jì)數(shù)器CNTA、4位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器CNTB、數(shù)字比較器三部分組成，方向控制電路由兩個(gè)二選一電路21MUX組成4-7。2.2 各個(gè)模塊設(shè)計(jì)PWM脈寬調(diào)制信號(hào)產(chǎn)生電路由可控的加減計(jì)數(shù)器CNTA、4位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器CNTB、數(shù)字比較器三部分組成。當(dāng)U/D=1時(shí)，輸入K,使

10、設(shè)定值計(jì)數(shù)器的輸出值增加，PWM的占空比增加,電機(jī)轉(zhuǎn)速加快；當(dāng)U/D =0，輸入K,使設(shè)定值計(jì)數(shù)器的輸出值減小,PWM的占空比減小，電機(jī)轉(zhuǎn)速變慢。4位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器在時(shí)鐘的作用下,鋸齒波計(jì)數(shù)器輸出周期性線性增加的鋸齒波。當(dāng)計(jì)數(shù)值小于設(shè)定值時(shí)，數(shù)字比較器輸出高電平；當(dāng)計(jì)數(shù)值大于設(shè)定值時(shí),數(shù)字比較器輸出低電平，由此產(chǎn)生周期性的PWM波形。2.2.1 常數(shù)發(fā)生器可控的加減計(jì)數(shù)器CNTA中的端口U_D控制計(jì)數(shù)器的方向，K鍵是計(jì)數(shù)器的占空比輸入端，控制計(jì)數(shù)器初值的變化。U_D=1時(shí)，加減計(jì)數(shù)器CNTA在K鍵的作用下，每按一次，計(jì)數(shù)器CNTA加1，U_D=0時(shí)，每按一次，計(jì)數(shù)器CNTA減1。VHDL語(yǔ)言如下

11、：ENTITY CNTA IS PORT(K:IN STD_LOGIC; U_D:IN STD_LOGIC; CQ:OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);END CNTA;ARCHITECTURE behav OF CNTA IS SIGNAL CQI:STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);BEGIN PROCESS(K)BEGIN IF KEVENT AND K=1THEN IF U_D=1 THEN IF CQI=10 THEN CQI=1010; ELSE CQI=CQI+1; END IF; ELSEIF CQI=0 THEN CQI=0

12、000; ELSE CQI=CQI-1; END IF; END IF; END IF; END PROCESS; CQ=CQI; END behav;仿真波形如下：波形分析：當(dāng)U_D處于高電平時(shí)，當(dāng)K鍵按一下，CQ增加一，當(dāng)U_D處于低電平時(shí)，當(dāng)K鍵按一下，CQ減少一。當(dāng)CQ=5時(shí)，占空比為5/10=.2 鋸齒波發(fā)生器CNTB是一個(gè)簡(jiǎn)單的0到10計(jì)數(shù)器，它的工作原理和CNTA的原理很相似。而CNTB的時(shí)鐘端沒(méi)有加使能端，所以每來(lái)一個(gè)脈沖計(jì)數(shù)器加1。因?yàn)槭?到10循環(huán)計(jì)數(shù)，從而產(chǎn)生周期性的線性增加的鋸齒波。VHDL語(yǔ)言如下：ENTITY CNTB IS PORT(CLK: IN BIT; Q:

13、BUFFER INTEGER RANGE 15 DOWNTO 0); END;ARCHITECTURE BHV OF CNTB IS BEGIN PROCESS(CLK) BEGIN IF CLKEVENT AND CLK=1 THEN IF Q=10 THEN Q=0; ELSE Q= B) THEN Y =1; ELSE Y =0; END IF; END PROCESS; END behave;仿真波形如下：波形分析：從圖中看出，當(dāng)A大于等于B時(shí)，Y輸出高電平，否則，輸出低電平。2.2.4 分頻器開(kāi)發(fā)板的時(shí)鐘是20M，而輸出的PWM波是10K，一個(gè)周期的鋸齒波有10個(gè)計(jì)數(shù)值組成，所以說(shuō)分

14、頻系數(shù)為20M/(10K*10)=200,.VHDL語(yǔ)言如下：entity FP_200 is port(clkin:in std_logic; clkout:out std_logic);end FP_200;architecture behav of FP_200 issignal q: std_logic_vector(6 downto 0);signal clk1: std_logic;beginprocess(clkin)Beginif clkinevent and clkin=1 thenif q=1100011 then q=0000000;clk1=not clk1; else

15、 q=q +1;end if;end if;clkout= clk1;end process;end behav;仿真波形如下：2.2.5 正反轉(zhuǎn)控制電路正/反轉(zhuǎn)方向控制電路由兩個(gè)二選一多路選擇器根據(jù)邏輯原理組合而成。Z/F鍵控制選擇PWM波形是從正端Z進(jìn)入H橋，還是從負(fù)端F進(jìn)入H橋，以控制電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。當(dāng)Z/F=1時(shí)PWM輸出波形從正端Z進(jìn)入H橋，電機(jī)正轉(zhuǎn)。當(dāng) Z/F =0時(shí)，PWM輸出波形從負(fù)端F進(jìn)入H橋，電機(jī)反轉(zhuǎn)。3 總體仿真結(jié)果：總仿真結(jié)果分析：占空比從0.1到0.9可調(diào)，當(dāng)U_D=1時(shí)，按一下K鍵，占空比增加0.1，否則，占空比減少0.1。當(dāng)Z_F=1時(shí)，Z端輸出PWM波，控制1.

16、3橋，F(xiàn)端輸出0電平，控制2.4橋，電機(jī)正轉(zhuǎn)，當(dāng)Z_F=0時(shí)，F(xiàn)端輸出PWM波，控制2.4橋，Z端輸出0電平，控制1.3橋，電機(jī)正反轉(zhuǎn)。20M開(kāi)發(fā)板時(shí)鐘經(jīng)過(guò)200次分頻后，送至鋸齒波發(fā)生器，鋸齒波發(fā)生器為0到10計(jì)數(shù)器，所以PWM波的頻率為10K HZ。總結(jié)通過(guò)仿真，本設(shè)計(jì)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，隨著社會(huì)的進(jìn)步，工業(yè)的發(fā)展，直流電機(jī)現(xiàn)在正廣泛用于各個(gè)領(lǐng)域，如何更好地利用直流電機(jī)，運(yùn)用現(xiàn)代軟件技術(shù)，提高其工作效率，發(fā)揮直流電機(jī)最大的作用，其首要任務(wù)是是要搞清楚直流電機(jī)的工作原理和控制原理，本文主要介紹基于FPGA的直流電機(jī)的PWM控制的研究。通過(guò)EDA相關(guān)課程的學(xué)習(xí)，了解FPGA的數(shù)字PWM控制原理，利用

17、設(shè)置電路參數(shù)來(lái)改變PWM的占空比，改變其占空比就可以改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。運(yùn)用QuartusII軟件進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，代碼編寫(xiě)，進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)。通過(guò)對(duì)直流電機(jī)的PWM控制研究，了解到現(xiàn)代電子技術(shù)由復(fù)雜到簡(jiǎn)單，落后到先進(jìn)，低效到高效的方向發(fā)展，了解到可編程控制器在現(xiàn)代電子科技中的應(yīng)用。參考文獻(xiàn)1潘松，黃繼業(yè).EDA技術(shù)實(shí)用教程M .北京：科學(xué)出版社,20062黃楚芳,陳鴻. 基于FPGA直流電機(jī)調(diào)速器的實(shí)現(xiàn)J. 電子測(cè)試, HYPERLINK /kns50/Navi/Bridge.aspx?DBCode=cjfd&LinkType=IssueLink&Field=BaseID*year*issue&Tabl

18、eName=CJFDYEARINFO&Value=WDZC*2009*02&NaviLink=%e7%94%b5%e5%ad%90%e6%b5%8b%e8%af%95 t _blank2009,(02):66-673陳俊碩,劉景林,張金萍. 基于FPGA的直流電機(jī)PWM控制器設(shè)計(jì)J. 微電機(jī),2009(10)4齊洪喜，陸穎.VHDL電路設(shè)計(jì)M.北京：清華大學(xué)出版社，20045江國(guó)強(qiáng)，李哲英.EDA技術(shù)與應(yīng)用M.北京：電子工業(yè)出版社，20046雷伏容.VHDL電路設(shè)計(jì)M.北京：清華大學(xué)出版社，20067陳俊碩,劉景林,張金萍.基于FPGA的直流電機(jī)PWM控制器設(shè)計(jì)J.微電機(jī)2009（10）附錄資

19、料：不需要的可以自行刪除 機(jī)械原理總復(fù)習(xí)第二章一基本概念：1機(jī)構(gòu)的組成;2運(yùn)動(dòng)副的概念;3機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算,注意復(fù)合鉸鏈、局部自由度和虛約束的處理;4機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件 5何謂機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖；它與實(shí)際機(jī)構(gòu)有何異同。二填空題：1 根據(jù)機(jī)構(gòu)的組成原理，任何機(jī)構(gòu)都可以看作是由（機(jī)架）、（主動(dòng)件）和（從動(dòng)件）組成的。2 兩構(gòu)件之間線接觸所組成的平面運(yùn)動(dòng)副，稱為（高） 副，它產(chǎn)生（1個(gè)）約束，而保留（2個(gè)）自由度。3機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件（原動(dòng)件數(shù)目等于自由度數(shù)目）。三計(jì)算分析題：1 計(jì)算如圖所示機(jī)構(gòu)的自由度，并指出復(fù)合鉸鏈、局部自由度和虛約束。2計(jì)算如圖所示機(jī)構(gòu)的自由度，并指出復(fù)合鉸鏈、局部自由度和

20、虛約束，如果以凸輪為原動(dòng)件，該機(jī)構(gòu)是否具有確定的運(yùn)動(dòng)？為什么?3如圖所示為齒輪連桿機(jī)構(gòu)，試分析： 1） 該機(jī)構(gòu)自由度為多少？（要計(jì)算過(guò)程） 2） 試用瞬心法求齒輪1與3的傳動(dòng)比1/3 第三章一 基本概念：1連桿機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)特點(diǎn)；2平面四桿機(jī)構(gòu)的類型；3有曲柄存在的條件，急回特性，傳動(dòng)角與壓力角，死點(diǎn)及死點(diǎn)與自鎖的區(qū)別等概念；4矢量方程圖解法，瞬心法，三心定理，怎樣求瞬心，絕對(duì)瞬心與相對(duì)瞬心的區(qū)別。二 填空題：1 對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)以曲柄為原動(dòng)件時(shí)，其最大傳動(dòng)角為（90）。2 3個(gè)彼此作平面平行運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件間共有( 3 )個(gè)速度瞬心,這幾個(gè)瞬心必定位于(同一直線上 );3 含有6個(gè)構(gòu)件的平面機(jī)構(gòu),其速

21、度瞬心共有( 15)個(gè),其中有( 5)個(gè)是絕對(duì)瞬心,有( 10)個(gè)是相對(duì)瞬心;4 一對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，若改為以曲柄為機(jī)架，則將演化為（回轉(zhuǎn)導(dǎo)桿）機(jī)構(gòu)。 5 在平面四桿機(jī)構(gòu)中，能實(shí)現(xiàn)急回運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)有（曲柄搖桿機(jī)構(gòu)）、（雙曲柄機(jī)構(gòu)）等。 6相對(duì)瞬心與絕對(duì)瞬心的相同點(diǎn)是（兩構(gòu)件上的同速點(diǎn)），不同點(diǎn)是（絕對(duì)速度為零及不為零），在有六個(gè)構(gòu)件組成的機(jī)構(gòu)中，有（15）個(gè)瞬心。7圖1三種四桿機(jī)構(gòu)分別是：1）(曲柄搖桿) 、2）(雙曲柄 )、3）(雙搖桿) 三 簡(jiǎn)答題：1 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)在死點(diǎn)位置時(shí)，驅(qū)動(dòng)力任意增加也不能使機(jī)構(gòu)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，這與機(jī)構(gòu)的自鎖現(xiàn)象是否相同？試加以說(shuō)明。 答：不同。死點(diǎn)位置驅(qū)動(dòng)力在驅(qū)動(dòng)方向

22、的分力為0；自鎖是驅(qū)動(dòng)力克服不了摩擦阻力所做的功。2 平面鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)存在曲柄的條件是什么？ 答：最長(zhǎng)桿最短桿之和小于等于其余兩桿之和，機(jī)架或連架桿為最短桿。3 在對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行速度分析時(shí)，速度瞬心法一般適用于什么場(chǎng)合？能否利用速度瞬心法對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行加速度分析? 答：構(gòu)件比較簡(jiǎn)單的場(chǎng)合，且各構(gòu)件間的速度瞬心容易確定，且直觀，不能對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行加速度分析。4四桿機(jī)構(gòu)中壓力角與傳動(dòng)角有什么關(guān)系？它們對(duì)傳動(dòng)性能有何影響？ 答：壓力角與傳動(dòng)角互余。壓力角越大，傳動(dòng)越不利；傳動(dòng)角越大，傳動(dòng)越有利。5在曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，當(dāng)以曲柄為原動(dòng)件時(shí)，是否有死點(diǎn)位置？為什么？ 答：沒(méi)有因?yàn)樵谇瑮U機(jī)構(gòu)的最小傳動(dòng)角始終大于0四

23、分析計(jì)算題：1 如圖3所示鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，各桿的長(zhǎng)度為桿1為28mm，桿2為52mm,桿3為50mm，桿4為73mm，當(dāng)取桿4為機(jī)架時(shí)，求機(jī)構(gòu)的極為夾角，桿3的最大擺角max，機(jī)構(gòu)的最小傳動(dòng)角min(結(jié)果可以作圖量取)。2圖示鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，已知BC=50mm, DC =35mm, AD =30mm,試問(wèn)： 若此機(jī)構(gòu)為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，且AB桿為曲柄，AB的最大值為多少？ 若此機(jī)構(gòu)為雙曲柄機(jī)構(gòu)，AB的最大值為多少？若此機(jī)構(gòu)為雙搖桿機(jī)構(gòu)，AB應(yīng)為多少？3 用圖解法設(shè)計(jì)擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，已知行程速比系數(shù)K=1.5，曲柄長(zhǎng)。求機(jī)架長(zhǎng)。4 設(shè)計(jì)一鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)，如圖已知其搖桿CD的長(zhǎng)度為75mm，極位夾角等于3

24、6，機(jī)架AD的長(zhǎng)度為100mm，搖桿的一個(gè)極限位置與機(jī)架間的夾角=45。求曲柄AB 的長(zhǎng)度，連桿BC的長(zhǎng)度，及該機(jī)構(gòu)的最小傳動(dòng)角min（不必求具體值，只需畫(huà)出出現(xiàn)最小傳動(dòng)角min時(shí)的機(jī)構(gòu)位置圖并在圖上標(biāo)出min即可） T4 T5 5 圖示機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖中，l=1(mm/mm),AB桿的角速度為1，方向如圖6所示，試用瞬心法求CD桿的角速度3的大小及方向。第四章一基本概念：1 凸輪機(jī)構(gòu)的分類;2常用的名詞術(shù)語(yǔ)（如基圓、推程、推程壓力角、回程、回程壓力角等）；3推桿常用的運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其特點(diǎn);4凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角有何要求；減小推程壓力角可采用哪些措施？二 填空題：1在凸輪機(jī)構(gòu)推桿的四種常用運(yùn)動(dòng)規(guī)律中(一次

25、多項(xiàng)式) 運(yùn)動(dòng)規(guī)律有剛性沖擊, (二次多項(xiàng)式) 運(yùn)動(dòng)規(guī)律有柔性沖擊; (正弦) 運(yùn)動(dòng)規(guī)律無(wú)沖擊;2 偏心直動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角過(guò)大時(shí)，可通過(guò) （增大基圓半徑）和 （增大凸輪遠(yuǎn)程運(yùn)動(dòng)角）來(lái)減小壓力角。 3凸輪的基圓半徑是從（凸輪回轉(zhuǎn)軸心）到（凸輪）的最短距離。 三 分析題：1一對(duì)心直動(dòng)尖頂推桿偏心圓凸輪機(jī)構(gòu)，O為凸輪幾何中心，O1為凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)中心，O1O=0.5OA，圓盤(pán)半徑R=60mm。1)根據(jù)圖a 及上述條件確定基圓半徑r0、行程h，C點(diǎn)壓力角c和D點(diǎn)接觸時(shí)的位移SD及壓力角D.2)若偏心圓凸輪幾何尺寸不變，僅將推桿由尖頂改為滾子，見(jiàn)圖b，滾子半徑rT=15mm。試問(wèn)上述參數(shù)r0、h、c和SD、

26、D有否改變？如認(rèn)為沒(méi)有改變需說(shuō)明理由，可不必計(jì)算數(shù)值；如有改變也需說(shuō)明理由，并計(jì)算其數(shù)值。在圖示的凸輪機(jī)構(gòu)中，凸輪為原動(dòng)件，其形狀為一偏心輪，（1）畫(huà)出基圓，并在圖上指出其基圓半徑rb; 畫(huà)出機(jī)構(gòu)在圖示位置時(shí)推桿位移和壓力角; 畫(huà)出凸輪由圖示位置沿逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)90后推桿位移和壓力角.第五章一基本概念：1 齒廓嚙合基本定律;2漸開(kāi)線的特性;3漸開(kāi)線齒廓的嚙合特點(diǎn);4漸開(kāi)線齒輪的基本參數(shù)和幾何尺寸;5一對(duì)齒輪的正確嚙合條件;6斜齒輪當(dāng)量齒輪的含義；7什么叫齒輪傳動(dòng)的重合度？其意義何在？8漸開(kāi)線齒輪變位修正的目的。二填空題：1內(nèi)嚙合斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)的正確嚙合條件是( 模數(shù)和壓力角應(yīng)分別相等且螺旋角相

27、同 )，蝸輪蝸桿的正確嚙合條件是（ 蝸桿的軸面模數(shù)和壓力角分別等于渦輪的端面模數(shù)和壓力角mx1=mt2，ax1=at2=a ） ; 2一對(duì)斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)的重合度由( 端面重合度，軸向重合度 )兩部分組成,斜齒輪的當(dāng)量齒輪是指( 以法向壓力角為壓力角，以法向模數(shù)為模數(shù)作的 )的直齒輪;3漸開(kāi)線齒輪的齒廓形狀取決于（ 基圓 ）半徑的大小，其值越大齒廓形狀越 （ 接近直線 ）。4采用（ 范成法 ）切制漸開(kāi)線齒廓時(shí)發(fā)生根切的原因是（ 刀具的頂部會(huì)過(guò)多的切入輪齒根部，因而將齒根的漸開(kāi)線切去一部分 ）。5斜齒輪的當(dāng)量齒數(shù)ZV = （ z/cos3B ），圓錐齒輪的當(dāng)量齒數(shù)ZV = （ z/cosa ）。

28、6一個(gè)采取負(fù)變位修正的直齒圓柱齒輪與同樣基本參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)齒輪相比較，其（ 齒頂 ）圓及（ 齒根 ）圓變小了；而（ 基 ）圓及（ 分度 ）圓有大小則沒(méi)有變。三簡(jiǎn)答題：1簡(jiǎn)述漸開(kāi)線的主要特性，并寫(xiě)出參數(shù)方程。 答：（1）發(fā)生線上BK線段長(zhǎng)度等于基圓上被滾過(guò)的弧長(zhǎng)AB，即BK=AB（2）發(fā)生線BK即為漸開(kāi)線在K點(diǎn)的法線，又因發(fā)生線恒切于基圓，故知漸開(kāi)線上任意點(diǎn)的法線恒與其基圓相切（3）發(fā)生線與基圓的切點(diǎn)B也是漸開(kāi)線在K點(diǎn)處的曲率中心，線段BK就是漸開(kāi)線在K點(diǎn)處的曲率半徑。（4）漸開(kāi)線的形狀取決于基圓的大小（5）基圓以內(nèi)無(wú)漸開(kāi)線，漸開(kāi)線極坐標(biāo)方程： Rk=Rb/cosk2對(duì)齒輪進(jìn)行變位修正的目的是什么？

29、 答：由于標(biāo)準(zhǔn)齒輪可能會(huì)產(chǎn)生根切；可能無(wú)法安裝；可能產(chǎn)生過(guò)大的尺側(cè)間隙，影響傳動(dòng)的平穩(wěn)性，重合度降低；一對(duì)相互嚙合的標(biāo)準(zhǔn)齒輪中，由于小齒輪齒廓漸開(kāi)線的曲率半徑較小，齒根厚度也較薄，參與嚙合的次數(shù)又較多，強(qiáng)度較低，影響到整個(gè)齒輪傳動(dòng)的承載能力。為了改善上述不足，故采用變位修正的方法進(jìn)行修正。3一對(duì)標(biāo)準(zhǔn)齒輪傳動(dòng)的實(shí)際中心距 大于標(biāo)準(zhǔn)中心距 時(shí)，其傳動(dòng)比有無(wú)變化？它們還能正確嚙合嗎？其重合度有無(wú)改變？ 答：無(wú)變化;能;減小4簡(jiǎn)述漸開(kāi)線標(biāo)準(zhǔn)斜齒圓柱齒輪當(dāng)量齒數(shù)Zv 的用途。 答：可求得漸開(kāi)線標(biāo)斜齒圓柱齒輪不發(fā)生根切的最少齒數(shù)，并根據(jù)換算的結(jié)果選擇加工的標(biāo)準(zhǔn)齒輪刀具。5漸開(kāi)線齒輪的基本參數(shù)有哪幾個(gè)？其中

30、哪些是有標(biāo)準(zhǔn)的？為什么說(shuō)這些參數(shù)是齒輪的基本參數(shù)？ 答：齒數(shù)z,模數(shù)m,壓力角 ，齒頂高系數(shù)ha*，頂隙系數(shù)c*壓力角、齒頂高系數(shù)和頂隙系數(shù)是標(biāo)準(zhǔn)的，因?yàn)檫@些參數(shù)能夠決定了齒輪的大小及齒輪齒廓的形狀。 6 簡(jiǎn)述漸開(kāi)線齒廓的嚙合特點(diǎn)。 答：（1）能保證定傳動(dòng)比傳動(dòng)且具有可分性（2）漸開(kāi)線齒廓之間的正壓力方向不變7什么叫齒輪傳動(dòng)的重合度？其意義何在？ 答：在一對(duì)輪齒的嚙合傳動(dòng)過(guò)程中，實(shí)際嚙合線段B1B2與法向齒距Pb的比值稱為齒輪傳動(dòng)的重合度重合度的大小表示同時(shí)參與嚙合的齒輪對(duì)數(shù)的平均值。重合度大，以為著同時(shí)參與嚙合的齒輪對(duì)數(shù)多，對(duì)提高齒輪傳動(dòng)的平穩(wěn)性和承載能力都有重要意義第六章一基本概念：1輪系

31、傳動(dòng)比的計(jì)算，及各輪轉(zhuǎn)向的判定;2輪系的功用.一填空題：1周轉(zhuǎn)輪系中的基本構(gòu)件( 中心輪，行星輪，行星架 );2周轉(zhuǎn)輪系中，若自由度為2，則稱其為（差動(dòng)輪系），若自由度為1，則稱其為（行星輪系）。二簡(jiǎn)答題:1什么叫周轉(zhuǎn)輪系？ 答：傳動(dòng)時(shí),輪系中至少有一個(gè)齒輪的幾何軸線位置不固定，而是繞另一個(gè)齒輪的固定軸線回轉(zhuǎn),這種輪系被稱為周轉(zhuǎn)輪系。2簡(jiǎn)述輪系的功用。 答：1 實(shí)現(xiàn)兩軸間遠(yuǎn)距離的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的傳動(dòng)、2 實(shí)現(xiàn)變速傳動(dòng)、3 實(shí)現(xiàn)換向傳動(dòng)、4 實(shí)現(xiàn)差速作用。三計(jì)算題：1如圖所示輪系中，已知各輪齒數(shù)為Z1Z225，Z2Z3=20，ZH=100，Z420。試求傳動(dòng)比i14。2如圖2所示已知齒輪1的轉(zhuǎn)速n1

32、=200r/min，而Z1=40，Z2=20，Z3=80。求1)nH的大小及方向T2 3如圖所示輪系中，已知各輪齒數(shù)為Z160，Z220，Z220，Z320，Z4=20，Z5=100，試求傳動(dòng)比i41。 第十一章一基本概念：1力的分類，驅(qū)動(dòng)力與阻抗力的區(qū)別；2慣性力的確定方法；3運(yùn)動(dòng)副中摩擦力的確定；4總反力的概念及其判定方法。二分析題：1如圖所示定滑輪2的直徑為D，虛線圓為轉(zhuǎn)動(dòng)副A中的摩擦圓，其半徑為，F(xiàn)為驅(qū)動(dòng)力，垂直向下。若不及繩與輪間的摩擦力，試求：1）在圖上標(biāo)出轉(zhuǎn)動(dòng)副A中的總反力FR12的位置和方向；2）使重物Q等速上升的驅(qū)動(dòng)力F（用Q表示）；3）該滑輪的機(jī)械效率 在如圖2所示機(jī)構(gòu)中，

33、已知各構(gòu)件的尺寸及1為常數(shù)（逆時(shí)鐘方向）。試確定：圖示位置的瞬心P13及P14的位置及滑塊4的速度v4（用1表示）；各運(yùn)動(dòng)副中的總反力R51、R12、R52、R23及R54的方位（不考慮各構(gòu)件重量及慣性力；圖中M及P為外力，虛線小圓為摩擦圓，運(yùn)動(dòng)副B和移動(dòng)副E處摩擦角為=10；要求分別作圖）。第十二章一基本概念：1機(jī)械效率的定義，機(jī)械效率的意義；2什么叫機(jī)構(gòu)的自鎖;3機(jī)械自鎖的條件.二填空題：1設(shè)螺紋的升角為，接觸面的當(dāng)量摩擦系數(shù)為（ fv ）,則螺旋副自鎖的條件為（2移動(dòng)副的自鎖條件是（ 驅(qū)動(dòng)力作用于摩擦角內(nèi) ） ，轉(zhuǎn)動(dòng)副的自鎖條件是（ 驅(qū)動(dòng)力作用于摩擦角圓內(nèi) ） ，從效率的觀點(diǎn)來(lái)看，機(jī)構(gòu)的自鎖條件是（ 驅(qū)動(dòng)力