机电一体化系统设计.docx
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机电一体化系统设计
机电一体化系统设计第一次作业
1:
［单选题］
在工业控制应用中，为了（），D/A转换的输出常常要配接V/1转换器。
A:
抑制共模电压的干扰B:
非电压信号的转换C:
信号的放大、滤波D:
适应工业仪表的要求参考答案：
D
2：
［单选题］以下产品不属于机电一体化产品的是
A:
机器人B:
移动电话C:
数控机床D:
复印机参考答案：
B
3:
［单选题］在机电一体化产品的开发过程中，总体方案设计完成后应立即进行
A:
样机设计（详细设计）B:
此方案的评审、评价C:
理论分析（数学模拟）D:
可行性与技术经济分析
参考答案：
B
4:
［单选题］按照控制水平分类，通用工业机器人属于
A:
点位控制机器人B:
连续路径控制机器人C:
离散路径控制机器人D:
控制路径机器人参考答案：
D
5:
［单选题］开放式体系结构中的VLSI是指
A:
不同的用户层次B:
用户的特殊要求C:
超大规模集成电路D:
模块化体系结构参考答案：
C
6:
［单选题］
在工业机器人的设计中，（）是理论分析阶段要进行的工作之一。
A:
传感器的选择及精度分析B:
技术经济性分析C:
控制系统硬件电路设计D:
控制系统软件配置与调试
参考答案：
A
1:
［论述题］问答题：
1试说明较为人们接受的机电一体化的含义。
2何谓机电一体化技术革命？
3机电一体化系统有哪些基本要素组成？
分别实现哪些功能？
参考答案：
1、答：
机电一体化乃是在机械的主功能、动力功能、信息功能和控制功能上引进微电子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机结合而构成系统的总称。
2、答：
将微型计算机等微电子技术用于机械并给机械以”智能"的技术革新潮流可称”机电一体化技术革命
3、答:
机电一体化系统（产品）要素
功能
控制器（计算机等）
控制（信息存储、处理、传送）
检测传感器
计测（信息收集与变换）
执行元件
驱动（操作）
动力源
提供动力（能量）
机构
构造
2:
［填空题］
1.工业三大要素是、、;机电一体化工程研究所追求的三大目标是:
、。
2.机电一体化研究的核心技术是问题。
3.机电一体化系统（产品）按设计类型分为：
、、。
4.
，并将机械装置与
机电一体化技术是在机械的、、、基础上弓丨入
电子装置用相关软件有机地结合所构成系统的总称。
参考答案：
1、物质，能源，信息，省能源，省资源，智能化
2、接口
3、开放性设计，适应性设计，变异性设计
4、主功能，动力功能，信息功能，控制功能，微电子技术
1:
［填空题］
1.机电一体化的三大效果是、、。
2.机电一体化系统（产品）的系统内部功能是、、、、。
3.机电一体化系统（产品）构成的五大部分（或子系统）是：
、、、
4.机电一体化接口按输入/输出功能分类、、、。
5.机电一体化系统（产品）按机电融合程度分为：
、、。
6.机电一体化系统实现三大功能应具有的两大重要特征（转换作用方式）：
和_
参考答案：
1、省能源，省资源，智能化2、主功能，动力功能，控制功能，构造功能，计测功能
4、机械接口，物理接口，信息接口，环境接口
5、机电互补法，机电结合（融合）法，机电组合法
6、以能源转换为主，以信息转换为主
2：
[论述题]
问答题：
1工业三大要素指的是什么？
2机电一体化系统的接口功能有哪两种？
3说明机电一体化系统（产品）的设计步骤。
4什么是机电互补法、结合法、组合法?
参考答案：
1答：
物质、能量、信息。
2答：
一种是输入/输出；另一种是变换、调整。
3答：
机电一体化产品的设计流程主要包括以下几步：
（1）根据目的功能确定产品的规格、性能指标
（2）产品功能部件、功能要素的划分（3）接口的设计
（4）综合评价（或整体评价）（5）可靠性复查（6）试制与调试
4答：
机电互补法又称取代法。
该方法的特点是利用通用或专用电子部件取代传统机械产品（系统）中的复杂机械功能部件或功能子系统，
以弥补其不足。
融合法它是将各组成要素有机结合为一体构成专用或通用的功能部件（子系统），其要素之间机电参数的有机匹配比较充分。
产品），
组合法它是将结合法制成的专用或通用功能部件（子系统）、功能模块，像积木那样组合成各种机电一体化系统故称组合法。
1：
[填空题]
1.机械系统部件的设计要求、、、、。
2.机械传动部件通常有、、、、等，其主要功能是和_
3.机械传动部件的实质是，目的是。
4.传动机构技术要求：
、、、。
5.滚珠丝杠副中滚珠的循环方式有和两种。
参考答案：
1、低摩擦，短传动链，最佳传动比，反向死区误差小，高刚性
2、螺旋传动，齿轮传动，同步带传动，高速带传动，各种非线性传动部件，传递转矩和转速
3、一种转矩、转速变速器，执行元件与负载之间在转矩与转速方面得到的最佳匹配
4、精密化，高速化，小型，轻量化
5、内循环和外循环
2：
[论述题]
问答题：
1设计机械传动部件时，为确保机械系统的传动精度和工作稳定性，常常提出哪些要求？
2机电一体化系统传动机构的作用是什么？
3机电一体化系统（产品）对传动机构的基本要求是什么？
4现有一双螺母齿差调整预紧式滚珠丝杠，其基本导程入0=6mm—端的齿轮齿数为100、另一端的齿轮齿数为98,
当其一端的外齿轮相对另一端的外齿轮转过2个齿时，试问：
两个螺母之间相对移动了多大距离？
参考答案：
1答：
常提出低摩擦、无间隙、低惯量、高刚度、高谐振频率、适当的阻尼比等。
2答：
传递转矩和转速。
3答：
精密化,高速化,小型、轻量化。
4答：
Z1=100,Z2=98,△S=（2/Z1）*入0=0.02*6mm=0.12mm
1：
[填空题]
1.齿轮传动部件是、的变换器。
2.各级传动比的最佳分配原则
3.谐波齿轮传动的波发生器相当于行星轮系的，柔轮相当于，刚轮则相当于。
因此，
的传动比可以应用行星轮系求传动比的方式来计算。
4.圆柱齿轮传动间隙的调整方法有、、。
5.常用的间歇传动机构有、、等。
参考答案：
1、转矩，转速和转向
2、重量最轻原则，输出轴转角误差最小原则，等效转动惯量最小原则
3、转臂，行星轮，中心轮，谐波齿轮传动装置（谐波减速器）
4、偏心套（轴）调整法，轴向垫片调整法，双片薄齿轮错齿调整法
5、棘轮传动，槽轮传动，蜗形凸轮传动2：
[论述题]
问答题：
1各级传动比的分配原则是什么？
输出轴转角误差最小原则是什么？
2谐波齿轮传动有何特点？
传动比的计算方法是什么？
3设有一谐波齿轮减速器,其减速比为100，柔轮齿数为99当刚轮固定时,试求该谐波减速器的刚轮齿数及输出轴的转动方向（与输入轴的转向相比较）。
4齿轮传动的齿侧间隙的调整方法有哪些?
参考答案：
1、答：
（1）各级传动比的分配原则是：
1、重量最轻原则：
2、输出轴转角误差最小原。
3、等效转动惯量最小原则
（2）输出轴转角误差最小原则是：
为提高机电一体化系统齿轮传动的精度，各级传动比应按先小后大的原则
分配，以便降低齿轮的加工误差、安装误差以及回转误差对输出转角精度的影响。
总转角误差主要取决于最未一级齿轮的转角误差和转动比的大小，在设计中最未两级传动比应取大一些，并尽量提高最未一级齿轮的加工精度。
2、答：
（1）谐波齿轮传动特点有：
结构简单、传动比大、传动精度高、回程误差小、噪声低、传动平稳、承载能力强、效率高等特点。
谐波齿轮传动的波发生器相当于行星轮系的转臂，柔轮相当于行星轮，刚轮则相当于中心轮。
故谐波齿轮传动装置的传动比可以应用行星轮系求传动比的方式来计算。
严=气二毁=红
rg丁
吟%叫分别为则轮柔轮和波形发生器的角速冬则叫一轴G.
当柔性轮固定时，-呂^L=1_jL=V1L/=^=_?
L叫-%乙叫j4叭y
当刚性轮固定时，生如M玉玉如曲二二—
0—0）,.Z&）,.Z（0Z~Z
ffffffgrg
3、答：
根据公式：
iHr=Zr/（zr-zg）可知：
当iHr=100时,Zg=99,（但一般刚轮齿数比柔轮齿数多，所以舍去）
当iHr=-100时,Zg=101;故该谐波减速器的刚轮齿数为101,（柔轮）输出轴方向与（波发生器）输入轴转向相反。
（提示：
一般来说，刚轮仅比柔轮多几个齿；刚轮固定时，柔轮与输出轴固联；柔轮固定时，刚轮与输出轴固联，两种情况下，波发生器均与输入轴固联）
4、答
（1）圆柱齿轮传动:
1偏心套（轴）调整法;2轴向垫片调整法;3双片薄齿轮错齿调整法。
（2）斜齿轮传动：
错齿调整法
用两个薄片齿轮与一个宽齿轮啮合，只是在两个薄片斜齿轮的中间隔开了一小段距离，这样它的螺旋线便错开了。
（3）
锥齿轮采用弹簧调整方式。
1：
［填空题］
1.导向支承部件的作用是部件按给定的的运动方向运动。
2.导轨副主要由和两大部分组成。
3•常用的导轨副的种类很多，按接触面的摩擦性质可分为、、。
4.机电一体化系统对导轨的基本要求是：
、、、、以及
5.常见的导轨截面形状：
、、及等四种。
6.直线运动滚动导轨副的滚动体有和两种类型。
参考答案：
1、支承和限制运动，运动要求和规定
2、承导件和运动件
3、滑动导轨，滚动导轨，流体介质摩擦导轨等
4、导向精度高，刚性好，运动轻便平稳，耐磨性好，温度变化影响小，结构工艺性好等
5、三角形（分对称、不对称两类），矩形，燕尾形，圆形
6、循环的，不循环的
1：
[填空题]
1.旋转支承分为、、、。
2.滑动摩擦支承按其结构特点可分为、、和；滚动摩擦支承按其结构特点，可分为
和。
3.置中精度是指在任意截面上，与之间产生偏移的程度。
4.弹性支承的弹性阻力矩，能在振动情况下工作，宜用于机构。
参考答案：
1、滑动，滚动，弹性，气体（或液体）摩擦支承2、圆柱，圆锥，球面，顶针支承，填入式滚珠支承，刀口支承
3、运动件的中心，承导件的中心4、极小，精度不高的摆动
2：
[论述题]问答题：
1支承的基本要求是什么？
参考答案：
答：
①方向精度和置中精度；②摩擦阻力矩的大小；③许用载荷；④对温度变化的敏感性；⑤耐磨性以及磨损的可补偿性；⑤抗振性；⑦成本的高低。
1：
[填空题]
1.轴系由轴及安装在轴上的、等传动部件组成，有和中间传动轴轴系。
2.轴系的主要作用是及的回转运动，它直接承受外力（力矩）。
3.滚动轴承已标准化系列化，有、和，共十种类型。
参考答案：
1、齿轮，带轮，主轴轴系2、传递转矩，传动精确3、向心轴承，向心推力轴承，推力轴承
2：
[论述题]
问答题：
轴系部件设计的基本要求有哪些？
参考答案：
答：
①旋转精度②刚度③抗震性④热变形⑤轴上零件的布置
1：
［单选题］根据传动轴的不同特点，可选用不同类型的传动部件。
要求传动轴相交的传动部件为
A:
直齿圆柱齿轮B:
斜齿圆柱齿轮C:
带锥度齿轮法D:
压簧消隙结构参考答案：
C
2：
［单选题］
多级齿轮传动中，各级传动比"前大后小”的分配原则适用于按（）设计的传动链。
A:
最小等效转动惯量原则B:
输出轴的转角误差最小原则C:
重量最轻原则（小功率装置）
D:
重量最轻原则（大功率装置）参考答案:
D
3:
［单选题］齿轮传动的总等效惯量随传动级数（）
A:
增加而减小B:
增加而增加C:
减小而减小D:
变化而不变参考答案：
A
4:
［论述题］
问答题:
1试说明可以采取哪些措施提高机架或机座的抗振性？
参考答案:
答：
①提高静刚度，即从提高固有振动频率入手，以避免产生共振。
2增加阻尼，因为增加阻尼对提高动刚度的作用很大，如液（气）动、静压导轨的阻尼比滚动导轨大，故抗振性能好。
3在不降低机架或机座静刚度的前提下，减轻重量可提高固有振动频率，如适当减薄壁厚、增加筋和隔、采用钢材焊接代替铸件等。
4采取隔振措施，如加减振橡胶垫脚、用空气弹簧隔板等。
5:
［单选题］对于减速传动系统，若最后一级的间隙对系统精度影响最大，则传动比（）
A:
小于1
B:
等于I
C:
大于1
D:
小于等于1
参考答案:
C
6:
［单选题］要求滚珠丝杠副必须有预紧且在使用过程中因磨损需要定量调整时，应选用（）。
A:
双螺母螺纹预紧式结构
B:
双螺母齿差预紧式结构
C:
双螺母垫片调整预紧式结构
参考答案:
B
7:
［单选题］在机电一体化系统中，机械传动要满足伺服控制的基本要求满足（）。
A:
精度、稳定性、快速响应性
B:
精度、稳定性、低噪声
C:
精度，高可靠性、小型轻量化
D:
精度、高可靠性、低冲击振动
参考答案:
A
8:
［单选题］在机械传动系统中，用于加速惯性负载的驱动力矩为（）。
A:
电机力矩
B:
负载力矩
C:
折算负载力矩
D:
电机力矩与折算负载力矩之差
参考答案:
D
9:
［单选题］滚珠丝杠螺母副结构类型有两类:
外循环插管式和（）
A:
内循环插管式
B:
外循环反向器式
C:
内、外双循环
D:
内循环反向器式
参考答案:
D
10:
［单选题］闭环控制的驱动装置中，齿轮减速器位于前向通道，所以它的（）。
A:
传动误差不影响输出精度，但回程误差影响输出精度
B:
回程误差不影响输出精度，但传动误差影响输出精度
C:
回程误差和传动误差都不会影响输出精度
D:
回程误差和传动误差都会影响输出精度
参考答案:
B
11:
［单选题］为提高机电一体化机械传动系统的固有频率，应设法
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参考答案：
A
12:
［填空题］
1.机座或机架是的基础部件。
2.提高机座或机架的与，可以减小因其产生的变形、振动或爬行现象，影响产品的定位精度、加
工精度及其它性能。
3.机座或机架的稳定性是指长时间地和的精度，以防止产品的丧失。
4.机座或机架的结构设计必须保证其、和。
5.机座材料应根据其、、、和等要求选择。
参考答案：
1、支承其它零部件2、刚度，抗振性3、保持其几何尺寸，主要表面相对位置，原有精度
4、自身刚度，连接处刚度，局部刚度5、结构，工艺，成本，生产批量，生产周期
1：
［填空题］
1.利用的电动机，因其实用而成为常用的执行元件。
2.根据使用能量的不同，可以将执行元件划分为、和几种类型。
3.电动式是将变成驱动机械运动机构运动；液动式是将变换为并驱动机械执行机构运
动。
4.液动式执行元件主要包括、、等，其中占绝大多数。
参考答案：
1、电磁力2、电动式，液动式，气动式3、电能，电磁力，电能，液压能
4、往复运动油缸，回转油缸，液压马达，油缸
2：
［论述题］
问答题：
1简述机电一体化系统执行元件的分类及特点。
2机电一体化系统对执行元件的基本要求是什么？
参考答案:
1、答：
电一体化系统执行元件的特点及优缺点
种类
特点
优点
缺点
电
动
式
可使用商用电源；信号与动力的传送方向相冋；有交流和直流之别，应注意电压之大小。
操作简便；编程容易；能实现定位伺服；响应快、易与CPU相接；体积小、动力较大；无污染
瞬时输出功率大；过载差，特别是由于某种原因而卡住时，会引起烧毁事故，易受外部噪音影响
气
动
式
空气压力源的压力为（5~7）
x10Pa；要求操作人员技术熟练
气源方便、成本低；无泄漏污染；速度快、操作比较简单
功率小，体积大，动作不够平稳；不易小型化；远距离传输困难；工作噪声大、难于伺服
液
动
式
要求操作人员技术熟练；液
5
压源压力为（20~80）x10Pa
输出功率大，速度快，动作平稳，可实现定位伺服；易与CPU相接；相应快
设备难于小型化；液压源或液压油要求（杂质、温度、油量、质量）严格；易泄漏且有污染
2、答：
1惯量小、动力大2体积小、重量轻3便于维修、安装4易于微机控制
1:
［填空题］
1.电动机是将转换为的一种能量转换装置。
2.根据目标运动的不同，电动机及其控制方式也不同。
在机电一体化系统中常用的三种控制方式:
1答：
直流伺服电机为直流供电，为调节电动机的转速和方向，需要对其直流电压的大小和方向进行控制。
目前常用晶体管脉宽调理驱动和晶闸管直流调速驱动两种方式。
晶闸管直流驱动方式，主要通过调节触发装置控制晶闸管的触发延迟角（控制电压的大小）来移动触发脉冲的相位，从而改变整流电压的大小，使直流电动机电枢电压的变化易于平滑调速。
脉宽调制（PWM）直流调速驱动系统当输入一个直流控制电压U时，就可得到一定宽度与U成比例的脉冲方波给伺服电机电枢回路供电，通过改变脉冲宽度来改变电枢回路的平均电压，从而得到不同电压的电压值Ua，使直流电动
机平滑调速。
为使其实现双向调速,
1.2.3.4.如果在
2答：
通过电源的通断来获得电压脉冲信号，控制通断的时间比来获得不同的电压脉冲，通的时间越长，获得的平均电压越大，电机转的就快，反之，电机转的就慢。
电机的换向是通过桥式电路来实现的，通过在不同晶体管的基极加正负脉冲从而实现电机的转向控制。
线性放大桥式电路相似。
电桥由四个大功率的晶体管组成。
分别记作
时，在2和4的基级上加以负脉冲，这时1和3导通，
的方向与前一情况相反，电动机转向，
它是由四个大功率的晶体管组成，多采用桥式电路，其工作原理与
1和3的基极上加以正脉冲的同
2：
［单选题］
下列电动机中，没有绕组和磁极的电动机是（）
A:
直流电动机B:
超声波电动机C:
永磁同步电动机D:
交流感应电动机
参考答案：
B
3：
［单选题］某4极交流感应电动机，电源频率为50Hz,当转差率为0.02时，其转速为（）
A:
1450（r/min）B:
1470（r/min）C：
735（r/minD:
2940（r/min）参考答案：
B
4：
［单选题］在下列电机中，（）既可通过闭环实现速度或位置控制，又可作步进方式运行，且电机转速不受负载影
响，稳定性高。
A:
步进电机
B:
直流伺服电机
C:
交流同步伺服电机
D:
笼型交流异步电机参考答案：
C
称为（）
5:
［单选题］
直流电动机中,
A:
机械特性硬度
B:
调节特性
C:
机械特性
D:
失灵区
参考答案：
A
6:
［单选题］
（）又称为力矩电动机，在位置控制方式的伺服系统中，它可在堵转状态下工作。
A:
永磁式直流伺服电机
B:
电磁式直流伺服电机
C:
永磁式交流同步伺服电机
D:
笼型交流异步伺服电机
参考答案：
A
7:
［单选题］永磁同步电动机的基本组成部分不包含
A:
定子和永久磁钢转子
B:
位置传感器
C:
电子换向开关
D:
电刷
参考答案：
D
8［单选题］
下列操作中•可以使直流伺服电动机的理想空载转速升高的是（）
A:
增大电枢电阻
B:
减小电枢电压
C:
增大电枢电压
D:
减小电枢电阻
参考答案:
C
9:
[单选题]
三相交流感应电动机中，定子三相对称绕组中接入三相对称交流电源后，三相绕组中的电流在定子与转子之间的气隙中产生的磁场是（）
A:
脉动磁场
B:
静止磁场
C:
圆形旋转磁场
D:
无磁场
参考答案:
C
10:
[单选题]直流测速发电机输出的是与转速（）
A:
成正比的交流电压
B:
成反比的交流电压
C:
成正比的直流电压
D:
成反比的直流电压
参考答案:
C
11:
[填空题]
1.工业三大要素是、、；机电一体化工程研究所追求的三大目标是:
、
2.机电一体化研究的核心技术是问题。
3.机电一体化系统（产品）按设计类型分为:
、、。
4.机电一体化技术是在机械的、、、基础上引入，并将机械装置与电子装
置用相关软件有机地结合所构成系统的总称。
参考答案:
2、接口3、开放性设计，适应性设计，变异性设计
4、主功能，动力功能，信息功能，控制功能，微电子技术
1：
[填空题]
1.步进电机又称，它是将转换成的执行元件。
2.步进电机输入一个电脉冲就转动一步，即每当电动机绕组接受一个，转子就转过一个相应的
3.步进电机转子角位移的大小及转速分别与输人的及其成正比。
4.步进电机在时间上与输入脉冲同步，只要控制、以及即可获得所需的转角、转速
及转向，很容易用微机实现数字控制。
5.驱动电源是将送来的及按要求的配电方式自动地循环供给电动机各相绕组，
以驱动电动机转子正反向旋转。
参考答案：
1、脉冲电动机，电脉冲信号，机械角位移
2、电脉冲，步距角
3、电脉冲数，频率
4、输入电脉冲的数量，频率，电动机绕组通电相序
5、变频信号源（微机或数控装置等），脉冲信号，方向信号
2：
[论述题]
问答题：
1、步进电机具有哪些特点?
2、简述步进电机步距角大小的计算方法。
参考答案：
1、答：
步进电机具有以下特点：
①步进电机的工作状态不易受各种干扰因素（如电源电压的波动、电流的大小与波形
的变化、温度等）的影响，只要在它们的大小未引起步进电机产生"丢步”现象之前，就不影响其正常工作；②步进电机
的步距角有误差，转子转过一定步数以后也会出现累积误差，但转子转过一转以后，其累积误差变为"零”因此不会长
期积累；③控制性能好，在起动、停止、反转时不易”丢步”因此，步进电机广泛应用于开环控制的机电一体化系统，
使系统简化，并可靠地获得较高的位量精度。
2、答：
步距角的大小与通电方式和转子齿数有关，其大小可用下式计算:
a—360"/（zm）
式中：
z――转子齿数;
双拍时K=2）。
m运行拍数，通常等子相数或相数整数倍，即m=KN（N为电动机的相数，单拍时K=1，
1：
［论述题］
问答题：
1在设计微机控制系统中首先会遇到的问题是什么?
参考答案：
答：
在设计微机控制系统时，首先会遇到专用与通用的抉择和硬件与软件的权衡问题。
2：
［填空题］
1.专用控制系统的设计问题，实际上就是选用适当的来组成控制系统，以便与和相
匹配，或重新设计制作专用集成电路，把整个控制系统集成在一块或几块芯片上
2.通用控制系统的设计，主要是合理选择，设计与其执行元件和检测传感器之间的接口，并在此基础上
的问题。
3.从控制的角度出发，微机应能满足具有较、、和等要求。
参
升级会员 