机械设计基础第四版.docx

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机械设计基础第四版

一、选择题

1、链传动中，链节数常采用偶数，这是为了使链传动D。

A、工作平稳B、链条与链轮轮齿磨损均匀

C、提高传动效率D、避免采用过渡链节

2、一对圆柱齿轮传动，经校核得知满足弯曲强度，而不满足接触强度时，可以采取B。

A．保持中心距不变增大模数B．保持中心距不变增大齿数

C．增大中心距D．减小中心距

3、有一减速传动装置由带传动、链传动和齿轮传动组成，其安排顺序以方案为好A

A、带传动---齿轮传动---链传动

B、链传动---齿轮传动---带传动

C、带传动---链传动---齿轮传动

D、链传动---带传动---齿轮传动

4、在闭式齿轮传动中，高速重载齿轮传动的主要失效形式是C

A、轮齿疲劳折断B、齿面疲劳点蚀C、齿面胶合D、齿面磨粒磨损

5、对齿轮轮齿材料性能的基本要求是A

A、齿面要硬，齿芯要韧B、齿面要硬，齿芯要脆

C、齿面要软，齿芯要脆D、齿面要软，齿芯要韧

6、采用A的措施不能有效地改善轴的刚度。

A、改用合金钢B、改变轴的直径

C、改变轴的支承位置D、改变轴的结构

7、在下列滚动轴承代号中，B是圆锥滚子轴承。

A.N2210；B.30212；C.6215；D.7209AC。

8、为了提高蜗杆传动的效率η，在润滑良好的情况下，最有效的是采用措施。

B

A、单头蜗杆B、多头蜗杆C、大直径系数的蜗杆D、提高蜗杆转速n

9、一个滚动轴承的基本额定动载荷是指D。

A、该轴承的使用寿命为106转时，所受的载荷

B、该轴承的使用寿命为106小时时，所能承受的载荷

C、该轴承平均寿命为106转时，所能承受的载荷

D、该轴承基本额定寿命为106转时，所能承受的最大载荷

10、_____B___决定了从动杆的运动规律。

A、凸轮转速B、凸轮轮廓曲线C、凸轮形状D、凸轮形状和转速

11、斜齿轮和锥齿轮强度计算中的齿形系数和应力修正系数应按B查图表。

A、实际齿数B、当量齿数C、不发生根切的最少齿数

12、带传动中紧边拉力为F1，松边拉力为F2，则其传递的有效圆周力B。

A、F1+F2B、（F1—F2）/2C、（F1+F2）/2D、F1—F2

13、一减速齿轮传动，主动轮1用45钢调质，从动轮2用45钢正火，则他们齿面接触应力的关系是B。

A、σH1<σH2B、σH1=σH2C、σH1>σH2D、可能相等，也可能不等

14、提高齿面的抗点蚀能力，不能采用B的方法。

A、采用闭式传动B、加大传动的中心距C、提高齿面的硬度D、减小齿轮的齿数，增大齿轮的模数

15、当两个被联接件之一太厚，不易制成通孔，且不需要经常装拆时，往往采用（C）。

A.螺栓联接B.双头螺柱联接C.螺钉联接D.紧定螺钉联接　　

16、链传动中，链节数常采用偶数，这是为了使链传动（D）。

A、工作平稳B、链条与链轮轮齿磨损均匀

C、提高传动效率D、避免采用过渡链节

17、机构传力性能的好坏能用

C来衡量。

A．载荷角B．极位夹角C．传动角D．摆角

18、带传动不能保证精确的传动化，其原因是C。

A、带容易变形和磨损B、带在带轮上打滑

C、带的弹性滑动D、带的材料不遵守胡克定律

19、凸轮机构的从动件作等加速等减速运动时，产生（C）冲击。

A．刚性B．没有C．柔性D．不确定

20、普通平键联接传递动力是靠____B___。

A．两侧面的摩擦力　　　B．两侧面的挤压力

C．上下面的挤压力　　　D．上下面的摩擦力

21、C盘形凸轮机构的压力角恒等于常数。

A、摆动尖顶从动件B、直动滚子从动件

C、摆动平底从动件D、摆动滚子从动件

22、当链传动的速度较高且传递的载荷也较大时，应选取B。

A、大节距的单排链B、小节距的多排链C、两者均可

23、按基本额定动载荷选定的滚动轴承，在预期使用期限内其破坏率最大为C。

A、1%B、5%C、10%D、50%

24、增大轴肩过渡处的圆角半径，其优点是C。

A、使零件的周向定位比较可靠B、使轴的加工方便

C、使零件的轴向定位比较可靠C、降低应力集中，提高轴的疲劳强度

25、在轴的初步计算中，轴的直径是按B进行初步确定的。

A、抗弯强度B、抗扭强度C、轴段的长度D、轴段上零件的孔径

26、机械工程中，通常利用（B）的惯性储蓄能量，以越过平面连杆机构的死点位置。

（A）从动件（B）连架杆（C）主动件（D）连架杆和从动件

27、渐开线标准齿轮的根切现象发生在（D）。

（A）模数较大时（B）模数较小时（C）齿数较多时（D）齿数较少时

28、选取V带型号，主要取决于（C）。

（A）带的线速度（B）带的有效拉力

（C）带传递的功率和小带轮转速（D）带的紧边拉力

29、选择普通平键的剖面尺寸（b×h）是根据（B）。

（A）轴的转速（B）轴的直径（C）轮毂长度（D）传递的扭矩

30、齿面接触疲劳强度设计准则是以不产生（D）破坏为前提建立起来的。

（A）齿面塑性变形（B）齿面磨损（C）齿面胶合（D）齿面疲劳点蚀

31、采用螺纹连接时，若被连接件之一厚度较大，且材料较软，强度较低，需要经常装拆，则一般宜采用（B）。

（A）螺栓连接（B）双头螺柱连接（C）螺钉连接（D）紧定螺钉

32、一般来说，（C）更能承受冲击，但不太适合于较高的转速下工作。

（A）向心轴承（B）球轴承（C）滚子轴承（D）推力轴承

33、确定平行轴定轴轮系传动比符号的方法为（D）。

（A）只可用（－1）m确定（B）只可用画箭头方法确定

（C）用画箭头方法确定（D）既可用（－1）m确定也可用画箭头方法确定

34、在齿轮减速器中，一般将小齿轮的宽度b1取得比大齿轮的宽度b2（A）。

（A）大（B）小（C）相等（D）随意取值

35、一对标准直齿圆柱齿轮传动，经校核得知满足接触强度，而不满足弯曲强度时，可以采取（D）。

（A）提高齿面硬度（B）增大齿数（C）增大中心距（D）保持中心距不变增大模数

36、设计斜齿圆柱齿轮传动时，螺旋角β一般在8°～20°范围内选取，β太小斜齿轮传动的优点不明显，太大则会引起（C）。

（A）啮合不良（B）制造困难（C）轴向力太大（D）传动平稳性下降

37、与连杆机构相比，凸轮机构的最大缺点是（B）。

（A）惯性力难以平衡（B）点、线接触，易磨损

（C）设计较为复杂（D）不能实现间歇运动

40、对齿面硬度≤350HBS的一对齿轮传动，选取齿面硬度时应使（D）。

（A）小齿轮齿面硬度<大齿轮齿面硬度（B）小齿轮齿面硬度=大齿轮齿面硬度

（C）小齿轮齿面硬度≤大齿轮齿面硬度（D）小齿轮齿面硬度>大齿轮齿面硬度

41、一对齿轮连续传动的条件是（A）。

（A）重合度大于1（B）模数相等（C）压力角相等（D）传动比恒定在

42、机构传力性能的好坏能用（B）来衡量。

（A）载荷角（B）压力角（C）极位夹角（D）摆角

43、用齿条形刀具加工标准直齿圆柱齿轮，不根切的最少齿数是（C）。

（A）14（B）24（C）17（D）21

44、普通平键的主要失效是（D）。

（A）键被弯曲折断（B）工作面产生胶合破坏

（C）工作面产生过度磨损（D）工作面被压溃或键被剪断

45、用范成法切制齿轮时，只要两齿轮（C），就可以用同一把滚刀。

（A）模数相等（B）压力角相等（C）模数和压力角分别相等（D）齿数相等

46、对齿面硬度≤350HBS的一对齿轮传动，选取齿面硬度时应使（B）。

（A）小齿轮齿面硬度<大齿轮齿面硬度（B）小齿轮齿面硬度>大齿轮齿面硬度

（C）小齿轮齿面硬度=大齿轮齿面硬度（D）小齿轮齿面硬度≤大齿轮齿面硬度

48、普通V带按截面尺寸由小到大分为（D）七种。

（A）GFCDEBA（B）EBCBAZY（C）ABCDEFG（D）YZABCDE

49、阶梯轴应用最广的主要原因是（C）。

（A）传递载荷大（B）制造工艺性好（C）便于零件装拆和固定（D）疲劳强度高

50、齿轮传动中，若中心距及其他条件不变，当（A），则齿根弯曲强度增大。

（A）增大模数，减少齿数时（B）减小模数，增多齿数时

（C）增多齿数，两齿轮均负变位时（D）增大传动比

51、在曲柄摇杆机构中，摇杆为主动件时，（C）死点位置。

（A）不存在（B）摇杆与连杆共线时为

（C）曲柄与连杆共线时为（D）曲柄与机架共线时为

52、一个齿轮上的圆有（B）。

（A）齿顶圆和齿根圆（B）齿顶圆，分度圆，基圆和齿根圆

（C）齿顶圆，分度圆，基圆，节圆，齿根圆（D）分度圆，基圆

53、齿面硬度≤350HBS的闭式钢制齿轮传动中，主要失效形式为（A）。

（A）齿面点蚀（B）齿面磨损（C）齿面胶合（D）轮齿折断

54、在下列四种型号的滚动轴承中，（A）必须成对使用。

（A）深沟球轴承（B）圆锥滚子轴承（C）推力球轴承（D）圆柱滚子轴承

55、在铰链四杆机构中，若最短杆与最长杆长度之和小于其余两杆长度之和，为了获得双曲柄机构，其机架应取（D）。

（A）最短杆的相对杆（B）最短杆的相邻杆（C）任何一杆（D）最短杆

56.渐开线直齿圆柱齿轮的正确啮合条件是（D）

A、模数相等　　B、压力角相等

C、模数和压力角分别相等且为标准值D、模数和压力角分别相等　

57．齿轮渐开线的形状取决于（B）。

A、齿顶圆半径的大小B、基圆半径的大小

C、分度圆的大小D、压力角α的大小

58．一般开式齿轮传动，其主要失效形式是（B）。

A、齿面点蚀B、齿面磨粒磨损

C、齿面塑性变形D、齿面胶合

59.链传动设计时，链节数最好取（A）。

A、偶数B、奇数C、质数D、链轮齿数的整数倍

60．带传动在工作中产生弹性滑动的原因是（C）。

A、带与带轮之间的摩擦系数较小B、带绕过带轮产生了离心力

C、带的弹性与紧边和松边存在拉力差D、带传递的中心距大

61.带传动的最大应力发生在（　A）。

A、紧边与小轮的切点　B、紧边　

C、松边　D、松边与小轮的切点

62.带传动中，

为主动轮圆周速度，

为从动轮圆周速度，

为带速，这些速度之间存在的关系是（B）。

A、

=

=

B、

>

>

C、

<

<

D、

=

>

63．设计V带传动时，为防止（A），应限制小带轮的最小直径。

A、带内的弯曲应力过大B、小带轮上的包角过小

C、带的离心力过大D、带的长度过长

64．设计带传动的基本原则是：

保证带在一定的工作期限内（D）

A、不发生弹性滑动B、不发生打滑

C、不发生疲劳破坏D、既不打滑，又不疲劳破坏

65．带传动传动比不准确的原因是（C）

A、大小带轮包角不等B、摩擦系数不稳定

C、总是存在弹性滑动D、总是存在打滑现象

66.下列铰链四杆机构中，没有急回特性机构是（C）。

A、曲柄摇杆机构B、导杆机构

C、对心曲柄滑块机构D、偏心曲柄滑块机构

67．当平面连杆机构在死点位置时，其压力角和传动角分别为（B）。

A、0°、90°B、90°、0°

C、90°、90°D、0°、0°

二、判断题（正确的打“√”，错误的打“×”。

每题1分，共10分）

1、在实际生产中，有时也利用机构的"死点"位置夹紧工件。

（）

2、螺纹中径是螺纹的公称直径。

（）

3、平键的工作面是两个侧面。

（）

4、将通过蜗杆轴线并与蜗轮轴线垂直的平面定义为中间平面。

（）

5、利用轴肩或轴环是最常用和最方便可靠的轴上固定方法。

（）

6、标准滚动轴承的组成：

内圈、外圈、滚动体、保持架。

（）

7、按轴的受载情况可分为：

传动轴、心轴、正轴。

（）

8、带的弹性滑动使传动比不准确，传动效率低等，磨损加快，因此弹性滑动是一种失效形式。

（）

9、m、α、ha*、c*都是标准值的齿轮是标准齿轮。

（）

10、一个铰链四杆机构若为双摇杆机构，则最短杆与最长杆长度之和一定大于其他两杆长度之和。

（）

装订线内不要答题

三、简答题（每题6分，共24分）

1、机构运动简图有什么作用？

如何绘制机构运动简图？

2、根据连架杆运动形式的不同，铰链四杆机构有哪几种基本类型？

3、一对标准直齿圆柱齿轮、一对标准斜齿圆柱齿轮的正确啮合条件？

4、轴承代号6308/P63的轴承类型、内径尺寸和公差等级？

永磁交流伺服电机位置反馈传感器检测相位与电机磁极相位的对齐方式

2008-11-07　　　来源：

internet　　　浏览：

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主流的伺服电机位置反馈元件包括增量式编码器，绝对式编码器，正余弦编码器，旋转变压器等。

为支持永磁交流伺服驱动的矢量控制，这些位置反馈元件就必须能够为伺服驱动器提供永磁交流伺服电机的永磁体磁极相位，或曰电机电角度信息，为此当位置反馈元件与电机完成定位安装时，就有必要调整好位置反馈元件的角度检测相位与电机电角度相位之间的相互关系，这种调整可以称作电角度相位初始化，也可以称作编码器零位调整或对齐。

下面列出了采用增量式编码器，绝对式编码器，正余弦编码器，旋转变压器等位置反馈元件的永磁交流伺服电机的传感器检测相位与电机电角度相位的对齐方式。

增量式编码器的相位对齐方式

在此讨论中，增量式编码器的输出信号为方波信号，又可以分为带换相信号的增量式编码器和普通的增量式编码器，普通的增量式编码器具备两相正交方波脉冲输出信号A和B，以及零位信号Z；带换相信号的增量式编码器除具备ABZ输出信号外，还具备互差120度的电子换相信号UVW，UVW各自的每转周期数与电机转子的磁极对数一致。

带换相信号的增量式编码器的UVW电子换相信号的相位与转子磁极相位，或曰电角度相位之间的对齐方法如下：

1.用一个直流电源给电机的UV绕组通以小于额定电流的直流电，U入，V出，将电机轴定向至一个平衡位置； 

2.用示波器观察编码器的U相信号和Z信号； 

3.调整编码器转轴与电机轴的相对位置； 

4.一边调整，一边观察编码器U相信号跳变沿，和Z信号，直到Z信号稳定在高电平上（在此默认Z信号的常态为低电平），锁定编码器与电机的相对位置关系； 

5.来回扭转电机轴，撒手后，若电机轴每次自由回复到平衡位置时，Z信号都能稳定在高电平上，则对齐有效。

 撤掉直流电源后，验证如下：

1.用示波器观察编码器的U相信号和电机的UV线反电势波形； 

2.转动电机轴，编码器的U相信号上升沿与电机的UV线反电势波形由低到高的过零点重合，编码器的Z信号也出现在这个过零点上。

上述验证方法，也可以用作对齐方法。

需要注意的是，此时增量式编码器的U相信号的相位零点即与电机UV线反电势的相位零点对齐，由于电机的U相反电势，与UV线反电势之间相差30度，因而这样对齐后，增量式编码器的U相信号的相位零点与电机U相反电势的-30度相位点对齐，而电机电角度相位与U相反电势波形的相位一致，所以此时增量式编码器的U相信号的相位零点与电机电角度相位的-30度点对齐。

有些伺服企业习惯于将编码器的U相信号零点与电机电角度的零点直接对齐，为达到此目的，可以：

1.用3个阻值相等的电阻接成星型，然后将星型连接的3个电阻分别接入电机的UVW三相绕组引线； 

2.以示波器观察电机U相输入与星型电阻的中点，就可以近似得到电机的U相反电势波形； 

3.依据操作的方便程度，调整编码器转轴与电机轴的相对位置，或者编码器外壳与电机外壳的相对位置； 

4.一边调整，一边观察编码器的U相信号上升沿和电机U相反电势波形由低到高的过零点，最终使上升沿和过零点重合，锁定编码器与电机的相对位置关系，完成对齐。

由于普通增量式编码器不具备UVW相位信息，而Z信号也只能反映一圈内的一个点位，不具备直接的相位对齐潜力，因而不作为本讨论的话题。

绝对式编码器的相位对齐方式 

绝对式编码器的相位对齐对于单圈和多圈而言，差别不大，其实都是在一圈内对齐编码器的检测相位与电机电角度的相位。

早期的绝对式编码器会以单独的引脚给出单圈相位的最高位的电平，利用此电平的0和1的翻转，也可以实现编码器和电机的相位对齐，方法如下：

1.用一个直流电源给电机的UV绕组通以小于额定电流的直流电，U入，V出，将电机轴定向至一个平衡位置； 

2.用示波器观察绝对编码器的最高计数位电平信号； 

3.调整编码器转轴与电机轴的相对位置； 

4.一边调整，一边观察最高计数位信号的跳变沿，直到跳变沿准确出现在电机轴的定向平衡位置处，锁定编码器与电机的相对位置关系； 

5.来回扭转电机轴，撒手后，若电机轴每次自由回复到平衡位置时，跳变沿都能准确复现，则对齐有效。

这类绝对式编码器目前已经被采用EnDAT，BiSS，Hyperface等串行协议，以及日系专用串行协议的新型绝对式编码器广泛取代，因而最高位信号就不符存在了，此时对齐编码器和电机相位的方法也有所变化，其中一种非常实用的方法是利用编码器内部的EEPROM，存储编码器随机安装在电机轴上后实测的相位，具体方法如下：

1.将编码器随机安装在电机上，即固结编码器转轴与电机轴，以及编码器外壳与电机外壳； 

2.用一个直流电源给电机的UV绕组通以小于额定电流的直流电，U入，V出，将电机轴定向至一个平衡位置； 

3.用伺服驱动器读取绝对编码器的单圈位置值，并存入编码器内部记录电机电角度初始相位的EEPROM中； 

4.对齐过程结束。

由于此时电机轴已定向于电角度相位的-30度方向，因此存入的编码器内部EEPROM中的位置检测值就对应电机电角度的-30度相位。

此后，驱动器将任意时刻的单圈位置检测数据与这个存储值做差，并根据电机极对数进行必要的换算，再加上-30度，就可以得到该时刻的电机电角度相位。

这种对齐方式需要编码器和伺服驱动器的支持和配合方能实现，日系伺服的编码器相位之所以不便于最终用户直接调整的根本原因就在于不肯向用户提供这种对齐方式的功能界面和操作方法。

这种对齐方法的一大好处是，只需向电机绕组提供确定相序和方向的转子定向电流，无需调整编码器和电机轴之间的角度关系，因而编码器可以以任意初始角度直接安装在电机上，且无需精细，甚至简单的调整过程，操作简单，工艺性好。

如果绝对式编码器既没有可供使用的EEPROM，又没有可供检测的最高计数位引脚，则对齐方法会相对复杂。

如果驱动器支持单圈绝对位置信息的读出和显示，则可以考虑：

1.用一个直流电源给电机的UV绕组通以小于额定电流的直流电，U入，V出，将电机轴定向至一个平衡位置； 

2.利用伺服驱动器读取并显示绝对编码器的单圈位置值； 

3.调整编码器转轴与电机轴的相对位置； 

4.经过上述调整，使显示的单圈绝对位置值充分接近根据电机的极对数折算出来的电机-30度电角度所应对应的单圈绝对位置点，锁定编码器与电机的相对位置关系； 

5.来回扭转电机轴，撒手后，若电机轴每次自由回复到平衡位置时，上述折算位置点都能准确复现，则对齐有效。

如果用户连绝对值信息都无法获得，那么就只能借助原厂的专用工装，一边检测绝对位置检测值，一边检测电机电角度相位，利用工装，调整编码器和电机的相对角位置关系，将编码器相位与电机电角度相位相互对齐，然后再锁定。

这样一来，用户就更加无从自行解决编码器的相位对齐问题了。

个人推荐采用在EEPROM中存储初始安装位置的方法，简单，实用，适应性好，便于向用户开放，以便用户自行安装编码器，并完成电机电角度的相位整定。

正余弦编码器的相位对齐方式 

普通的正余弦编码器具备一对正交的sin，cos1Vp-p信号，相当于方波信号的增量式编码器的AB正交信号，每圈会重复许许多多个信号周期，比如2048等；以及一个窄幅的对称三角波Index信号，相当于增量式编码器的Z信号，一圈一般出现一个；这种正余弦编码器实质上也是一种增量式编码器。

另一种正余弦编码器除了具备上述正交的sin、cos信号外，还具备一对一圈只出现一个信号周期的相互正交的1Vp-p的正弦型C、D信号，如果以C信号为sin，则D信号为cos，通过sin、cos信号的高倍率细分技术，不仅可以使正余弦编码器获得比原始信号周期更为细密的名义检测分辨率，比如2048线的正余弦编码器经2048细分后，就可以达到每转400多万线的名义检测分辨率，当前很多欧美伺服厂家都提供这类高分辨率的伺服系统，而国内厂家尚不多见；此外带C、D信号的正余弦编码器的C、D信号经过细分后，还可以提供较高的每转绝对位置信息，比如每转2048个绝对位置，因此带C、D信号的正余弦编码器可以视作一种模拟式的单圈绝对编码器。

采用这种编码器的伺服电机的初始电角度相位对齐方式如下：

1.用一个直流电源给电机的UV绕组通以小于额定电流的直流电，U入，V出，将电机轴定向至一个平衡位置； 

2.用示波器观察正余弦编码器的C信号波形； 

3.调整编码器转轴与电机轴的相对位置； 

4.一边调整，一边观察C信号波形，直到由低到高的过零点准确出现在电机轴的定向平衡位置处，锁定编码器与电机的相对位置关系； 

5.来回扭转电机轴，撒手后，若电机轴每次自由回复到平衡位置时，过零点都能准确复现，则对齐有效。

撤掉直流电源后，验证如下：

1.用示波器观察编码器的C相信号和电机的UV线反电势波形； 

2.转动电机轴，编码器的C相信号由低到高的过零点与电机的UV线反电势波形由低到高的过零点重合。

这种验证方法，也可以用作对齐方法。

此时C信号的过零点与电机电角度相位的-30度点对齐。

如果想直接和电机电角度的0度点对齐，可以考虑：

1.用3个阻值相等的电阻接成星型，然后将星型连接的3个电阻分别接入电机的UVW三相绕组引线； 

2.以示波器观察电机U相输入与星型电阻的中点，就可以近似得到电机的U相反电势波形； 

3.调整编码器转轴与电机轴的相对位置； 

4.一边调整，一边观察编码器的C相信号由低到高的过零点和电机U相反电势波形由低到高的过零点，最终使2个过零点重合，锁定编码器与电机的相对位置关系，完成对齐。

由于普通正余弦编码器不具备一圈之内的相位信息，而Index信号也只能反映一圈内的一个点位，不具备直接的相位对齐潜力，因而在此也不作为讨论的话题。

如果可接入正余弦编码器的伺服驱动器能够为用户提供从C、D中获取的单圈绝对位置信息，则可以考虑：

1.用一个直流电源给电机的UV绕组通以小于额定电流的直流电，U入，V出，将电机轴定向至一个平衡位置； 

2.利用伺服驱动器读取并显示从C、D信号中获取的单圈绝对位置信息；

 3.调整旋变轴与电机轴的相对位置； 

4.经过上述调整，使显示的绝对位置值充分接近根据电机的极对数折算出来的电机-30度电角度所应对应的绝对位置点，锁定编码器与电机的相对位置关系； 

5.来回扭转电机轴，撒手后，若电机轴每次自由回复到平衡位置时，上述折算绝对位置点都能准确复现，则对齐有效。

此后可以在撤掉直流电源后，得到与前面基本相同的对齐验