机电一体化试题及答案打印.docx

1、机电一体化试题及答案打印4.机电一体化研究的核心技术是接口问题。5.机电一体化系统（产品）构成的五大部分（或子系统）是：机械系统、电子信息 、动力系统、传感检测系统、执行兀件系统。6.机电一体化接口按输入 /输出功能分类机械接口 、物理接口、信息接口、环境接口 。7.机电一体化系统（产品）按设计类型分为：开放性设计、适应性设计、变异性设 8.机电一体化系统（产品）按机电融合程度分为：机电互补法、 机电结合（融合）法、机电组合法。9.机电一体化技术是在机械的主功能、动力功能、信息 基础上引入 微电子技术，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。10.机电一体化系统实现三大功能

2、应具有的两大重要特征（转换作用方式） :以能源转换为主和以信息转换为主 。11.丝杠螺母机构的基本传动形式有： 螺母固定丝杆转动并移动、 丝杆转动螺母移动、 螺母转动丝杆移动、丝杆固定螺母转动并移动四种形式。12.滚珠丝杠副按螺纹滚道截面形状分为单圆弧和双圆弧两类；按滚珠的循环方式分为内循环和外循环两类 13.滚珠丝杠副轴向间隙调整与预紧的基本方法有：双螺母螺纹预紧调整、双螺母齿差预紧调整、双螺母垫片 紧、弹簧自动调整预紧四种方式。14.滚珠丝杠副常选择的支承方式有：单推一单推式、双推一双推式、双推一简支式、双推一自 15.机电一体化系统（产品）常用齿轮传动形式有定轴轮系、行星轮系和谐波轮系三

3、种形式。16.在机电一体化系统机械传动中，常用的传动比分配原则有：重量最轻原则、转动惯量最小原则、传动精度最 则等。17.常用导轨副的截面形式有：三角形导轨、矩形导轨、燕尾形导轨、圆形导 四种形式。18.导轨刚度主要指：结构刚度、接触刚度和局部刚度。19.机电一体化系统（产品）中，常可选择的执行元件：电磁式、液压式、气压式和其他形式的执行元件。20.电动机的工作特性分为恒转矩工作和恒功率两个阶段，其转折点的转速和功率分别称为：额定转速禾 额定功率:伺服电动机用于调速控制时，应该工作在恒转矩阶段。21.步进电机按转子结构形式可分为：反应式步进电机、永磁式步进电机、混合式步进电机三种。22.步进电

4、机的工作方式有：单拍工作方式和倍拍工作方式。23.步讲电机的开环控制精度主要由步讲电机的结构形式 和工作方式 决定的;为了进一步提高步进电机的控制精度，可以采用细分电路来提高控制精度。24.依据步进电机的工作原理，步进电机的驱动控制电路主要由：方向控制电路、环形分配电路、驱动放大电路等组 成。25.机电一体化系统中，常用的微型计算机类型有：单片机控制系统、 单板机控制系统、工业微型计算机控制系统三种。26.提高机电一体化控制系统工作可靠性的措施主要有：隔离技术、 和 屏蔽技术、滤波技术27.常用传感器主要分为模拟信号检测传感器、数字信号检测传感器、 开关信号检测传感器 三种形式。28.机电有机

5、结合分析设计方法主要有稳态设计方法和动态设计方法两种。29.在机电一体化系统稳态设计的负载分析中，常见的典型负载形式有：惯性负载、外力负载、内力负载 、弹性负载、摩擦负载等。30.在进行机械系统负载和转动惯量的等效中，遵循的基本原则是能量守屮 一.填空1.机电一体化技术是 机械学 与 电子学 的结合；一个较完善的机电一体化系统包含：机械本体、动力与 执行机构、传感与检测部分 和控制与信息处理 五部分。2. 在应用力一电压相似原理建立机械系统数学模型时， 力对应 电压 、位移对应 电荷、速度对应 电流、质量对应 电 也、粘滞阻尼系数对应 电阻、弹簧柔度对应 电容、自由度对应 闭合回路。3. 传感

6、器的灵敏度反映了被测量的数值处在稳定状态时， 输出量 的变化量与输入量 的变化量的比值。4.电容式位移传感器是将被测物理量转换为 电容量变化的装置。5.滚珠丝杠副中滚珠的循环方式有 外循环和 内循环两种。6.测速发电机的负载电阻越大，其线性度 越好。7. 步进电机的步距角指在 一个电脉冲的作用下，电机转子转过的角位移。8. 谐波齿轮传动的三个主要部件是： 刚轮、柔轮和谐波发生器 。9. 直流伺服电机的机械特性指当 控制电压 U_一定时, 电磁转矩与转速之间的关系；调节特性指在 输出转矩 一定时， 转速 与 控制电压 之间的关系。1. 滚珠丝杆中滚珠的循环方式有 、 两种。2. 机电一体化系统，

7、设计指标和评价标准应包括 、 、 、 3在伺服系统中，在满足系统工作要求的情况下，首先应保证系统的 ，并尽量高伺服系统的响应速度。4.实现步进电动机通电环形分配的三种常用方法是 . . 。5. 抑制电磁干扰的常用方法有屏蔽、 、 、 、合理布局和软件抗干扰技术。6. 机电一体化系统一般由 、 、接口、 、 、 等部分组成。7. 机电一体化系统（产品）设计类型大致可分为 、适应性设计、 。一.填空1.通常一个较完善的机电一体化系统包含： 动力、执行器_、传感器、 计算机 和 传动机构 五部分。2传感器的静态特性指标主要有： 线性度 、 灵敏度 、 迟滞度 、 分辨力 和重复度 等。3.电感式位移

8、传感器是通过检测 电感量 的变化来检测被测量的位移。4. 滚珠丝杠副中采用双螺母是为了便于 螺旋弧轴向 间隙的调整。5. 在光栅式位移传感器中，莫尔条纹对光栅的 栅距 起到了放大作用。6. 谐波齿轮传动的三个主要部件是： 刚轮 、柔轮 和 。7直流伺服电机的优点是稳定性好、可靠性好、响应速度快和扭矩大等；无刷直流伺服电动机的优点是 无换向器、可控性好和稳定性好等8.机电一体化技术是 机械 与 微电子 的结合;10. 传感器的灵敏度反映了被测量的数值处在稳定状态时， 输出量 的变化量与 输入量 的变化量的比值。11.电容式位移传感器是将被测物理量转换为 电容 变化的装置。12.滚珠丝杠副中滚珠的

9、循环方式有 内循环 和外循环 两种。13.测速发电机的负载电阻越大，其线性度 越好 。14步进电机的步距角指在 电脉冲 的作用下，电机转子转过的角位移。15.直流伺服电机的机械特性指当 电枢电压 一定时, 转矩 与 转速 之间的关系；调节特性指在负载转矩 一定时， 电枢电压 与 转速 之间的关系。16.滚珠丝杆副中滚珠的循环方式有内循环和外循环两种17.在谐波齿轮传动中，若柔轮固定、谐波发生器主动、刚轮从动，则主、从动件转向 相同 。18. 传感器的迟滞特性是指输入量在增加和减少的过程中，同一输入量下其 输出量 的差别。19、 压电式加速度传感器中压电元件变形后所产生的 电荷量 与加速度成正比

10、。20、 若 max是传感器的最大非线性误差、 yFS为输出量的满刻度值，则传感器的线性度可表示为 max /FS。21、 在机电一体化产品的功能原理方案设计中，其功能元的组合方式常用的有串联结构、并联结构和 环形 三种形式。22、 在单圆弧型螺纹滚道的滚珠丝杠副中，其接触角 会随 轴向 载荷大小的变化而变化。二.选择题xB. y9.在可编程控制器的编程中，同一继电器线圈在梯形图中出现的次数最多为A. 2B . 1C . 3D .410. MCS 51的每个机器周期包含状态周期数为（D )A . 12B .24C . 10D .611.在滚珠丝杠副JB3162.2-91的标准中，最高的精度等级

11、是（A )A . 1级B .10级C . 7级D .C级16. 在同步齿型带传动中，节线的长度在工作过程中（ A ）A .不变 E.变长 C.变短 D.几乎不变17. Mechatronics 是两个不同学科领域名称的组合，这两个不同的学科是 （ B ）A .机械学与信息技术E.机械学与电子学C.机械学与自动化技术D.机械学与计算机18 计算机集成制造系统包括（D )A. CAD 、CAPP、CAMB. FMS C.计算机辅助生产管理D. A、 B 和 C19.在机电一体化系统数学模型建立的过程中经常会采用力电压等效法，A .电容 E.电荷 C.电阻20.直流伺服电动机的控制电压与输出转速之间

12、的函数关系式称为其A .转速特性 E.调节特性21.滚珠丝杠副的基本导程指丝杠相对于螺母旋转A .径向位移 E.轴向位移22.若直流测速发电机的负载电阻趋于无穷大，则输出电压与转速A .成反比 E.成正比 C.成平方关系23.在MCS 51中，MOV指令用于访问A .内部程序存储器 E.内部数据存储器32.通过计算机网络，将计算机辅助设计、计算机辅助规划以及计算机辅助制造，统一连接成一个大系统称为（B）A. 顺序控制系统 B. 计算机集成制造系统 C. 柔性制造系统 D. 伺服系统33. 描写动态系统的数学模型是 （A）A. 微分方程 B. 代数方程组 C. 常系数线性微分方程组 D. 以上答

13、案都不对34. 齿轮传动的总等效惯量随传动级数的 （A）A. 增加而减小 B. 增加而增加 C. 减小而减小 D. 变化而不变35. 某伺服电动机最高大输出转矩为 5N m,通过齿轮系5:1减速，可带动 （A ）的最大转矩负载。A. 25N m B. 50 N m C. 2.5 N m D. 1.25 N m36.某伺服电动机最高转速为 1200r/min，通过丝杠螺母传动带动机床进给运动，丝杠螺距为 6mm，最大进给速率可达（ B）B. 7.2m/min C. 5m/min D. 3.6m/min100条/mm，光栅条纹间的夹角 0.001弧度，则莫尔条纹的宽度是B. 20mm C. 10m

14、m D. 0.1mm38.直流测速发电机输出的是与转速（ C）D. 成反比的直流电压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39. 下列属于变磁阻电动机的是（ C）D.永磁同步电动机A.直流电动机 B.交流感应电动机 C.步进电动机40. 直流伺服电动机的理想空载转速为 （A）44.某三相步进电动机，转子 40个齿，欲使其步距角为1.5，应采用的通电方式为 （C ）A.单拍制 B.双拍制 C.单双拍制 D.细分电路简述题6.机械传动系统在机电一体化系统（产品）中的基本功能和作用是什么？机械传动系统在机电一体化系统中的基本功能是传递力 /转矩和速度/转速。实质上是一

15、种转矩，转速变换器。作用是使执行原件与负载之间在转矩和转速方面达到合理的匹配。7.简答机电一体化机械传动的主要功能，目的，基本要求。功能：传递力/转矩和速度/转速目的：使执行元件与负载之间在转矩和转速方面达到合理的匹配。基固本要求：转动间隙小，精度高，体积小，重量轻，运动平稳，传动转矩大。8.机电一体化系统（产品）的机械部分与一般机械系统相比，应具备哪些特殊要求？1.较高的定位精度。2.良好的动态响应特性响应快，稳定性好，收敛时间合理。 3。无间隙，低摩擦，低惯量，大刚度。 4。高的消振频率，合理的阻尼比。9.简述滚珠丝杠传动装置的组成，结构和应用特点。滚珠丝杠传动装置的组成由带螺旋槽的丝杆，

16、螺母，滚动元件，回珠装置组成。结构：丝杆轻动时，带动滚珠螺纹滚道滚动，为阻止滚珠从滚道端面掉岀，在螺母的螺旋槽两端没有滚珠回程引导装置构成滚珠的 循环返回通道，从而形成滚珠滚动的闭合通路。应用特点：阻尼小，传动效率高，合理的结构设计，适应大刚度传递，可实现无间隙 工作，不能自锁。10.试分析齿轮传动中，定轴传动、行星传动、谐波传动的组成与传动特点。定轴传动由圆柱齿轮传动，圆锥齿轮传动，蜗杆蜗杆传动。特点：结构简单。传递可靠，用几何特性来实现传动。行星传动主要是由传 动齿轮，定位齿轮，行星轮和行星架组成。特点。结构紧凑，可实现传动比更大，几何特性+机构传动原理来实现。谐波传动主要又钢轮， 柔轮，

17、波发生器组成。特点：结构紧凑，体积小，重量轻，充分发挥 材料的特性，传动比可大，也相当可靠，几何特性+ 材料弹性变化特性实现传动。11.滚动导轨副应达到的基本要求。高的导向精度，高的耐磨性，足够的刚度，良好的 工艺性12.导轨的刚度所包含的主要内容有哪些？以及各部分对导轨副的导向精度影响如何？静刚度一抵抗恒定载荷的能力。动刚度一抵抗变变载荷的能力。每一类刚度都包括：结构刚度，接触刚度，局部刚度13.机电一体化系统（产品）对执行元件的基本要求是什么？1惯量小，动力大。2体积小，重量轻。3安装方便，便于维护。4易于实现自动化控制14.机电一体化系统对伺服控制电动机的基本要求1性能密度大。2快速响应

18、性好。3位置控制与速度控制精度高，调速范围大，低速平稳性好，分辨率高以及振动噪音小。 4能适应频繁启动，可靠性高，寿命长。 5易于与计算机对接，实现计算机控制。16.对于伺服电动机半闭环控制系统而言，控制系统的主要构成有哪些？主要是指令控制器，反馈调节器，功率放大与整形电路，执行元件17.步进电机驱动控制电路设计的基本要求是什么？提高驱动信号，控制有效，可靠性，整形抗干扰电路18.简述机电一体化系统（产品）对检测传感器的基本要求。1体积小，重量轻，适应性好。 2精度和灵敏性高，响应快，稳定性好，信噪比高。 3安全可靠，寿命长。4便于与计算机对接。5不易受被检测对象和外部环境的影响。 6环境适应

19、能力强。7现场安装处理简单，操作方便。8价格便宜19.简答通用微机控制系统核心部件，通用微机控制系统的构成与特点。通用微型计算机的核心部件为可编程控制器和 工业计算机。构成；控制系统以通用微型计算机为核心，设计专用或选用通用的集成 IC芯片，接口电路，执行元件，传感器，以及相互合理匹配元件，组成具有较好通用能力的控制器。软件采用通用平台软件系统。特点：具有可靠性高，适应性强，但成本高，应采取一定的抗干扰措施等特点。适用于多品种，中小批量 生产的机电一体化产品。1.简述如图2所示死杠螺母传动机构的特点三、分析论述题a：结构简单，传动精度高。螺母支撑丝杆可消除轴向结构紧凑，丝刚刚性较高，要限制螺母

20、移动，需导向装置。空间较大，传动时间需限制螺母移动和丝杆转动。 D：结构性较高，但使用不方便，使用较少。图1丝杠螺母传动机构的基本传动形式3.试分析图示消除滚珠丝杠轴向间隙调整与预紧的工作原理与结构特点双螺母垫片预紧调整的结构特点：结构简单，刚性好，预紧可靠，使用中调 便。工作原理：在丝杆固定不动的条件下，增加垫片的厚度，左右丝杆螺母分别向 向右移动。二、填空题（每小题2分，共20分）1.滚珠丝杆中滚珠的循环方式： _内旋换和外循环2、 滚珠丝杠副的轴向间隙对系统有何影响？如何处理？2、如果滚珠螺旋副中有轴向间隙或在载荷作用下滚珠与滚道接触处有整不方 左移动和形，则当螺杆反向转动时，将产生空回

21、误差。为了消除空回误差，在螺杆上装配两个螺母 位置，使两个螺母中的滚珠在承受载荷之前就以一定的压力分别压向螺杆螺纹滚道相反的侧面, 从而消除了轴向间隙，也提高了轴向刚度。常用的调整预紧方法有下列三种。垫片调隙式 四、计算题1.弹性变1和2，调整两个螺母的轴向使其产生一定的变形，螺纹调隙式 齿差调隙式某工作台采用直流电机丝杠螺母机构驱动如图所示，已知电机轴的转动惯量 Jrn=4X 10-4kg m，与电机输出轴相连的小齿轮的转动惯量 J1=1 x 10-4kg m，大齿轮的转动惯量 J2=1.8 x 10-4kg 应 丝杠的转动惯量 JS=3.8 x 10-4kg nL工作台的质量 m=50kg

22、，丝杠导程 t=5mm ,图直流电机丝杠螺母机构驱动工作台JG=m (t/2 n) 2=50*1000*(0.005/2/3/14) 2=0.03166 ( kg m3)(2)Je=( j2+Js+jG)/i2= ( 1.8X 10-4+3.8X 10-4+316.6X 10-4) /52= 12.88 x 10-4 ( kg m3 )解：（1）(3)j= j1+ je=1 x 10-4 +12.88x 10-4 =13.88 (kg m3)2.已知某四级齿轮传动系统， 各齿轮的转角误差为 0 1= 2=8=0.01弧度，各级减速比相同，即ii = i2 = i4 =3，求该系统的最大转角误差

23、 0 max。解 : 0 max= 0 1/( i 1* i2* i 3* i4)+ ( 0 2+ 0 3)/ (i2* i3* i 4)+ ( 0 4+ 0 5)/ (i3* i 4)+ (A 0 6+ 0 7/ (i 4)+ 0 8=0.01/34+ 0.02/3 3+0.02/3 2+0.02/3+0.01=0.01975 (弧度)五、综合题1.分析下图调整齿侧间隙的原理。答：图中所示的双螺母螺纹预紧调整齿侧间隙，双螺母中的一个外端有凸缘，一个外端无凸缘，但制有螺纹，它 伸出套筒外用两个螺母固定锁紧，并用键来防止两螺母相对转动。旋转圆螺母可调整消除间隙并产生预紧力，之后再 用锁紧螺母锁紧

24、。2分析下图中传动大负载时消除齿侧间隙的原理。1、6小齿轮2、5 大齿轮3齿轮4预载装置 7齿条答：小齿轮1、6与齿条7啮合，与小齿轮1、6同轴的大齿轮2、5分别与齿轮3啮合，通过预载装置 4向齿轮3上预 加负载，使齿轮 2、5同时向相反方向移动，从而带动小齿轮 1、6转动，其齿面便分别紧贴在齿条 7上齿槽的左、右侧，从而消除了齿侧间隙1. 刻线为1024的增量式角编码器安装在机床的丝杠转轴上，已知丝杠的螺距为 2mm，编码器在10秒内输出307200 个脉冲，试求刀架的位移量和丝杠的转速分别是多少？解：(1 )丝杠旋转一周有 1024个脉冲，307200个脉冲对应于丝杠旋转 307200/1

25、024=300周，故刀架的位移量为300*2mm=600mm ,(2)丝杠的转速为 300*2 n/10=60 n (弧度/秒)2. 如图所示的电机驱动工作台系统，其中驱动 x向工作台的三相双三拍步进电机，转子齿数 z为100。滚珠丝杠的基本导程为l0=6mm。已知传动系统的横向(x向)脉冲当量 3为0.005mm/脉冲。试求：(1) 步进电机的步距角 a(2)减速齿轮的传动比i。图电机驱动工作台示意图解：(1) K=3 相，N=3 拍，z=100步进电机的步距角 a=360o/(z*m)= 360 o/(z*K*N)= 360 o/(100*3*3)=0.4 o(2)由于一个脉冲，步进电机旋

26、转0.4o,工作台横向(x向)脉冲当量0.005mm ,由于滚珠丝杠的基本导程为 l=6mm.对应于丝杠转动一周 360 o，设一个脉冲丝杠转动的角度为 x,贝U 6mm/360o=0.005/xo,得x=0.3o故减速齿轮的传动比 i= 0.3/0.4= 3/4五、综合题1图示直射式光电转速传感器是一种角位移传感器，由装在被测轴 （或与被测轴相连接的输入轴）上的带缝隙圆盘、光源、光电器件和指示缝隙盘组成，光源发生的光通过缝隙圆盘和指示缝隙照射到光电器件上。试分析传感器的测量原理。解：当装在被测轴（或与被测轴相连接的输入轴）上的带缝隙圆盘转动时，光敏元件接收到脉冲信号，若转动圆盘上 缝隙是均匀

27、刻制，总数量为 N,则光敏元件每输出 N个脉冲，就意味着圆盘转动一周 360o；若输出M个脉冲，就意味着转过360*M/No,因此，该传感器可以用于测量角度。如果在 T秒时间内转过输出 M个脉冲，就意味着转速为 360*M/N/T（o/s ）因此，该传感器也可以用于测量角速度。1某工作台采用如图所示的直流电机丝杠螺母机构驱动，已知工作台的行程 L=250mm，丝杠导程t=4mm，齿轮减速比为i=5，要求工作台位移的测量精度为 0.005mm （忽略齿轮和丝杠的传动误差）。（1） 若采用高速端测量方法，将旋转编码器安装在电机输出轴上，确定旋转编码器的每转脉冲数。DC伺服联轴器 ：11 | 1-

28、11电机-rr-:.11 -;1工作台1Ci=5齿轮减速器丝杠滚珠螺母图直流电机丝杠螺母机构驱动工作台（2） 若采用低速端测量方法，将传感器与丝杠的端部直接相连， ns=500脉冲/转的旋转编码器是否合用?360 ,24个齿,解：（1）设工作台位移（测量精度） 0.005mm时，丝杠转动的角度为 X ，则有360 X4mm 0.005mm得：X 0.45，若对应于电机轴的角度为 Y，则Y iX 2.25，安装在电机输出轴上的旋转编码器共有故旋转编码器的每转脉冲数为 360 /2.25 160（2）因为360 /0.45 800氏=500，故不合用。1 有一脉冲电源，通过环形分配器将脉冲分配给五

29、相十拍通电的步进电机定子励磁绕组，已知转子有A. 0.6 B . 1.2 C. 1.52.步进电机转动后，其输出转矩随着工作频率增高而（ B ）。3 采用脉宽调制（PWM ）进行直流电动机调速驱动时，通过改变（ A ）来改变电枢回路的平均电压，从而实现直流电动机的平滑调速。A.能源部分B .测试传感部分C.驱动部分D .执行机构(1)工作台折算到丝杠的等效转动惯量Jg；(2 )传动件折算到电机轴的等效转动惯量Je；J。Jm=4X io-4kg mf,与电机输出轴相连的1.某工作台采用直流电机丝杠螺母机构驱动如图所示，已知电机轴的转动惯量小齿轮的转动惯量 Ji=l x l0-4kg m,大齿轮的

30、转动惯量 J2=1.8 x 10-4kg m,丝杠的转动惯量 Js=3.8 x l0-4kg nt工作台的质量 m=50kg，丝杠导程t=5mm，齿轮减速比为i=5。试求:(3 )电机轴上的总转动惯量图直流电机丝杠螺母机构驱动工作台解：(1) JG=m (t / 2 n 2=50*1000*(0.005/2 x 3.14) 2=0.03166 ( kg m3)(2)Je=( j2+Js+jG)/i2= ( 1.8x 10-4+3.8X 10-4+316.6x 10-4) /52= 12.88 x 10-4 ( kg m3 )(3)J= J1+ Je =1 x 10-4 +12.88 x 10-4 =13.88 (kg m3)2已知某四级齿轮传动系统，各齿轮的转角误差为厶0 1= A 0 2= 0 8 = 0.01弧度，各级减速比相同，即 ii = i2 = = i4=3，求该系统的最大转角误差A 0 max。解：A 0 max= A 0 1/( i1* i2* i3* i4)+ ( A 0 2 + A