《机电一体化系统设计》复习大纲Word文档格式.docx
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（省能、省资源、智能化）。
12、机械传动部件的主要功能是传递（转矩、转速）。
13、机械系统一般由传动部件、导向支承部件、旋转支承部件、（轴系、和机架或箱体）组成
。
14、滚珠丝杆副中滚珠的循环方式有、（内循环、和外循环）两种。
15、齿轮传动部件可改变传动的（转矩、转速）和转向。
16、导向支承部件的作用是（支承、和限制）运动部件按给定的运动要求和规定的运动方向运动。
17、按照导轨副接触面的摩擦性质，导轨副可分为（滚动导轨、和滑动导轨）、气体/液体导轨、弹性摩擦导轨。
18、旋转支承的方向精度是指运动件转动时，其轴线与（承导件的轴线）承导件的轴线产生倾斜的程度。
19、滑动摩擦支承按其结构特点分可为圆柱支承、圆锥支承、（球面支承、和顶针支承）四类。
20、轴系的主要作用是传递（转矩、和传动精度）的回转运动，它直接承受外力。
21、轴系由轴及安装在轴上的（齿轮、带轮）等传动部件组成。
22、磁悬浮轴承是利用（磁场力）将轴无机械摩擦、无润滑地悬浮在空间的一种新型轴承。
23、执行元件是位于机械系统与控制系统连接部位的（能量）转换系统。
24、伺服电机分为（交流伺服电机、和直流伺服电机）。
25、控制用电机是电气伺服控制系统的动力部件，是将（电）能转换成（机械）能的一种能量转换装置。
26、控制用电机的运动方式有（回转驱动、和直线驱动）两种方式。
27、交流伺服电机可分为（同步型、和感应型）两大类。
28、步进电机可分为（变磁阻型、永磁型、和混合型）三大类。
29、伺服电机控制方式的基本形式包括（开环控制、半闭环控制、和全闭环控制）。
30、按照微型计算机的组装形式，微型计算机可分为（单片机、和单板机）微型计算机系统。
31、按照微处理机位数来分，微型计算机可分为位片、4位、8位、（16位、和32位）、64位等机种。
32、程序设计语言大致可以分为三大类，分别是（机器语言、汇编语言）和高级语言。
33、控制系统中的微机发出的控制信号一般要经过（功率放大）后，才能驱动各类执行元件。
34、信息转换电路包括弱电转强电电路、（数字脉冲转换电路、数/模，和模/数转换电路）、电量非电量转换电路。
35、PLC主要是利用逻辑运算以实现各种（开关量）的控制。
36、传感被检测对象的各种（物理变化量、）变为（电信号）的一种变换器。
37、按照输出信号的性质，可以将传感器分为（开关型、模拟型）和数值型。
38、微型计算机的总线一般包括：
（地址总线、数据总线、控制总线）。
39、机构动力学是研究构成机构要素的（惯性）和机构中各元、部件的（刚性）所引起振动的一门学问。
40、传感器变换器根据变换的物理过程可分为电/磁变换和光/电变换。
41、机电一体化系统的稳动态设计主要是（设计校正补偿装置）。
42、典型负载包括惯性负载、（外力负载、弹性负载）和摩擦负载等。
43、负载的等效变换是将被控对象相关部件的固有参数及其所受的（负载）等效换算到执行元件的（输出轴）上。
44、校正形式多种多样，工程上常用（对数频率法、和根轨迹方法）进行校正设计。
45、当系统的过渡过程结束后，其输出值达到与输出相对应的稳定状态，此时系统的输出值与目标值之差称为（稳态误差）。
46、PID调节器是（比例-积分-微分调节器）的简称。
47、系统中采用积分环节可以减少或消除（误差）。
48、由传动装置（传动系统）的（弹性变形）而产生的振动称为结构谐振（或机械振动）。
49、机械系统的结构模态参数有固有振动频率、振型、（模态刚度、模态质量）和模态阻尼等。
50、可靠性是指系统（或产品）在规定条件下和规定时间内，完成（规定功能）的能力。
三、选择题
1、机电一体化系统常用的设计类型有以下（）三种。
答案：
A
（A）开发性设计、适应性设计和变异性设计
（B）开发性设计、反求设计和变异性设计
（C）反求设计、变异性设计和逆向性设计
（D）适应性设计、变异性设计和逆向性设计
2、机电一体化产品融合了机械工程、电子工程、信息工程和控制工程等多学科于一体，其中（）是机电一体化产品的主功能。
C
（A）动力功能；
（B）信息功能；
（C）机械功能；
（D）控制功能
3、零接口是不进行任何变换和调整，输入即为输出，下列属于零接口的是（）。
（A）变压器；
（B）运算放大器；
（C）插头；
（D）A/D转换器
4、机电一体化系统的动力功能是向系统提供（），让系统得以运转的功能。
D
（A）物质；
（B）内部信息；
（C）外部信息；
（D）动力
5、机电一体化系统的主功能是对物质、能量、（）及其相互结合进行变换、存储和传递。
B
（A）结构；
（B）信息；
（C）检测；
6、在评价系统（产品）内部功能与系统的价值时，主功能的主要评价参数包括（）。
（A）系统误差、抗干扰能力、废弃物输出和变换效率
（B）能量输入、能源、精度和强度
（C）尺寸、重量、精度和强度
（D）系统误差、抗干扰能力、手动操作和接口数量
7、在评价系统（产品）内部功能与系统的价值时，构造功能的主要评价参数包括（）。
（A）系统误差、抗干扰能力和变换效率
（B）能量输入、精度和强度
（C）尺寸、重量和强度
（D）尺寸、手动操作和接口数量
8、无源接口是对无源要素进行变换和调整的接口，下列属于无源接口的是（）。
9、动力参数是用来表征机器输出动力大小的指标，下列属于动力参数的有（）。
（A）行程；
（B）方向；
（C）轨迹；
（D）力矩
10、下列属于线性传动部件的是（）。
（A）连杆机构；
（B）凸轮机构；
（C）棘轮传动机构；
（D）丝杆螺母副
11、下列属于非线性传动部件的是（）。
（B）减速装置；
（C）蜗轮蜗杆副；
12、下列属于丝杆螺母机构的传动部件是（）。
（A）减速装置；
（B）螺旋压力机；
（D）连杆机构
13、下列属于挠性传动部件的是（）。
（A）齿轮传动；
（B）蜗轮蜗杆副；
（C）同步带传动；
（D）槽轮传动机构
14、下列属于间隙传动机构的是（）。
15、轴的旋转精度是指装配后，无负载、低速旋转的条件下，轴前端的（）。
（A）径向跳动和轴向窜动量；
（B）径向跳动量
（C）轴向窜动量；
（D）系统误差
16、滚动轴承包括（）三大类。
（A）静压轴承、动压轴承和空气轴承
（B）静压轴承、动压轴承和磁悬浮轴承
（C）向心轴承、向必推力轴承和推力轴承
（D）向心轴承、向必推力轴承和磁悬浮轴承
17、执行元件的作用是将电能、液压能、气压能、化学能等转换为（）。
（A）热能；
（B）势能；
（C）机械能；
（D）光能
18、下列属于电磁式执行元件的是（）。
（A）伺服电机；
（B）液压马达；
（C）压电元件；
（D）气压马达
19、下列属于液压式执行元件的是（）。
20、下列属于气压式执行元件的是（）。
21、步进电动机是通过（）决定转角位移的一种伺服电动机。
（A）脉冲的宽度；
（B）脉冲的数量；
（C）脉冲的相位；
（D）脉冲的占空比
22、程序设计语言大致可以分为三大类，分别是（）。
（A）Basic语言、C语言、C++语言；
（B）机器语言、汇编语言、高级语言；
（C）VB、VC、FORTRAN语言；
（D）Basic语言、FORTRAN语言、PASCAL语言
23、在PLC基本指令中，逻辑乘指令是（）。
（A）RD；
（B）WRT；
（C）AND；
（D）NOT
24、在PLC基本指令中，逻辑加指令是（）。
（A）OR；
25、加速度传感器可以测量（）。
（A）线位移、角位移；
（B）线速度、角速度
（C）速度、加速度；
（D）线加速度、角加速度
26、重力、推力、应力可以用（）来测量。
（A）位移传感器；
（B）速度传感器；
（C）加速度传感器；
（D）力或压力传感器
27、为了改善系统的稳定性能和动态性能，一般采用（）进行调节。
（A）比例环节；
（B）积分环节；
（C）微分环节；
（D）比例-积分环节
28、闭环之内的动力传动链齿轮间隙影响系统的（）。
（A）稳定性；
（B）精度；
（C）刚度；
（D）强度
29、实验振动模态分析方法有（）。
（A）时域法和频域法；
（B）时域法和做图法；
（C）频域法和做图法；
（D）做图法
30、可靠性是指系统（或产品）在（）完成规定功能的能力。
（A）规定条件下；
（B）规定时间内；
（C）规定温度下；
（D）规定条件下和规定时间内
四、判断题
1、以物料搬运、加工为主，输入物质、能量和信息，经过加工处理，主要输出改变了位置和形态的物质，将这种系统（产品）称为工作机。
（√）
2、以能量转换为主，输入能量和信息，输出不同能量的系统（或产品），称为动力机。
（√）
3、以信息处理为主，输入能量和信息，主要输出某种信息（如数据、图像、文字、声音等）的系统（或产品），称为信息机。
4、机电一体化系统的构造功能的作用是根据系统的内部信息和外部信息对系统进行控制，使系统正常运转，实施目的功能。
（Х）
5、机电一体化系统的构造功能的作用是根据系统的内部信息和外部信息对系统进行控制，使系统正常运转，实施目的功能。
6、在评价系统（产品）内部功能与系统的价值时，动力功能的接口数量越多，意味着系统的价值越高。
（Х）
7、在评价系统（产品）内部功能与系统的价值时，计测功能的精度越高，意味着系统的价值越高。
8、在评价系统（产品）内部功能与系统的价值时，主功能的系统误差越小，意味着系统的价值越大。
（√）
9、电磁离合器是无源接口。
10、联轴器是有源接口。
11、齿轮减速器是有源接口。
12、机构接口是受通过接口部位的物质、能量与信息的具体形态和物理条件约束的接口。
13、运动参数是用来表征机器工作运动的轨迹、行程、方向和起止点正确性的指标。
14、动力参数是用来表征机器输出动力大小的指标。
15、蜗轮蜗杆副是线性传动部件。
16、凸轮机构是线性传动部件。
17、万向联轴器只能改变运动的传动速度，不能改变其传动方向。
18、丝杆螺母机构有作用主要是将旋转运动变换为直线运动或将直线运动变换为旋转运动。
19、千斤顶是属于以传递能量为主的丝杆螺母机构。
答案：
20、棘轮传动机构是挠性传动部件。
21、钢带传动是挠性传动部件。
22、导轨精度的保持性主要取决于导轨的耐磨性。
23、与圆柱支承相比，圆锥支承的方向精度和置中精度较低。
24、轴系可以分为主轴轴系和中间传动轴系。
25、形状记忆合金属于电磁式执行元件。
26、直流伺服电机的驱动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。
27、步进电机的步距角越小，表示其分辩力也越小。
28.伺服控制系统的比较环节是将输入的指令信号与系统的反馈信号进行比较，以获得输出与输入之间的偏差信号。
29、步进电机的步距角决定系统的最小位移，步距角越小，位移的控制精度越低。
30、微处理机（Microprocessor）简称CPU，它是一个大规模集成电路器件或超大规模集成电路器件。
31、微型计算机（Microcomputer）简称MC，它是以微处理机（CPU）为中心，加上只读存储器（ROM）、随机存取存储器（RAM）、输入/输出接口电路、系统总成及其它支持逻辑电路组成的计算机。
32、在PLC基本指令中，ANDNOT指令表示取反以后逻辑加。
33、位移传感器可以测量速度和加速度。
34、当系统的过渡过程结束后，其输出值达到与输出相对应的稳定状态，此时系统的输入值与目标值之差称为稳态误差。
35、由传动装置（传动系统）的塑性变形而产生的振动称为结构谐振（或机械振动）。
36、时域法是直接从机构系统结构的时间域和响应求取模态参数。
37、失效（或故障）越频繁，系统的可靠性越低。
38、如果系统不能完成规定功能，称为失效。
39、如果系统可以修复，称为故障。
五、简答题
1、试述机电一体化系统的设计开发流程。
答：
（1）根据目的功能确定产品规格、性能指标；
（2）系统功能部件、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。
2、机电一体化技术的目的是什么？
机电一体化技术的目的是提高产品的附加值，即多功能、高效率、高可靠性及节约材料和能源，并使产品结构向短、小、轻、薄化方向发展，从而不断满足人们生活多样化、生产省力化及自动化的需求。
3、机电一体化系统由哪几个子系统组成？
机电一体化系统由机械系统（机构）、信息处理系统（计算机）、动力系统（动力源）、传感检测系统（传感器）、执行元件系统（电机等）五个子系统组成。
4、简述机电一体化系统的总体设计程序。
机电一体化系统的总体设计程序分为：
（1）明确设计思想；
（2）分析、综合总体要求；
（3）拟订总体设计方案；
（4）决定性能参数；
（5）划分功能模块；
（6）调研类似产品；
（7）方案对比定型；
（8）编写总体方案论证书。
5、机电一体化系统的关键共性技术有哪些？
机电一体化系统的关键共性技术主要有：
（1）检测传感技术；
（2）信息处理技术；
（3）伺服驱动技术；
（4）自动控制技术；
（5）精密机械技术；
（6）系统总成技术。
6、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，常提出哪些要求？
（1）低摩擦，采用低摩擦阻力的传动部件和导向支承部件；
（2）短传动链，缩短传动链，提高传动与支承刚度；
（3）最佳传动比，选用最佳传动比，以达到提高系统分辨率等，尽可能提高加速性能；
（4）反向死区误差小；
（5）高刚性，提高刚性可减少振动、降低噪声等。
7、在齿轮传动中，各级传动比的分配原则是什么？
各级传动比一般采用以下分配原则：
（1）重量最轻原则；
（2）输出轴转角误差最小原则；
（3）等效转动惯量最小原则。
8、导轨副的设计就考虑哪些因素？
（1）根据工作条件，选择合适的导轨类型；
（2）选择导轨的截面形状，以保证导导向精度；
（3）选择适当的导轨结构及尺寸，有足够的刚度、良好的耐磨性和低速平衡性，运动轻便；
（4）选择导轨的补偿及调整装置；
（5）选择合理的耐磨涂料、润滑方法和防护装置；
（6）制订保证导轨所必需的技术条件。
9、滚动导轨副的基本要求有哪些？
（1）导向精度，应保证移动轨迹的直线性及其位置的精确性；
（2）耐磨性，在预定的使用期内保持其导向精度；
（3）刚度，为了保证足够的刚度，应选用最合适的导轨类型、尺寸及其组合；
（4）工艺性，导轨副要便于装配、调整、测量、防尘、润滑和维修保养等。
10、旋转支承的基本要求是什么？
（1）方向精度和置中精度；
（2）摩擦阻力的大小；
（3）许用载荷；
（4）对对变化的敏感性；
（5）耐磨性以及磨损的补偿；
（6）抗振性；
（7）成本。
11、提高轴系部件旋转精度要采取哪些措施？
（1）提高轴颈与架体支承的加工精度；
（2）用选配法提高轴承装配与预紧精度；
（3）轴系组件装配后对输出端轴的外径、端面及内孔通过互为基准进行精加工。
12、简述滚珠丝杠轴向间隙调整方法——双螺母齿差预紧调整式原理。
（P33）
如图所示，两个螺母3两端分别制有圆柱齿轮，二者齿数相差一个齿，通过两端的两个内齿轮2与上述圆柱齿轮相啮合并用螺钉和定位销固定在套筒1上。
调整时先取下两端的内齿轮2，当两个滚珠螺母相对于套筒同一个方向转动一个齿，固定后，则一个滚珠螺母相对于另一个滚珠螺母产生相对角位移，使两个滚珠螺母产生相对移动，从而消除间隙并产生一定的预紧力。
其特点是可实现定量调整，即可进行精密微调，使用中调整较方便。
1-套筒；
2-内齿轮；
3-螺母；
4-丝杠
13、滚珠丝杠副消除轴向间隙的调整预紧方法有哪些？
双螺母螺纹预紧调整式、双螺母齿差预紧调整式、双螺母垫片调整预紧式、弹簧式自动调整预紧式、单螺母变位导程预紧式和单螺母滚珠过盈预紧式。
14、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）便于维修、安装；
（4）宜于微机控制。
15、控制用电动机的基本要求是什么？
（1）性能密度大；
（2）快速性能好，即加速转矩大，频响特性好；
（3）位置控制精度高，调速范围宽，低速运动平衡无爬行现象，分辩力高，振动噪声小；
（4）适应启、停频繁的工作要求；
（5）可靠性高，寿命长。
16、简述直流伺服电机的特点。
（1）高响应特性；
（2）高功率密度；
（3）可实现高精度数字控制；
（4）接触换向部件需要维护。
17、简述步进电机的特点。
（1）转角与控制脉冲数成比例，可构成直接数字控制；
（2）有定位转矩；
（3）可构成廉价的开环控制系统。
18、简述步进电机的工作原理。
（P107）
如图所示：
如果先将电脉冲加到A相励磁绕组，定子A相磁极就产生磁通，并对转子产生磁拉力，使转子的1、3两个齿与定子的A相磁极对齐，而后再将电脉冲通入B相磁绕组，B相磁极便产生磁通，这时转子2、4两个齿与B相磁极靠的最近，于是转子便沿着逆时针方向转过30度角，使转子2、4两个齿与定子B相磁极对齐。
如果按照A→C→B→A……的顺序通电，步进电机将沿顺时针方向一步步地转动。
19、试说明晶体管直流脉宽调制驱动（PWM）工作原理。
如图所示，给定供电电压U，由控制脉冲信号Ud控制晶体管VT的通断，从而使直流电动机得到脉冲驱动信号。
改变脉冲控制信号的每一周期通电时间，就可改变直流电动机的平均工作电压Ua达到调速目的。
通电时间越长，获得的平均电压越大，电机转得就快，反之，电机转得就慢。
20、输入/输出控制对硬件电路有何要求？
（1）能够可靠地传递信息，并能够输入有关运动机构的状态信息；
（2）能够进行相应的信息转换，以满足微机对输入/输出信息的转换要求；
（3）应具有较强的阻断干扰信号进入微机控制系统的能力，以提高系统的可靠性。
21、简述光电隔离电路的主要作用。
作用体现在三个方面：
（1）可将输入/输出两部分的供电电源和电路的地线分离（可将输入与输出两部分电路的地线分开，各自使用一套电源供电）。
光电耦合输入、输出端之间绝缘电阻很大（1011~1013Ω），寄生的电容很小（0.5~2pF），因而干扰信号很难从输入端反馈到输出端。
（2）提高对负载的驱动能力。
可直接驱动光控晶闸管。
如果光电隔离电路与滤波电路、屏蔽电路结合起来，会进一步提高微机控制系统的抗干扰能力。
（3）可进行电平转换，实现要求的电平输出，具有初级功率放大作用。
22、简述传感器的微机接口基本方式及基本方法。
（1）模拟量接口方式：
传感器输出信号——放大——采样/保持——模拟多路开关——A/D转换——I/O接口——微机；
（2）开关量接口方式：
开关型传感器输出二值式信号（逻辑1或0）——三态缓冲器——微机；
（3）数字量接口方式：
数字型传感器输出数字量（二进制代码、BCD码、脉冲序列等）——计数器——三态缓冲器——微机。
23、机械系统的机构静力学特性包括哪些内容？
（1）机构输出端所受负载（力或转矩）向输入端的换算；
（2）机构内部的摩擦力（或转矩）对输入端的影响；
（3）由上述各种力或重力加速度引起的机构内部各连杆、轴承等到的受力。
24、机电一体系统操作过程的目的是什么？
（1）根据操作条件的变化，制定最佳操作方案；
（2）对操作过程进行自动检测，提高控制性能，实现规定的目的功能。
25、机电一体化系统的稳态设计包含哪些内容？
稳态设计包含了使系统的输出运动参数达到技术要求、执行元件的参数选
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