西工大作业集机电一体化作业集.docx
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西工大作业集机电一体化作业集
第一章测试题
一.填空题
1:
机电一体化的所谓“三A革命”是_______、_______、_______、自动化。
答案
工厂。
办公。
家庭
2:
机电一体化是一个综合的概念,包含了_______、和_______、两方面内容。
答案
产品。
技术
3:
机电一体化的共性关键技术包括_______、_______、_______、_______、_______、_______、
答案
机械技术。
计算机与信息处理技术。
检测与传感技术。
自动控制技术。
伺服驱动技术。
系统总体技术
4:
机电一体化产品一般都需具备五种内部功能，即_______、_______、_______、_______、_______、
答案
主功能。
动力功能。
计测功能。
控制功能。
构造功能
5:
机电一体化产品由五个基本要素构成，五个基本要素是_______、_______、_______、_______、_______、
答案
机械本体。
动力源。
检测与传感装置。
控制与信息处理装置。
执行机构
6:
机电一体化产品可划分为三类，即_______、_______、_______、
答案
功能附加型。
功能替代型。
机电融合型
7:
机电一体化产品设计可分为三类，即________、_______、_______.
答案
开发性设计。
适应性设计。
变异性设计
8:
FMC即_______、FMS即_______、而CIMS即_______、
答案
柔性制造单元。
柔性制造系统。
计算机集成制造系统
9:
机电一体化系统是由_______、_______、_______、_______、_______、等五个子系统所组成。
答案
机械装置。
执行装置。
能源。
传感器。
计算机
10:
机电一体化的高性能化一般包含_______、
答案
高速化；高精度；高效率和高可靠性
二.问答题
1:
机电一体化突出的特点是什么？
重要的实质是什么？
答案
突出的特点在于它在机械产品中注入了过去所没有的新技术,把电子器件的信息处理和自动控制功能等“揉和”到机械装置中去，从而获得了单靠某一种技术无法实现的功能和效果。
重要实质是应用系统工程的观点和方法分析和研究机电一体化产品,综合运用新技术进“行产品的设计与开发,通过各种技术的有机结合，实现产品的最优化。
2:
什么叫机电一体化工程？
机电一体化工程包括哪些内容？
答案
是指用机电一体化技术进行产品开发的整个过程体系，包括市场调研:
产品构思、方案设计与评价、详细设计、质量规划与控制、样机试制、正式生产等。
3:
机电一体化系统设计指标大体上应包括哪些方面？
答案
设计指标与评价准则应包括系统功能、桂能指标、使用条件、经济效益等。
4:
机电一体化的设计过程有哪些？
答案
包括需求、可行性、技术指标、概念设计、分析、建议及仿真、具体化和最优化、详细设计等阶段
5:
机电一体化的共性关键技术包括什么？
答案
机电一体化是各种技术相互渗透的结果，其发展所面临的共性关键技术可以归纳为精密机械技术、检测传感技术、信息处理技术、自动控制技术、伺服驱动技术、接口技术和系统总体技术等七方面。
6:
在机械工业应用中,主要控制系统类型有哪些?
答案
伺服控制系统、顺序控制系统、过程控制系统。
7:
机电一体化技术与自动控制技术的区别有哪些？
答案
自动控制技术的侧重点是讨论控制原理、控制规律、分析方法和自动系统的构造等。
机电一体化技术是将自动控制原理及方法作为重要支撑技术,将自控部件作为重要控制部件。
它应用自控原理和方法，对机电一体化装置进行系统分析和性能测算。
8:
试分析机电一体化系统设计与传统的机电产品设计的区别。
答案
机电一体化系统设计方法与用经验公式、图表和手册为设计依据的传统方法不同，它是以计算机为手段，其设计步骤通常如下:
设计预测——>信号分析——>科学类比——>系统分析设计——>创造设计——>选择各种具体的现代设计方法（如相似设计法、模拟设计法、有限元法、可靠性设计法、动态分析法、优化设计接、模糊设计法等）——>机电一体化系统设计质量的综合评价。
三.问答题
1:
试列举3种常见的机电一体化产品。
答案
自动洗衣机、数控机床、机器人、打印机等。
2:
试举例说明常见的、分别属于开发性设计、适应性设计和变异性设计的产品
答案
开发性设计:
在功能原理方案、总体结构均不明确的条件下,根据产品总的功能箱求和一定的约束条件，仅在通用技术标准、法规、参数等的支持下，进行全新的创造。
这种设计是在国内外尚无类似产品情况下的创新，如专利、Jf发明类产品就属于开发性设计。
适应性设计:
在功能原理方案、总体结构基本保持不变的前提下,对现有产品作局部的变更或重新设计个别的零、部件，使它适应新任务的需求。
如在一个主导产品的基础上，针对不.同的汽车型号进行的发动机配套设计,就属于这种情况。
变异性设计:
在功能原理方案、总体结构都不变的前提下，变更现有产品的规格和某些方面的布局，使之满足诸如功率、转速比等方面的不同要事。
如产品的系列化设计。
3:
为什么说微机控制型缝纫机是一个机电一体化的例子？
答案
缝纫机是一种缝布的机器，在机器针上下运动的过程中将布缝到一起。
通过机器针沿水平方向移动,可以实现多种缝纫方法。
以前的缝纫机使用凸轮来控制水¥方向上的运动。
在微机控制型缝纫机上,将凸轮的信息存储在计算机中，由此来完成凸轮同样的工作。
由于采用了计算机,就不需要一个一个地更换凸轮,可以在缝纫过程中利用软件来实现缝纫方法的变化，具有较高的柔性和智能性。
4:
为什么说机电一体化系统具有柔性而又设计灵活？
答案
在机电一体化系统开发的特点中可以找到这方面的答案。
机电一体化系统开发的主要内容是计算机软件的开发。
软件的开发需要的时间比较短，改变软件也比较容易。
通过程序控制可以实现各种复杂的运动。
所以系统具有很强的柔性,设计也比较灵活。
5:
为什么说机电一体化技术是其他技术发展的基础？
举例说明。
答案
机电一体化技术是其他高新技术发展的基础,机电一体化的发展依赖于其他相关技术的发展，可以预料,随着信息技术、材料技术、生物技术等新兴学科的高速发展,在数控机床、机器人、微型机械、家用智能设备、医疗设备、现代制造系统等产品及领域，机电一体化技术将得到更加蓬勃的发展。
第二章测试题
一.填空题
1:
机床的刚度是指机床在载荷的作用不抵抗_______、的能力。
答案
变形
2:
滚珠丝杠螺母副由于不能自锁，用于垂直安装时，应增加_______、装置。
答案
制动
3:
滚珠丝杠螺母副消除间隙的主要方法有_______、_______、和_______、
答案
垫片调隙式。
螺纹调隙式。
齿差调隙式
4:
某伺服电机最高转速为1200r/min,通过丝杠螺母副传动机床进给运动，丝杠螺距为6mm,最大进给速度可达_______、mm/min
答案
7200
5:
机电一体化机械系统是由_______、_______、_______、三大机构组成。
答案
传动机构。
导向机构。
执行机构
6:
机电一体化对机械系统的基本要求是_______、_______、_______、
答案
高精度。
快速响应。
良好的稳定性
7:
根据导轨副之间的摩擦情况，导轨分为_______、和_______、
答案
滚动导轨。
滑动导轨
8:
目前国内外应用较多的塑料导轨有以_______为基体，添加不同填充材料所构成的高分子复合材料。
答案
聚四氟乙烯
9:
某伺服电动机最大输出扭矩为5N.m，通过齿轮系2:
1减速,可传动_______N.m的最大扭矩负载。
答案
10
二.单选题
1:
滚珠丝杠螺母副的支承方式中，若用于刚度和位移精度都很高的场合，应选用_______、
（A）—端固定、一端自由
（B）两端游动
（C）一端固定、一端游动
（D）两端固定
答案
D
2:
传动机构减小摩擦，能够提高_______、
（A）机构的稳定性能
（B）机构的灵敏度
（C）机构的刚度
（D）机构的传动精度
答案
B
3:
滚珠丝杠螺母副消除轴向间隙的目的主要是_______、
（A）减小摩擦力矩阵
（B）提高使用寿命
（C）提高反向传动精度
（D）增大驱动力矩
答案
C
4:
齿差调整法中滚珠丝杠螺母副的齿轮齿数分别为Z1=99,Z2=100,丝杠螺距L=6mm，则当螺母同向转过一个齿时;其相对轴向位移为_______、
（A）0.001mm
（B）0.009mm
（C）0.006mm
（D）0.005mm
答案
C
5:
滚珠丝杠螺母副预紧的目的是_______、
（A）增加阻尼比,提高抗振性
（B）提高运动平稳性
（C）消除轴向间隙和提高传动刚度
（D）加大摩擦力，使系统能自锁
答案
C
6:
简化的最佳减速比分配关系为_______、
（A）
（B）
（C）
（D）
答案
B
7:
已知双波传动谐波齿轮的柔齿轮数为200,当刚轮固定时欲得到100的减速埃,刚轮齿数应为_______
（A）2
（B）198
（C）202
（D）20,000
答案
C
8:
对于升速的齿轮系,_______、
（A）第一级齿轮间隙对系统精度影响最大
（B）最后一级齿轮间隙对系统精度影响最大
（C）各级齿轮间隙对系统精度影响一样大
（D）齿轮间隙对系统精度影响可以忽略
答案
A
9:
机电一体化机械进给系统采用齿轮传动副时；应该有消隙措施其消除的是_______、
（A）齿轮轴向间隙
（B）齿顶间隙
（C）齿侧间隙
（D）齿根间隙
答案
A
三.问答题
1:
简述机械传动装置的作用与功能。
答案
传递运动和动力，变换运动形式,如传递运动和负载、匹配转矩和转速、隔离环境温度和震动以及支承等等。
2:
某机床x向进给系统减速器的总速比要求为25/6,取二级减速,试设计确定各齿轮的齿数。
答案
3:
消除齿轮副传动间隙有哪些主要措施？
答案
消除齿轮副传动间隙通常分为刚性调整法和柔性调盤法。
刚性调整法包括调整中心矩法、选择装配法、带锥度齿轮法以及斜齿轮法。
柔性调整法主要通过在双齿轮中间加人弹性元件，使双齿轮分别贴紧其暗合齿轮轮齿的两侧，以消除齿合向隙。
这种方法在齿厚和周节有差异的情况下，仍可保持无间隙啮合，但将影响其传动平稳性，传动刚度较低。
4:
滚珠丝杆螺母副有哪些消除间隙和预紧措施?
答案
滚珠丝杆螺母副消除间隙和适当预紧的措施主要方法有双螺每齿差式、双螺母螺纹式、双螺母垫片式、单螺母变位导程自预紧式等四种。
5:
谐波齿轮减速器有哪几种结构类型？
答案
谐波齿轮传动分单波和双波两种:
当波发生器只有一个单滚字时，这种传动称为单啮合区（单波）谐波齿轮传动;当波发生器有两个滚子时V则称为欢波传动。
谐波齿轮传动除了可设计成刚性固定外,还可设计成柔轮固定或波发生器固定的传动形式。
将柔轮固定可实现通过密封劈面壁传动。
6:
滚动摩擦支承轴系有哪几种主要结构类型？
答案
常用滚珠轴承有两类：
（1）标准滚动轴承，例如,圆锥孔双列圆柱滚子轴承、角接触球轴承、双向推力角接触球轴承、圆锥滚子轴承等;
（2）新型滾动轴承,例如,密集滚珠轴承、变预紧力轴承、转盘轴承等。
7:
设计机械传动装置时,有哪些对机电一体化系统性能有重要影响的主要设计参数？
一般设计要求是什么？
答案
在设计机械传动装置时，除了常规的功能和强度，以及形位公差等有关静态性能指标的参数以外，有关系统动态性能的参数设计原则要求如下：
（1）足够高的谐振频率。
（2）高刚度和低转动惯量。
（3）适当的阻尼比。
（4）尽可能小的传动间隙。
（5）良好的摩擦特性。
8:
数控机床为什么广泛应用滚动导轨？
它有哪些优点？
答案
a.摩擦系数小,且动、静摩擦系数很接近,因而使运动部件运动平稳,低速运动时不易出现爬行现象。
b.定位精度高。
c.运动轻便、灵活、驱动功率小。
d.磨损小，导轨的精度保持性好。
9:
简述数控机床进给导轨的类型和特点。
答案
（1）塑料滑动导轨:
可进一步降低一般滑动导轨的摩擦系数，防止低速爬行，提高定位精度。
（2）滚动导轨:
可使两导轨面之间形成的摩擦为滚动摩擦。
动、静摩擦系数相差极小，几乎不受运动速度变化的影响;运动轻便灵活灵敏度高;低速运动平稳性好，不会产生爬行现象，定位精度高;耐磨性好，磨损小，精度保持性好。
（3）静压导轨:
摩擦系数极小,功率消耗少，导轨的精度保持性好，寿命长。
油膜承载能力大，刚性好，吸振性好，导轨运行平稳，既无爬行，也不产生振动。
10:
传动间隙对系统性能的影响有哪些？
答案
（1）闭环之外的齿轮的齿隙，对系统稳定性无影响；但影响伺服精度。
由于齿隙的存在,在传动装置逆运行时造成回程误差,使输出轴与输入轴之间呈非线性关系,输出滞后于输人，影响系统的精度。
（2）闭环之内传递动力的齿轮的齿隙对系统静态精度无影响，这是辑为控制系统有自动校正作用。
又由于齿轮副的啮合间隙会造成传动死区,若闭环系统的稳定裕度较小，则会使系统产生自激振荡，因此闭环之内动力传递齿轮的齿隙对系统的稳定性有影响。
（3）反馈回路上数据传递齿轮的齿隙即影响稳定性,又影响精度。
三.问答题
1:
机电一体化机械系统由哪几部分组成？
对各部分的要求是什么？
答案
主要包括传动、支承、导轨等。
要求:
①导向精度高。
导向精度是指运动件按给定方向作直线运动的准确择度，它主要取决于导轨本身的几何精度及导轨配食间隙。
②运动轻便、平稳、低速时无爬行现象。
③耐磨性好。
导轨购初始精度由制造保证,而导轨在使用过程中的精度保持性则与导轨面的耐磨性密切相关。
导轨的耐磨性主要取决于导熟的类型、材料，导轨表面的粗糙度及硬度、润滑状况和导轨表面压强的大小。
④对温度变化的不敏感性。
⑤足够的刚度。
⑥结构工艺性好
2:
螺旋机构工作时存在空回现象，请解释什么是空回现象？
它有什么样的危害？
如何消除空回现象？
答案
当螺旋机构中存在间隙,若螺杆的转动方向改变,螺母不能立即产生反向运动，只有螺杆转动某一角度后才能使螺母开始反向运动,这种现象称为空回。
对于在正反向传动下工作的精密螺旋传动，空回将直接引起传动误差，必须设法予以消除。
消除空回的方法就是在保证螺旋副相对运动要求的前提下消除螺杆与螺母之间的可隙；有利用单向作用，利用调整螺母轴向调整法和利用塑料螺母消除空回。
3:
齿轮传动机构为何要消除齿侧间隙？
答案
1）由于齿轮传动机构的齿侧间隙,使机构运动规精度不高;
2）工作中有神击，产生一定的噪声和振动。
4:
设计执行机构时,应考虑哪些技术要求？
答案
各执行机构在各工作阶段所需的力和速度的大小、调速的范围、速度的平稳性以及完成一个循环的时间等方面都必须有明确的数娱。
第三章测试题
一.填空题
1:
机电一体化产品接口的分类方法有很多,本课程按照接口所联系的子系统不同，以控制微机为出发点，将接口分为_______、和_______、两大类。
答案
人机接口。
机电接口
2:
在机电一体化产品中，常用的输人设备有_______、_______、_______、等。
答案
开关。
键盘。
拨码盘
3:
在机电一体化产品中，常用的输出设备有_______、_______、_______、等。
答案
发光二极管。
打印机。
显示器
4:
单向晶闸管SCR由三个极组成,分别称为_______、_______、_______、
答案
阳极。
阴极。
门极
5:
晶闸管导通的条件是在晶闸管的阳极上加上_______、同时在控制极上加上_______、
答案
正向电压。
正向电压
二.问答题
1:
何谓I/O接口？
计算机控制过程中为什么需要I/O接口？
答案
I/0接口与I/O通道是计算机主机与外部连接的桥梁,常用的I/Q接口有并行接口和串行接口I/O通道有模拟量I/O通道和数字量I/O通道。
其中模拟量I/O通道的作用是，方面将经由传感器得到的工业对象的生产过程参数变换成二进制代码传送给计算机;另一方面将计算机输出的数字控制量变换为控制操作执行机构的模拟信号，以实现对生产过程的控制。
数字量通道的作用是,除完成编码数字输人输出外，还可将各种继电器、限位开关等的状态通过输入接口传送给计算机,或将计算机发出的开关动作逻辑信号经由输出接口传送给生产机械中的各个电子开关或电磁开关。
2:
计算机的输人/输出通道中通常设置有缓冲器,请问该通道中的缓冲器通常起到哪些作用？
答案
缓冲器主要是用于把一些需要输人或输出的数据由,于CPU或外设来不及处理的数据传送到缓冲器保存起来。
3:
在机电接口中,光电藕合器的作用是什么？
答案
在机电一体化产品的控制输出接口中,光电耦合器是经常使用的一类器件。
光电耦合器通过光信号，实现电信号传递。
由于耦合器输人与输出之间没有直接的电气联系，电信号是通过光信号传递的,所以也称光电隔离器。
能够实现电控系统强电部分与弱电部分隔离，避免干扰由输出通道窜入控制微机。
光电耦合器作为开关应用时，具有耐用、可靠性高和高速等优点。
响应时间短。
常用作高压开关（可承受2000V以上高压）和信号隔离转换器。
在机电系统的控制输出中，主要用于实现电信号之间的隔离。
4:
下图是8031通过P1口与一个4X4键盘的接口电路,若按下的键是“E”，试分析8031确定键号为“E”的过程。
（1）判断键盘上有无键闭合；
（2）判别闭合键的键号；
（3）简要说明去除键的机械抖动的方法。
答案
通常将行线通过上拉电阻接至+5V电源、当无键按下时，行线与列拔断开,行线呈高电平。
当键盘上某键按下时,则该键对应的行线与列线被短路。
如果将行线接至控制微机的输入口，列线接至控制微机的输出口，则在微机控制下依次从Y0〜Y3输出低电平，并使其他线保持高电平，则通过对X0〜X3的读取即可判断有无键闭.合、哪一个键闭合。
判断有无键闭合、哪一个键闭合的过程，请参考课本57页键盘接口功能部分。
5:
晶体管输出型光电耦合器在机电系统的控制输出接口设计中，主要用于实现电信号之间的隔离。
下图示出了8031单片机通过光电耦合器控制步进电机一相绕组的接口电路。
要求读懂该图，解释清楚图中主要元件
等）起什么作用。
答案
晶体管输出型光电耦合器在机电系统的控制输出接口设计中，主要用于实现电信号之间的隔离。
图示出了8031单片机通过光电耦合器控制步进电机一相绕组的接口电路。
由于光电耦合猙与输出之间没有直接的电气联系,电信号是通过光信号传递的,所以也称光电隔离器。
被耦合的两个部分可以自成系统不“共地”,能实现电控系统辑电部分与弱电部分隔离，避免干扰由输出通道窜入控制微机。
7407是同向驱动器,用于驱动光二极管食光,常用的发光二极管的工作电压为1.5〜2.5V,电流为5〜15mAo7407能吸收比较大的电流,提供发光二极眘显示器箱要的电流。
R2是限流电阻,通常使显示器的工作电流为10mA为宜。
Rc是步进电机绕组的限流电阻，限制流过电机绕组W上的电流。
VD1是续流二极管,当VT1在截止瞬间，步进电机绕组W土产生的反电动势通过VD1的续流作用而回馈给电源,从而保护了晶体管VD1不受损坏。
三.问答题
1:
单向晶闸管导通后，取消控制极的触发信号还能导通吗？
已导通的晶闸管如何关断？
答案
控制极的作用是通过外加正向触发脉冲使晶闸管导通,却不能使它关断。
使导通的晶闸管关断,可以断开阳极电源或使阳极电流小宁维持导通的最小值（称为维持电流）。
如果晶闸管阳极和阴极之间外加的是交流电压或脉动直流电压,那么，在电压过零时，晶闸管会自行关断。
2:
单向晶闸管的导通角与控制角的关系如何?
答案
从晶闸管开始承受正向阳极电压起到施加触发脉冲止的电角度,用a表示,也称触发角或控制角；晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度称为导通角,用及表示。
3:
静态工作方式下的七段发光二极管显示器接口电路设计要完成哪两项任务？
答案
1将数据从输出口经缓冲躯动器直接接至七段LED的各个段上。
②编写接口程序对输出的数据进行代码转换。
第四章测试题
一.填空题
1:
常见的数字式传感器有_______、_______、_______、_______、主要用于_______、_______、等的测量。
答案
光栅。
磁栅。
感应同步器。
光电编码器。
几何位置。
速度
2:
细分技术就是在莫尔条纹变化一周期内，不只是输出一个脉冲，而是输出若干个脉冲以提高_______、
答案
分辨率
3:
光栅利用_______、使得它能测量比栅距还小的位移量。
答案
细分电路
4:
测量位移的传感器包括_______、
答案
电位器；感应同步器；旋转变压器；差动变压器；光栅；光学编码器；涡流传感器等
5:
测量转速的传感器包括_______、
答案
测速机；码盘式转速传感器；测速桥等
二.单选题
1:
机电一体化系统中，采用光电耦合器的最主要的作用是_______、
（A）传送信息时放大功率
（B）传送信息时转换功率
（C）防止外界干扰进人计算机
（D）数字脉冲转换
答案
C
2:
光栅传感器的莫尔条纹明暗变化一个周期,说明光栅移动了_______、
（A）3/4栅距
（B）1/2栅距
（C）1/4栅距
（D）—个栅距
答案
D
3:
光栅移动一个栅距,莫尔条纹移动_______、个条纹间距。
（A）1/4
（B）1/2
（C）1
（D）2
答案
C
4:
数字位置测量系统的精度值与其分辨率相比,精度值_______、分辨率。
（A）小于或等于
（B）大于或等于
（C）大于或小于
（D）小于
答案
B
5:
若己知光栅的栅距
两栅的栅线错开的角度
_______、mm。
说明:
光栅是由标尺光栅和指示光概叠加而成的,标尺光栅和指示光栅相交成一个很小的夹角0时，在与光栅的刻线方向上可形成明暗交替的莫尔条纹。
因为夹角很小,奠尔条纹宽度、栅距和夹角
知道夹角
的值通常很小，所以可以得到很大的莫尔条纹宽度。
这样，就把一个微小移动量的测量转变成一个较大移动量的测量。
（A）50
（B）0:
2
（C）0:
002
（D）12
答案
D
三.问答题
1:
在光栅尺测量装置中，什么是细分技术？
最常用的细分方法是什么？
答案
所谓细分技术，就是在莫尔条纹变—周期时,不只是输出一个脉冲而是输出若干个脉冲,以提高分辨率。
例如,莫尔奪纹变化一个周期不是输出一个脉沖,而是输出四个脉
2:
模拟多路开关和采样保持电路的作用是什么？
答案
模拟多路开关又称多路转换开关,简称多路开关，其作用是分别或依次把各路检测信号与A/D转换器接通，以节省A/D转换器件。
多路开关还常在电路中用于信号通路的切换，如量程切换等。
3:
检測信号被采人计算机后,需经预处理去除干扰信号,常采用数字滤波的方法予以削
弱和消除,写出常用的几种程序滤波的方法?
答案
1算术平均滤波②滑动平均滤波③低通滤波。
4:
反相比例运算放大电路如图一.所示,信号通过
加至运放的反相输入端输出电压
构成电压并联负反馈放大电路。
试分析其工作原理并说明放大电路的特点。
答案
图所示是反相比例运算放大电路,信号通过拓加至运放的反相输人端，输出
5:
为什么机电一体化系统中的测试过程往往要进行非线性补偿？
试分析非线性补偿通常使用的几种方法的原理。
答案
很多检测元件如热敏电阻、光敏管、应变片等具有不同程度的非线性特性,这使较大范围的动态检测存在着很大的误差。
方法有三种:
计算法、查表法和插值法计算法。
当输出电信号与传感器的参数之间有确定的数字表达式时，就可采用计算法进行非线性补偿。
即在软件中编制一段完成数字表达式计算的程序,被测参数经过菜样、滤波和标度变换后直接进人计算机程序进行计算，计算后的数值即为经过化处理的输出参数。
查表法:
所谓查表法，就是把事先计算
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