一体化系统设计基础试题D(2012年1月用)文档格式.doc

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1．一个较完善的机电一体化系统，应包括以下几个基本要素：

机械本体、动力系统、检测传感系统及执行部件，各要素和环节之间通过接口相联系。

（×

）还包括信息处理及控制系统

2．信息处理技术是指在机电一体化产品工作过程中，与工作过程各种参数和状态以及自动控制有关的信息输入、识别、变换、运算、存储、输出和决策分析等技术。

（√）

3．进行机械系统结构设计时，由于阻尼对系统的精度和快速响应性均产生不利的影响，因此机械系统的阻尼比ξ取值越小越好。

）一般取0.4-0.7

4．滚珠丝杠垂直传动时，必须在系统中附加自锁或制动装置。

（√）

5．传感器的转换元件是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分。

）敏感元件

6．脉冲分配器的作用是使电动机绕组的通电顺序按一定规律变化。

（√）

7．气压式伺服驱动系统常用在定位精度较高的场合使用。

）空气粘性差，可压缩，不能用在定位精度较高的场合

8．全物理仿真与计算机仿真相比较，在时间、费用和方便性上都具有明显的优点，是一种经济、快捷与实用的仿真方法。

）

9．现场总线系统采用一对一的设备连线，按控制回路分别进行连接，打破了传统控制系统的结构形式。

（×

）传统模拟控制系统

10．绿色设计是对已有的产品或技术进行分析研究，进而对该系统（产品）进行剖析、重构、再创造的设计。

（×

）反求设计

二、单选题（每小题4分，共24分）

1．机电一体化技术是以（C）部分为主体，强调各种技术的协同和集成的综合性技术。

A．自动化B．微电子

C．机械D．软件

2．导程L0=8mm的丝杠的总质量为6kg，标称直径为40mm，则其转动惯量为（A）kg·

mm2。

J=1/8md2

A．1200B．480

C．120D．48

3．某机电一体化系统需要消除斜齿轮传动的齿侧间隙，采取（D）调整法使得调整过程中能自动补偿齿侧间隙。

A．偏心套B．轴向垫片

C．薄片错齿D．轴向压簧错齿

4．下列哪项指标是传感器的动态特性？

（D）。

A．量程B．线性度

C．灵敏度D．幅频特性

5．在开环控制系统中,常用（B）做驱动元件。

A．直流伺服电动机B．步进电动机

C．同步交流伺服电动机D．异步交流伺服电动机

6．HRGP-1A喷漆机器人中的旋转变压器属于系统中的（B）。

A．能源部分B．测试传感部分

C．控制器D．执行机构

三、简答题（每小题8分，共24分）

1．简述对滚珠丝杆副进行间隙调整和预紧方法。

答：

通常采用双螺母预紧和单螺母（适于大滚珠、大导程）两种方法，将弹性变形控制在最小限度内，以减小或消除轴向间隙，并可提高滚珠丝杠副的刚度。

常用的双螺母消除轴向间隙的结构形式有三种：

螺纹调隙式、垫片调隙式和齿差调隙式三种；

单螺母消隙常用增大滚珠直径法和偏置导程法两种预紧方法。

2．步进电动机的输入信号是什么？

如何实现对其转速和旋转方向的控制？

（1）问：

步进电机的输入信号是脉冲序列。

步进电机的步矩角α与运行拍数m、通电方式k（m=kN，单拍时k=1,双拍时k=2，N为定子绕组的相数）、转子的齿数z有关。

步进电机定子绕组通电状态的改变速度越快，其转子旋转的速度越快，即通电状态的变化频率越高，转子的转速越高。

（2）问：

改变步进电机定子绕组的通电顺序，转子的旋转方向随之改变。

3．简述数控设备中计算机数控装置的组成和功能。

计算机数控装置主要由数字控制装置、输入输出设备和驱动控制装置等组成。

计算机数控装置将数控加工程序通过输入装置输入数控装置，在数控装置的控制下，通过输出设备输出各种信息和指令，而驱动装置驱动机床各部分有序的运动，控制个坐标轴的进给速度，进给方向和位移量等。

四、计算题（8分）

设有一大功率电动机驱动的二级齿轮传动减速传动系统如图所示，假设齿轮箱的传动效率为100%，齿轮箱的传动比i=3.2，已知齿轮采用相同材料，宽度b相同，各齿轮的模数m=3，主动齿轮的齿数z1=20、z3=25，请根据重量最小原则设计齿轮传动系统，推导并计算各级齿轮传动比和齿轮2、齿轮4的齿数。

（提示：

齿轮的质量为）

解：

设一级齿轮的传动比为i1，第二级齿轮的传动比i2。

齿轮传动系统的总重量：

则

根据重量最小原则，令，得：

，i2=3.2/2=1.6

则：

z2=40、z4=40

五、综合题（14分）

请制订一套典型的机电一体化系统概念设计的流程。

产品概念设计将决定性地影响产品创新过程中后续的产品详细设计、产品生产开发、产品市场开发以及企业经营战略目标的实现。

包含以下流程：

求总功能

总功能分解

评价与决策

功能逐级分解

创造性方法、目录法、

调查分析法

形态学矩阵法

黑箱法

各种评价方法

概念产品

明确设计任务

寻找子功能解

原理解组合

分析

评价

决策

综合

（1）首先是将设计任务抽象化，确定出系统的总功能；

（2）根据系统的总功能要求和构成系统的功能要素进行总功能分解，划分出各功能模块，将总功能分解为子功能，直到分解到不能再分解的功能元，形成功能树；

确定它们之间的逻辑关系；

（3）对各功能模块输入/输出关系进行分析，确定功能模块的技术参数和控制策略、系统的外观造型和总体结构；

（4）寻找子功能（功能元）的解，并将原理解进行组合，形成多种原理解设计方案，

（5）以技术文件的形式交付设计组讨论、审定。

由于体现同一功能的产品可以有多种多样的工作原理，

（6）方案进行整体评价：

对不同的方案进行整体评价，选择综合指标最优的设计方案。

最终选定最佳方案形成概念产品。

（注：

绘制出流程图或文字作答均可。

）

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