机电一体化试题及答案打印.docx
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机电一体化试题及答案打印
填空题
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、电子信息处理系统、动力系统、传感检测系统、执行元件系统。
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、变异性设计。
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、信息与控制功能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、双螺母垫片调整预紧、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—单推式、双推—双推式、双推—简支式、双推—自由式。
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、传动精度最优原则等。
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、圆形导轨四种形式。
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：
额定转速和额定功率；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.步进电机的工作方式有：
单拍工作方式和倍拍工作方式。
23.步进电机的开环控制精度主要由步进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恒定律
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、动力与驱动装置、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—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、质量对应电感、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Ua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，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、柔轮和谐波发生器。
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。
20、若
是传感器的最大非线性误差、
为输出量的满刻度值，则传感器的线性度可表示为
∕
。
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。
23、对于以提高传动精度和减小回程误差为主的传动齿轮系，应按输出轴的转矩误差最小原则分配其各级传动比。
二．选择题
1.“机电一体化”这一名词产生于20世纪，其产生的年代为（A）
A．70年代Ｂ．50年代Ｃ．40年代Ｄ．80年代
2.“机电一体化”在国外被称为（C）
A．MachineＢ．ElectronicsＣ．MechatronicsＤ．A和B
3.机电一体化产品的动力与驱动部分的主要功能是（D）
A．提供动力Ｂ．传递运动Ｃ．传递动力Ｄ．A、B和Ｃ
4.在同步齿型带传动中，同步带的齿形为（A）
A．梯形Ｂ．矩形Ｃ．渐开线Ｄ．摆线
5.直流伺服电动机的电磁转矩与输出转速之间的函数关系式称为其（A）
A．机械特性Ｂ．调节特性Ｃ．力矩特性Ｄ．转速特性
6.在滚珠丝杠副中，预紧调整是为了消除其（B）
A．径向间隙Ｂ．轴向间隙Ｃ．预应力Ｄ．A和B
7.在交流伺服电机中，控制绕组与励磁绕组在空间相差的电角度是（D）
A．60°Ｂ．45°Ｃ．0°Ｄ．90°
8.若
为传感器的输入量，
是其输出量，则传感器的灵敏度为（C）
A．
Ｂ．
Ｃ．
Ｄ．
9.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（B）
A．2Ｂ．1Ｃ．3Ｄ．4
10.MCS—51的每个机器周期包含状态周期数为（D）
A．12Ｂ．24Ｃ．10Ｄ．6
11.在滚珠丝杠副JB3162.2-91的标准中，最高的精度等级是（A）
A．1级Ｂ．10级Ｃ．7级Ｄ．C级
12.光栅式位移传感器的栅距W、莫尔条纹的间距B和倾斜角θ之间的关系为（A）
A．
Ｂ．
Ｃ．
Ｄ．
13.差动变压器式电感传感器属于（C）
A．涡流式Ｂ．自感型Ｃ．互感型Ｄ．可变磁阻式
14.在自动控制系统中，伺服电机通常用于控制系统的（B）
A．开环控制Ｂ．C和DＣ．全闭环控制Ｄ．半闭环控制
15.在光栅式位移传感器中，莫尔条纹与光栅条纹的排列方向几乎成（A）
A．90°Ｂ．0°Ｃ．45°Ｄ．60°
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Ｂ．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Ｂ．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．FMSＣ．计算机辅助生产管理Ｄ．A、B和C
19.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，此时机械系统的阻尼等效于电系统的（C）
A．电容Ｂ．电荷Ｃ．电阻Ｄ．电感
20.直流伺服电动机的控制电压与输出转速之间的函数关系式称为其（B）
A．转速特性Ｂ．调节特性Ｃ．工作特性Ｄ．机械特性
21.滚珠丝杠副的基本导程指丝杠相对于螺母旋转2π弧度时，螺母上基准点的（B）
A．径向位移Ｂ．轴向位移Ｃ．螺旋线长度Ｄ．坐标值
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（B）
A．成反比Ｂ．成正比Ｃ．成平方关系Ｄ．成指数关系
23.在MCS—51中，MOV指令用于访问（B）
A．内部程序存储器Ｂ．内部数据存储器Ｃ．外部数据存储器Ｄ．外部程序存储器
24.在两级齿轮传动中，若传动比的分配方案是
，则其遵循的原则是（A）
A．重量最轻Ｂ．等效转动惯量最小Ｃ．输出轴转角误差最小Ｄ．加速度响应最快
25.谐波齿轮传动中的柔轮相当于行星轮系中的（B）
A．中心轮Ｂ．行星轮Ｃ．系杆Ｄ．B和C
26.在MCS—51单片机中，用于对外部程序存储器读的信号是（A）
A．PSENＢ．RDＣ．WRＤ．ALE
27.步进电机在转子齿数不变的条件下，若拍数变成原来的2倍，则步距角为原来的（A）
A．0.5倍Ｂ．2倍Ｃ．0.25倍Ｄ．不变
28.传感器在零输入状态下，输出值的变化称为传感器的（C）
A．线性度Ｂ．精确度Ｃ．零漂Ｄ．分辨率
29.在自动控制系统中，步进电机通常用于控制系统的（C）
A．半闭环控制Ｂ．闭环控制Ｃ．开环控制Ｄ．前馈控制
30.为了提高滚珠丝杠副的旋转精度，滚珠丝杠副在使用之前应该进行（B）
A．调整径向间隙Ｂ．预紧Ｃ．预加载荷Ｄ．表面清洗
31.感应同步器可用于检测（D）
A．位置Ｂ．加速度Ｃ．速度Ｄ．位移
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·mB.50N·mC.2.5N·mD.1.25N·m
36.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）
A.72m/minB.7.2m/minC.5m/minD.3.6m/min
37．某光栅的条纹密度是100条/mm，光栅条纹间的夹角
弧度，则莫尔条纹的宽度是（C）
A.100mmB.20mmC.10mmD.0.1mm
38．直流测速发电机输出的是与转速（C）
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D.成反比的直流电压
39．下列属于变磁阻电动机的是（C）
A.直流电动机B.交流感应电动机C．步进电动机D.永磁同步电动机
40．直流伺服电动机的理想空载转速为（A）
A.
B.
C.
D.
41．某步进电动机有48个齿，采用五相五拍方式运行，其步距角为（B）
A.
B.
C.
D.
42．计算步进电动机转速的公式为（B）
A.
B.
C.
D.
43.步进电机一般用于（A）控制系统中。
A.开环B.闭环C.半闭环D.前馈
44．某三相步进电动机，转子40个齿，欲使其步距角为
，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，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出，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，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－抵抗恒定载荷的能力。
动刚度－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。
三、分析论述题
图1丝杠螺母传动机构的基本传动形式
1.简述如图2所示死杠螺母传动机构的特点。
a：
结构简单，传动精度高。
螺母支撑丝杆可消除轴向蹿动，刚性较差。
B结构紧凑，丝刚刚性较高，要限制螺母移动，需导向装置。
C：
结构复杂，占用空间较大，传动时间需限制螺母移动和丝杆转动。
D：
结构简单，紧凑，丝杆刚性较高，但使用不方便，使用较少。
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，使用中调整不方便。
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左移动和向右移动。
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弹性变形，则当螺杆反向转动时，将产生空回误差。
为了消除空回误差，在螺杆上装配两个螺母1和2，调整两个螺母的轴向位置，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，使其产生一定的变形，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。
垫片调隙式螺纹调隙式齿差调隙式
四、计算题
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Jm=4×10-4kg·m3，与电机输出轴相连的小齿轮的转动惯量J1=1×10-4kg·m3，大齿轮的转动惯量J2=1.8×10-4kg·m3，丝杠的转动惯量Js=3.8×10-4kg·m3。
工作台的质量m=50kg，丝杠导程t=5mm，齿轮减速比为i=5。
试求：
（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；
（3）电机轴上的总转动惯量J。
图直流电机丝杠螺母机构驱动工作台
解：
（1）JG=m（t/2π）2=50*1000*（0.005/2/3/14）2=0.03166（kg·m3）
（2）Je=（J2+Js+JG）/i2=（1.8×10-4+3.8×10-4+316.6×10-4）/52=12.88×10-4（kg·m3）
（3）J=J1+Je=1×10-4+12.88×10-4=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Δφ1=Δφ2=…=Δφ8=0.01弧度，各级减速比相同，即i1=i2=…=i4=3，求该系统的最大转角误差Δφmax。
解：
Δφmax=Δφ1/（i1*i2*i3*i4）+（Δφ2+Δφ3）/（i2*i3*i4）+（Δφ4+Δφ5）/（i3*i4）+
（Δφ6+Δφ7/（i4）+Δφ8=
=0.01/34+0.02/33+0.02/32+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。
1.锁紧螺母2.圆螺母3.带凸缘螺母4.无凸缘螺母
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。
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307200/1024=300周，故刀架的位移量为300*2mm=600mm，
（2）丝杠的转速为300*2π//10=60π（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δ为0.005mm/脉冲。
试求：
（1）步进电机的步距角α；
（2）减速齿轮的传动比i。
解：
（1）K=3相，N=3拍，z=100
步进电机的步距角α=360º/（z*m）=360º/（z*K*N）=360º/（100*3*3）=0.4º
（2）由于一个脉冲，步进电机旋转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l0=6mm，对应于丝杠转动一周360º，设一个脉冲丝杠转动的角度为x，则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，
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