基于MATLAB的电机学计算机辅助分析与仿真
实验报告
一、实验内容(0.25分)
基于matlab 的他励直流电动机的调速特性曲线的绘制
一台他励直流电动机，外加电压U=220V ，电枢电阻Ra=0.1Ω,系数Ct Φ=1.53Nm/A,额定力矩120Nm ，负载与空载转矩的变化规律如下，分析其三种调速特性。 n
0 370 800 1050 1250 1400 1550 T2+T0 15 25 50 75 100 125 150
二、实验要求(0.25分)
1.采用屏幕图形方式直观显示
2.利用matlab 编程实现
3.每种调速方式至少要有三条曲线，并求出各曲线交点
4.给出定性的分析结论
三、实验方法描述(2.5分)
配合linspace ，spline 函数使用插值法画出负载的机械特性曲线，然后再通过转速n 的公式em em T e a e kT n T C C R C U n -=Φ-Φ=02
分别通过改变U 的值，Ra 的值以及ΦT C 的值来得到三个不同的图。画图采用了画线性坐标系plot 语句，使用xlabel ，ylabel 语句来标示x 轴y 轴，使用text 语句来标示曲线名称，其中又采用\fontsize,\fontname 分别标示汉字大小和字体，并加入箭头标志，使用\Omega 标示Ω，\Phi 标示Φ，_{}来标示下标，得到完整清晰的标注，然后再通过Data Cursor 得到交点坐标，完成实验
四、实验源程序(1分)
1.直流电动机调压调速特性源程序
x=[15,25,50,75,100,125,150];
y=[0,370,800,1050,1250,1400,1550];
xx=linspace(15,150,1000);
yy=spline(x,y,xx);
plot(xx,yy)
xlabel('\fontsize{12}\fontname{宋体}转矩Te\rightarrow')
ylabel('\fontsize{12}\fontname{宋体}转速n\rightarrow')
hold on;
tem=[0:0.001:150];
u=220;
ra=0.1;
cto=1.53;
ceo=cto*2*pi/60;
n=u/ceo-ra*tem/(ceo*cto);
plot(tem,n)
u=200;
ra=0.1;
cto=1.53;
ceo=cto*2*pi/60;
n=u/ceo-ra*tem/(ceo*cto);
plot(tem,n)
hold on;
u=180;
ra=0.1;
cto=1.53;
ceo=cto*2*pi/60;
n=u/ceo-ra*tem/(ceo*cto);
plot(tem,n)
hold on;
u=160;
ra=0.1;
cto=1.53;
ceo=cto*2*pi/60;
n=u/ceo-ra*tem/(ceo*cto);
plot(tem,n)
text(50,1400,'\itU_{1}=220V');
text(50,1250,'\itU_{2}=200V');
text(50,1130,'\itU_{3}=180V');
text(50,1000,'\itU_{4}=160V');
title('\fontsize{14}\fontname{隶书}直流电动机的调压调速特性');
2.直流电动机串电阻调速特性源程序
x=[15,25,50,75,100,125,150];
y=[0,370,800,1050,1250,1400,1550];
xx=linspace(15,150,1000);
yy=spline(x,y,xx);
plot(xx,yy)
xlabel('\fontsize{12}\fontname{宋体}转矩Te\rightarrow')
ylabel('\fontsize{12}\fontname{宋体}转速n\rightarrow')
hold on;
tem=[0:0.001:150];
u=220;
ra=0.1;
cto=1.53;
ceo=cto*2*pi/60;
n=u/ceo-ra*tem/(ceo*cto);
plot(tem,n)
hold on;
tem=[0:0.001:150];
ra=0.5;
cto=1.53;
ceo=cto*2*pi/60;
n=u/ceo-ra*tem/(ceo*cto);
plot(tem,n)
hold on;
tem=[0:0.001:150];
u=220;
ra=0.8;
cto=1.53;
ceo=cto*2*pi/60;
n=u/ceo-ra*tem/(ceo*cto);
plot(tem,n)
hold on;
tem=[0:0.001:150];
u=220;
ra=1.2;
cto=1.53;
ceo=cto*2*pi/60;
n=u/ceo-ra*tem/(ceo*cto);
plot(tem,n)
hold on;
title('\fontsize{14}\fontname{隶书}直流电动机的串电阻调速特性'); text(135,1350,'\itR_{a1}=0.1\Omega');
text(135,1150,'\itR_{a2}=0.5\Omega');
text(135,950,'\itR_{a3}=0.8\Omega');
text(135,750,'\itR_{a4}=1.2\Omega');
3.直流电动机变磁通调速特性源程序
x=[15,25,50,75,100,125,150];
y=[0,370,800,1050,1250,1400,1550];
xx=linspace(15,150,1000);
yy=spline(x,y,xx);
plot(xx,yy)
xlabel('\fontsize{12}\fontname{宋体}转矩Te\rightarrow')
ylabel('\fontsize{12}\fontname{宋体}转速n\rightarrow')
hold on;
tem=[0:0.001:150];
u=220;
ra=0.1;
cto=1.53;
ceo=cto*2*pi/60;
n=u/ceo-ra*tem/(ceo*cto);
plot(tem,n)
tem=[0:0.001:150];
u=220;
ra=0.1;
cto=2;
ceo=cto*2*pi/60;
n=u/ceo-ra*tem/(ceo*cto);
plot(tem,n)
hold on;
tem=[0:0.001:150];
u=220;
ra=0.1;
cto=2.7;
ceo=cto*2*pi/60;
n=u/ceo-ra*tem/(ceo*cto);
plot(tem,n)
hold on;
title('\fontsize{14}\fontname{隶书}直流电动机的变磁通调速特性'); text(25,1400,'\itC_{e}\Phi=1.53');
text(25,1090,'\itC_{e}\Phi=2.00');
text(25,830,'\itC_{e}\Phi=2.70');
五、实验结果(2.5分)
1.
交点从下到上分别为Te1=66.61Nm，n1=971.4 r/min
Te2=79.16Nm，n2=1091 r/min
Te3=94.57Nm, n3=1210 r/min
Te4=112.1Nm, n3=1327r/min
2.
交点从下到上依次为Te1=71.86Nm，n1=1021r/min Te2=81.55Nm, n2=1107r/min Te3=91.25Nm,n3=1187r/min Te4=112.6Nm,n4=1327r/min
3.
交点从下到上分别为Te1=47.55Nm，n1=771.9r/min
Te2= 73.26 Nm,n2=1033r/min
Te3=112.6Nm,n3=1327r/min
分析结论：根据公式em em T e a e kT n T C C R C U n -=Φ-Φ=02
1.调压调速时，特征曲线是斜率相同，截距不同的一组平行线，基本趋势是电压越高，负载转速越快。
2. 串电阻调速时，特性曲线是斜率变化，截距相同的一组相交线，基本趋势是串的电阻越大，负载转速越低。
3.变磁通时，特性曲线是斜率和截距都变化的一组相交线，规律比较复杂，基本趋势是磁通变小时负载转速升高。
六、心得体会(3.5分)
该实验是对他励直流电动机的调速特性曲线的绘制。题目相对还说比较基本，但是对于初步使用matlab 的我来说，做起来还是比较麻烦。便是过程中，有好多错误出现，而且有好多错误，自己好多次也发现不了。这是，多亏了大家一起合作，互相帮助，互相检查，那些错误都得以纠正。整个实验的大部分都是组长带头做的，因为我对matlab 的生疏，基本上都是做辅助工作。但是经过这次试验，我对matlab 有个更深刻地认识，也有了更熟练地运用。
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一、实验内容 1.1单相变压器不同负载性质的相量图 通过MATLAB 画出单相变压器带感性，阻性，容性三种不同性质负载的变压器向量图 1.2感应电机的S T -曲线 通过MATLAB 画出三相感应电动机的转矩转差率曲线 二、实验要求 2.1单相变压器不同负载性质的相量图 根据给定的仿真实例画出负载相位角30,0,302-=j 三种情况下得向量图，观察电压大小与相位的关系，了解总结负载性质不同对向量图的影响 2.2感应电机的S T -曲线 根据给定的实例，画出3.1~3.1-=s 的S T -曲线，了解感应电机临界转差率的大小和稳定工作区间的大小，给出定性分析 三、实验方法 3.1单相变压器不同负载性质的相量图 1.单相变压器不同负载性质的相量图 (1)先画出负载电压'2U 的相量； (2)根据负载的性质和阻抗角画出二次电流（规算值）的相量 (3)在2U 上加上一个与电流方向相同的压降，其大小为二次电流规算值'2I 与二次漏电阻规算值'2R 之积；再加上一个超前电流方向?90的压降，其大小为二次电流'2I 规算值与二次漏电抗规算值'2χ之积； (4)根据上一步结果连线，得出'2E ； (5)超前'2E 方向?90画出m Φ； (6)根据励磁电阻与电抗的大小得出励磁阻抗角，并超前m Φ一个励磁阻抗角的大小得出m I 的方向； (7)根据平行四边形法则，做出'2I -与m I 的和，即为1I ； (8)根据'21E E =得出1E ，并得出1E -。
(9)在1E -上加上一个与电流方向相同的压降，其大小为一次电流1I 与一次漏电阻1R 之积；再加上一个超前电流方向?90的压降，其大小为一次电流1I 与一次漏电抗1χ之积； (10) 根据上一步结果连线，得出1U ； 3.2感应电机的S T -曲线 实验采用matlab 对转矩转差率曲线进行仿真。 由转矩转差率关系公式知， 2212 2122 1)()(x c x s r c r s r U m T s s +++?Ω= 只有s 为自变量，其他参数均为已知。 编程时，先取s 在0.01-1.3正区间的S T -，进行绘图；再取相应负区间对S T -绘图；最后加入（0,0） 四、实验源程序(1分) 4.1单相变压器不同负载性质的相量图 见附录 4.2感应电机的T-S 曲线 %T-S 曲线绘制 %定义常量 R2 = 0.04; R1 = 0.06; M1 = 3; U1 = 380; W = 2*pi*1485/60; X1 = 0.27; X2 = 0.56; C = 1+X1/16.4; %画出s=0.01~1.3的T-S 曲线 s = 0.01:0.01:1.3; T=ones(1,length(s));
春季学期MATLAB期末作业 学院：机电工程学院 专业：机械制造设计及其自动化 学号： 班号： 姓名：
2013年春季学期 MATLAB 课程考查题 姓名: 学号： 学院：机电学院 专业：机械制造 一、必答题： 1.matlab常见的数据类型有哪些？各有什么特点? 常量：具体不变的数字 变量：会根据已知条件变化的数字 字符串：由单引号括起来的简单文本 复数：含有复数的数据 2.MATLAB中有几种帮助的途径？ （1）帮助浏览器：选择view菜单中的Help菜单项或选择Help菜单中的MATLAB Help菜单项可以打开帮助浏览器； （2）help命令：在命令窗口键入“help”命令可以列出帮助主题，键入“help 函数名”可以得到指定函数的在线帮助信息； （3）lookfor命令：在命令窗口键入“lookfor 关键词”可以搜索出一系列与给定关键词相关的命令和函数 （4）模糊查询：输入命令的前几个字母，然后按Tab键，就可以列出所有以这几个字母开始的命令和函数。 注意：lookfor和模糊查询查到的不是详细信息，通常还需要在确定了具体函数名称后用help命令显示详细信息。 3.Matlab常见的哪三种程序控制结构及包括的相应的语句？ 1.顺序结构：数据输入A=input(提示信息,选项) 数据输出disp(X) 数据输出fprintf(fid,format,variables) 暂停pause 或pause(n) 2.选择结构： If语句： if expression （条件） statements1（语句组1） else statements2（语句组2）
第一章绪论 重点：机械，机械系统的相关概念及学科中的位置。 难点：学习机械系统设计课程的重要性。 讲授提示与方法：回顾机械工程的发展历程，注重机械系统的整体性，提高学生对机械系统设计的认知程度。 1.1机械系统设计在机械工程科学中的地位及作用 一、机械工程科学 1.机械工程科学的定义： 机械工程科学是研究机械产品（或系统）的性能、设计和制造的基础理论与技术的科学。 2.机械工程科学的组成： P1图1.1 （1）机械学：机械设计过程（核心部分）； （2）机械制造：机械制造过程（基础部分）。 3.机械学所包含的内容： P3图1.5 二、机械、机械系统、系统 1.机械：关于机械的定义，目前尚无严格的定论，一般可归纳为： （1）须由两个以上的零、部件组成； （2）这些零、部件的运动部件，应按设计要求作确定的运动； （3）将外来的能源转变为有用的机械功。 【举例】机械产品：汽车、拖拉机、机床、钟表…… 2.系统：是指具有特定功能的、相互间具有一定联系的许多要素构成的一个整 体。即由两个或两个以上的要素组成的具有一定结构和特定功能的整体都是 系统。 3.机械系统：由若干个零、部件及装置组成的，彼此间有机联系，并能完成特 定功能的系统，称之为机械系统。 4.系统应具有下述特性： （1）目的性：完成特定的功能 （2）相关性与整体性： 1）相关性：各构成要素之间是相互联系的 2）整体性：评价一个系统的好与坏要看该系统的整体功能 （3）环境的适应性：系统对外部环境变化和干扰有良好适应性 三、机械系统的组成： P4图1.6 1.动力系统：为系统提供能源（动力源） 2.执行系统：是系统的执行输出部分 3.传动系统：把运动和动力由动源传递给执行系统的中间环节 4.操纵、控制系统：使前三者协调动作和运行 5.支承系统：支承和联系各机件 6.润滑、冷却与密封系统：
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2013年春季学期 MATLAB 课程考查题 姓名: 学号： 学院： 机电学院 专业： 机械制造 一、 必答题：1.matlab 常见的数据类型有哪些？各有什么特点? 常量：具体不变的数字 变量：会根据已知条件变化的数字 字符串：由单引号括起来的简单文本 复数：含有复数的数据 2.MATLAB 中有几种帮助的途径？ （1）帮助浏览器：选择view 菜单中的Help 菜单项或选择Help 菜单中的 MATLAB Help 菜单项可以打开帮助浏览器； （2）help 命令：在命令窗口键入“help” 命令可以列出帮助主题，键入 “help 函数名”可以得到指定函数的在线帮助信息； （3）lookfor 命令：在命令窗口键入“lookfor 关键词”可以搜索出一系列 与给定关键词相关的命令和函数 （4）模糊查询：输入命令的前几个字母，然后按Tab 键，就可以列出所有以 这几个字母开始的命令和函数。 注意：lookfor 和模糊查询查到的不是详细信息，通常还需要在确定了具体 函数名称后用help 命令显示详细信息。 3.Matlab 常见的哪三种程序控制结构及包括的相应的语句？ 1.顺序结构：数据输入A=input(提示信息,选项) 数据输出disp(X) 数据输出fprintf(fid,format,variables) 暂停pause 或 pause(n) 2.选择结构： If 语句： if expression （条件） statements1（语句组1） else statements2（语句组2）建议收藏下载本文，以便随时学习！我去人也就有人！为UR扼腕入站内信不存在向你偶同意调剖沙
考试科目：机械系统设计考试时间：110分钟试卷总分100分考试班级：机械05级 一、选择填空（本大题共10小题，每小题1分，总计10分） 1．机械工程学科由（）和机械制造两部分组成。 A.机械原理 B.机械零件 C.机械学 D.机械加工 2．人们对机械系统进行功能原理设计时常采用的一种“抽象化”方法是（）。 A.黑箱法 B.白箱法 C.类比法 D.头脑风暴法 3．机械系统结构总体设计的任务是（）。 A.进行原理设计的构思 B.进行功能原理设计 C.将原理设计结构化 D.确定总体参数 4．在传动系统中，基本组的级比指数（）。 A.小于1 B.等于1 C.大于1 D.任意数 5．双联滑移齿轮占用的最小轴向尺寸应不小于（）。 A.3倍齿宽 B.4倍齿宽 C.5倍齿宽 D.6倍齿宽 6．执行系统是由执行末端件和与之相连的（）组成。 A.运动机构 B.导向机构 C.定位机构 D.执行机构 7．预紧可以有效提高滚动轴承的（）。 A.承载能力 B.工作转速 C.精度 D.刚度 8．我们可以用镶条来调整（）的间隙。 A.三角形导轨 B.燕尾形导轨 C.车床主轴 D.铣床主轴 9．支承系统是机械系统中具有支承和（）作用的子系统。 A.连接 B.导向 C.定位 D.夹紧 10.隔板的布置方向应与载荷的方向（）。 A.平行 B.垂直 C.倾斜 D.任意 二、名词解释（本大题共5小题，每小题2分，总计10分） 1．机械系统2．功能原理设计3．级比4．执行系统5．自身刚度 三、简答题（本大题共6小题，每小题4分，总计24分） 1．机械系统设计有哪些基本原则？ 2．什么是功能元？有那些种基本功能元？ 3．扩大传动系统变速范围有哪些方法？ 4．导轨有何功用？滑动导轨按其运动性质可分为哪几种类型？ 5．什么是支承件的接触刚度？提高接触刚度有哪些有效措施？ 6．常用的典型控制系统有哪几种类型？ 四、填空题（本大题含2小题共8个空，每空2分，总计16分） 1．某台数控机床，主轴最高转速为4000r/min，最低转速为30r/min，计算转速为145r/min。拟选用交流调频主轴电动机，其最高转速和额定转速分别为4500r/min和1500r/min，则主轴的恒功率调速范围R np为（），电动机的恒功率调速范围r p为（）r/min，如果有级变速机构的公比φu=R p，则有级变速机构的级数Z为（）级。 2．某卧式滑动导轨，支承导轨长720mm，动导轨长360mm，计算开式导轨的判别依据
太阳能电池特性的测量 能源短缺和地球生态环境污染已经成为人类面临的最大问题，新能源利用迫在眉睫。太阳能是一种取之不尽、用之不竭的新能源。太阳电池可以将太阳能转换为电能，随着研究工作的深入与生产规模的扩大，太阳能发电的成本下降很快，而资源枯竭与环境保护导致传统电源成本上升。太阳能发电有望在不久的将来在价格上可以与传统电源竞争，太阳能应用具有光明的前景。 根据所用材料的不同，太阳能电池可分为硅太阳能电池，化合物太阳能电池，聚合物太阳能电池，有机太阳能电池等。其中硅太阳能电池是目前发展最成熟的，在应用中居主导地位。 本实验研究单晶硅，多晶硅，非晶硅3种太阳能电池的特性。 实验目的 1． 学习太阳能电池的发电的原理 2． 了解太阳电池测量原理 3． 对太阳电池特性进行测量 实验原理 太阳能电池利用半导体P-N 结受光照射时的 光伏效应发电，太阳能电池的基本结构就是一个大 面积平面P-N 结，图1为P-N 结示意图。 P 型半导体中有相当数量的空穴，几乎没有自由电子。N 型半导体中有相当数量的自由电子， 几乎没有空穴。当两种半导体结合在一起形成 P-N 结时，N 区的电子（带负电）向P 区扩散， P 区的空穴（带正电）向N 区扩散，在P-N 结附近形成空间电荷区与势垒电场。势垒电场会使载流子向扩散的反方向作漂移运动，最终扩散与漂移达到平衡，使流过P-N 结的净电流为零。在空间电荷区内，P 区的空穴被来自N 区的电子复合，N 区的电子被来自P 区的空穴复合，使该区内几乎没有能导电的载流子，又称为结区或耗尽区。 当光电池受光照射时，部分电子被激发而产生电子－空穴对，在结区激发的电子和空穴分别被势垒电场推向N 区和P 区，使N 区有过量的电子而带负电，P 区有过量的空穴而带正电，P-N 结两端形成电压，这就是光伏效应，若将P-N 结两端接入外电路，就可向负载输出电能。 在一定的光照条件下，改变太阳能电池负载电阻的大小，测量其输出电压与输出电流，得到输出伏安特性，如图2实线所示。 负载电阻为零时测得的最大电流I SC 称为短路电 流。 负载断开时测得的最大电压V OC 称为开路电压。 太阳能电池的输出功率为输出电压与输出电流的 乘积。同样的电池及光照条件，负载电阻大小不一样 时，输出的功率是不一样的。若以输出电压为横坐标， 输出功率为纵坐标，绘出的P-V 曲线如图2点划线所 示。 输出电压与输出电流的最大乘积值称为最大输出 空间电荷区 图1 半导体P-N 结示意图 I V
《机械系统设计》 机械原理、机械设计和机械系统设计的 联系 院（系）机电工程学院 专业机械设计制造及其自动化 学生XXXXXX 学号XXXXXXXXX 班号XXXXXXX 2013年4月
浅谈机械原理、机械设计和机械系统设计的关系 XXXXX班XXXXXXXXX 摘要：机械学是对机械进行功能综合并定量描述及控制其性能的基础技术科学，机械系统从构思到实现要经历设计和制造两大不同性质的阶段，而这个 过程的实现需要诸如机械原理、机械设计和机械系统设计的学科作为基础，因此学习过程中处理好它们的关系式非常重要的。 关键词：机械原理、机械设计、机械系统设 一年的时间里，我学了机械原理、机械设计和机械系统设计这三门学科，作为机械设计制造及其自动化专业的专业基础课，这三门学科的重要性无可厚非，因此熟练掌握其相关知识是非常重要的，下面我就自己在学习过程中的经验与收获简单谈下对这三门学科的认识。 从这三门学科的课程安排顺序来看，就可明显看出三门学科是层层递进、逐步综合的关系，后面两门学科的学习都是要前面学科的知识作为基础。 机械原理，是研究机械运动学和动力学分析与设计的技术基础，它在基础课与专业课之间起着承上启下的作用，是进入专业课学习的基础学科。课程中对机械的组成原理、工作原理、运动分析乃至设计理论和方法都做了基本的介绍，对我们在认识实习、生产实习以及今后的工作中认识机械、了解机械和学会使用机械都有很大的帮助。例如，认识了解铣床工作台进给速度的调整、车削螺纹时不同螺距的形成都是通过齿轮传动并按照一定传动比计算挂轮实现的。又如，牛头刨床加工时进给量大小的调整可以通过连杆机构和棘轮机构实现等。这些有关机械的基本知识为机械设计、机械系统设计等此类专业课打下了基础。 机械设计，这门课程主要从研究一般机械传动装置的设计出发，研究机械中具有一般工作条件和常用参数范围内的通用机械零部的工作原理、结构特点、基本设计理论和设计计算方法。这门科目虽然是一门设计性的基础学科，但是已经综合了工程图学、工程力学、金属工艺学、机械工程材料与热处理、公差与技术测量和前面说到的机械原理课程，除此之外，本科目还综合了部分生产实习经验，因此机械设计已经是一门综合性、设计性很强的课程了，学习完这门课程，我们初步了解了常见的机械零件结构，已经需要具备设计整体机械组件的能力了。在期末的减速器课程设计中，我充分利用了自己所学的工程图学、高等数学、材料力学、机械原理、公差测量和计算机三维建模软件等知识，做到了融会贯通、综合运用。 而这学期学习的机械系统设计更是把课程学习提到了一个新的高度，它不但要用到机械原理、机械设计所学的相关知识，而且几乎已经涉及到了大学以来所有工科课程的内容，甚至已经超出了安排的既定课程知识范围。从书本中了解到，机械系统包括动力系统、传动系统、操作和控制系统、执行系统、支撑系统及润滑冷却和密封等子系统，而本课程即围绕这些子系统的设计展开讲述，而每个系统的设计过程中都需要用到各类不同的知识，其中诸如机械运动中的运动和力的变换与传递规律；机械零件与构件中的应力、应变和机械的失效；机械中的摩擦行为；对特定功能的机械结构分析等都与机械原理、机械设计课程的内容密不可分。除此之外，机械系统设计过程中的思维活动规律及设计手段；机械系统与人、环境的相互影响与适应等内容也是之前课本中没有涉及到的内容。机械系统设
H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y 材料力学上机作业 课程名称：材料力学 设计题目：应力状态分析 院系：机电学院 班级： 分析者： 学号： 指导教师：张桂莲 设计时间：2013年6月18日 哈尔滨工业大学
材料力学上机课设计说明书 一， 设计题目 题目7 应力状态分析 输入： 1. 平面应力状态输入： x y xy σστ（,,）；某截面方位角α 2. 空间应力状态输入： ,x y z xy yz zx σσστττ（,,,,） 输出： 1. 输出主应力123σσσ（,,） 2. 最大切应力（13 max 132 σσττ-== ） 3. 如为平面应力状态则需要输出方位角α斜截面上的应力αα στ、及主方向角*σα 4. 画出应力圆示意图 二， 程序计算设计过程 1. 平面应力状态分析 对于任意平面应力状态，有 max min σσ = 2x y σσ+± 主应力为： 1max 23min ,0,σσσσσ=== 并且由 2tan 2xy x y στασσ=- 可求得主应力方向角 1 3 σσ αα、。 对于任意一个方位角α，有： = cos 2sin 222 sin 2cos 22 x y x y xy x y xy αασσσσσατα σστατα +++ +-=- +
从而，输入任意角α，即可求得该截面的应力状态 ααστ、 并且 ααστ、都是关于α的函数，上式即为应力圆的参数方程，参数为α。 将α从0到pi 取一系列的值，则可以求出一系列的ααστ、，在坐标系中找 到对应点，连接即可作出应力圆。 2. 三向应力状态分析 解特征方程 32 1230I I I σσσ-+-= 即可求出主应力123σσσ、、 其中： 123|||||||| x y z x yx y zy z xz xy y yz z zx x x yx zx xy y zy xz yz z I I I σσσστστσττστστσστττστττσ=-+??????=++ ? ? ? ???????? ?= ? ??? 再由 13 max 132 σσττ-== 可求得最大切应力。 求解三向应力圆： 三个圆121323C 、C 、C 的圆心分别为： 231312122313,0,0,0222C C C σσσσσσ+++?????? ? ? ??????? 、、 半径非别为： 23 13 12 122313r = ,r = ,r = 2 2 2 σσσσσσ--- 由此可以求出三个应力圆的方程，从而作出三向应力圆。 三， 程序代码 reg=input('选择应力状态方式(1或2)：');%1表示平面应力状态，2表示空间应力状态 if reg==1 %选择平面应力状态分析 %输入已知量，应力单位为MPa ，转角单位为rad
大学物理期末考题(A) 2003年1月10日 得分__________ 班级_________姓名_________学号___________ 序号____________ 注意：（1）共三张试卷。（2）填空题★空白处写上关键式子，可参考给分。计算题要排出必要的方程，解题的关键步骤，这都是得分和扣分的依据。（3）不要将订书钉拆掉。(4)第4、5页是草稿纸。 一、选择题 1、在宽度a =0.05mm 的狭缝后置一焦距f 为0.8m 的透镜， 有一屏幕处在透镜的焦平面上，如图所示。现将某单色光垂直照射在单缝上，在屏幕上形成单缝衍射条纹，试问：若在离中央明条纹上方x =1.6cm 的P 处恰为暗条纹，则该光的波长约为 (a) 450nm (b) 500nm (c) 550nm (d) 600nm _____________ 1、在宽度a =0.05mm 的狭缝后置一焦距f 为0.8m 的透镜，有一屏幕处在透镜的焦平面上，如图所示。现将某单色光垂直照射在单缝上，在屏幕上形成单缝衍射条纹，试问：若在离中央明条纹上方x =1.6cm 的P 处恰为暗条纹，则该光的波长约为 (a) 450nm (b) 500nm (c) 550nm (d) 600nm 选_____B ______ λ θθk a f x ==sin kf ax = ?λ 2、在牛顿环实验中，观察到的牛顿环的干涉圆环形条纹第9级明条纹所占的面积与第16级明条纹所占的面积之比约为 (a) 9/16 (b) 3/4 (c) 1/1 (d) 4/3 (e) 16/9 选_____________ 2、在牛顿环实验中，观察到的牛顿环的干涉圆环形条纹第9级明条纹所占的面积与第16级明条纹所占的面积之比约为 (a) 9/16 (b) 3/4 (c) 1/1 (d) 4/3 (e) 16/9 选_____C ______ 明：2 ) 12(λ -= k R r , 暗：λRk r = , λπR S S k k =-+1 3、用频率为ν的单色光照射某金属时，逸出光电子的动能为k E ，若改用频率 2ν的单色光照射该金属时，则逸出光电子的动能为 （a ）k E 2 (b) k E h -ν (c) k E h +ν (d) k E h -ν2 选_____________
2013年春季学期 《MATLAB语言及应用》课程试卷 姓名： 学号： 学院： 专业： 必答题 1.常用的matlab界面由哪些窗口组成，各有什么主要作用？(4分) (1)菜单和工具栏功能：【File】菜单主要用于对文件的处理。【Edit】菜单主 要用于复制、粘贴等操作，与一般Windows程序的类似，在此不作详细介绍。【Debug】菜单用于调试程序。【Desktop】菜单用于设置主窗口中需要打开的窗口。【Window】菜单列出当前所有打开的窗口。【Help】菜单用于选择打开不同的帮助系统。 (2)命令窗口功能：用于输入命令并显示除图形以外的所有执行结果 (3)历史命令窗口功能：主要用于记录所有执行过的命令 (4)当前工作目录窗口功能：对文件和目录进行操作 (5)工作空间窗口功能：查看、载入和保存变量 2.如何设置当前目录和搜索路径，在当前目录上的文件和在搜索路径上的文件有什么 区别？(2分) 方法一：在MATLAB命令窗口中输入editpath或pathtool命令或通过【File】/|【SetPath】菜单，进入“设置搜索路径”对话框，通过该对话框编辑搜索路径。 方法二：在命令窗口执行“path(path,…D:\Study ?)”，然后通过“设置搜索路径”对话查看“D:\Study”是否在搜索路径中。 方法三：在命令窗口执行“addpath D:\Study- end”，将新的目录加到整个搜索路径的末尾。如果将end改为begin，可以将新的目录加到整个搜索路径的开始。 区别：当前文件目录是正在运行的文件的目录，显示文件及文件夹的详细信息，且只有将文件设置为当前目录才能直接调用。搜索路径中的文件可以来自多个 不同目录，在调用时不用将其都设置为当前目录，为同时调用多个文件提供 方便。 3.有几种建立矩阵的方法？各有什么优点？(4分) 1.在命令窗口中直接输入优点：适合输入不规则和较小的矩阵 2.通过语句和函数生成矩阵优点：适合输入规则且较大的矩阵 3.通过M文件来建立矩阵，从外部数据文件中导入矩阵 优点：方便创建和导入大型矩阵 4.说明break语句、continue语句和return语句的用法。(3分)
Harbin Institute of Technology 机械制造装备设计大作业 设计说明书 题目：卧式升降台铣床 院系： 班级： 姓名： 学号： 指导教师： 哈尔滨工业大学
目录 一、设计任务 (2) 1.1机械制造装备设计大作业的目的 (2) 1.2机械制造装备设计大作业的内容 (2) 1.3设计任务书 (2) 二、运动设计 (2) 2.1确定转速系列 (2) 2.2绘制转速图 (3) 三、动力设计 (8) 3.1传动轴直径初定 (8) 3.2主轴轴颈直径的确定 (9) 3.3齿轮模数的初步计算 (9) 四、参考文献 (11)
一、 设计任务 1.1机械制造装备设计大作业的目的 机械制造装备设计大作业,是机械制造装备设计课程进行过程中的一个重要教学环节。其目的在于通过机床主传动系统设计，使学生进一步理解设计理论，得到设计构思、方案分析、零件计算、查阅技术资料等方面的综合训练，树立正确的设计思想，掌握基本的设计方法，培养学生具有初步机械系统设计和计算能力。 1.2机械制造装备设计大作业的内容 1、运动设计 根据给定的机床用途、规格、极限速度、转速数列公比（或转速级数），分析比较拟定传动结构方案（包括结构式和结构网，转速图）和传动系统图，确定传动副的传动比及齿轮的齿数，并计算主轴的实际转速与标准转速的相对误差。 2、动力设计 根据给定的电动机功率和传动件的计算转速，初步计算传动轴直径、齿轮模数；确定皮带类型及根数、摩擦片式离合器的尺寸和摩擦片数及制动器尺寸、选择机床主轴结构尺寸。 1.3设计任务书 设计题目：卧式升降台铣床主传动系统设计 已知条件：工作台面积2 32012500mm ?最低转速min /30r n =，公比 1.41φ=，级数12=Z ，切削功率kw P 4=。 铣床 机床主参数 公比φ 最低转速n 级数Z 功率（kW ） 工作台面积320×12500mm 2 卧式升降台铣床主传动系统设计 1.41 30 12 4 二、 运动设计 2.1确定转速系列 已知设计参数为：电机额定功率4w P K =额，铣床最低转速min =30/min N r ，级数12=Z ，公比=1.41?。 由铣床的最低转速min =30N 、公比=1.41?、级数12=Z ，可知转速调整范围 4441.1111===-Z n R ?，主轴的极限转速min /1320min max r N R N n =?=， 查文献[1]表3-6可知主轴实际最大转速min /1320max r N =，且主轴的转速数列为 30/min r ，42.5/min r ，60/min r ，85/min r ，118/min r ， 170/min r ，
2015年春季学期 《MATLAB语言及应用》课程试卷 姓名：李清蔚 学号：11408010304 学院：机电学院 专业：机械设计制造及其自动化 (1)请概括Matlab中冒号(:)，逗号(,)，分号(;)的功能？(6分) ：用于生成一位数组，表示一位数组的全部元素或多维数组的某一维的全部元素 ，用于要显示计算结果的命令之间的分隔符，用于输入变量之间的分隔符，用于数组行元素之间的分隔符。 ;用于不显示计算结果命令行的结尾，用于不显示计算结果命令之间的分隔符，用于数组元素行之间的分隔符。 (2)a=[1 -6 0 0.45 0 100]，b=[0 1.5 4 0 0.5 -34]，请问在进行逻辑运算时，a、b分别相当于什么样的逻辑量？a与b的逻辑与、逻辑或都分别是什么？(4分) 元素方式的逻辑变量a&b=[0 1 0 0 0 1], a|b=[1,1,1.1,1] (3)有几种建立矩阵的方法？各有什么优点？(4分) 直接输入矩阵，eye()生成单位矩阵，通过M文件建立矩阵，通过外部数据文件导入矩阵 (4)生成一个7阶的魔方矩阵A，再采用相应的MATLAB命令，将其全部奇数行提取出来，赋给矩阵B，给出执行语句以及计算结果。(4分) A=magic(7) table=[1 3 5 7]; [n,len]=size(table); B=A(table(1),:); for i=2:len B=[B;A(table(i),:)]; End
B= 30 39 48 1 10 19 28 46 6 8 17 26 35 37 13 15 24 33 42 44 4 22 31 40 49 2 11 20 (5)生成5阶魔方矩阵A，再分别计算A中元素的平方、A矩阵的平方，给出执行语句以及计算结果。(5分) A=magic(5) B=A.^2 C=A^2 A = 17 24 1 8 15 23 5 7 14 16 4 6 13 20 22 10 12 19 21 3 11 18 25 2 9 B = 289 576 1 64 225 529 25 49 196 256 16 36 169 400 484 100 144 361 441 9 121 324 625 4 81 C = 1090 900 725 690 820 850 1075 815 720 765 700 840 1145 840 700 765 720 815 1075 850 820 690 725 900 1090 (6)生成矩阵 8412 6115 689 a ?? - ?? =-- ?? ?? - ??，计算a的行列式、逆矩阵，给出执行语句以 及计算结果。(5分) b = 784 c = 0.0753 0.0765 0.1429 0.0306 0.1837 0.1429 -0.0230 0.1122 0.1429
目录 第一章总体方案设计 (2) 1.1任务设计书及指标 (2) 1.1.1设计任务书 (2) 1.1.2主要技术指标 (2) 1.2总体方案确定 (2) 1.2.1方案确定思想 (2) 1.2.2方案对比分子与确定 (3) 第二章机械系统设计 (3) 2.1竖直坐标工作台外形尺寸及重量估计 (5) 2.2竖直导轨参数确定 (7) 2.3滚珠丝杠计算和选择 (7) 2.3.1 滚珠丝杠强度计算 (8) 2.3.2 滚珠丝杠传动效率计算 (8) 2.4伺服电机的计算与选取 (8) 2.4.1 等效转动惯量的计算 (11) 2.4.2 伺服电机等效负载转矩的计算 (11) 2.4.3 伺服电机的选型 (12) 2.5 联轴器的选用 (13) 参考文献 (13)
第一章 总体方案设计 1.1任务设计书及指标 1.1.1设计任务书 题目：两维工作台（步进电机+滚珠丝杠+Y 向可加减速器方案）结构设计 任务：本项目要求的两维工作台为竖直平面内的X-Y 工作台，其中Y 向为竖直，X 向为水平，电动工作方式。 1.1.2主要技术指标 1）工作台台面尺寸：X 向200mm ，Y 向200mm ，台面要求沿均匀布置同心圆上分布圆间隔30mm 的M6螺孔（螺孔深度不小于15mm ），中心须有20mm 定心圆孔。 2）工作台承载：载荷重量50Kg 。 3）行程要求：X 向500mm ，Y 向1000mm 。 4）位置定位精度：X 向0.1mm ，Y 向0.05mm 。 5）最大运动精度：X 向0.1m/s ，Y 向0.2m/s 。 1.2总体方案确定 根据设计任务书的要求确定总体方案。 1.2.1方案确定思想 两坐标数控工作台台体设计主要分为机械系统部件和台体上的测控部件。机械系统部件又分为导轨组成，传动组成，减速装置等；测控部件又分为伺服电机，检测及反馈元件等等。 1) 工作台型号为HXY-2020； 2) 行程要求X=200mm ，Y=200mm ； 3) 工作台面尺寸为C ×B ×H=270×250×18； 4) 底座外形尺寸为C ×B ×H=1000×25×840； 5) 工作台最大长度为1000mm ； 6) 工作台负载重量为N=500N ； 7) 工作台最快移动速度max max 0.2/;x y v v m s ==
哈工大机械设计电算实验(matlab2010)
机械设计电算实验 一：普通V带传动设计内容和任务 1、普通V带传动设计内容 给定原始数据：传递的功率P，小带轮转速n，传动比i及工作条件。 设计内容：带型号，基准长度Ld，根数Z，传动中心距a，带轮基准直径dd1、dd2，带轮轮缘宽度B，初拉力F0，和压轴力FQ。 2、CAD任务： （1）编制V带传动设计程序框图。 （2）编制V带传动设计原程序。 （3）按习题或作业中数据运行程序，要求对每一组数据各按三种V带型号计算，对每一种带型号选三种小带轮直径进行计算并输出所有结果。
二、变量标识符 kka 3 工作情况系数K A n r/min 4 小带轮转速n 1 5 工作机载荷特性载荷类型 6 原动机类型原动机类型 7 工作年限a年b班 8 带型号V带带型 dd1 mm 9 小带轮基准直径d d1 dd2 mm 10 大带论基准直径d d2 11 带速v v m/s vmax m/s 12 最大带速v max a0 mm 13 预估中心距a ld mm 14 基准长度L d 15 实际中心距 a aa mm r 度 16 小带轮包角α 1 17 V带根数Z z 18 基本额定功率P po kw pp0 kw 19 功率增量ΔP ki 20 传动比系数K i
三、程序框图
四、源程序与其说明 程序说明： 本程序用Matlab2010b软件编制，主要针对机械设计大作业上的题型设计。使用时只要打开m 文件，并点击运行，按照提示进行即可。首先输入原始数据，然后根据自己的需要选择带型，中心距即可得到设计结果，无需再查找资料，方便高效,计算过程如有错误会进行提示，并返回到输入处进行改正。而且该程序可以直接计算下一带轮直径或者计算下一带型，比较方便。源程序如下(先复制到记事本，再新建一个m文件，粘贴) clear all; disp('欢迎使用本程序，请输入V带传动设计的原始数据'); p=input('电动机工作功率(kw) P='); n=input('电动机满载转速(r/min) nm='); i=input('第一级传动比 i1='); a=input('请输入最短工作工作年限 a年b班 a='); b=input(' b='); disp('是否反复起动、正反转频繁或工作条件恶劣'); ka1=input('是请输入1，否请输入0。请输入：'); disp('原动机类型:'); disp('I类原动机包括普通笼型交流电动机，同步电动机，'); disp(' 直流电动机（并激），n>=600r/min的内燃机') disp('II类原动机包括交流电动机(双笼型、滑环式、单相、大转差率)，'); disp(' 直流电动机（复激、串激），单缸发动机，n<=600r/min的内燃机') d1=input('请选择原动机的类型，输入1或2。请输入:'); disp('载荷类型：'); disp('1、载荷平稳；2、载荷变动小；3、载荷变动较大；4、载荷变动很大。'); e1=input('请选择载荷类型请输入:'); c=[3 710 38 80;2.2 940 28 60;3 960 38 80;4 960 38 80]; if p==3&&n==710 d=38; e=80;
哈工大 2008 年 秋 季学期 机械系统设计 试 题（A ） 题号 一 二 三 四 五 六 七 八 九 十 总分 分数 班号 姓名 一 填空题（15分，每空0.5分） 1．机械工程科学是研究机械产品的 、 和 的基础理论与技术的科学。按照经历阶段的不同，机械工程科学可分成 和 两大分学科。 2．系统的三个特性： 、 、 。 3．机电一体化系统一般由五个本质不同的基本要素： 、 、 、 、和 组成。 4．功能元是能直接从技术效应(如物理效应、化学效应等)及逻辑关系中找到可以满足功能要求的最小单位。机械设计中常用的基本功能元有： 、 、 等。 5．按执行系统对运动和动力的不同要求可分为： 、 、 。 6．根据支承件的功用，对支承件的基本要求是： 、 、 、 。 7．机械系统中常用的无级变速装置有 、 和 三部分组成。 8．对于封闭或非封闭的薄壁支承件，纵向隔板主要用来提高支承件的 刚度， 横向隔板主要用来提高支承件的 刚度，斜向隔板既可提高支承件的 刚度，又可提高 刚度。
二简答题（24分） 1简述功能原理设计的特点 （3分）2简述结构总体设计原则中安全可靠原则应从哪几方面考虑。（4分）
3简述执行系统的功能 （4分） 4论述传动系统的组成，试举出变速装置的任意三种变速方式 （7分）5简述提高产品价值的分析方法？ （3分）
6简述微机电系统的基本特征。 （3分） 三．计算题（8分） 1 试推导摆动式操纵机构的几何条件？ （4分） 摆杆轴的布置
2 试推导单边拨动时滑移齿轮的不自锁条件？ （4分）
四 论述题（33分） 1简述操纵系统的组成及对操纵系统的基本要求 （6分） 2 简述机械系统中那些情况下应该选用干油润滑 （4分）
哈工大 2008 年秋季学期 机械系统设计试题（B）答案 一、填空题 1. 从系统所能完成的功能来分，机械系统主要由动力系统、执行系统、传动 系统、操作和控制系统、支承系统、润滑、冷却等子系统组成。 2. 机械系统设计的四个基本原则：需求原则、信息原则、系统原则、优化、效益原则。 3. 机械系统设计的基本要求：功能要求、适应性要求、可靠性要求、生产能 力要求、使用经济性要求、成本要求。 4. 机械系统结构总体设计的三项基本原则是：明确原则、简单原则、安全可 靠原则。 5. 机械系统总体设计中，总体参数主要包括：性能参数(生产能力等)、结构 尺寸参数、运动参数、动力参数等。 6. 机械系统的传动系统通常由变速装置、起停和换向装置、制动装置以及安 全保护装置等几个基本部分组成。 7. 操纵系统主要由操纵件、变送环节和执行件三部分组成。 二、简答题 1. 简答机械系统结构总体设计的7大基本原理任意5个（5分）答：（以下7个中的任意5个） 等强度原理；自补偿原理；任务分配原理；合理力流原理；变形协调原理；力平衡原理；稳定性原理。 2. 简述利用黑箱法进行功能原理设计的特点 答：利用黑箱法进行功能原理设计是暂时摒弃那些附加功能和非必要功能，突出必要功能和基本功能，并将这些功能用较为抽象的形式(如输入量和
试题 B 答案 2 输出量)加以表达。这样，通过抽象化可清晰地掌握所设计系统(产品)的基本功能和主要约束条件，从而突出设计中的主要矛盾，抓住问题的本质。 3. 简述执行系统的功能 答：执行系统一般大致可实现下列各种功能。 1) 实现运动形式或运动规律变换的功能 2) 实现开关、联锁和检测等的功能 3) 实现程序控制的功能 4) 实现施力功能 4. 采用摩擦片式离合器变速时，离合器位置的安排应注意的问题。答：采用摩擦片式离合器变速时离合器位置安排时应该注意 1) 减小离合器尺寸。在没有特殊要求的情况下，应尽可能将离合器安排在转速较 高的轴上，以减小传递的转矩，缩小离合器的尺寸。 2) 避免出现超速现象。超速现象是指当一条传动路线工作时，在另一条不工作的 传动路线上出现传动件高速空转的现象，这种现象在两对齿轮传动比悬殊时更为严重。 5. 简要回答选择价值分析对象的原则。 答：设计中进行价值分析和价值优化工作，一般重点选择以下几类缺点和问题较多、改进潜力较大的产品。 1) 设计年代久，多年没有重大改进的产品； 2) 结构复杂，零部件较多的产品； 3) 制造成本过高，影响市场竞争的产品； 4) 使用中功能不满足要求，性能差，可靠性差，用户不满意的产品。 6. 简述机械产品绿色设计与传统设计的区别 答：传统的机械产品设计侧重的是产品的性能、质量、成本等产品的基本技术与经济属性，对产品的考虑最多到产品使用报废为止。按传统的机械产品设计理念，在产品 试题 B 答案 3 使用报废后，就成了一堆废铁和垃圾，与制造企业也没有任何关系，
2013年春季学期 MATLAB 课程考查题 一、必答题： 1.matlab常见的数据类型有哪些？各有什么特点? (1)numeric（数值）：包括整数和浮点数，缺省状态下matlab将所有的数看 作是双精度的浮点数。 (2)char（字符）：字符串必须用单引号括起来，是由多个字符组成的字符行 向量。 (3)logical (逻辑)：仅有TRUE和FALSE两个值，一般用于关系运算或逻辑 运算。 (4)cell (单元、细胞、元胞)：可以把不同类型的数据纳入到一个变量中，不 要求相同的数据类型，下标用大括号括起来。 (5)struct (结构)：结构是包含已命名“数据容器”或字段的数组。结构中的 字段可以包含任何数据。 2.MATLAB中有几种帮助的途径？ (1)帮助浏览器：选择view菜单中的Help菜单项或选择Help菜单中的 MATLAB Help菜单项可以打开帮助浏览器； (2)help命令：在命令窗口键入“help”命令可以列出帮助主题，键入“help 函数名”可以得到指定函数的在线帮助信息； (3)lookfor命令：在命令窗口键入“lookfor 关键词”可以搜索出一系列与给 定关键词相关的命令和函数 (4)模糊查询：输入命令的前几个字母，然后按Tab键，就可以列出所有以 这几个字母开始的命令和函数。 3.Matlab常见的哪三种程序控制结构及包括的相应的语句？ (1)顺序结构：数据的输入-A=input(提示信息，选项)； 数据的输出-disp(输出项) 程序的暂停-pause(延迟秒数)
(2)选择结构：if 条件语句组；else 语句组；end Switch 表达式case 值1 语句组1；……otherwise 语句组n； end (3)循环结构：while 条件语句组；end for（条件）；end do 语句组while 循环语句组；end 4.命令文件与函数文件的主要区别是什么？ 答：（1）命令文件是一系列命令的组合，函数文件的第一行必须用function 说明； （2）命令文件没有输入参数，也不用返回参数，函数文件可以接受输入参数，也可以返回参数； （3）命令文件处理的变量为工作空间变量，函数文件处理的变量为函数内部的局部变量，也可以处理全局变量。 5.什么是全局变量和局部变量？ 答：全局变量是没有定义存储类型的外部变量，其作用域是从定义点到程序结束，省略了存储类型符,系统将默认为是自动型 局部变量也称为内部变量。局部变量是在函数内作定义说明的。其作用域仅限于函数内，离开该函数后再使用这种变量是非法的。 如果一个函数内的变量没有特别声明，那么这个变量只在函数内部使用，即为局部变量，如果两个或多个函数公用一个变量（或者说在子程序中也要用到主程序中的变量，注意不是参数），那么可以用global来将它声明为全局变量。 全局变量的使用可以减少参数传递，合理利用全局变量可以提高程序执行效率。如果需要用到其他函数的变量，就要利用在主程序与子程序中分别声明全局变量的方式实现变量的传递，否则函数体内使用的都为局部变量。 6.数据插值和曲线拟合区别？ 答：有这样一组数据（Xi，Yi），i=1,2,3，。。。。。，寻找Y与X之间的关系Y=F(X),就要根据这组数据求出其近似关系Y=G(X)。 插值与曲线拟合实际上是求这个近似关系的两种方法，不同的是，插值方法