《机电一体化原理与应用》作业题
一、单项选择题
1. 机电一体化系统的核心是（ C ）。
(A) 动力部分(B) 执行机构(C) 控制器(D) 接口
2. 模拟信号数字化的第一步是在时间上对信号进行（ B ）处理。
(A) 量化处理(B) 采样离散化处理(C) 编码处理(D) 调制处理
3. 数字信号是对时间离散模拟信号进行（A ）处理后得到的。
(A) 量化处理(B) 采样离散化处理(C) 编码处理(D) 调制处理
4. 机械系统动态模型建立主要是基于如下定律（ B ）。
(A) 牛顿定一运动定律
(B) 牛顿定二运动定律
(C) 牛顿定三运动定律
(D) 万有引力定律
5. 适合应用传递函数描述的系统是（ A ）。
(A) 单输入，单输出线性定常系统；(B) 单输入，单输出线性时变系统
(C) 单输入，单输出的定常系统；(D) 非线性系统
6. 在机械系统运动学模型建立过程中弹簧力与质量体运动的（A ）成正比。
(A) 位移(B) 速度(C) 加速度(D) 摩擦
7. 智能传感器主要硬件结构是指将敏感元件与（ C ）相结合。
(A) 放大器(B) 滤波器(C) 微处理器(D) 控制器
8. 机电一体化系统中，根据控制信息和指令完成所要求的动作这一功能的是（D ）。
(A) 机械本体(B) 动力部分(C) 控制器(D) 执行机构
9. 由电信号处理部分和液压功率输出部分组成的控制系统是（ C ）
(A) 交流伺服系统(B) 直流伺服系统(C) 电液伺服系统(D) 步进电动机控制系统
10. 机电一体化系统中，根据控制信息和指令完成所要求的动作这一功能的是（ D ）。
(A) 机械本体(B) 动力部分(C) 控制器(D) 执行机构
11. PCM是指（ D ）。
(A) 脉幅调制(B) 脉宽调制(C) 脉位调制(D) 脉冲编码调制
12. 传感器在机电一体化系统中主要用于( B )。
(A) 控制(B) 检测(C) 计算(D) 编码
13. 在数字控制中，保持器的主要作用是（ C ）：
(A) 提高系统的稳定性(B) 改善系统动态性能(C) 采样电压值保持一个采样周期；
(D) 消除系统干扰(E) 提高抗干扰能力
14. 在下列那种情况下,控制系统不稳定（ A ）。
(A) 极点位于S平面的右边(B) 极点位于S平面的左边
(C) 极点位于S平面的原点(D) 极点位于S平面的虚轴上
15. 在机械系统运动学模型建立过程中，惯性力与质量体运动的（C ）成正比
(A) 位移(B) 速度(C) 加速度(D) 摩擦
16. 在机械系统运动学模型建立过程中,阻尼与质量体运动的（ B ）成正比。
(A) 位移(B) 速度(C) 加速度(D) 摩擦
17. 衡量放大器放大能力的指标是（ B ）。
(A) 输入阻抗(B) 放大倍数(C) 输出阻抗(D) 通频带
18. 在设计数字控制器的过程中，我们需要通过采样定理来确定系统的采样周期，采样周期的选择要符合采用定理，即采样频率必须大于输入信息所包含最高频率的（ A ）倍。、
(A) 2 (B) 4 (C) 5 (D) 10
19. 在数字控制中，被控对象或控制器控制律主要是由（ B ）描述。
(A) 微分方程(B) 差分方程(C) 积分方程(D) 偏分方程
二、不定项选择题
1. 电路系统的动态模型建立主要是基于如下定理（BD ）。
(A) 奈奎斯特定理(B) 基尔霍夫电压定理(C) 欧姆定理
(D) 基尔霍夫电流定理(E) 终值定理
2. 传感器的种类按工作原理分可以分为（AC ）。
(A) 结构型(B) 开关型(C) 物型型(D) 数字型
12. 模拟信息处理电路一般包括（ABCE ）。
(A) 放大(B) 滤波(C) 补偿(D) D/A转换(E) 驱动电路
3. 在数字控制系统中，控制器前向通路上一般需要对控制信号进行（ABC ）处理；
(A) A/D采样(B) 采样保持(C) 量化处理(D) D/A转换(E) 信号同一化处理
4. 抑制干扰的措施很多，主要包括（ABCD ）
(A) 屏蔽(B) 隔离(C) 滤波(D) 接地和软件处理等方法
5. 经采样后的信息属于（ B ）。
(A) 数字信号(B) 离散化的模拟信号(C) 连续模拟信号(D) 调制信号
6. 电桥是用来测量传感器的电阻、电容或电感变化的电路，它是将这些参量的变化变换为电压或电流信号变化的电路。全桥的电压灵敏度比单桥提高了( C )倍。
(A) 1 (B) 2 (C) 4 (D) 8
7. 将脉冲信号转换成角位移的执行元件是（C ）
(A) 旋转变压器(B) 交流伺服电动机(C) 步进电动机(D) 光电编码盘
8. 当直流伺服电动机外加电压等于额定电压，励磁电流等于额定电流时，电动机转速随控制电流变化的关系曲线称( D )
(A) 直流伺服电动机机械特性(B) 动态特性(C) 失灵区(D) 直流伺服电动机转速特性
9. 电路各部分公共导线阻抗、地阻抗和电源内阻压降相互耦合形成的干扰，称为（ C ）
(A) 静电干扰(B) 磁场耦合干扰(C) 共阻抗感应干扰(D) 电磁辐射干扰
11. 在时域里描述系统动态响应的主要指标( ABCDE )
(A) 上升时间(B) 超调量(C) 稳定时间(D) 稳态误差(E) 调节时间(F) 系统带宽。
12. 一个典型的机电一体化系统，应包含以下几个基本要素（ABCD ）。
(A) 机械本体(B) 动力与驱动部分(C) 执行机构(D) 控制及信息处理部分
13. 机电一体化的高性能化一般包含（ABCD ）。
(A) 高速化(B) 高精度(C) 高效率(D) 高可靠性。
14. 采用负反馈形式连接后（CE ）：
(A) 一定能使闭环系统稳定；(B) 系统动态性能一定会提高；(C) 需要调整系统的结构参数，才能改善系统性能；(D) 一定能使干扰引起的误差逐渐减小，最后完全消除。(E) 提高系统抗干扰能力
15. 光机电一体化的系统设计原则主要包括（ABCDE ）。
(A) 机电互补原则(B) 功能优化原则(C) 自动化原则(D) 效益最大原则(E) 开放性
原则
16. 衡量传感器品质主要参数包括：（ABCDEF ）。
(A) 灵敏度(B) 分辨力(C) 准确度
(D) 精确度(E) 重复性(F) 线性度
17. 载荷是执行机构设计计算过程的一项重要原始数据，在机电一体化系统设计中，典型载荷是指在机构上的（ABCD ）。
(A) 摩擦载荷(B) 惯性载荷(C) 外载荷(D) 各种环境载荷
你选择的答案：A B C D [正确]
18. 描述控制系统的性能指标主要包括（ABCE ）
(A) 对常值或“偏离”扰动信号所允许的稳态误差
(B) 对多项式参考输入信号，如跃阶信号和斜坡信号，所允许的稳态跟踪误差。
(C) 系统多模型参数变化的灵敏度
(D) 控制系统阶数
(E) 系统在跃阶参考输入或扰动输入时的动态特性，如上升时间，超调量等
19. 按照在电路中所处的位置和作用不同来分，滤波器可分为（ABCDE ）
(A) 信号滤波(B) 电源滤波(C) EMI滤波(D) 电源去藕滤波
三、主观题
1. 机电一体化系统的关键技术有那些?
答：关键技术主要包括：系统总体技术、机械技术、传感器检测技术、计算机与信息技术自动控制技术及伺服传动技术。
系统总体技术：基于系统总线技术使机电一体化系统高度集成化、信息化、可靠性及实时性得到保证。机电一体化系统的多功能、高精度、高效能要求和多技术领域交叉特点，使系统本身和开发设计变得复杂，系统总体性能不仅与各构成要素功能、精度、性能相关，还与各构成要素之间的相互协调和融合相关。系统总体技术即以整体为概念，组织应用各相关技术、从全局和系统目标出发，将总体分解成相互关联的若干功能单元，通过协调和组织各个组成单元的技术方案，并找出最优总体技术方案。
机械技术：是机电一体化基础，实现结构、材料、性能的要求。主要包括：机械设计，机构学，材料，工艺等技术。机械技术是机电一体化的基础，通过现代设计理论和方法，运用计算机设计、有限元分析和制造等技术，实现现代机械系统设计和制造。
传感器和检测技术：传感器装置是系统的感受器，是系统实现控制，检测，调节的关键部件，主要包括：传感器技术，物理，信息检测与处理，数字信号处理技术等。传感检测装置是系统的受感器，是机电一体化系统达到更高水平的保证。
计算机与信息技术：通过采集，处理，分析机电一体化各种参数和状态，实现对机电一体化系统的检测，控制和智能决策。主要包括：计算机技术，人工智能技术，软件技术，微电子技术，硬件技术，电子技术、网络与通信技术等。在机电一体化系统中，与各种参数和状态以及自动控制有关的信息输入、交换识别、存取运算、判断及决策均属于该技术领域。机电一体化系统的计算机与信息处理装置是系统的核心。它是控制和指挥整个系统运行，了解各个部件和环境状态的核心。
自动控制技术：控制技术是在无人直接参与的情况下，通过控制器实现被控对象或过程自动按规律运行。主要技术包括：系统建模，控制系统设计理论和方法，系统仿真。自动控制作为机一体化系统中重要支撑技术，是其核心组成部分。控制技术是机电一体化系统在无人直接参与的环境下，通过控制器完成预定控制目标的技术保证。
伺服传动技术：主要是指机电一体化系统在执行元件的驱动装置设计技术，伺服装置包括电动，气动及液压等，是实现电信号到机械动作的转换装置。对系统的动态性能、控制质量和功能
有决定性的影响。作为机电一体化系统的主要执行部件，担负着机电一体化系统的最终功能实现，是实现电信号到机械动作的转换和控制装置和部件。伺服驱动系统包括：电气、气动、液压各种类型的传动装置。
2. 为什么采用机电一体化技术可以提高系统的精度?
答：机电一体化技术使机械传动部分减少，因而使机械磨损，配合间隙及受力变形等所引起的误差大大减少，同时由于采用电子技术实现自动检测，控制，补偿和校正因各种干扰因素造成的误差，从而提高精度。
3. 在机电一体化系统建模过程中，电路系统主要有哪三个基本元件？
答：在机电一体化系统建模过程中，电路系统主要有三个基本元件：电阻、电容和电感。
4. 传感器从结构上一般由哪三部分组成？
答：传感器从结构上一般由敏感元件、转换元件、接口电路三部分组成。
5. 放大器主要技术指标包括哪几部分？
答：放大器主要技术指标包括：放大倍数、输入阻抗、输出阻抗及通频带。
6. 在未来机电一体化系统发展呈现什么趋势？
答：在未来机电一体化系统发展呈现模块化、智能化、网络化、微型化、绿色化、人格化趋势。
7. 机电一体化系统的未来发展趋势？
答：模块化：设备和零部件的通用化和标准化，功能模块化。
智能化：控制论、信息论和系统论的技术应用和发展，使得智能科学不断地渗透于机电一体化系统或产品中，智能化使得机电一体化产品具有更加灵活的，科学的能力来完成更加复杂的，不确定的工作。智能化机电一体化系统具有一下几个特征：
1）复杂性：具有多功能，高适应性、高可靠性、是多技术集成与优化的产物。智能化机电一体化系统通常由机、光、电装置构成，计算机与信息处理，控制论在系统中占据中心位置。
2）交叉性：广泛应用以控制论、信息论及系统论为中心的各种现代理论，在经典控制理论的基础上，吸收人工智能，运筹学，计算机科学，模糊数学等，以求得更高的控制和决策目标。
3）拟人性：模拟人的思维，具有基本的学习和判断能力，从而具有一定的推理，决策功能。
网络化：机电一体化系统作为网络终端，和各种系统组成一定的集成网络系统，从而具有更加广泛的应用和控制能力。
微型化：随着微机械电子系统（MEMS）的技术成熟和应用，越来越多的机电一体化系统的检测、执行功能由这些MEMS来实施，从而形成微机电一体化系统和产品，具有体积小，能耗低，运动灵活等特点。
绿色化：机电一体化的绿色化主要指制造，使用时不污染生态环境，能回收利用。绿色机电一体化产品的设计和应用具有远大的前途。
人格化：注重产品与人的关系，机电一体化系统或产品具有良好的与人交互的能力。
8. 光机电一体化系统所涉及的信号有哪两类？
光机电一体化系统所涉及的信号有两类模拟信号和数字信号。
9. 论述模拟信息数字化的基本原理。
答：机电一体化系统所涉及的信号有两类，连续信号（模拟信息）和离散时间信息。由于计算机或微处理器的信息和控制都是基于数字信号（0.1）信息，而往往系统输入或输出确实模拟量，所以，就出现了将连续时间信号变为离散时间信息，离散时间信息变为数字信号或数字信息又变为连续时间信号等信号转换问题。
模拟信号数字化的第一步是在时间上对信号进行离散化处理，即将在时间上连续的信号处理为时间上离散的信息，这一过程称为采样。采样要遵循采样定理。
模拟信号经采样后，虽然在时间上是离散的，但采用脉冲序列幅度仍然取决于输入模拟信号，采用信息仍属于模拟信号，必须进行量化，使其在幅值上离散化。这个过程称为量化。量化后的信息，即变为了时间离散、幅值离散的数字信号。
10. 机电一体化系统的数学模型一般按特征分类，常见的有哪几类？
答：机电一体化系统的的数学模型一般按特征分类，常见的有静态模型和动态模型，确定性模型和不确定性模型，线性模型和非线性模型和连续模型和离散模型。
11. 在机电一体化系统建模过程中，机械系统主要有哪三个基本元件？
答：在机电一体化系统建模过程中，机械系统主要有三个基本元件：质量、弹簧和阻尼。
12. 简述系统仿真的目的和意义
答：机电一体化系统分析和设计中，常用系统实验或仿真方法来确定系统特性，以寻求改进系统性能的途径。在很多情况下，研究系统的目的是要预测系统的若干特性，往往在建立系统之前或在讨论方案阶段就能预测系统建成后将出现的情形。若用系统自身做实验难于达到目的。因此，人们常借助于系统模型而不是系统本身进行仿真。仿真的目的在于：新系统的建立和调试，实现对系统最佳的设计和最佳控制问题以及模拟实验和训练。由于机电一体化系统越来越复杂，成本高，加上要考虑安全性要求，数字仿真技术在机电一体化系统中的系统分析、设计和调试尤为重要。
13. 已知一系统结构如下图所示，求系统传递函数
略。
14. 机电一体化系统的执行机构的多采用电动机作为驱动器件，在机电一体化反馈控制系统中，常用的电动机有哪两种？
答：机电一体化系统的执行机构的多采用电动机作为驱动器件，在机电一体化反馈控制系统中，常用的电动机有直流伺服电动机和交流伺服电动机两种。
15. 简述直流电动机的机械特性？
答：直流电动机的机械特性是指外加电压Uc励磁电流If和电枢回路电阻Ra保持不变时，直流电动机的电磁转矩T与转速n之间的关系。即：n=f(T).机械特性是直流电动机的一个重要特性。
16. 控制系统从组成通路上分，可以分为哪两种控制方式？
答：控制系统从组成通路上分，可以分为开环和闭环控制。
17. 在机电一体化控制系统设计中，我们常用到PID控制器，试说明PID控制器中P, I ,D的主要作用和特点。
答：P：比例控制器的作用是指控制器的输出与输入偏差（也即误差）信号成比例。比例控制器能迅速反映误差，从而使系统减少误差，但不能消除稳态误差。比例系数的加大，会引起系统的不稳定。即比例控制作用虽然及时，快速，但存在静态误差，被控对象不能完全回复到给定值，故控制精度不高.
I：调节器输出信号的变化速度与偏差信号成正比。则可以消除静态误差。因为积分作用是随时间的积累而逐渐增强，因此在时间上其输出信号总是落后于输入偏差信号变化（称相位滞后），所有积分调节器的调节作用缓慢。即积分控制作用可以消除稳态误差，但它有滞后作用，会使系统超调量增加，甚至引起系统振荡。
D：调节器输出信号与偏差变化速度成正比，微分控制主要作用是克服被控参数的滞后。为减小滞后，可根据被控对象的变化趋势来进行控制。
18. 说明智能系统与传统系统能的主要区别？
答：学习能力。智能系统所具备的学校功能使系统具有对一个过程或未知环境所提供的信息进行识别、记忆、学习并利用积累的经验进一步改善系统的能力。具有与人类学习功能相似的能力；
适应能力。除包括对输入输出自适应估计外，还包括故障情况下自修复等功能，具有处理不确定环境的能力。
组织能力。对应复杂任务和分散的传感信息具有自组织和协调的功能，是系统具有主动性和灵活性。具有在任务要求范围内进行自行决策。主动采取行动，当出现多目标冲突时，在一定限制下，各控制器可以在一定的范围内自行解决。
19. 屏蔽技术通常分为哪几种？
答：屏蔽技术通常分为：电磁屏蔽技术、电场屏蔽技术、磁场屏蔽技术和电磁场屏蔽技术。
20. 举例说明光机电一体化系统和机电一体化技术含义
答：是指机械技术、电子技术、传感器和测试技术、接口技术、信息及控制技术、计算机技术、自动控制技术等相结合的一种综合技术；
机电一体化系统定义及理解：是指具有机电一体化技术的新型机电系统。是机械、电子、信息技术的有机结合和应用。
机电一体化系统体现整体性，它不是简单机械系统、微电子系统、控制系统等系统的简单组合或拼凑。而是由相互区别和相互作用的机械与光、电子部分有机结合在一起，为同一目的而完成特定功能的集合体。
机电一体化的特点：集成性、最优设计、智能化、基于模型和控制设计上基于并行的科学设计，系统更具有协同性。
21. 通常情况下，将系统模型可以分为哪两大类？
答：通常情况下，将系统模型可以分为两大类：实验模型和数学模型。
22. 研究系统的动态品质与特征时，通常有哪两种数学模型描述方法？
答：研究系统的动态品质与特征时，通常有两种数学模型描述方法：末端描述法和内部描述法。
23. 简述基尔霍夫电流、电压定理
答：基尔霍夫电流定理：在一个闭环环路内，流入一个节点的电路的代数和等于流出此节点的电流代数和
基尔霍夫电压定理：在一个闭环环路内，一个封闭路径的所有电压的代数和为零。
24. 机电一体化反馈控制系统的主要组成部分是什么？
答：略。
反馈控制系统的主要组成部分：控制器、执行机构、被控对象、检测装置及比较器。
1）检测装置，进行信号检测和信息采集，如温度，压力，位置，速度等
2）执行机构，实现所要求的运动和动作，如电动机，液压缸和液压马达，气动装置等
3）控制器, 根据控制系统的控制目标和系统模型，接收传感器所采集的输入信息，通过控制律计算，最后得出控制输出，并将其用于对执行机构的驱动
4）常见传感器，光电开关，声敏传感器，压电传感器，温度和湿度传感器，扭矩传感器，力传感器，应变传感器等
25. 下图RLC串联电路。写出输出电压与输入电压之间传递函数
答：略。
26.传感器分辨率是？
答：分辨率定义为传感器能检测到的测量值的最小增量，也称为测量的适应度。
27. 测量准确度是？
答：准确度表示测量值与实际值之间的偏差，它受限于仪器本身。如果未受实验误差的影响，就称实验为准确的，在实际应用中，准确度用真值的百分比表示，即：
真值的百分比=（测量值-真值）/真值（100）
28. 一他励直流电动机，额定电压UN=440 V，额定功率KW,额定电流，额定转速r/min，电枢回路总电阻，额定励磁电流，忽略电枢反应影响。试求：额定输出转矩和在额定电流时的电磁转矩。
答：略。
29. 在机电一体化系统数字PID控制器设计中，需要确定的控制器主要参数有哪些？
答：在机电一体化系统数字PID控制器设计中，需要确定的控制器主要参数是比例系数、积分系数、微分系数和采样周期T 。
30. 简述A／D、D／A接口的功能, 并说明保持器应用的目的。
答：（1）A／D接口的功能是将温度、压力等物理量经传感器变成的电压、电流等信号转换为数字量。具体来说，包括如下阶段：
1）对物理信号（通常为电压信号进行采样，并将其转换成一个10至16位的二进制数；
2）实现从模拟y(t)到采样值y(kt)的转换每隔T秒时间间隔重复一次，T为采样周期；
3）y(kt)为采样后的信号，为离散信号；
（2）D／A接口是将二进制数字量转换成电压信号。包括如下阶段：
1）将离散信号u(kt)转换成为连续信号u(t)并保持下来；
2）将二进制数转换成为模拟电压值；
3）零阶保持(ZOH)将电压值保持一个采样周期；
保持器的作用是保证在采用过程中，使被采用的信号能在电压上保持一个采样周期。从而保证后面的A/D转换能获得准备的数字。
31. 在实际设计数字控制器时，采用周期的确定要考虑那些因素？
答：（1）符合采样定理
（2）考虑系统稳定性影响；采样周期对系统的稳定性有直接影响，应在满足系统稳定性的条件下选择最大采用周期。
（3）给定值与扰动信息频率的影响；
（4）计算机计算精度
（5）控制回路的影响
（6）执行机构的特征
（7）闭环系统的频带范围，要求采样周期的频率范围要大于（25-100）系统的频带宽度。
32. 光机电一体化系统的主要组成要素
答：一个完善的机电一体化系统，一般由如下机构组成部分：机械系统部分、动力与驱动部分、执行机构部分、传感器测试部分、控制和信息处理部分，如图所示：
机电一体化五大基本要素：结构组成要素、动力组成要素、运动组成要素、感知组成要素、智能要素。
基本要素内部及各要素之间，通过接口耦合、运动传递、物质流动、信息控制、能量转换有机结合，集成一个完整的系统。各要素（环节）之间必须遵循接口耦合、物质流动、信息控制、能力转换的四大原则，完成如下内容：
变换：信息及信号变换，
放大：控制信息实现控制及能力匹配
耦合：信息必须符合规定模式传递
能力转换：包括执行器。驱动器各要素之间的不同能力转换
信息及控制：完成数据采集，分析，判断，决策及控制，知识驱动等
运动传递：各要素之间不同运动的变化和传输以及运动控制目的。
33. 论述机电一体化系统信息传输过程。
答：
上图为机电一体化系统信号传递过程，系统中既有受控物理参量连续变化的模拟信号，又有计算机等数字装置所能处理的离散数字信号。
在系统中，数字控制器产生控制策略，也就是负责接收给定指令，采集传感器的反馈信号，按一定的控制规律计算出数字形式的控制信号，如其输入是经过A/D转换的时间误差e(t)的二进制数字信号e(kT) ,其输出是二进制控制策略信号m(kT).经过伺服放大后驱动执行机构并跟踪给定指令运动。
34. 简述为什么在机电一体化系统设计，需要进行机电一体化系统建模和仿真分析。并说明模型建立的两种基本方式和他们的主要特点。
答：机电一体化系统中，机械系统，电子系统已经其他系统之间的连接往往是通过传感器或换能器，将被测物理量（位移，速度，加速度，声波，液压）等信号转换为电压或电流，系统在给定条件下，完成一定的功能。因此，从结构上，系统复杂。与所有系统一样，无论在系统设计还是分析，都需要进行实验研究，以确保功能得以实现，各系统之间工作协调，信息交流通畅，执行可靠。因此，在实验前，需要进行系统的描述，即建立系统模型，以便于从分析该模型得出整个系统的性能，功能指标。利用模型进行实验，获取所需要的信息，这一过程称为模拟和仿真。即通过模拟来达到对真实系统的了解和分析。从而减少费用，降低风险，并提高整体性能。
建模的方式通常被分为两大类，物理模型和数学模型，物理模型是以系统间的相似原理为基础建立的。包括系统按比例缩小的实体模型。
数学模型是用数学符号描述系统的数学表达式，系统属性由变量表示。可以通过计算机方式进行仿真。
35. 什么是线性度？
答：线性度是用来衡量输出是输入的线性函数的程度，因完全的线性特性并不能获得，与理想值的偏差定义为线性度容差。线性度是指在校准周期内，输出曲线与最佳拟合直线之间的最大偏差的百分比。非线性度通常是由非线性元件、如机械滞后、粘性流动若蠕变以及电子放大器等引起。
36. 什么是传感器灵敏度？
答：灵敏度是仪表对被测量参数变化的响应能力。也可用输出变化量与输入变化量的比值来表示。
式中：——输出变化量；
——输入变化量
37. 传感器的接口电路主要功能是对传感器的输出信号进行哪些处理？
答：传感器的接口电路主要功能包括：对传感器的输出信号进行隔离、阻抗变换、信号变化、放大。线性化及模拟或数字计算等处理。
38.一台他励直流电动机，额定电压U N=220 V , 额定转速n N=1500r/min , 电动机铁损
W ，机械摩擦损耗W ，电枢回路总电阻，V，求电磁转矩、
输入功率和效率。
39. 模糊控制系统从原理上讲，主要由哪三部分组成？
答：模糊控制系统从原理上讲，主要由：模糊化接口和模糊推理机和反模糊化三部分组成。
40. 控制系统性能指标主要包括哪四项？
答：机电控制系统性能指标主要包括：上升时间、超调量和稳定时间和稳定误差四项。
41. 从理论上讲，因数字控制器涉及到对信号（控制信号、反馈信号）的采样而会导致信息丢失，但为什么在实际应用系统中，数字控制方法的应用越来越广泛，同时说明奈奎斯特-香农采样定理对数字控制采样做了什么样的描述。
答：数字系统的使用，主要基于如下的原因：
1）数字控制器易于对控制律进行修改和调节和升级；
2）计算机的应用使数字控制器成为可能，并可实现控制器的运算和其他能力的提升；
3）数字控制器抗干扰强；
4）可更方便的实现通信、系统集成和数据传输。
奈奎斯特-香农采样定理主要说明了在数字采样过程中，采样频率必须大于信号里所包含的最大频率的两倍以上，从而保证所采集的信号不至于完全失真。
本次作业是本门课程本学期的第3次作业，注释如下： 一、单项选择题(只有一个选项正确，共11道小题) 1. 一点作曲线运动，开始时速度 v0=10m/s , 某瞬时切向加速度a t=4m/s2,则2s末该点的速度的大小为。 (A) 2 m/s (B) 18 m/s (C) 12 m/s (D) 无法确定 你选择的答案：[前面作业中已经做正确] [正确] 正确答案：B 解答参考： 2. 点作曲线运动，若其法向加速度越来越大，则该点的速度。 (A) 越来越大 (B) 越来越小 (C) 大小变化不能确定 你选择的答案： C [正确] 正确答案：C 解答参考： 3. 若点的运动方程为，则它的运动轨迹是。 (A) 半圆弧 (B) 圆周 (C) 四分之一圆弧 (D) 椭圆 你选择的答案： B [正确] 正确答案：B 解答参考： 4. 图示均质杆的动量p= 。杆的质量为m，绕固定轴O转动，角速度均为 。
(A) mlω (B) mlω (C) mlω (D) 0 你选择的答案： A [正确] 正确答案：A 解答参考： 5. 图示均质圆盘质量为m，绕固定轴O转动，角速度均为ω。对转轴O的动量矩L O的大小和方向为。 (A) L O=mr2ω (顺时针方向） (B) L O=m r2ω (顺时针方向） (C) L O=m r2ω (顺时针方向）
你选择的答案：[前面作业中已经做正确] [正确] 正确答案：C 解答参考： 6. 已知P= kN，F1=，物体与地面间的静摩擦因数f s=，动摩擦因数f d=则 物体所受的摩擦力的大小为。 (A) kN (B) kN (C) kN (D) 0 你选择的答案：[前面作业中已经做正确] [正确] 正确答案：B 解答参考： 7. 已知物块与水平面间的摩擦角，今用力F1=推动物块，P=1kN。则物块将。 (A) 平衡 (B) 滑动 (C) 处于临界平衡状态 (D) 滑动与否不能确定 你选择的答案：[前面作业中已经做正确] [正确]
西南交通大学机械原理试题 西南交通大学2003年硕士研究生招生入学考试 机械原理试题 考试时间：2003年1月考生请注意： 1．本试题共七题，共3页，考生请认真检查； 2．答题时，直接将答题内容写在指定的答卷纸上。 一、（16分）计算图示平面机构的自由度，如果有复合铰链、局部自 由度和虚约束请予以指出。 (a) (b)
二、 （24分）渐开线直齿圆柱齿轮传动,齿轮的基本参数如下表所示 1．推证其瞬时传动比为1 2 12z z i ，其中12,z z 分别为齿轮2，1的齿数； 2．说明这对齿轮是否存在根切现象？ 3．这对齿轮的标准中心距和正确安装中心距分别是多少？ 4．分析是否可以通过增大这对齿轮传动的模数来提高其重合度。 三、 （15分）图示机构，图中比例尺为 m mm /002.0，构件2为运动输入构件，构件7为运动输出构件。 1．说出机构中所含基本机构的名称，并说明各个基本机构是由哪些构件组成的； 2．分析该机构运动变换的功能，即：能将原动件2的什么样的运动转变为构件7什么样的运动输出； 3．设计另外一个机构，实现与图示机构相同的运动变换功能，并画出所设计机构的示意图。 四、 （27分）如图所示， 1．设计一个机构能够实现当滑块A 在力P 的作用下向右运动时， 滑块B 能够克服作用于其上的工作阻力Q 向上运动； 2．分析当滑块A 在任意位置时，以力P 为主
动力，所设计机构各个运动副反力的方向（不考虑重力、惯性力等，并设所有移动副、螺旋副、高副的摩擦角均为V ?，所有转动副的摩擦圆半径为V ρ）； 3．分析在以力P 为主动力时，所设计机构的自锁条件。 五、 （27 分）图示轮系中，已知各齿轮的齿数 ,17 ,40 ,17321===z z z 60 ,80'44==z z ,505=z 60 ,1,65,557'66'5====z z z z min 300031r n n ==，转向如图所示。 1．试确定出蜗轮7的转速和转向； 2．若齿轮5，4’，5’，6 均为标准渐开线直齿圆柱齿轮，模数为3mm, 且为标注安装。问图中轴心线Ⅱ、Ⅳ之间的距离h 应为多少？ 3．设轮系中所有齿轮的 质心与其几何中心（也就是转动轴心）重合，齿轮1及其转 动轴上零件对轴Ⅰ的转动惯量212.0kgm J =, 齿轮2及其转动轴上零件对轴Ⅱ的转动惯量228.0kgm J =，齿轮3及其转动轴上零件对轴Ⅲ的转动惯量2305.0kgm J =，齿轮4-4’ 及其转动轴上零件对轴Ⅱ的转动惯量246.0kgm J =, 齿轮5-5’的质量为20kg ，齿轮5-5’ 及其转动轴上零件对轴Ⅳ转动惯 量
西南交通大学2006－2007学年第(一)学期考试试卷（A ） 课程代码 2023500 课程名称 机械原理 考试时间 120 分钟 （开卷） 题号 一 二 三 四 五 六 七 八 九 十 总成绩 得分 阅卷教师签字： 一、 （12分）计算图示平面机构的自由度，如果有复合铰链、局部自由度和虚约束请予以指出, 并画出机构的拓扑图。 二、 （18分）图示平底直动从动件盘形机构。 1、确定机构的压力角α； 2、确定在图示位置时构件1和构件2之间的速 度瞬心12P ; 3、如果从动件的行程为h ，凸轮推程运动角为 0δ，从动件推程的运动规律为五次多项式运动规律，凸轮的基圆半径为0r 。试写出凸轮推程的轮廓曲线方程。 班 级 学 号 姓 名 密封装订线 密封装订线 密封装订线 题二图
三、 （20分）直齿圆柱齿轮齿条传动，已知齿轮的分度圆半径mm r 42=，模数mm m 6=，压力角o 20=α，正常齿制。在正确安装的情况下，齿条分度线到齿轮转动中心o 的距离为45mm 。齿轮为主动，并沿逆时针方向转动。 1、确定齿轮的齿数z ； 2、判断齿轮是否发生根切； 3、自选作图比例，画出啮合图，并在图上标出节点P ，齿轮节圆'r ，啮合角'α和实际啮合线 B 1B 2。 四、 （20分）题四图所示轮系，已知20321===z z z ，3943'==z z 。 1、当电机M 的转速s rad M /100=ω、转向如图所示时，试确定齿轮4转速的大小和方向； 2、如果取构件H 为等效构件，电动机M 的等效驱动力矩)(51000Nm M H edH ω?=，等效阻力 矩可近似为常数)(250Nm M erH =，等效转动惯量也近似为常数25kgm J eH =。求构件H 从起动到s rad M /100=ω所需要的时间t ； 3、如果再取齿轮4为等效构件，并以4e J 表示系统的等效转动惯量，以4e M 表示等效力矩。试说明eH J 与4e J 、eH M 与4e M 之间的关系。
本次作业是本门课程本学期的第1次作业，注释如下： 一、单项选择题(只有一个选项正确，共26道小题) 1. 考虑力对物体作用的运动效应和变形效应，力是。 (A) 滑动矢量 (B) 自由矢量 (C) 定位矢量 正确答案：C 解答参考： 2. 考虑力对物体作用的运动效应，力是。 (A) 滑动矢量 (B) 自由矢量 (C) 定位矢量 正确答案：A 解答参考： 3. 图示中的两个力，则刚体处于。 (A) 平衡 (B) 不平衡 (C) 不能确定 你选择的答案：[前面作业中已经做正确] [正确] 正确答案：B 解答参考： 4.
作用力的大小等于100N，则其反作用力的大小为。 (A) (B) (C) 不能确定 你选择的答案：[前面作业中已经做正确] [正确] 正确答案：B 解答参考： 5. 力的可传性原理只适用于。 (A) 刚体 (B) 变形体 (C) 刚体和变形体 你选择的答案：[前面作业中已经做正确] [正确] 正确答案：A 解答参考： 6. 图示结构，各杆自重不计，则杆BC是。
(A) 二力杆 (B) 不能确定 你选择的答案：[前面作业中已经做正确] [正确] 正确答案：A 解答参考： 7. 图示作用于三角架的杆AB中点处的铅垂力如果沿其作用线移动到杆BC的中点，那么A、C处支座的约束力的方向。 (A) 不改变 (B) 改变 (C) 不能确定 你选择的答案：[前面作业中已经做正确] [正确] 正确答案：B 解答参考： 8.
图示构架ABC中，力作用在销钉C上，则销钉C对杆AC的作用力与销钉C对杆B C的作用力。 (A) 等值、反向、共线 (B) 分别沿AC和BC (C) 不能确定 你选择的答案：[前面作业中已经做正确] [正确] 正确答案：B 解答参考： 9. 如图所示，物体处于平衡，，自重不计，接触处是光滑的，图中所画受力图。 (A) 正确 (B) 不正确
机械原理习题解答 例4-1 绘制图4-2所示液压泵机构的机构运动简图。 解：该机构由机架1、原动件2和从动件3、4组成，共4个构件，属于平面四杆机构。 机构中构件1、2，构件2、3，构件4、1之间的相对运动为转动，即两构件间形成转动副，转动副中心分别位于A 、B 、C 点处；构件3、4之间的相对运动为移动，即两构件间形成移动副，移动副导路方向与构件3的中心线平行。构件1的运动尺寸为A 、C 两点间距离，构件2的运动尺寸为A 、B 两点之间的距离，构件3从B 点出发，沿移动副导路方向与构件4在C 点形成移动副，构件4同时又在C 点与构件1形成转动副。 选择与各构件运动平面平行的平面作为绘制机构运动简图的视图平面。 选择比例尺l μ=0.001m/mm ，分别量出各构件的运动尺寸，绘出机构运动简图，并标明原动件及其转动方向，如图4-2所示。 例4-2 绘制图4-3所示简易冲床的机构运动简图。 解：图示机构中已标明原动件，构件6为机架，其余构件为从动件。需要注意的是，在区分构件时应正确判断图中各构件都包括哪些部分，例如：构件3就包括两部分，如图所示。 该机构中构件1与机架以转动副连接，转动副中心位于固定轴的几何中心A 点处；构件2除与构件1形成回转中心位于C 点的转动副外，又与构件3形成移动副，移动副导路沿BC 方向；构件3也绕固定轴上一点B 转动，即构件3与机架形成的转动副位于B 点， 同时 图4-3 简易冲床机构l μ=0.001m/mm
构件3与构件2形成移动副，又与构件4形成中心位于D 点的转动副；构件4与构件5形成中心位于E 点的转动副；构件5与机架6形成沿垂直方向的移动副。 该机构属于平面机构，因此选择与各构件运动平面平行的平面作为绘制机构运动简图的视图平面。 选择比例尺l μ=0.001m/mm ，量出各构件的运动尺寸，绘出机构运动简图，并标明原动件及其转动方向，如图4-3所示。 4-3 题4-３图为外科手术用剪刀。其中弹簧的作用是保持剪刀口张开，并且便于医生单手操作。忽略弹簧，并以构件1为机架，分析机构的工作原理，画出机构的示意图，写出机构的关联矩阵和邻接矩阵，并说明机构的类型。 解：若以构件1为机架，则该手术用剪刀由机架１、原动件２、从动件３、４组成，共４个构件。属于平面四杆机构。 当用手握住剪刀，即构件１(固定钳口)不动时，驱动构件２，使构件２绕构件１转动的同时，通过构件３带动构件４(活动钳口)也沿构件１(固定钳口)上下移动，从而使剪刀的刀口张开或闭合。其机构示意图和机构拓扑图如上图所示。 其关联矩阵为： 邻接矩阵为： 11 011000111 0014 32 1 4321 v v v v e e e e L M =； 0 1 1 1010 010110104 321 4321v v v v v v v v A M =； 例4-4 计算图4-13所示压榨机机构的自由度。 题4-３图 4 e 2 e 1e 4 v 3 v 1 v 2 v 3 e 机构的拓扑图 1
理论力学B 1只要知道作用在质点上的力，那么质点在任一瞬时的运动状态就完全确定了。（）正确答案：错误 2在惯性参考系中，不论初始条件如何变化，只要质点不受力的作用，则该质点应保持静止或等速直线运动状态。（）正确答案：正确 3作用于质点上的力越大，质点运动的速度也越大。（）正确答案：错误 4牛顿定律适用于任意参考系。（）正确答案：错误 5二力平衡条件中的两个力作用在同一物体上；作用力和反作用力分别作用在两个物体上。（）正确答案：正确 6分力一定小于合力。（）正确答案：错误 7 刚体的平衡条件是变形体平衡的必要条件，而非充分条件。（）正确答案：正确 8 物体的最大静摩擦力总是与物体的重量P成正比，即Fmax = fs P。正确答案：错误 9若系统的总动量为零，则系统中每个质点的动量必为零。（）正确答案：错误 10冲量的量纲与动量的量纲相同。（）正确答案：正确 11质点系的内力不能改变质点系的动量与动量矩。（）正确答案：错误 12质点系内力所做功之代数和总为零。（）正确答案：错误 13如果某质点系的动能很大，则该质点系的动量也很大。（）正确答案：错误 14点的牵连速度是动参考系相对于固定参考系的速度。（）正确答案：错误 15点的牵连加速度是动参考系相对于固定参考系的加速度。（）正确答案：错误 16当牵连运动为平动（移动）时，相对加速度等于相对速度对时间的一阶导数。（）正确答案：正确 17力对任一点之矩在通过该点的任意轴上的投影等于力对该轴之矩。（）正确答案：正确 18当力与轴共面时，力对该轴之矩等于零。（）正确答案：正确 19在空间问题中，力偶对刚体的作用完全由力偶矩矢决定。（）正确答案：正确 20定轴转动刚体上与转动轴平行的任一直线上的各点加速度的大小相等，而且方向也相同。（）正确答案：正确 21刚体作平动（移动）时，其上各点的轨迹相同，均为直线。（）正确答案：错误 22 刚体作定轴转动时，垂直于转动轴的同一直线上的各点，不但速度的方向相同而且其加速度的方向也相同。（）正确答案：正确 23两个作定轴转动的刚体，若其角加速度始终相等，则其转动方程相同。（）正确答案：错误 24刚体平动时，若刚体上任一点的运动已知，则其它各点的运动随之确定。（）正确答案：正确 25运动学只研究物体运动的几何性质，而不涉及引起运动的物理原因。（）正确答案：正确 26在某瞬时，点运动的切向加速度和法向加速度都等于零，则该点一定作匀速直线运动。（）正确答案：正确 27已知点运动的轨迹，并且确定了原点，则用弧坐标s（t）可以完全确定动点在轨迹上的位置。（）正确答案：正确 1.质点系内力所做功之代数和总为零。（）说法错误 2.刚体作平动（移动）时，其上各点的轨迹相同，均为直线。（）说法错误 3. 在自然坐标系中，如果速度的大小ν=常数，则其切向加速度at=0. 说法正确 4. 在惯性参考系中，不论初始条件如何变化，只要质点不受力的作用，则该质点应保持静
西南交通大学2012年机械原理考研真题（完整版） 一、 （20分）如题一图所示机构， 1． 分别计算下图机构的自由度，如果有复合铰链、局部自由度和虚约束请予以指出, 二、 （20分）如下图所示自由度为2机构，构件1与构件2形成高副。构件4和6为主动件。 1、对机构进行高副低代，画出机构的机构等效低代图示。 2、判断机构的级别，并拆分杆组。 3、在图中标出瞬心P46 三、 （30分） 图三机构为一个连杆机构的示意图，构件1为原动件，以转速ω1匀速转动，已知 班 级 学 号 姓 名 密封装订线 密封装订线 密封装订线
l AD =80mm,l AB =l BC =l CD =120mm,l DE =240mm.试判断： 1、构件中有几个曲柄，并说明分析判断根据； 2、画出图示机构的极位夹角，并求出行程速比系数K 的值。 3、若预使CD 的摆角变大，在四杆机构各杆长度不变的情况下，以DE 的距离调整来实现预期目的，试分析DE 是增大还是减小？说明分析判断依据。极位夹角将如何变化？试说明分析依据。 四、 （20分）现有两个完全相同的渐开线正常圆柱直齿轮组成的外啮合传动，已知齿数15=z ，分度圆压力角 20=α，模数mm m 5.5=，正确安装中心距为mm a 85'=。 1．试确定齿轮的节圆半径'r 和啮合角'α； 2．试确定齿轮变位系数x ，并说明齿轮是否存在根切现象？ 3．如果齿轮传动的中心距有所增大，问齿轮传动的传动比是否会发生变化？重合度是增大了，还是减小了？请说明分析的依据。 4、自选比例作图，求重合度并分析是否可以连续传动。
五、 （25分）题右图所示轮系，电机的转向如图中所示，转速s rad /951=ω，301=z ，202=z ， 703=z ，26'2=z ，904=z ，卷筒速ω3=185rad/s ，305=z ，806=z 。 1．若以电机主轴为等效构件，系统的等效转动惯量为Je 1，等效转矩为Me 1，试求若以卷筒 为等效构件，系统的等效转动惯量Je 3和等效转矩Me 3。 2．求齿数Z 4’ 六、 （20分）图示为一凸轮机构，偏心距=10mm 。圆盘的半径R=20mm ，滚子半径=5mm ，A 为凸轮转动中心，试求： 1、从图示位置凸轮转过60°后机构的位移S ，压力角α，速度v ， 2、如果机构的最大压力角max α大于机构的许用压力角][α。试提出改进机构设计的两项措施，并说明依据。 3、当滚子半径趋近∞（无穷大）时，即变成平底传动件，机构从动件的运动轨迹是否发生变化？为什么？
机械原理B主观题作业 二、主观题(共7道小题) 3. 齿轮的定传动比传动条件是什么？ 答：不论两齿廓在何位置接触，过接触点所作的齿廓公法线必须与两齿轮的连心线相交于一固定点。 4. 计算图7－2所示大减速比减速器的传动比。 答： 将轮系分为两个周转轮系 ①齿轮A、B、E和系杆C组成的行星轮系； ②齿轮A、E、F、G和系杆C组成的差动轮系。 因为，所以 将 代入上式，最后得 5. 图7－4中，，为轮系的输入运动，C为轮系的运动输出构件。已知确定转速的大小和转向。
答： 该轮系是由定轴轮系（１-２）和周转轮系（2-3-4-4’-5）组成的混合轮系。对定轴轮系（１-２），有 即 对周转轮系（2-3-4-4’-5），有 将，，代入上式，最后得 ，其中“-”表示齿轮5的转向与相同，方向“↓”，如下图所示。
6. 在图8－3中凸轮为半径为R的圆盘，凸轮为主动件。 （1）写出机构的压力角α与凸轮从图示位置转过的角度δ之间的关系；（2）讨论如果a ≥[a]，应采用什么改进设计的措施？ 答： （1）当凸轮转动任意角时，其压力角a如下图所示。由图中几何关系有 所以机构的压力角 a与凸轮转角之间的关系为 （2）如果，则应减小偏距e，增大圆盘半径R和滚子半径r r。
（3） 7. 机械系统的等效驱动力矩和等效阻力矩的变化如图9-2所示。等效构件的平均角速度为。求该系统的最大盈亏功。 答： 由下图中的几何关系可以求出各个盈、亏功的值如下 其中“+”表示盈功，“—”表示亏功。 画出示功图，如下图(b)，先画出一条水平线，从点a开始，盈功向上画,亏功向下画。示功图中的最低点对应， 最高点对应。图 (b)可以看出，点b最高，则在该点系统的角速度最大；点c最低，系统的角速度最小。则 的积分下限和上限应为下图(a)中的点b和点c。
机械原理B线下作业 第一次作业 一、判断题(判断正误，共2道小题) 1. 机构是具有确定运动的运动链 正确答案：说法正确 2. 平面四杆机构的曲柄存在条件为最长杆与最短杆的杆长之和不大于其余两杆长之和 正确答案：说法错误 二、主观题(共7道小题) 3. 齿轮的定传动比传动条件是什么？ 答：不论两齿廓在何位置接触，过接触点所作的齿廓公法线必须与两齿轮的连心线相交于一固定点。 4. 计算图7－2所示大减速比减速器的传动比。 答：将轮系分为两个周转轮系 ①齿轮A、B、E和系杆C组成的行星轮系；②齿轮A、E、F、G和系杆C组成的差动轮系。 因为，所以 将代入上式，最后得 5. 图7－4中，，为轮系的输入运动，C为轮系的运动输出构件。已知确定转速的大小和转向。 答：该轮系是由定轴轮系（１-２）和周转轮系（2-3-4-4’-5）组成的混合轮系。
对定轴轮系（１-２），有即 对周转轮系（2-3-4-4’-5），有 将，，代入上式，最后得，其中“-”表示齿轮5的转向与相同，方向“↓”，如下图所示。 6. 在图8－3中凸轮为半径为R的圆盘，凸轮为主动件。 （1）写出机构的压力角α与凸轮从图示位置转过的角度δ之间的关系； （2）讨论如果a ≥[a]，应采用什么改进设计的措施？ 答：当凸轮转动任意角时，其压力角a如下图所示。由图中几何关系有 所以机构的压力角 a与凸轮转角之间的关系为 （1）如果，则应减小偏距e，增大圆盘半径R和滚子半径r r。
（2） 7. 机械系统的等效驱动力矩和等效阻力矩的变化如图9-2所示。等效构件的平均角速度为。求该系统的最大盈亏功。 答：由下图中的几何关系可以求出各个盈、亏功的值如下其中“+”表示盈功，“—”表示亏功。 画出示功图，如下图(b)，先画出一条水平线，从点a开始，盈功向上画,亏功向下画。示功图中的最低点对应， 最高点对应。图 (b)可以看出，点b最高，则在该点系统的角速度最大；点c最低，系统的角速度最小。则 的积分下限和上限应为下图(a)中的点b和点c。 8. 在下列情况下选择机构的传动方案
第一学期西南交大理论 力学C第次作业答案 Document number【980KGB-6898YT-769T8CB-246UT-18GG08】
本次作业是本门课程本学期的第1次作业，注释如下： 一、单项选择题(只有一个选项正确，共26道小题) 1. 考虑力对物体作用的运动效应和变形效应，力是。 (A) 滑动矢量 (B) 自由矢量 (C) 定位矢量 正确答案：C 解答参考： 2. 考虑力对物体作用的运动效应，力是。 (A) 滑动矢量 (B) 自由矢量 (C) 定位矢量 正确答案：A 解答参考： 3. 图示中的两个力，则刚体处于。 (A) 平衡 (B) 不平衡 (C) 不能确定 正确答案：B 解答参考： 4. 作用力的大小等于100N，则其反作用力的大小为。 (A)
(B) (C) 不能确定 正确答案：B 解答参考： 5. 力的可传性原理只适用于。 (A) 刚体 (B) 变形体 (C) 刚体和变形体 正确答案：A 解答参考： 6. 图示结构，各杆自重不计，则杆BC是。 (A) 二力杆 (B) 不能确定 正确答案：A 解答参考： 7. 图示作用于三角架的杆AB中点处的铅垂力如果沿其作用线移动到杆BC的中点，那么A、C处支座的约束力的方向。 (A) 不改变 (B) 改变 (C) 不能确定 正确答案：B 解答参考： 8. 图示构架ABC中，力作用在销钉C上，则销钉C对杆AC的作用力与销钉C对杆BC的作用力。 (A) 等值、反向、共线
(B) 分别沿AC和BC (C) 不能确定 正确答案：B 解答参考： 9. 如图所示，物体处于平衡，，自重不计，接触处是光滑的，图中所画受力图。 (A) 正确 (B) 不正确 (C) 不能确定 正确答案：A 解答参考： 10. 如图所示，物体处于平衡，自重不计，接触处是光滑的, 图中所画受力图是。 (A) 正确 (B) A处约束力不正确 (C) 不能确定 正确答案：B 解答参考： 11. 如图所示，各杆处于平衡，杆重不计，接触处是光滑的，图中所画受力图。 (A) 正确 (B) A处及B处约束力不正确 (C) 不能确定 正确答案：B 解答参考： 12. 如图所示，梁处于平衡，自重不计，接触处是光滑的，图中所画受力图是。 (A) 正确 (B) B处约束力不正确
达朗伯原理作业B 参考解答 1．如题图所示，均质细圆环的质量为m ，半径为r ，C 为质心。圆环在铅垂平面内，可绕位于圆环周缘的光滑固定轴O 转动。圆环于OC 水平时，由静止释放，要求用达朗伯原理求释放瞬时圆环的角加速度及轴承O 的约束力。 解: 将惯性力向质心C 简化，其受力(含惯性力)图见右下。 其中 αα2I I , mr M mr F C == 由动静法得 0 , 0Ox =?=∑F F x r g rmg rF M F M O 2 ,0 , 0)(I IC =?=?+=∑αv 2 , 0 , 0I mg F mg F F F Oy Oy y = ?=?+=∑
2．重物A 质量为m 1，系在绳子上，绳子跨过不计质量的固定滑轮D ，并绕在鼓轮B 上，如题图所示。由于重物下降，带动了轮C ，使它沿水平轨道滚动而不滑动。设鼓轮半径为r ，轮C 的半径为R ，两者固连在一起，总质量为m 2，对于其过质心C 的水平轴的回转半径为ρ 。要求用达朗伯原理求鼓轮B 的角加速度和鼓轮B 所受摩擦力。 解：在定滑轮质量不计的假设下，定滑轮两端绳子拉力相等。受力图（含惯性力）如右下所示 对物块A 对轮C 注意有运动学关系 和 可解得 0 ,011T =?+=∑g m a m F F y 0)( ,0)(0 ,02T S 2T =++?==??=∑∑C C E C x a Rm F R r J M F a m F F αF R a R r R r a C )()(+=+=α2 2ρ m J C =212221)()() (r R m R m r R g m ++++= ραa a 1 A m 2 12222 21S )()()(r R m R m Rr g m m F +++?=ρρ
本次作业是本门课程本学期的第 1次作业，注释如下: 4. 一、单项选择题(只有一个选项正确，共 26道小题) 1.考虑力对物体作用的运动效应和变形效应，力是 (A)滑动矢量 (B)自由矢量 (C)定位矢量 你选择的答案: ［前面作业中已经做正确］［正确］ 正确答案：C 解答参考: 2.考虑力对物体作用的运动效应，力 是 _。 (A)滑动矢量 (B)自由矢量 (C)定位矢量 你选择的答案:［前面作业中已经做正确］［正确］ 正确答案：A 解答参考: 3. Fl ?耳，F\ = 一只 图示中的两个力 " F 不能确定 你选择的答案:［前面作业中已经做正确］［正确］ 正确答案：B 解答参考: ，则刚体处于 (A) 平衡 (B) 不平衡 (C)
6. 图示结构，各杆自重不计，则杆 BC 是。 尺=100N 不能确定 你选择的答案: ［前面作业中已经做正确］［正确］ 正确答案：B 解答参考: 5.力的可传性原理只适用于 。 (A)刚体 (B) 变形体 (C) 刚体和变形体 你选择的答案: ［前面作业中已经做正确］［正确］ 正确答案：A 解答参考: (A) 的大小等于100N ，则其反作用力 (b) 母=—100N (B) (C) 作用力 P
8. (A)二力杆 (B)不能确定 你选择的答案: ［前面作业中已经做正确］［正确］ 正确答案：A 解答参考: 7. F 图示作用于三角架的杆 AB 中点处的铅垂力 如果沿其作用线移动到杆 BC 的中点，那 么A 、C 处支座的约束力的方向 。 不能确定 你选择的答案: ［前面作业中已经做正确］［正确］ 正确答案：B 解答参考: (A) (B) 不改变 改变 (C)
西南交通大学2003—2004学年（1）学期考试试卷 课程名称 机械原理 （A ） 成绩 班级 学号 姓名 一、 （10分）图示为一个连杆机构的示意图，已知,30mm l AB =mm l BC 50=，mm l CD 70=,mm l AD 85=主动构件1以1ω匀速单向转动，机构的运动输出构件为滑块F 。 1．说明其中的四杆机构ABCD 是否 为曲柄摇杆机构； 2．检验机构是否有急回作用； 3．如果已知机构中所有构件的杆长 和所有固定铰链点的坐标。现要确 定构件5的运动，试按求解顺序写 出求解的位置方程，并说明如何求 解速度和加速度； 二、（16分）图示为一对标准渐开线正常直齿圆柱齿轮传动的啮合图(a)，已知齿轮传动的模数mm m 5=，压力角o 20=α，两个齿轮的齿数相同，且为标准安装，齿轮1为主动轮。 1．标出齿轮1的转向、齿轮1的节圆半径'1r 和齿轮传动的啮合角'α； 2．如果当齿轮齿顶圆恰好彼此通过对方的极限啮合点时，齿轮传动的重合度为1.7378，试确定这对齿轮传动的齿数； (b)
3．齿轮是否发生根切，为什么？ 4．指出这对齿轮传动的主要缺点和存在的问题； 5．如果取齿轮1为运动等效构件，其运动为周期性速度波动，等效阻动力矩r M 在一个运动周期中2л的变化如图（b ）所示，等效驱力矩d M 为 常数，齿轮1的平均角速度min 620r ，系统许用运转不均匀系数01.0=δ。试求安装在齿轮1轴上的飞轮的转动惯量F J （不计其余构件的转动惯量）。 三、 （12分）图示双滑块机构。 1．确定出构件2与机架4之间的速度瞬心 P 24。 2．机构的受力和运动情况如图所示，机构 出现死点位置时，角度α为多少？ 3．设计一个与图示机构结构不同的机构， 但可以实现与图示机构相同的运动变换 关系（即：将一个构件沿y 方向的移动 转变为另一个构件沿x 方向的移动）。请 画出您所设计机构的示意图； 四、（25分）图示为一个滚子直动从动件盘形凸轮机构，机构的基圆半径为0r ，滚子半径为r r ，偏距为e 。从动件推程的运动规律为等速运动规律，回程的运动规律为等加速等减速运动规律。 1．试根据给出的从动件的位移线图，画出从动件的速度和加速度线图的示意图； 2．判定机构存在什么样的冲击； 3．图中所画出的凸轮的基圆半径0r 是否正确？ 4．写出推程凸轮理论廓线的方程式，并说明如何得到凸轮的实际廓线方程式； 5．标出凸轮廓线上标号为“9”的点对应的凸轮机构的压力角，如果凸轮的压力角α大于许用压力角][α，提出改进设计的措施。
机械原理复习题答案 一填空题 1. 两构件通过点或线接触组成的运动副称为高副。 2. 满足曲柄存在条件的铰链(四杆机构)，取与最短杆相邻的杆为机架时，为曲柄摇杆机构，取最短杆为机架时，为双曲柄机构。 3. 在凸轮机构中，常见的从动件运动规律为匀速运动时，将出现刚性冲击。 4. 直齿圆柱齿轮作接触强度计算时，取节线处的接触应力为计算依据，其载荷由一对齿轮承担。 5. 为使两对直齿圆柱齿轮能正确啮合，它们的模数m 和压力角必须分别相等。 6. 两齿数不等的一对齿轮传动，其弯曲应力相等等；两轮硬度不等，其许用弯曲应力不相等等。 7. V带传动的主要失效形式是打滑和疲劳断裂。 8. 在设计V带传动时，V带的型号是根据计算功率Pc 和小轮转速n 1 选取的。 9. 工作时只受弯矩不承受转矩的轴称为心轴。 10.在机构中采用虚约束的目的是为了改善机构的运动状况和__受力情况______。 11.对于动不平衡的回转件，需加平衡质量的最少数目为__2 ______。 12.摆动导杆机构的极位夹角与导杆摆角的关系为___两者相等_____。 13.在内啮合槽轮机构中，主动拨盘与从动槽轮的转向__相同______。 14.普通平键的剖面尺寸(b×h)，一般应根据____轴径____按标准选择。 15.链传动是依靠链轮轮齿与链节的啮合来传递运动和动力的，所以应属于____啮合____传 动。 16.在一对齿轮啮合时，其大小齿轮接触应力值的关系是σH1__等于___σH2。 17.蜗杆传动的效率包括三部分，其中起主要作用的是___轮齿啮合时_____的摩擦损耗效率。 18.滑动轴承的转速越高，所选用的润滑油粘度越__大______。 19.联轴器型号是根据计算转矩、转速和____轴径____从标准中选取的。 20、常用的间歇运动机构有___槽轮机构_____和__ 棘轮机构______。 21、由渐开线的形成可知，离基圆越远的点，相应的压力角__越大______，我国规定标准压力角是指分度圆上的压力角，其值为_____ 200 ___。 22、根据磨擦副表面间的润滑状态可将摩擦分为干摩擦、液体摩擦、边界摩擦、混合摩擦。 23、铰制孔用螺栓连接时，螺栓的横截面受剪切应力和挤压应力的作用。 24、转轴在工作时既承受弯矩又承受转矩。 25、V带型号的选择取决于计算功率和主动轮转速两个因素。 26、链传动，其速度大小的变化是由多边形效应引起的。 27、螺栓连接的计算主要是确定螺纹的小径，然后按标准选定螺纹的公称直径。 28、铰链四杆机构中是否存在死点，取决于从动件与连杆是否共线。 29、平面连杆机构由一些刚性构件用____移动副和____转动副相互联接而组成。 30、普通螺纹的公称直径是指它的__螺纹的大径_____，管螺纹的公称直径为_____管子的内径_________。
西南交通大学机械原理期中考试试题 机械、车辆2004级使用 班级 学号 姓名 一、 (15分)图示为一个泵机构，当壳体1绕固定轴A 转动时，通过与其在点B 连接的构件3带动圆盘2绕固定轴D 转动，从而使液体流动。试画出机构的运动简图和机构拓扑图，并写出该机构的关联矩阵和邻接矩阵。图示比例为mm m l 002.0=μ。 二、 （14分）图示的凸轮连杆机构，凸轮廓线为以点O 为圆心的圆盘， DE BC //，构件1为原动件，其转动角速度为ω，转向如图所示。 1．机构中，若有复合铰链、局部自由度和虚约束，请予以指出； 2．利用速度瞬心法确定机构在图示位置时构件1与构件3之间的速度瞬心13P ； 3．进行高副低代，并画出该机构的运动等效低副机构。 题二图 题一图
三、 （16分）图示连杆机构，已知各固定 铰链点的位置、各构件的杆长和原动件 1的运动，现要用直角坐标解析法求解 构件3、7之间的相对运动。试按照求 解顺序写出机构位置分析的运动方程 式，并说明如何求解两构件之间的相对 速度和相对加速度。 四、 （15分）现要设计一个铰链四杆机 构ABCD ，实现图示的将工件移动 的三个位置，并且要求固定铰链点 A 、D 安置在图中虚线框之外。 1. 提出并说明机构的设计过程和方 法（采用图解法，则必须说明作 图步骤，并确定出各个构件的杆 长；采用位移矩阵法，则必须说 明如何得到机构的设计方程和如 何得出各个构件的杆长）； 2. 说明应当检验的条件有哪些。 五、 （20分）图示机构，(a)为机构的结构图，(b)为机构的运动简图。构件BC 匀速转动，已知mm l AB 40=，mm l BC 80=，mm l CD 90=，mm l AD 100=， mm l EF 120=，构件AE 的长度可以通过旋转螺旋进行调节，调节的范围为 mm mm l AE 10070--=， 120=∠DAE 1. 机构ABCD 是否存在曲柄？机构属于曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇 杆机构中的哪一种机构？ 2. 机构是否具有急回作用，行程速比系数K 是多少？ 3. 滑块F 的最大行程max H 和最小行程min H 是多少？ 题三图
达朗伯原理作业参考答案及解答 1．汽车以加速度a 作水平直线运动，如图所示。若不计车轮质量，汽车的总质量为m ，质心距地面的高度为h 。若汽车的前后轮轴到过质心的铅垂线的距离分别等于l 1和l 2。试求前后轮的铅垂压力；并分析汽车行驶加速度a 为何值时其前后轮的压力相等（滚动摩擦阻力不计）？ 答案：h l l g a 2) (21?=
2．为了用实验方法测定无轨电车的减速度，采用了液体加速度计，它是由一个盛有油并安放在铅垂平面内的折管构成。当电车掣动时，安放在运动前进方向的一段管内的液面上升到高度h 2，而在反向的一段管内的液面则下降到高度h 1。加速度计的安放位置如图所示，θ1=θ2=45°，且已知h 1=250mm ，h 2=750mm 。试求此时电车的减速度大小。 2 211cot cot θθh h d += 当电车掣动时，筒中两端油的高差为12h h ?，取油面上一滴油为研究对象，其受力图（含虚加惯性力）如下图。 由 0sin cos ,0=??=∑θθmg ma F x 注意到几何关系 2 2111 212cot cot tan θθθh h h h d h h +?=?= 解得 g h h h h g h h h h g g a 5.0) (cot cot )(tan 2 112221112=+?=+?= =θθθ
3．题图所示均质杆AB 的质量为4kg ，置于光滑的水平面上。在杆的B 端作用一水平推力F = 60N ，使杆AB 沿F 力方向作直线平移。试求AB 杆的加速度和角 θ 之值。 答案：o 33.2 ,654.0 tan ,m/s 152====== θθF mg a g m F a 4．在题图所示系统中，已知：均质杆AB 的长为l ，质量为m ，均质圆盘的半径为r ，质量也为m ，在水平面上作纯滚动。在图示位置由静止开始运动。试求该瞬时：（1）杆AB 的角加速度；（2）圆盘中心A 的加速度a A 。 解：先进行运动分析，显然杆AB 和轮A 均作平面运动，由运动学关系有 AB t CA t CA A C A A l a a a a r a αα2 ,,=+== 取整体为研究对象，加上惯性力，其受力图见下左图 各惯性力和力偶为 (1) 2 1 , , 121 ,21 21y I x I I 2I 2I AB C A C A AB C A A A ml F ma F F ml M mra mr M ααα======
第一学期西南交大理论 力学c第次作业答案 Revised as of 23 November 2020
本次作业是本门课程本学期的第1次作业，注释如下： 一、单项选择题(只有一个选项正确，共26道小题) 1. 考虑力对物体作用的运动效应和变形效应，力是。 (A) 滑动矢量 (B) 自由矢量 (C) 定位矢量 正确答案：C 解答参考： 2. 考虑力对物体作用的运动效应，力是。 (A) 滑动矢量 (B) 自由矢量 (C) 定位矢量 正确答案：A 解答参考： 3. 图示中的两个力，则刚体处于。 (A) 平衡 (B) 不平衡 (C) 不能确定 正确答案：B 解答参考： 4. 作用力的大小等于100N，则其反作用力的大小为。 (A) (B)
(C) 不能确定 正确答案：B 解答参考： 5. 力的可传性原理只适用于。 (A) 刚体 (B) 变形体 (C) 刚体和变形体 正确答案：A 解答参考： 6. 图示结构，各杆自重不计，则杆BC是。 (A) 二力杆 (B) 不能确定 正确答案：A 解答参考： 7. 图示作用于三角架的杆AB中点处的铅垂力如果沿其作用线移动到杆BC的中点，那么A、C 处支座的约束力的方向。 (A) 不改变 (B) 改变 (C) 不能确定 正确答案：B 解答参考： 8. 图示构架ABC中，力作用在销钉C上，则销钉C对杆AC的作用力与销钉C对杆BC的作用力。 (A) 等值、反向、共线 (B) 分别沿AC和BC (C) 不能确定
正确答案：B 解答参考： 9. 如图所示，物体处于平衡，，自重不计，接触处是光滑的，图中所画受力图。 (A) 正确 (B) 不正确 (C) 不能确定 正确答案：A 解答参考： 10. 如图所示，物体处于平衡，自重不计，接触处是光滑的, 图中所画受力图是。 (A) 正确 (B) A处约束力不正确 (C) 不能确定 正确答案：B 解答参考： 11. 如图所示，各杆处于平衡，杆重不计，接触处是光滑的，图中所画受力图。 (A) 正确 (B) A处及B处约束力不正确 (C) 不能确定 正确答案：B 解答参考： 12. 如图所示，梁处于平衡，自重不计，接触处是光滑的，图中所画受力图是。 (A) 正确 (B) B处约束力不正确 (C) 不能确定 正确答案：B
空间力系作业参考答案和解答 1．三力汇交于O 点，其大小和方向如图所示，图中坐标单位为cm 。求力系的合力。 答案： (N) 485652228R k j i F ++?= 2．在三棱柱体的三顶点A 、B 和C 上作用有六个力，其方向如图所示。如AB =30cm ，BC =40cm ，AC =50cm ，试简化此力系。 答案： 简化为一合力偶 m)N ( 243032?+??=k j i M
3．摇臂起重机上作用一力F =13kN ，如图所示。试求力F 对图示坐标轴Ox 、Oy 、Oz 之矩。 答案：m kN 15 , m kN 30 , m kN 36??=?=??=z y x M M M 4．自铅垂线上的D 点，引三根绳索把重量为P =2000N 的均质矩形板悬挂在水平位置，尺寸如图所示。求各绳所受的拉力。 答案： N 703 , N 745 , N 778===CD BD AD F F F
5．齿轮箱受三个力偶的作用。求此力偶系的合力偶。 答案 ：0.8)，（cos 0)，（cos 0.6),（cos , m .4N 266： m),N (213160==?=?=?+?=k j M M M i M k i M 方向余弦大小 6．图示水平轴上装有两个凸轮，凸轮上分别作用己知力F 2=800N 和未知力F 1。如轴平衡，求力F 1和轴承约束力。 解：取轴与两个凸轮为研究对象，受力分析如下图所示 由 N 800 02020 , 0)(2112==?=?=∑F F F F F M x 由 N 320 4.0 010040 , 0)(11?=?=?=??=∑F F F F F M Bz Bz y 由 N 1120 0140100 , 0)(2=?=?=∑By By z F F F F M
题一图 题二图 西南交通大学2006－2007学年第(2)学期考试试卷 课程代码 2023500 课程名称 机械原理 考试时间 120 分钟 阅卷教师签字： 一、 （10分）计算题一图所示的自由度，若有复合铰链、局部自由度和虚约束请予以指出。 二、 （20分）在题二图所示的螺旋千斤顶中，螺杆为单线梯形螺纹，其中径mm d 5.222 =，导 程mm l 3=，牙形角 30 =α ，手柄长度mm L 200=，螺旋副的摩擦系数1.0=f 。现要举起 N W 15000=的重物，需要在手柄端部施加多大的作用力？机构的效率为多少？该千斤顶在重 物的作用下是否会自锁？ 班 级 学 号 姓 名 密封装订线 密封装订线 密封装订线
题四图 三、 （15分）设计一个曲柄滑块机构，已知滑块的行程 mm H 50=，偏距mm e 20=，行程速比系数5.1=K 。试确定曲柄和连杆的长度。 四、 （20分）题四图所示凸轮机构。 1．写出机构的名称； 2．在图上标出基圆、凸轮的理论廓线和实际廓线； 3．确定从动件的行程h ； 4．画出当滚子与凸轮在点A 接触时，机构的压力角; 5．确定在图示位置时，凸轮与直动从动件之间的速度瞬心。 五、 （20分）已知一对标准渐开线直齿圆柱齿轮的传动比 为5.112 =i ，标准中心距为mm a 100=，齿轮的模数为mm m 2=。 1. 确定齿轮的齿数； 2. 如果齿轮的安装中心距a a >' ，下列参数：传动比、啮合角、分度圆半径、节圆半径、基 圆半径、齿顶间隙、齿侧间隙中哪些发生了变化，哪些不发生变化。 六、 （15分）在题六图中，括号内为各个齿轮的 齿数，构件H 以角速度rad/s 40=H ω转动，转向 如图所示。试确定F 转速的大小和转向。 题六图