《机电一体化系统设计》试卷答案

潍坊学院成人高等教育《机电一体化系统设计》试卷
一、填空题（本大题共1０小题，每空１分，共3０分）
１．工业三大要素是________、 ________和________。

２．机电一体化的三大效果是________、 ________和________。

３．滚珠丝杠副的结构类型可以从________、 ________和________进行区分。

４．齿轮传动部件是________、 ________和________的变换器。

５．对滚动导轨副的基本要求有________、 ________、________和________。

６．使用微型计算机对步进电动机进行控制有________和________两种形式。

７．单片机应用系统中，常使用________、 ________和________等作为显示器。

８．导轨变形一般有________、 ________和________三种变形。

９．常见的导轨截面形状有________、 ________、________和________四种。

１０．导轨常用材料有________、________、________和塑料等。

二、名词解释（本大题共５小题，每题4分，共20分）
11．导轨副
12．导向精度
13．稳定性
14．运动参数
15．公称直径
三、简答题（本大题共5小题，每小题6分，共30分）
16．机电一体化产品对传动机构的基本要求是什么？
17．机电一体化系统有哪些基本要素组成？分别实现那些功能？
18．试述旋转支承的种类及基本要求。

19．简述步进电动机的特点及其种类。

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《机电一体化系统设计》课程试卷1参考答案一.填空1.通常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.结构设计中的自增强原则是指在正常工作条件下，辅助效应与初始效应的作用方向相同，总效应为两者之和；在力传递原则中，力流路线越短，零件的结构刚性__越好__；卸荷皮带轮就是结构设计中应用任务分配原则的实例。

3.系统的传递函数定义为当初始条件为零时，输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比。

4.传感器的静态特性指标主要有：线性度、灵敏度、迟滞、重复性和分辨力等。

5.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。

6.滚珠丝杠副中采用双螺母是为了便于螺旋副轴向间隙的调整。

7.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。

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.直流伺服电机的优点是稳定性好、可控性好、响应迅速和转矩大等；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。

二、简述题1.在机电一体化产品的设计中常常引入现代设计方法，简述你所熟悉的一种现代设计方法的基本思想。

2.比较滚珠丝杠副中单圆弧型滚道与双圆弧型滚道的优缺点。

3.简述机电一体化产品方案设计中黑箱法的基本原理。

答案：1、例如可靠性设计。

可靠性指产品在规定条件下和规定时间内完成规定功能的能力。

可靠性设计作为一种新的设计方法，只是常规设计方法的深化和发展，所以机械设计等相关课程所阐明的计算原理、方法和基本公式，对可靠性设计仍然适用。

但其又有别于传统设计方法，主要表现在以下几点：①可靠性设计法认为作用在零部件上的载荷（广义的）和材料性能等都不是定值，而是随机变量，具有明显的离散性质，在数学上必须用分布函数来描述；②由于载荷和材料性能等都是随机变量，所以必须用概率统计的方法求解；③可靠性设计法认为所设计的任何产品都存在一定的失效可能性，并且可以定量地回答产品在工作中的可靠程度，从而弥补了传统设计方法的不足。

机电一体化系统设计考试资料1.机电一体化：在机械的主功能、动力功能、信息与控制功能上引进了电子技术、并将机械装置与电子设备以以及软件等有机结合而成的系统的总称。

2.工业三大要素：物质、能量和信息3.机电一体化系统由机械系统、电子信息处理系统、动力系统、传感检测系统、执行元件系统等五个子系统构成。

4.机电一体化系统设计流程：（1）根据目的功能确定产品规格、性能指标（2）系统功能部件、功能要素的划分（3）接口的设计（4）综合评价（5）可靠性复查（6）试制与调试5.机电一体化系统设计的考虑方法：（1）机电互补法：利用通用或专用电子部件取代传统机械产品中的复杂机械功能部件或功能子系统。

（2）结合法：将各组成要素有机结合为一体构成专用或通用的功能部件。

（3）组合法：将用结合法制成的功能部件、功能模块，像积木那样组合成各种机电一体化产品。

6.机电一体化设计类型：（1）开发性设计：是没有产品的设计，仅仅是根据抽象的设计原理和要求，设计出在质量和性能方面满足目的要求的系统。

（2）适应性设计：是在总的方案原理基本保持不变的情况下，对现有产品进行局部更改，或用微电子技术代替原有的机械机构或为了进行微电子控制对机械结构进行局部适应性设计，以使产品的性能和质量增加某些附加价值。

（3）变异性设计：是在设计方案和功能结构不变的情况下，仅改变现有产品的规格尺寸使之适应于量的方面有所变更的要求。

7.机电一体化设计程序：（1）明确设计思想（2）分析综合要求（3）划分功能模块（4）决定性能参数（5）调研类似产品（6）拟定总体方案（7）方案对比定型（8）编写总体设计论证书8.设计准则：在保证目的功能要求与适当寿命的前提下不断降低成本。

9.设计规律：根据设计要求首先确定离散元素间的逻辑关系，然后研究其相互间的物理关系这样就可根据设计要求和手册确定其结构关系，最终完成全部设计工作。

10.绿色设计：在新产品的开发阶段，就考虑其整个生命周期内对环境的影响，从而减少对环境的污染、资源的浪费、使用安全和人类健康等所产生的副作用。

《机电一体化技术》试卷及答案(五)一、名词解释(每小题2分，共10分)1. 单片机2. I/O接口3. I/O通道4. 串行通信5.直接存储器存取（DMA）二、单项选择题(每小题2分，共10分)1. 步进电动机，又称电脉冲马达，是通过决定转角位移的一种伺服电动机。

A 脉冲的宽度B 脉冲的数量C 脉冲的相位D 脉冲的占空比2. 对于交流感应电动机，其转差率s的范围为（）。

A.1<s<2B.0<s 1C.-1<s<1D.-1<s<03.PWM指的是（）。

A.机器人B.计算机集成系统C.脉宽调制D.可编程控制器4. PD称为（）控制算法。

A.比例B.比例微分C.比例积分D.比例积分微分5.在数控系统中，复杂连续轨迹通常采用（）方法实现。

A.插补B.切割C.画线D.自动三、简答题(每小题5分，共30分)1. 试简述光电式转速传感器的测量原理。

2. 试述可编程控制器的工作原理。

3. 在模拟输入通道中，采样/保持器有什么作用？是否模拟输入通道中必须采用采样/保持器？为什么？4. 柔性制造系统的主要特点有哪些？5 步进电动机是什么电机？它的驱动电路的功能是什么?6.伺服控制系统一般包括哪几个部分？每部分能实现何种功能？四、计算题(每小题10分，共20分)1. 某光栅传感器，刻线数为100线/mm，设细分时测得莫尔条纹数为400，试计算光栅位移是多少毫米？若经四倍细分后，记数脉冲仍为400，则光栅此时的位移是多少？测量分辨率是多少？2. 若12位A/D转换器的参考电压是±2 .5V，试求出其采样量化单位q 。

若输入信号为1V，问转换后的输出数据值是多少。

五、综合应用题(每小题15分，共30分)1.分析下图调整齿侧间隙的原理1、4－锥齿轮2、3－键5－压簧6－螺母7－轴2、周向弹簧调整法2. 分析下图差动螺旋传动原理设螺杆3左、右两段螺纹的旋向相同，且导程分别为P h1和P h2。

机电⼀体化系统设计试题及答案机电⼀体化系统设计试题课程代码：02245⼀、单项选择题(本⼤题共14⼩题，每⼩题1分，共14分)在每⼩题列出的四个选项中只有⼀个选项是符合题⽬要求的，请将正确选项前的字母填在题后的括号内。

1.受控变量是机械运动的⼀种反馈控制系统称( B )A.顺序控制系统B.伺服系统C.数控机床D.⼯业机器⼈2.齿轮传动的总等效惯量随传动级数( 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3.滚珠丝杠螺母副结构类型有两类：外循环插管式和( D )A.内循环插管式B.外循环反向器式C.内、外双循环D.内循环反向器式4.某光栅的条纹密度是100条/mm，光栅条纹间的夹⾓θ=0.001孤度，则莫尔条纹的宽度是( C )A.100mmB.20mmC.10mmD.0.1mm5.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6.电压跟随器的输出电压( C )输⼊电压。

A.⼤于B.⼤于等于C.等于D.⼩于7.某4极交流感应电动机，电源频率为50Hz，当转差率为0.02时，其转速为( B )A.1450［r/min］B.1470［r/min］C.735［r/min］D.2940［r/min］8.右图称( B )A.直流伺服电动机调节特性B.直流伺服电动机机械特性C.直流伺服电动机动态特性D.直流伺服电动机调速特性9.计算步进电动机转速的公式为( C )A. B.T sm cos C. D. 180°-10.⼀般说来，如果增⼤幅值穿越频率ωc的数值，则动态性能指标中的调整时间t s( B )A.增⼤B.减⼩C.不变D.不定11.已知f(t)=a+bt，则它的拉⽒变换式为( B )A.+bB.C.D.12.连续路径控制类中为了控制⼯具沿任意直线或曲线运动，必须同时控制每⼀个轴的( C )使得它们同步协调到达⽬标点。

《机电一体化系统设计》试题及答案一、填空(每空2分，共20分)1.机电一体化产品按用途可以划分为和2．控制及信息处理单元一般由控制计算机、和组成。

3．在小功率传动链中，为使总的折算惯量最小，各级传动比分配应遵守原则。

4．典型的可编程控制器由编程器、微处理器、贮存器、和等部分构成。

5．传感器的静态特性能数主要有、、迟滞和重复精度。

二、简答题(每题4分，共20分)1．为什么采用机电一体化技术可以提高系统的精度?2．机电一体化相关技术有哪些? 3．转动惯量对传动系统有哪些影响?4．简述机电一体化产品设计中，详细设计的主要内容。

5．简述A／D、D／A接口的功能。

三、分析题(20分)1．已知数控机床控制系统如图所示，试说明图中的各个部分属于机电一体化系统巾的哪一个基本要素?2．试分析图示传动系统中，齿轮减速器的传动误差对工作台输出精度的影响?四、计算题(24分)1．如图所示电机驱动系统，已知工作台的质量为m=50kg负载力为F1＝1000N，最大加速度为10m／s2’，丝杠直径为d＝20mm，导程t＝4mm，齿轮减速比为i=5，总效率为ŋ=30％，忽略丝杠惯量的影响，试计算电机的驱动力矩。

2．已知某工作台采用直流电机丝杠螺母机构驱动，已知工作台的行程L=250mm，丝杠导程t＝4mm，齿轮减速比为i=5，要求工作台位移的测量精度为o．005mm(忽略齿轮和丝杠的传动误差)。

(1)试采用高速端测量方法，确定旋转编码器的每转脉冲数‘(2)若将传感器与丝杠的端部直接相连，n。

=500脉冲／转的旋转编码器是否合用。

五、综合题(16分)已知电机驱动的三自由度位置控制系统，单个自由度的驱动系统如图所示，确定整系统的控制方案、画出控制系统原理图。

(至少提出两个方案)答案及评分标准(供参考)一、填空[每空2分，共20分)1.办公机电一体化产品产业机电一体化产品民用机电一体化产品2．控制软件硬件接口3．前小后大4．电源输入／输出接口5．灵敏度线性度二、简答题(每题4分，共20分)1．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。

习题三答案1. 机电一体化系统中的机械装置包括那些内容？主要包括传动、支承、导轨等2. 机电一体化传动系统有哪几种类型？各有什么作用？(1)齿轮传动是机电一体化系统中常用的传动装置它，在伺服运动中的主要作用是实现伺服电机与执行机构间的力矩匹配和速度匹配，还可以实现直线运动与旋转运动的转换。

(2)螺旋传动是机电一体化系统中常用的一种传动形式。

它是利用螺杆与螺母的相对运动，将旋转运动变为直线运动。

(3)滑动摩擦导轨直线运动导轨的作用是用来支承和引导运动部件按给定的方向作往复直线运动；滚动摩擦导轨是在运动件和承导件之间放置滚动(体滚珠、滚柱、滚动轴承等)，使导轨运动时处于滚动摩擦状态。

3. 齿轮传动间隙对系统有何影响？有那些方法可以消除该因素引起的系统误差？(1)偏心轴套调整法；(2)双片薄齿轮错齿调整法；(3)垫片调整法；(4)轴向压簧调整法；(5)周向弹簧调整法4. 消除直齿间隙的常用方法有哪些？各有什么特点？偏心轴套调整法:这种方法结构简单，但侧隙调整后不能自动补偿双。

片薄齿轮错齿调整法: 这种错齿调整法的齿侧间隙可自动补偿，但结构复杂。

5. 导向机构都有哪几种类型？各有什么特点？滑动摩擦导轨的运动件与承导件直接接触。

其优点是结构简单、接触刚度大；缺点是摩擦阻力大、磨损快、低速运动时易产生爬行现象。

滚动摩擦导轨是在运动件和承导件之间放置滚动体(滚珠、滚柱、滚动轴承，等使)导轨运动时处于滚动摩擦状态。

滚动导轨的特点是：①摩擦系数小，并且静、动摩擦系数之差很小，故运动灵便，不易出现爬行现象；②定位精度高，一般滚动导轨的重复定位误差约为0.1〜0.2 M m,而滑动导轨的定位误差一般为0〜20|J m。

因此，当要求运动件产生精确微量的移动时，通常采用滚动导轨；③磨损较小，寿命长，润滑简便：④结构较为复杂，加工比较困难，成本较高；⑤对脏物及导轨面的误差比较敏感。

液体静压导轨的优点是：①摩擦系数很小(起动摩擦系数可小至0.0005）,可使驱动功率大大降低运动轻便灵活，低速时无爬行现象;②导轨工作表面不直接接触，基本上没有磨损，能长期保持原始精度，寿命长；③承载能力大，刚度好；④摩擦发热小，导轨温升小；⑤油液具有吸振作用，抗振性好。

4. 控制系统接地通的目的。

将电路、设备机壳等与作为零电位的一个公共参考点（大地）实现低阻抗的连接，称之谓接地。

接地的目的有两个：一是为了安全，例如把电子设备的机壳、机座等与大地相接，当设备中存在漏电时，不致影响人身安全，称为安全接地；二是为了给系统提供一个基准电位，例如脉冲数字电路的零电位点等，或为了抑制干扰，如屏蔽接地等。

称为工作接地。

工作接地包括一点接地和多点接地两种方式。

磁绕组，测得步进电机的转速为100r/min，已知转子有24个齿，求：1）步进电机的步距角；2）脉冲电源的频率。

五、综合应用题(每小题15分，共30分)1. 三相变磁阻式步进电动机，转子齿数Z=100,双拍制通电，要求电动机转速为120r/min，输入脉冲频率为多少?步距角为多少?2. 根据下面的电路图,编写利用该接口电路一次完成A/D转换,并把转换的结果的高8位放入R2中,低8位放入R3中的程序段。

《机电一体化技术》试卷(九) 答案考试方法：闭卷考试时间１２０分钟共２页第1页——————————————————————————————————————一、名词解释(每小题2分，共10分)1.采用改变电机通电频率的方式来改变电机的转速的调速方式2. 柔性制造系统（Flexible Manufacturing System）是由两台或两台以上加工中心或数控机床组成，并在加工自动化的基础上实现物料流和信息流的自动化，其基本组成部分有：自动化加工设备，工件储运系统，刀具储运系统，多层计算机控制系统等。

3. 响应特性：指的是输出量跟随输入指令变化的反应速度，决定了系统的工作效率。

4. 敏感元件是直接可以感受被测量的变化，并输出与被测量成确定关系的元件。

5. 压电效应：某些电介质，当沿着一定的方向对它施加力而使它产生变形时，内部就会产生极化现象，同时在它的两个表面上将产生符号相反的电荷。

当外力去掉后，它又重新恢复到不带电的状态，这种现象被称为压电效应。

XX大学XX学院XXXX-XXXX学年第X学期《机电一体化系统设计》试卷班级学号姓名一、填空题：（每空1分，共20分）1、机电一体化是机械与电子技术有机结合的产物。

2、开发性设计是在既没有参考样板又没有具体设计方案的情形下，根据抽象原理，按照系统性能要求进行的设计。

3、滚珠丝杠副的传动效率高达0.90~0.95，为滑动丝杠副的3~4倍。

4、启动或反向时，系统的输入运动与输出运动之间的差值就是系统的失动量。

5、对步进电动机进给系统中齿轮传动装置进行传动比分配的原则是最小负载惯量原则。

6、据齿轮系传动比最佳分配条件，简化的最佳速比分配关系为22i 。

7、在开环步进电机-丝杠系统中，传动比大小与系统步进电机的步距角有关。

8、滚珠丝杠副可以将直线运动转变为为旋转运动。

9、计算齿轮传动系统时非随机载荷的采用峰值综合法法。

10、数字式传感器检测系统的传感器输出信号为增量码信号。

11、当传感器的输出信号是电参数形式时，需要采用基本转换电路，将其转换成电量形式。

12、采样信号变成连续信号必须经过D/A转换器和保持器才能完成。

二、选择题：（将答案填入表格，每题1.5分，共30分）A.Mechanics一致B.Electronics一致C.Mechatronics一致D.Electric-Machine一致2、变异性设计是在设计方案和功能结构不变的情况下（C）A.对现有系统进行局部更改的设计B.根据抽象设计原理对系统性能要求进行设计C.仅改变现有系统的规格尺寸的设计D.根据抽象设计原理进行局部更改的设计3、柔性化是在生产对象变更需要改变传动机构的动作规律时，（A）A.无须改变硬件只改变软件就可以 B.无须改变软件只改变硬件就可以C.既要改变硬件又要改变软件才行 D.既不改变硬件又不改变软件4、滚动直线导轨副的承载能力是平面滚道形式的（B）A.23倍B.13倍C.4倍D.33倍5、齿轮传动的总等效惯量随传动级数(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6、在设计滚珠丝杠副时所要求的硬度HRC（B）A.越小其硬度系数就越小B.越大其硬度系数就越小C.越大其硬度系数就越大D.大小与其硬度系数无关7、偏心轴套调整法是采用偏心轴套的旋转来改变（B）A.两齿轮轴向位移量以消除齿侧间隙 B.齿轮之间的中心距以消除齿侧间隙C.两齿轮相对旋转的角位移消除间隙 D.两薄片齿轮之间垫片厚度以消除间隙8、滚动摩擦系数几乎与运动速度无关，其动摩擦力与静摩擦力之差（B）A.极大B.极小C.为零D.为无穷大9、齿轮传动机构采取消隙措施，可以消除齿侧间隙及其造成的（B）A.换向误差B.换向死区C.换向冲击D.换向阻力10、滚珠丝杠副螺纹滚道型面的截面形状有（D）A.单圆弧型面和抛物线型面B.双圆弧型面和椭圆弧型面C.抛物线型面和椭圆弧型面D.单圆弧型面和双圆弧型面11、导轨截面为矩形截面的滚动导轨承载时其受力（B）A.上下方向相等但左右不等B.上下左右各方向大小相等C.上下方向不相等但左右相等D.上下左右各方向大小均不相等12、滚珠丝杠副为单圆弧型面螺纹滚道时，其接触角随轴向负荷（B）A.增大而减小B.增大而增大C.减小而增大D.减小而减小13、为了提高齿轮传动系统度精度，并使机构紧凑，各级传动比（B）A.应按“前大后小”次序分配 B.应按“前小后大”次序分配C.必须相等D.应与伺服系统匹配14、频率调制是让一个高频载波信号的频率随（A）A.调制信号而变化的过程B.调幅信号而变化的过程C.载波信号而变化的过程D.调频信号而变化的过程15、滤波器的截止频率是指滤波器的幅频特性值等于（B）A.K2所对应的频率B.2K所对应的频率C.2K所对应的频率D.K2所对应的频率16、调频波的解调可以先将调频波变换成（C）A.调幅波后进行幅值检波B.调频波后进行幅值检波C.调频调幅波后进行幅值检波D.调相调幅波后进行幅值检波17、共模抑制比就是（D）A.共模增益与差模增益之比B.闭环增益与开环增益之比C.开环增益与闭环增益之比D.差模增益与共模增益之比18、滤波器的带宽是指滤波器两（B）A.固有频率之间的频率范围B.截止频率之间的频率范围C.谐振频率之间的频率范围D.穿越频率之间的频率范围19、为保证闭环数字控制系统的稳定性（A）A.1－Φ（z）的零点必须包含G（z）的所有不稳定零点B.1－Φ（z）的极点必须包含G（z）的所有不稳定零点C.Φ（z）的零点必须包含G（z）的所有不稳定零点D.Φ（z）的极点必须包含G（z）的所有不稳定零点20、控制系统极点在z平面单位圆外时，对应的暂态响应是（B）A.衰减或振荡衰减的B.发散或振荡发散的C.不变或等幅振荡的D.衰减或等幅振荡的三、简答题：（共20分）1、简述机电一体化的概念。

一、名词解释(每小题2分，共10分)1. 测量2.灵敏度3. 压电效应4. 动态误差5. 传感器二、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. 机电一体化系统，设计指标和评价标准应包括___ _______，__________，__________ ，__________。

3. 顺序控制系统是按照预先规定的次序完成一系列操作的系统，顺序控制器通常用________。

4. 某光栅的条纹密度是50条/mm，光栅条纹间的夹角θ=0.001孤度，则莫尔条纹的宽度是_______________________。

5. 连续路径控制类中为了控制工具沿任意直线或曲线运动，必须同时控制每一个轴的______________________，使它们同步协调到达目标点。

6. 某4极交流感应电机，电源频率为50Hz，转速为1470r/min，则转差率为_____________。

7. 齿轮传动的总等效惯量与传动级数__________________________________________。

8. 累计式定时器工作时有_____________________________________________________。

9. 复合控制器必定具有__________________________________。

10. 钻孔、点焊通常选用_______________________________________类型。

三、选择题（每小题2分，共10分）1. 一般说来，如果增大幅值穿越频率ωc的数值，则动态性能指标中的调整时间ts ( )A. 产大B. 减小C. 不变D. 不定2. 加速度传感器的基本力学模型是A. 阻尼—质量系统B. 弹簧—质量系统弹簧—阻尼系统 D. 弹簧系统3. 齿轮传动的总等效惯量与传动级数( )A. 有关B. 无关C. 在一定级数内有关D. 在一定级数内无关4. 顺序控制系统是按照预先规定的次序完成一系列操作的系统，顺序控制器通常用( )A. 单片机B. 2051C. PLC5、伺服控制系统一般包括控制器、被控对象、执行环节、比较环节和检测环节等个五部分。