机电一体化习题和答案

1、.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

2、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

3、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

4、矩误差最小 原则分配其各级传动比。二选择题在下列每小题的四个备选答案中选出一个正确的答案，并将其字母标号填入题干的括号内1. “机电一体化”这一名词产生于20世纪，其产生的年代为 （A ）A70年代50年代40年代80年代2. “机电一体化”在国外被称为 （C）AMachineElectronicsMechatronicsA和B3. 机电一体化产品的动力与驱动部分的主要功能是 （D）A提供动力传递运动传递动力A、B和4. 在同步齿型带传动中，同步带的齿形为（A）A梯形矩形渐开线摆线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机械特性调节特性力矩特性转速特性6. 在滚珠

5、丝杠副中，预紧调整是为了消除其（B）A径向间隙轴向间隙预应力A和B7. 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）A60450 908. 若为传感器的输入量，是其输出量，则传感器的灵敏度为（C）A9. 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）A213410. MCS51的每个机器周期包含状态周期数为（D）A122410611.在滚珠丝杠副JB3162.2-91的标准中，最高的精度等级是（A）A1级10级7级C级12. 光栅式位移传感器的栅距W、莫尔条纹的间距B和倾斜角之间的关系为（A）A13. 差动变压器式电感传感器属于（C）A涡流式自感型互感

6、型可变磁阻式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C和D全闭环控制半闭环控制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）A9004560 16. 在同步齿型带传动中，节线的长度在工作过程中（A）A不变变长变短几乎不变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机械学与信息技术机械学与电子学机械学与自动化技术机械学与计算机18 计算机集成制造系统包括（D）ACAD、CAPP、CAMFMS计算机辅助生产管理A、B和C19. 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

7、尼等效于电系统的（C）A电容电荷电阻电感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转速特性调节特性工作特性机械特性21. 滚珠丝杠副的基本导程指丝杠相对于螺母旋转2弧度时，螺母上基准点的（B）A径向位移轴向位移螺旋线长度坐标值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成反比成正比成平方关系成指数关系23. 在MCS51中，MOV指令用于访问（B）A内部程序存储器内部数据存储器外部数据存储器外部程序存储器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重量最轻等效转动惯量最小输出轴转角误差最小加速度响应最快25.

8、谐波齿轮传动中的柔轮相当于行星轮系中的（B）A中心轮行星轮系杆B和C26. 在MCS51单片机中，用于对外部程序存储器读的信号是（A）APSENRDWRALE27. 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）A0.5倍2倍0.25倍不变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线性度精确度零漂分辨率29. 在自动控制系统中，步进电机通常用于控制系统的（C）A半闭环控制闭环控制开环控制前馈控制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调整径向间隙预紧预加载荷表面清洗31. 感应同步器可用于检测（D ）A位置加速

9、度速度位移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5Nm，通过齿轮系5:1减速，可带动 （A）的最大转矩负载。A. 25Nm B. 50 NmC. 2.5 Nm D. 1.25 Nm36. 某

10、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/min B. 7.2m/min C. 5m/min D. 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. 100mm B. 20mmC. 10mm D. 0.1mm38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

11、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. 细分电路三、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。答：1、例如可靠性设计

12、。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：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；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；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。2.比较滚珠丝杠副中单圆弧型滚道

13、与双圆弧型滚道的优缺点。 答：单圆弧型滚道的接触角会随轴向载荷大小的变化而变化，因此轴向刚度、传动效率及承载能力也随之改变。而双圆弧型滚道的接触角在工作过程中基本保持不变，故轴向刚度、传动效率及承载能力基本不变，而且双圆弧型滚道中两圆弧相交处有一小空隙可以使滚道底部与滚珠不接触，并能存一定的润滑油，可以减小摩擦和磨损。但单圆弧型滚道比双圆弧型滚道容易加工。3.简述机电一体化产品方案设计中黑箱法的基本原理。 答 “黑箱法”是根据系统的输入、输出关系来研究实现系统功能目标的一种方法。即根据系统的某种输入及要求获得某种输出的功能要求，从中寻找出某种物理效应或原理来实现输入输出之间的转换，得到相应的解

14、决办法，从而推求出“黑箱”的功能结构，使“黑箱”逐渐变成 “灰箱”、“白箱”的一种方法。4.简述机电一体化系统的特点？ 答：用微电子技术取代了人对机械的绝大部分的控制功能，节省能源和材料的消耗。5.简述机电一体化产品结构设计中通常应该遵循的一些基本原则。 答：自补偿原则、任务分配原则、力传递原则、最优原则、力平衡原则、稳定性原则、等强度原则、降低噪音原则。6.简述机电一体化系统（或产品）的设计类型。答：开发性设计、变异性设计、适应性设计7.一个较完善的机电一体化产品应该包含那几部分？ 答：执行器、检测传感器、动力源、机构、计算机8.PLC内部的一个8位存储器可以等效为几个输入继电器？为什么？

15、答：八个 原因：对于系统的每一个输入点也都有输入映像区的某一位与之相对应，且系统的输入点的编址号与输入映像区的映像寄存器地址号也对应。9.与直齿圆柱齿轮传动相比较，斜齿圆柱齿轮传动的优缺点是什么？ 答：1运转平稳，噪声小。2重合度较大，承载能力高，适于高速重载传动。3最少齿数小于直齿轮的最少齿数。缺点：轴系结构复杂化，齿轮制造比较困难，成本较高10、为什么机电一体化产品具有小型化和轻量化的特点？ 答：控制系统采用微处理器代替了很多机械原件。11.简述增量式编码器与绝对式编码器在工作原理方面的不同？ 答：增量式编码器是通过位移产生周期性变化的脉冲，通过计数设备来知道其位置，当编码器不动或停电时，

16、依靠计数设备的内部记忆来记住位置。 绝对式编码器：每个位置有确定的输出数12.为什么直流伺服电机具有良好的机械特性？ 答：由直流伺服电动机的转速公式：n = Ua/CE*-Ra*Tm/CE*CT*2=n0-KT*Tm改变电枢电路电阻Ra，外加电压Ua和磁通三者中任何一个参数都可以改变其机械特性从而改变电机的稳定速度值，且当调节电枢电压调速时，直流电动机的机械特性曲线的斜率不变，而只改变电机的理想转速，保持了原有较硬的机械特性。13.传感器的静态特性指标主要有哪些？ 答：线性度、灵敏度、迟滞度、重复度、分辨率14.进行机电一体化设计是应遵循什么原则处理“机”和“电”的关系？ 答：替代机械系统、简

17、化机械系统、增强机械系统、综合机械系统15.为什么要消除齿轮副间隙？常用什么方法消除间隙 答：在数控设备的进给驱动系统中，考虑到惯量，转矩或脉冲当量的要求，有时要在电动机到丝杠之间加入齿轮传动副，而齿轮的那个传动副存在着间隙，会使进给运动反向滞后与指令信号，造成死区而影响其传动精度和系统的稳定性 直齿圆柱齿轮传动副:偏心套调整法；锥度齿轮调整法；双片齿轮错齿调整法；斜齿齿轮传动副 ：轴向垫片调整法；轴向压簧调整法；锥齿轮传动副 ：轴向压簧调整法；轴向弹簧调整法16.描述传感器静态特性的主要技术指标是什么？ 同1317.根据工作原理，步进电动机分为哪几类？ 答：反应式步进电机由定子和转子两部分组

18、成利用磁阻的变化产生转矩 永磁式步进电机是转子或定子的某一方为永磁体，另一方为软磁材料和励磁绕组制成，绕组轮流通电，建立的磁场与永磁体的恒定磁场相互作用，产生转矩。 混合式步进电机它是反应式步进电机和永磁式步进电机的结合因而它具有反应式步进电机的步距角小，响应频率高的特点，又具有永磁式步进电机励磁功率小、效率高的优点。四、名词解释1机电一体化系统 答：将机械技术，微电子技术，信息技术，控制技术等在系统工程基础上有机的加以结合以实现整个系统的最优化。2 压电效应 答： 某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷。当外力去掉后，

19、它又会恢复到不带电的状态，这种现象称为正压电效应。3直流电动机的机械特性 答：在电动机的电枢电机、励磁电流、电枢回路电阻为恒定值的条件下，电机的转速与电磁转矩之间的关系4步进电动机 答：是一种将电脉冲信号转换成机械角位移的电磁机械装置五、分析题1、对于如图所示的三相反应式步进电机，说明其工作原理。 答：设A相首先通电则转子1、3两齿被磁极A吸住，转子就停留在A相通电的位置上。然后A相断电，B相通电磁极A的磁场消失，磁极B产生磁场，磁极B 把离它最近的2、4两齿吸引过去并停留在B相通电的位置，使转子逆时针方向转30同理B相断电，C相通电转子转过30，停止在C 相通电的位置。这样按ABCA或ACB

20、ACBA的次序顺时针或逆时针的次序工作。 三相反应式步进电机2.对于图示的支承结构，应用力传递原理说明哪种支承的刚性最好？哪种支承的刚性最差？ （a） （b） （c） （d） （e） 答：图（a）由于力的传递路线最短所以刚性最好，图（e）由于力线要沿弹簧向下传递传递路线最长，所以刚性最差3、有一脉冲电源，通过环形分配器将脉冲分配给五相十拍通电的步进电机定子励磁绕组，测得步进电机的转速为100r/min，已知转子有24个齿，求步进电机脉冲电源的频率。解：1) K=2; M=5, Z=24; =360/2*5*24=1.52) f=400Hz （n=f/6）4、图示为变隙差动式自感传感器工作原理示

21、意图，解释其工作原理。答：.当初级线圈输入交流激励电压时，次级线圈将产生感压电动势 e1 和 e2 。由于两个次级线 圈极性反接，因此，传感器的输出电压为两者之差，即 ey =e1 -e2 。活动衔铁能改变线圈之间的藕合程度。输出 ey 的大小随活动衔铁的位置而变。5、图示为光栅式位移传感器示意图，分析其工作原理。答：光栅位移传感器的工作原理，是由一对光栅副中的主光栅（即标尺光栅）和副光栅（即指示光栅）进行相对位移时，在光的干涉与衍射共同作用下产生黑白相间（或明暗相间）的规则条纹图形，称之为莫尔条纹。经过光电器件转换使黑白（或明暗）相同的条纹转换成正弦波变化的电信号，再经过放大器放大，整形电路整形后，得到两路相差为90o的正弦波或方波，送入光栅数显表计数显示。 7、对于如图所示的传动系统，已知移动部件沿运动方向的负载力；电机转子的转速为；轴的负载转矩；齿轮与齿轮的齿数分别为20和40，模数为1mm。求：等效到电机轴上的等效负载转矩。六、综合1、对于如图所示的存储器扩展连接图，要求补充其未连接的部分，并分析该扩展存储器芯片的地址范围（设8051的P2口未使用的地