991 机电一体化系统设计基础

机电一体化系统设计基础（本）课程基于网络考核改革试点方案（2012年1月）一、 考核改革的目的通过本课程考核的改革，深入探索现代远程开放教育、成人学习课程考核的基本模式；通过本课程考核的改革，进一步加强教学过程的落实，指导学生在学习过程中理解把握课程的主要内容，检验学生各个学习环节的学习效果，达到培养目标；通过本课程考核的改革，探索机电一体化系统设计基础课程的形成性考核合理的题型、题量、难易程度等；探索远程成人教育考核方法的可信度和有效性，提高学习质量。二、 考核目标通过考核既要检测学生对机电一体化的基础理论与关键技术、机电一体化单元技术的接口技术等基本概念、基本理论的理解程度，又要检测学生通过学习机电一体化系统设计原理和综合集成技术，能够把各项技术有机地结合起来进行简单的机电一体化系统的分析和设计的能力。三、 考核对象广播电视大学工科类机械设计制造及其自动化专业（专科起点本科）的学生。四、 考核方式本课程考核采用形成性考核和终结性考核相结合的方式，形成性考核占总成绩的30%，登陆形成性考核系统进行，随平时学习过程完成；终结性考试为笔试，占总成绩的70%，在学期末进行，具体时间见中央电大统一时间安排。（一）形成性考核完成一定量的习题是学好本课程的一项重要的、必不可少的工作。通过这些习题的练习，逐步加深对课程中各种概念的理解、基本计算方法的应用，达到基本掌握本课程主要内容的目的。通过形成性考核一方面可以加强对地方电大教师教学过程的引导、指导和管理，优质的完成教学任务，实现教学目标;另一方面可以加强对学生平时自主学习过程的指导和监督，重在对学生自主学习过程进行的指导和检测，引导学生按照教学要求和学习计划完成学习任务，达到掌握知识、提高能力的目标，提高学生的综合素质。第一部分形考说明设计5次测验题，占课程综合成绩的30%。形式：3次客观测试题；1次主观测试题；1次专题报告。注：每次形考任务按百分制进行成绩评定。操作：所有形成性考核试题均由中央电大统一编制。第二部分形考内容序号早节内容形式发布时间最迟提交时间权重1第1~2章机电一体化技术导论、机电一体化机械技术客观测试题2周10周20%2第3~4章传感检测技术、伺服驱动技术客观测试题4周12周20%3第5~7章自动控制技术、机电一体化系统设计与综合、客观测试题6周14周20%4第1~7章（含前3次作业的知识点）主观测试题8周16周20%5第7章机电一体化系统实例专题报告2周16周20%第一次形成性考核客观测试题（100分），学习完第1章和第2章之后完成本次任务。本次测试从颁布到关闭的时间为8周，从颁布之日起，学生即可参加测试，计算机自动评判测试结果，测试成绩自动形成并记录；如学生对测试成绩不满意，可多次参加测试，我们只认定成绩最好的测试结果为最终成绩。题型：判断正误、单项选择、计算。目的：检测学生对基本理论和基本方法的掌握程度，帮助学生找出学习的薄弱环节，明确努力的方向，帮助教师了解学生的学习效果，根据学生的需求不断调整教学策略，提高教学效果。要求：了解机电一体化关键技术；了解机电一体化系统中常用传动机构的工作原理与选用；了解机电一体化系统中常用执行机构的工作原理与选用；了解机电一体化中虚拟样机技术。理解机电一体化技术的基本概念、特点和分类方法。掌握机电一体化系统的组成结构；掌握机电一体化中机械系统的基本要求。样题：判断正误（每题4分，共40分）机电一体化系统的主要功能就是对输入的物质按照要求进行处理，输出具有所需特性的物质。（）答案：X单项选择（每小题4分，共40分）为提高机电一体化机械传动系统的固有频率，应设法（）。增大系统刚度 B.增大系统转动惯量C.增大系统的驱动力矩 D.减小系统的摩擦阻力答案：A计算题（共20分）现有如下图所示的双螺母齿差调整预紧式滚珠丝杠，其基本导程为l（=6mm.左端齿轮齿数为100、右端齿轮齿数为98。当两端转向相同时，两端的外齿轮相对于内齿轮转过2个齿时，试求两个螺母之间产生的相对轴向位移？1-套筒2-内齿轮3-圆柱齿轮4-丝杠

图双螺母齿差预紧式滚珠丝杠解：当两端转向相同时：一端的外齿轮相对于另一端的外齿轮转过1个齿时，相对移动的轴向距离为（ ）。（5分）

lA.—z1lB.lA.—z1lB.〜

z

2A1、7C.（一一一）x1z1两端的外齿轮相对于内齿轮转过2个齿时（ ）以m。（5分）A.1.2 B.2.4C.120n1、；0 D.（—+—）x102 1 2试求两个螺母之产生的相对轴向位移为D.240答案：CB第二次形成性考核客观测试题（100分），学习完第3章和第4章之后完成本次任务。本次测试从颁布到关闭的时间为8周，从颁布之日起，学生即可参加测试，计算机自动评判测试结果，测试成绩自动形成并记录；如学生对测试成绩不满意，可多次参加测试，我们只认定成绩最好的测试结果为最终成绩。题型：判断正误、单项选择、计算。目的：检测学生对基本理论和基本方法的掌握程度，帮助学生找出学习的薄弱环节，明确努力的方向，帮助教师了解学生的学习效果，根据学生的需求不断调整教学策略，提高教学效果。要求：了解常用传感器选择及使用方法；了解常用传感器与计算机接口方式；了解机电一体化伺服驱动系统的种类及其特点。理解常用伺服驱动电机的工作原理、特点、选用及其控制方式。掌握常用传感器的类型、特点及工作原理；掌握伺服驱动的基本原理。样题：判断正误（每题4分，共40分）传感器的转换元件是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分。（ ）答案：（X）单项选择（每小题4分，共40分）在开环控制系统中，在开环控制系统中，常用（A.直流伺服电动机C.同步交流伺服电动机答案：B）做驱动元件。步进电动机D.异步交流伺服电动机计算题（共20分）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10=6mm。已知传动系统的横向（x向）脉冲当量^为0.005mm/B冲。试求步进电机的步距角a和减速齿轮的传动比i。图电机驱动工作台示意图图电机驱动工作台示意图A.解：（1）步进电机的步距角右（）。（5分）360O360O

a= = =3ZA.解：（1）步进电机的步距角右（）。（5分）360O360O

a= = =3Z-N40x3B.360O360O40x2=4.5°C.A.C.（2）减速齿轮的传动比上（a_1.5百—0.005=300. \8 60.005 15i===15360O 360Oa4.5。）。（5分）l6Bi—08=0.005=10B. 360O，a 360O/Di=-^=60.005=5D. 360O 360Oa 1.5O360O 360Oa= = z-K-N40x2x3答案：CD第三次形成性考核客观测试题（100分），学习完第5~7章之后完成本次任务。本次测试从颁布到关闭的时间为8周，从颁布之日起，学生即可参加测试，计算机自动评判测试结果，测试成绩自动形成并记录；如学生对测试成绩不满意，可多次参加测试，我们只认定成绩最好的测试结果为最终成绩。题型：判断正误、单项选择。目的：检测学生对基本理论和基本方法的掌握程度，帮助学生找出学习的薄弱环节，明确努力的方向，帮助教师了解学生的学习效果，根据学生的需求不断调整教学策略，提高教学效果。要求：了解嵌入式系统的特点；了解机电一体化系统的产品规划的主要内容；了解机电一体化系统的概念设计的内涵、特征及方法；了解机电一体化系统的评价与决策方法；了解机电一体化系统的现代设计方法；了解工业机器人系统组成、分类及工作原理；了解常用的数控机床分类及构成；了解机电一体化系统实现特殊机构功能的方法和原理。理解机电一体化系统的控制方式及特点；理解计算机控制系统的组成和常用类型；理解可编程序控制器的组成。掌握可编程序控制器控制系统设计。样题：判断正误（每题3分，共60分）自动控制技术是机电一体化相关技术之一，直接影响系统的控制水平、精度、响应速度和稳定性。（）答案：（V）单项选择（每小题4分，共40分）计算机控制系统实际运行时，需要由用户自行编写（），具有实时性、针对性、灵活性和通用性。A.实时软件 B.开发软件 C.系统软件 D.应用软件答案：D第四次形成性考核主观测试题（100分），学习完本教材后完成本次任务。本次测试从颁布到关闭的时间为8周，从颁布之日起，学生即可参加测试，课程指导教师评测测试结果。题型：简答题、综合题。目的：检测学生对基本理论和基本方法的掌握程度，帮助学生找出学习的薄弱环节，明确努力的方向，帮助教师了解学生的学习效果，根据学生的需求不断调整教学策略，提高教学效果。要求：测试学生对本课程的重点知识及其应用的掌握程度。样题：简答题（每题10分，共70分）齿轮传动的齿侧间隙的调整方法有哪些？答案：齿轮传动的齿侧间隙的调整方法有：圆柱齿轮传动：偏心套轴向垫片双片薄齿轮错齿调整法（轴向拉簧式、可调拉簧式）；斜齿轮传动：垫片错齿调整。综合题（每小题15分，共30分）某部门欲开发一款用于焊接印刷电路板芯片的机械手，请制订出该款机械手产品的开发设计流程。答案：机电一体化系统的主要设计流程分为五个阶段：产品规划、概念设计、详细设计、设计实施和设计定型阶段。第一阶段：产品规划阶段：进行需求分析和需求设计，以明确设计任务。机械手的用途：焊接芯片。工作方式：手动、自动方式。主要技术参数：3自由度。使用环境要求：生产线。第二阶段：概念设计阶段：在功能分析的基础上，优化筛选取得较理想的工作原理方案。第三阶段：详细设计阶段。对各功能模块进行细部设计，绘制相应的工程图。该阶段的工作量既包括机械、电气、电子、控制与计算机软件等系统的设计，又包括总装图和零件图的绘制。第四阶段：设计实施阶段。首先根据机械、电气图纸和算法文件，制造、装配和编制各功能模块；然后进行模块的调试；最后进行系统整体的安装调试，复核系统的可靠性及抗干扰性。第五阶段：设计定型阶段。对调试成功的系统进行工艺定型，整理设计资料。小批量生产，试销。第五次形成性考核专题报告（100分），学习本课程的过程中完成本次任务。本次测试从颁布到关闭的时间为14周，从颁布之日起，学生即可参加测试，课程指导教师评测测试结果。目的：通过对社会生活或生产实践中某一种典型的机电一体化产品进行分析和研究，理解机电一体化系统的组成结构、关键技术与原理，培养对机电一体化产品进行分析和研究的能力。选题：选择社会生活或生产实践中机电一体化技术的典型应用的产品。同一班级中，可按照个人或小组在指导教师的指导下进行选题。提交专题报告要求：专题报告内容应包括机电一体化产品（设备）的基本结构及工作原理、主要技术特点、主要用途、与本课程相关内容的联系等。专题报告撰写要做到形式和内容规范、专业，文字部分不少于1000字，并要求画出机电一体化产品（设备）的系统结构框图和工作流程图。专题报告应独立完成，如有抄袭或雷同部分，专题报告成绩计为0分。（二）终结性考试主要目的：重点考核本课程所涉及到的基本概念、基础知识和基本分析方法。第一部分考试说明比重：占课程综合成绩的70%，按百分制计算。题型：单项选择、判断正误、计算、简答、综合。操作：采用纸制闭卷考试，中央广播电视大学统一编制试题，地方广播电视大学组织考试。第二部分考试样题（一） 判断题此类型试题考查学生对基本概念的掌握程度，要非常准确的判断命题的正确与错误。例1：数字式位移传感器有光栅、磁栅、感应同步器等，它们的共同特点是利用自身的物理特征，制成直线型和圆形结构的位移传感器，输出信号都是脉冲信号，每一个脉冲代表输入的位移当量，通过计数脉冲就可以统计位移的尺寸。（）说明：由光栅传感器、磁栅传感器、感应同步器的工作原理可知，这些传感器的输出端得到一串电脉冲，通过放大、整形、辨向和计数系统产生数字信号输出，可知被测的位移量。故本题的叙述是正确的，括号内应填入“丁”号。例2：数字化物理样机就是一种结构设计软件，强调结构上的设计。（）说明：数字化物理样机，不是强调结构上的设计，而是更重视物理样机零部件的形态特性和系统装配特性的数字化检视。故结论是错误的，括号内应填入“乂”号。（二） 选择题此类型试题考查学生对基本理论和应用性知识的理解、对常用的重要概念和公式的掌握程度。如不注明，则为单项选择题。题型举例：例：在机电一体化系统中，机械传动要满足伺服控制的三个主要要求是（ ）。A.传动精度、稳定性、快速响应性 B.传动精度、稳定性、低噪声传动精度、高可靠性、小型轻量化 D.传动精度、高可靠性、低冲击振动说明：这里只有一个答案是正确的，应在括号中填A。（三） 简答题简答题考察学生对重要概念和公式的掌握情况，要抓住问题的要点进行回答，不需要过于具体地描述。例：简述机械系统的刚度对系统动态特性的影响。机械系统的刚度对系统的主要影响表现为以下几方面：（1） 失动量系统刚度越大，因静摩擦力的作用所产生的传动部件的弹性变形越小，系统的失动量也越小；（2） 固有频率机械系统刚度越大，固有频率越高，可远离控制系统或驱动系统的频带宽度，从而避免产生共振；（3） 稳定性刚度对开环伺服系统的稳定性没有影响，而对闭环伺服系统的稳定性有很大影响，提高刚度可增加闭环系统的稳定性。（四）计算题计算题考察学生的基本计算能力，对重要公式的掌握情况，以及对数据进行分析的水平。例：如图所示的电机驱动工作台系统，其中驱动x向工作台的三相单三拍步进电机，转子齿数z为100。滚珠丝杠的基本导程为&6mm。已知传动系统的横向（x向）脉冲当量3为0.005mm/B冲。试求：图1电机驱动工作台示意图（1） 步进电机的步距角a；（2） 减速齿轮的传动比，。TOC\o"1-5"\h\z- ——一 360。 360°解：（1）步进电机的步距角a= = =L5z-K-N40X2X310x 6（2）减速齿轮的传动比i=360。—