机电一体化系统设计考试试题及答案

《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 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 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。2、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、“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 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 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。三、分析题1.说明下列的支架中哪些采用了等强度设计原则；对于采用等强度原则设计的支架说明其适合的材料。答：(c)、(d)采用了等强度设计原则。其中(c)适用于铸铁等脆性材料；(d)适用于钢等塑性材料。2、对于如图所示的三相反应式步进电机，说明其工作原理。答：工作原理是：假定首先A相带电，则A相绕组产生的磁拉力使得转子的1、3齿与A相绕组对齐；其次让B相绕组通电，则B相绕组产生的磁拉力使得转子的2、4齿与B相绕组对齐；最后让C相绕组通电，则C相绕组产生的磁拉力使得转子的1、3齿与C相绕组对齐；如果按照A→B→C→A顺序通电，转子将按逆时针方向一步一步转动，通电顺序改变，转子的转向也发生改变。四、求如图所示的电路网络的传递函数（ou为输出，iu为输入）三相反应式步进电机五、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口未使用的地址线接地）。2kB的数据存储器扩展答：连线图如上图所示。寻址范围为：0000H～07FFH。《机电一体化系统设计》课程试卷2参考答案一.填空1.机电一体化技术是机械学与电子学的结合；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.在应用力—电压相似原理建立机械系统数学模型时，力对应电压、位移对应电荷、速度对应电流、质量对应电感、粘滞阻尼系数对应电阻、弹簧柔度对应电容、自由度对应闭合回路。3.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。4.电容式位移传感器是将被测物理量转换为电容量变化的装置。5.滚珠丝杠副中滚珠的循环方式有外循环和内循环两种。6.测速发电机的负载电阻越大，其线性度越好。7.步进电机的步距角指在一个电脉冲的作用下，电机转子转过的角位移。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.直流伺服电机的机械特性指当控制电压Ua一定时，电磁转矩与转速之间的关系；调节特性指在输出转矩一定时，转速与控制电压之间的关系。二、简述题1.简述机电一体化系统的特点？2.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。3.简述机电一体化系统（或产品）的设计类型。答：1、机电一体化系统的一大特点是由于机电一体化系统的微电子装置取代了人对机械的绝大部分的控制，并加以延伸和扩大，克服了人体能力的不足和弱点；另一大特点是节省能源和材料消耗。这些特点正是实现机电一体化系统高性能化、智能化、省能省资源化及轻薄短小化的重要原因。2、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:a)任务分配原则：根据产品的性能，有时相同的功能可以由不同的零件来承担；有时不同的功能又可以由同一个零件来承担。b)自补偿原则：通过技术系统本身结构或相互关系，产生加强功能、减载或平衡作用。c)从结构设计变元构造的解空间中寻找出最优解。d)力传递原则：尽量缩短力流传递路线；尽量使力流变化缓慢。e)力平衡原则：利用零件本身的结构抵消附加的载荷。f)稳定性原则：在结构设计中应该使其结构即使在受到力的作用时也能处于稳定状态。g)等强度原则。h)降低噪声。3、机电一体化产品的设计类型大致有以下三种：开发性设计、适应性设计和变异性设计。开发性设计是没有任何参照产品的设计。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结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。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的要求。三、分析题1.对于如图所示的槽轮机构说明其工作原理。答：工作原理是：拨销盘以不变的角速度旋转，拨销转过2β角时，槽轮转过相邻两槽间的夹角2α，在拨销转过其余部分的2(π-β)角时，槽轮静止不动，直到拨销进入下一个槽内，又重复以上循环。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？答：图(a)中由于力的传递路线最短，所以刚性最好；图(e)中由于力线要沿弹簧传递，路线最长，故刚性最差。四、求如图所示机械系统的传递函数其中)(0tX为输出，)(tFi为输入。1—拨销盘；2—锁紧弧；3—槽轮；4—定位弧；5—拨销（a）（b）（c）（d）（e）五、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未连接的地址线接地）。两片8kB的程序存储器扩展连线图答：连线图如上图所示。左片存储器的地址范围为：0000H～1FFFH；右片存储器的地址范围为：8000H～9FFFH。