机电一体化习题

1. 机电一体化技术的内涵是微电子技术和 机械技术 渗透过程中形成的一个新概念。 2. 机电一体化系统（产品）是机械和微电子技术的有机结合。

3. 工业三大要素是物质、能量、信息；机电一体化工程研究所追求的三大目标是：省能源、 省资源、智能化。

4. 机电一体化研究的核心技术是接口问题。

5. 机电一体化系统（产品）构成的五大部分（或子系统）是：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。

6. 机电一体化接口按输入/输出功能分类机械接口、物理接口、信息接口、环境接口。 7. 机电一体化系统（产品）按设计类型分为：开放性设计、适应性设计、变异性设计。 8. 机电一体化系统（产品）按机电融合程度分为：机电互补法、 机电结合（融合）法、机电组合法。

9. 机电一体化技术是在机械的主功能、动力功能、信息与控制功能基础上引入 微电子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机地结合所构成系统的总称

10.机电一体化系统实现三大功能应具有的两大重要特征（转换作用方式）： 以能源转换为主和 以信息转换为主 。

11. 丝杠螺母机构的基本传动形式有： 螺母固定丝杆转动并移动、 丝杆转动螺母移动、 螺母转动丝杆移动、丝杆固定螺母转动并移动四种形式。 12. 滚珠丝杠副按螺纹滚道截面形状分为单圆弧和双圆弧两类；按滚珠的循环方式分为内循环和外循环两类。

13. 滚珠丝杠副轴向间隙调整与预紧的基本方法有：双螺母螺纹预紧调整、 双螺母齿差预紧调整、双螺母垫片调整预紧、弹簧自动调整预紧四种方式。

14. 滚珠丝杠副常选择的支承方式有：单推—单推式、双推—双推式、双推—简支式、双推—自由式。

15. 机电一体化系统（产品）常用齿轮传动形式有定轴轮系、行星轮系和谐波轮系三种形式。 16. 在机电一体化系统机械传动中，常用的传动比分配原则有：重量最轻原则、转动惯量最小原则、传动精度最优原则等。

17. 常用导轨副的截面形式有：三角形导轨、矩形导轨、燕尾形导轨、圆形导轨 四种形式。 18. 导轨刚度主要指：结构刚度、接触刚度和局部刚度。

19. 机电一体化系统（产品）中，常可选择的执行元件：电磁式、液压式、气压式和其他形式的执行元件。

20. 电动机的工作特性分为恒转矩工作和恒功率两个阶段，其转折点的转速和功率分别称为：额定转速和 额定功率；伺服电动机用于调速控制时，应该工作在恒转矩阶段。

21. 步进电机按转子结构形式可分为：反应式步进电机、永磁式步进电机、混合式步进电机三种。

22. 步进电机的工作方式有：单拍工作方式和倍拍工作方式。

23. 步进电机的开环控制精度主要由步进电机的结构形式 和工作方式决定的；为了进一步提高步进电机的控制精度，可以采用细分电路来提高控制精度。

24. 依据步进电机的工作原理，步进电机的驱动控制电路主要由：方向控制电路、环形分配电路、驱动放大电路等组成。

25. 机电一体化系统中，常用的微型计算机类型有：单片机控制系统、 单板机控制系统、工业微型计算机控制系统三种。

26. 提高机电一体化控制系统工作可靠性的措施主要有：隔离技术、和屏蔽技术、滤波技术 27. 常用传感器主要分为模拟信号检测传感器、数字信号检测传感器、开关信号检测传感器 三种形式。

28. 机电有机结合分析设计方法主要有稳态设计方法和动态设计方法两种。

29. 在机电一体化系统稳态设计的负载分析中，常见的典型负载形式有：惯性负载、外力负载、内力负载 、弹性负载、摩擦负载等。

30. 在进行机械系统负载和转动惯量的等效中，遵循的基本原则是能量守恒定律

二、选择题

1.一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

2、机电一体化系统（产品）开发的类型:ABC A 开发性设计 B 适应性设计 C 变参数设计 D 其它 3、机电一体化系统（产品）设计方案的常用方法:ABC A 取代法 B 整体设计法 C组合法 D其它。 4、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。 5 齿轮传动的总等效惯量与传动级数 ( C ) A. 有关 B. 无关

C. 在一定级数内有关 D. 在一定级数内无关

6. 齿轮传动的总等效惯量随传动级数( B ) A.增加而减小 B.增加而增加 C.减小而减小 D.变化而不变 7 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 8 步进电动机，又称电脉冲马达，是通过（ B ） 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 9.PWM指的是（C）。

A.机器人 B.计算机集成系统 C.脉宽调制 D.可编程控制器 10 加速度传感器的基本力学模型是 ( A

A. 阻尼—质量系统 B. 弹簧—质量系统 C. 弹簧—阻尼系统 D. 弹簧系统11某光栅条纹密度是100条/mm，光栅条纹间夹角θ=0.001孤度，则莫尔条纹的宽度是( C )

A.100mm B.20mm C.10mm D.0.1mm 12 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

三、判断

1. 直线运动导轨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。（√ ）

2. 滚珠丝杆不能自锁。（ √ ） 3. 串行通信可以分为以下四种方式： 1）全双工方式；（ √ ） 2)半双工方式；（ √ ） 3)同步通信； （ √ ） 4)异步通信。 （ √ ）

四、简答

1试说明较为人们所接受的机电一体化的含义。

机电一体化乃是在机械的主功能、动力功能、信息功能和控制功能上引进微电子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机结合而构成系统的总称。 2 机电一体化的目的是什么？

机电一体化的目的是提高系统（产品）的附加价值，即多功能、高效率、高可靠性、省材料省能源，并使产品结构向短、小、轻、薄化方向发展，从而不断满足人们生活的多样化和生产的省力化、自动化需求。 4 工业三大要素指的什么？ 物质、能量和信息

5 机电一体化的三大效果是什么？ 省能、省资源、智能化

6 根据不同的接口功能说明接口的种类。 根据接口的交换、调整功能分为：①零接口②无源接口 ③有源接口 ④智能接口 根据接口的输入/输出功能分为：①机械接口 ②物理接口③信息接口④环境接口 7 什么是机电互补法、融合法、组合法？ 机电互补法：又称取代法，该方法的特点是利用通用或专用电子部件取代传统机械产品（系统）中的复杂机械功能部件或功能子系统。

融合法：它是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（子系统），其要素之间机电参数的有机匹配比较充分。

组合法：它是将结合法制成的专用或通用功能部件（子系统）、功能模块，像积木那样组合成各个机电一体化系统（产品），故称组合法。 8 开发性设计、变异性设计、适应性设计有何异同？

开发性设计：它是没有参照产品的设计，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产品（系统）。 变异性设计：它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需求。

适应性设计：它是在总的设计方案、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，以使产品在性能和质量上增加某些附加价值。 9、简述机电一体化系统或产品的机电结合（融合）设计方法。

机电结合设计方法是将个组成要素有机的结合为一体而构成专用或通用的功能部件，其要素之间机电参数的有机匹配比较充分

10、简述机电一体化系统（产品）的机电组合设计方法，特点是什么？

机电一体化系统的机电组合设计方法是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系统，特点是可以缩短设计与研制周期，节约工装设备费用，且有利于生产管理，使用和维修。

11、设计机械传动部件时，为确保机械系统的传动精度和工作稳定性，常提出哪些要求？

低摩擦、无间隙、低惯量、高刚度、高谐振频率、适当的阻尼比等要求。 12、机电一体化系统传动机构的作用是什么？ 传递转矩和转速

13、简述丝杠螺母机构的分类及其特点。

丝杠螺母机构主要用来将旋转运动变换为直线运动或将直线运动变换为旋转运动。这些传动机构既有以传递能量为主的（如螺旋压力机、千斤顶等），也有以传递运动为主的（如工作台的进给丝杠），还有调整零件之间相对位置的（如螺旋传动机构）。

14、 丝杠螺母副的组成要素有哪些？

滚珠丝杠副构成原理：1-反向器；2-螺母；3-丝杠；4-滚珠。 15、滚珠丝杠副的传动特点？

轴向刚度高、运动平稳、传动精度高、不易磨损、使用寿命长等特点。 16、滚珠丝杠副消除轴向间隙的调整预紧方法有哪些？ 1、双螺母螺纹预紧调整式 2、双螺母齿差预紧调整式 3、双螺母垫片调整预紧式 4、弹簧式自动调整预紧式

5、单螺母变位导程预紧式和单螺母滚珠过盈预紧式 17、简述滚珠丝杠副的支承方式及特点？

1单推—单推式：轴向刚度较高，预拉伸安装时，预紧力较大，但轴承寿命比双推—双推式低。

2双推—双推式：该方式适合于高刚度，高转速，高精度的精密丝杠传动系统。 3双推—简支式：双推端可预拉伸安装，预紧力小，轴承寿命较高，适用于中速、传动精度较高的长丝杠传动系统。

4双推—自由式：轴向刚度和承载能力低，多用于轻载、低速的垂直安装的丝杠传动系统。

18、各级传动比的分配原则是什么？输出轴转角误差最小原则是什么？ 1重量最轻原则

2输出轴转角误差最小原则：为了提高机电一体化系统齿轮传动系统传递运动的精度，各级传动比应按先小后大的原则分配，以便降低齿轮的加工误差、安装误差以及回转误差对输出转角精度的影响。 3等效转动惯量最小原则

19、圆柱齿轮传动的齿侧间隙的调整方法有哪些？

1、偏心套调整法2、轴向垫片调整法3、双片薄齿轮错齿调整法

20、简述导轨的主要作用，导轨副的组成、种类及应满足的基本要求。

导向支承部件的作用是支承和限制运动部件按给定的运动要求和规定的运动方向运动。

导轨副主要由承导件和运动件两部分组成。

种类：滑动导轨、滚动导轨、流体介质摩擦导轨、开式导轨、闭式导轨。

基本要求：导向精度高、刚性好，运动轻便平稳，耐磨性好，温度变化影响小以及结构工艺性好。

21．简述机电一体化对机械系统的基本要求。

对机械系统的基本要求：高精度；快速响应；良好的稳定性。 22. 简答机电一体化机械传动的主要功能，目的，基本要求。 功能：传递力/转矩和速度/转速

目的：使执行元件与负载之间在转矩和转速方面达到合理的匹配。

基本要求：转动间隙小，精度高，体积小，重量轻，运动平稳，传动转矩大。 23、简述控制用电动机的功率密度及功率的定义。

PP/G电动机的功率密度：G

电动机的功率比：

dp/dtd(T)/dtTNd/dtTTN2TN/Jm。

24、简述步进电机步距角大小的计算方法。 α=360°/（kzm）， z——转子齿数 m——运行拍数

Q＝360／MZK

25、机电一体化系统（产品）对执行元件的基本要求是什么？

1惯量小，动力大2体积小，重量轻3安装方便，便于维护4易实现自动化控制26.简述机电一体化系统（产品）对检测传感器的基本要求。

1体积小，重量轻，适应性好。2精度和灵敏性高，响应快，稳定性好，信噪比

高。3安全可靠，寿命长。4便于与计算机对接。5不易受被检测对象和外部环境的影响。6环境适应能力强。7现场安装处理简单，操作方便。8价格便宜 27、 光电隔离电路的组成有哪些？主要作用是什么？

主要由光耦合器的光电转换元件输入电路，光源，光敏元件，输出放大电路组成 作用：1可将输入输出两部分的供电电源和电路的地线分离。2可进行电平转换，实现要求的电平输出，从而具有初级功率放大作用。3提高对负载的驱动能力。 28、 简述在微机控制系统中I/O控制方式及I/O接口的编址方式。 程序控制方式、中断控制方式、直接存储器存取方式。 独立编址；与储存器统一编址。

29、 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？

答：由于任何一种A/D转换器都需要有一定时间来完成量化及编码操作，因此，在转换过程中，模拟量不能发生变化，否则，将直接影响转换精度。采样/保持器（SamPLE/Hold）就是使在A/D转换时，保证输入A/D转换器的模拟量不发生变化。

模拟输入通道中不一定非得采用采样保持器。当输入的模拟量信号变化缓慢时，也可省去采样/保持器。

30、简述在微机控制系统中I/O控制方式及I/O接口的编址方式。 程序控制方式、中断控制方式、直接存储器存取方式。 独立编址；与储存器统一编址。 31、DAC0832有哪三种输入工作方式？

（1）直通方式 （2）单缓冲方式（3）双缓冲方式

32、 在微机控制系统中，主机和外围设备间所交换的信息通常分为哪三类？ （1）数字量（2）模拟量（3）开关量（4）脉冲量

33、从控制的角度出发所选择的微机应能满足哪些要求。 1、较完善的中断系统2、足够的存储容量 3、完备的输入/输出通道和实时时钟

五 、分析题

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?

（1）控制及信息处理单元：键盘、计算机、显示； (2)测试传感部分：光电编码器、信号处理； (3)能源：电源；

（4）驱动部分：功放、电机；

(5)执行机构：联轴器、齿轮减速器、丝杠螺母机构、工作台

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Ph1和Ph2。2为可动螺母

当螺杆转动角时，可动螺母2的移动距离为

l2(Ph1Ph2)

如果Ph1与Ph2相差很小，则 L很小。因此差动螺旋常用于各种微动装置中。 若螺杆3左、右两段螺纹的旋向相反，则当螺杆转动角时，可动螺母2的 移动距离为 l2(Ph1Ph2)

可见，此时差动螺旋变成快速移动螺旋，即螺母2相对螺母1快速趋近或离 开。这种螺旋装置用于要求快速夹紧的夹具或锁紧装置中。

六、计算

1、谐波齿轮传动有何特点？传动比的计算方法是什么？

具有结构简单、传动比大（几十~几百）、传动精度高、回程误差小、噪声低、传动平稳、 承载能力强、效率高等一系列优点。 传动比计算方法： ①.当柔轮固定时，r0，则

设zr200、zg202时，则iHg101。结果为正值说明刚轮与波形发生器

0，则

转向相同。

②.当刚轮固定时，gzgzgrHrzr,1,iHrH0HzrHzrrzrzg设zr200、zg202时，则iHr100。结果为正值说明柔轮与波

形发生器转向相反。

2、 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： 1）步进电机的步距角； 2）脉冲电源的频率。

3、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 120r/min，输入脉冲频率为多少?步距角为多少

K=1; M=3, Z=100; f=600Hz

α=360/1*3*100=1.2º