电大机电一体化系统设计基础试题D(2012年1月用)

-1-机电一体化系统设计基础试题1题号一二三四五分数一、判断题（正确的打√，错误的打×，每题3分，共30分）1．一个较完善的机电一体化系统，应包括以下几个基本要素：机械本体、动力系统、检测传感系统及执行部件，各要素和环节之间通过接口相联系。（）2．信息处理技术是指在机电一体化产品工作过程中，与工作过程各种参数和状态以及自动控制有关的信息输入、识别、变换、运算、存储、输出和决策分析等技术。（）3．进行机械系统结构设计时，由于阻尼对系统的精度和快速响应性均产生不利的影响，因此机械系统的阻尼比ξ取值越小越好。（）4．滚珠丝杠垂直传动时，必须在系统中附加自锁或制动装置。（）5．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。（）6．脉冲分配器的作用是使电动机绕组的通电顺序按一定规律变化。（）7．气压式伺服驱动系统常用在定位精度较高的场合使用。（）8．全物理仿真与计算机仿真相比较，在时间、费用和方便性上都具有明显的优点，是一种经济、快捷与实用的仿真方法。（）9．现场总线系统采用一对一的设备连线，按控制回路分别进行连接，打破了传统控制系统的结构形式。（）10．绿色设计是对已有的产品或技术进行分析研究，进而对该系统（产品）进行剖析、重构、再创造的设计。（）二、单选题（每小题4分，共24分）1．机电一体化技术是以（）部分为主体，强调各种技术的协同和集成的综合性技术。A．自动化B．微电子C．机械D．软件得分评卷人得分评卷人-2-2．导程L0=8mm的丝杠的总质量为6kg，标称直径为40mm，则其转动惯量为（）kg·mm2。A．1200B．480C．120D．483．某机电一体化系统需要消除斜齿轮传动的齿侧间隙，采取（）调整法使得调整过程中能自动补偿齿侧间隙。A．偏心套B．轴向垫片C．薄片错齿D．轴向压簧错齿4．下列哪项指标是传感器的动态特性？（）。A．量程B．线性度C．灵敏度D．幅频特性5．在开环控制系统中,常用（）做驱动元件。A．直流伺服电动机B．步进电动机C．同步交流伺服电动机D．异步交流伺服电动机6．HRGP-1A喷漆机器人中的旋转变压器属于系统中的（）。A．能源部分B．测试传感部分C．控制器D．执行机构三、简答题（每小题8分，共24分）1．简述对滚珠丝杆副进行间隙调整和预紧方法。2．步进电动机的输入信号是什么？如何实现对其转速和旋转方向的控制？3．简述数控设备中计算机数控装置的组成和功能。得分评卷人-3-四、计算题(8分)设有一大功率电动机驱动的二级齿轮传动减速传动系统如图所示，假设齿轮箱的传动效率为100%，齿轮箱的传动比i=3.2，已知齿轮采用相同材料，宽度b相同，各齿轮的模数m=3，主动齿轮的齿数z1=20、z3=25，请根据重量最小原则设计齿轮传动系统，推导并计算各级齿轮传动比和齿轮2、齿轮4的齿数。（提示：齿轮的质量为bmz4)(2）五、综合题（14分）请制订一套典型的机电一体化系统概念设计的流程。得分评卷人得分评卷人-4-答案及评分标准一、判断题（每题3分，共30分）1．×2．√3．×4．√5．×6．√7．×8．×9．×10．×二、选择题（每题4分，共24分）1．C2．A3．D4．D5．B6．B三、简答题（每小题8分，共24分）1．答：通常采用双螺母预紧和单螺母（适于大滚珠、大导程）两种方法，将弹性变形控制在最小限度内，以减小或消除轴向间隙，并可提高滚珠丝杠副的刚度。常用的双螺母消除轴向间隙的结构形式有三种：螺纹调隙式、垫片调隙式和齿差调隙式三种；单螺母消隙常用增大滚珠直径法和偏置导程法两种预紧方法。2．答：步进电机的输入信号是脉冲序列。步进电机的步矩角α与运行拍数m、通电方式k（m=kN，单拍时k=1,双拍时k=2，N为定子绕组的相数）、转子的齿数z有关。步进电机定子绕组通电状态的改变速度越快，其转子旋转的速度越快，即通电状态的变化频率越高，转子的转速越高。改变步进电机定子绕组的通电顺序，转子的旋转方向随之改变。3．答：计算机数控装置主要由数字控制装置、输入输出设备和驱动控制装置等组成。计算机数控装置将数控加工程序通过输入装置输入数控装置，在数控装置的控制下，通过输出设备输出各种信息和指令，而驱动装置驱动机床各部分有序的运动，控制个坐标轴的进给速度，进给方向和位移量等。四、计算题(8分)解：设一级齿轮的传动比为i1，第二级齿轮的传动比i2。齿轮传动系统的总重量：2222222224321ZZZZbmM-5-则212321214112iizizMbm根据重量最小原则，令01iM，得：213131izziDDi，i2=3.2/2=1.6则：z2=40、z4=40六、综合题（14分）解：产品概念设计将决定性地影响产品创新过程中后续的产品详细设计、产品生产开发、产品市场开发以及企业经营战略目标的实现。包含以下流程：（1）首先是将设计任务抽象化，确定出系统的总功能；（2）根据系统的总功能要求和构成系统的功能要素进行总功能分解，划分出各功能模块，将总功能分解为子功能，直到分解到不能再分解的功能元，形成功能树；确定它们之间的逻辑关系；（3）对各功能模块输入/输出关系进行分析，确定功能模块的技术参数和控制策略、系统的外观造型和总体结构；（4）寻找子功能（功能元）的解，并将原理解进行组合，形成多种原理解设计方案，求总功能总功能分解评价与决策功能逐级分解创造性方法、目录法、调查分析法形态学矩阵法黑箱法各种评价方法概念产品明确设计任务寻找子功能解原理解组合分析评价决策综合-6-（5）以技术文件的形式交付设计组讨论、审定。由于体现同一功能的产品可以有多种多样的工作原理，（6）方案进行整体评价：对不同的方案进行整体评价，选择综合指标最优的设计方案。最终选定最佳方案形成概念产品。（注：绘制出流程图或文字作答均可。）