机电一体化技术试题及复习题答案完美版

〈机电一体化复习题〉
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max ∆是传感器的最大非线性误差、FS y 为输出量的满刻度值，则传感器的线性度可表示为max ∆∕FS y 。

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β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 )
A ．70年代 Ｂ．50年代 Ｃ．40年代 Ｄ．80年代
2。

“机电一体化”在国外被称为 (C ）
A ．Machine Ｂ．Electronics Ｃ．Mechatronics Ｄ．A 和B
3。

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 Ｂ．传递运动 Ｃ．传递动力 Ｄ．A 、
B 和Ｃ
4. 在同步齿型带传动中，同步带的齿形为 (A ）
A ．梯形 Ｂ．矩形 Ｃ．渐开线 Ｄ．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 Ｂ．调节特性 Ｃ．力矩特性 Ｄ．转速特性
6. 在滚珠丝杠副中，预紧调整是为了消除其 （B)
A ．径向间隙 Ｂ．轴向间隙 Ｃ．预应力 Ｄ．A 和B
7。

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 ）
A ．60° Ｂ．45° Ｃ．0° Ｄ． 90°
8. 若x 为传感器的输入量，y 是其输出量，则传感器的灵敏度为 （C ）
A ．y x Ｂ．y x ∆∆ Ｃ．x y ∆∆ Ｄ．x
y 9。

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 ）
A ．2 Ｂ．1 Ｃ．3 Ｄ．4 10。

MCS —51的每个机器周期包含状态周期数为
(D) A ．12 Ｂ．24 Ｃ．10 Ｄ．6
11。

在滚珠丝杠副JB3162。

2-91的标准中，最高的精度等级是
(A ） A ．1级 Ｂ．10级 Ｃ．7级 Ｄ．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θ之间的关系为
（A) A ．θW
B ≈ Ｂ．θW
B > Ｃ．θW
B < Ｄ．θW
B 5.1≈
13。

差动变压器式电感传感器属于 （C ）
A ．涡流式 Ｂ．自感型 Ｃ．互感型 Ｄ．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 Ｂ．C 和D Ｃ．全闭环控制 Ｄ．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 ）
A ．90° Ｂ．0° Ｃ．45° Ｄ．60°
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 Ｂ．变长 Ｃ．变短 Ｄ．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
Ｂ．机械学与电子学
Ｃ．机械学与自动化技术
Ｄ．机械学与计算机
18 计算机集成制造系统包括 （D)
A ．CAD 、CAPP 、CAM
Ｂ．FMS
Ｃ．计算机辅助生产管理
Ｄ．A 、B 和C
19. 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，此时机械系统的阻尼等效于电系统的 (C)
A ．电容 Ｂ．电荷 Ｃ．电阻 Ｄ．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 Ｂ．调节特性 Ｃ．工作特性 Ｄ．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2π弧度时，螺母上基准点的 （B ）
A ．径向位移 Ｂ．轴向位移 Ｃ．螺旋线长度 Ｄ．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 Ｂ．成正比 Ｃ．成平方关系 Ｄ．成指数关系
23。

在MCS-51中，MOV 指令用于访问 （B)
A ．内部程序存储器
Ｂ．内部数据存储器
Ｃ．外部数据存储器
Ｄ．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21i i ，则其遵循的原则是 （A ）
A ．重量最轻
Ｂ．等效转动惯量最小
Ｃ．输出轴转角误差最小
Ｄ．加速度响应最快
25. 谐波齿轮传动中的柔轮相当于行星轮系中的 （B ）
A ．中心轮 Ｂ．行星轮 Ｃ．系杆 Ｄ．
B 和C
26. 在MCS —51单片机中，用于对外部程序存储器读的信号是 （A ）
A ．PSEN Ｂ．RD Ｃ．WR Ｄ．ALE
27。

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 ）
A ．0。

5倍 Ｂ．2倍 Ｃ．0。

25倍 Ｄ．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 Ｂ．精确度 Ｃ．零漂 Ｄ．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 Ｂ．闭环控制 Ｃ．开环控制 Ｄ．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 Ｂ．预紧 Ｃ．预加载荷 Ｄ．表面清洗
31。

感应同步器可用于检测 (D ）
A ．位置 Ｂ．加速度 Ｃ．速度 Ｄ．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5N ·m ，通过齿轮系5:1减速,可带动 (A ） 的最大转矩负载。

A. 25N ·m
B. 50 N ·m
C. 2。

5 N ·m D 。

1.25 N ·m
36. 某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0.001θ=弧度，
则莫尔条纹的宽度是 （C)
A 。

100mm B. 20mm 1/100=0.001*W
C. 10mm D 。

0。

1mm
38．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. 永磁同步电动机
40．直流伺服电动机的理想空载转速为 （ A ） A 。

a e u k B. e a
k u C 。

a t u k D 。

a a u R 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 。

0.75o B. 1.5o 360/48*5
C 。

6o
D 。

3o
42．计算步进电动机转速的公式为 （ B ）
A 。

360o r mz c
B 。

60r f mz c
C 。

180cos o sm T mc D. 360180o
o mc
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1.5o ，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
45.以下可对异步电机进行调速的方法是（B ）
A 。

改变电压的大小
B 。

改变电动机的供电频率
C 。

改变电压的相位 D.改变电动机转子绕组匝数
46.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
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。

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；
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。

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。

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？
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，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＊Φ-Ra*Tm/CE＊CT*Φ^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
17.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，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A→B→C→A…或A→C→B→A→C→B→A的次序顺时针或逆时针的次序工作。

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
解：1) K=2； M=5, Z=24；α=360/2*5＊24=1.5º 2） f=400Hz （n=αf/6) 4、图示为变隙差动式自感传感器工作原理示意图，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.
6、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N F L 800=;电机转子的转速为m n ；轴Ⅱ的负载转矩Nm T L 4=；齿轮1Z 与齿轮2Z 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T 。

m N Z Z n Z m n n n T n V F T m m m ⅡL m A L .104100080021/212
11=⨯+⋅⋅⋅⨯⨯=⋅+⋅⋅=
πππ 7、一数控系统如图所示,试说明图中的各个部分分别属于机电一体化系统的哪一基本结构要素。

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
六、综合题
8、 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口未使用地址线接地）.
2kB 的数据存储器扩展
解：连线图如下图所示。

其中：ALE ——G 连线,0.22.2～P ——810～A ，D R ——E O ， R W --E W 寻址范围为：0000H ～07FFH 。

2、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。

3、在图示的机械系统中，电机输出转速经减速器减速后驱动丝杆——螺母构成一个直线运动机构，已知电机转速为3000转/分，减速器减速比为100，丝杆的导程为12mm，今欲测量螺母的位移，并要求测量精度为1mm，暂时不考虑机
械系统传动误差,请选择传感器并设计测量方案。

答：螺母每走1mm对应丝杆的转角为：1/12*360=30度，相对应的电机转角为：30＊100=3000度,可见，只要精确电机的转速就是以按要求测量出螺母的位移。

可使用接近式传感器，安装方法如图:在电机轴上装一个圆盘，盘四周装一个突出盘表需的元件，元件的个数可以只有一个,也可以有多个,根据选用传感器类型元件的材料有一定的要求，如选用霍尔式传感器就要求是磁性体，电感式或涡流式就要求铁磁性物质，电容式要求元件材料相对介电常量尽量大。

设元件的个数为N,则测量的分辨率为：360/N/100/360＊12=0。

12/N（mm）。

圆盘上突起元件的安装精度与传感器的灵敏度、稳定性有关,如果误差为5级，测量误差为：5/ 100 /360 *12=0.0017mm。