《机电一体化系统设计》 - 期末复习题及答案 - 6034145930259568(2)

开发性设计：没有参照样板的设计

适应性设计：局部更改，适应性变动；以使产品的性能和质量提高。 变异性设计：适应于量的方面变更要求，方案功能结构不变

5、简述产品功能、行为和结构及其建模之间的关系？

1）功能行为结构的关系

", 产品结构的变化状态是行为，行为的作用是功能，结构是功能和行为的载体；功能通过行

为实现，行为受物理定律制约，行为变量有明确的物理关系。

2）建模设计过程是根据需求确定产品功能，构思产品行为，指定产生期望行为从而实现功能的结构，然后评价的有限循环过程。具体如下：

功能建模：某个抽象层次的功能，进行功能设计分解，建立功能结构图和功能结构。 行为建模：寻找实现功能的物理效应，化学效应或生物效应，构思实现功能的行为，即进行功能??为的映射

结构建模：进行行为??构的映射。

评价决策：检验功能域，行为域、结构域上变量一致性，完备性；判断有害故障行为，多余功能；决定接受改进，放弃；进行循环或下一步详细设计。

6、传统机电产品设计与机电一体化产品设计的主要区别

传统的机电产品设计是以强度和低压控制为中心，其特点可以描述为安全系数设计,经验设计,类比设计,和机电分离设计.

机电一体化产品：强调的是功能设计；由若干具有特定功能的机械和电子要素组成的有机整体，在功能上实现机电技术的有机结合。机电一体化产品的设计方法主要是把复杂的设计要求，通过功能关系的分析抽象为简单的模式，以便寻找能满足设计对象主要功能关系的原理方案。 例如：在机械本体上应用电子控制设备(机床,洗衣机)

电子设备置换机械控制系统（凸轮>运动伺服） 信息机器采用电子设备（打印机针打>静电吸附） 信息处理机全面置换机械装置(电子称,钟表) 检测系统采用电子设备

电子设备取代机械本体(电火花加工床)

7、试论述机电一体化功能设计的思想方法和特点？ 功能设计方法有：

机电互补(替代法)：功能取代：电取代机；凸轮，变速机构 机电结合(融合法)：集成互融为一体，直线电机

组合法：将用结合法（或互补法）制成的功能模块象积木一样组成机电一体化系统，如工业机器人不同的关节轴。

总之，从机械技术、电子技术、硬件技术和软件技术四个方面权衡经济和技术上的利弊得失，选择最佳方案。 特点：

等效性：

机械、电子硬件、软件具有相同的功能替代：如计时器，传感器

互补性：

控制系统的各个环节是相互关联的，共同影响系统性能。包括控制对象在内的大部分组成环节都作为可改变的设计内容。

优化设计：

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在机械电子软件等技术之间进行比较权衡，根据可比性，用具有相同量纲的优化指标对各个方案进行比较。

8、简要说明机电一体化系统基本功能元的组成内容？

物理功能元：变换缩放、合并分离、传导隔阻、储存 逻辑功能元：与、或、非

数学功能元：加、减、乘、除、乘方、开方、微分、积分 9、机电一体化的现代设计方法的有何特点？

传统设计以经验公式，图表和手册为设计依据。

现代设计方法以计算机为主要辅助手段较为成熟的设计方法；强调产品全寿命周期最优化；设计过程的并行化，智能化；设计手段的计算机化，精确化，拟实化；设计和制造的一体化；绿色设计，宜人性设计

10、优化设计的原理方法？ 优化设计，是工程优化的重要组成部分（优化设计，优化实验，优化控制），以数学规划为核心，以计算机为工具。优化设计是将优化技术用于设计过程，通过数学优选法最终获得比较合理的设计参数和选择。 步骤

建立数学模型，机电一体化系统的数学模型可以直接借用控制工程的理论和模型。 选择合适的优化算法及程序：解线性和非线性数学规划的程序得出最优化设计方案。 方案评价决策。

机电一体化优化设计的条件和方法 条件：功能的等效性；各环节的互补性

方法：设法把多目标问题转化为单目标问题求解。

11、简要说明可靠性的原理及其设计方法？

定义：规定条件和规定时间内，完成规定功能的能力。 5个：对象、使用条件、规定时间、规定功能、概率。 系统可靠性是各组成环节可靠性的逻辑与。

可靠性采用的设计方法：冗余技术、诊断技术、提高软件可靠性

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第三章机械系统设计

判断

A．对 B.错

1、在小功率传动链中为使总的折算惯量最小，各级传动比分配应遵守前大后小原则。 2、滚动导轨预加负载的目的是消除静差；常用方法有滚珠过盈和双螺母预紧。

3、机电一体化系统的主要由控制装置、检测传感装置，驱动装置，机械装置构成。 4、传动间隙和非线性摩擦力都会造成空程误差而振荡。

5、传动出现低速爬行现象不稳定的主要原因是摩擦系数和转动惯量。 6、滚珠丝杠副的导程是指丝杠或螺母旋转360°所移动的距离。

7、导轨是利用金属或其它材料制成的槽或脊，可承受、固定、引导移动装置或设备并减少其摩擦的一种装置。

8、在多级传动中，为了减小传动误差，传动比的分配应遵守的原则是：前大后小。 9、滚珠丝杠的基本导程的增大，运动脉冲当量变小，可提高控制精度。 10、使滚珠丝杠具有较大刚度的支承方式是两端向心轴承。

11、传统的机械系统和机电一体化系统实现机械运动的方式相同。 12、机械传动系统中传动间隙是造成死区误差的原因。 13、半运动学设计原理是以点接触来约束运动方向。

14、设计基面、工艺基面、测量基面、装配基面应尽可能统一于同一基面。

15、对于减速齿轮传动系统，其输出轴转角的总误差主要取决于末级的传动误差，其余各级传动误差的影响可以忽略不计。

16、机械传动系统中末级齿轮精度要求最低。

17、在精度的定义中，准确度用系统误差大小来表示。 18、在精度的定义中，精密度用系统误差大小来表示。

19、对工作机中的传动机构，既要求能实现运动的变换，又要求能实现动力的变换。

20、滚珠丝杠既可将回转运动变为直线运动，又可将直线运动变为回转运动，且传动效率几乎相同。 21、滚珠丝杠副的公称直径是指滚珠与螺纹滚道在理论接触角状态时包络滚珠球心的圆柱直径。 22、基本导程是滚珠丝杠副的特征尺寸。 23、转轴主要传递动力，只承受扭矩作用。

24、心轴只起支承旋转机件作用而不传递动力, 即只承受弯矩作用。 25、滚珠丝杆不能自锁，必要时须在系统中附加自锁或制动装置。

26、在小功率传动链中为使总的折算惯量最小，各级传动比分配应遵守前大后小原则。 27、按重量最轻原则大功率传动系统各级传动比一般以“先大后小”原则处理。 28、凸形导轨与凹形导轨相比，用于低速运动，且不易积存切屑。 答案： BBABB AABBB BABAA BABAA ABBAA BAA 部分正确注释：

13、运动学设计原理是以点接触来约束运动方向。

18、在精度的定义中，精密度用随机误差大小来表示。 22、公称直径是滚珠丝杠副的特征尺寸。

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单选

1、出现低速爬行现象不稳定的主要原因是（）。

A转动惯量大 B非线性摩擦力 C负载扭矩不稳定 D润滑不良 2、滚动导轨预加负载的目的是（）。

A防止超速 B消除间隙 C降低噪音 D提高润滑 3、以下导轨中，（）最容易出现爬行现象。

A滚动导轨 B滑动导轨 C静压导轨 D卸荷导轨 4、哪一项是滚珠丝杠副的特点。

A同步性好 B运动不具有可逆性 C无法消除间隙 D低速时爬行 5、滚珠丝杠螺母副结构类型有两类：外循环插管式和（）。

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 6、滚珠丝杠副的基本导程减小，可以（）。

A提高精度 B提高承载能力 C提高传动效率 D加大螺旋升角

7、根据操作指令的要求在动力源的带动下，完成预定的操作，是机械系统的（）。 A传动机构 B导向机构 C执行机构 D轴系

8、要使一个空间物体定位，需要适当配置几个约束加以限制？（）。 A 3 B 4 C 6 D 8

9、零件设计时，（）是零件工作图上标注尺寸的基准面。 A设计基面 B工艺基面 C测量基面 D装配基面

10零件设计加工时，（）是加工时的定位基面，以此加工其它面。 A设计基面 B工艺基面 C测量基面 D装配基面

11零件设计加工时，以（）为基准，确定零件间的相互位置。 A设计基面 B工艺基面 C测量基面 D装配基面

12随着测量次数的增加，随机误差符合一定的统计规律，绝大多数随机误差符合（）。 A正态分布 B均匀分布 C三角形分布 D几何分布 13以下那项属于机械系统的制造误差？

A机构原理误差 B零件原理误差 C技术原理误差 D装配与调整误差 14以下哪个是以传递运动为主的传动机构？

A螺旋压力机 B机床工作台的进给丝杠 C千斤顶 D螺旋传动机构 15为保证滚珠丝杠副传动有最大的稳定系数，应采用哪种方式？

A双推－自由 B双推－简支 C单推－单推 D双推－双推 16使滚珠丝杠具有最大刚度的支承方式是（）。

A一端装止推轴承 B一端装化推轴承，另一端装向心球轮承 C两端装止推轴承 D两端装向心球轮承

17齿轮副的间隙会造成齿轮传动的回差，属于柔性消隙法的结构是（）。

A调整中心距法 B选择装配法 C带锥度齿轮法 D压簧消隙结构 18齿轮传动的总等效惯量随传动级数（ ）。

A增加而减小 B增加而增加 C减小而减小 D变化而不变

19小功率传动链中，为使总的折算惯量最小，各级传动比分配应遵守（）。 A前大后小 B前小后大 C前后相等 D平方关系 20采用齿轮系传动时，根据最小等效转动惯量原则，两级齿轮传动最佳速比分配的条件是（）。

22

A i2=0.5i1 B i2=0.5i1 C i2=0.7i1 D i2=0.7i1

9

21谐波齿轮具有速比大、传动精度高等有点，它是由哪种传动演变而来的？ A直齿锥齿轮传动 B齿轮齿条传动 C行星齿轮传动 D涡轮蜗杆传动 22齿轮系在机电一体化系统的传动机构中的作用是（）。

A减速，增加力矩 B增速，增大力矩 C增速，减小力矩 D减速，减小力矩 23已知双波谐波齿轮的柔轮齿数Z1=200, 刚轮齿数 Z2=202，波发生器的转速nH=600r/min。若柔轮固定，则刚轮转速为（）。

A 6r/min B -6r/min C 5.94r/min D -5.94r/min

24已知双波谐波齿轮的柔轮齿数Z1=200, 刚轮齿数 Z2=202，波发生器的转速nH=600r/min。若刚轮固定，则柔轮转速为（）。

A 6r/min B -6r/min C 5.94r/min D -5.94r/min 答案：BBBAD ACCAB DADBD CDABC CACB

问答题

1. 机电一体化系统中的机械系统主要包括哪几部分？

五个部分，分别是：

1）传动机构。机电一体化机械系统中的传动机构的主要功能是传递能量和运动，因此，它实际上是一种力、速度变换器。机械传动部件对伺服系统的伺服特性有很大影响，特别是其传动类型、传动方式、传动刚性以及传动的可靠性对系统的精度、稳定性和快速性有重大影响。

2）导向机构。其作用是支承和限制运动部件按给定的运动要求和给定的运动方向运动，为机械系统中各运动装置安全、准确地完成其特定方向的运动提供保障。

3）执行机构。执行机构根据操作指令的要求在动力源的带动下，完成预定的操作。一般要求它具有较高的灵敏度、精确度、良好的重复性和可靠性等。

4）轴系。轴系由轴、轴承及安装在轴上的齿轮、带轮等传动部件组成。轴系的主要作用是传递转矩及精确的回转运动，它直接承受外力(力矩)。

5）机座或机架。机座或机架是支承其他零部件的基础部件。它既承受其他零部件的重量和工作载荷，又起保证各零部件相对位置的基准作用。

2、滚动导轨预加负载的目的是什么？常用方法有哪些？

滚动导轨预加负载的目的是消除间隙；常用方法有：滚珠过盈和双螺母预紧。 3、试述导轨的主要作用，导轨副的组成种类及应满足的要求？

主要作用：金属或其它材料制成的槽或脊，可承受、固定、引导移动装置或设备并减少其摩擦的一种装置。导轨表面上的纵向槽或脊，用于导引、固定机器部件、专用设备、仪器等。

分类：滑动，滚动，流体介质；结构：开式，闭式；

要求：导向精度高，耐磨性好，刚度高；低速平稳；热稳性好；工艺性好； 4、滚珠丝杠副的组成及特点有哪些？

组成：在丝杠和螺母间以钢球为滚动体的螺旋传动元件。 特点：丝杠与螺母变成滚动摩擦；广泛应用

传动效率高85-98%（滑动的3-4倍）；

运动平稳（启动与工作一样），无冲击，低速无爬行； 可预紧，消除间隙，提高刚度和传动精度； 定位及重复定位精度高；同步性好； 工作寿命长；可靠性高；

运动具有可逆性；回转←→直线 缺点：不自锁；成本高（以mm计算）

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