(完整版)机电传动课后答案
习题与思考题
第二章机电传动系统的动力学基础
2.1 说明机电传动系统运动方程中的拖动转矩，静态转矩和动态转矩。
拖动转矩是有电动机产生用来克服负载转矩，以带动生产机械运动的。静态转矩就是由生产机械产生的负载转矩。动态转矩是拖动转矩减去静态转矩。
2.2 从运动方程式怎样看出系统是处于加速，减速，稳态的和静态的工作状态。
T M-T L>0说明系统处于加速，T M-T L<0 说明系统处于减速，T M-T L=0说明系统处于稳态（即静态）的工作状态。
2.3 试列出以下几种情况下（见题2.3图）系统的运动方程式，并说明系统的运动状态是加速，减速，还是匀速？（图中箭头方向表示转矩的实际作用方向）
T M T
T M=T L T M< T L
T M-T L>0说明系统处于加速。 T M-T L<0 说明系统处于减速
T M T L T M T L
T M> T L T M> T L
系统的运动状态是减速系统的运动状态是加速
T M T L T T L
T M= T L T M= T L
系统的运动状态是减速系统的运动状态是匀速
2.4 多轴拖动系统为什么要折算成单轴拖动系统？转矩折算为
什么依据折算前后功率不变的原则？转动惯量折算为什么依据
折算前后动能不变的原则？
因为许多生产机械要求低转速运行，而电动机一般具有较高的
额定转速。这样，电动机与生产机械之间就得装设减速机构，如
减速齿轮箱或蜗轮蜗杆，皮带等减速装置。所以为了列出系统运
动方程，必须先将各转动部分的转矩和转动惯量或直线运动部分
的质量这算到一根轴上。转矩折算前后功率不变的原则是P=Tω,
p不变。转动惯量折算前后动能不变原则是能量守恒MV=0.5Jω
2
2.5为什么低速轴转矩大，高速轴转矩小？
因为P= Tω,P不变ω越小T越大，ω越大T 越小。
2.6为什么机电传动系统中低速轴的GD2比高速轴的GD2大得多?
因为P=Tω，T=G?D2/375. P=ωG?D2/375. ,P不变转速越小GD2越大，转速越大GD2越小。
2.7 如图2.3（a）所示，电动机轴上的转动惯量J M=2.5kgm2,
转速n M=900r/min; 中间传动轴的转动惯量J L=16kgm2,
转速n L=60r/min。试求折算到电动机轴上的等效专惯
量。
折算到电动机轴上的等效转动惯量:j=N m/N1=900/300=3,j1=Nm/Nl=15
J=JM+J1/j2+ JL/j12=2.5+2/9+16/225=2.79kgm2
.2.8如图2.3（b）所示，电动机转速n M=950 r/min，齿轮
减速箱的传动比J1= J2=4，卷筒直径D=0.24m,滑轮的减
速比J3=2，起重负荷力F=100N,电动机的费轮转距
GD2M=1.05N m2, 齿轮，滑轮和卷筒总的传动效率为
0.83。试球体胜速度v和折算到电动机轴上的静态转矩T
以及折算到电动机轴上整个拖动系统的飞轮惯量L
GD2z.。
ωM=3.14*2n/60=99.43 rad/s.
提升重物的轴上的角速度ω=ω
M/j1j2j3=99.43/4*4*2=3.11rad/s
v=ωD/2=0.24/2*3.11=0.373m/s
T L=9.55FV/ηC n M=9.55*100*0.373/0.83*950=0.45NM
GD2Z=δGD M2+ GD L2/j L2
=1.25*1.05+100*0.242/322
=1.318NM2
2.9 一般生产机械按其运动受阻力的性质来分可有哪几种
类型的负载？
可分为1恒转矩型机械特性2离心式通风机型机械特性3直线型机械特性4恒功率型机械特性,4种类型的负载.
2.10反抗静态转矩与位能静态转矩有何区别，各有什么特
点？
反抗转矩的方向与运动方向相反,方向发生改变时,负载转矩的方向也会随着改变,因而他总是阻碍运动的.位能转矩的作用方向恒定,与运动方向无关，它在某方向阻碍运动，而在相反方向便促使运动。
2.11在题2.11图中，曲线1和2分别为电动机和负载的机械特性，试判断哪些是系统的稳定平衡点？哪些不是？
交点是系统的稳定平衡点. 交点是系统的平衡点
交点是系统的平衡交点不是系统的平衡点
交点是系统的平衡点
机电传动控制课后习题答案
第二章机电传动系统的动力学基础 从运动方程式怎样看出系统是处于加速，减速，稳态的和静 态的工作状态。 T M-T L>0说明系统处于加速，T M-T L<0 说明系统处于减速， T M-T L=0说明系统处于稳态（即静态）的工作状态。 试列出以下几种情况下（见题图）系统的运动方程式，并说明系统的运动状态是加速，减 速，还是匀速？（图中箭头方向表示转矩的实际作用方向） T M T T M=T L T M< T L T M-T L>0说明系统处于加速。 T M-T L<0 说明系统处于减速 T M T L T M T L T M> T L T M> T L 系统的运动状态是减速系统的运动状态是加速 T M T L T T L
T M= T L T M= T L 系统的运动状态是减速系统的运动状态是匀速 为什么低速轴转矩大，高速轴转矩小？ 因为P= Tω,P不变ω越小T越大，ω越大T 越小。 为什么机电传动系统中低速轴的GD2逼高速轴的GD2大得多? 因为P=Tω，T=G?D2/375. P=ωG?D2/375. ,P不变转速越小GD2越大，转速越大GD2越小。 一般生产机械按其运动受阻力的性质来分可有哪几种类型的负载？ 可分为1恒转矩型机械特性2离心式通风机型机械特性3直线型机械特性4恒功率型机械特性,4种类型的负载. 在题图中，曲线1和2分别为电动机和负载的机械特性，试判断哪些是系统的稳定平衡点？哪些不是？ 交点是系统的稳定平衡点. 交点是系统的平衡点 交点是系统的平衡交点不是系统的平衡点
第三章 为什么直流电记得转子要用表面有绝缘层的硅钢片叠压而成？ 直流电机的转子要用表面有绝缘层的硅钢片叠加而成是因为要防止电涡流对电能的损耗.. 一台直流发电机，其部分铭牌数据如下：P N =180kW, U N =230V,n N =1450r/min, η N =%，试求： ①该发电机的额定电流； ②电流保持为额定值而电压下降为100V时，原动机的输出功率（设此时η= η N ） P N =U N I N 180KW=230*I N I N =782.6A 该发电机的额定电流为782.6A P= I N 100/η N P= 已知某他励直流电动机的铭牌数据如下：P N =, U N =220V, n N =1500r/min, η N =%, 试求该电机的额定电流和转矩。 P N =U N I N η N 7500W=220V*I N * I N =38.5A T N =n N = 为什么直流电动机直接启动时启动电流很大？ 电动机在未启动前n=0,E=0,而R a 很小,所以将电动机直接接入电网并施加额 定电压时,启动电流将很大.I st =U N /R a 直流串励电动机能否空载运行?为什么？ 串励电动机决不能空载运行,因为这时电动机转速极高,所产生的离心力足
机电一体化技术—考试题库及答案
------单选 滚珠丝杠螺母副结构类型有外循环插管式和_________等类型. 收藏 A. 内循环反向器式 B. 外循环反向器式 C. 内、外双循环 D. 内循环插管式 回答错误!正确答案： B PWM指的是________. 收藏 A. 计算机集成系统 B. 可编程控制器 C. 机器人 D. 脉宽调制 回答错误!正确答案： D 检测环节能够对输出进行测量,并转换成比较环节所需要的量纲,一般包括传感器和_______. 收藏 A. 转换电路 B. 调制电路 C. 控制电路 D. 逆变电路 回答错误!正确答案： A 下列关于机电一体化的说法中正确的是________. 收藏 A. 机电一体化设计主要是指产品的设计,不需要系统论方面的知识 B. 机电一体化技术是由传统机械技术及电子技术两方面技术构成 C. 机电一体化是指机电一体化技术,而不包含机电一体化产品 D. 机电一体化技术是以机械为主体 回答错误!正确答案： D 伺服控制系统一般包括控制器、被控对象、执行环节、比较环节和_________等个五部分.
收藏 A. 换向结构 B. 检测环节 C. 存储电路 D. 转换电路 回答错误!正确答案： B 电压跟随器的输出电压________输入电压. 收藏 A. 大于等于 B. 大于 C. 小于 D. 等于 回答错误!正确答案： D 滚珠丝杠螺母副结构类型有两类:外循环插管式和________. 收藏 A. 内循环反向 B. 内循环插管式 C. 外循环反向器式 D. 内、外双循环 回答错误!正确答案： A 受控变量是机械运动的一种反馈控制系统称________. 收藏 A. 伺服系统 B. 工业机器人 C. 顺序控制系统 D. 数控机床 回答错误!正确答案： A 下列关于机电一体化系统的伺服系统稳定性说法中错误的是________. 收藏 A.
机电传动控制试题及答案
1、如图所示，判断哪组是正确的。 （a ）L M T T > (b) L M T T = (c) L M T T < A ：图（a ）M T 为正，是拖动转矩，加速状态 B ：图（b ）M T =L T ，匀速状态 C ：图（c ）M T 为正，L T 为负，减速状态 2、关于交流电动机调速方法正确的有： A ：变频调速； B ：改变磁通调速； C ：改变转差率调速； D ：定子串电阻调速 3、三相异步电动机正在运行时，转子突然被卡住，这时电动机的电流会 。 A ：减少； B ：增加； C ：等于零。 4、三相鼠笼异步电动机在相同电源电压下，空载启动比满载启动的启动转 矩 。 A ：相同； B ：大； C ：小。 5、如下图所示，曲线1和曲线2分别为电动机和负载的机械特性。试问：电 动机能否在A 点稳定运行 A ：能； B ：不能； C ：不能确定 6．恒功率型机械特性为负载转矩与转速成： A 正比; B 反比。 7、有一台三相异步电动机，正常运行时为?接法，在额定电压下启动，其 N st T T 2.1=，若采用?-Y 换接启动，试问当负载转矩N L T T %35=，电动机能否 启动 A ：能； B ：不能； C ：不能确定 8．三相异步电动机的何种制动又叫发电制动。 A 反接制动； B 反馈制动； C 能耗制动 9．晶体管直流脉宽调速系统比晶闸管直流调速系统动态响应速度： A 高； B 低； C 一样。 10、直流电动机当电枢回路中串接电阻后，其固有的机械特性曲线是： A ：由（0，no ）出发的一簇向下倾斜的直线； B ：一簇平行于固有特性曲线的人为特性曲线； C ：；由（0，no ）出发的一簇向上倾斜的直线； D ：不确定； 11、下列方法中哪一个不是消除交流伺服电动机“自转”的方法：
机电传动控制复习题与答案(1)
西南科技大学成教学院德阳教学点 《机电传动控制》练习题 姓名：学号：班级：成绩： 一、单项选择题 1．机电传动的发展大体上经历的阶段顺序是：（） A．单电机拖动、双电机拖动、成组拖动 B．成组拖动、单电机拖动、多电机拖动C．单电机拖动、多电机拖动、成组拖动 D．成组拖动、单电机拖动、网络拖动 2、机电传动系统稳定工作时中如果T M >T L ，电动机旋转方向与T M 相同，转速将产生的变 化是。（） A．减速 B．加速 C．匀速 D．停止 3、机电传动系统中如果T M 《机电系统设计》复习题 一、填空 1、机电一体化系统由机械系统（机构）、信息处理系统（计算机）、传感检测系统（传感器）、动力系统、执行元件系统等五个子系统组成。 2、机电一体化系统（产品）的设计类型大致有开发型设计、适应性设计和变异性设计等三种。 3、常用的机械传动部件有螺旋传动、齿轮传动、同步带传动、高速带传动、各种非线性传动部件等。 4、导向支承部件的作用是支撑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。 5、执行元件根据使用能量的不同，可以分为电动势、液压式和气压式等类型。 6、步进电动机是将电脉冲信号转换成机械角位移的执行元件。从励磁相数来分有三相、四相、五相、六相等步进电动机。 7、单片机应用系统中，常使用LED(发光二级管) 、CRT 和LCD(液晶显示器)作为显示器件。 8、工业机器人一般应由机械系统、驱动系统、控制系统、检测传感系统和人工智能系统等组成。 9、CNC机床按工艺用途分类可分为普通数控机床、机械加工中心、多坐标数控机床。 10、机电一体化系统设计的一般方法包括机电互补法、融合（结合）法、组合法。 11、机座或机架既起支承作用，承受其它零部件的重量及在其上保持相对的运动，又起基准作用，确保部件间的相对位置。 12、对伺服系统的基本要求有精度要求更高、可靠性更好、响应速度更快。 13、交流伺服电机消除“自转”现象的解决办法是。 14、两相交流伺服电动机的控制方法有三种：①幅值控制；②相位控制；⑧幅值—相位控制。机电一体化系统中应用较多的控制方法是。 15、步进电机步距角是指在一个脉冲作用下（即一拍）电动机转子转过的角位移，失调角是指转子轴上袈加一负载转矩时转子齿中心线与定子齿中心线所错过的电度角，最大静转矩是指失调角=正负90度。 16、按照校正装置在系统中的联接方法，可把校正分为有源校正和无源校正。 17、常用的执行元件是电气执行元件，其输入是电能，输出为机械能。 18、按刀具相对工件移动的轨迹分类，数控机床可分为点位控制数控机床、点位直线控 目录 机电一体化技术第1章习题-参考答案 (1) 1-1 试说明较为人们接受的机电一体化的含义。 (1) 1-4 何谓机电一体化技术革命？ (1) 1-7.机电一体化系统有哪些基本要素组成？分别实现哪些功能？ (1) 1-8.工业三大要素指的是什么？ (1) 1-12.机电一体化系统的接口功能有哪两种？ (1) 1-16.什么是机电互补法、融合法、组合法？ (1) 机电一体化技术第2章习题-参考答案 (2) 2-1 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，常常提出哪些要求？ (2) 2-2 机电一体化系统传动机构的作用是什么？ (2) 2-3 机电一体化系统（产品）对传动机构的基本要求是什么？ (2) 2-10 现有一双螺母齿差调整预紧式滚珠丝杠，其基本导程λ0=6mm、一端的齿轮齿数为100、另一端的齿轮齿数为98，当其一端的外齿轮相对另一端的外齿轮转过2 个齿时，试问：两个螺母之间相对移动了多大距离？ (2) 2－16 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？ (2) 2－17 已知：4 级齿轮传动系统，各齿轮的转角误差为?φ1=?φ2=?φ3=...=0.005 ra d,各级减速比相同，即?1=?2=...=?4=1.5。求：该传动系统的最大转角误差?φmax;为缩小?φmax，应采取何种措施？ .. (2) 2－18 谐波齿轮传动有何特点？传动比的计算方法是什么？ (3) 2-19.设有一谐波齿轮减速器,其减速比为 100，柔轮齿数为 100.当刚轮固定时,试求该谐波减速器的刚轮齿数及输出轴的转动方向(与输入轴的转向相比较) (3) 2-20.齿轮传动的齿侧间隙的调整方法有哪些? (3) 2-25.轴系部件设计的基本要求有哪些？ (4) 机电一体化技术第3章参考答案 (5) 3-1 简述机电一体化系统执行元件的分类及特点。 (5) I 习题与思考题 第二章机电传动系统的动力学基础 说明机电传动系统运动方程中的拖动转矩，静态转矩和动态转矩。 拖动转矩是由电动机产生用来克服负载转矩，以带动生产机械运动的。静态转矩就是由 生产机械产生的负载转矩。动态转矩是拖动转矩减去静态转矩。 从运动方程式怎样看出系统是处于加速，减速，稳态的和静态的工作状态。 TM-TL>0说明系统处于加速，TM-TL<0 说明系统处于减速，TM-TL=0说明系统处于稳态（即 静态）的工作状态。 试列出以下几种情况下（见题图）系统的运动方程式，并说明系统的运动状态是加速，减 速，还是匀速？（图中箭头方向表示转矩的实际作用方向） TM TL TL TM N TM=TL TM< TL TM-TL<0说明系统处于减速。 TM-TL<0 说明系统处于减速 T M T L T M T L T M> T L M>L 系统的运动状态是减速系统的运动状态是加速 T M T L T T L T M= T L T M= T L 系统的运动状态是减速系统的运动状态是匀速 多轴拖动系统为什么要折算成单轴拖动系统？转矩折算为什么依据折算前后功率不变的原 则？转动惯量折算为什么依据折算前后动能不变的原则？ 因为许多生产机械要求低转速运行，而电动机一般具有较高的额定转速。这样，电动机与生产机械之间就得装设减速机构，如减速齿轮箱或蜗轮蜗杆，皮带等减速装置。所以为了列出系统运动方程，必须先将各转动部分的转矩和转动惯量或直线运动部分的质量这算到一根轴上。转矩折算前后功率不变的原则是P=Tω, p不变。转动惯量折算前后动能不变原则是能量守恒MV=ω2 为什么低速轴转矩大，高速轴转矩小？ 因为P= Tω,P不变ω越小T越大，ω越大T 越小。 为什么机电传动系统中低速轴的GD2比高速轴的GD2大得多? 因为P=Tω，T=G?D2/375. P=ωG?D2/375. ,P不变转速越小GD2越大，转速越大GD2越小。 如图（a）所示，电动机轴上的转动惯量J M=, 转速n M=900r/min; 中间传动轴的转动惯量J L=16kgm2,转速n L=60 r/min。试求折算到电动机轴上的等效专惯量。 折算到电动机轴上的等效转动惯量:j=Nm/N1=900/300=3,j1=Nm/Nl=15 J=JM+J1/j2+ JL/j12=+2/9+16/225= .如图（b）所示，电动机转速n M=950 r/min，齿轮减速箱的传动比J1= J2=4，卷筒直径D=,滑轮的减速比J3=2，起重负荷力F=100N,电动机的费轮转距GD2M= m2, 齿轮，滑轮和卷筒总的传动效率为。试球体胜速度v和折算到电动机轴上的静态转矩T L以及折算到电动机轴上整个拖动系统的飞轮惯量GD2z.。 ωM=*2n/60= rad/s. 提升重物的轴上的角速度ω=ωM/j1j2j3=4*4*2=s v=ωD/2=2*=s T L=ηC n M=*100**950= GD2Z=δGD M2+ GD L2/j L2 =*+100*322 = 一般生产机械按其运动受阻力的性质来分可有哪几种类型的负载？ 可分为1恒转矩型机械特性2离心式通风机型机械特性3直线型机械特性4恒功率型机械特性,4种类型的负载. 反抗静态转矩与位能静态转矩有何区别，各有什么特点？ 反抗转矩的方向与运动方向相反,,方向发生改变时,负载转矩的方向也会随着改变,因而他总是阻碍运动的.位能转矩的作用方向恒定,与运动方向无关，它在某方向阻碍运动，而在相反方向便促使运动。 在题图中，曲线1和2分别为电动机和负载的机械特性，试判断哪些是系统的稳定平衡点？哪些不是？ 交点是系统的稳定平衡点. 交点是系统的平衡点 检测题 一、填空题： 1.机电一体化是指机和电融合为一体的有机结合。 2.机电一体化的产品或设备，都是一个有机械零件和电子元 件组成的一个有机的整体。 3.工业三大要素是物质、能量、信息。 4.机电一体化实现三大功能应具有的两个重要特征：以能源转换为主和以信息转换为主。 5.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。 6.接口有传递信息和物质的功能。 7.机电一体化系统的构成要素是：机械本体部分、计算机控制部 分、检测及传感器部分、执行机构部分。 8.机电一体化技术使机械的传动部件减少，因而是机械磨损大大减少。 9.机电一体化的产品或设备一般都具有自动保护的功能，可避免或减少事故发生的可能行。 11.机电一体化的产品开发是复杂，使用时简便、有柔性。 12.接口方式有直接式接口和间接式接口。 13.接口的类型有机械接口、电气接口、机电接口、软件接口、人-机-环接口等。 14.根据不同的动力源，执行机构有电动、气动和液压三类。 二、判断 （x）1、机电一体化、机械电子技术应用和机电技术应用是三个不同含义的名称。 （v）2、机电一体化是指机和电融合为一体的有机结合，不是两者简单相加。 (x) 3、用继电器进行控制的自动机或自动装置属于机电一体设备。 (v) 4、机电一体化技术是同时运用机械、电子、仪表、计算机和自动控制等多种技术的一 种复合技术。 (x) 5、目前，机电一体化技术主要只用于机械行业。 (v) 6、机械本体是机电一体化技术的载体。 (x) 7、检测部分只检测信号不转换信息。 (x) 8、所有的自动控制系统是机电一体化系统。 (x) 9、一般的自动控制系统和机电一体化系统一样，都使用了计算机。 (x) 10、机电一体化设备的机械结构更加复杂、但操作性能很好。 三、选择题： 1.机电一体化系统的基本功能要素之一：接口的基本功能是（C ） A．交换 B.放大 C.传递 D.以上三者 2.“机电一体化”这一名词产生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 3.“机电一体化”在国外被称为（C） A．Machine B.Electronics C.Mechatronics D.A+B 4. 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 5．标志着机电一体化技术出现的第一台机器人是由( A ) A、美国人在20世纪50年代 B、日本人在20世纪70年代 C、英国人在 20世纪50年代 6．机电一体化的英语词汇Mechatronics是由(B )创造的。 A、美国人 B、日本人 C、英国人 D、中国人 7．下列不属于机电一体化产品的是( A ) A、电机 B、数控机床 C、自动电梯 D、电脑打印机 8．处理各种信息并作出相应的判断、决策和指令的是( B ) A、机械本体 B、计算机控制部分 C、检测及传感器部分 D、执行机构部分 9．下列构件属于检测及传感器的是( C ) A、离合器 B、单片机 C、热电偶 D、变频器 10、下列哪一个不是机电一体化技术的特点( C ) A、简化了机械结构和操作 B、增加了功能，提高加工精度 C、安全、 可靠但寿命短D、使用简便、有柔性 11、不仅能够传递信息和数据而且能对信息和数据进行处理的接口形式是 ( B ) A、直接接口 B、间接接口 C、机械接口 D、电气接口 一、选择题（每小题2分，共20分，多选漏选均不得分） 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．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 3. 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（ C ） A. 72m/min B. 7.2m/min C. 5m/min D. 3.6m/min 4．计算步进电动机转速的公式为（B） A. 360o r mz c B. 60 r f mz c C. 180 cos o sm T mc D. 360 180 o o mc 5. 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 6.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 7. 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 8．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 9.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 10. 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 第二章机电传动系统的动力学基础 2.2 从运动方程式怎样看出系统是处于加速，减速，稳态的和 静态的工作状态。 T M-T L>0说明系统处于加速，T M-T L<0 说明系统处于减速， T M-T L=0说明系统处于稳态（即静态）的工作状态。 2.3 试列出以下几种情况下（见题2.3图）系统的运动方程式，并说明系统的运动状态是加 速，减速，还是匀速？（图中箭头方向表示转矩的实际作用方向） T M T T M=T L T M< T L T M-T L>0说明系统处于加速。 T M-T L<0 说明系统处于减速 T M T L T M T L T M> T L T M> T L 系统的运动状态是减速系统的运动状态是加速 T M T L T T L T M= T L T M= T L 系统的运动状态是减速系统的运动状态是匀速2.5为什么低速轴转矩大，高速轴转矩小？ 因为P= Tω,P不变ω越小T越大，ω越大T 越小。 2.6为什么机电传动系统中低速轴的GD2逼高速轴的GD2大得多? 因为P=Tω，T=G?D2/375. P=ωG?D2/375. ,P不变转速越小GD2越大，转速越大GD2越小。 2.9 一般生产机械按其运动受阻力的性质来分可有哪几种类型的负载？ 可分为1恒转矩型机械特性2离心式通风机型机械特性3直线型机械特性4恒功率型机械特性,4种类型的负载. 2.11 在题2.11图中，曲线1和2分别为电动机和负载的机械特性，试判断哪些是系统的稳定平衡点？哪些不是？ 交点是系统的稳定平衡点. 交点是系统的平衡点 交点是系统的平衡交点不是系统的平衡点 第三章 3.1为什么直流电记得转子要用表面有绝缘层的硅钢片叠压而成？ 直流电机的转子要用表面有绝缘层的硅钢片叠加而成是因为要防止电涡流对电能的损耗.. 3.5 一台直流发电机，其部分铭牌数据如下：P N=180kW, U N=230V,n =1450r/min,ηN=89.5%，试求： N ①该发电机的额定电流； ②电流保持为额定值而电压下降为100V时，原动机的输出功率（设此时η =ηN） P N=U N I N 180KW=230*I N I N=782.6A 该发电机的额定电流为782.6A P= I N100/ηN P=87.4KW 3.6 已知某他励直流电动机的铭牌数据如下：P N=7.5KW, U N=220V, n =1500r/min, ηN=88.5%, 试求该电机的额定电流和转矩。 N P N=U N I NηN 7500W=220V*I N*0.885 I N=38.5A T N=9.55P N/n N =47.75Nm 3.11为什么直流电动机直接启动时启动电流很大？ 电动机在未启动前n=0,E=0,而R a很小,所以将电动机直接接入电网并施加额定电压时,启动电流将很大.I st=U N/R a 3.14直流串励电动机能否空载运行?为什么？ 串励电动机决不能空载运行,因为这时电动机转速极高,所产生的离心力足以 目录 机电一体化复习题 一、名词解释 1机电一体化 2伺服控制 3闭环控制系统 4逆变器 5 6单片机 7 接口 8 通道 9 串行通信 10直接存储器存取（） 二、判断题： 1 在计算机接口技术中通道就是接口。（×） 2 滚珠丝杆不能自锁。（√） 3 无论采用何种控制方案，系统的控制精度总是高于检测装置的精度。（×） 4 异步通信是以字符为传输信息单位。（√） 5 同步通信常用于并行通信。（×） 6 无条件方式常用于中断控制中。（×） 7从影响螺旋传动的因素看，判断下述观点的正确或错误 （1）影响传动精度的主要是螺距误差、中径误差、牙型半角误差（√） （2）螺杆轴向窜动误差是影响传动精度的因素（√）（3）螺杆轴线方向与移动件的运动方向不平行而形成的误差是影响传动精度的因素（√） （4）温度误差是影响传动精度的因素（√） 三、单项选择题 1. 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 2. 对于交流感应电动机，其转差率s的范围为（B）。 A.1 A.插补 B.切割 C.画 线 D.自动 四、填空题 1. 在计算机和外部交换信息中，按数据传输方式可分为：串行通信和并行通信。 2. 微机控制系统中的输入与输出通道一般包括模拟量输入通道模拟量输出通道、数字量输入通道数字量输出通道四种通道。 3. 在伺服系统中，在满足系统工作要求的情况下，首先应保证系统的稳定性和精度并尽量高伺服系统的响应速度。 4. 一般来说，伺服系统的执行元件主要分为电磁式液压式气压式和其它等四大类型。 5. 在变频调速系统中，通常载波是等腰三角波，而调制波是正弦波 6.异步交流电动机变频调速： a)基频（额定频率）以下的恒磁通变频调速，属于恒转矩 调速方式。 b)基频（额定频率）以上的弱磁通变频调速，属于恒功率 调速方式。 7. 开环步进电动机控制系统，主要由. 环形分配器功率驱动器步进电机等组成。 1.步进电动机的结构及工作原理是什么?驱动方式有哪些?各有何特点?并举一个例子说明步进电动机是如何驱动和控制的. 答:(1)步进电动机的工作原理 步进电动机是一种将电脉冲信号转换成角位移或线位移的机电元件。步进电动机的输入量是脉冲序列，输出量则为相应的增量位移或步进运动。正常运动情况下，它每转一周具有固定的步数；做连续步进运动时，其旋转转速与输入脉冲的频率保持严格的对应关系，不受电压波动和负载变化的影响。由于步进电动机能直接接受数字量的控制，所以特别适宜采用微机进行控制。 图1 三相反应式步进电动机的结构示意图 1——定子2——转子3——定子绕组{{分页}} 图1是最常见的三相反应式步进电动机的剖面示意图。电机的定子上有六个均布的磁极，其夹角是60o。各磁极上套有线圈，按图1连成A、B、C三相绕组。转子上均布40个小齿。所以每个齿的齿距为θE=360o/40=9o，而定子每个磁极的极弧上也有5个小齿，且定子和转子的齿距和齿宽均相同。由于定子和转子的小齿数目分别是30和40，其比值是一分数，这就产生了所谓的齿错位的情况。若以A相磁极小齿和转子的小齿对齐，如图1，那么B相和C相磁极的齿就会分别和转子齿相错三分之一的齿距，即3o。因此，B、C极下的 磁阻比A磁极下的磁阻大。若给B相通电，B相绕组产生定子磁场，其磁力线穿越B相磁极，并力图按磁阻最小的路径闭合，这就使转子受到反应转矩（磁阻转矩）的作用而转动，直到B磁极上的齿与转子齿对齐，恰好转子转过3o；此时A、C磁极下的齿又分别与转子齿错开三分之一齿距。接着停止对B相绕组通电，而改为C相绕组通电，同理受反应转矩的作用，转子按顺时针方向再转过3o。依次类推，当三相绕组按A→B→C→A顺序循环通电时，转子会按顺时针方向，以每个通电脉冲转动3o的规律步进式转动起来。若改变通电顺序，按A→C→B→A顺序循环通电，则转子就按逆时针方向以每个通电脉冲转动3o的规律转动。因为每一瞬间只有一相绕组通电，并且按三种通电状态循环通电，故称为单三拍运行方式。单三拍运行时的步矩角θb为30o。三相步进电动机还有两种通电方式，它们分别是双三拍运行，即按AB→BC→CA→AB顺序循环通电的方式，以及单、双六拍运行，即按A →AB→B→BC→C→CA→A顺序循环通电的方式。六拍运行时的步矩角将减小一半。反应式步进电动机的步距角可按下式计算： θb=360o/NE r(1) 式中E r——转子齿数； N——运行拍数，N=km，m为步进电动机的绕组相数，k=1或2。 (2) 步进电动机的驱动方法 步进电动机不能直接接到工频交流或直流电源上工作，而必须使用专用的步进电动机驱动器，如图2所示，它由脉冲发生控制单元、功率驱动单元、保护单元等组成。图中点划线所包围的二个单元可以用微机控制来实现。驱动单元与步进电动机直接耦合，也可理解成步进电动机微机控制器的功率接口，这里予以简单介绍。 1.什么是“机电一体化”？以打夯机为例，内含机械与电器，问这是不是机电 一体化产品？ 答：机电一体化又称机械电子工程，是机械工程与自动化的一种，英语称为Mechatronics，它是由英文机械学Mechanics的前半部分与电子学Electronics 的后半部分组合而成。 打夯机不属于机电一体化产品。因为打夯机只是普通的机械加电器，它属于硬连接或者称为机械连接只能应用在就地或者小范围场合使用，不能满足大面积和远程控制。而机电一体化就不一样了，它不光有硬连接、机械连接还有软连接。机电一体化属于同时运用机械、电子、仪表、计算机和自动控制等多种技术为一体的一种复合技术。它不光可以就地操作，小范围应用，还可以大面积使用操作，远程监测、控制。 2.机电一体化的技术构成是什么？ 答：机械技术、微电子技术、信息技术 3.产品实现机电一体化后，可以取得那些成效？ 答：产品实现机电一体化后可以取得的成效：产品性能提高、功能增强、结构简化、可靠性提高、节约能源、改善操作、提高灵活性等。 4.数字量传感具有哪三种类型？他们有什么区别？ 数字传感器按结构可分成三种类型： 1.直接式数字量传感器——其分辨率决定于数字量传感器的位数。 被测物理量→数字编码器→信息提取装置→数字量输出 2.周期计数式数字传感器 它的结构示意图如下图1所示。此种结构的位移分辨率对低精度的周期计数式数字传感器而言，仅由周期信号发生器的性质决定。例如，光栅当长1mm有100条刻线时，其分辨率即为0.01mm;对高精度的周期计数式数字传感器而言，还要考虑到电子细分数。如在100倍电子细分数下，此光栅的分辨率就是0.1μm。此种结构属于增量式结构，结构的特点(位移方向的要求)决定它不但备有辨向电路，而且周期计数器还具有可逆性质。 图1 周期计数式数字量传感器的结构方框图 3.频率式数字传感器 其结构示意图如下图2所示。按振荡器的形式，可将此种数字传感器分成带有晶体谐振器的和不带晶体谐振器的两种。前者，按被测量的作甩点，又分作用在石 习题与思考题第二章机电传动系统的动力学基础 2.1 说明机电传动系统运动方程中的拖动转矩，静态转矩和动态转矩。 拖动转矩是有电动机产生用来克服负载转矩，以带动生产机械运动的。静态转矩就是由生产机械产生的负载转矩。动态转矩是拖动转矩减去静态转矩。 2.2 从运动方程式怎样看出系统是处于加速，减速，稳态的和静态的工作状态。 TM-TL>0说明系统处于加速，TM-TL<0 说明系统处于减速，TM-TL=0说明系统处于稳态（即静态）的工作状态。 2.3 试列出以下几种情况下（见题2.3图）系统的运动方程式，并说明系统的运动状态是加速，减速，还是匀速？（图中箭头方向表示转矩的实际作用方向） TM-TL>0说明系统处于加速。 TM-TL<0 说明系统处于减速 系统的运动状态是减速系统的运动状态是加速 系统的运动状态是减速 2.7 如图2.3（a ）所示，电动机轴上的转动惯量J M =2.5kgm 2, 转速n M =900r/min; 中间传 动轴的转动惯量J L =16kgm 2,转速n L =60 r/min 。试求折算到电动机轴上的等效专惯量。 折算到电动机轴上的等效转动惯量:j=Nm/N1=900/300=3 ,j1=Nm/Nl=15 J=JM+J1/j 2+ JL/j12=2.5+2/9+16/225=2.79kgm 2 . 2.8 如图2.3（b ）所示，电动机转速n M =950 r/min ，齿轮减速箱的传动比J 1= J 2=4，卷 筒直径D=0.24m,滑轮的减速比J 3=2，起重负荷力 F=100N,电动机的费轮转距GD 2M =1.05N m 2, 齿轮，滑轮和卷筒总的传动效率为0.83。试球体胜速度v 和折算到电动机轴上的静态转矩T L 以及折算到电动机轴上整个拖动系统的飞轮惯量GD 2z.。 ωM =3.14*2n/60=99.43 rad/s. 提升重物的轴上的角速度ω=ωM /j 1j 2j 3=99.43/4*4*2=3.11rad/s v=ωD/2=0.24/2*3.11=0.373m/s T L =9.55FV/ηC n M =9.55*100*0.373/0.83*950=0.45NM GD 2Z =δGD M 2+ GD L 2/j L 2 =1.25*1.05+100*0.242/322 =1.318NM 2 机电一体化系统设计试题 课程代码：02245 一、单项选择题(本大题共14小题，每小题1分，共14分)在每小题列出的四个选项中只有一个选项是符合题目要求的，请将正确选项前的字母填在题后的括号内。 1.受控变量是机械运动的一种反馈控制系统称( ) A.顺序控制系统 B.伺服系统 C.数控机床 D.工业机器人 2.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 3.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 4.某光栅的条纹密度是100条/mm，光栅条纹间的夹角θ=0.001孤度，则莫尔条纹的宽度是( ) A.100mm B.20mm C.10mm D.0.1mm 5.直流测速发电机输出的是与转速( ) 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 6.电压跟随器的输出电压( )输入电压。 A.大于 B.大于等于 C.等于 D.小于 7.某4极交流感应电动机，电源频率为50Hz，当转差率为0.02时，其转速为( ) A.1450［r/min］ B.1470［r/min］ C.735［r/min］ D.2940［r/min］ 8.右图称( ) A.直流伺服电动机调节特性 B.直流伺服电动机机械特性 C.直流伺服电动机动态特性 D.直流伺服电动机调速特性 9.计算步进电动机转速的公式为( ) A. B.T sm cos C. D. 180°- 10.一般说来，如果增大幅值穿越频率ωc的数值，则动态性能指标中的调整 时间t s( ) A.增大 B.减小 C.不变 D.不定 11.已知f(t)=a+bt，则它的拉氏变换式为( ) A.+b B. C. D. 12.连续路径控制类中为了控制工具沿任意直线或曲线运动，必须同时控制每一个轴的( )使得它们同步协调到达目标点。 A.位置和加速度 B.速度和加速度 C.位置和速度 D.位置和方向 13.图示利用继电器触点实现的逻辑函数为( ) A.(A+)2(+B) B.A2+2B C.(A+B)2(+) D.A2B+2 14.累计式定时器工作时有( ) A.1个条件 B.2个条件 C.3个条件 D.4个条件 二、名词解释题(本大题共5小题，每小题2分，共10分) 第1章 1-1、机电一体化是在机械主功能、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。 1-2、机电一体化系统的主要组成、作用及其特点是什么？ a、机械本体：用于支撑和连接其他要素，并把这些要素合理地结合起来，形成有机的整体。 b、动力系统：为机电一体化产品提供能量和动力功能，驱动执行机构工作以完成预定的主功能。 c、传感与监测系统：将机电一体化产品在运行过程中所需要的自身和外界环境的各种参数及状态转换成可以测定的物理量，同时利用监测系统的功能对这些物理量进行测定，为机电一体化产品提供运行控制所需的各种信息。 d、信息处理及控制系统：接收传感器与检测系统反馈的信息，并对其进行相应的处理、运算和决策，以对产品的运行施以按照要求的控制，实现控制的功能。 e、执行装置：在控制信息的作用下完成要求的动作，实现产品的主功能。 1-3、工业三大要素：物质、能量、信息。 1-4、机电一体化产品与传统的机械电气化产品相比，具有较高的功能水平和和附加值，它为开发者、生产者和用户带来越来越多的社会经济效益。 1-7、机电一体化的主要支撑技术：传感检测技术、信息处理技术、自动控制技术、伺服驱动技术、接口技术、精密机械技术、系统总成技术。 1-8、机电一体化的发展趋势：智能化、模块化、网络化、微型化、绿色化、人格化、自适应化。 第2章 2-1、机电一体化系统对传动机构的基本要求：传动间隙小、精度高、低摩擦、体积小、重量轻、运动平稳、响应速度快、传动转矩大、高谐振频率以及与伺服电动机等其他环节的动态性能相匹配等要求。 2-2、丝杆螺母机构的传动形式及其特点：a、螺母固定、丝杆转动并移动；b、丝杆转动、螺母移动；c、螺母转动、丝杆移动；d、丝杆固定、螺母转动并移动；e、差动传动。 2-3、滚珠丝杆副的组成及特点：由丝杆、螺母、滚珠和反相器四部分组成；具有轴向刚度高、运动平稳、传动精度高、不易磨损、使用寿命长等优点。 2-4、滚珠丝杆副的选择：结构形式的选择、结构尺寸的选择 2-5、齿轮传动各级传动比分配原则：①等效转动惯量最小原则②重量最轻原则③输出轴转角误差最小原则（最末两级的传动比应取大一些，并尽量提高最末一级齿轮副的加工精度）； 2-8、齿轮传动侧隙的调整有偏心套调整、双片薄齿轮错齿调整和轴向垫片调整等多种方法。 2-9、机械执行机构的基本要求：①惯量小、动力大；②体积小、重量轻；③便于维修、安装；④易于计算机控制。 2-10、简述各种传感器的特性及选用原则？ 一、静态特性是指当测量处于稳定状态下，传感器的输入值与输出值之间的关系。主要技术指标包括：1、线性度。2、灵敏度。3、迟滞。4、重复性。5、分辨率。6、零飘。二、动态特征是指传感器测量动态信号时输出对输入的响应特性。 （1）电气式，具有操纵方便、适宜编程、响应快、伺服性能好、易与微机相接等优点；（2）液压式，优点是输出功率 填空题 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。 第1章机电一体化概论1 1.1 机电一体化的概念1 1.1.1 机电一体化的发展历史1 1.1.2 机电一体化系统的特征2 1.1.3 机电一体化的意义5 1.2 机电一体化的技术基础6 1.2.1 机械设计和制造技术6 1.2.2 微电子技术6 1.2.3 传感器技术6 1.2.4 软件技术7 1.2.5 通信技术7 1.2.6 驱动技术7 1.2.7 自动控制技术7 1.2.8 系统技术8 1.3 机电一体化的发展及应用概况8 习题与思考题10 第2章精密机械技术11 2.1 概述11 2.1.1 机电一体化对机械系统的基本要求11 2.1.2 机械系统的主要组成12 2.2 传动机构12 2.2.1 传动机构的性能要求12 2.2.2 精密传动机构——滚珠丝杠副12 2.2.3 齿轮传动18 2.2.4 同步带传动20 2.2.5 间歇传动22 2.3 导向机构23 2.3.1 导轨副的组成及种类23 2.3.2 导轨的基本要求24 2.3.3 滑动导轨副27 2.3.4 滚动直线导轨副和圆柱直线滚动导轨副31 2.3.5 静压导轨副33 2.4 执行机构34 2.4.1 执行机构及其技术特点34 2.4.2 电磁执行机构34 2.4.3 压电驱动器与超声电机39 2.4.4 微动机构47 2.4.5 液压机构51 2.4.6 气动机构57 习题与思考题62 第3章工业控制计算机64 3.1 概述64 3.1.1 机电一体化对控制系统的基本要求64 3.1.2 机电一体化控制系统的类型、特点与选用64 3.2 工控机的特点、组成及总线67 3.2.1 工控机及其特点67 3.2.2 工控机的组成67 3.2.3 工控机的ISA总线和PCI总线69 3.3 工控机的主板79 3.4 工控机的接口卡79 3.4.1 模拟量输入/输出卡79 3.4.2 数字量输入/输出卡85 3.4.3 运动控制卡85 3.4.4 RS-232/RS-485模块89 3.4.5 CAN总线接口卡91 3.5 工业组态软件94 3.5.1 工业组态软件简介94 3.5.2 工业组态软件设计的基本步骤96 3.5.3 工业组态软件的设备连接与测试96 3.5.4 工业组态软件的报警显示97 3.5.5 工业组态软件实现实时数据、历史数据、实时曲线与历史曲线的显示97 3.5.6 工业组态软件的工程安全机制97 3.6 工控机与组态软件的应用98 习题与思考题99 第4章基于单片机的控制器101 4.1 MCS-51单片机101 4.2 模拟数据采集101 4.2.1 传感器102机电一体化考试答案
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