1、机电一体化系统设计自考题模拟 1 及答案解析(总分：100.00，做题时间：90 分钟)一、第部分 选择题(总题数：10，分数：10.00)1.数学模型中的所有系数都为常量(与时间无关)的系统称为_（分数：1.00）A.确定性系统B.随机系统C.时变系统D.定常系统2.线性定常确定性动态系统的数学模型一般为_（分数：1.00）A.代数方程组B.微分方程组C.常系数线性微分方程组D.以上答案都不正确3.机电一体化系统结构中，_的功能是采集有关系统状态和行为的信息。（分数：1.00）A.测量模块B.驱动模块C.微处理机模块D.接口模块4.按照预先规定的次序完成一系列操作的系统是_（分数：1.00）
2、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5._是一种可编程机械手，用来通过一系列动作，搬运物料、零件、工具，或者其他装置，以实现给定的任务。（分数：1.00）A.顺序控制系统B.工业机器人C.柔性制造系统D.伺服系统6.机械传动装置在机电一体化系统中是必不可少的，因为在电动机与负载之间经常需要_（分数：1.00）A.匹配转矩和转速B.增加传动功率C.缩小传动功率D.维持转速恒定7.在齿轮传动中，若总速比一定，则齿轮传动随着传动级数的增加_（分数：1.00）A.总转动惯量减小，传动效率降低B.总转动惯量增大，传动效率增加C.总转动惯量增大，传动效率降低D.总转动惯量减小
3、，传动效率增加8.在滚动导轨中，计算出的每个滚动体所承受的许用载荷P与最大载荷 P max 的关系为_（分数：1.00）A.PmaxB.PmaxC.=PmaxD.Pmax9.某光栅的条纹密度是 50 条/毫米，光栅条纹间的夹角 =0.001 弧度，则莫尔条纹的宽度是_（分数：1.00）A.10mmB.20mmC.100mmD.50mm10.若要使长光栅能测出比栅距还小的位移量，则应利用_（分数：1.00）A.莫尔条纹的作用B.细分技术C.数显表D.计算机数字处理二、第部分 非选择题(总题数：9，分数：36.00)11.什么是工业机器人? （分数：4.00）_12.传统的工程设计方法与机电一体化
4、的工程设计方法之间有什么不同? （分数：4.00）_13.什么是系统的数学模型? （分数：4.00）_14.试说明机电一体化产品从设计到市场成熟经历的阶段。 （分数：4.00）_15.滚动摩擦支承轴系有哪几种主要结构类型? （分数：4.00）_16.静压支承与动压支承的工作原理有什么不同? （分数：4.00）_17.双波传动谐波齿轮减速器如何消除传动间隙? （分数：4.00）_18.选择传感器应主要考虑哪些因素? （分数：4.00）_19.机电一体化系统中，需要测量的常见物理量有哪些? （分数：4.00）_三、计算题(总题数：6，分数：36.00)20.已知总速比 i=40，取三级减速。试按照
5、最佳速比分配条件设计各级速比。 （分数：6.00）_已知双波传动谐波齿轮传动的柔轮齿数 z R =200，刚轮齿数 z G =202，波发生器的转速 n H =1200r/min，试求：（分数：6.00）(1).刚轮固定时柔轮的转速。（分数：3.00）_(2).柔轮固定时刚轮的转速。（分数：3.00）_21.根据滚珠丝杠螺母副的结构参数，查表得系数 b st =3，如果外部轴向力 F asp 为 10000N，轴向预载荷力 F avm 为 5000N，试求该滚珠丝杠螺母副的传动刚度是多少? （分数：6.00）_对于 5000 线的光电编码器：（分数：6.00）(1).如果采样周期为 4ms，决
6、定轴的转速为 1800r/min 所产生的脉冲数。（分数：3.00）_(2).对于采样周期仍为 4ms，决定产生 1018 脉冲计数的转速。（分数：3.00）_22.增量式光电编码器与 10cm 直径的车轮一起使用，编码器为 2000 线。试决定每个脉冲的位移 s 以及为了测量 6.3m 距离所需计数器的位数。 （分数：6.00）_23.每转 1500 条刻线的增量编码器，在 5 个编码器脉冲的时间间隔内计数 10000 个时钟脉冲，已知时钟脉冲为 2MHz，试求电动机的转速。 （分数：6.00）_四、简单应用题(总题数：3，分数：18.00)24.丝杠螺母驱动系统，已知工作台的质量 m=20
7、0kg，丝杠螺距 P=5mm，丝杠长度 L=0.8m，中径为d=30mm，材料密度为 =7.810 3 kg/m 3 ，齿轮齿数分别为 z 1 =20，z 2 =45，模数 m=2mm，齿宽b=20mm。试求折算到电机轴上的总等效惯量 J e 。 （分数：6.00）_如图所示的电机驱动直线伺服系统，已知工作台的质量为 m=50kg，工作台与导轨间的摩擦系数 f=0.1，负载力为 F W =1000N，电动机的效率为 =0.7，丝杠直径为 D=16mm，丝杠螺距为 P=4mm，齿轮减速比为i=5，工作台的最大线速度为 v=0.04m/s。 （分数：6.00）(1).折算到电机轴上的负载力矩。（分
8、数：2.00）_(2).电机轴的转速。（分数：2.00）_(3).电机所需功率。（分数：2.00）_25.光栅传感器的刻线数为 100 线/毫米，设细分时测得莫尔条纹数为 400，试计算光栅位移是多少毫米?若经四倍细分后，记数脉冲仍为 400，则光栅此时的位移是多少?测量分辨率是多少? （分数：6.00）_机电一体化系统设计自考题模拟 1 答案解析(总分：100.00，做题时间：90 分钟)一、第部分 选择题(总题数：10，分数：10.00)1.数学模型中的所有系数都为常量(与时间无关)的系统称为_（分数：1.00）A.确定性系统B.随机系统C.时变系统D.定常系统 解析：考点 本题主要考查的
9、知识点为定常系统的定义。 解析 数学模型中的所有系数都为与时间无关的常量的系统称为定常系统，又称为时不变系统。2.线性定常确定性动态系统的数学模型一般为_（分数：1.00）A.代数方程组B.微分方程组C.常系数线性微分方程组 D.以上答案都不正确解析：考点 本题主要考查的知识点为线性定常确定性动态系统的数学模型描述。 解析 根据系统工作的物理原理或通过实验，可以直接列写和推导出线性定常确定性动态系统的数学模型。该数学模型一般为常系数线性微分方程组，并进一步通过拉氏变换，导出系统传递函数。3.机电一体化系统结构中，_的功能是采集有关系统状态和行为的信息。（分数：1.00）A.测量模块 B.驱动模
10、块C.微处理机模块D.接口模块解析：考点 本题主要考查的知识点为测量模块的功能。 解析 机电一体化系统结构中，测量模块的功能是采集有关系统状态和行为的信息，由传感器、调理电路、变换电路等组成。4.按照预先规定的次序完成一系列操作的系统是_（分数：1.00）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.伺服系统解析：考点 本题主要考查的知识点为顺序控制系统的概念。 解析 顺序控制系统是按照预先规定的次序完成一系列操作的系统。在顺序控制系统中，每一步操作都是一个简单的二进制动作。5._是一种可编程机械手，用来通过一系列动作，搬运物料、零件、工具，或者其他装置，以实现给定的任务。（分数
11、：1.00）A.顺序控制系统B.工业机器人 C.柔性制造系统D.伺服系统解析：考点 本题主要考查的知识点为工业机器人的应用。 解析 工业机器人是一类数控机器。它是可编程多自由度的，用来通过一系列动作，搬运物料、零件、工具，或者其他装置，以实现给定的任务。6.机械传动装置在机电一体化系统中是必不可少的，因为在电动机与负载之间经常需要_（分数：1.00）A.匹配转矩和转速 B.增加传动功率C.缩小传动功率D.维持转速恒定解析：7.在齿轮传动中，若总速比一定，则齿轮传动随着传动级数的增加_（分数：1.00）A.总转动惯量减小，传动效率降低 B.总转动惯量增大，传动效率增加C.总转动惯量增大，传动效率
12、降低D.总转动惯量减小，传动效率增加解析：考点 本题主要考查的知识点为齿轮传动的总等效惯量与传动级数之间的关系。 解析 一般说，齿轮传动的总等效惯量随着传动级数增加而减小，但传动效率随着传动级数增加而降低，齿隙和摩擦的来源也随之增加。因此，在设计齿轮系传动部件时，应在传动级数和传动比的分配方面综合权衡。8.在滚动导轨中，计算出的每个滚动体所承受的许用载荷P与最大载荷 P max 的关系为_（分数：1.00）A.PmaxB.Pmax C.=PmaxD.Pmax解析：9.某光栅的条纹密度是 50 条/毫米，光栅条纹间的夹角 =0.001 弧度，则莫尔条纹的宽度是_（分数：1.00）A.10mmB.
13、20mm C.100mmD.50mm解析：考点 本题主要考查的知识点为光栅莫尔条纹的宽度计算。 解析 由 ，可得 10.若要使长光栅能测出比栅距还小的位移量，则应利用_（分数：1.00）A.莫尔条纹的作用 B.细分技术C.数显表D.计算机数字处理解析：考点 本题主要考查的知识点为光栅莫尔条纹的特点。 解析 光栅莫尔条纹的特点是起放大作用，即利用光的干涉现象把光栅间距放大许多倍，大大减轻了电子线路的测量难度。二、第部分 非选择题(总题数：9，分数：36.00)11.什么是工业机器人? （分数：4.00）_正确答案：()解析：工业机器人是一类数控机器，它是可编程多自由度的，用来通过一系列动作，搬运
14、物料、零件、工具，或者其他装置，以实现给定的任务。12.传统的工程设计方法与机电一体化的工程设计方法之间有什么不同? （分数：4.00）_正确答案：()解析：不同点如下表所示： 传统设计 机电一体化 传统设计 机电一体化 设计 设计 大批量系统 中小批量系统 机械同步 电子同步 复杂的机械 系统 简化的机械 系统 笨重结构 轻巧结构 不可调的 运动循环 可编程序运动 由机械公差 决定精度 由反馈实现 精度 常速度驱动 可变速度驱动 人工控制 自动化和 可编程序 控制 13.什么是系统的数学模型? （分数：4.00）_正确答案：()解析：描述决定系统输入与输出之间关系的数学方程式，称为系统的数学
15、模型。根据数学模型的不同，系统可以分为静态的或动态的，线性的或非线性的，定常的或时变的，确定性的或随机的等。14.试说明机电一体化产品从设计到市场成熟经历的阶段。 （分数：4.00）_正确答案：()解析：机电一体化产品从设计到形成产品进入市场，再到产品走向成熟形成批量，一般要经历概念研究、实验室试验、工程模型、产生样机、检验机器工作性能、形成初级产品、进行批量产品、降低成本八个过程。15.滚动摩擦支承轴系有哪几种主要结构类型? （分数：4.00）_正确答案：()解析：(1)标准滚动轴承，如圆锥孔双列圆柱滚子轴承、角接触球轴承、双向推力角接触球轴承、圆锥滚子轴承等。 (2)新型滚动轴承，如密集滚
16、珠轴承、变预紧力轴承、转盘轴承等。16.静压支承与动压支承的工作原理有什么不同? （分数：4.00）_正确答案：()解析：液体动压支承的工作原理是斜板承载机理：若两平面之间的油液成楔形，二者相对运动时将产生压力，从而可以承载。气体动压支承的原理与液体动压支承的原理基本相同，在轴颈和轴瓦之间形成气楔。 液体静压支承的工作原理如下：在油压的作用下，轴套内孔壁上的油腔与运动表面之间形成油膜。当轴的重量忽略不计时，油膜四周厚度相同，油腔没有压力差存在。当轴在径向载荷作用下，轴心下移，上油膜厚度大于下油膜，油腔产生压力差，将轴托起，使之回到平衡位置。液体静压支承的特点是精度高、刚度大、抗震性好、摩擦力矩
17、小，用于中低速重载高精度的机械设备。气体静压支承的原理与液体静压支承的原理基本相同，它的结构形式有联结双半球式和球面式两种。17.双波传动谐波齿轮减速器如何消除传动间隙? （分数：4.00）_正确答案：()解析：消除传动间隙通常从以下两个方面入手：其一是采用无间隙花键、过盈配合、销钉等方式连接柔轮和轴；其二是将齿轮按照无间隙加工，由于存在柔性构件，这种无齿隙啮合传动不会有任何问题。18.选择传感器应主要考虑哪些因素? （分数：4.00）_正确答案：()解析：选择传感器主要依据的是传感器的性能要求，包括： (1)量程足够，灵敏度高； (2)精度适当，线性度好； (3)响应时间短，通频带宽； (4
18、)稳定性好，具有一定的过载能力； (5)经济实用，成本低，寿命长。19.机电一体化系统中，需要测量的常见物理量有哪些? （分数：4.00）_正确答案：()解析：机电一体化系统中，被测量的主要是一些机械量，如位移、速度、加速度、力等。三、计算题(总题数：6，分数：36.00)20.已知总速比 i=40，取三级减速。试按照最佳速比分配条件设计各级速比。 （分数：6.00）_正确答案：()解析：最佳速比条件为 已知双波传动谐波齿轮传动的柔轮齿数 z R =200，刚轮齿数 z G =202，波发生器的转速 n H =1200r/min，试求：（分数：6.00）(1).刚轮固定时柔轮的转速。（分数：3
19、.00）_正确答案：()解析：刚轮固定时：(2).柔轮固定时刚轮的转速。（分数：3.00）_正确答案：()解析：柔轮固定时：21.根据滚珠丝杠螺母副的结构参数，查表得系数 b st =3，如果外部轴向力 F asp 为 10000N，轴向预载荷力 F avm 为 5000N，试求该滚珠丝杠螺母副的传动刚度是多少? （分数：6.00）_正确答案：()解析：由 F asp -F avm 图可查得轴向位移 S spm 为 S spm =4m3=12m 因此，可计算该滚珠丝杠螺母副的传动刚度为 对于 5000 线的光电编码器：（分数：6.00）(1).如果采样周期为 4ms，决定轴的转速为 1800r
20、/min 所产生的脉冲数。（分数：3.00）_正确答案：()解析：(2).对于采样周期仍为 4ms，决定产生 1018 脉冲计数的转速。（分数：3.00）_正确答案：()解析：22.增量式光电编码器与 10cm 直径的车轮一起使用，编码器为 2000 线。试决定每个脉冲的位移 s 以及为了测量 6.3m 距离所需计数器的位数。 （分数：6.00）_正确答案：()解析：s=(3.14100)/2000=0.157(毫米/脉冲) n=6300/(1003.14)=20 位23.每转 1500 条刻线的增量编码器，在 5 个编码器脉冲的时间间隔内计数 10000 个时钟脉冲，已知时钟脉冲为 2MHz
21、，试求电动机的转速。 （分数：6.00）_正确答案：()解析：计数时间 T=10000/2000000=0.005(s) 则电动机的转速 n=(N 2 /N)60/T=(5/1500)60/0.005=40(r/min)四、简单应用题(总题数：3，分数：18.00)24.丝杠螺母驱动系统，已知工作台的质量 m=200kg，丝杠螺距 P=5mm，丝杠长度 L=0.8m，中径为d=30mm，材料密度为 =7.810 3 kg/m 3 ，齿轮齿数分别为 z 1 =20，z 2 =45，模数 m=2mm，齿宽b=20mm。试求折算到电机轴上的总等效惯量 J e 。 （分数：6.00）_正确答案：()解
22、析：材料密度 =7.810 3 kg/m 3 ，齿轮的直径按分度圆直径计算，丝杠的直径按中径计算，得 =4.9610 -4 (kgm 2 ) 工作台折算到丝杠上的转动惯量为 折算到电机轴上的总等效惯量为 如图所示的电机驱动直线伺服系统，已知工作台的质量为 m=50kg，工作台与导轨间的摩擦系数 f=0.1，负载力为 F W =1000N，电动机的效率为 =0.7，丝杠直径为 D=16mm，丝杠螺距为 P=4mm，齿轮减速比为i=5，工作台的最大线速度为 v=0.04m/s。 （分数：6.00）(1).折算到电机轴上的负载力矩。（分数：2.00）_正确答案：()解析：折算到电机轴上的负载力矩为
23、摩擦负载力 F f =mgf =50100.1=50(N) 外负载力 F W =1000N 电机上的负载力矩为 (2).电机轴的转速。（分数：2.00）_正确答案：()解析：电机轴的转速为 (3).电机所需功率。（分数：2.00）_正确答案：()解析：电机所需功率为 P m =(1.52.5)2T m n 取系数为 2，则 P m =2T m 2n =20.191250 =120(W)25.光栅传感器的刻线数为 100 线/毫米，设细分时测得莫尔条纹数为 400，试计算光栅位移是多少毫米?若经四倍细分后，记数脉冲仍为 400，则光栅此时的位移是多少?测量分辨率是多少? （分数：6.00）_正确答案：()解析：设光栅位移为 l，可得 100:1=400:l 则 l=4mm 四倍细分后， ，即细分后光栅位移为 1mm，分辨率为
