机电一体化系统设计试题 B 卷班级 学号 姓名 成绩 一、问答简述题（共 10 小题，每题 3 分，共 30 分）1．滚动丝杠螺母机构有哪些传动形式？2．为提高传动精度，齿轮传动间隙需要进行调整，常用的调整方法有哪些？3．爬行现象产生的原因是什么？解决的措施有哪些？4．塑料导轨有哪些类型？5．要防止从接地系统传来的干扰，主要方法是切断接地环路，通常采用的三种主要措施？机电一体化系统设计试题 B 卷 共 12 页 第 1 页 1400mm、螺纹全长 1000mm。9．双螺母螺纹预紧调整式，双螺母齿差预紧调整式，双螺母垫片调整预紧式，弹簧式自动调整预紧式。10 ． 可 变 磁 阻 (VR-Variable Reluctance), 也 叫 反 应 式 步 进 电 动 机 ， 永 磁 (PM-Permanent Magnet)型，混合(HB-Hybrid)型。二、填空题（每空 1 分，共 25 分）1． 判断有无键按下， 去键抖动 ，读键值 ， 键闭合仅进行一次操作 。2． 脉冲分配器 ， 功率放大器。3． 接触器，触点系统、电磁机构，灭弧装置。4． 莫尔条纹，4um ， 0.4mm 。5． 未受外力或未通电。6．负载加速度最大。 7．机电互补法、结合（融合）法，组合法。8．固定反向器 ， 浮动反向器。9． 三角形 、 矩形 、 燕尾形 、 圆形 、 圆形。三、分析设计题（15 分）(1) 0000-1FFFH， PSEN，RD。机电一体化系统设计试题 B 卷 共 12 页 第 10 页 (2 阴，6DH，段选。(3)_PA0 为高电平时，三极管 3DK4 和 3DD15 导通， A 相绕组通以电流。当 PA0 为 低电平时，电机绕组中的电流不会马上消失，经二极管 D 续流 。(4)_90H__。(5)通电相绕组 控制代码A 01AB 03B 02BC 06C 04CA 05（6）_1_。四、计算题（30 分）1．（12 分）（1）f=1/T=1/0.05KHz=20KHz （2）开环为 C 点，闭环为 D 点。 电流由 Id1 变为 Id2 时，转速先下降，反馈电压降低，使输入电压和反馈电压的差值变大，使加在电动机两端的直流电压变大，电机转速上升至 D 点。 （3）n=(UN-IN*R)/CeΦ CeΦ=(200-20*0.1)/3000=0.066 机电一体化系统设计试题 B 卷 共 12 页 第 11 页 △nN = IN*R/CeΦ=20*0.1/0.066=30.30=30 （4）Dop=nNsΔnop(1−s ) 10=3000*s/30(1-s) s=0.09 2．(6 分)(1)Δф=Δф1/i1i2+(Δф2+Δф3)/i2+Δф4 =0.003/3+(0.003+0.003)/2+0.003=0.001+0.003+0.003=0.007(弧度) (2)为提高齿轮系的精度，各级传动比应按“先小后大”原则分配。而且要使最末一级传动比尽可能大，同时提高末级齿轮副的精度。 3．(6 分) （1）α=360/mZ=360/(10*24)=1.5 度 （2）f=100*360/60/1.5Hz=400Hz 4．（6 分）由于谐波齿轮减速器的工作原理跟定轴轮系的工作原理类似，所以可得： 刚轮固定时ng=0 ，即nr−6000−600=101100，所以nr=−6； iHr=600−6=−100 ，负号表示减速器的输入输出轴的转向相反。 柔轮固定时nr=0 ，，0−600ng−600=101100，所以nr= 5.94 ≈ 6。 iHg=＝600600 －6001.01=101 ，正号表示减速器的输入输出轴转向相同。 机电一体化系统设计试题 B 卷 共 12 页 第 12 页 6．微机与外部设备、执行元件和检测传感元件之间的输入输出接口电路中，硬件电路包括哪些内容？7．解释发光二极管（LED）静态显示的特点。8 ． 解 释 南 京 工 艺 装 备 制 造 厂 标 记 的 滚 珠 丝 杠 “ CMFZD40×8-3.5-C3 ／1400×1000”中字母数字的含义。9．滚珠丝杠副的轴向间隙的预紧调整方法有哪些？10．就常用的旋转式步进电动机的转子结构来说，可将其分为哪三种类型？二、填空题（每空 1 分，共 25 分）机电一体化系统设计试题 B 卷 共 12 页 第 2 页 1．行列式键盘的编程扫描过程包括四个步骤： ； ； 和 。2．步进电动机的驱动电源（驱动器）由 和 两部分组成。3． 是用于中远距离频繁地接通与断开交直流主电路及大容量控制电路的一种自动控制电器，它由 、 和 部分组成。4．光栅是利用光的衍射产生的 现象进行位移测量的，它对光栅条纹具有放大作用，若直线光栅每毫米刻线数为 250,主光栅与指示光栅的夹角 q =0.01 弧度，则栅距为，莫尔条纹的宽度约为 。5．电气原理图上所有按钮、触点均按 状态画出。6．在伺服电动机驱动负载的传动系统中，常采用 确定最佳总传动比。 7．机电一体化的设计思想包括 、 和 三种。8．内循环滚珠丝杠副可分为 和 两种。9．滑动导轨中常见的导轨截面形状有四种，分别为 、 、 、 、其中 截面形状的导轨磨损后不能补偿。三、分析设计题（15 分）题图是 80C51 单片机对直流电动机控制的简图，据图回答：机电一体化系统设计试题 B 卷 共 12 页 第 3 页 (1) 2764 和 6264 的片选端都接到 74LS138 的 Y0 输出端，因此，二者有相同的地址范围，该范围为_________，单片机在读取 2764 的内容时使用读信号________；在读取 6264 的内容时使用读信号_________。（3 分）。(2)图中的 LED 显示器是共________极的，若要显示“5”，则单片机应往 8255 的 B端口发送的数据内容为________，该端口数据称为________码。（3 分）(3)解释步进电动机功率放大电路的工作原理，并分析其中的二极管 D 的作用？____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________（3 分）机电一体化系统设计试题 B 卷 共 12 页 第 4 页 (4)系统通过 8255 的 A 端口的 PA0，PA1，PA2 对三相步进电动机进行控制，其中8255 的 A 端口、B 端口、C 端口均工作于方式“0”，写出实现该控制方式的控制字_____________。(1 分)(5)系统通过软件进行控制脉冲环形分配，PA2、PA1 和 PA0 高电平时对应相绕组通电，完成三相步进电动机三相六拍控制的软环分表，将控制代码填写在表内。（3 分）通电相绕组 控制代码AABBBCCCA（6）如果电动机的空载运行频率为 1000Hz，则为保证电动机空载运行不丢步，软件从软环分表中取数据控制电动机绕组通电状态变换的时间间隔至少为________ms？（2 分）四、计算题（30 分）1．（12 分）图示为直流电动机 PWM 控制原理框图，直流电动机可实现正反向控制。给定控制电压 Ui 通过跟恒频率三角波进行比较，得到脉冲宽度可调的控制信号，经脉冲分配器电路形成控制信号 Ug1=Ug4，Ug2=Ug3，Ug1 和 Ug2 反相。当电动机绕组平均电压 Udb>0 时电动机正转；Udb=0 时，电动机静止 ；Udb<0 时，电动机反转。电动机的数据：UN=200V，nN=3000r/min，IN=20A，电枢电阻 Ra=0.1Ω。机电一体化系统设计试题 B 卷 共 12 页 第 5 页 计算：（1）功率晶体管 VT1~VT4 的开关频率至少为多少才能达到开关周期 T=0.05ms？（2 分）（2）右图中实线是该直流电动机的机械特性曲线， 虚线是其闭环静特性曲线，当电动机所受负载电流为Id1 时，工作点为 B 点，指出当负载电流由 Id1 变 为Id2 时，开环和闭环的工作点，并解释闭环控制的 调节过程。（4 分）机电一体化系统设计试题 B 卷 共 12 页 第 6 页 （3）仅考虑电枢电阻的影响，计算该直流电动机在额定负载下的静态速降△ nN。（3分）（4）要求调速范围 D=10，允许的静差率 s 为多少？（3 分）2．(6 分)设有一齿轮传动系统,如图所示，设各级传动比分别为 i1=1.5，i2=2。已知其齿轮的转角误差分别为：Δφ1=Δφ2=Δφ3=Δφ4=0.003 弧度，试求：(1) 输出轴的总转角误差； (2) 要减小该传动系统的总转角误差应采取什么措施? 3．(6 分)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动机定机电一体化系统设计试题 B 卷 共 12 页 第 7 页 子励磁绕组，已知转子有 24 个齿，步进电动机的转速为 100r/min，求：（1） 步进电动机的步距角；（2） 脉冲电源的频率。4．（6 分）图示谐波齿轮减速器的柔轮齿数 Zr＝100，刚轮齿数 Zg＝101 ，波发生器的转速为 600r/min。求刚轮固定时的柔轮转速nr、减速比和柔轮固定时的刚轮转速 ng、减速比，并判断两种情况减速器输入轴的转向与减速器输出轴的转向有何不同?机电一体化系统设计试题 B 卷 共 12 页 第 8 页 机电一体化系统设计试题 B 卷 答案一、问答简述题（共 10 小题，每题 3 分，共 30 分）1．（1）螺母固定，丝杠转动并移动；（2）丝杠转动，螺母移动；（3）螺母转动，丝杠移动；（4）丝杠固定，螺母转动并移动；2．偏心轴（套），轴向垫片，双片齿轮错齿调整。3．原因：系统刚性不足和摩擦系数随系统变换而变化。措施：为防止爬行现象的出现，可采用滚动导轨、静压导轨、卸荷导轨、贴塑料层导轨等或在普通滑动导轨上使用含有极性添加剂的导轨油；提高传动系统的刚度（用减小结合面、增大结构尺寸、缩短传动链、减少传动副等方法。4．贴塑料导轨软带，金属塑料复合导轨，塑料涂层。5．单点接地，并联接地，光电隔离。6．地址译码器、I/O 读写译码，I/O 接口芯片。7．每一位都需要一个 8 位输出口控制，用于显示位数较少（仅一、二位）的场合；较小的电流能得到较高的亮度，可以由 8255 的输出口直接驱动。8．表示外插管埋入式法兰直筒组合双螺母垫片预紧、公称直径为 40mm、基本导程为 8mm 、 承 载 滚 珠 圈 数 为 3.5 圈 、 C 级 精 度 检 查 1~3 项 、 右 旋 、 丝 杠 全 长机电一体化系统设计试题 B 卷 共 12 页 第 9 页