机电系统设计期末考试复习资料

《机电系统设计》课程综合复习资料一、问答题1、简述柴油机的工况一般分哪几类，并举例说明。

答案：⑴固定式工况:内燃机的转速由变速器保证而基本不变，垂直线1表示。

如驱动水泵、发电机。

⑵螺旋桨工况:整个稳定工况为曲线2，如驱动船用螺旋桨。

⑶车用工况：曲线3为各种转速下所输出的最大功率线。

它们的转速在最低稳定转速n min 和最大许用工作转速n max 之间变化。

如驱动载重汽车、坦克等。

2、简述电动机是如何分类的。

答案：电动机按电源不同，可分为：⎪⎩⎪⎨⎧→⎩⎨⎧→励、并励、串励、复励按励磁方式，分为：他直流电动机异步电动机同步电动机是否相同按电机转速与磁场转速交流电动机3、谈一谈你对内燃机万有特性的理解。

答案：表示柴油机各主要参数之间关系的综合特性称为万有特性。

柴油机的万有特性以转速n 为横坐标，平均有效压力e p 为纵坐标，作出的若干条等e e P g ,的曲线组。

它表示各种转速、各种负载下的燃油经济性以及最经济的负荷和转速。

4、简述何谓工作机械的工作制。

答案：一般用负载持续率FC 表示，FC ＝t w /(t w +t 0)×100%。

t w —机械工作时间；t 0—机械停歇时间。

5、简述衡量产品可靠性的指标。

答案：可靠度、失效概率、失效率、寿命指标、维修度、有效度等。

6、简述执行构件的运动形式。

答案：⑴平面运动，包括转动、移动；⑵空间运动。

7、试分析机械系统设计从有无样机可供参考的角度划分，哪种情况属于变型设计？请举例说明。

答案：可以分成开发性设计、变型设计以及仿型设计。

举例：变速自行车。

8、从系统的角度，简述人（操作者）-机械系统--环境之间的具体联系。

答案：具体体现在以下几个方面：⑴人（操作者）-机械系统；⑵振动；⑶噪声：机械系统产生的环境噪声影响人的身心健康，噪声也会对仪器设备产生影响。

9、简要说明闭环控制系统由哪些环节组成？答案：闭环控制系统包括给定环节、测量环节、比较环节、校正放大环节、执行环节。

10、简述机械系统设计的一般过程。

答案：⑴计划，⑵外部设计，⑶内部设计，⑷制造销售。

11、简述如何合理确定操纵系统的传动比。

答案：当Fz 一定时，ic 大则Fc 小，操纵省力；当Sz 一定时，ic 大则Sc 大，易使操作者疲劳。

因此，传动比不能太大或太小。

12、工作载荷的确定方法有哪些？答案：⑴类比法，⑵计算法，⑶实测法。

13、按额定转速或活塞平均速度分，简要说明内燃机可分为哪三类？是如何划分的。

答案：可分为高速内燃机（s m v rpm n /9或,1000≥≥），中速内燃机（s m v rpm n /96或,1000600-=-=），低速内燃机（s m v rpm n /6或,600<<）。

14、简述液压马达的主要性能参数。

答案：⑴转速，⑵压力，⑶体积流量和排量，⑷转矩，⑸总效率，⑹功率。

15、请简要说明轮胎转动是汽车的执行系统吗？并说明原因。

答案：是。

因为轮胎转动直接完成预期任务，促使车辆移动，因此可以看作执行系统。

16、结合实际例子，谈一谈机械噪声的危害。

答案：噪声是指令人不愉快的或不希望有的声音，系多种不同频率、不同强度声音的无规律的组合。

噪声对人体健康有害，人长期处于强噪声的环境中，会引起多种疾病。

随着工业生产的发展，噪声已成为人类主要的公害之一。

机械系统的噪声不仅是环境噪声的一个重要组成部分，也是评价机械产品质量的指标之一，例如压力机、柴油机的噪声。

17、简述执行系统的功能，并具体列举。

答案：主要功能为夹持、搬运、分度与转位、检测、加载等。

⑴夹持机构主要包括机械式、液压式、气压式和吸附式。

⑵搬运：指能把工件从一个位置，移送到另一个位置，并不限定移动路线。

⑶分度：指对工件或是工作台的角度进行精确的等分。

转位：指将工件或工作台旋转一个给定的角度。

⑷检测：对工件的尺寸、形状及性能进行检验和测量。

⑸加载：指机械要执行系统对工作对象施加力或力矩以完成工作。

18、请简要说明内燃机的三种机械特性的含义。

答案：⑴负荷特性：内燃机的最基本的特性。

在转速不变的情况下，其性能参数(每小时的耗油量、有效燃油消耗率和排气温度)，随负荷(有效功率、平均有效压力、输出转矩)变化的规律。

⑵速度特性：当喷油泵的调节挺杆限定在标定功率供油量位置时，柴油机的性能参数随转速变化的规律。

⑶万有特性：表示各主要性能参数之间关系的综合特性，又称为通用特性。

以转速为横坐标，负载为纵坐标，做出若干条性能参数等值线。

19、简述传动系统的任务。

答案：⑴将动力机输出的速度降低或增高，以适合工作（执行）机构的需要；⑵直接用动力机进行调速不经济或不可能时，采用变速传动来满足工作（执行）机构经常变速的要求；⑶将动力机输出的转矩，变换为工作（执行）机构所需要的力矩或力；⑷将动力机输出的等速旋转运动，转变为工作（执行）机构所要求的按某种规律变化的旋转或非旋转运动；⑸实现由一个或多个动力机驱动若干个相同或不相同速度的工作（执行）机构；⑹由于受到动力机或工作（执行）机构机体外形、尺寸等的限制，或为了安全和操作方便，执行机构不宜与动力机直接联系，也需要用传动装置来连接。

20、简述操纵件的布置原则。

答案：一切机械的操纵件都应布置在人的肢体活动最有利的区域内，应有利于发挥人的体能和反应灵敏，并使人感到舒适。

操纵件的布置原则：⑴布置区域要注意视觉的要求；⑵操纵件的排列，应适应人的操作习惯，按照操作顺序和逻辑关系进行安排；⑶同一台机器的操纵件，其操纵运动方向要一致；⑷操纵件的空间位置，一般应尽量布置在视线内的地方；⑸紧急停车操纵件应与其他操纵件分开布置，并要在最显眼又便操作的地方；⑹为便于操作和互不干扰，操纵件之间应保持一定的距离。

二、综合题1、啮合器广泛用于汽车、拖拉机、叉车、挖掘机等行走机械的变速箱中。

这些机械要求运转平稳，可以在运转中变速和传递较大的转矩。

结合原理图，谈一谈普通啮合器是如何实现停止、传动和变速的。

答案：⑴啮合套7在中间位置，2及4均空转，二者不传递运动和动力；⑵啮合套7左移，通过7将6与3接合，使2与轴1相连接而传递运动和动力；⑶啮合套7右移，可使4与轴1相连接而传递运动和动力，从而达到变速的目的。

2、图为制动系的气压操纵系统，各部分符号含义如下：1.通往前轮制动气室的管路，2.放气阀，3.膜片，4.制动阀，5.制动踏板，6.气泵，7.油水分离器，8.压力表，9.贮气筒，10.后轮制动器，11.后轮制动气室，12.进气阀。

结合实际，回答问题：⑴何为气压操纵？⑵简述该系统的工作原理。

答案：⑴气压操纵与液压操纵系统具有类似的特点，克服操纵阻力所需要的操纵力由压缩空气提供，人所施加的力很小，只用来克服操纵件自身的摩擦阻力。

⑵工作原理（简述）。

压缩机6打压，储气筒9储存高压气体，压力表8显示气压大小。

踏板5动作时，高压气体通过进气阀12产生的间隙，流动至制动机构11的气压作用面，通过杠杆机构对后轮实现有效制动。

3、某厂在开发一种新产品时，总体设计时选定了A1、A2两个候选方案。

为了确定选择哪个方案，组织了一个由10位专家组成的评价小组，评价结果如表所示，试用模糊评价法对两个方案进行筛选。

答案：解：根据题意，评价尺度向量()3.05.07.09.0=E ，加权系数矩阵[]1.03.06.0=A ⑴方案1和2对3个评价目标的模糊评价隶属度矩阵R 是3行4列矩阵，其元素为⑵计算评价方案的综合模糊评价隶属度矩阵[]04.029.042.025.011=⋅=R A B ，[]05.031.043.021.022=⋅=R A B⑶计算评价方案的综合得分（优先度）并选优要计算综合得分，应当将方案归属于每个等级的隶属度与该等级的分数相乘，然后所有项相加。

676.004.03.029.05.042.07.025.09.011=⨯+⨯+⨯+⨯==T EB z ，66.005.03.031.05.043.07.021.09.022=⨯+⨯+⨯+⨯==T EB z结论：方案A1的评价比方案A2略高一些。

4、如何确定伺服减速器的最佳传动比？结合工作实际，谈一谈你对伺服系统的理解。

答案：减速器用于电动机与负载之间，实现电动机与负载的速度、力矩及惯量的匹配。

伺服系统一般响应速度要求较高，因此首先应考虑选择合适的传动比，使其负载加速度响应最大。

如图为电动机通过齿轮系驱动负载的示意图。

图中m m m J M α,,分别为电动机的驱动转矩、转动惯量和角加速度；i 为齿轮减速器的传动比；L L L J M α,,分别为负载的转矩、转动惯量和角加速度。

如果电动机的驱动转矩与负载转矩平衡，则下式成立L L L m m m J M i J M αηα+=-)(为简化计算，可近似取L m i αα=，则有⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=4.02.03.01.003.05.02.003.04.03.01R ⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=2.01.04.03.01.02.03.04.004.05.01.02RLm L m L J J i M M i +-=ηηα2 将上式对i 求导，令其等于零，则得负载有最大加速度的最佳传动比为：m L m L m L J J M M M M i ηηη+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=2确定的传动比还应满足：Lm i ωω=，式中L m ωω,分别为伺服电动机角速度和负载角速度。

5、某机械传动系统有3个轴，转速图上各个变速组的传动比分布规律如图所示，输出轴转速按等比级数排列，公比为常数φ。

试解答如下问题：⑴对a,b,c,d 四种传动方案，分别写出轴Ⅰ-Ⅱ的各个传动比i ，轴Ⅱ-Ⅲ的各个传动比i '；⑵计算4种传动方案中，轴Ⅰ-Ⅱ传动、轴Ⅱ-Ⅲ传动的级比以及级比指数a ；⑶根据计算结果，说明4种方案中，哪种结构形式比较好？为什么？答案：解：⑴求各个方案的各级传动比a 方案中，轴Ⅰ-Ⅱ传动比φφ/1,1,321===i i i ，轴Ⅱ-Ⅲ传动比1,'23'1==i i φ；b 方案中，轴Ⅰ-Ⅱ传动比φφφ/1,,3231===i i i ，轴Ⅱ-Ⅲ传动比1,'2'1==i i φ；c 方案中，轴Ⅰ-Ⅱ传动比1,21==i i φ，轴Ⅱ-Ⅲ传动比φφφ/1,，,'3'23'1===i i i ；d 方案中，轴Ⅰ-Ⅱ传动比φφ/1,221==i i ，轴Ⅱ-Ⅲ传动比1,，,'3'22'1===i i i φφ。

⑵求各个方案的各级级比及级比指数a 方案中，轴Ⅰ-Ⅱ级比φ=321::i i i ，级比指数a=1，轴Ⅱ-Ⅲ级比3'2’1:φ=i i ，a=3;b 方案中，轴Ⅰ-Ⅱ级比2321::φ=i i i ，级比指数a=2，轴Ⅱ-Ⅲ级比φ='2’1:i i ，a=1;c 方案中，轴Ⅰ-Ⅱ级比φ=21:i i ，级比指数a=1，轴Ⅱ-Ⅲ级比2'3'2’1::φ=i i i ，a=2;d 方案中，轴Ⅰ-Ⅱ级比321:φ=i i ，级比指数a=3，轴Ⅱ-Ⅲ级比φ='3'2’1::i i i ，a=1;⑶根据传动顺序“前多后少”的原则，亦选择方案a 和b ；根据变速顺序“基本组在前，扩大组在后”的原则，亦选择方案a 。