2024年西安理工大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化（機(jī)械電子）本科試題解答及答案考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共10分。請將正確選項(xiàng)的字母填在括號(hào)內(nèi)）1.下列哪一項(xiàng)不屬于機(jī)械電子系統(tǒng)的基本組成要素？（A）A.人機(jī)接口B.執(zhí)行機(jī)構(gòu)C.機(jī)械本體D.操作系統(tǒng)2.在四桿機(jī)構(gòu)中，若一個(gè)連架桿為曲柄，另一連架桿為搖桿，機(jī)架為最短桿的鄰邊，則該機(jī)構(gòu)為（B）A.雙曲柄機(jī)構(gòu)B.曲柄搖桿機(jī)構(gòu)C.雙搖桿機(jī)構(gòu)D.鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)3.硬盤驅(qū)動(dòng)器（HDD）屬于哪種類型的存儲(chǔ)器？（C）A.RAMB.ROMC.磁表面存儲(chǔ)器D.光存儲(chǔ)器4.根據(jù)控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)分母多項(xiàng)式的根在s平面上的位置，可以判斷系統(tǒng)的（C）A.頻率響應(yīng)特性B.穩(wěn)態(tài)誤差C.穩(wěn)定性D.相位裕度5.在機(jī)械加工中，車削屬于哪種基本加工方法？（A）A.回轉(zhuǎn)表面成形B.切削成形C.磨削D.鉆孔二、填空題（每空1分，共15分。請將答案填寫在橫線上）6.機(jī)械效率是指有用功與輸入功之比，通常用希臘字母______（η）表示。7.傳感器按被測量種類可分為力、溫度、位移、速度、______、流量等多種類型。8.PLC（可編程邏輯控制器）的核心控制器通常采用______（CPU）。9.一級圓柱齒輪傳動(dòng)中，若小齒輪齒數(shù)z1=20，大齒輪齒數(shù)z2=80，則傳動(dòng)比i12=______（4）。10.金屬材料的強(qiáng)度指標(biāo)中，______（屈服強(qiáng)度）是指材料在發(fā)生顯著塑性變形前所能承受的最大應(yīng)力。11.金屬切削加工中，切削三要素是指切削速度、進(jìn)給量、______（切削深度）。12.系統(tǒng)的傳遞函數(shù)是在______（零初始條件）下，系統(tǒng)輸出量的拉普拉斯變換與輸入量的拉普拉斯變換之比。13.控制系統(tǒng)的根軌跡法主要用于分析系統(tǒng)的______（穩(wěn)定性）和動(dòng)態(tài)特性。14.繪制零件圖時(shí)，視圖應(yīng)選擇能______（完整、清晰地表達(dá)）零件內(nèi)外結(jié)構(gòu)形狀。15.CAD（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)）技術(shù)廣泛應(yīng)用于______（產(chǎn)品）設(shè)計(jì)、工程圖繪制、分析計(jì)算等方面。三、簡答題（每小題5分，共20分。請簡明扼要地回答下列問題）16.簡述凸輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)及其主要應(yīng)用場合。17.解釋什么是“自鎖”現(xiàn)象？試舉例說明自鎖在工程中的應(yīng)用。18.簡述PLC系統(tǒng)與傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)相比的主要優(yōu)點(diǎn)。19.什么是機(jī)電一體化系統(tǒng)？它需要融合哪些關(guān)鍵技術(shù)？四、計(jì)算題（每小題10分，共30分。請寫出計(jì)算步驟，結(jié)果需有單位）20.如圖所示（此處無圖），一簡支梁AB，長L=4m，受均布載荷q=5kN/m作用，求支點(diǎn)A和B的約束反力。21.某單級直齒圓柱齒輪傳動(dòng)，輸入功率P1=2kW，轉(zhuǎn)速n1=1500rpm，傳動(dòng)比i=3。若齒輪的效率η=95%，求輸出軸的轉(zhuǎn)矩T2。22.已知某控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為G(s)=10/(s(s+2)(s+5))。試用勞斯判據(jù)判斷該系統(tǒng)是否在s平面右半部有極點(diǎn)。五、分析題（每小題15分，共30分。請根據(jù)要求進(jìn)行分析或設(shè)計(jì)）23.某機(jī)械手需要抓取工件，工件重量約為20N，移動(dòng)距離為500mm，要求在1秒內(nèi)完成抓取和移動(dòng)過程。請簡述一個(gè)可能的機(jī)械手方案，并說明需要考慮的主要因素。24.設(shè)計(jì)一個(gè)簡單的溫度控制系統(tǒng)，要求說明系統(tǒng)的組成框圖，并簡述各部分的功能以及溫度控制的實(shí)現(xiàn)原理。試卷答案一、選擇題1.D2.B3.C4.C5.A二、填空題6.η7.時(shí)間8.CPU9.410.屈服強(qiáng)度11.切削深度12.零初始條件13.穩(wěn)定性14.完整、清晰地表達(dá)15.產(chǎn)品三、簡答題16.答：凸輪機(jī)構(gòu)是將連續(xù)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為從動(dòng)件按預(yù)定規(guī)律運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)。特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、動(dòng)作可靠、可以實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，但凸輪加工復(fù)雜，接觸處易磨損。主要應(yīng)用場合：自動(dòng)機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)、內(nèi)燃機(jī)配氣機(jī)構(gòu)、縫紉機(jī)、各種控制機(jī)構(gòu)和儀表等。17.答：自鎖是指機(jī)構(gòu)在驅(qū)動(dòng)力的作用下，無法運(yùn)動(dòng)或無法反向運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象。例如，螺旋千斤頂在提升重物后，若不計(jì)摩擦力，僅靠重力作用無法使重物下降，即為自鎖。18.答：PLC系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)包括：可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)；編程簡單，易于使用；功能完善，適用性強(qiáng)；調(diào)試維護(hù)方便，修改靈活；體積小，功耗低。19.答：機(jī)電一體化系統(tǒng)是指將機(jī)械系統(tǒng)、電子系統(tǒng)、傳感檢測系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)及計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等有機(jī)地融合在一起，實(shí)現(xiàn)智能化、自動(dòng)化功能的系統(tǒng)。它需要融合的關(guān)鍵技術(shù)包括：傳感檢測技術(shù)、信息處理與控制技術(shù)、驅(qū)動(dòng)執(zhí)行技術(shù)、機(jī)械技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等。四、計(jì)算題20.解：1.取梁AB為研究對象，畫受力圖。2.列平衡方程：ΣFx=0,Ax=0ΣFy=0,Ay+By-qL=0ΣM_A(x)=0,-qL*(L/2)+By*L=03.解方程組：Ay+By=5kN/m*4m=20kN-10kN*m+By*4m=0解得：By=2.5kN,Ay=17.5kN答：支點(diǎn)A的約束反力Ax=0N，Ay=17.5kN；支點(diǎn)B的約束反力By=2.5kN。21.解：1.計(jì)算輸入軸轉(zhuǎn)矩T1：T1=9550*P1/n1=9550*2kW/1500rpm=12.73Nm2.計(jì)算輸出軸功率P2：P2=P1*η=2kW*0.95=1.9kW3.計(jì)算輸出軸轉(zhuǎn)矩T2：T2=9550*P2/n2=9550*1.9kW/(n1/i)=9550*1.9kW/(1500rpm/3)=38.19Nm答：輸出軸的轉(zhuǎn)矩T2約為38.19Nm。22.解：1.系統(tǒng)特征方程為：s(s+2)(s+5)+10=0，即s^3+7s^2+10s+10=02.勞斯表：s^3s^2s^1s^0171010710070/71001003.勞斯表中s^1行元素全為正，說明在s平面虛軸左側(cè)無根。答：該系統(tǒng)在s平面右半部無極點(diǎn)，系統(tǒng)穩(wěn)定。五、分析題23.答：一個(gè)可能的機(jī)械手方案是使用單臂機(jī)械手，配備合適的夾爪。機(jī)械手結(jié)構(gòu)可選用關(guān)節(jié)型（如SCARA），具有較好的靈活性和精度。夾爪根據(jù)工件形狀選擇，如吸盤式（適用于光滑表面）或鉤爪式。需要考慮的主要因素包括：工件重量、搬運(yùn)距離、搬運(yùn)速度、精度要求、工作空間、環(huán)境條件（如溫度、濕度、潔凈度）、成本等。24.答：簡單的溫度控制系統(tǒng)組成框圖及說明如下：```+-----++-----++-----++-----+|測|----|比|----|調(diào)|----|執(zhí)||溫||較||制||行||件||器||器||系||(T|----|(U)|----|(K)|----|統(tǒng)|+-----++-----++-----++-----+||||+-------------+-------------+-------------+比較環(huán)節(jié)```*溫度傳感器（T）：測量被控對象的實(shí)際溫度，并將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。*比較器（U）：將溫度傳感器送來的實(shí)際溫度信號(hào)與預(yù)設(shè)的給定溫度信號(hào)進(jìn)行比較，得出溫度偏差（誤差）信號(hào)。*控制器（K）：接收比較器送來的誤差信號(hào)，根據(jù)預(yù)設(shè)的控制算法（如PID）進(jìn)行運(yùn)算，輸出控制信