2024年机电一体化系统设计基础.doc

机电一体化系统设计基础（本）课程基于网络考核改革试点方案

（1月）
一、考核改革的目标
1．通过本课程考核的改革，深入探索当代远程开放教育、成人学习课程考核的基本模式；
2．通过本课程考核的改革，深入加强教学过程的落实，指引学生在学习过程中了解把握课程的重要内容，检查学生各个学习步骤的学习效果，达成培养目标；
3．通过本课程考核的改革，探索机电一体化系统设计基础课程的形成性考核合理的题型、题量、难易程度等；
4．探索远程成人教育考核措施的可信度和有效性，提升学习质量。

二、考核目标
通过考核既要检测学生对机电一体化的基础理论与核心技术、机电一体化单元技术的接口技术等基本概念、基本理论的了解程度，又要检测学生通过学习机电一体化系统设计原理和综合集成技术，能够把各项技术有机地结合起来进行简单的机电一体化系统的分析和设计的能力。

三、考查对象
广播电视大学工科类机械设计制造及其自动化专业（专科起点本科）的学生。

四、考核方式
本课程考核采取形成性考核和终止性考核相结合的方式，形成性考核占总成绩的30%，登陆形成性考核系统进行，随平时学习过程完成；终止性考试为笔试，占总成绩的70%，在学期末进行，详细时间见中央电大统一时间安排。
（一）形成性考核
完成一定量的习题是学好本课程的一项重要的、必不可少的工作。通过这些习题的练习，逐渐加深对课程中各种概念的了解、基本计算措施的应用，达成基本掌握本课程重要内容的目标。通过形成性考核首先能够加强对地方电大教师教学过程的引导、指引和管理，优质的完成教学任务，实现教学目标；另首先能够加强对学生平时自主学习过程的指引和监督，重在对学生自主学习过程进行的指引和检测，引导学生按照教学要求和学习计划完成学习任务，达成掌握知识、提升能力的目标，提升学生的综合素质。
第一部分 形考阐明
设计5次测验题，占课程综合成绩的30％。
形式：3次客观测试题；1次主观测试题；1次专题报告。
注：每次形考任务按百分制进行成绩评定。
操作：所有形成性考核试题均由中央电大统一编制。
第二部分 形考内容
序号
章节
内容
形式
公布时间
最迟提交时间
权重
1
第1~2章
机电一体化技术导论、机电一体化机械技术
客观测试题
2周
10周
20％
2
第3~4章
传感检测技术、伺服驱动技术
客观测试题
4周
12周
20％
3
第5~7章
自动控制技术、机电一体化系统设计与综合、
客观测试题
6周
14周
20％
4
第1~7章
（含前3次作业的知识点）
主观测试题
8周
16周
20％
5
第7章
机电一体化系统实例
专题报告
2周
16周
20％

第一次形成性考核
客观测试题（100分），学习完第1章和第2章之后完成本次任务。本次测试从颁布到关闭的时间为8周，从颁布之日起，学生即可参加测试，计算机自动评判测试成果，测试成绩自动形成并统计；如学生对测试成绩不满意，可数次参加测试，我们只认定成绩最佳的测试成果为最后成绩。
题型：判断正误、单项选择、计算。
目标：
检测学生对基本理论和基本措施的掌握程度，协助学生找出学习的薄弱步骤，明确努力的方向，协助教师了解学生的学习效果，依照学生的需求不停调整教学方略，提升教学效果。
要求：
1．了解机电一体化核心技术；了解机电一体化系统中常用传动机构的工作原理与选用；了解机电一体化系统中常用执行机构的工作原理与选用；了解机电一体化中虚拟样机技术。
2．了解机电一体化技术的基本概念、特点和分类措施。
3．掌握机电一体化系统的组成结构；掌握机电一体化中机械系统的基本要求。

样题：
判断正误（每题4分，共40分）
机电一体化系统的重要功效就是对输入的物质按照要求进行处理，输出具备所需特性的物质。（ ）
答案：×

单项选择（每题4分，共40分）
为提升机电一体化机械传动系统的固有频率，应设法（ ）。
A．增大系统刚度 B．增大系统转动惯量
C．增大系统的驱动力矩 D．减小系统的摩擦阻力
答案：A

计算题（共20分）
既有如下图所示的双螺母齿差调整预紧式滚珠丝杠，其基本导程为l0=6mm、左端齿轮齿数为100、右端齿轮齿数为98。当两端转向相同时，两端的外齿轮相对于内齿轮转过2个齿时，试求两个螺母之间产生的相对轴向位移？

1-套筒 2-内齿轮 3-圆柱齿轮 4-丝杠
图 双螺母齿差预紧式滚珠丝杠
解：当两端转向相同时：一端的外齿轮相对于另一端的外齿轮转过1个齿时，相对移动的轴向距离为（ ）。（5分）
A． B． C． D．
两端的外齿轮相对于内齿轮转过2个齿时，试求两个螺母之产生的相对轴向位移为（ ）μm。（5分）
A．1.2 B．2.4 C．120 D．240
答案：C B

第二次形成性考核
客观测试题（100分），学习完第3章和第4章之后完成本次任务。本次测试从颁布到关闭的时间为8周，从颁布之日起，学生即可参加测试，计算机自动评判测试成果，测试成绩自动形成并统计；如学生对测试成绩不满意，可数次参加测试，我们只认定成绩最佳的测试成果为最后成绩。
题型：判断正误、单项选择、计算。

目标：
检测学生对基本理论和基本措施的掌握程度，协助学生找出学习的薄弱步骤，明确努力的方向，协助教师了解学生的学习效果，依照学生的需求不停调整教学方略，提升教学效果。
要求：
1．了解常用传感器选择及使用措施；了解常用传感器与计算机接口方式；了解机电一体化伺服驱动系统的种类及其特点。
2．了解常用伺服驱动电机的工作原理、特点、选用及其控制方式。
3．掌握常用传感器的类型、特点及工作原理；掌握伺服驱动的基本原理。

样题：
判断正误 （每题4分，共40分）
传感器的转换元件是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分。（ ）
答案：（ × ）

单项选择（每题4分，共40分）
在开环控制系统中,常用（ ）做驱动元件。
A．直流伺服电动机 B．步进电动机
C．同时交流伺服电动机 D．异步交流伺服电动机
答案：B

计算题（共20分）
如图所示的电机驱开工作台系统，其中驱动x向工作台的三相双三拍步进电机，转子齿数z为100。滚珠丝杠的基本导程为l0=6mm。已知传动系统的横向(x向)脉冲当量δ为0.005mm/脉冲。试求步进电机的步距角α和减速齿轮的传动比i。
功放
电机
滚珠丝杠
工作台
i

图 电机驱开工作台示意图

解：（1）步进电机的步距角α=（ ）。（5分）
A． B．
C．
（2）减速齿轮的传动比i=（ ）。（5分）
A． B．
C． D．
答案：C D

第三次形成性考核
客观测试题（100分），学习完第5~7章之后完成本次任务。本次测试从颁布到关闭的时间为8周，从颁布之日起，学生即可参加测试，计算机自动评判测试成果，测试成绩自动形成并统计；如学生对测试成绩不满意，可数次参加测试，我们只认定成绩最佳的测试成果为最后成绩。
题型：判断正误、单项选择。
目标：
检测学生对基本理论和基本措施的掌握程度，协助学生找出学习的薄弱步骤，明确努力的方向，协助教师了解学生的学习效果，依照学生的需求不停调整教学方略，提升教学效果。
要求：
1．了解嵌入式系统的特点；了解机电一体化系统的产品规划的重要内容；了解机电一体化系统的概念设计的内涵、特性及措施；了解机电一体化系统的评价与决议措施；了解机电一体化系统的当代设计措施；了解工业机器人系统组成、分类及工作原理；了解常用的数控机床分类及组成；了解机电一体化系统实现特殊机构功效的措施和原理。
2．了解机电一体化系统的控制方式及特点；了解计算机控制系统的组成和常用类型；了解可编程序控制器的组成。
3．掌握可编程序控制器控制系统设计。

样题：
判断正误 （每题3分，共60分）
自动控制技术是机电一体化有关技术之一，直接影响系统的控制水平、精度、响应速度和稳定性。（ ）
答案：（ √ ）

单项选择（每题4分，共40分）
计算机控制系统实际运行时，需要由用户自行编写（ ），具备实时性、针对性、灵活性和通用性。
A．实时软件 B．开发软件 C．系统软件 D．应用软件
答案：D

第四次形成性考核
主观测试题（100分），学习完本教材后完成本次任务。本次测试从颁布到关闭的时间为8周，从颁布之日起，学生即可参加测试，课程指引教师评测测试成果。
题型：简答题、综合题。
目标：
检测学生对基本理论和基本措施的掌握程度，协助学生找出学习的薄弱步骤，明确努力的方向，协助教师了解学生的学习效果，依照学生的需求不停调整教学方略，提升教学效果。
要求：
测试学生对本课程的重点知识及其应用的掌握程度。
样题：

简答题（每题10分，共70分）
齿轮传动的齿侧间隙的调整措施有哪些？
答案：齿轮传动的齿侧间隙的调整措施有：圆柱齿轮传动：偏心套轴向垫片双片薄齿轮错齿调整法（轴向拉簧式、可调拉簧式）；斜齿轮传动：垫片错齿调整。

综合题（每题15分，共30分）
某部门欲开发一款用于焊接印刷电路板芯片的机械手，请制定出该款机械手产品的开发设计流程。
答案：机电一体化系统的重要设计流程分为五个阶段：产品规划、概念设计、详细设计、设计实行和设计定型阶段。
第一阶段：产品规划阶段：进行需求分析和需求设计，以明确设计任务。
机械手的用途：焊接芯片。
工作方式：手动、自动方式。
重要技术参数：3自由度。
使用环境要求：生产线。
第二阶段：概念设计阶段：在功效分析的基础上，优化筛选用得较理想的工作原理方案。
第三阶段：详细设计阶段。对各功效模块进行细部设计，绘制对应的工程图。该阶段的工作量既包括机械、电气、电子、控制与计算机软件等系统的设计，又包括总装图和零件图的绘制。
第四阶段：设计实行阶段。首先依照机械、电气图纸和算法文献，制造、装配和编制各功效模块；然后进行模块的调试；最后进行系统整体的安装调试，复核系统的可靠性及抗干扰性。
第五阶段：设计定型阶段。对调试成功的系统进行工艺定型，整顿设计资料。小批量生产，试销。

第五次形成性考核
专题报告（100分），学习本课程的过程中完成本次任务。本次测试从颁布到关闭的时间为14周，从颁布之日起，学生即可参加测试，课程指引教师评测测试成果。
目标：
通过对社会生活或生产实践中某一个经典的机电一体化产品进行分析和研究，了解机电一体化系统的组成结构、核心技术与原理，培养对机电一体化产品进行分析和研究的能力。
选题：
选择社会生活或生产实践中机电一体化技术的经典应用的产品。同一班级中，可按照个人或小组在指引教师的指引下进行选题。
提交专题报告要求：
1．专题报告内容应包括机电一体化产品（设备）的基本结构及工作原理、重要技术特点、重要用途、与本课程有关内容的联系等。
2．专题报告撰写要做到形式和内容规范、专业，文字部分不少于1000字，并要求画出机电一体化产品（设备）的系统结构框图和工作流程图。
3．专题报告应独立完成，如有剽窃或雷同部分，专题报告成绩计为0分。

（二）终止性考试
重要目标：
重点考核本课程所包括到的基本概念、基础知识和基本分析措施。
第一部分 考试阐明
比重：占课程综合成绩的70%，按百分制计算。
题型：单项选择、判断正误、计算、简答、综合。
操作：采取纸制闭卷考试，中央广播电视大学统一编制试题，地方广播电视大学组织考试。

第二部分 考试样题
（一）判断题
此类型试题考查学生对基本概念的掌握程度，要非常准确的判断命题的正确与错误。
例1：数字式位移传感器有光栅、磁栅、感应同时器等，它们的共同特点是利用自身的物理特性，制成直线型和圆形结构的位移传感器，输出信号都是脉冲信号，每一个脉冲代表输入的位移当量，通过计数脉冲就能够统计位移的尺寸。（ ）
阐明：由光栅传感器、磁栅传感器、感应同时器的工作原理可知，这些传感器的输出端得到一串电脉冲，通过放大、整形、辨向和计数系统产生数字信号输出，可知被测的位移量。故本题的论述是正确的，括号内应填入“√”号。
例2：数字化物理样机就是一个结构设计软件，强调结构上的设计。（ ）
阐明：数字化物理样机，不是强调结构上的设计，而是更重视物理样机零部件的形态特性和系统装配特性的数字化检视。故结论是错误的，括号内应填入“×”号。
（二）选择题
此类型试题考查学生对基本理论和应用性知识的了解、对常用的重要概念和公式的掌握程度。如不注明，则为单项选择题。
题型举例：
例：在机电一体化系统中，机械传动要满足伺服控制的三个重要要求是（ ）。
A．传动精度、稳定性、迅速响应性 B．传动精度、稳定性、低噪声
C．传动精度、高可靠性、小型轻量化 D．传动精度、高可靠性、低冲击振动
阐明：这里只有一个答案是正确的，应在括号中填A。
（三）简答题
简答题考查学生对重要概念和公式的掌握情况，要抓住问题的要点进行回答，不需要过于详细地描述。
例：简述机械系统的刚度对系统动态特性的影响。
机械系统的刚度对系统的重要影响体现为如下几方面：
（1）失动量 系统刚度越大，因静摩擦力的作用所产生的传动部件的弹性变形越小，系统的失动量也越小；
（2）固有频率 机械系统刚度越大，固有频率越高，可远离控制系统或驱动系统的频带宽度，从而防止产生共振；
（3）稳定性 刚度对开环伺服系统的稳定性没有影响，而对闭环伺服系统的稳定性有很大影响，提升刚度可增加闭环系统的稳定性。
（四）计算题
计算题考查学生的基本计算能力，对重要公式的掌握情况，以及对数据进行分析的水平。
例：如图所示的电机驱开工作台系统，其中驱动x向工作台的三相单三拍步进电机，转子齿数z为100。滚珠丝杠的基本导程为l0=6mm。已知传动系统的横向(x向)脉冲当量δ为0.005mm/脉冲。试求：
功放
电机
滚珠丝杠
工作台
i

图1电机驱开工作台示意图

（1）步进电机的步距角α；
（2）减速齿轮的传动比i。
解：（1）步进电机的步距角
（2）减速齿轮的传动比
（五）综合题
综合题考查学生对本课程所学知识的综合利用能力，包括对简单机电一体化系统或产品的分析或设计。
例：已知某物料搬动机械手的结构如图所示，动作过程如图所示，要求机械手的操作方式分为手动方式和自动方式。机械手有升降、水平移动、手爪夹持等3个自由度，采取电磁阀控制的气缸驱动，PLC控制。要求写出物料搬动机械手设计和产品开发的详细工程路线。

图2 物料搬动机械手结构原理图
解：
机电一体化系统的重要设计流程分为五个阶段：产品规划、概念设计、详细设计、设计实行和设计定型阶段。
第一阶段：产品规划阶段：进行需求分析和需求设计，以明确设计任务。
机械手的用途:物料搬运。
工作方式：手动、自动方式。
重要技术参数：3自由度。
使用环境要求：生产线。
第二阶段：概念设计阶段：在功效分析的基础上，优化筛选用得较理想的工作原理方案。
第三阶段：详细设计阶段。对各功效模块进行细部设计，绘制对应的工程图。该阶段的工作量既包括机械、电气、电子、控制与计算机软件等系统的设计，又包括总装图和零件图的绘制。
第四阶段：设计实行阶段。首先依照机械、电气图纸和算法文献，制造、装配和编制各功效模块；然后进行模块的调试；最后进行系统整体的安装调试，复核系统的可靠性及抗干扰性。
第五阶段：设计定型阶段。对调试成功的系统进行工艺定型，整顿设计资料。小批量生产，试销。

五、考试伎俩
形成性考核利用“形成性考核测评系统”；终止性考试为闭卷笔试，随期末考试进行，考试时间：90分钟。

六、考试日期
另行通知。