(完整版)机械原理试题及答案

(完整版)机械原理试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.两构件通过（）接触组成的运动副称为低副。A.点B.线C.面D.点或线答案：C解析：低副是指两构件通过面接触组成的运动副，如转动副、移动副等；而点或线接触组成的运动副为高副。所以本题选C。2.平面机构中，每个低副引入（）个约束。A.1B.2C.3D.4答案：B解析：在平面机构中，一个低副（转动副或移动副）会限制构件的两个独立运动，即引入2个约束。故答案是B。3.机构具有确定运动的条件是（）。A.自由度大于零B.自由度大于零且等于原动件数C.自由度大于原动件数D.自由度小于原动件数答案：B解析：机构具有确定运动的条件是其自由度大于零，并且自由度的数目等于原动件的数目。如果自由度小于原动件数，机构会被破坏；如果自由度大于原动件数，机构运动不确定。所以选B。4.铰链四杆机构中，若最短杆与最长杆长度之和小于其余两杆长度之和，则为了获得曲柄摇杆机构，其机架应取（）。A.最短杆B.最短杆的相邻杆C.最短杆的相对杆D.任何一杆答案：B解析：根据铰链四杆机构的曲柄存在条件，当最短杆与最长杆长度之和小于其余两杆长度之和时，取最短杆的相邻杆为机架可得到曲柄摇杆机构；取最短杆为机架得到双曲柄机构；取最短杆的相对杆为机架得到双摇杆机构。所以本题选B。5.凸轮机构中，（）从动件的行程不能太大。A.尖顶B.滚子C.平底D.曲面答案：C解析：平底从动件的平底与凸轮轮廓接触，由于平底尺寸的限制，其行程不能太大。尖顶从动件可以实现复杂的运动规律，但易磨损；滚子从动件磨损较小；曲面从动件也有其特点，但行程限制方面不如平底从动件明显。所以选C。6.渐开线齿轮的齿廓曲线形状取决于（）。A.分度圆B.基圆C.齿根圆D.齿顶圆答案：B解析：渐开线的形成是以基圆为基础的，渐开线齿轮的齿廓曲线就是渐开线，所以其形状取决于基圆的大小。分度圆是用于计算齿轮尺寸的基准圆；齿根圆和齿顶圆确定了齿轮的齿高范围。因此答案是B。7.一对标准渐开线圆柱齿轮传动，其中心距（）。A.等于两齿轮分度圆半径之和B.大于两齿轮分度圆半径之和C.小于两齿轮分度圆半径之和D.与两齿轮分度圆半径之和无关答案：A解析：对于一对标准渐开线圆柱齿轮传动，其中心距等于两齿轮分度圆半径之和，即\(a=r_1+r_2\)（\(r_1\)、\(r_2\)分别为两齿轮的分度圆半径）。所以选A。8.在周转轮系中，轴线位置变动的齿轮，即既作自转又作公转的齿轮，称为（）。A.中心轮B.行星轮C.系杆D.太阳轮答案：B解析：在周转轮系中，中心轮（太阳轮）轴线位置固定；行星轮的轴线位置变动，既作自转又作公转；系杆是支持行星轮并使其公转的构件。所以本题选B。9.机械运转时，由于各运动构件的质量和运动形式不同，产生的惯性力和惯性力矩也不同，为了使机械运转平稳，应设法（）。A.消除惯性力和惯性力矩B.平衡惯性力和惯性力矩C.增大惯性力和惯性力矩D.减小惯性力和惯性力矩的变化幅度答案：B解析：由于完全消除惯性力和惯性力矩往往是不可能的，所以通常的做法是对惯性力和惯性力矩进行平衡，使机械运转平稳。增大惯性力和惯性力矩会使机械运转更不平稳；减小惯性力和惯性力矩的变化幅度也是平衡的一种方式，但表述不如平衡全面。所以选B。10.带传动中，带在带轮上的包角越大，带所能传递的功率（）。A.越大B.越小C.不变D.不一定答案：A解析：带传动中，带与带轮之间的摩擦力是传递功率的基础，包角越大，带与带轮的接触面积越大，摩擦力就越大，带所能传递的功率也就越大。所以选A。二、填空题（每题2分，共20分）1.机构中的运动副是指________。答案：两构件直接接触并能产生相对运动的活动连接。解析：运动副是机构中构件之间的连接方式，它必须满足直接接触和能产生相对运动这两个条件。2.平面机构的自由度计算公式为________。答案：\(F=3n-2P_L-P_H\)，其中\(n\)为活动构件数，\(P_L\)为低副数，\(P_H\)为高副数。解析：该公式是计算平面机构自由度的基本公式，通过确定活动构件数、低副数和高副数，就可以计算出机构的自由度。3.铰链四杆机构中，若最短杆与最长杆长度之和大于其余两杆长度之和，则不论取哪一杆为机架，均为________机构。答案：双摇杆解析：根据铰链四杆机构的曲柄存在条件，当最短杆与最长杆长度之和大于其余两杆长度之和时，无论取哪一杆为机架，都不能形成曲柄，只能得到双摇杆机构。4.凸轮机构中，从动件的常用运动规律有________、________和余弦加速度运动规律等。答案：等速运动规律；等加速等减速运动规律解析：等速运动规律速度恒定，但在行程开始和结束处有刚性冲击；等加速等减速运动规律在运动过程中加速度均匀变化；余弦加速度运动规律又称为简谐运动规律，其加速度按余弦规律变化，冲击较小。5.渐开线齿轮的基本参数有________、________、齿数、压力角和齿顶高系数、顶隙系数等。答案：模数；分度圆螺旋角（对于圆柱斜齿轮）（注：对于直齿轮，可只填模数）解析：模数是决定齿轮尺寸大小的重要参数，压力角是决定齿轮齿廓形状的重要因素，齿数影响齿轮的传动比等，齿顶高系数和顶隙系数用于确定齿轮的齿高。对于圆柱斜齿轮，分度圆螺旋角也是重要的基本参数。6.一对渐开线圆柱齿轮正确啮合的条件是________和________分别相等。答案：模数；压力角解析：只有两齿轮的模数和压力角分别相等时，它们的齿廓曲线才能正确啮合，保证传动的平稳性和准确性。7.周转轮系可分为________和________两大类。答案：行星轮系；差动轮系解析：根据周转轮系中自由度的不同，可分为自由度为1的行星轮系和自由度为2的差动轮系。8.机械的效率公式为________，当机械发生自锁时，其效率________。答案：\(\eta=\frac{W_{有用}}{W_{输入}}\)；小于等于0解析：机械效率是有用功与输入功的比值。当机械发生自锁时，无论施加多大的驱动力，机械都不能运动，此时输入功都用于克服摩擦等阻力，有用功为0或为负，所以效率小于等于0。9.带传动的主要失效形式是________和________。答案：打滑；疲劳破坏解析：当带传动的载荷超过一定限度时，带会在带轮上打滑，导致传动失效；同时，带在反复弯曲和拉伸过程中会产生疲劳破坏，使带的寿命降低。10.联轴器和离合器的主要作用是________，但联轴器只能在________时才能实现两轴的分离，而离合器可在________时实现两轴的分离和接合。答案：连接两轴使它们一起转动并传递转矩；机器停车；机器运转解析：联轴器和离合器都是用于连接两轴并传递转矩的部件。联轴器在安装好后，只有在机器停车时才能拆卸实现两轴分离；而离合器可以在机器运转过程中根据需要实现两轴的分离和接合。三、简答题（每题10分，共30分）1.简述平面四杆机构的死点位置及其产生的原因和解决办法。答：-死点位置的定义：在铰链四杆机构中，当从动件与连杆共线时，机构的传动角\(\gamma=0^{\circ}\)，主动件通过连杆作用于从动件上的力恰好通过其回转中心，此时驱动力对从动件的回转力矩为零，从动件不能转动，机构的这种位置称为死点位置。-产生的原因：从力学角度分析，当从动件与连杆共线时，主动件的驱动力通过从动件的回转中心，不产生使从动件转动的有效分力，从而导致机构无法正常运动。-解决办法：-对于连续运转的机器，可利用飞轮的惯性通过死点位置。例如在缝纫机中，大带轮就起到了飞轮的作用，当机构到达死点位置时，依靠带轮的惯性使机构能够顺利通过。-采用多组机构错列排列的方法。将两组或多组相同的机构组合在一起，使它们的死点位置相互错开，当一组机构处于死点位置时，其他机构可以正常工作，从而保证整个系统的连续运转。-在某些情况下，也可以采用设置辅助机构的方法来帮助机构通过死点位置。2.说明渐开线齿轮的根切现象及其产生的原因和避免根切的方法。答：-根切现象的定义：用范成法加工齿轮时，刀具的齿顶线（或齿顶圆）与啮合线的交点超过了被切齿轮的极限啮合点时，刀具就会切入轮齿的根部，将齿根部分的渐开线齿廓切去一部分，这种现象称为根切。-产生的原因：当被加工齿轮的齿数较少时，刀具的齿顶线与啮合线的交点容易超过极限啮合点，从而导致根切现象的发生。这是由于渐开线齿轮的啮合原理和刀具的加工特性决定的。-避免根切的方法：-增大被加工齿轮的齿数。一般来说，当标准直齿圆柱齿轮的齿数大于17时，可以避免根切。这是因为随着齿数的增加，极限啮合点会向外移动，使得刀具齿顶线与啮合线的交点不易超过极限啮合点。-采用变位齿轮。通过改变刀具与轮坯的相对位置，即进行正变位，可以使刀具的齿顶线与啮合线的交点不超过极限啮合点，从而避免根切。正变位齿轮不仅可以避免根切，还可以改善齿轮的传动性能。3.简述带传动的弹性滑动和打滑现象及其区别。答：-弹性滑动现象：带传动中，由于带的弹性变形而引起的带与带轮之间的相对滑动称为弹性滑动。带在传动过程中，紧边和松边的拉力不同，导致带的弹性变形也不同。在带绕过主动轮时，带的拉力从紧边拉力逐渐减小到松边拉力，带的弹性变形也逐渐减小，带相对于主动轮向后滑动；在带绕过从动轮时，带的拉力从松边拉力逐渐增大到紧边拉力，带的弹性变形逐渐增大，带相对于从动轮向前滑动。-打滑现象：当带传动的载荷过大，超过了带与带轮之间的最大摩擦力时，带与带轮之间将发生全面的相对滑动，这种现象称为打滑。打滑会导致带传动失效，使从动轮的转速急剧下降，甚至停止转动。-区别：-弹性滑动是带传动中不可避免的现象，只要带传动工作，就会存在弹性滑动。而打滑是一种不正常的工作状态，是由于过载引起的，是可以避免的。-弹性滑动只发生在带与带轮的部分接触弧上，它会使带传动的传动比不准确，但不会导致传动失效。而打滑发生在带与带轮的整个接触弧上，会使传动无法正常进行，严重影响带传动的工作性能。四、计算题（每题15分，共30分）1.计算如图所示平面机构的自由度，并判断该机构是否具有确定的运动（图中箭头所示为原动件）。[此处应插入平面机构的图，假设机构中有5个活动构件，7个低副，0个高副，原动件数为1]解：-首先，确定活动构件数\(n\)、低副数\(P_L\)和高副数\(P_H\)。由图可知，活动构件数\(n=5\)，低副数\(P_L=7\)，高副数\(P_H=0\)。-然后，根据平面机构自由度计算公式\(F=3n-2P_L-P_H\)进行计算。\(F=3×5-2×7-0\)\(=15-14\)\(=1\)-最后，判断机构是否具有确定的运动。已知原动件数为1，由于机构的自由度\(F=1\)且等于原动件数，所以该机构具有确定的运动。2.一对标准直齿圆柱齿轮传动，已知模数\(m=5mm\)，齿数\(z_1=20\)，\(z_2=50\)，求：（1）两齿轮的分度圆直径\(d_1\)、\(d_2\)；（2）两齿轮的齿顶圆直径\(d_{a1}\)、\(d_{a2}\)；（3）两齿轮的中心距\(a\)。解：（1）根据分度圆直径公式\(d=mz\)，可得：-齿轮1的分度圆直径\(d_1=mz_1=5×20=100mm\)-齿轮2的分度圆直径\(d_2=mz_2=5×50=250mm\)（2）对于标准直齿圆柱齿轮，齿顶高系数\(h_a^=1\)，齿顶圆直径公式为\(d_a=d+2h_a^\m\)。-齿轮1的齿顶圆直径\(d_{a1}=d_1+2h_a^\m=100+2×1