2025机械设计《机械原理》专项训练

2025机械设计《机械原理》专项训练考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每小题2分，共20分。请将正确选项的字母填在题后的括号内）1.一个包含N个构件的机构，其中平面高副数为P_h，低副数为P_l，则该机构的自由度F为（）。A.3N-2P_h-P_lB.2N-P_h-P_lC.2N-2P_h-P_lD.3N-3P_h-P_l2.在四杆机构中，若取不同构件为机架，可能得到的机构类型有（）。A.铰链四杆机构、曲柄摇杆机构B.铰链四杆机构、双曲柄机构、导杆机构C.曲柄摇杆机构、双摇杆机构、导杆机构D.双曲柄机构、双摇杆机构、转动导杆机构3.凸轮机构中，从动件运动规律选择主要考虑的因素是（）。A.凸轮轮廓形状的复杂程度B.机构的尺寸和重量C.工作平稳性和动力特性D.执行构件的运动轨迹4.一对标准直齿圆柱齿轮传动，其模数m=4mm，压力角α=20°，小齿轮齿数z1=20，大齿轮齿数z2=60，则大齿轮的分度圆直径d2为（）mm。A.80B.120C.160D.2005.一对渐开线直齿圆柱齿轮啮合传动，要保证传动比恒定，必须满足的条件是（）。A.两个齿轮的模数必须相等B.两个齿轮的压力角必须相等C.两个齿轮的基圆半径必须相等D.两个齿轮的齿数必须成反比6.在定轴轮系中，若已知主动轮转速n1=1200rpm，传动比i=5，则从动轮转速n2为（）rpm。A.240B.480C.600D.120007.机械产生速度波动的主要原因是（）。A.驱动力和阻力是周期性变化的B.驱动力和阻力是恒定不变的C.机构的几何尺寸设计不合理D.机械存在摩擦力8.对于绕固定轴转动的刚性转子，若要使其达到静平衡，则其质心应位于（）。A.转轴上B.转轴附近C.距离转轴一定距离处D.任意位置9.在机械系统中，飞轮通常安装在（）。A.高速轴上B.低速轴上C.执行机构上D.任意轴上10.下列机构中，属于变传动比机构的是（）。A.齿轮齿条机构B.棘轮机构C.摩擦轮机构D.凸轮机构二、填空题（每小题2分，共20分。请将答案填在题后的横线上）1.机构具有确定运动的条件是输入构件的运动规律______确定。2.平面四杆机构中，能实现急回运动的机构有______机构。3.凸轮机构中，基圆是指凸轮理论轮廓线上______的圆。4.渐开线齿轮的齿廓形状取决于其______和______。5.定轴轮系中，传动比i等于所有从动轮齿数之积除以所有主动轮齿数之积，即i=______。6.机械运转的三个阶段是指______、______和______。7.机械静平衡的条件是作用于机构的各力之和等于______，各力矩之和等于______。8.为了消除机械中周期性速度波动，通常在机械中安装飞轮，这是利用飞轮的______来吸收和释放能量。9.机械动平衡的条件是作用于机构的各惯性力之和等于______，各惯性力矩之和等于______。10.机构自由度是指机构相对于______具有独立运动的数目。三、简答题（每小题5分，共20分。请将答案写在答题纸上）1.简述平面运动副的分类及其特点。2.简述四杆机构中死点的概念及其避免方法。3.简述渐开线齿廓的优点。4.简述机械平衡的类型及其区别。四、计算题（每小题10分，共40分。请将详细的计算过程和结果写在答题纸上）1.图示（此处无图）为一平面四杆机构，已知各构件长度分别为：lAB=60mm，lBC=90mm，lCD=80mm，lAD=100mm，试求该机构的自由度F。2.图示（此处无图）为一偏置直动从动件盘形凸轮机构，已知凸轮基圆半径r0=20mm，偏距e=10mm，凸轮以等角速度ω=10rad/s顺时针转动，在图示位置，凸轮轮廓曲线的半径ρ=25mm，试求该瞬时从动件的瞬时速度v和加速度a。3.一对标准安装的外啮合渐开线直齿圆柱齿轮传动，传递功率P=10kW，主动轮转速n1=1450rpm，齿数z1=20，模数m=5mm，压力角α=20°，传动效率η=0.9。试求（1）传动比i12；（2）作用在齿轮上的圆周力Ft1和径向力Fr1。4.一刚性转子在静平衡试验机上测得其质心偏离轴心O的距离为e=0.1mm，转子质量为m=10kg，转速n=3000rpm。为使其达到静平衡，需在质心相反方向加一平衡质量m'，求平衡质量m'的大小及其应加的距离l（假设l=100mm）。---试卷答案一、选择题1.B2.B3.C4.B5.C6.C7.A8.A9.A10.D二、填空题1.运动规律2.曲柄摇杆3.几何尺寸最小4.基圆半径压力角5.i=(z2×z4×…×zn)/(z1×z3×…×zm)6.启动阶段稳定运转阶段停止阶段7.零零8.转动惯量9.零零10.固定参考系三、简答题1.平面运动副根据接触形式分为高副和低副。高副是两构件通过点或线接触组成的运动副，如凸轮与从动件、齿轮与齿轮。低副是两构件通过面接触组成的运动副，如转动副（铰链）和移动副（滑块）。高副约束较少，可传递复合运动；低副约束较多，只能传递相对移动或转动。2.死点是指曲柄摇杆机构中，当曲柄与机架共线时，传动角为零，此时驱动力的作用线通过质心，无法使曲柄转动。避免方法：采用增大曲柄转速、增加从动件惯性、采用双向驱动或带飞轮、转换机构形式等。3.渐开线齿廓的优点：1）满足齿廓啮合基本定律，保证传动比恒定；2）齿廓压力角处处相等，传动平稳，磨损均匀；3）加工方便，可以用标准刀具在普通机床（如滚齿机）上加工。4.机械平衡分为静平衡和动平衡。静平衡是指针对绕固定轴旋转的刚性转子，通过调整质心位置，使其质心位于转轴上，以消除离心力的静力作用。动平衡是指针对绕固定轴旋转的刚性转子，通过在质心相反方向加平衡质量或去除部分质量，使其惯性力系和惯性力矩系同时得到平衡，消除惯性力和惯性力矩对轴承产生的动压力。静平衡适用于薄轮盘状转子，动平衡适用于形状复杂的转子。四、计算题1.解：根据自由度公式F=3n-2P_l-P_h。机构由4个构件（n=4），包含4个转动副（P_l=4），无高副（P_h=0）。代入公式得F=3×4-2×4-0=4。该机构的自由度F=4。2.解：1）速度分析：在速度多边形中，vB=ω×OB，vB与BO垂直。vP为绝对速度，vP与P点切线垂直。vB=vP。速度影像法：过B点作vB⊥OB，过P点作vP⊥P点切线，连接BP交于P'，则vB=ω×BP'。由于凸轮做定角速度转动，ω为已知，量取比例尺λ_v，BP'×λ_v即vP。在速度多边形中，vB=ω×BP'，vP=ω×BP'，故vP与vB大小相等方向相同。此处为瞬时分析，假设P点为速度最高点，vP方向向上，vB方向向右下方。速度v=vP/λ_v。加速度分析：作法向加速度an=ω²×BP'，切向加速度at=α×BP'（α为凸轮角加速度，此处为瞬时分析，α=0，故at=0）。总加速度a=a'n=aP'。在加速度多边形中，a'n=ω²×BP'，方向沿BP'指向B点。aP'与P点法线方向相反（假设P点为速度最高点）。量取比例尺λ_a，a'n×λ_a即aP。a=aP/λ_a。3.解：1）传动比i12=n1/n2=n1/z2=n1/(i12×z1)。故i12=n1×z1/z2=1450×20/20=1450。2）转矩T1=P/ω1=P/(2πn1/60)=10×1000/(2π×1450/60)=65.95Nm。圆周力Ft1=T1/r1=T1/mz1=65.95/(5×20)=6.595kN