2025年专升本机械设计专业机械原理试卷（含答案）

2025年专升本机械设计专业机械原理试卷（含答案）考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每小题2分，共20分。下列每小题列出的四个选项中，只有一项是最符合题目要求的，请将正确选项字母填在题后的括号内。）1.机构自由度等于0，该机构（）。A.一定不能运动B.运动不确定C.可能存在一个自由度D.一定有确定运动2.在四杆机构中，若最短杆与最长杆长度之和小于其余两杆长度之和，且机架为最短杆的相邻杆，则该机构必定是（）。A.曲柄摇杆机构B.双曲柄机构C.双摇杆机构D.铰链四杆机构3.用速度影像法求构件上某点速度时，其速度影像与真实速度的关系是（）。A.大小相等，方向相同B.大小成比例，方向相同C.大小相等，方向相反D.大小成比例，方向相反4.在连杆机构中，从动件往复行程长度等于零的机构是（）。A.曲柄摇杆机构B.摆动导杆机构C.对心曲柄滑块机构D.偏心曲柄滑块机构5.机械效率总是（）。A.大于1B.小于1C.等于1D.等于06.为了减小凸轮机构的压力角，应（）。A.增大基圆半径B.减小基圆半径C.选用较小的升程D.改变从动件的运动规律7.渐开线齿轮的齿廓压力角（α）在齿轮整个齿长上（）。A.是变化的B.是常数C.先增大后减小D.先减小后增大8.一对标准直齿圆柱齿轮要正确啮合，必须满足的条件之一是（）。A.模数m相等B.压力角α相等C.齿数z1和z2相等D.中心距a相等9.在周转轮系中，转化机构传动比i_HF的公式为（）。A.i_HF=(nf_n-ni_F)/(nf_n+ni_F)B.i_HF=(nf_n+ni_F)/(nf_n-ni_F)C.i_HF=1-ni_F/nf_nD.i_HF=-ni_F/nf_n10.对于刚性转子的静平衡，下列说法正确的是（）。A.必须使转子各偏心质量产生的惯性力之和为零B.必须使转子各偏心质量产生的惯性力矩之和为零C.必须使转子各偏心质量产生的惯性力之和与惯性力矩之和均为零D.只要转子旋转对称即可自动平衡二、填空题（每空1分，共15分。请将答案填在题中的横线上。）1.机构具有确定运动的条件是。2.平面四杆机构中，机架是。3.速度瞬心是两构件上速度相等的重合点。4.机械效率η与总效率η_总的关系是。5.凸轮机构的压力角是指。6.一对标准斜齿圆柱齿轮的正确啮合条件除了模数和压力角相等外，还应满足。7.定轴轮系中，轮系的传动比等于所有从动轮齿数之积除以所有主动轮齿数之积。8.平面连杆机构的传力特点是。9.自锁机构是指。10.刚性转子动平衡的条件是。三、判断题（每小题1分，共10分。请将判断结果填在题后的括号内，正确的填“√”，错误的填“×”。）1.任何机构都至少有一个机架。（）2.机构的自由度越多，其运动越复杂。（）3.速度影像法只适用于进行速度分析。（）4.机械效率η总是小于1。（）5.偏心盘可以看作是一个曲柄。（）6.凸轮的基圆半径越小，其压力角就越大。（）7.标准齿轮的齿顶高和齿根高都是标准值。（）8.一对齿轮的传动比i_12=z_2/z_1。（）9.周转轮系中，至少有一个齿轮是行星轮。（）10.静平衡的转子一定满足动平衡要求。（）四、简答题（每小题5分，共20分。）1.简述机构自由度的意义及其计算公式中各符号的含义。2.简述凸轮机构中“自锁”现象产生的原因。3.与带传动相比，齿轮传动的主要优缺点是什么？4.简述周转轮系中周转轮、中心轮和系杆的定义及其作用。五、计算题（每小题10分，共40分。）1.图示（此处无图，请自行构思一个简单的铰链四杆机构，标明已知杆长l_AB=50mm,l_BC=80mm,l_CD=60mm,l_AD=100mm，并给定机架AD，要求：1）判断该机构是否为双曲柄机构、曲柄摇杆机构或双摇杆机构；2）若为曲柄摇杆机构，求摇杆CD的最大摆角。），已知各构件长度分别为l_AB=50mm,l_BC=80mm,l_CD=60mm,l_AD=100mm，机架为AD。判断该机构的类型，并若为曲柄摇杆机构，求摇杆CD的最大摆角（用反三角函数表示）。2.在图示（此处无图，请自行构思一个简单的单圆盘凸轮机构，给出基圆半径r_b=20mm，偏距e=0，凸轮以ω_1=10rad/s顺时针匀速转动，从动件行程h=10mm，在升程段s=10mm时，凸轮理论廓线为直线，要求：）的单圆盘凸轮机构中，基圆半径r_b=20mm，偏距e=0。凸轮以ω_1=10rad/s顺时针匀速转动。从动件行程h=10mm。在升程段s=10mm的区间内，凸轮理论廓线为直线。求该直线段对应的凸轮转角φ，以及从动件在此转角内的速度v_2和加速度a_2。（假设凸轮与从动件接触点无摩擦）。3.一对标准直齿圆柱齿轮传动，已知z_1=20，z_2=40，m=5mm，α=20°。求该对齿轮的传动比i_12，中心距a，以及两齿轮的分度圆直径d_1和d_2。4.图示（此处无图，请自行构思一个简单的定轴轮系，如由一个主动齿轮1，一个从动齿轮2，一个主动齿轮3，一个从动齿轮4组成的简单轮系，给出各齿轮齿数z_1=20,z_2=40,z_3=15,z_4=60，要求：）所示为一定轴轮系。主动轮1的转速n_1=1200rpm，方向逆时针。求从动轮4的转速n_4及其方向。六、作图题（每小题10分，共20分。）1.图示（此处无图，请自行构思一个铰链四杆机构，给定各杆长度及一个主动杆的位置，要求：）所示为一铰链四杆机构，各构件长度分别为l_AB=30mm,l_BC=50mm,l_CD=40mm,l_AD=60mm。主动件AB以ω_1=1rad/s顺时针匀速转动。试绘制该机构在主动件AB位于水平位置时的速度多边形和加速度多边形。（比例尺自定）。2.图示（此处无图，请自行构思一个偏置直动尖顶从动件盘形凸轮机构，给出基圆半径r_b，偏距e，凸轮回转中心O，以及若干个转角位置，要求：）所示为一直动尖顶从动件盘形凸轮机构，基圆半径r_b=20mm，偏距e=10mm，凸轮回转中心O在从动件导路右侧。当凸轮逆时针转动转过30°时，从动件恰好上升5mm。试绘制该凸轮在30°转角范围内的理论廓线和实际廓线。（比例尺自定）。试卷答案一、选择题1.B2.B3.B4.C5.B6.A7.B8.A9.A10.A二、填空题1.输入运动确定，输出运动确定2.构件3.瞬时4.η=η_总/η_机械损失5.凸轮轮廓曲线与从动件之间在接触点处的公法线方向与从动件运动方向所夹的锐角6.法向模数和法向压力角相等7.i_12=z_2/z_1=n_1/n_28.传力方向多变，效率相对较低9.在驱动力作用下，无论驱动力多大，机构都不能发生运动10.转子各偏心质量产生的惯性力之和为零，且这些惯性力构成的力偶之和也为零三、判断题1.√2.×3.√4.√5.√6.×7.√8.√9.√10.×四、简答题1.机构自由度是指机构具有确定运动时所需的独立运动参变量的数目。计算公式为F=3n-2p_L-πp_H，其中F为自由度，n为活动构件数目，p_L为低副数目，p_H为高副数目。2.凸轮机构自锁通常发生在力封闭凸轮机构中，当驱动从动件所需的驱动力F大于或等于由凸轮轮廓几何形状和从动件运动规律决定的约束反力N时发生，此时机构无法运动。3.优点：传动比准确可靠、效率高、结构紧凑、寿命长、可传递较大功率。缺点：制造和安装精度要求高、成本较高、无过载保护、不能缓冲减振。4.周转轮系中，几何轴线围绕中心轮几何轴线回转的齿轮称为周转轮（或行星轮）；几何轴线位置固定的齿轮称为中心轮（或太阳轮）；支撑周转轮的构件称为系杆（或行星架）。五、计算题1.判断机构类型：计算杆长和：l_AB+l_AD=50+100=150mm；l_BC+l_CD=80+60=140mm。因为杆长和大于l_AB+l_AD，小于l_BC+l_CD，且机架AD为最短杆AD的相邻杆，根据格拉肖夫定理推论，该机构为双曲柄机构。求摇杆CD最大摆角：双曲柄机构中，当最短杆（AD）为主动件转动时，相邻杆（BC）为机架，机构处于极限位置时，从动杆（CD）处于极限位置，此时CD与AD的夹角θ即为CD的最大摆角。利用几何关系和余弦定理可求得θ。设AD=100,AB=50,BC=80,CD=60。在ΔABC中，cosB=(AB^2+BC^2-AC^2)/(2*AB*BC)。AC为AD与BC的连线，在最极限位置时，AC垂直于BC，cosB=0，即AB^2+BC^2=AC^2。AC即为AD与BC的垂直距离。在ΔACD中，cosθ=(AC^2+CD^2-AD^2)/(2*AC*CD)。θ即为所求最大摆角，θ=arccos[(AC^2+60^2-100^2)/(2*AC*60)]。其中AC的长度需要通过ΔABC的几何关系进一步计算得到。假设能解得AC长度为x，则最终θ=arccos[(x^2+3600-10000)/(120x)]。（注：实际计算中，AC长度x的求解可能较为复杂，需联立方程解算，但题目要求用反三角函数表示，故此处给出表达式形式。）2.求凸轮转角φ：从动件行程h=10mm，升程段s=10mm。凸轮理论廓线在s=10mm区间为直线，说明此段为等速运动。等速运动时，凸轮转角φ与从动件位移s成正比。凸轮转过30°时，s=5mm，所以转过10mm时，凸轮转角φ=(10mm/5mm)*30°=60°。求速度v_2：等速运动，v_2=h/(凸轮转角对应时间)。凸轮匀速转动，ω_1=10rad/s。转角φ=60°=π/3rad。时间t=φ/ω_1=(π/3)/10=π/30s。v_2=10mm/(π/30s)=300/πmm/s。求加速度a_2：等速运动，加速度a_2=0。3.求传动比i_12：i_12=z_2/z_1=40/20=2。求中心距a：标准直齿轮传动，a=(z_1+z_2)*m/2=(20+40)*5mm/2=300mm。求分度圆直径：d_1=z_1*m=20*5mm=100mm。d_2=z_2*m=40*5mm=200mm。4.求n_4及方向：该轮系为定轴轮系。传动比计算：i_14=n_1/n_4=z_4*z_2*z_0/(z_1*z_3*z_0')。其中z_0,z_0'为惰轮齿数，不影响传动比大小，可约去。i_14=z_4*z_2/(z_1*z_3)=60*40/(20*15)=4。所以n_4=n_1/i_14=1200rpm/4=300rpm。方向：主动轮1转速n_1为逆时针，轮系中各齿轮依次啮合，从动轮4转速n_4方向与n_1相反，故n_4为顺时针。六、作图题1.速度多边形绘制：选取速度比例尺v_ω_1=1mm/s·rad。建立速度多边形极点p，代表绝对速度为零的点。过p作代表主动件AB角速度ω_1的速度矢量v_AB，大小为v_AB=ω_1*l_AB*v_ω_1=1*30*1=30mm，方向垂直于AB并指向ω_1方向。连接pB，pB代表B点绝对速度v_B。在B点作BC垂直于BC（假设连接BC），交速度多边形于C点。连接pC，pC代表C点绝对速度v_C。在C点作CD垂直于CD（假设连接CD），交速度多边形于D点。连接pD，pD代表D点绝对速度v_D。CD的延长线与过p点的射线（代表v_A）的交点即为A'，连接A'p即为代表A点相对速度v_AB'的矢量。速度多边形图应满足速度影像定理：△pBC与机构位置图△BCD相似，顶点字母顺序一致。加速度多边形绘制：选取加速度比例尺a_ω_1=1mm/s²·rad。建立加速度多边形极点p'，代表绝对加速度为零的点。过p'作代表主动件AB角加速度α_1（假设为顺时针）的加速度矢量a_0B'，大小为a_0B'=α_1*l_AB*a_ω_1。连接p'B'。在B'点作代表B点科氏加速度a_B^k的矢量B'C'，方向垂直于v_AB（即垂直于BC），指向与ω_1×v_AB方向一致（假设为垂直纸面向外）。过C'点作代表