武汉轻工大学2025年机械原理部分试卷及答案

武汉轻工大学2025年机械原理部分试卷及答案一、选择题（每题3分，共30分）1.平面机构中，每个低副引入的约束数为（）A.1个B.2个C.3个D.4个答案：B解析：在平面机构中，低副分为转动副和移动副，每个低副引入2个约束，限制了构件沿两个方向的移动。2.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。只有这样，机构才能按照给定的运动规律运动。3.一对渐开线直齿圆柱齿轮正确啮合的条件是（）A.模数相等B.压力角相等C.模数和压力角分别相等D.齿数相等答案：C解析：一对渐开线直齿圆柱齿轮正确啮合的条件是两轮的模数和压力角分别相等。模数决定了齿轮的大小，压力角决定了齿廓的形状，只有两者都相等，才能保证两轮的齿廓能够正确啮合。4.凸轮机构中，从动件的运动规律取决于（）A.凸轮的轮廓曲线B.凸轮的转速C.凸轮的转向D.从动件的形状答案：A解析：凸轮机构中，从动件的运动规律是由凸轮的轮廓曲线决定的。凸轮轮廓曲线的形状不同，从动件的位移、速度和加速度等运动参数也不同。5.在周转轮系中，若自由度等于1，则该周转轮系称为（）A.差动轮系B.行星轮系C.混合轮系D.定轴轮系答案：B解析：周转轮系按自由度的数目可分为差动轮系（自由度为2）和行星轮系（自由度为1）。当自由度等于1时，只需一个原动件就可以确定整个轮系的运动，这种轮系称为行星轮系。6.机械平衡的目的是（）A.消除惯性力B.减小惯性力的不良影响C.使惯性力为零D.使惯性力偶矩为零答案：B解析：由于机械在运转过程中产生的惯性力和惯性力偶矩会引起机械的振动和噪声，降低机械的工作精度和寿命，因此机械平衡的目的是通过调整构件的质量分布，减小惯性力的不良影响。7.平面四杆机构中，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.最长杆答案：B解析：根据平面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，可得到双曲柄机构；取最短杆的相对杆为机架，可得到双摇杆机构。8.渐开线齿轮的齿廓曲线形状取决于（）A.模数B.压力角C.齿数D.基圆半径答案：D解析：渐开线的形成是由一条直线在一个基圆上作纯滚动时，直线上一点的轨迹。基圆半径不同，渐开线的形状也不同，因此渐开线齿轮的齿廓曲线形状取决于基圆半径。9.带传动中，弹性滑动是（）A.可以避免的B.不可避免的C.有时可以避免，有时不可避免D.取决于带的材料答案：B解析：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。弹性滑动是带传动中不可避免的现象，它会导致带传动的传动比不准确，降低传动效率。10.为了使滚子从动件盘形凸轮机构的滚子与凸轮始终保持接触，可采用（）A.弹簧力B.重力C.增大滚子半径D.以上A和B答案：D解析：为了使滚子从动件盘形凸轮机构的滚子与凸轮始终保持接触，可以采用弹簧力或重力等方法。增大滚子半径并不能保证滚子与凸轮始终接触，反而可能会引起其他问题。二、简答题（每题10分，共30分）1.简述平面机构自由度的计算方法，并说明在计算过程中需要注意的事项。答：平面机构自由度的计算公式为$F=3n2P_{L}P_{H}$，其中$n$为活动构件数，$P_{L}$为低副数，$P_{H}$为高副数。在计算过程中需要注意以下事项：正确识别活动构件：机架是固定的，不参与自由度计算，只计算除机架外的活动构件数目。准确判断低副和高副：低副是面接触，每个低副引入2个约束；高副是点或线接触，每个高副引入1个约束。注意虚约束和局部自由度：虚约束在计算自由度时应除去不计，局部自由度在计算时也应先将其去掉，按机构的实际运动情况进行计算。例如，在滚子从动件凸轮机构中，滚子的自转就是局部自由度，可将滚子与从动件视为一个整体来计算自由度。2.说明渐开线齿轮的优点。答：渐开线齿轮具有以下优点：传动比恒定：渐开线齿轮的啮合线是一条定直线，两轮的传动比等于两轮基圆半径的反比，只要两基圆半径不变，传动比就保持恒定。这使得齿轮传动能够平稳地传递运动和动力，减少振动和噪声。中心距具有可分性：当渐开线齿轮的实际安装中心距与设计中心距略有偏差时，其传动比仍保持不变，只是节圆半径会发生变化，但不影响齿轮的正常啮合。这给齿轮的制造和安装带来了很大的方便。齿廓间正压力方向不变：渐开线齿廓间的正压力始终沿着啮合线方向，这使得齿廓间的受力情况较为稳定，有利于提高齿轮的承载能力和使用寿命。易于加工制造：渐开线齿廓可以用标准刀具进行加工，如齿轮铣刀、齿轮滚刀等，加工工艺成熟，生产效率高。3.简述机械速度波动的调节方法。答：机械速度波动分为周期性速度波动和非周期性速度波动，其调节方法如下：周期性速度波动的调节：通常采用安装飞轮的方法。飞轮具有较大的转动惯量，当机械出现盈功时，飞轮将多余的能量储存起来，使机械速度上升的幅度减小；当机械出现亏功时，飞轮将储存的能量释放出来，使机械速度下降的幅度减小。通过合理选择飞轮的转动惯量，可以将机械的速度波动限制在允许的范围内。非周期性速度波动的调节：非周期性速度波动是由于机械工作时受到的阻力突然变化或驱动力不稳定引起的，不能用飞轮来调节。通常采用调速器来调节，调速器能够根据机械的实际工作情况自动调节驱动力或阻力，使机械的速度保持稳定。例如，在蒸汽机、内燃机等动力机械中，常采用离心式调速器来调节发动机的转速。三、计算题（每题20分，共40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（图中绘有箭头的构件为原动件）。[此处应插入平面机构的图形，但由于文本形式无法呈现，假设机构中有7个活动构件，9个低副，1个高副，有1个原动件]解：确定活动构件数$n$：由图可知，除机架外的活动构件数$n=7$。确定低副数$P_{L}$和高副数$P_{H}$：低副数$P_{L}=9$，高副数$P_{H}=1$。计算自由度$F$：根据平面机构自由度计算公式$F=3n2P_{L}P_{H}$，可得$F=3×72×91=21181=2$。判断机构是否具有确定运动：已知原动件数为1，而自由度$F=2$，原动件数小于自由度，所以该机构不具有确定的运动。2.如图所示的轮系中，已知各轮齿数为$z_{1}=20$，$z_{2}=40$，$z_{2'}=20$，$z_{3}=30$，$z_{3'}=20$，$z_{4}=40$，求传动比$i_{14}$。[此处应插入轮系的图形，但由于文本形式无法呈现，经分析该轮系为混合轮系，其中齿轮1、2组成定轴轮系，齿轮2'、3、3'、4组成周转轮系]解：分析轮系组成：该轮系为混合轮系，由定轴轮系和周转轮系组成。定轴轮系部分由齿轮1和齿轮2组成，周转轮系部分由齿轮2'、3、3'、4以及系杆H（这里系杆H与齿轮2固连）组成。计算定轴轮系的传动比$i_{12}$：对于定轴轮系，传动比公式为$i_{12}=\frac{n_{1}}{n_{2}}=\frac{z_{2}}{z_{1}}$，将$z_{1}=20$，$z_{2}=40$代入可得$i_{12}=\frac{40}{20}=2$，负号表示两轮转向相反。计算周转轮系的传动比$i_{2'4}^{H}$：对于周转轮系，其转化机构的传动比公式为$i_{2'4}^{H}=\frac{n_{2'}n_{H}}{n_{4}n_{H}}=\frac{z_{3}z_{4}}{z_{2'}z_{3'}}$。将$z_{2'}=20$，$z_{3}=30$，$z_{3'}=20$，$z_{4}=40$代入可得$i_{2'4}^{H}=\frac{30×40}{20×20}=3$。因为$n_{2'}=n_{2}$，$n_{H}=n_{2}$，设$n_{1}$为输入转速，$n_{4}$为输出转速，由$i_{2'4}^{H}=\frac{n_{2}n_{2}}{n_{4}n_{2}}=3$，可得$n_{4}=\frac{4}{3}n_{2}$。又因