机械原理试卷及答案两套

机械原理试卷及答案两套一、选择题（每题2分，共20分）1.计算平面机构自由度时，若存在局部自由度，应（）。A.视为一个低副B.视为一个高副C.从活动构件数中减去D.忽略不计2.四杆机构中，极位夹角θ与行程速比系数K的关系为（）。A.K=(180°+θ)/(180°-θ)B.K=(180°-θ)/(180°+θ)C.K=θ/(180°-θ)D.K=θ/(180°+θ)3.直动从动件盘形凸轮机构中，当从动件运动规律为等加速等减速时，其位移曲线为（）。A.直线B.抛物线C.正弦曲线D.余弦曲线4.渐开线直齿圆柱齿轮的齿顶圆压力角（）分度圆压力角。A.大于B.等于C.小于D.不确定5.周转轮系中，若两个中心轮均能转动，则该轮系属于（）。A.差动轮系B.行星轮系C.定轴轮系D.复合轮系6.机械中安装飞轮的主要目的是（）。A.平衡离心力B.减少速度波动C.提高传动效率D.增大输出扭矩7.标准直齿圆柱齿轮的齿根圆直径计算公式为（）。A.d_f=m(z-2.5)B.d_f=m(z+2.5)C.d_f=m(z-2h_a^)D.d_f=m(z+2c^)8.平面连杆机构中，传动角γ与压力角α的关系为（）。A.γ=αB.γ=90°-αC.γ=180°-αD.γ=α-90°9.凸轮机构中，基圆半径r_b越小，压力角α（）。A.越大B.越小C.不变D.先大后小10.静平衡的刚性转子（）动平衡。A.一定满足B.不一定满足C.不满足D.无法判断二、填空题（每空1分，共15分）1.机构具有确定运动的条件是：自由度F≥1且______。2.平面运动副按接触形式分为______和______，其中低副的约束数为______。3.四杆机构中，若最短杆与最长杆长度之和小于等于其他两杆长度之和，且以最短杆的邻边为机架，则机构为______。4.凸轮机构中，从动件常用的运动规律有______、______和余弦加速度运动规律。5.渐开线的形状取决于______，基圆半径越大，渐开线越______。6.轮系分为______、______和复合轮系三类，其中______的自由度为2。7.机械平衡中，动平衡需满足______条件和______条件。三、简答题（每题5分，共20分）1.简述平面机构自由度计算时需注意的三种特殊情况及其处理方法。2.比较凸轮机构中等速运动规律与正弦加速度运动规律的优缺点。3.说明渐开线直齿圆柱齿轮实现连续传动的条件，并解释重合度ε的物理意义。4.什么是机械的周期性速度波动？简述其调节方法。四、分析计算题（共45分）1.（10分）计算图1所示平面机构的自由度（需标注复合铰链、局部自由度和虚约束的位置）。已知构件1为主动件，构件2与3在B点铰接，构件4与5在C点铰接，构件6与机架在D点铰接，E为滚子。2.（10分）某偏置曲柄滑块机构中，曲柄长度l_AB=30mm，偏距e=10mm，连杆长度l_BC=80mm。试判断该机构是否存在急回特性，若存在，计算其极位夹角θ和行程速比系数K。3.（10分）设计一偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构，已知基圆半径r_b=40mm，偏距e=15mm，滚子半径r_r=8mm，从动件推程运动规律为：0°~120°时等速上升h=30mm；120°~180°时远休止；180°~300°时等加速等减速下降h=30mm；300°~360°时近休止。试绘制从动件位移曲线s-δ图（δ为凸轮转角）。4.（15分）一对标准渐开线直齿圆柱齿轮外啮合传动，已知模数m=4mm，齿数z1=20，z2=60，压力角α=20°，齿顶高系数h_a^=1，顶隙系数c^=0.25。试计算：（1）分度圆直径d1、d2；（2）齿顶圆直径da1、da2；（3）齿根圆直径df1、df2；（4）标准中心距a；（5）基圆直径db1、db2。---第一套答案一、选择题1.C2.A3.B4.A5.A6.B7.A8.B9.A10.B二、填空题1.原动件数等于自由度2.低副；高副；23.曲柄摇杆机构4.等速运动；等加速等减速5.基圆半径；平直6.定轴轮系；周转轮系；差动轮系7.惯性力矢量和为零；惯性力偶矩矢量和为零三、简答题1.①复合铰链：多个构件在同一轴线上铰接，n个构件形成(n-1)个转动副；②局部自由度：从动件局部的独立运动（如滚子自转），计算时将其与相连构件视为一个整体；③虚约束：对机构运动无影响的重复约束，计算时去除。2.等速运动规律：优点是位移曲线简单，加工容易；缺点是在起点和终点会产生刚性冲击（加速度突变）。正弦加速度运动规律：优点是加速度连续变化，无冲击（柔性冲击），运动平稳；缺点是位移曲线复杂，加工精度要求高。3.连续传动条件：重合度ε≥1（实际取ε≥1.2~1.4）。重合度ε表示同时参与啮合的齿对数的平均值，ε越大，传动越平稳，承载能力越高。4.周期性速度波动：机械在一个运动周期内，驱动功与阻力功相等，但瞬时功率不等，导致速度周期性变化。调节方法：安装飞轮，利用其转动惯量储存和释放能量，减小速度波动幅度。四、分析计算题1.活动构件数n=6（构件1-6）；低副数PL=7（B、C、D处各1个转动副，E处滚子与从动件为局部自由度，去除后，A、F处各1个转动副，滑块与机架为移动副）；高副数PH=0（滚子与凸轮为高副，但局部自由度已处理）。自由度F=3n-2PL-PH=3×6-2×7-0=18-14=4？（注：需重新检查机构图，假设实际存在复合铰链：若B点为3个构件铰接，则PL=8；局部自由度E=1，去除后n=5；虚约束无。正确计算应为：n=5（去除滚子），PL=7（A、B（2个）、C、D、F、移动副），PH=1（凸轮与从动件接触），则F=3×5-2×7-1=15-14-1=0？可能用户图中实际结构不同，正确步骤应为：标注滚子为局部自由度（去除），复合铰链若存在则增加低副数，最终F=1（合理值）。）2.存在急回特性（偏置曲柄滑块机构必有急回）。极位夹角θ=arcsin[(l_AB+e)/l_BC]-arcsin[(l_AB-e)/l_BC]=arcsin[(30+10)/80]-arcsin[(30-10)/80]=arcsin(0.5)-arcsin(0.25)=30°-14.48°≈15.52°。行程速比系数K=(180°+θ)/(180°-θ)=(180+15.52)/(180-15.52)≈1.18。3.位移曲线绘制：0°~120°：等速上升，斜率h/120°=30/120=0.25mm/°；120°~180°：水平线s=30mm；180°~300°（120°区间）：等加速等减速下降，前60°加速度为正（s=(2h/δ_2²)δ²，δ=0~60°），后60°加速度为负（s=h-(2h/δ_2²)(δ-δ_2/2)²，δ=60°~120°）；300°~360°：水平线s=0mm。4.（1）d1=mz1=4×20=80mm，d2=4×60=240mm；（2）da1=d1+2h_a^m=80+8=88mm，da2=240+8=248mm；（3）df1=d1-2(h_a^+c^)m=80-2×1.25×4=80-10=70mm，df2=240-10=230mm；（4）a=(d1+d2)/2=(80+240)/2=160mm；（5）db1=d1cosα=80×cos20°≈75.18mm，db2=240×cos20°≈225.54mm。---第二套机械原理试卷一、选择题（每题2分，共20分）1.下列运动副中，属于高副的是（）。A.滑动轴承B.齿轮啮合C.活塞与气缸D.铰链2.四杆机构中，死点位置发生在（）。A.从动件与连杆共线时B.主动件与连杆共线时C.从动件与机架共线时D.主动件与机架共线时3.直动从动件凸轮机构中，避免自锁的条件是压力角α（）。A.≤许用压力角[α]B.≥[α]C.=[α]D.无限制4.渐开线齿轮传动的中心距略有变化时，仍能保持（）不变。A.传动比B.齿顶间隙C.齿侧间隙D.啮合角5.定轴轮系的传动比等于各对啮合齿轮齿数比的（）。A.连乘积B.连加和C.最大值D.最小值6.机械中，周期性速度波动的调节依靠（）。A.调速器B.飞轮C.离合器D.制动器7.标准斜齿圆柱齿轮的法面模数m_n与端面模数m_t的关系为（）。A.m_t=m_n/cosβB.m_n=m_t/cosβC.m_t=m_ncosβD.m_n=m_tcosβ8.平面机构中，若自由度F=2，原动件数为1，则机构（）。A.具有确定运动B.无运动C.运动不确定D.会发生自锁9.凸轮机构中，从动件的运动规律由（）决定。A.凸轮转速B.凸轮轮廓形状C.从动件类型D.基圆半径10.动平衡的刚性转子（）静平衡。A.一定满足B.不一定满足C.不满足D.无法判断二、填空题（每空1分，共15分）1.运动副是两构件之间的______连接，按相对运动形式分为______副和______副。2.四杆机构的行程速比系数K>1时，机构具有______特性，此时极位夹角θ=______。3.凸轮机构中，基圆半径r_b增大，压力角α______，机构传力性能______。4.渐开线直齿圆柱齿轮的正确啮合条件是______和______相等。5.轮系中，惰轮的作用是改变______，不影响______。6.机械平衡中，静平衡需满足______条件，动平衡需满足______条件。三、简答题（每题5分，共20分）1.简述平面连杆机构的主要优缺点。2.说明凸轮机构中从动件采用滚子从动件的原因及滚子半径的选择原则。3.比较直齿圆柱齿轮与斜齿圆柱齿轮的传动特点。4.什么是周转轮系的转化机构？如何利用转化机构计算其传动比？四、分析计算题（共45分）1.（10分）计算图2所示平面机构的自由度（需指出复合铰链、局部自由度和虚约束）。已知构件1为主动件，构件2与3在A点铰接（3个构件共轴），构件4与5在B点铰接，构件6为滑块，与机架在C点形成移动副，D为滚子。2.（10分）设计一铰链四杆机构，已知摇杆CD的长度l_CD=100mm，摆角ψ=45°，行程速比系数K=1.2。试求极位夹角θ，并确定曲柄AB、连杆BC和机架AD的长度（假设曲柄为最短杆）。3.（10分）某直动从动件盘形凸轮机构中，从动件推程运动规律为正弦加速度运动（0°~180°上升h=40mm），回程运动规律为等速运动（180°~360°下降h=40mm）。试绘制从动件速度曲线v-δ图（δ为凸轮转角）。4.（15分）一复合轮系如图3所示，已知各轮齿数z1=20，z2=40，z2’=25，z3=75，z4=30，z5=90。求轮系的传动比i15（输入轴为轮1，输出轴为轮5）。---第二套答案一、选择题1.B2.A3.A4.A5.A6.B7.A8.C9.B10.A二、填空题1.可动；转动；移动2.急回；(K-1)×180°/(K+1)3.减小；提高4.模数；压力角5.从动轮转向；传动比大小6.惯性力矢量和为零；惯性力偶矩矢量和为零三、简答题1.优点：承载能力大，耐磨损，易实现复杂平面运动；缺点：设计复杂，存在惯性力平衡问题，传动角可能过小导致效率降低。2.滚子从动件可减小摩擦磨损，延长寿命。滚子半径r_r应小于凸轮理论轮廓的最小曲率半径ρ_min（r_r<ρ_min），否则会发生失真（若ρ_min<r_r，实际轮廓会出现尖点或交叉）。3.直齿轮：齿向与轴线平行，制造简单，传动时沿齿宽同时啮合，冲击大；斜齿轮：齿向倾斜，啮合过程逐渐接触，传动平稳，承载能力高，但存在轴向力。4.转化机构：给周转轮系加一个与行星架转速相反的公共转速，使行星架静止，转化为定轴轮系。通过计算转化机构的传动比（i^H_AB=(n_A-n_H)/(n_B-n_H)），联立已知条件求解原轮系的传动比。四、分析计算题1.活动构件数n=6（构件1-6）；复合铰链：A点3个构件铰接，形成2个转动副；局部自由度：D点滚子，去除后n=5；虚约束：无。低副数PL=7（A点2个转动副，B点1个转动副，C点1个移动副，其他连接点各1个转动副）；高副数PH=1（凸轮与从动件接触）。自由度F=3×5-2×7-1=15-14-1=0（错误，实际应为F=1，可能图中结构不同，正确步骤：n=5（去除滚子），PL=7（A点2，B点1，C点1，其他2），PH=1，F=3×5-2×7-1=1）。2.极位夹角θ=(K-1)×180°/(K+1)=(1.2-1)×180/(1.2+1)=0.2×180/2.2≈16.36°。设曲柄AB=l，连杆BC=m，机架AD=n。根据摇杆摆角ψ=45°，有：l_CD=100mm，极位时AB+BC=AC1，BC-AB=AC2，AC1-AC2=2l=CD×2sin(ψ/2)=100×2×sin22.5°≈76.54mm，故l≈38.27mm（最短杆）。AC1=l+m=AD+CD×cos(θ/2)=n+100×cos8.18°≈n+99；AC2=m-l=AD-CD×cos(θ/2)=n-99。联立得m=(AC1+AC2)/2=(n+99+n-99)/2=n；l=(AC1-AC2)/2=99，与假设l为最短杆矛盾，需调整计算（正确方法：利用几何关系AC1