机械原理试题及答案(试卷+答案)

机械原理试题及答案(试卷+答案)一、单项选择题（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.计入活动构件数B.从活动构件数中扣除C.计入低副数D.从低副数中扣除2.平面四杆机构中，若最短杆与最长杆长度之和小于等于其余两杆长度之和，且以最短杆的邻边为机架，则机构为（）。A.曲柄摇杆机构B.双曲柄机构C.双摇杆机构D.无法确定3.凸轮机构中，从动件运动规律为等加速等减速时，其速度曲线为（）。A.水平线B.斜直线C.抛物线D.正弦曲线4.渐开线直齿圆柱齿轮的正确啮合条件是（）。A.模数相等B.压力角相等C.模数和压力角均相等D.齿顶高系数相等5.周转轮系中，若自由度为2，则需要（）个原动件才能使其具有确定运动。A.1B.2C.3D.46.棘轮机构中，止动爪的主要作用是（）。A.传递运动B.防止棘轮反转C.增大棘轮强度D.减少摩擦7.机械发生自锁的本质原因是（）。A.驱动力太小B.摩擦力太大C.驱动力的有效分力小于摩擦力D.构件重力太大8.渐开线齿轮的齿廓在分度圆处的压力角为20°，则在齿顶圆处的压力角（）。A.等于20°B.大于20°C.小于20°D.无法确定9.动平衡的刚性转子（）。A.一定满足静平衡B.不一定满足静平衡C.静平衡一定不满足D.与静平衡无关10.带传动中，弹性滑动的主要原因是（）。A.带的预紧力不足B.带与带轮间的摩擦力不足C.带的材料弹性变形D.主动轮与从动轮直径不等二、填空题（每空1分，共20分）1.平面机构自由度计算公式为F=__________，其中n为活动构件数，PL为低副数，PH为高副数。2.机构具有确定运动的条件是__________。3.平面四杆机构的急回特性用__________系数表示，其值越大，急回特性越明显。4.凸轮机构中，基圆是指__________的最小半径的圆。5.渐开线齿轮的模数m=__________（p为齿距）。6.标准直齿圆柱齿轮分度圆上的齿厚__________（填“大于”“等于”或“小于”）槽宽。7.周转轮系中，太阳轮、行星轮和行星架的关系是：行星轮既绕自身轴线自转，又随__________绕太阳轮公转。8.棘轮机构的主动件通常是__________，从动件是棘轮。9.机械中安装飞轮的主要目的是__________。10.机械平衡分为__________平衡和__________平衡，前者针对盘状转子，后者针对轴类转子。11.螺旋机构的自锁条件是螺旋升角__________（填“大于”“小于”或“等于”）当量摩擦角。12.齿轮传动的连续传动条件是__________。13.平面连杆机构中，压力角α与传动角γ的关系为__________。14.凸轮从动件常用的运动规律中，__________运动规律会产生刚性冲击。15.定轴轮系的传动比等于各对啮合齿轮__________的连乘积。三、简答题（每题6分，共30分）1.简述机构具有确定运动的条件，并说明若不满足该条件会出现什么情况。2.平面四杆机构的基本类型有哪些？如何根据杆长条件判断其类型？3.凸轮机构中，从动件常用的运动规律有哪些？各有什么冲击特性？4.渐开线齿轮的正确啮合条件和连续传动条件分别是什么？二者有何区别？5.机械平衡的目的是什么？静平衡和动平衡的主要区别是什么？四、分析计算题（共30分）1.（8分）计算图1所示平面机构的自由度（需指出是否存在复合铰链、局部自由度或虚约束）。已知：活动构件数n=7，低副PL=9（其中A、B、C处为三个构件铰接，D处为两个滚子与从动件接触），高副PH=1。2.（8分）某平面四杆机构中，各杆长度分别为：AB=30mm，BC=80mm，CD=60mm，DA=70mm（DA为机架）。（1）判断该机构的类型；（2）若该机构存在急回特性，计算其行程速比系数K（已知极位夹角θ=15°）。3.（7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r0=40mm，偏距e=10mm（从动件偏于凸轮转动中心右侧），从动件运动规律为：推程（0°~120°）等速上升h=25mm；远休止（120°~180°）；回程（180°~300°）等加速等减速下降；近休止（300°~360°）。试绘制从动件的位移曲线s-δ图（δ为凸轮转角）。4.（7分）图2所示轮系中，已知各轮齿数：z1=20，z2=40，z3=25，z4=50，z5=30，z6=90，齿轮1为主动轮，齿轮6与行星架H固连。试求传动比i1H（需说明轮系类型并拆分计算）。答案一、单项选择题1.B2.A3.B4.C5.B6.B7.C8.B9.A10.C二、填空题1.3n-2PL-PH2.自由度大于0且等于原动件数目3.行程速比（K）4.凸轮理论廓线5.p/π6.等于7.行星架8.摇杆（或摆杆）9.调节机械的周期性速度波动10.静；动11.小于12.重合度ε≥113.γ=90°-α14.等速15.传动比（或齿数比的反比）三、简答题1.条件：机构的自由度F>0，且F等于原动件数目。若F=0，机构为刚性桁架，无相对运动；若F>原动件数，机构运动不确定；若F<原动件数，机构会因约束过多而损坏。2.基本类型：曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构。判断条件：（1）若最短杆与最长杆长度之和≤其余两杆长度之和（杆长条件），则：①取最短杆为机架→双曲柄机构；②取最短杆邻边为机架→曲柄摇杆机构；③取最短杆对边为机架→双摇杆机构。（2）若不满足杆长条件→双摇杆机构。3.常用运动规律：（1）等速运动：速度突变，产生刚性冲击；（2）等加速等减速运动：加速度突变，产生柔性冲击；（3）余弦加速度（简谐）运动：加速度突变，柔性冲击；（4）正弦加速度（摆线）运动：无冲击。4.正确啮合条件：两齿轮的模数和压力角分别相等（m1=m2，α1=α2）；连续传动条件：重合度ε≥1（实际中取ε≥1.1~1.4）。区别：正确啮合保证齿廓能正确接触传动，连续传动保证前一对齿脱离啮合前，后一对齿已进入啮合，避免运动中断。5.目的：消除或减少惯性力（矩）对机械的不良影响（如振动、噪声、磨损）。区别：静平衡仅平衡惯性力（转子质心在回转轴线上），适用于宽径比b/d≤0.2的盘状转子；动平衡同时平衡惯性力和惯性力偶矩（转子惯性力系的主矢和主矩均为零），适用于b/d>0.2的轴类转子。四、分析计算题1.（1）复合铰链：A、B、C处三个构件铰接，各算2个低副（原PL=9中已包含，无需额外调整）；（2）局部自由度：D处两个滚子的自转，为局部自由度，应扣除1个（n’=n-1=6）；（3）虚约束：无（题目未提及重复约束或平行构件）。自由度F=3n’-2PL-PH=3×6-2×9-1=18-18-1=-1？（错误，需重新检查）正确分析：活动构件n=7（含滚子），局部自由度为D处两个滚子的自转（2个局部自由度？不，每个滚子自转是1个局部自由度，若两个滚子独立，应扣除2个），但通常滚子与从动件固连，自转不影响整体运动，故局部自由度为1（从动件上的滚子）。修正后n=7-1=6，PL=9（低副包括转动副和移动副，A、B、C处各为2个转动副，共3×2=6，其余为3个转动副或移动副，总计9），PH=1（高副）。F=3×6-2×9-1=18-18-1=-1（显然错误，说明题目描述可能有误，正确机构自由度应为正数。假设PL=8，PH=1，则F=3×7-2×8-1=21-16-1=4，仍不合理。可能题目中PL=9包含复合铰链的正确计数：A、B、C处各为2个低副（3个构件铰接算2个低副），共3×2=6，其余低副为3个（如移动副或转动副），总计6+3=9，n=7（活动构件），局部自由度1（滚子），则n’=7-1=6，F=3×6-2×9-1=18-18-1=-1，说明机构存在错误。实际应假设题目中PL=8，PH=1，局部自由度1，则F=3×(7-1)-2×8-1=18-16-1=1（合理）。答案：F=1（需根据实际机构修正，此处假设存在1个局部自由度，最终自由度为1）。2.（1）杆长条件：最短杆AB=30mm，最长杆BC=80mm，AB+BC=110mm，AD+CD=70+60=130mm，110≤130，满足杆长条件。机架为AD（最短杆AB的邻边），故为曲柄摇杆机构。（2）行程速比系数K=(180°+θ)/(180°-θ)=(180+15)/(180-15)=195/165≈1.18。3.位移曲线绘制步骤：-推程（0°~120°）：等速上升，s=25×(δ/120)，δ=0°时s=0，δ=120°时s=25mm；-远休止（120°~180°）：s=25mm（水平线）；-回程（180°~300°）：等加速等减速下降，总角度120°，前60°等加速，后60°等减速。等加速段位移s=25-2×(δ’/60)²×(25/2)（δ’=δ-180°，0≤δ’≤60°），δ=180°时s=25mm，δ=240°时s=12.5mm；等减速段s=25-25+2×((120-δ’)/60)²×(25/2)（60°≤δ’≤120°），δ=300°时s=0；-近休止（300°~360°）：s=0（水平线）。4.轮系类型：齿轮1-2-3为定轴轮系（齿轮3与齿轮4啮合，齿轮4-5-6-H为周转轮系（行星架H，太阳轮4、6，行星轮5）。定轴轮系传动比i13=z2/z1×z3/z2=z3/z1=25/20=5/4（齿轮1与3转向相同）。周转轮系中，太阳轮4（z4=50）、6（z6=90），行星轮5（z5=30），行星架H。其转化轮系传动比i46^H=(n4-nH)/(n6-nH)=-z6/z4=-90/50=-9/5。因齿轮3与4固连（n3=n4），且i13=n1/n3=5/4→n3=(4/5)n1→n4=(4/5)n1。齿轮6与H固连（n6=nH），代入周转轮系公式：(n4-nH)/(nH-nH)=(n4-nH)/0无意义（错误，应n6与H固连，即n6=nH？题目中“齿轮6与行星架H固连”，故n6=nH。修正：周转轮系中，n6=nH，求i1H=n1/nH。转化轮系传动比i46^H=(n4-nH)/(n6-nH)=(n4-nH)/(nH-nH)→分母为0，说明齿轮4与6的轴线平行，且n6=nH，此时行星轮5为惰轮，周转轮系实际为定轴轮系？不，应重