机械原理一试题库及答案

机械原理一试题库及答案一、选择题1.平面机构中，每个低副引入的约束为（）A.1个B.2个C.3个D.4个答案：B解析：低副是面接触，平面低副包括转动副和移动副，每个低副引入2个约束，使构件失去2个自由度。2.机构具有确定运动的条件是（）A.自由度大于零B.自由度大于零且原动件数等于自由度C.自由度大于零且原动件数大于自由度D.自由度大于零且原动件数小于自由度答案：B解析：机构具有确定运动的条件是机构的自由度大于零，且原动件的数目等于机构的自由度数目。若原动件数小于自由度，机构运动不确定；若原动件数大于自由度，机构将无法正常运动甚至损坏。3.曲柄摇杆机构中，摇杆为主动件时，（）死点位置。A.不存在B.可能存在C.一定存在D.不确定答案：C解析：当摇杆为主动件时，在连杆与曲柄共线的两个位置，会出现驱动力的作用线通过转动副中心，此时传动角为0°，压力角为90°，机构处于死点位置。4.渐开线齿轮的齿廓曲线形状取决于（）A.分度圆B.基圆C.齿根圆D.齿顶圆答案：B解析：渐开线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。所以渐开线齿轮的齿廓曲线形状取决于基圆的大小，基圆不同，渐开线的形状也不同。5.一对渐开线标准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.齿厚和齿槽宽分别相等答案：C解析：一对渐开线标准直齿圆柱齿轮正确啮合时，必须保证两轮的模数和压力角分别相等，这样才能保证两轮的齿廓曲线形状相同，实现正确的啮合传动。6.带传动工作时，带中的应力是（）A.拉应力B.弯曲应力C.离心应力D.以上三种应力之和答案：D解析：带传动工作时，带中存在三种应力：拉应力（包括紧边拉应力和松边拉应力）、弯曲应力（带绕过带轮时产生）和离心应力（带作圆周运动时产生），带中的总应力是这三种应力之和。7.链传动中，链节数常取偶数，是为了（）A.提高链传动的平稳性B.使链传动受力均匀C.避免采用过渡链节D.增加链的强度答案：C解析：当链节数为偶数时，链条首尾相连时可以采用外链板和内链板相接的方式，不需要采用过渡链节。过渡链节的强度较低，会影响链条的整体强度和可靠性，所以链节数常取偶数。8.蜗杆传动中，蜗杆的头数越少，则（）A.传动效率越高B.传动效率越低C.自锁性越差D.与传动效率和自锁性无关答案：B解析：蜗杆的头数越少，导程角越小，蜗杆传动的效率越低，但自锁性越好。因为导程角小，蜗杆和蜗轮之间的相对滑动速度大，摩擦损失大，所以效率低；同时，当导程角小于当量摩擦角时，蜗杆传动具有自锁性。9.轴的材料通常采用（）A.碳钢B.合金钢C.铸铁D.以上都可以答案：D解析：轴的材料可以根据不同的工作要求和条件选择。碳钢价格便宜，具有良好的综合力学性能，应用广泛；合金钢具有较高的强度和韧性，适用于承受重载和冲击载荷的轴；铸铁可用于一些对强度要求不高的场合，如某些低速、轻载的轴。10.滚动轴承的基本额定动载荷是指（）A.轴承所能承受的最大载荷B.轴承在额定寿命为10⁶转时所能承受的载荷C.轴承在工作温度为100℃时所能承受的载荷D.轴承在转速为1000r/min时所能承受的载荷答案：B解析：滚动轴承的基本额定动载荷是指一批相同规格的轴承，在相同的条件下运转，其中90%的轴承在额定寿命为10⁶转时所能承受的载荷。它是衡量滚动轴承承载能力的一个重要指标。二、判断题1.机构的自由度一定大于零。（×）解析：机构的自由度可以等于零，此时机构成为一个刚性桁架，不能运动；也可以小于零，这种情况在实际中是不合理的，说明机构的约束过多。只有当自由度大于零且原动件数等于自由度时，机构才具有确定的运动。2.平面四杆机构中，若最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和，则一定有曲柄存在。（×）解析：平面四杆机构中，若最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和，还需要根据不同的机架选择情况来判断是否有曲柄存在。当最短杆为机架时，机构为双曲柄机构；当最短杆的邻边为机架时，机构为曲柄摇杆机构；当最短杆的对边为机架时，机构为双摇杆机构。3.渐开线齿轮的齿廓啮合特性之一是能保证定传动比传动。（√）解析：渐开线齿轮的齿廓曲线满足啮合基本定律，即不论两轮的齿廓在何处接触，过接触点的公法线始终与两轮的连心线交于一定点（节点），所以能保证定传动比传动。4.带传动的弹性滑动是不可避免的，而打滑是可以避免的。（√）解析：带传动中，由于带的弹性变形和拉力差的存在，导致带在带轮上产生弹性滑动，这是带传动的固有特性，不可避免。而打滑是由于过载引起的，当传递的载荷超过带与带轮之间的最大摩擦力时，带会在带轮上全面滑动，通过合理设计带传动、避免过载等措施可以避免打滑。5.链传动的平均传动比是恒定的，但瞬时传动比是变化的。（√）解析：链传动的平均传动比等于两轮的齿数之比，是恒定的。但由于链条绕在链轮上形成多边形，在传动过程中，链条的速度是周期性变化的，导致瞬时传动比也是变化的。6.蜗杆传动的传动比等于蜗杆的头数与蜗轮的齿数之比。（×）解析：蜗杆传动的传动比等于蜗轮的齿数与蜗杆的头数之比，即\(i=z_2/z_1\)（\(z_2\)为蜗轮齿数，\(z_1\)为蜗杆头数）。7.滑动轴承的主要失效形式是磨损和胶合。（√）解析：滑动轴承工作时，轴颈与轴承衬之间存在相对滑动，会产生磨损；当润滑不良、载荷过大等情况发生时，还可能出现胶合现象，即轴颈和轴承衬表面的金属直接接触并粘结在一起，所以磨损和胶合是滑动轴承的主要失效形式。8.联轴器和离合器的主要作用都是连接两轴，使两轴一起转动并传递转矩，但联轴器在工作时两轴不能分离，而离合器在工作时两轴可以分离。（√）解析：联轴器用于将两轴连接在一起，在机器运转过程中两轴不能分离，只有在机器停车后才能拆卸；而离合器可以在机器运转过程中根据需要随时使两轴分离或结合，实现动力的传递和切断。三、简答题1.简述平面机构自由度的计算方法，并说明各参数的含义。答：平面机构自由度的计算公式为\(F=3n-2P_L-P_H\)，其中：-\(F\)表示平面机构的自由度，即机构具有的独立运动参数的数目。-\(n\)表示机构中活动构件的数目，不包括机架。-\(P_L\)表示机构中的低副数目，低副是面接触的运动副，如转动副和移动副。-\(P_H\)表示机构中的高副数目，高副是点或线接触的运动副。2.什么是凸轮机构的压力角？压力角的大小对凸轮机构的工作有何影响？答：凸轮机构的压力角是指在不计摩擦的情况下，凸轮对从动件的作用力方向与从动件运动方向之间的夹角。压力角的大小对凸轮机构的工作有重要影响：-压力角越大，凸轮对从动件的作用力在从动件运动方向上的分力越小，而垂直于从动件运动方向的分力越大。这会导致机构的传力性能变差，效率降低，同时还会增加从动件与导轨之间的侧向压力，加剧磨损，甚至可能出现自锁现象，使机构不能正常工作。-为了保证凸轮机构的正常工作，通常需要限制压力角的最大值。在设计凸轮机构时，应使压力角在许用范围内。3.简述齿轮传动的优缺点。答：齿轮传动的优点：-传动效率高：一般圆柱齿轮传动的效率可达95%-98%，是一种高效的传动方式。-传动比恒定：能保证准确的传动比，可实现精确的运动和动力传递，适用于对传动比要求严格的场合。-结构紧凑：在相同的传递功率和转速条件下，齿轮传动所需的空间尺寸相对较小。-工作可靠、寿命长：只要设计、制造和使用维护得当，齿轮传动可以长期稳定地工作，使用寿命较长。-适用范围广：可用于各种不同的转速、功率和工作条件，圆周速度可从很低到很高，传递功率可从很小到很大。齿轮传动的缺点：-制造和安装精度要求高：齿轮的制造需要专门的设备和工艺，对加工精度要求较高；安装时也需要保证较高的装配精度，否则会影响传动的平稳性和寿命。-成本较高：由于制造和安装要求高，齿轮传动的成本相对较高。-不适用于远距离传动：当两轴之间的距离较远时，采用齿轮传动会使结构变得复杂，成本增加，此时可考虑采用带传动、链传动等其他传动方式。4.带传动为什么要张紧？常用的张紧方法有哪些？答：带传动张紧的原因：带传动是依靠带与带轮之间的摩擦力来传递动力的，带在使用一段时间后会因塑性变形而伸长，导致带与带轮之间的摩擦力减小，容易出现打滑现象，影响传动的正常工作。因此，需要对带进行张紧，以保证带与带轮之间有足够的摩擦力，实现可靠的传动。常用的张紧方法有：-调整中心距：通过调整两带轮的中心距来张紧带。对于水平或接近水平布置的带传动，可增大中心距；对于垂直或接近垂直布置的带传动，可减小中心距。这种方法适用于中心距可以调整的场合。-使用张紧轮：当中心距不能调整时，可采用张紧轮张紧。张紧轮一般安装在松边内侧，靠近大带轮处，这样可以使带只受单向弯曲，减小带的弯曲应力，延长带的使用寿命。张紧轮的直径应与小带轮直径相近。四、计算题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）。[此处可自行绘制一个简单的平面机构图，例如含有几个杆和运动副的机构]解：-首先，确定活动构件的数目\(n\)：观察机构可知，除去机架，活动构件的数目\(n=4\)。-然后，确定低副数目\(P_L\)和高副数目\(P_H\)：图中共有5个转动副和1个移动副，所以低副数目\(P_L=5+1=6\)，高副数目\(P_H=0\)。-根据平面机构自由度计算公式\(F=3n-2P_L-P_H\)，可得：\(F=3×4-2×6-0\)\(=12-12\)\(=0\)由于机构的自由度\(F=0\)，说明该机构不能运动，不具有确定的运动。2.已知一对渐开线标准直齿圆柱齿轮传动，模数\(m=5mm\)，压力角\(\alpha=20^{\circ}\)，齿数\(z_1=20\)，\(z_2=40\)。求：（1）两轮的分度圆直径\(d_1\)、\(d_2\)；（2）两轮的齿顶圆直径\(d_{a1}\)、\(d_{a2}\)；（3）两轮的齿根圆直径\(d_{f1}\)、\(d_{f2}\)；（4）两轮的中心距\(a\)。解：（1）根据分度圆直径公式\(d=mz\)，可得：\(d_1=mz_1=5×20=100mm\)\(d_2=mz_2=5×40=200mm\)（2）对于标准直齿圆柱齿轮，齿顶高系数\(h_a^=1\)，齿顶圆直径公式为\(d_a=d+2h_a^\)，则：\(d_{a1}=d_1+2h_a^m=100+2×1×5=110mm\)\(d_{a2}=d_2+2h_a^m=200+2×1×5=210mm\)（3）顶隙系数\(c^=0.25\)，齿根圆直径公式为\(d_f=d-2(h_a^+c^)m\)，则：\(d_{f1}=d_1-2(h_a^+c^)m=100-2×(1+0.25)×5=87.5mm\)\(d_{f2}=d_2-2(h_a^+c^)m=200-2×(1+0.25)×5=187.5mm\)（4）中心距公式为\(a=\frac{d_1+d_2}{2}\)，则：\(a=\frac{100+200}{2}=150mm\)3.有一单级斜齿圆柱齿轮传动，已知：\(m_n=4mm\)，\(\beta=15^{\circ}\)，\(z_1=20\)，\(z_2=40\)。求：（1）法面模数\(m_n\)、端面模数\(m_t\)；（2）两轮的分度圆直径\(d_1\)、\(d_2\)；（3）中心距\(a\)。解：（1）已知法面模数\(m_n=4mm\)。根据端面模数与法面模数的关系\(m_t=\frac{m_n}{\cos\beta}\)，可得：\(m_t=\frac{4}{\cos15^{\circ}}\approx\frac{4}{0.9659}\approx4.14mm\)（2）根据分度圆直径公式\(d=m_tz\)，可得：\(d_1=m_tz_1=\frac{m_n}{\cos\beta}z_1=\frac{4}{\cos15^{\circ}}×20\approx4.14×20=