机械原理试题及答案(试卷+答案)

机械原理试题及答案(+答案)一、单项选择题（每题2分，共20分）1.两构件通过（）接触组成的运动副称为低副。A.点B.线C.面D.点或线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.原动件数大于零D.自由度大于1且原动件数大于13.对于双摇杆机构，最短杆与最长杆长度之和（）其余两杆长度之和。A.大于B.小于C.等于D.大于、小于、等于均可4.在曲柄摇杆机构中，若曲柄为原动件，最小传动角出现在（）的位置。A.曲柄与连杆共线B.曲柄与机架共线C.摇杆与连杆共线D.摇杆与机架共线5.凸轮机构中，从动件的运动规律取决于（）。A.凸轮轮廓曲线B.凸轮转速C.凸轮形状D.从动件形状6.渐开线标准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.模数和压力角分别相等D.齿数相等7.一对渐开线标准直齿圆柱齿轮传动，当中心距略有变化时，（）。A.传动比不变，啮合角不变B.传动比改变，啮合角改变C.传动比不变，啮合角改变D.传动比改变，啮合角不变8.在周转轮系中，若自由度为2，则称其为（）。A.差动轮系B.行星轮系C.混合轮系D.定轴轮系9.机械运转时，出现周期性速度波动的原因是（）。A.驱动力作功大于阻力作功B.驱动力作功小于阻力作功C.驱动力作功与阻力作功呈周期性变化D.驱动力作功与阻力作功相等10.动平衡的转子（）是静平衡的。A.一定B.不一定C.一定不D.无法确定二、填空题（每题2分，共20分）1.平面运动副按所引入的约束数目可分为____副和____副。2.平面机构的自由度计算公式为____。3.铰链四杆机构的基本类型有____、____和____。4.凸轮机构按从动件的形式可分为____从动件、____从动件和____从动件。5.渐开线的形状取决于____的大小。6.一对渐开线标准直齿圆柱齿轮的正确安装条件是____。7.周转轮系由____、____和____三部分组成。8.机械的效率等于____与____之比。9.机械中周期性速度波动用____调节，非周期性速度波动用____调节。10.静平衡的条件是____，动平衡的条件是____。三、判断题（每题1分，共10分）1.机构中的构件可以是一个单独的零件，也可以是由若干个零件刚性连接而成的一个整体。（）2.平面机构的自由度一定大于零。（）3.在曲柄摇杆机构中，摇杆的摆角越大，机构的急回特性越明显。（）4.凸轮机构中，从动件的行程等于凸轮的轮廓曲线的最大向径与最小向径之差。（）5.渐开线齿轮的齿廓形状与基圆半径有关，基圆半径越大，齿廓曲线越趋于直线。（）6.一对渐开线标准直齿圆柱齿轮传动，其中心距的大小对传动比没有影响。（）7.周转轮系中，行星轮既作自转又作公转。（）8.机械的效率总是小于1。（）9.飞轮可以调节机械的非周期性速度波动。（）10.动平衡的转子一定满足静平衡条件。（）四、简答题（每题5分，共20分）1.简述机构具有确定运动的条件，并举例说明。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？3.简述渐开线齿轮的特点。4.什么是机械的自锁？自锁的条件是什么？五、计算分析题（每题15分，共30分）1.计算如图所示机构的自由度，并判断该机构是否具有确定的运动。图中，构件1为原动件。（如有复合铰链、局部自由度和虚约束，请指出）2.如图所示为一渐开线标准直齿圆柱齿轮传动，已知：$m=5mm$，$z_1=20$，$z_2=40$，$α=20°$。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）该对齿轮传动的中心距$a$。机械原理试题答案一、单项选择题1.答案：C解析：两构件通过面接触组成的运动副称为低副，点或线接触组成的运动副称为高副。2.答案：B解析：机构具有确定运动的条件是自由度大于零且原动件数等于自由度。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，机构会损坏。3.答案：D解析：对于双摇杆机构，最短杆与最长杆长度之和大于、小于、等于其余两杆长度之和均可。当最短杆与最长杆长度之和大于其余两杆长度之和时，一定是双摇杆机构；当最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和时，以最短杆的对边为机架时为双摇杆机构。4.答案：B解析：在曲柄摇杆机构中，若曲柄为原动件，最小传动角出现在曲柄与机架共线的位置。5.答案：A解析：凸轮机构中，从动件的运动规律取决于凸轮轮廓曲线。凸轮轮廓曲线不同，从动件的运动规律就不同。6.答案：C解析：渐开线标准直齿圆柱齿轮的正确啮合条件是模数和压力角分别相等。只有模数和压力角分别相等，才能保证两轮的齿廓曲线形状相同，实现正确啮合。7.答案：C解析：一对渐开线标准直齿圆柱齿轮传动，当中心距略有变化时，传动比不变，因为传动比只与两轮的齿数有关；但啮合角改变，因为中心距变化会导致两轮的节圆半径变化，从而使啮合角改变。8.答案：A解析：在周转轮系中，若自由度为2，则称其为差动轮系；若自由度为1，则称其为行星轮系。9.答案：C解析：机械运转时，出现周期性速度波动的原因是驱动力作功与阻力作功呈周期性变化。在一个周期内，驱动力作功与阻力作功相等，但在周期内的不同时刻，驱动力作功与阻力作功不相等，从而导致速度波动。10.答案：A解析：动平衡的转子一定是静平衡的。动平衡不仅要满足静平衡的条件（所有惯性力的矢量和为零），还要满足所有惯性力偶矩的矢量和为零。二、填空题1.答案：Ⅰ级；Ⅱ级解析：平面运动副按所引入的约束数目可分为Ⅰ级副（引入1个约束）和Ⅱ级副（引入2个约束）。2.答案：$F=3n-2P_L-P_H$解析：平面机构的自由度计算公式为$F=3n-2P_L-P_H$，其中$n$为活动构件数，$P_L$为低副数，$P_H$为高副数。3.答案：曲柄摇杆机构；双曲柄机构；双摇杆机构解析：铰链四杆机构的基本类型有曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。4.答案：尖顶；滚子；平底解析：凸轮机构按从动件的形式可分为尖顶从动件、滚子从动件和平底从动件。5.答案：基圆半径解析：渐开线的形状取决于基圆半径的大小。基圆半径越大，渐开线越趋于直线；基圆半径越小，渐开线越弯曲。6.答案：两轮的分度圆与节圆重合解析：一对渐开线标准直齿圆柱齿轮的正确安装条件是两轮的分度圆与节圆重合，此时的中心距为标准中心距。7.答案：太阳轮；行星轮；行星架解析：周转轮系由太阳轮、行星轮和行星架三部分组成。太阳轮是中心轮，行星轮既绕自身轴线自转又绕太阳轮公转，行星架用于支撑行星轮。8.答案：输出功；输入功解析：机械的效率等于输出功与输入功之比，即$\eta=\frac{W_{out}}{W_{in}}$。9.答案：飞轮；调速器解析：机械中周期性速度波动用飞轮调节，飞轮可以在机械能量过剩时储存能量，在能量不足时释放能量，从而减小速度波动；非周期性速度波动用调速器调节，调速器可以根据机械的负载变化自动调节驱动力，使机械的速度保持稳定。10.答案：所有惯性力的矢量和为零；所有惯性力的矢量和为零且所有惯性力偶矩的矢量和为零解析：静平衡的条件是所有惯性力的矢量和为零，动平衡的条件是所有惯性力的矢量和为零且所有惯性力偶矩的矢量和为零。三、判断题1.答案：√解析：机构中的构件可以是一个单独的零件，也可以是由若干个零件刚性连接而成的一个整体。例如，发动机中的曲轴，它是由多个零件锻造或加工而成的一个整体，作为一个构件参与机构的运动。2.答案：×解析：平面机构的自由度不一定大于零。当自由度小于等于零时，机构不能运动，成为一个刚性桁架。3.答案：√解析：在曲柄摇杆机构中，摇杆的摆角越大，机构的急回特性越明显。急回特性可以用行程速比系数$K$来衡量，摇杆摆角越大，$K$值越大，急回特性越明显。4.答案：√解析：凸轮机构中，从动件的行程等于凸轮的轮廓曲线的最大向径与最小向径之差。这是从动件在凸轮轮廓曲线作用下的最大位移。5.答案：√解析：渐开线齿轮的齿廓形状与基圆半径有关，基圆半径越大，齿廓曲线越趋于直线。当基圆半径趋于无穷大时，渐开线就变成了直线，此时的齿轮为齿条。6.答案：√解析：一对渐开线标准直齿圆柱齿轮传动，其中心距的大小对传动比没有影响。传动比只与两轮的齿数有关，即$i_{12}=\frac{z_2}{z_1}$。7.答案：√解析：周转轮系中，行星轮既作自转又作公转。行星轮一方面绕自身轴线自转，另一方面又随行星架绕太阳轮公转。8.答案：√解析：机械的效率总是小于1。因为在机械运动过程中，存在各种摩擦、磨损等能量损失，所以输出功总是小于输入功，效率小于1。9.答案：×解析：飞轮不能调节机械的非周期性速度波动。飞轮只能调节机械的周期性速度波动，对于非周期性速度波动，需要用调速器来调节。10.答案：√解析：动平衡的转子一定满足静平衡条件。动平衡是在静平衡的基础上，进一步要求所有惯性力偶矩的矢量和为零，所以动平衡的转子必然满足静平衡条件。四、简答题1.答：机构具有确定运动的条件是自由度大于零且原动件数等于自由度。举例：在曲柄摇杆机构中，该机构的自由度$F=3n-2P_L-P_H$，设曲柄、连杆、摇杆和机架分别为4个构件（$n=3$，因为机架为固定构件不算活动构件），有4个转动副（$P_L=4$），没有高副（$P_H=0$），则$F=3\times3-2\times4-0=1$。当以曲柄为原动件时，原动件数为1，等于自由度，此时机构具有确定的运动，曲柄作整周转动，摇杆作往复摆动。如果原动件数小于自由度，例如没有原动件，机构将处于静止或不确定的运动状态；如果原动件数大于自由度，例如给曲柄和摇杆都施加原动件，机构将无法正常运动，可能会导致构件损坏。2.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上力作用点的速度方向之间的夹角。压力角的大小对凸轮机构的工作有重要影响。压力角越大，有效分力越小，有害分力越大。当压力角增大到一定程度时，有害分力会使从动件与凸轮之间的摩擦力增大，甚至导致从动件卡死，使机构无法正常工作。因此，在设计凸轮机构时，通常要限制压力角的最大值，一般规定许用压力角$[\alpha]$，推程时$[\alpha]=30°-40°$，回程时$[\alpha]=70°-80°$。3.答：渐开线齿轮具有以下特点：（1）传动比恒定：渐开线齿轮的传动比只与两轮的基圆半径或齿数有关，与中心距的大小无关。当中心距略有变化时，传动比不变，这保证了传动的平稳性。（2）啮合线为直线：渐开线齿轮啮合时，啮合点的轨迹是一条直线，即啮合线。这使得两轮之间的正压力方向不变，有利于提高齿轮的承载能力和传动效率。（3）齿廓间正压力方向不变：由于啮合线为直线，齿廓间正压力方向始终沿着啮合线方向，这使得齿轮传动时的受力情况较为稳定，减少了振动和噪声。（4）可分性：渐开线齿轮的传动比与中心距的大小无关，只要两轮的模数和压力角分别相等，即使中心距稍有变化，仍能保证正确的啮合传动。（5）制造和安装方便：渐开线齿轮的齿廓形状便于用刀具进行加工制造，而且在安装时对中心距的精度要求相对较低。4.答：机械的自锁是指由于摩擦的存在，在一定的几何条件下，无论驱动力如何增大，机械都不能运动的现象。自锁的条件通常有以下几种情况：（1）对于移动副，当驱动力作用在摩擦角之内时，即驱动力与接触面法线的夹角小于等于摩擦角时，移动副发生自锁。此时，驱动力的有效分力小于摩擦力，无论驱动力多大，都无法使滑块移动。（2）对于转动副，当驱动力矩小于等于摩擦力矩时，转动副发生自锁。例如，在螺旋传动中，当螺纹升角小于等于当量摩擦角时，螺旋传动会发生自锁，即无论轴向载荷多大，都不会使螺杆自动转动。五、计算分析题1.解：（1）确定活动构件数$n$：图中活动构件有7个，即$n=7$。（2）确定低副数$P_L$和高副数$P_H$：-低副：有9个转动副，所以$P_L=9$。-高副：有1个高副，即$P_H=1$。（3）检查复合铰链、局部自由度和虚约束：-复合铰链：在构件2、3、4的连接处为复合铰链，此处有2个转动副。-局部自由度：图中没有局部自由度。-虚约束：图中没有虚约束。（4）计算自由度$F$：根据公式$F=3n-2P_L-P_H$，可得$F=3\times7-2\times9-1=21-18-1=2$。因为原动件数为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.解：（1）计算两轮的分度圆直径$d_1$、$d_2$：根据分度圆直径公式$d=mz$，可得：$d_1=mz_1=5\times20=100mm$$d_2=mz_2=5\times40=200mm$（2）计算两轮的齿顶圆直径$d_{a1}$、$d_{a2}$：对于标准直