机械原理考试题含答案

机械原理考试题含答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.平面机构中，每个低副引入的约束数为（）A.1B.2C.3D.4答案：B解析：在平面机构中，低副分为转动副和移动副，它们都限制了构件的两个独立运动，所以每个低副引入的约束数为2。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.自由度大于零且原动件数大于自由度答案：B解析：机构要具有确定的运动，首先其自由度必须大于零，以保证机构有运动的可能性；同时，原动件的数目必须等于机构的自由度，这样才能使机构的运动具有确定性。如果原动件数小于自由度，机构运动不确定；如果原动件数大于自由度，机构将无法正常运动甚至损坏。3.渐开线标准直齿圆柱齿轮传动的重合度ε越接近1，则（）A.同时啮合的轮齿对数越多B.同时啮合的轮齿对数越少C.齿面接触强度越高D.齿根弯曲强度越高答案：B解析：重合度ε表示同时参与啮合的轮齿对数的平均值。重合度ε越接近1，说明同时参与啮合的轮齿对数越少；重合度越大，同时啮合的轮齿对数越多。而齿面接触强度和齿根弯曲强度与重合度并无直接的接近1时的对应关系。4.一对渐开线标准直齿圆柱齿轮正确啮合的条件是（）A.两齿轮的模数和压力角分别相等B.两齿轮的齿数相等C.两齿轮的齿宽相等D.两齿轮的分度圆直径相等答案：A解析：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。只有模数相等，才能保证两轮的齿大小相同，能够正确啮合；压力角相等则保证了齿廓的形状匹配，使轮齿间的作用力传递方向一致。齿数、齿宽和分度圆直径并非正确啮合的必要条件。5.周转轮系中，自由度为2的轮系称为（）A.行星轮系B.差动轮系C.混合轮系D.定轴轮系答案：B解析：周转轮系根据自由度的不同可分为行星轮系和差动轮系。自由度为1的周转轮系称为行星轮系；自由度为2的周转轮系称为差动轮系。定轴轮系中各齿轮的轴线位置是固定的，与周转轮系不同；混合轮系是定轴轮系和周转轮系的组合。6.在凸轮机构中，从动件的运动规律为等速运动时，会产生（）A.刚性冲击B.柔性冲击C.无冲击D.无法确定答案：A解析：当从动件按等速运动规律运动时，在运动开始和终止的瞬间，速度有突变，加速度理论上为无穷大，会产生刚性冲击，这种冲击会使机构产生强烈的振动和噪声，影响机构的工作平稳性和寿命。而柔性冲击是在加速度有突变但不为无穷大时产生的；等速运动规律是会产生冲击的。7.带传动工作时，带中的应力是（）A.静应力B.对称循环变应力C.脉动循环变应力D.非对称循环变应力答案：B解析：带传动工作时，带绕在带轮上，每转一周，带中的应力要经历两次拉伸和一次弯曲应力的变化，其应力变化是对称循环的。带在紧边和松边时的拉应力不同，绕上和绕出带轮时会产生弯曲应力，这种周期性的应力变化属于对称循环变应力。8.链传动中，链节数常取偶数，是为了避免采用（）A.过渡链节B.开口销C.弹簧卡片D.以上都不对答案：A解析：当链节数为偶数时，链条的首尾两端正好可以用外链板和内链板连接，不需要特殊的连接方式。而当链节数为奇数时，需要采用过渡链节来连接链条的首尾两端。过渡链节的强度较低，在工作中容易发生破坏，所以链节数常取偶数以避免采用过渡链节。9.蜗杆传动中，蜗杆的头数z₁越多，则（）A.传动效率越高B.传动效率越低C.蜗杆的刚度越高D.蜗杆的刚度越低答案：A解析：在蜗杆传动中，蜗杆的头数z₁越多，蜗杆导程角越大。导程角越大，相对滑动速度越小，摩擦损失越小，传动效率就越高。而蜗杆的刚度主要与蜗杆的尺寸、材料等因素有关，与蜗杆头数并无直接关系。10.轴按其受载情况可分为（）A.心轴、转轴和传动轴B.碳钢轴、合金钢轴和不锈钢轴C.直轴、曲轴和挠性轴D.实心轴和空心轴答案：A解析：轴按其受载情况可分为心轴、转轴和传动轴。心轴只承受弯矩；转轴既承受弯矩又承受转矩；传动轴主要承受转矩。按材料可分为碳钢轴、合金钢轴和不锈钢轴等；按轴线形状可分为直轴、曲轴和挠性轴；按截面形状可分为实心轴和空心轴。二、填空题（每题2分，共20分）1.平面机构的自由度计算公式为F=____________，其中n表示活动构件数，PL表示低副数，PH表示高副数。答案：3n-2PL-PH解析：该公式是根据平面机构中每个活动构件具有3个自由度，每个低副引入2个约束，每个高副引入1个约束推导得出的，用于计算平面机构的自由度，以判断机构是否具有确定的运动。2.渐开线齿轮的齿廓形状取决于____________。答案：基圆大小解析：渐开线是由基圆上发生线纯滚动而形成的，基圆的大小不同，所形成的渐开线形状也不同。基圆越小，渐开线越弯曲；基圆越大，渐开线越趋于平直。所以渐开线齿轮的齿廓形状取决于基圆大小。3.周转轮系由____________、行星轮、行星架和中心轮组成。答案：太阳轮解析：周转轮系中，中心轮通常也称为太阳轮，它与行星轮相啮合，行星轮安装在行星架上，绕着太阳轮做公转和自转运动，这几个部分共同构成了周转轮系的基本结构。4.凸轮机构中，从动件的常用运动规律有等速运动、等加速等减速运动、余弦加速度运动和____________。答案：正弦加速度运动解析：在凸轮机构设计中，为了满足不同的工作要求，从动件有多种运动规律可供选择。除了等速运动、等加速等减速运动、余弦加速度运动外，正弦加速度运动也是一种常用的运动规律，它的加速度曲线为正弦曲线，运动较为平稳，冲击较小。5.带传动的主要失效形式是打滑和____________。答案：疲劳破坏解析：带传动工作时，当传递的载荷超过带与带轮间的最大摩擦力时，带会在带轮上打滑，导致传动失效；同时，带在反复的弯曲和拉伸作用下，会产生疲劳裂纹，最终导致带的疲劳破坏，这也是带传动的主要失效形式之一。6.链传动的平均传动比____________，瞬时传动比____________。答案：恒定；不恒定解析：链传动的平均传动比是指主动链轮和从动链轮的转速之比，在忽略链条伸长等因素的情况下，其平均传动比是恒定的，计算公式为i=n₁/n₂=z₂/z₁（n₁、n₂分别为主动、从动链轮转速，z₁、z₂分别为主动、从动链轮齿数）。但由于链条的多边形效应，链传动的瞬时传动比是不恒定的，会在一定范围内波动。7.蜗杆传动的主要失效形式有胶合、磨损和____________。答案：疲劳点蚀解析：蜗杆传动中，由于蜗杆和蜗轮齿面间的相对滑动速度较大，发热量大，容易发生胶合现象；同时，齿面间的摩擦也会导致磨损；此外，在交变载荷作用下，齿面会产生疲劳点蚀，这些都是蜗杆传动的主要失效形式。8.轴上零件的周向固定方法有键连接、花键连接、销连接和____________等。答案：过盈配合连接解析：轴上零件的周向固定是为了防止零件与轴之间发生相对转动，保证扭矩的有效传递。键连接、花键连接、销连接和过盈配合连接都是常见的周向固定方法。过盈配合是通过轴和零件孔之间的过盈量产生摩擦力来实现周向固定的。9.滑动轴承按其承受载荷的方向可分为____________和推力轴承。答案：径向轴承解析：滑动轴承根据承受载荷的方向不同，可分为径向轴承和推力轴承。径向轴承主要承受径向载荷，即垂直于轴中心线方向的载荷；推力轴承主要承受轴向载荷，即沿着轴中心线方向的载荷。10.在机械中，为了减少机器运转中由于惯性力所引起的振动，可采用____________措施。答案：平衡解析：机器运转时，惯性力会使机器产生振动，影响机器的工作性能和寿命。通过平衡措施，如静平衡和动平衡，可以使旋转构件的质心与旋转轴线重合，或者使各惯性力的合力和合力偶矩为零，从而减少惯性力引起的振动。三、简答题（每题10分，共30分）1.简述平面机构自由度计算的步骤和注意事项。答：步骤：-首先，确定机构中的活动构件数n。要注意将机架排除在外，只计算能够相对机架运动的构件数量。-然后，分析机构中的低副数PL和高副数PH。低副包括转动副和移动副，高副是指两构件通过点或线接触形成的运动副。分别统计它们的数量。-最后，根据公式F=3n-2PL-PH计算机构的自由度。注意事项：-要正确区分活动构件和机架，避免误算活动构件数。-准确判断低副和高副，对于一些复杂的运动副连接情况，要仔细分析其接触形式和约束情况。-要注意机构中可能存在的虚约束和局部自由度。虚约束是指在某些特定几何条件下，对机构运动不起独立限制作用的约束，在计算自由度时应将其排除；局部自由度是指不影响机构输出运动的个别构件的独立运动自由度，在计算时也应先将其去除。2.说明渐开线齿轮的主要优点。答：-传动比恒定：渐开线齿轮的啮合特性决定了其瞬时传动比始终保持恒定，这使得齿轮传动能够平稳地传递运动和动力，保证了机器的工作精度和稳定性。-中心距具有可分性：当实际安装的中心距与理论中心距略有偏差时，不会影响齿轮的传动比，这给齿轮的制造和安装带来了方便，降低了制造和安装的精度要求。-齿廓间正压力方向不变：渐开线齿廓啮合时，齿廓间的正压力方向始终沿着啮合线方向，且啮合线是一条直线，这使得齿轮传动的受力情况较为简单，有利于提高齿轮的承载能力和使用寿命。-加工工艺性好：渐开线齿轮可以采用标准刀具进行加工，如齿轮铣刀、滚刀等，便于实现大规模生产，降低了生产成本。3.分析带传动中弹性滑动和打滑的区别。答：-产生原因不同：弹性滑动是由于带是弹性体，在工作时，带在紧边和松边的拉力不同，导致带的弹性变形量不同，从而使带在带轮上产生相对滑动。而打滑是当传递的载荷超过带与带轮间的最大摩擦力时，带在带轮上发生全面的相对滑动。-性质不同：弹性滑动是带传动中不可避免的物理现象，只要带传动工作，就会存在弹性滑动，它是一种局部的、微量的滑动。而打滑是一种失效形式，会导致传动效率急剧下降，甚至使传动无法正常工作。-对传动的影响不同：弹性滑动会使从动轮的圆周速度低于主动轮的圆周速度，造成速度损失，降低了传动效率，但一般不会影响带传动的正常工作。而打滑会使带磨损加剧，发热严重，甚至损坏带和带轮，必须避免。四、计算题（每题15分，共30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（图中箭头表示原动件）。[此处应插入平面机构的图形，但由于文本形式无法呈现，假设机构中有活动构件数n=5，低副数PL=7，高副数PH=0]解：根据平面机构自由度计算公式F=3n-2PL-PH。已知n=5，PL=7，PH=0，代入公式可得：F=3×5-2×7-0=15-14=1从图中可知原动件数为1，因为原动件数等于自由度，所以该机构具有确定的运动。2.一对渐开线标准直齿圆柱齿轮传动，已知模数m=5mm，齿数z₁=20，z₂=40，压力角α=20°，试计算：（1）两轮的分度圆直径d₁、d₂；（2）两轮的齿顶圆直径da₁、da₂；（3）两轮的齿根圆直径df₁、df₂；（4）标准中心距a。解：（1）根据分度圆直径公式d=mz，可得：-对于齿轮1，d₁=mz₁=5×20=100mm-对于齿轮2，d₂=mz₂=5×40=200mm（2）对于标准直齿圆柱齿轮，齿顶高系数ha=1，齿顶圆直径公式为da=d+2ham。-齿轮1的齿顶圆直径da₁=d₁+2ham=100+2×1×5=110mm-齿轮2的齿顶圆直径da₂=d₂+2ham=200+2×1×5=210mm（3）齿根高系数c=0.25，齿根圆直径公式为df=d-2(ha+c)m。-齿轮1的齿根圆直径df₁=d₁-2(ha+c)m=100-2×(1+0.25)×