机械原理考试题库及答案

机械原理考试题库及答案一、选择题1.平面机构中，每个低副引入的约束数是（）A.1个B.2个C.3个D.4个答案：B解析：低副是指两构件通过面接触而构成的运动副，平面机构中，转动副和移动副都属于低副，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.自由度大于零且自由度数等于原动件数C.自由度大于原动件数D.自由度小于原动件数答案：B解析：机构要具有确定的运动，其自由度必须大于零，且机构的原动件数目应等于机构的自由度数。若原动件数小于自由度数，机构运动不确定；若原动件数大于自由度数，机构会被破坏。3.渐开线标准直齿圆柱齿轮不发生根切的最少齿数是（）A.14B.17C.20D.25答案：B解析：当用范成法加工渐开线齿轮时，若被加工齿轮的齿数过少，刀具的齿顶就会切入轮齿的根部，将齿根部分的渐开线齿廓切去一部分，这种现象称为根切。渐开线标准直齿圆柱齿轮不发生根切的最少齿数是17。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：一对渐开线标准直齿圆柱齿轮正确啮合时，它们的模数和压力角必须分别相等，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。5.槽轮机构的运动系数总是（）A.大于1B.等于1C.小于1D.等于0答案：C解析：槽轮机构的运动系数是指槽轮运动时间与主动件转一周时间之比。由于槽轮在运动过程中有停歇时间，所以其运动系数总是小于1。6.机械运转时的速度波动有两种，其中周期性速度波动应采用（）进行调节。A.调速器B.飞轮C.变速装置D.制动器答案：B解析：对于周期性速度波动，通常采用安装飞轮的方法来调节。飞轮可以在机械系统动能过剩时储存能量，在动能不足时释放能量，从而减小速度波动的幅度。而调速器主要用于调节非周期性速度波动。7.平面四杆机构中，若各杆长度分别为a=40mm，b=60mm，c=60mm，d=70mm，当以a为机架时，该机构为（）A.双曲柄机构B.曲柄摇杆机构C.双摇杆机构D.无法确定答案：A解析：根据平面四杆机构的曲柄存在条件：最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和，且最短杆为机架时，机构为双曲柄机构。本题中a为最短杆，a+d=40+70=110mm，b+c=60+60=120mm，满足a+d<b+c，且a为机架，所以该机构为双曲柄机构。8.滚动轴承中，主要承受径向载荷的轴承是（）A.深沟球轴承B.角接触球轴承C.圆锥滚子轴承D.推力球轴承答案：A解析：深沟球轴承主要承受径向载荷，也能承受一定的轴向载荷；角接触球轴承和圆锥滚子轴承既能承受径向载荷，又能承受较大的轴向载荷；推力球轴承只能承受轴向载荷。9.带传动中，弹性滑动（）A.可以避免B.不可避免C.有时可以避免D.一定条件下可以避免答案：B解析：带传动在工作时，由于带的弹性变形而引起的带与带轮之间的相对滑动称为弹性滑动。弹性滑动是带传动中不可避免的现象，它会使带传动的传动比不准确，降低传动效率。10.在凸轮机构中，从动件作等加速等减速运动规律时，会产生（）冲击。A.刚性B.柔性C.无D.无法确定答案：B解析：当从动件作等加速等减速运动规律时，在加速度突变处，从动件的惯性力也会发生突变，但这种突变是有限值，所以会产生柔性冲击。而当从动件作等速运动规律时，会产生刚性冲击。二、判断题1.机构的自由度一定大于零。（×）解析：机构要具有确定的运动，其自由度必须大于零，但有些情况下，如机构被卡死，其自由度可能为零或小于零。2.渐开线齿轮的齿廓形状与基圆大小有关，基圆越大，齿廓越弯曲。（×）解析：渐开线齿轮的齿廓形状与基圆大小有关，基圆越大，渐开线越趋于平直；基圆越小，渐开线越弯曲。3.槽轮机构的主动件是槽轮。（×）解析：槽轮机构中，主动件通常是带有圆销的拨盘，槽轮是从动件，在拨盘的带动下作间歇运动。4.机械的效率等于输出功与输入功之比，其值总是小于1。（√）解析：由于机械在运转过程中存在各种摩擦、损耗等，所以输出功总是小于输入功，机械效率总是小于1。5.带传动工作时，带上的应力是固定不变的。（×）解析：带传动工作时，带上的应力是变化的，主要包括拉应力、离心应力和弯曲应力，在带的不同位置和不同工作阶段，应力大小会发生变化。6.平面四杆机构中，只要满足最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和，就一定有曲柄存在。（×）解析：平面四杆机构中，满足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，还需根据机架的选择来确定是否有曲柄存在。当最短杆为连架杆时，机构有曲柄；当最短杆为机架时，机构为双曲柄机构；当最短杆为连杆时，机构为双摇杆机构。7.滚动轴承的寿命是指轴承中任一元件出现疲劳点蚀前的总转数或工作小时数。（√）解析：滚动轴承的寿命是指单个轴承在一定的载荷和转速下，其中任一元件出现疲劳点蚀前所能达到的总转数或工作小时数。8.凸轮机构中，从动件的运动规律取决于凸轮的轮廓曲线。（√）解析：凸轮机构是通过凸轮的轮廓曲线来推动从动件实现预期的运动规律，所以从动件的运动规律取决于凸轮的轮廓曲线。9.为了提高齿轮传动的承载能力，可适当增加齿轮的模数。（√）解析：增加齿轮的模数可以增大齿轮的尺寸和齿厚，从而提高齿轮的抗弯强度和承载能力。10.机械平衡的目的是消除或减小惯性力和惯性力矩对机械的不良影响。（√）解析：机械在运转时，由于各构件的惯性力和惯性力矩的存在，会引起机械的振动、噪声和磨损等问题，通过机械平衡可以消除或减小这些不良影响。三、简答题1.简述平面机构自由度的计算方法，并说明计算时应注意的事项。答：平面机构自由度的计算公式为：F=3n-2PL-PH，其中n为活动构件数，PL为低副数，PH为高副数。计算时应注意以下事项：（1）正确判断活动构件数：要排除机架，只计算能独立运动的构件。（2）准确区分低副和高副：低副是面接触，引入2个约束；高副是点或线接触，引入1个约束。（3）注意虚约束和局部自由度：虚约束是在特定几何条件下不起独立限制作用的约束，计算时应去除；局部自由度是不影响机构整体运动的自由度，计算时也应去除。2.什么是渐开线齿轮的根切现象？产生根切的原因是什么？如何避免根切？答：当用范成法加工渐开线齿轮时，若被加工齿轮的齿数过少，刀具的齿顶就会切入轮齿的根部，将齿根部分的渐开线齿廓切去一部分，这种现象称为根切。产生根切的原因是刀具的齿顶线（圆）超过了啮合极限点。避免根切的方法有：（1）增加齿轮的齿数：使齿数大于不发生根切的最少齿数（标准直齿圆柱齿轮为17）。（2）采用变位齿轮：正变位可以避免根切，同时还能提高齿轮的承载能力。3.简述带传动的优缺点。答：带传动的优点：（1）适用于两轴中心距较大的传动。（2）带具有弹性，能缓冲、吸振，传动平稳，噪声小。（3）过载时带会在带轮上打滑，可防止其他零件损坏，起到过载保护作用。（4）结构简单，制造、安装和维护方便，成本低。带传动的缺点：（1）存在弹性滑动，不能保证准确的传动比。（2）传动效率较低，带的寿命较短。（3）需要张紧装置，对轴和轴承的作用力较大。（4）不适用于高温、易燃、易爆的场合。4.简述机械运转时速度波动的类型及调节方法。答：机械运转时的速度波动有两种类型：周期性速度波动和非周期性速度波动。周期性速度波动的调节方法：通常采用安装飞轮的方法。飞轮可以在机械系统动能过剩时储存能量，在动能不足时释放能量，从而减小速度波动的幅度。非周期性速度波动的调节方法：一般采用调速器。调速器可以根据机械的工作负载变化，自动调节原动机的输出功率，使机械的速度保持稳定。5.简述平面四杆机构的类型及判别方法。答：平面四杆机构主要有三种基本类型：曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。判别方法：首先判断机构是否满足最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和这一条件。（1）若满足该条件：-当最短杆为连架杆时，机构为曲柄摇杆机构。-当最短杆为机架时，机构为双曲柄机构。-当最短杆为连杆时，机构为双摇杆机构。（2）若不满足该条件，则机构只能是双摇杆机构。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。已知机构中，A、B、C、D、E、F为转动副，滑块为移动副。[此处假设给出一个简单的平面机构图，有5个活动构件，7个低副，0个高副]解：（1）确定活动构件数n：由图可知，活动构件数n=5。（2）确定低副数PL：图中转动副和移动副都属于低副，低副数PL=7。（3）确定高副数PH：图中没有高副，PH=0。（4）计算自由度F：根据公式F=3n-2PL-PH，可得F=3×5-2×7-0=15-14=1。因为自由度F=1，若该机构有1个原动件，则机构具有确定的运动。2.已知一对渐开线标准直齿圆柱齿轮传动，模数m=5mm，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：-小齿轮分度圆直径d1=mz1=5×20=100mm。-大齿轮分度圆直径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，可得：-小齿轮齿顶圆直径da1=d1+2ham=100+2×1×5=110mm。-大齿轮齿顶圆直径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，可得：-小齿轮齿根圆直径df1=d1-2(ha+c)m=100-2×(1+0.25)×5=100-12.5=87.5mm。-大齿轮齿根圆直径df2=d2-2(ha+c)m=200-2×(1+0.25)×5=200-12.5=187.5mm。（4）标准中心距公式为a=(d1+d2)/2，可得：a=(100+200)/2=150mm。3.有一带传动，已知主动轮直径d1=100mm，从动轮直径d2=200mm，主动轮转速n1=1460r/min，试计算：（1）带传动的传动比i；（2）从动轮的转速n2。解：（1）带传动的传动比公式为i=d2/d1（忽略弹性滑动），可得：i=200/100=2。（2）根据传动比与转速的关系i=n1/n2，可得：n2=n1/i=1460/2=730r/min。五、综合题1.设计一个平面四杆机构，要求实现如图所示的连杆三个位置。已知连杆长度lBC=100mm，连杆在三个位置时，B点的坐标分别为B1(0,0)，B2(50,30)，C点的坐标分别为C1(100,0)，C2(130,80)，C3(160,120)。试确定该四杆机构的各杆长度，并判断机构的类型。解：（1）首先，根据连杆上B、C两点在三个位置的坐标，利用几何关系确定固定铰链A、D的位置。设A点坐标为(xA,yA)，D点坐标为(xD,yD)。根据平面四杆机构的运动特性，B点绕A点转动，C点绕D点转动。利用B1、B2、B3三点的位置关系和圆周运动的性质，以及C1、C2、C3三点的位置关系和圆周运动的性质，可以通过解方程组的方法确定A、D两点的坐标。假设通过计算得到A点坐标为(20,-30)，D点坐标为(200,50)。（2）计算各杆长度：-杆AB的长度lAB：根据两点间距离公式，lAB=√[(xB1-xA)²+(yB1-yA)²]=√[(0-20)²+(0+30)²]=√(400+900)=√1300≈36mm。-杆BC的长度已知lBC=100mm。-杆CD的长度lCD：lCD=√[(xC1-xD)²+(yC1-yD)²]=√[(100-200)²+(0-50)²]=√(10000+2500)=√12500≈112mm。-杆AD的长度lAD：lAD=√[(xA-xD)²+(yA-yD)²]=√[(20-200)²+(-30-50)²]=√(32400+6400)=√38800≈197mm。（3）判断机构类型：比较各杆长度：lAB≈3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