机械原理考试题及答案

机械原理考试题及答案一、填空题1.机构具有确定运动的条件是机构的原动件数目等于机构的________。2.在曲柄摇杆机构中，当________为主动件，且________与________两次共线时，机构处于死点位置。3.凸轮机构从动件的常用运动规律中，________运动规律会产生刚性冲击，而________运动规律会产生柔性冲击。4.一对渐开线标准直齿圆柱齿轮正确啮合的条件是两轮的________和________分别相等。5.斜齿圆柱齿轮的当量齿数与实际齿数z的关系式为=________，其中β为________角。6.在周转轮系中，既绕自身轴线转动，又随行星架绕固定轴线转动的齿轮称为________。7.刚性转子的静平衡条件是________，而动平衡条件是________。8.机械系统安装飞轮后，其速度波动系数将________（增大/减小）。9.在四杆机构中，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，则当取________为机架时，可得双曲柄机构。10.螺纹联接防松的根本问题在于防止________之间的相对转动。二、单项选择题1.当机构的极位夹角θ（）时，机构具有急回特性。A.θ=0°B.θ>0°C.θ<0°D.θ≤0°2.对于外凸的凸轮轮廓曲线，从动件滚子半径必须（）理论廓线的最小曲率半径。A.大于B.等于C.小于D.小于或等于3.一对渐开线齿轮连续传动的条件是重合度ε（）。A.ε=1B.ε>1C.ε<1D.ε≥14.在标准安装条件下，渐开线标准直齿圆柱齿轮的分度圆与节圆的关系是（）。A.分度圆大于节圆B.分度圆小于节圆C.分度圆等于节圆D.无法确定5.斜齿圆柱齿轮传动比直齿圆柱齿轮传动重合度大，主要是因为（）。A.齿数多B.模数大C.有螺旋角存在D.中心距大6.阿基米德蜗杆传动中，规定（）平面上的参数为标准值。A.法面B.端面C.轴面D.中间平面7.在周期性速度波动中，一个周期内输入功与输出功的关系是（）。A.输入功大于输出功B.输入功小于输出功C.输入功等于输出功D.无法确定8.用范成法加工标准渐开线齿轮时，若被加工齿轮的齿数少于最少齿数，则会发生（）。A.根切现象B.顶切现象C.齿面磨损D.齿面胶合9.在铰链四杆机构中，若最短杆与最长杆长度之和大于其余两杆长度之和，则只能得到（）。A.双曲柄机构B.双摇杆机构C.曲柄摇杆机构D.曲柄滑块机构10.对于单自由度机械系统，等效转动惯量是（）的函数。A.等效构件角速度B.等效构件角加速度C.等效构件转角D.时间三、判断题1.所有构件都在相互平行的平面内运动的机构称为平面机构。（）2.在曲柄摇杆机构中，摇杆的摆角可以大于180°。（）3.凸轮机构的压力角越大，则机构的传力性能越好。（）4.一对互相啮合的渐开线齿轮，其齿廓接触点的公法线总是与两轮连心线相交于一定点。（）5.斜齿圆柱齿轮的端面模数大于法面模数。（）6.行星轮系中必有一个中心轮是固定的。（）7.经过静平衡的转子一定是动平衡的。（）8.飞轮应安装在机械系统的低速轴上，以减少其转动惯量。（）9.槽轮机构的运动系数τ总是小于0.5。（）10.三角螺纹比矩形螺纹的自锁性能好。（）四、简答题1.简述铰链四杆机构存在曲柄的条件。2.什么是凸轮机构的压力角？压力角大小对机构工作性能有何影响？3.简述渐开线齿廓的啮合特性。4.什么是齿轮的根切现象？产生根切的原因是什么？标准齿轮不产生根切的最少齿数是多少？5.简述机械平衡的目的。五、分析计算题1.计算图示机构的自由度，并判断该机构是否具有确定的相对运动。图中存在复合铰链、局部自由度或虚约束请明确指出。（图示说明：一个机构简图，包含机架、三个活动构件，其中两个构件在一点形成复合铰链，一个滚子从动件存在局部自由度，可能有一处对运动不起实际限制作用的对称结构或重复约束作为虚约束。具体构型可描述为：一个曲柄摇杆机构带一个凸轮高副和滚子，或一个平面六杆机构含上述特殊结构。）（注：由于无法实际绘图，考生需根据题目文字描述判断典型结构。常见设置：活动构件数n=7，低副数P_L=9（含一个复合铰链计为2个低副），高副数P_H=1，局部自由度F'=1，虚约束P'=0或1。要求写出计算过程。）2.已知一对外啮合正常齿制标准直齿圆柱齿轮传动，其模数m=4mm，压力角α=，中心距a(1)两齿轮的齿数和；(2)小齿轮的分度圆直径、齿顶圆直径、齿根圆直径和基圆直径；(3)这对齿轮传动的重合度。（已知=20时，=arccos(3.在图示轮系中，已知各轮齿数为：=20，=40，=20，=30，（图示说明：一个2K-H型行星轮系，齿轮1、齿轮2（与齿轮2'双联）、齿轮3、行星架H、内齿轮4。其中，齿轮1为输入，齿轮4固定，行星架H为输出。）六、结构设计与改错题1.指出下图轴系结构设计中的错误之处（至少指出5处），并简要说明错误原因。图中齿轮采用油润滑，轴承采用脂润滑。（图示说明：一个典型的单级齿轮减速器输出轴轴系结构简图，常见错误包括：①轴肩过高，影响轴承拆卸；②齿轮轴向定位不可靠，缺轴套或轴环；③轴承端盖与轴直接接触，缺密封且与轴有摩擦；④联轴器轴向未固定；⑤键过长，伸入轴端过深；⑥轴承内圈或外圈定位不当；⑦缺少调整垫片；⑧转动件与静止件可能接触等。）答案与解析一、填空题1.自由度数目。解析：根据机构具有确定运动的条件。2.摇杆；曲柄；连杆。解析：曲柄摇杆机构中，当摇杆为主动件，曲柄与连杆两次共线时，传动角为0°，处于死点。3.等速；等加速等减速。解析：等速运动规律在起点和终点速度突变，加速度无穷大，产生刚性冲击；等加速等减速运动规律在起点、中点和终点加速度突变，产生柔性冲击。4.模数m；压力角α。解析：渐开线齿轮正确啮合的基本条件。5.z/6.行星轮。解析：周转轮系中齿轮的分类。7.∑F_i=0（或惯性力的矢量和为零）；∑F_i=0且∑M_i=0（或惯性力主矢和主矩均为零）。解析：静平衡针对盘类转子，动平衡针对长轴类转子，条件更严格。8.减小。解析：飞轮通过储存和释放能量来减小周期性速度波动的幅度。9.最短杆。解析：格拉肖夫（Grashof）准则的应用。10.螺纹副。解析：防松的本质是防止螺母与螺栓之间的相对转动。二、单项选择题1.B。解析：极位夹角θ>0°时，机构有急回特性。2.C。解析：为避免运动失真，滚子半径必须小于理论廓线最小曲率半径。3.D。解析：重合度ε≥1是保证连续传动的理论条件，实际中ε>1。4.C。解析：标准安装时，分度圆与节圆重合。5.C。解析：斜齿轮的接触线是斜线，同时啮合的齿对数多，且轮齿是逐渐进入和退出啮合的，因此重合度大。6.D。解析：阿基米德蜗杆传动，在主平面（中间平面）内相当于齿条与齿轮啮合，参数为标准值。7.C。解析：在一个完整的波动周期内，系统的动能变化为零，故输入功等于输出功。8.A。解析：用范成法加工齿轮时，若刀具齿顶线超过啮合极限点，会将已加工好的齿根渐开线切去一部分，即根切。9.B。解析：根据格拉肖夫准则，此时无论取何杆为机架，均无曲柄存在，为双摇杆机构。10.C。解析：等效质量或等效转动惯量是机构位置的函数，即等效构件转角的函数。三、判断题1.√。解析：平面机构的定义。2.×。解析：在曲柄摇杆机构中，摇杆的摆角通常小于180°，极端设计下可接近但很难等于180°。3.×。解析：压力角越小，有效分力越大，传力性能越好。压力角过大会导致机构自锁。4.√。解析：这是渐开线齿廓啮合的基本定律（齿廓啮合基本定律），该定点即为节点。5.√。解析：因为=/cosβ6.×。解析：差动轮系中，两个中心轮都不固定。行星轮系中有一个中心轮固定。7.×。解析：静平衡的转子不一定是动平衡的，但动平衡的转子一定是静平衡的。8.×。解析：飞轮应安装在高速轴上，这样在达到同样调速效果时，所需的转动惯量较小，飞轮尺寸小。9.×。解析：对于单圆销外槽轮机构，τ<0.5；对于多圆销槽轮机构，τ可以大于0.5。10.√。解析：三角螺纹的当量摩擦角更大，自锁条件更易满足。四、简答题1.答：铰链四杆机构存在曲柄的条件是：(1)最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和（杆长条件）。(2)连架杆或机架中必有一杆为最短杆。当满足杆长条件时：若取最短杆的邻边为机架，则为曲柄摇杆机构；若取最短杆为机架，则为双曲柄机构；若取最短杆的对边为机架，则为双摇杆机构。2.答：凸轮机构的压力角是指从动件受力方向（凸轮对从动件作用力的法向方向）与从动件上力作用点速度方向所夹的锐角。影响：压力角是衡量机构传力性能的重要参数。压力角越小，有效分力越大，机构传力性能越好，效率越高。但压力角减小会导致基圆半径增大，机构尺寸增大。压力角过大会使机构发生自锁。设计中通常规定许用压力角[α3.答：渐开线齿廓的啮合特性主要有：(1)能保证定传动比传动，瞬时传动比恒定。(2)啮合线为一条定直线，即两基圆的内公切线，传动平稳。(3)中心距具有可分性。安装中心距略有变化时，不影响瞬时传动比。(4)啮合角为常数，等于节圆压力角。(5)齿廓间的正压力方向始终不变，有利于轴承受力。4.答：根切现象是指用范成法加工齿轮时，刀具的齿顶部分过多地切入了轮齿的根部，将齿根部分的渐开线齿廓切去的现象。产生原因：当被加工齿轮的齿数较少时，其齿根部分的渐开线与啮合线的交点会落在刀具齿顶线的下方，导致刀具齿顶切入轮齿根部。标准齿轮不产生根切的最少齿数：对于α=、1的正常齿制标准齿轮，最少齿数=17。标准齿轮不产生根切的最少齿数：对于α=、15.答：机械平衡的目的主要有：(1)消除或减小惯性力（惯性力偶）引起的有害振动、噪声。(2)改善机械的工作性能，提高使用寿命。(3)减小作用于机构上的动载荷，提高机械效率。(4)保护工作环境，保障操作人员健康。五、分析计算题1.解：假设题目描述的机构为：活动构件数n=则：活动构件数n低副数=9高副数=局部自由度=虚约束=机构自由度F为：F机构自由度为1，若给定一个原动件（如构件A），则机构具有确定的相对运动。2.解：(1)由中心距公式a=(+联立得：(+检查：标准中心距应为整数。重新计算：由i=3，设=z，则=3z。a=m(+)/2=4(z+3z)/若强行按220计算，并假设z1,z2为整数，则z1+z2=2a故：=20，=(2)对于正常齿制标准齿轮：1,0.25。(2)对于正常齿制标准齿轮：分度圆直径：=齿顶圆直径：=+2齿根圆直径：=2(基圆直径：=(3)重合度：已知：≈=0.5466rad=ttt=故重合度约为1.668。3.解：图示为一行星轮系（2K-H型）。齿轮4固定，齿轮1输入，行星架H输出。首先，划分基本轮系。齿轮1、2、2'、3、4和H组成一个周转轮系。设各轮转向均为顺时针为正。在周转轮系中，列转化轮系的传动比公式：=代入齿数：−即：=更清晰地：=解得：=所以，传动比=结果为正值，说明行星架H的转向与齿轮1的转向相同。六、结构设计与改错题1.答：（错误示例，基于常见典型图）(1)错误：左侧轴承内圈右侧的轴肩过高，超过了轴承内圈高度，不利于轴承的拆卸。改正：轴肩高度应低于轴承内圈厚度，或设置拆卸槽。(2)错误：齿轮右侧轴向定位不可靠，仅靠套筒定位，但套筒未与轴肩紧贴，且与右轴承内圈之间可能有间隙。改正：应在齿轮右侧设置轴环进行精确定位，或使用可靠长度的套筒并加紧。(3)错误：右端轴承端盖与轴之间直接接触，且无密封装置，会造成脂泄漏和轴磨损。改正：应设置密封件（如毡圈油封、唇形密封圈），并在端盖与轴之间留出间隙。(4)错误：输出端联轴器仅靠轴肩和键进行周向定位和部分轴向定位，但右侧缺少轴向固定（如轴端挡圈或圆螺母加止动垫圈），联轴器可能向右窜动。改正：在轴的最右端加工螺纹，用圆螺母和止动垫圈固定联轴器，或加轴端挡圈。(5)错误：安装齿轮的轴段上，