机械原理试卷(含答案)

(完整word版)机械原理试卷(含答案)一、选择题（每题2分，共20分）1.在平面机构中，若机构具有确定运动，则其原动件数目应（）机构的自由度数目。A.大于B.小于C.等于D.无关答案：C解析：根据机构具有确定运动的条件，机构自由度F>2.一个作平面运动的自由构件具有（）个自由度。A.1B.2C.3D.6答案：C解析：在平面运动中，一个自由构件可以在xOy平面内沿x轴和3.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，则该机构为（）。A.曲柄摇杆机构B.双曲柄机构C.双摇杆机构D.曲柄滑块机构答案：C解析：根据铰链四杆机构的杆长条件，若最短杆与最长杆长度之和大于其余两杆长度之和，则无论取哪个杆为机架，均为双摇杆机构。4.凸轮机构中，从动件采用等速运动规律时，在行程的起点和终点会产生（）。A.柔性冲击B.刚性冲击C.无冲击D.有限冲击答案：B解析：等速运动规律从动件的速度曲线为水平直线，加速度在起点和终点发生无穷大突变，理论上产生刚性冲击。5.渐开线齿轮的齿廓形状取决于（）。A.分度圆直径B.基圆直径C.齿顶圆直径D.齿根圆直径答案：B解析：渐开线的形状完全由其基圆大小决定。基圆不同，生成的渐开线曲率不同，因此齿廓形状取决于基圆直径。6.一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，压力角相等B.模数相等，齿数相等C.压力角相等，齿数相等D.模数相等，齿距相等答案：A解析：根据渐开线齿轮的啮合原理，一对齿轮要能连续正确啮合，必须保证两轮的法向齿距相等。对于标准齿轮，这等价于两轮的模数和压力角分别相等。7.在周转轮系中，轴线位置固定的齿轮称为（）。A.行星轮B.太阳轮C.系杆D.惰轮答案：B解析：在周转轮系中，太阳轮（或中心轮）是轴线位置固定的齿轮，行星轮是轴线位置不固定的齿轮，系杆（行星架）支撑行星轮。8.机械运转速度波动调节中，安装飞轮可以（）。A.消除周期性速度波动B.消除非周期性速度波动C.减小周期性速度波动D.减小非周期性速度波动答案：C解析：飞轮利用其转动惯量储存和释放能量的特性，可以减小系统因驱动力矩和阻力矩周期性变化引起的周期性速度波动，但不能完全消除。非周期性速度波动需用调速器调节。9.在机械平衡中，静平衡的条件是（）。A.惯性力系的主矢为零B.惯性力系的主矩为零C.惯性力系的主矢和主矩均为零D.总惯性力为零答案：A解析：对于轴向尺寸较小的转子（如盘形零件），只需进行静平衡，其条件是转子旋转时各偏心质量产生的离心惯性力的合力（主矢）为零。10.当机构的极位夹角θ（）时，机构具有急回特性。A.θB.θC.θD.θ答案：C解析：极位夹角θ是摇杆处于两极位时，对应曲柄两位置所夹的锐角。当θ>时，曲柄摇杆机构具有急回特性，其行程速比系数K二、判断题（每题1分，共10分，正确打“√”，错误打“×”）1.任何平面四杆机构出现死点位置时，都是不利的，应设法避免。（）答案：×解析：死点位置在某些场合可以利用，例如飞机起落架、机床夹具等，需要利用死点位置来保证机构处于稳定的状态。2.渐开线齿廓上各点的压力角均相等。（）答案：×解析：渐开线齿廓上各点的压力角不相等。基圆上的压力角为零，离基圆越远，压力角越大。分度圆上的压力角为标准值。3.斜齿圆柱齿轮的当量齿数一定大于其实际齿数。（）答案：√解析：斜齿轮的当量齿数=z/coβ，其中β4.在机械系统中，安装飞轮可以调节非周期性速度波动。（）答案：×解析：飞轮只能减小周期性速度波动。对于因驱动力或工作阻力无规律变化引起的非周期性速度波动，需要使用调速器来调节。5.一对渐开线直齿圆柱齿轮啮合时，啮合角始终等于其分度圆压力角。（）答案：×解析：对于标准安装的标准齿轮，啮合角等于分度圆压力角。如果是非标准安装（中心距变化），则啮合角不等于分度圆压力角。6.凸轮机构的压力角越大，则机构的传力性能越好。（）答案：×解析：压力角是从动件受力方向与速度方向所夹的锐角。压力角越大，有效分力越小，有害分力越大，机构传力性能越差，甚至可能发生自锁。7.所有蜗杆传动都具有自锁性。（）答案：×解析：只有当蜗杆的导程角小于当量摩擦角时，蜗杆传动才具有自锁性。并非所有蜗杆传动都满足此条件。8.定轴轮系的传动比等于所有从动轮齿数的连乘积与所有主动轮齿数的连乘积之比。（）答案：×解析：对于平面定轴轮系，传动比的大小等于所有从动轮齿数的连乘积与所有主动轮齿数的连乘积之比，其符号（转向关系）需用画箭头法或(−9.机构的死点位置与机构的自由度数目有关。（）答案：×解析：机构的死点位置是机构处于传动角为零（或压力角为90°）的位置，与机构的运动位置有关，而与机构的自由度数目无直接关系。10.机械零件的强度计算中，通常采用计算载荷，它等于名义载荷乘以载荷系数。（）答案：√解析：名义载荷是理论计算出的理想状态下的载荷。在实际工作中，由于存在各种不确定因素（如冲击、振动、载荷分布不均等），需要用载荷系数K对其进行修正，得到计算载荷=K三、填空题（每空1分，共15分）1.机构是由（构件）、（运动副）和（机架）组成的具有确定相对运动的实物组合体。2.平面机构自由度计算公式为（F=3n−2−），其中3.齿轮的失效形式主要有（轮齿折断）、（齿面点蚀）、（齿面胶合）、（齿面磨损）和（齿面塑性变形）五种。4.根据轮系运转时各轮几何轴线的位置是否固定，轮系可分为（定轴轮系）和（周转轮系）两大类。5.凸轮机构从动件常用的运动规律有（等速运动规律）、（等加速等减速运动规律）和（简谐运动规律）。6.对于动不平衡的回转件，至少需要在（两）个校正平面上施加平衡质量才能达到平衡。四、简答题（每题5分，共25分）1.什么是机构的急回特性？产生急回特性的条件是什么？在实际机械中有何应用？答：机构的急回特性是指当主动件匀速转动时，从动件在正反两个行程中的平均速度不相等，通常工作行程慢，空回行程快。产生急回特性的条件是机构的极位夹角θ>2.简述渐开线齿廓的啮合特性。答：渐开线齿廓的啮合特性主要包括：（1）能保证定传动比传动，即=/（2）传动具有可分性。一对渐开线齿轮的中心距略有变化时，其瞬时传动比仍保持不变，仅顶隙和侧隙发生变化。这一特性对齿轮的制造、安装和使用都十分有利。（3）啮合线为一条定直线。两齿廓在所有啮合接触点的公法线是一条不变的直线（即两基圆的内公切线），传力方向恒定，有利于齿轮传动的平稳性。3.解释什么是“自锁”，并举例说明其在机械中的应用。答：“自锁”是指对于某种机械，当驱动力作用于其原动件时，无论该驱动力多大，都无法使机构运动的现象。自锁的本质是机械效率小于或等于零。自锁的应用实例很多，例如：（1）螺旋千斤顶：当举起重物后，即使撤去手柄上的驱动力矩，重物也不会自行下落，这就是利用螺旋副的自锁性实现安全支撑。（2）斜面压榨机：通过斜面的自锁来夹紧工件。（3）某些蜗杆传动：利用蜗杆传动的自锁性，防止机构在停止时因负载而反转。4.什么是周转轮系的“转化机构法”（或称“反转法”）？其基本原理是什么？答：周转轮系的“转化机构法”是求解周转轮系传动比的基本方法。其基本原理是：给整个周转轮系加上一个与系杆H的角速度大小相等、方向相反的公共角速度−。这样，系杆H就变为“静止”的机架，而原来的周转轮系就转化为一个假想的定轴轮系。这个假想的定轴轮系称为原周转轮系的“转化机构”。在转化机构中，各构件之间的相对运动关系保持不变，因此可以应用定轴轮系的传动比计算公式来求解各构件相对于系杆H的角速度关系，进而求出所需的传动比。5.简述凸轮机构设计时，选择从动件运动规律需考虑的主要因素。答：选择从动件运动规律时需综合考虑以下因素：（1）机器的工作要求。例如，对于自动机床的进给机构，要求等速运动以保证加工表面质量；对于内燃机配气凸轮机构，要求加速度变化平缓以减少冲击。（2）动力性能。应避免产生过大的加速度和冲击（刚性冲击或柔性冲击），以减小动载荷、振动和噪声。（3）凸轮的加工工艺性。某些运动规律（如高次多项式）可能设计性能优良，但加工困难，成本高。通常需要根据具体工作条件，在满足基本工作要求的前提下，重点考虑动力性能和加工便利性，进行综合权衡。五、计算分析题（共30分）1.（10分）计算图示平面机构的自由度，并判断该机构是否具有确定运动（图中画有箭头的构件为原动件）。若存在复合铰链、局部自由度或虚约束，请明确指出。机构示意图（描述）：一个铰链四杆机构ABCD，A、D为固定铰链。构件1（AB）为原动件，绕A点转动。构件2（BC）与构件1在B点铰接。构件3（CD）与构件2在C点铰接，与机架在D点铰接。在构件2的延伸部分E点有一个滚子，与一个固定凸轮廓线接触。滚子绕E点转动。解：首先分析特殊结构：（1）滚子与固定凸轮廓线接触：滚子绕自身轴线的转动为局部自由度。（2）机构中无复合铰链和明显的虚约束。设滚子为构件4。活动构件数n=低副数目：转动副A,B,C,D,E（滚子与构件2的连接）。=5高副数目：滚子与固定凸轮廓线接触。=1局部自由度=1机构自由度计算公式：FF计算得F=活动构件数n=低副数目：转动副A,B,C,D。=4高副数目：滚子中心E处与固定凸轮廓线形成的高副（滚子已“焊死”，E点成为构件2上的一点，该点轨迹受凸轮廓线约束）。=1则：F计算自由度仍为0。但观察机构，原动件为构件1，若给定其运动，整个机构似乎有确定运动。矛盾的原因可能在于固定凸轮廓线对E点的约束是重复约束？实际上，在铰链四杆机构ABCD中，E点的轨迹已经由四杆机构尺寸决定。固定凸轮廓线的作用是迫使E点必须沿其轮廓运动，如果凸轮廓线恰好与E点的自然轨迹重合，则此高副引入的约束为虚约束；如果不重合，则机构无法装配或运动。在题目未说明的情况下，通常按一般情况计算，即认为该高副引入一个约束。若该高副为虚约束，则应不计入有效约束。则：F此时，原动件数目（1个）等于自由度数目（1），机构具有确定运动。结论：该机构中，固定凸轮廓线与滚子的接触可能引入一个虚约束（当凸轮廓线是E点轨迹的等距曲线时）。处理掉局部自由度和虚约束后，机构自由度F=2.（10分）已知一对正常齿制渐开线标准直齿圆柱齿轮传动，其模数m=4mm，压力角α=，齿数=25，（1）两齿轮的分度圆直径、。（2）两齿轮的基圆直径、。（3）两齿轮的节圆直径、。（4）啮合角。（5）顶隙c。解：已知：m=4mm,α=,=25,=50,=（1）分度圆直径：==（2）基圆直径：==（3）标准中心距：a因为实际安装中心距=152mm由中心距与啮合角关系：cc≈节圆直径：==或由传动比=/=2====（4）啮合角≈（已求出）。（5）顶隙c：标准齿顶高：=标准齿根高：=标准全齿高：h在非标准安装下，顶隙为：c其中=/2c或直接计算：c=3.（10分）在图示轮系中，已知各轮齿数为：=20,=40,=20,=30,=20,=轮系示意图（描述）：这是一个双排2K-H型周转轮系。中心轮1和中心轮4（内齿轮），行星轮2-2'和3-3'（双联齿轮），系杆H。齿轮1与齿轮2外啮合；齿轮2'与齿轮3外啮合；齿轮3'与内齿轮4内啮合；系杆H支撑行星轮2-2'和3-3'的轴。解：该轮系是一个周转轮系。齿轮1、齿轮4和系杆H的轴线重合，是基本构件。对周转轮系应用转化机构法。设各构件绝对角速度为,,,,,,。在转化机构（给整个轮系加上−）中，各构件