机械原理试题A及答案

机械原理试题A及答案一、选择题（共20分，每题2分）1.平面机构具有确定运动的条件是（）A.机构自由度大于零B.机构自由度等于原动件数C.机构自由度小于原动件数D.机构自由度大于原动件数2.在平面机构中，若机构的自由度F=1，则该机构（）A.具有一个原动件时具有确定运动B.具有两个原动件时具有确定运动C.具有三个原动件时具有确定运动D.无论有多少个原动件都不具有确定运动3.对于铰链四杆机构，当满足（）条件时，机构为双曲柄机构。A.最短杆与最长杆长度之和小于其他两杆长度之和B.最短杆为机架C.最短杆为连杆D.最短杆为连架杆4.在凸轮机构中，从动件的运动规律为等加速等减速运动时，其位移曲线是（）A.直线B.抛物线C.正弦曲线D.余弦曲线5.渐开线齿轮的正确啮合条件是（）A.两齿轮的模数相等，压力角相等B.两齿轮的齿数相等C.两齿轮的中心距等于两齿轮分度圆半径之和D.两齿轮的齿顶圆直径相等6.在机械系统中，飞轮的主要作用是（）A.储存和释放能量，调节速度波动B.减少摩擦C.提高机械效率D.增加系统稳定性7.机械效率的表达式是（）A.输出功与输入功之比B.输入功与输出功之比C.有用功与总功之比D.有用功与损耗功之比8.在平面连杆机构中，急回特性系数K与极位夹角θ的关系是（）A.K=1+θ/180°B.K=180°+θC.K=(180°+θ)/(180°-θ)D.K=θ/180°9.对于渐开线齿轮，当齿数增加时，齿轮的（）A.齿根圆直径减小B.齿顶圆直径增大C.分度圆直径不变D.基圆直径减小10.在周转轮系中，若太阳轮固定，行星轮自转又公转，则该轮系为（）A.行星轮系B.差动轮系C.定轴轮系D.混合轮系二、填空题（共20分，每空1分）1.机构自由度的计算公式为F=3n-2PL-PH，其中n代表________，PL代表________，PH代表________。2.平面机构中，低副是指两构件间以________接触组成的运动副，高副是指两构件间以________接触组成的运动副。3.铰链四杆机构的基本形式有________机构、________机构和________机构。4.凸轮机构的从动件常用运动规律有等速运动规律、等加速等减速运动规律、________和________。5.齿轮的基本参数包括模数、齿数、________、________和齿顶高系数等。6.斜齿圆柱齿轮的当量齿数Zv与实际齿数Z的关系是Zv=________/cos³β，其中β为________。7.机械平衡分为________平衡和________平衡。8.在机械系统中，速度波动分为周期性速度波动和非周期性速度波动，其中________波动通常用飞轮来调节。9.轮系根据其运动特点可分为定轴轮系、________和________。10.在机械设计中，机构的"死点"位置是指________的位置。三、判断题（共10分，每题1分）1.机构自由度F>0是机构具有确定运动的必要条件。（）2.在平面机构中，一个高副提供一个约束。（）3.铰链四杆机构中，当最短杆与最长杆长度之和大于其他两杆长度之和时，机构一定为双摇杆机构。（）4.凸轮机构中，从动件的运动规律取决于凸轮轮廓的形状。（）5.渐开线齿轮传动具有可分性，即中心距略有变化时，传动比仍然保持不变。（）6.斜齿轮的承载能力比直齿轮低。（）7.机械效率总是小于1的。（）8.在机械系统中，安装飞轮可以完全消除速度波动。（）9.行星轮系中，太阳轮、行星轮和齿圈三者中，必须有一个固定，才能得到确定的运动。（）10.在曲柄摇杆机构中，曲柄一定是原动件。（）四、简答题（共30分，每题10分）1.简述机构具有确定运动的条件，并举例说明。2.简述凸轮机构从动件常用运动规律的特点及应用场合。3.简述机械效率的概念及其影响因素。五、计算题（共20分，每题10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运动。2.在一对外啮合渐开线标准直齿圆柱齿轮传动中，已知z1=20，z2=40，m=5mm，α=20°，ha=1，c=0.25。求两齿轮的分度圆直径、齿顶圆直径、齿根圆直径、中心距和传动比。答案：一、选择题（共20分，每题2分）1.B解释：机构具有确定运动的条件是机构的自由度等于原动件数。选项A只说明了自由度大于零，但没有与原动件数比较；选项C和D都可能导致机构运动不确定或产生内力。只有当自由度等于原动件数时，机构才能有确定的运动。2.A解释：根据机构自由度的定义，自由度F=1表示机构需要1个原动件才能有确定的运动。因此，当机构具有一个原动件时，该机构具有确定运动。3.B解释：在铰链四杆机构中，当满足最短杆与最长杆长度之和小于其他两杆长度之和的条件下，若最短杆为机架，则机构为双曲柄机构；若最短杆为连架杆，则机构为曲柄摇杆机构；若最短杆为连杆，则机构为双摇杆机构。4.B解释：在凸轮机构中，当从动件采用等加速等减速运动规律时，其位移曲线是抛物线。这种运动规律的特点是加速度为常数，在加速段和减速段分别保持恒定值，但方向相反。5.A解释：渐开线齿轮的正确啮合条件是两齿轮的模数相等，压力角相等。这样才能保证齿轮传动时，两齿轮的齿廓能够正确啮合，传动比保持恒定。选项B和C都是正确啮合的必要条件，但不是充分条件；选项D是标准齿轮的中心距计算公式，不是啮合条件。6.A解释：飞轮的主要作用是储存和释放能量，调节机械系统的速度波动。当系统速度增加时，飞轮储存能量；当速度降低时，飞轮释放能量，从而减小速度波动。选项B、C、D都不是飞轮的主要作用。7.A解释：机械效率的定义是输出功与输入功之比，表示输入功中有多少比例被有效利用。选项B是效率的倒数；选项C和D是效率的另一种表达方式，但不是最基本的形式。8.C解释：在平面连杆机构中，急回特性系数K与极位夹角θ的关系是K=(180°+θ)/(180°-θ)。当θ=0时，K=1，机构无急回特性；θ越大，K越大，急回特性越明显。9.C解释：对于渐开线齿轮，当齿数增加时，分度圆直径会增大（d=mz），但模数m不变，所以分度圆直径与齿数成正比。齿顶圆直径(da=m(z+2))和齿根圆直径(df=m(z-2.5))也会随齿数增加而增大，基圆直径(db=mz·cosα)也会随齿数增加而增大。10.A解释：在周转轮系中，若太阳轮固定，行星轮自转又公转，则该轮系为行星轮系。行星轮系的特点是有一个固定构件（太阳轮），一个原动件，一个从动件，能够实现大传动比传动。差动轮系需要两个原动件；定轴轮系没有行星轮；混合轮系是以上几种的组合。二、填空题（共20分，每空1分）1.活动构件数、低副数、高副数解释：在机构自由度计算公式F=3n-2PL-PH中，n代表活动构件数（不包括机架），PL代表低副数，PH代表高副数。2.面、线或点解释：平面机构中，低副是指两构件间以面接触组成的运动副，如转动副和移动副；高副是指两构件间以线或点接触组成的运动副，如凸轮机构中的凸轮与从动件接触。3.曲柄摇杆、双曲柄、双摇杆解释：铰链四杆机构的基本形式根据连架杆的运动形式可分为曲柄摇杆机构（一个连架杆为曲柄，另一个为摇杆）、双曲柄机构（两个连架杆均为曲柄）和双摇杆机构（两个连架杆均为摇杆）。4.简谐运动规律、摆线运动规律解释：凸轮机构的从动件常用运动规律除了等速运动规律、等加速等减速运动规律外，还有简谐运动规律（余弦加速度运动规律）和摆线运动规律（正弦加速度运动规律）等。5.压力角、齿顶高系数解释：齿轮的基本参数包括模数m、齿数z、压力角α、齿顶高系数ha、顶隙系数c等。模数是齿轮尺寸的基本参数，压力角影响齿轮的传动性能，齿顶高系数和顶隙系数影响齿轮的几何尺寸。6.Z/cos³β、螺旋角解释：斜齿圆柱齿轮的当量齿数Zv与实际齿数Z的关系是Zv=Z/cos³β，其中β为斜齿轮的螺旋角。当量齿数用于将斜齿轮问题转化为直齿轮问题进行分析。7.转子、机构解释：机械平衡分为转子平衡和机构平衡。转子平衡是指绕固定轴转动的回转体的平衡，机构平衡是指机构的惯性力平衡。8.周期性解释：在机械系统中，速度波动分为周期性速度波动和非周期性速度波动。其中周期性波动通常用飞轮来调节，非周期性波动则需要调速器来调节。9.周转轮系、混合轮系解释：轮系根据其运动特点可分为定轴轮系（所有齿轮轴线固定）、周转轮系（至少有一个齿轮轴线转动）和混合轮系（由定轴轮系和周转轮系组成）。10.传动角为零或压力角为90°解释：在机械设计中，机构的"死点"位置是指传动角为零或压力角为90°的位置。在该位置，机构无法从动到主动或从主动到从动传递运动和力。三、判断题（共10分，每题1分）1.√解释：机构自由度F>0是机构具有确定运动的必要条件，但不是充分条件。只有当自由度等于原动件数时，机构才能有确定的运动。2.√解释：在平面机构中，一个高副提供一个约束，即限制一个相对自由度。例如，凸轮与从动件之间的点接触或线接触就是一个高副。3.×解释：在铰链四杆机构中，当最短杆与最长杆长度之和大于其他两杆长度之和时，机构一定为双摇杆机构，但前提是必须满足杆长条件（最短杆与最长杆长度之和小于或等于其他两杆长度之和）才能有曲柄存在。4.√解释：凸轮机构中，从动件的运动规律取决于凸轮轮廓的形状。不同的凸轮轮廓形状会导致从动件有不同的位移、速度和加速度变化规律。5.√解释：渐开线齿轮传动具有可分性，即中心距略有变化时，传动比仍然保持不变。这是因为渐开线齿廓的啮合点始终在两基圆的内公切线上，传动比只与基圆半径有关。6.×解释：斜齿轮的承载能力比直齿轮高，因为斜齿轮的齿是倾斜的，啮合时是逐渐进入和退出，同时参与啮合的齿数多，受力均匀，承载能力高。7.√解释：机械效率总是小于1的，因为机械传动中存在摩擦、变形等能量损失，输出功总是小于输入功。8.×解释：在机械系统中，安装飞轮可以减小速度波动，但不能完全消除速度波动。飞轮只能储存和释放能量，减小周期性速度波动的幅度。9.√解释：行星轮系中，太阳轮、行星轮和齿圈三者中，必须有一个固定，才能得到确定的运动。因为行星轮系的自由度通常为2，需要固定一个构件才能使自由度降为1。10.×解释：在曲柄摇杆机构中，曲柄不一定是原动件。虽然曲柄通常作为原动件，但在某些情况下，摇杆也可以作为原动件，此时机构处于"死点"位置，需要外力帮助才能通过。四、简答题（共30分，每题10分）1.机构具有确定运动的条件是：机构的自由度等于原动件数，且自由度大于零。自由度是指机构可能独立运动的数目，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。当F>0且等于原动件数时，机构才能有确定的运动。例如，对于一个简单的铰链四杆机构，活动构件数n=3，低副数PL=4，高副数PH=0，则自由度F=3×3-2×4-0=1。因此，该机构需要1个原动件才能有确定的运动。如果以曲柄为原动件，摇杆的运动就完全确定了。再如，对于一个平面五杆机构，活动构件数n=4，低副数PL=5，高副数PH=0，则自由度F=3×4-2×5-0=2。因此，该机构需要2个原动件才能有确定的运动。如果只提供1个原动件，机构的运动就不确定。2.凸轮机构从动件常用运动规律的特点及应用场合：(1)等速运动规律：从动件的速度为常数，加速度为零，但在行程开始和结束时有刚性冲击。适用于低速、轻载的场合，如机床的进给机构。(2)等加速等减速运动规律：从动件在加速段和减速段的加速度分别为常数，在行程中点速度最大，但在行程开始、结束和中点有柔性冲击。适用于中速、中载的场合，如内燃机的气门控制机构。(3)简谐运动规律（余弦加速度运动规律）：从动件的加速度按余弦规律变化，速度按正弦规律变化，在行程开始和结束时有柔性冲击。适用于中速、中载的场合，如纺织机械的送布机构。(4)摆线运动规律（正弦加速度运动规律）：从动件的加速度按正弦规律变化，速度按余弦规律变化，在整个行程中无冲击。适用于高速、轻载的场合，如精密机械的进给机构。选择从动件运动规律时，应考虑凸轮的工作转速、载荷大小、从动件的运动精度要求等因素。高速、重载时应选用无冲击或冲击小的运动规律；低速、轻载时可选用简单的等速运动规律。3.机械效率的概念及其影响因素：机械效率是指机械输出功与输入功的比值，表示输入功中有多少比例被有效利用。计算公式为η=W输出/W输入或η=P输出/P输入，其中η为机械效率，W为功，P为功率。机械效率的影响因素主要包括：(1)摩擦：摩擦是机械效率降低的主要原因。运动副中的摩擦会产生能量损失，降低机械效率。减小摩擦的方法包括：选择合适的材料、提高表面质量、采用润滑等。(2)变形：构件在受力时会产生弹性变形，导致能量损失。提高构件刚度、减小变形可以提高机械效率。(3)惯性力：高速运动的构件会产生惯性力，导致能量损失。通过平衡机构惯性力可以提高机械效率。(4)制造和安装误差：制造和安装误差会导致运动副中的附加摩擦和冲击，降低机械效率。提高制造精度和安装精度可以提高机械效率。(5)工作条件：如温度、湿度、润滑条件等也会影响机械效率。良好的工作条件可以提高机械效率。机械效率是衡量机械性能的重要指标，提高机械效率可以节约能源、降低运行成本。在设计机械时，应综合考虑各种因素，采取有效措施提高机械效率。五、计算题（共20分，每题10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运动。假设该机构为常见的六杆机构，包含5个活动构件和7个低副。自由度计算：活动构件数n=5低副数PL=7高副数PH=0自由度F=3n-2PL-PH=3×5-2×7-0=15-14=1因为自由度F=1>0，且假设机构有1个原动件，所以该机构具有确定运动。注意：由于题目中没有提供具体的机构图，这里假设为