机械原理测试题A及参考答案

机械原理测试题A及参考答案考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每题2分，共20分。下列每小题备选答案中，只有一项是符合题目要求的，请将正确选项前的字母填在题后的括号内）1.一个包含n个构件的二力杆机构，其自由度F为：A.1B.2C.3D.42.在平面四杆机构中，若两连架杆能实现任意给定的角位移，则该机构属于：A.曲柄摇杆机构B.双曲柄机构C.双摇杆机构D.铰链四杆机构3.下列运动副中，属于高副的是：A.铰链转动副B.移动副C.凸轮与从动件之间的接触副D.齿轮与齿轮之间的接触副4.在凸轮机构中，从动件尖顶与凸轮轮廓接触时，其压力角α等于：A.凸轮轮廓曲线的半径方向与从动件速度方向之间所夹的锐角B.凸轮轮廓曲线的半径方向与从动件加速度方向之间所夹的锐角C.从动件导路方向与从动件速度方向之间所夹的锐角D.从动件导路方向与凸轮轮廓曲线的半径方向之间所夹的锐角5.对于渐开线直齿圆柱齿轮传动，其啮合角α'与分度圆压力角α的关系是：A.α'>αB.α'<αC.α'=αD.α'≥α6.一对标准直齿圆柱齿轮正确啮合的条件是：A.模数m相等，压力角α相等B.模数m相等，齿数z1、z2成任意比C.分度圆直径d1、d2成任意比D.齿轮宽度b相等7.在周转轮系中，若中心轮1与中心轮3的转向相同，则传动比i_{13}的值：A.一定大于1B.一定小于1C.可大于1，也可小于1，取决于行星轮2的齿数D.等于行星轮2的齿数8.机械产生速度波动的主要原因是：A.机械存在摩擦B.机械存在构件的质量和转动惯量C.驱动力或阻力是周期性变化的D.机械的效率较低9.在机械调速中，飞轮通常安装在：A.输出轴上B.输入轴上C.转动惯量较大的构件上D.转动惯量较小的构件上10.下列机构中，存在死点位置的是：A.曲柄摇杆机构B.双曲柄机构C.双摇杆机构D.齿轮机构二、填空题（每空1分，共15分。请将答案填写在横线上）1.机构具有确定运动的条件是：机构的原动件数等于其自由度数。2.平面高副机构的自由度计算公式为F=3n-2p_H-1，其中n为构件数，p_H为高副数。3.在曲柄摇杆机构中，与机架相连的杆件称为连杆。4.凸轮机构的压力角越大，机构的传力效果越差。5.直齿圆柱齿轮的模数m是衡量齿轮尺寸大小的重要参数，其单位为毫米（mm）。6.一对标准斜齿圆柱齿轮正确啮合的条件是：m_t1=m_t2，α_t1=α_t2，其中m_t为端面模数，α_t为端面压力角。7.在周转轮系中，惰轮（或称过轮）的作用是改变从中心轮到中心轮的输出转速方向。8.机械运转的三个平衡状态是：稳定运转、暂态运转（或称非稳定运转）、停车。9.飞轮之所以能起到调速作用，是因为它具有较大的转动惯量，能够储存和释放能量。10.运动副是两个构件直接接触并能相对运动的可动连接。三、判断题（每题1分，共10分。请将判断结果“正确”或“错误”填在题后的括号内）1.任何四杆机构都具有三个运动副。（）2.在平面四杆机构中，若存在一个曲柄，则该机构一定是曲柄摇杆机构。（）3.平面运动副一定是高副。（）4.凸轮机构的基圆半径就是凸轮轮廓最小半径。（）5.所有齿轮机构的传动比都是恒定的。（）6.定轴轮系中，若齿轮数为奇数，则输入轴与输出轴转向相反。（）7.机械的速度波动分为周期性波动和非周期性波动。（）8.飞轮可以消除机械运转中的所有速度波动。（）9.任何机构在其运动过程中，其压力角都可能发生改变。（）10.机械的效率总是小于1。（）四、简答题（每题5分，共20分。请将答案写在答题纸上）1.简述什么是机构的自由度？影响机构自由度的因素有哪些？2.简述凸轮机构中压力角的概念及其对机构传力性能的影响。3.简述渐开线齿廓的优点。4.简述周转轮系与定轴轮系的主要区别。五、计算题（每题10分，共30分。请将计算过程和结果写在答题纸上）1.图示（此处无图，请假设一个简单的平面铰链四杆机构，并给出已知条件，例如：构件长度lAB=100mm,lBC=80mm,lCD=120mm,lAD=100mm，且构件AB为原动件，做匀速转动，求机构自由度F）。试计算该机构的自由度F。2.图示（此处无图，请假设一个偏心圆盘凸轮机构，已知：凸轮基圆半径rb=30mm，偏距e=10mm，凸轮以等角速度ω1=10rad/s顺时针转动，从动件行程h=20mm，凸轮在一个运动循环中，推程段s1为简谐运动，回程段s2为停歇），试求：（1）从动件在推程段运动开始时（推程段起始位置）的压力角α1；（2）从动件在推程段运动结束时的位移s1和压力角α2。3.图示（此处无图，请假设一个由两个标准直齿圆柱齿轮组成的简单齿轮传动，已知：齿轮1为主动轮，齿数z1=20，模数m1=5mm，压力角α1=20°；齿轮2为从动轮，齿数z2=60，模数m2=5mm，压力角α2=20°），试求该齿轮传动的传动比i_{12}。试卷答案一、选择题1.A2.B3.C4.A5.A6.A7.C8.C9.C10.A二、填空题1.机构的原动件数等于其自由度数2.3n-2p_H-13.连杆4.越差5.衡量齿轮尺寸大小的重要参数，其单位为毫米（mm）6.m_t1=m_t2，α_t1=α_t27.改变从中心轮到中心轮的输出转速方向8.稳定运转、暂态运转（或称非稳定运转）、停车9.转动惯量10.两个构件直接接触并能相对运动的可动连接三、判断题1.错误2.正确3.错误4.错误5.错误6.正确7.正确8.错误9.正确10.错误四、简答题1.机构的自由度是指一个机构相对于确定位置的独立运动参数的数目。影响机构自由度的因素主要有：机构的构件数目n、运动副的种类（转动副或移动副）和数目（低副数p_L和高副数p_H）。计算公式为F=3n-2p_L-2p_H（平面机构）。增加构件数、增加高副数会增加自由度；增加低副数会减少自由度。2.凸轮机构中，压力角是指凸轮轮廓上某点法线方向与从动件在该点速度方向之间所夹的锐角。压力角反映了凸轮给从动件驱动力沿从动件运动方向的分量大小。压力角越大，有效驱动力越小，机构传力越费力，效率越低，甚至可能出现自锁。设计时通常希望在工作行程中压力角不超过许用值。3.渐开线齿廓具有以下优点：①齿廓形状符合齿廓啮合基本定律，能保证传动比恒定不变，实现平稳传动。②渐开线齿廓上任意点的压力角都是相等的，这使得刀具制造简单，刀具齿廓形状与被加工齿轮齿廓形状相同，便于用标准刀具加工各种模数和压力角的齿轮。③当中心距稍有误差时，仍能保持正确的啮合传动，具有较好的中心距公差包容性。④啮合线是一条直线，且与公法线重合，传动时齿面间的滑动速度是变化的，有利于润滑和散热。4.周转轮系与定轴轮系的主要区别在于：周转轮系中至少有一个构件（行星轮）既绕自身轴线转动，又绕另一个固定或旋转的轴线转动（中心轮轴线），即存在既自转又公转的构件（周转件）；而定轴轮系中所有齿轮都是围绕着各自固定的轴线转动，没有构件同时具有自转和公转。五、计算题1.解：根据自由度计算公式F=3n-2p_L-2p_H。观察该铰链四杆机构图（假设），包含4个构件（n=4），其中转动副有4个（A、B、C、D），没有高副（p_H=0）。所以，F=3*4-2*4-2*0=12-8=4。答：该机构的自由度F为4。2.解：（1）压力角α1的确定：在推程段起始位置，从动件处于最低点（假设），接触点P位于基圆上。此时，凸轮给从动件的驱动力方向通过偏距e，从动件速度方向垂直向上。根据压力角定义，α1是驱动力方向（通过偏距e的方向）与速度方向之间所夹的锐角。在直角三角形O1AP中，tanα1=e/rb=10mm/30mm=1/3。所以，α1=arctan(1/3)。（2）位移s1和压力角α2的确定：在推程段结束位置（假设），从动件处于最高点，接触点P位于凸轮轮廓的最大半径处。此时，驱动力方向通过偏距e，速度方向仍然垂直向上。压力角α2的计算方法同α1，即α2=arctan(e/rb')，其中rb'是凸轮在推程段结束时的半径。由于题目未给出rb'的具体值，通常假设rb'是基圆半径rb加上从动件行程h，即rb'=rb+h=30mm+20mm=50mm。所以，α2=arctan(10mm/50mm)=arctan(1/5)。从动件的位移s1即为行程h=20mm。答：推程段起始位置的压力角α1=arctan(1/3)；从动件位移s1=20mm，压力角α2=arctan(1/5)。3.