三峡大学机械原理试题及答案

三峡大学机械原理试题及答案一、填空题（每空1分，共25分）机构具有确定相对运动的条件是______，若机构原动件数小于自由度数，机构将______；若原动件数大于自由度数，机构将______。平面运动副中，低副通过______接触，引入______个约束；高副通过______接触，引入______个约束。平面铰链四杆机构中，曲柄存在的充要条件是______；若机构中最短杆为机架，机构类型为______；若最短杆为连架杆，机构类型为______；若最短杆为连杆，机构类型为______。对心曲柄滑块机构的行程速比系数K=______，其滑块行程h与曲柄长度a的关系为______。凸轮机构中，基圆半径越小，压力角越______，传动效率越______；为避免运动失真，滚子从动件的滚子半径应______凸轮理论轮廓线的最小曲率半径。渐开线标准直齿圆柱齿轮的正确啮合条件是______，连续传动条件是______；当齿数小于______时，标准加工会发生根切，可采用______加工避免根切。周转轮系按自由度可分为两类：自由度为1的称为______轮系，自由度为2的称为______轮系；周转轮系传动比计算采用______法。刚性转子静平衡的条件是______，适用于轴向尺寸较小的盘类转子；刚性转子动平衡的条件是______，需要在______个校正平面上配重。机械周期性速度波动采用______调节，非周期性速度波动采用______调节。二、单项选择题（每题2分，共20分）某平面机构共有6个活动构件（含滚子和对称支撑构件），8个低副，1个高副，机构中存在1个局部自由度和1处虚约束，则该机构的实际自由度为（）A.1B.2C.3D.0曲柄摇杆机构的最小传动角出现在（）位置A.曲柄与连杆共线B.曲柄与机架共线C.摇杆与机架共线D.连杆与机架共线凸轮机构从动件采用以下运动规律时，存在刚性冲击的是（）A.等速运动规律B.等加速等减速运动规律C.正弦加速度运动规律D.余弦加速度运动规律渐开线齿轮传动的可分性是指（）不随中心距变化而改变A.分度圆压力角B.传动比C.啮合角D.齿顶高闭式硬齿面齿轮传动的主要失效形式是（）A.齿面胶合B.齿面点蚀C.轮齿折断D.齿面磨损下列间歇运动机构中，转角可实现无级调节的是（）A.外啮合槽轮机构B.内啮合槽轮机构C.棘轮机构D.不完全齿轮机构行星轮系中，若中心轮均固定，则该轮系的自由度为（）A.0B.1C.2D.3下列关于转子平衡的说法正确的是（）A.静平衡的转子一定动平衡B.动平衡的转子一定静平衡C.静平衡需要2个校正平面D.动平衡仅适用于高速转子机械发生自锁的本质原因是（）A.驱动力太小B.生产阻力太大C.效率小于等于0D.摩擦系数太大飞轮安装在机械的高速轴上比安装在低速轴上所需的转动惯量（）A.更大B.更小C.相同D.无法判断三、判断题（每题1分，共10分，对打√，错打×）平面机构中，虚约束不限制构件的相对运动，因此自由度计算时必须去除。（）偏置曲柄滑块机构的行程速比系数K大于1，存在急回特性。（）凸轮机构的压力角是从动件受力方向与从动件运动方向之间的夹角。（）渐开线标准齿轮的分度圆上齿厚等于齿槽宽。（）齿数小于17的渐开线齿轮一定会发生根切。（）定轴轮系的传动比符号仅由外啮合的次数决定，内啮合不改变转向。（）差动轮系可以实现运动的合成与分解。（）机械的效率始终大于0。（）槽轮机构的槽数越少，运动平稳性越差。（）周期性速度波动的本质是机械的盈亏功交替出现，平均转速保持不变。（）四、简答题（每题5分，共15分）简述平面机构自由度计算的三项注意事项，分别说明其定义和处理方法。简述渐开线标准直齿圆柱齿轮根切的危害、产生原因及避免措施。简述刚性转子静平衡和动平衡的区别、适用场合及校正要求。五、计算分析题（共22分）（10分）已知某平面机构结构如下：构件1为原动件，构件7为机架；构件1与机架铰接，与构件2铰接；构件2上装有滚子，与构件3的端面接触；构件3与构件4铰接，构件4与构件5铰接；构件5与构件6铰接，构件6与机架铰接；构件3同时与机架通过平行导路移动副连接，另有一个和构件4完全相同的对称构件辅助支撑构件3，不影响机构整体运动。要求：（1）指出机构中的局部自由度、虚约束、复合铰链位置；（2）计算机构的实际自由度，判断机构是否具有确定运动。（12分）某曲柄摇杆机构，已知摇杆长度L3=350mm，摆角ψ=35°，行程速比系数K=1.4，机架长度L4=280mm，许用最小传动角[γ]=40°。要求：（1）计算极位夹角θ；（2）求解曲柄长度L1和连杆长度L2；（3）校验最小传动角是否满足要求。六、综合应用题（共8分）某自动化生产线需要配置间歇输送机构，要求每分钟完成60次物料输送，每次输送的运动时间为0.4s，停留时间为0.6s，工作载荷平稳，转速较低。要求：（1）选择合适的间歇运动机构，说明选择理由；（2）若选用槽轮机构，计算槽轮槽数和主动拨盘的圆销数量。参考答案一、填空题原动件数等于机构自由度数（且自由度大于0）；运动不确定；发生卡死或构件损坏面；2；点/线；1最短杆长度+最长杆长度≤其余两杆长度之和；双曲柄机构；曲柄摇杆机构；双摇杆机构1；h=2a大；低；小于模数和压力角分别相等；重合度εα≥1；17；变位齿轮行星；差动；转化轮系（反转）各偏心质量的惯性力矢量和为0；各偏心质量的惯性力矢量和为0、惯性力矩矢量和为0；2飞轮；调速器二、单项选择题A解析：去除局部自由度（滚子）和虚约束（对称支撑构件）后，实际活动构件数n=4，低副数PL=5，高副数PH=1，自由度F=3n-2PL-PH=3×4-2×5-1=1，原动件数为1，与自由度相等。B3.A4.B5.C6.C7.A8.B9.C10.B三、判断题1.√2.√3.√4.√5.×（采用正变位加工可避免齿数小于17的齿轮发生根切）6.√7.√8.×（机械自锁时效率≤0）9.√10.√四、简答题答：平面机构自由度计算需注意三类特殊约束：（1）局部自由度：指不影响其他构件相对运动的独立自由度，常见为滚子从动件的滚子转动、空套滚轮等。处理方法：计算自由度时将滚子与安装构件视为一体，去除该局部自由度，即减少1个活动构件、1个转动副。（2）虚约束：指对机构运动不起实际限制作用的重复约束，多出现于对称结构、平行导路、重合轨迹等场景。处理方法：计算自由度时去除虚约束对应的构件和运动副。（3）复合铰链：指3个及以上构件在同一轴线处铰接形成的运动副，m个构件铰接的复合铰链包含m-1个转动副。处理方法：统计低副时按m-1计算转动副数量。答：（1）根切危害：根切会削弱轮齿的弯曲强度，降低齿轮重合度，增大传动振动和噪声，影响传动平稳性。（2）产生原因：用范成法加工齿轮时，刀具的齿顶线超过了啮合线与被加工齿轮基圆的切点，将齿根部分的渐开线齿廓切去。（3）避免措施：①增大齿轮齿数，使齿数大于等于不根切最小齿数17；②采用正变位齿轮加工，将刀具向远离齿轮中心的方向偏移，避免刀具齿顶线超过啮合极限点。答：（1）区别与适用场合：静平衡仅平衡惯性力的矢量和，适用于轴向尺寸远小于径向尺寸的盘类转子（如飞轮、砂轮、单级齿轮），多用于工作转速较低的场景；动平衡同时平衡惯性力矢量和与惯性力矩矢量和，适用于轴向尺寸较大的轴类转子（如电机主轴、汽轮机转子、发动机曲轴），可适配高转速工作场景。（2）校正要求：静平衡仅需在1个校正平面上加减配重即可实现平衡；动平衡需要在2个及以上的校正平面上加减配重，才能同时满足惯性力和力矩的平衡要求。五、计算分析题解：（1）特殊约束识别：①局部自由度：构件2上的滚子转动，仅减少摩擦不影响构件3的移动规律，属于局部自由度。②虚约束：辅助支撑构件3的对称构件，与构件4运动完全重合，对机构运动无限制作用，属于虚约束。③复合铰链：构件4、构件5、构件6铰接处为3个构件同轴铰接，属于复合铰链，包含2个转动副。（2）自由度计算：去除局部自由度和虚约束后，实际活动构件数n=5（构件1、2、3、4、5）；低副数PL=7：转动副6个（1-机架、1-2、3-4、4-5、5-6、6-机架）+移动副1个（3-机架），复合铰链额外增加1个转动副，合计7个低副；高副数PH=1（滚子与构件3的接触高副）。

代入自由度公式：F=3n-2PL-PH=3×5-2×7-1=15-14-1=1。

机构原动件数为1，与自由度数相等，因此机构具有确定运动。解：（1）极位夹角计算：根据行程速比系数与极位夹角的关系，θ=180°×(K-1)/(K+1)=180°×(1.4-1)/(1.4+1)=180°×0.4/2.4=30°。（2）摇杆两个极位的端点距离：C1C2=2L3sin(ψ/2)=2×350×sin(17.5$\cosγ=\frac{L_2^2+L_3^2-(L_4-L_1)^2}{2L_2L_3}$

代入数值：L4−L1=280−76=解：（1）机构选择：选用外啮合槽轮机构。选择理由：槽轮机构结构简单、传动平稳、工作可靠，转角精度高，适用于低