機械工程原理與結構題集姓名_________________________地址_______________________________學號______________________-------------------------------密-------------------------封----------------------------線--------------------------1.請首先在試卷的標封處填寫您的姓名，身份證號和地址名稱。2.請仔細閱讀各種題目，在規(guī)定的位置填寫您的答案。一、選擇題1.機械傳動系統(tǒng)中的齒輪傳動的特點是：

A.傳動效率高

B.傳動平穩(wěn)

C.轉(zhuǎn)速比可變

D.上述都對

2.材料的塑性是指材料在外力作用下，當達到一定程度時：

A.發(fā)生斷裂

B.發(fā)生變形

C.發(fā)生疲勞

D.發(fā)生磨損

3.機械設計中，摩擦力的計算公式是：

A.F=μN

B.F=FN

C.F=μFN

D.F=μN2

4.機械原理中，曲柄滑塊機構的優(yōu)點是：

A.結構簡單

B.傳動比穩(wěn)定

C.工作平穩(wěn)

D.上述都對

5.機械中常用的傳動方式有：

A.齒輪傳動

B.皮帶傳動

C.螺旋傳動

D.上述都對的

答案及解題思路：

1.答案：D

解題思路：齒輪傳動具有傳動效率高、傳動平穩(wěn)和轉(zhuǎn)速比可變的特點，因此選擇D。

2.答案：B

解題思路：材料的塑性是指材料在外力作用下，當達到一定程度時，材料會發(fā)生變形，而不是斷裂、疲勞或磨損，所以選B。

3.答案：C

解題思路：摩擦力的計算公式是F=μFN，其中μ是摩擦系數(shù)，F(xiàn)N是正壓力。選項A和D中的N沒有乘以摩擦系數(shù)μ，選項B沒有考慮正壓力FN，因此選C。

4.答案：D

解題思路：曲柄滑塊機構具有結構簡單、傳動比穩(wěn)定和工作平穩(wěn)的優(yōu)點，因此選D。

5.答案：D

解題思路：機械中常用的傳動方式包括齒輪傳動、皮帶傳動和螺旋傳動，因此選D。二、填空題1.機械中常見的彈性元件有彈簧、橡膠等。

解題思路：彈性元件是機械中用于儲存和釋放能量的元件。彈簧因其良好的彈性和廣泛應用而成為常見類型，橡膠因其優(yōu)良的彈性和耐磨性也常用于制造彈性元件。

2.材料的強度主要有拉伸強度、壓縮強度和剪切強度三種。

解題思路：材料的強度是指材料抵抗外力作用而不發(fā)生破壞的能力。不同類型的強度反映了材料在不同方向和條件下抵抗變形和斷裂的能力。

3.機械設計中，提高機械效率的措施有減少摩擦損失、降低能量損失和優(yōu)化結構設計等。

解題思路：機械效率是指機械輸出功與輸入功的比值。提高效率主要通過減少能量損失、降低摩擦和優(yōu)化機械結構實現(xiàn)。

4.機械中常見的運動副有轉(zhuǎn)動副、移動副和高副等。

解題思路：運動副是連接兩個構件并使其產(chǎn)生相對運動的連接方式。轉(zhuǎn)動副允許構件轉(zhuǎn)動，移動副允許構件直線移動，高副則涉及復雜的曲線運動。

5.機械原理中，曲柄搖桿機構的主要運動形式是旋轉(zhuǎn)。

解題思路：曲柄搖桿機構是一種將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為往復運動或反之的機構。其主要運動形式是旋轉(zhuǎn)，這是其最基本且最典型的運動特性。三、簡答題1.簡述機械原理中機構的分類及特點。

機械原理中機構的分類主要包括：

1.開鏈機構：如連桿機構、凸輪機構等。

2.閉鏈機構：如齒輪機構、鏈傳動機構等。

機構的特點：

1.開鏈機構具有較好的運動靈活性和結構簡單性。

2.閉鏈機構通常具有較高的承載能力和傳動精度。

2.簡述機械設計中提高機械強度的措施。

提高機械強度的措施包括：

1.選擇合適的材料：根據(jù)機械的工作條件和環(huán)境，選擇具有較高強度和韌性的材料。

2.優(yōu)化結構設計：采用合理的結構形狀和尺寸，提高結構的剛度和穩(wěn)定性。

3.優(yōu)化加工工藝：采用先進的加工技術，提高零件的加工精度和表面質(zhì)量。

4.強化熱處理：通過熱處理工藝提高材料的力學功能。

3.簡述機械中常用的傳動方式及其特點。

常用的傳動方式包括：

1.齒輪傳動：具有傳動精度高、效率高、結構緊湊等優(yōu)點。

2.蝸桿傳動：適用于大傳動比和小速比的情況，具有結構簡單、噪音低等優(yōu)點。

3.鏈傳動：適用于長距離和大載荷的傳動，具有結構簡單、維護方便等優(yōu)點。

4.帶傳動：適用于中、小載荷的傳動，具有傳動平穩(wěn)、噪音低等優(yōu)點。

4.簡述材料力學中材料的變形及其類型。

材料的變形類型包括：

1.彈性變形：在外力作用下，材料產(chǎn)生可恢復的變形。

2.塑性變形：在外力作用下，材料產(chǎn)生不可恢復的變形。

3.蠕變變形：在長期載荷作用下，材料產(chǎn)生緩慢的變形。

5.簡述機械原理中曲柄搖桿機構的應用。

曲柄搖桿機構的應用包括：

1.汽車發(fā)動機的曲柄連桿機構。

2.機械手中的關節(jié)機構。

3.飛機起落架的機構設計。

4.工業(yè)中的關節(jié)機構。

答案及解題思路：

1.答案：機械原理中機構的分類及特點已如上所述。

解題思路：首先明確機構的分類，然后分別闡述每種分類的特點。

2.答案：機械設計中提高機械強度的措施已如上所述。

解題思路：結合實際工程案例，從材料選擇、結構設計、加工工藝和熱處理等方面闡述提高機械強度的措施。

3.答案：機械中常用的傳動方式及其特點已如上所述。

解題思路：列舉常見的傳動方式，并分別描述其特點。

4.答案：材料力學中材料的變形及其類型已如上所述。

解題思路：明確材料的變形類型，并解釋每種變形的特點。

5.答案：機械原理中曲柄搖桿機構的應用已如上所述。

解題思路：列舉曲柄搖桿機構的應用實例，并說明其在不同場合中的作用。四、計算題1.已知齒輪的模數(shù)m=5mm，齒數(shù)z=40，計算齒輪的齒高h和齒寬b。

2.已知材料的抗拉強度σb=500MPa，屈服強度σs=300MPa，計算材料的屈服極限和抗拉極限。

3.已知曲柄半徑r=10cm，連桿長度l=30cm，計算曲柄搖桿機構的最短行程Smin。

4.已知齒輪傳動的傳動比i=2，齒輪1的轉(zhuǎn)速n1=1000r/min，計算齒輪2的轉(zhuǎn)速n2。

5.已知曲柄滑塊機構中滑塊的行程S=100mm，計算曲柄的轉(zhuǎn)角α。

答案及解題思路：

1.解題思路：

齒輪的齒高h可以通過公式h=mc來計算，其中c是頂隙系數(shù)，一般取0.25m。齒寬b通常根據(jù)齒輪的直徑和模數(shù)確定，公式為b=d2m，其中d是齒輪的直徑。齒輪的直徑d可以用模數(shù)m和齒數(shù)z計算得出，公式為d=mz。

計算：

c=0.25m=0.255mm=1.25mm

h=mc=5mm1.25mm=6.25mm

d=mz=5mm40=200mm

b=d2m=200mm25mm=190mm

答案：

齒高h=6.25mm，齒寬b=190mm。

2.解題思路：

材料的屈服極限通常定義為材料開始塑性變形時的應力，而抗拉極限是指材料在斷裂前的最大應力。屈服極限等于屈服強度，抗拉極限等于抗拉強度。

計算：

屈服極限=屈服強度σs=300MPa

抗拉極限=抗拉強度σb=500MPa

答案：

屈服極限=300MPa，抗拉極限=500MPa。

3.解題思路：

曲柄搖桿機構的最短行程Smin可以通過計算曲柄搖桿機構在極限位置時的行程來確定。最短行程發(fā)生在曲柄和連桿處于共線時，此時滑塊位置變化最小。

計算：

Smin=l2r=30cm210cm=10cm

答案：

最短行程Smin=10cm。

4.解題思路：

齒輪傳動的傳動比i表示主動齒輪與從動齒輪轉(zhuǎn)速之比。轉(zhuǎn)速之比等于齒輪的齒數(shù)之比。

計算：

n2=n1/i=1000r/min/2=500r/min

答案：

齒輪2的轉(zhuǎn)速n2=500r/min。

5.解題思路：

曲柄滑塊機構中滑塊的行程S與曲柄的轉(zhuǎn)角α之間有一定的關系，這個關系可以通過曲柄滑塊機構的幾何關系來確定。一般情況下，曲柄的轉(zhuǎn)角α等于滑塊行程S除以滑塊所在連桿的長度。

計算：

α=S/l=100mm/30cm=100mm/300mm=1/3弧度

答案：

曲柄的轉(zhuǎn)角α=1/3弧度。五、應用題1.設計一個簡單的曲柄滑塊機構，并計算其主要參數(shù)。

題目內(nèi)容：設計一個用于小型自動化設備的曲柄滑塊機構，該機構要求曲柄長度為50mm，連桿長度為100mm。設計時需考慮最小壓力角和最大行程，并計算曲柄的轉(zhuǎn)速、滑塊的行程速度以及最小工作壓力。

解題思路：

1.根據(jù)曲柄長度和連桿長度，利用曲柄滑塊機構的幾何關系，計算滑塊的行程和曲柄的轉(zhuǎn)速。

2.計算最小壓力角，保證機構運動平穩(wěn)。

3.根據(jù)曲柄的轉(zhuǎn)速和連桿長度，計算滑塊的行程速度。

4.根據(jù)應用場景，確定最小工作壓力，計算所需的輸出扭矩。

2.設計一個齒輪減速器，并計算其輸出扭矩和效率。

題目內(nèi)容：設計一個用于工業(yè)機械的齒輪減速器，輸入轉(zhuǎn)速為1500rpm，輸入扭矩為500Nm。要求輸出轉(zhuǎn)速為50rpm，計算輸出扭矩和減速器的效率。

解題思路：

1.根據(jù)輸入轉(zhuǎn)速和輸出轉(zhuǎn)速，計算減速器的傳動比和齒輪的齒數(shù)。

2.根據(jù)輸入扭矩和傳動比，計算輸出扭矩。

3.利用齒輪嚙合原理和減速器效率公式，計算減速器的效率。

3.根據(jù)材料力學原理，分析一個機械構件的受力情況，并計算其最大應力。

題目內(nèi)容：一個機械構件受一集中載荷F=1000N作用，載荷作用在構件的直徑為20mm的圓截面上。分析該構件的受力情況，并計算其最大應力。

解題思路：

1.確定載荷作用點的位置，分析構件的受力狀態(tài)。

2.根據(jù)載荷和截面尺寸，計算應力集中系數(shù)。

3.利用材料力學公式，計算構件的最大應力。

4.設計一個機械臂，并計算其主要參數(shù)。

題目內(nèi)容：設計一個用于搬運重物的機械臂，機械臂的末端需能承受2000N的垂直載荷。機械臂的長度為1m，計算機械臂的截面積、所需材料和臂的支撐力。

解題思路：

1.根據(jù)載荷和機械臂長度，計算機械臂所需的截面積。

2.選擇合適的材料，根據(jù)材料特性計算機械臂的重量和所需支撐力。

3.設計機械臂的結構，保證其穩(wěn)定性和承載能力。

5.分析一個機械設備的傳動系統(tǒng)，并提出提高其傳動效率的措施。

題目內(nèi)容：分析一個現(xiàn)有機械設備的傳動系統(tǒng)，該系統(tǒng)由皮帶傳動和齒輪傳動組成。分析其傳動效率，并提出至少兩種提高傳動效率的措施。

解題思路：

1.分析傳動系統(tǒng)的各部分，確定能量損失的主要來源。

2.根據(jù)能量損失的分析，提出改進措施，如更換傳動帶、優(yōu)化齒輪嚙合設計等。

3.評估提出的措施對傳動效率的影響，提出最優(yōu)方案。

答案及解題思路：

1.曲柄滑塊機構設計及參數(shù)計算。

答案：根據(jù)設計要求，計算得出曲柄轉(zhuǎn)速為60rpm，滑塊行程速度為1m/s，最小工作壓力為250N。

解題思路：利用幾何關系和運動學公式進行計算。

2.齒輪減速器設計及效率計算。

答案：輸出扭矩為1000Nm，減速器效率為85%。

解題思路：通過計算傳動比和齒輪參數(shù)，以及利用效率公式進行計算。

3.機械構件受力分析及應力計算。

答案：最大應力為50MPa。

解題思路：根據(jù)受力情況和截面尺寸，使用材料力學公式計算。

4.機械臂設計及參數(shù)計算。

答案：機械臂截面積為200mm2，所需材料為Q235鋼，臂的支撐力為500N。

解題思路：根據(jù)載荷和結構設計，計算所需截面積和材料，并確定支撐力。

5.機械設備傳動系統(tǒng)分析及效率提升措施。

答案：提出更換傳動帶、優(yōu)化齒輪嚙合設計等提高傳動效率的措施。

解題思路：分析能量損失，提出針對性改進措施，評估效果。六、判斷題1.機械原理中，機構的自由度等于構件的個數(shù)。

2.材料的彈性模量E越大，其變形越小。

3.機械設計中，減小摩擦系數(shù)可以提高機械效率。

4.齒輪傳動中，齒數(shù)多的齒輪傳動效率更高。

5.機械原理中，曲柄搖桿機構只能實現(xiàn)往復運動。

答案及解題思路：

1.答案：錯誤。

解題思路：機械原理中，機構的自由度是指機構中獨立運動的數(shù)量，而構件的個數(shù)僅是構成機構的基本單元。機構的自由度通常由機構的類型、連接方式等因素決定，并不直接等于構件的個數(shù)。

2.答案：正確。

解題思路：彈性模量E表示材料抵抗變形的能力，E值越大，材料的剛度越大，在外力作用下變形越小。

3.答案：正確。

解題思路：摩擦力會消耗一部分能量，減小摩擦系數(shù)可以降低能量損失，從而提高機械效率。

4.答案：錯誤。

解題思路：齒輪傳動效率受多種因素影響，如齒數(shù)、材料、加工質(zhì)量等。單純增加齒數(shù)并不能提高傳動效率。

5.答案：錯誤。

解題思路：曲柄搖桿機構可以實現(xiàn)多種運動形式，如往復運動、轉(zhuǎn)動等。并非只能實現(xiàn)往復運動。七、論述題1.論述機械原理中機構的應用及其在機械設計中的作用。

答案：

機械原理中機構的廣泛應用及其在機械設計中的作用主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

多樣化實現(xiàn)機械運動：通過應用各種機構，可以多樣化地實現(xiàn)直線運動、旋轉(zhuǎn)運動等，滿足不同機械設備的運動需求。

提高設計靈活性：機構的應用提供了多種運動轉(zhuǎn)換和傳遞方式，使得機械設計更加靈活，適應不同的工作條件和要求。

簡化設計過程：利用現(xiàn)有的機構，可以減少機械設計的復雜性，縮短設計周期，降低設計成本。

解題思路：

分析機械原理中常見的機構類型，如齒輪機構、連桿機構等。

討論這些機構在不同機械設計中的應用案例。

分析機構應用如何提高機械設計的靈活性、簡化設計過程等。

2.論述機械設計中提高機械效率的重要性及其措施。

答案：

提高機械效率對于機械設計，其重要性及措施

重要性：提高機械效率可以減少能源消耗，降低運行成本，提高設備的工作功能和競爭力。

措施：

優(yōu)化機械設計，減少運動過程中的能量損失。

采用高功能材料和制造工藝，提高零部件的強度和耐磨性。

實施合理的潤滑系統(tǒng)設計，減少摩擦和磨損。

解題思路：

分析機械效率在機械設計中的重要性。

探討提高機械效率的具體措施，結合實際案例進行分析。

評估不同措施的效果，并提出優(yōu)化建議。

3.論述材料力學在機械設計中的應用及其重要性。

答案：

材料力學在機械設計中的應用及其重要性包括：

強度校核：通過材料力學分析，可以保