2025年《機(jī)械原理》考試題及參考答案一、選擇題（每題3分，共30分）1.機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件是（）A.自由度大于零B.自由度大于零且等于原動(dòng)件數(shù)C.自由度大于原動(dòng)件數(shù)D.自由度小于原動(dòng)件數(shù)答案：B解析：機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件是機(jī)構(gòu)的自由度大于零，且等于原動(dòng)件的數(shù)目。若自由度小于或等于零，機(jī)構(gòu)將不能運(yùn)動(dòng)或成為一個(gè)剛性桁架；若自由度大于原動(dòng)件數(shù)，機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)將不確定。2.平面四桿機(jī)構(gòu)中，若各桿長度分別為\(a=40mm\)，\(b=60mm\)，\(c=60mm\)，\(d=70mm\)，當(dāng)以\(a\)為機(jī)架，則該四桿機(jī)構(gòu)為（）A.雙曲柄機(jī)構(gòu)B.曲柄搖桿機(jī)構(gòu)C.雙搖桿機(jī)構(gòu)D.不能構(gòu)成四桿機(jī)構(gòu)答案：A解析：根據(jù)桿長條件判斷，最長桿與最短桿長度之和\(a+d=40+70=110mm\)，其余兩桿長度之和\(b+c=60+60=120mm\)，\(a+d\ltb+c\)，且最短桿\(a\)為機(jī)架，所以該四桿機(jī)構(gòu)為雙曲柄機(jī)構(gòu)。3.凸輪機(jī)構(gòu)中，（）從動(dòng)件的行程不能太大。A.尖頂B.滾子C.平底D.以上都不對答案：C解析：平底從動(dòng)件的平底與凸輪輪廓接觸，在工作過程中，平底的尺寸有限，當(dāng)行程太大時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)干涉等問題，所以平底從動(dòng)件的行程不能太大。4.漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪的齒形系數(shù)\(Y_{F}\)只與（）有關(guān)。A.模數(shù)B.齒數(shù)C.壓力角D.齒寬系數(shù)答案：B解析：齒形系數(shù)\(Y_{F}\)是反映輪齒幾何形狀對齒根彎曲應(yīng)力影響的系數(shù)，它只與齒數(shù)有關(guān)，與模數(shù)、壓力角、齒寬系數(shù)等無關(guān)。5.一對漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪正確嚙合的條件是（）A.兩齒輪的模數(shù)和壓力角分別相等B.兩齒輪的齒數(shù)相等C.兩齒輪的齒寬相等D.兩齒輪的齒厚相等答案：A解析：一對漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪正確嚙合的條件是兩齒輪的模數(shù)和壓力角分別相等，這樣才能保證兩輪的齒廓曲線在嚙合過程中能夠正確地傳遞運(yùn)動(dòng)。6.帶傳動(dòng)在工作時(shí)產(chǎn)生彈性滑動(dòng)，是由于（）A.包角α太小B.初拉力\(F_{0}\)太小C.緊邊與松邊拉力不等D.傳動(dòng)過載答案：C解析：帶傳動(dòng)工作時(shí)，由于緊邊和松邊的拉力不等，使帶的彈性變形量發(fā)生變化，從而導(dǎo)致帶在帶輪上產(chǎn)生相對滑動(dòng)，即彈性滑動(dòng)。7.鏈傳動(dòng)中，鏈節(jié)數(shù)一般取偶數(shù)，是為了（）A.提高鏈傳動(dòng)的平穩(wěn)性B.使鏈條與鏈輪輪齒磨損均勻C.避免采用過渡鏈節(jié)D.減小鏈傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)不均勻性答案：C解析：當(dāng)鏈節(jié)數(shù)為偶數(shù)時(shí)，可以采用開口銷或彈簧卡片等連接方式，避免采用過渡鏈節(jié)。過渡鏈節(jié)的強(qiáng)度較低，會(huì)影響鏈傳動(dòng)的可靠性。8.在蝸桿傳動(dòng)中，通常（）為主動(dòng)件。A.蝸桿B.蝸輪C.蝸桿或蝸輪都可以D.以上都不對答案：A解析：由于蝸桿的螺旋升角較小，通常情況下，蝸桿的轉(zhuǎn)速較高，而蝸輪的轉(zhuǎn)速較低，所以在蝸桿傳動(dòng)中，通常蝸桿為主動(dòng)件，將運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳遞給蝸輪。9.軸按其受載情況可分為（）A.心軸、轉(zhuǎn)軸和傳動(dòng)軸B.直軸、曲軸和撓性軸C.階梯軸、光軸和空心軸D.碳鋼軸、合金鋼軸和不銹鋼軸答案：A解析：軸按受載情況可分為心軸（只承受彎矩）、轉(zhuǎn)軸（同時(shí)承受彎矩和扭矩）和傳動(dòng)軸（主要承受扭矩）。10.滾動(dòng)軸承的基本額定壽命是指（）A.一批同型號的軸承在相同條件下運(yùn)轉(zhuǎn)，其中90%的軸承發(fā)生疲勞點(diǎn)蝕前的總轉(zhuǎn)數(shù)或工作小時(shí)數(shù)B.一個(gè)軸承在額定載荷作用下的工作小時(shí)數(shù)C.一個(gè)軸承在實(shí)際工作條件下的工作小時(shí)數(shù)D.一批同型號的軸承在相同條件下運(yùn)轉(zhuǎn)，其中10%的軸承發(fā)生疲勞點(diǎn)蝕前的總轉(zhuǎn)數(shù)或工作小時(shí)數(shù)答案：A解析：滾動(dòng)軸承的基本額定壽命是指一批同型號的軸承在相同條件下運(yùn)轉(zhuǎn)，其中90%的軸承發(fā)生疲勞點(diǎn)蝕前的總轉(zhuǎn)數(shù)或工作小時(shí)數(shù)。二、簡答題（每題10分，共30分）1.簡述機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算方法，并說明在計(jì)算過程中需要注意的事項(xiàng)。答案：機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算公式為\(F=3n-2P_{L}-P_{H}\)，其中\(zhòng)(n\)為活動(dòng)構(gòu)件數(shù)，\(P_{L}\)為低副數(shù)，\(P_{H}\)為高副數(shù)。在計(jì)算過程中需要注意以下事項(xiàng)：（1）正確識別活動(dòng)構(gòu)件：機(jī)架是固定的，不算活動(dòng)構(gòu)件，要準(zhǔn)確判斷機(jī)構(gòu)中哪些是活動(dòng)的構(gòu)件。（2）準(zhǔn)確計(jì)算低副和高副的數(shù)量：低副是指兩構(gòu)件通過面接觸組成的運(yùn)動(dòng)副，如轉(zhuǎn)動(dòng)副、移動(dòng)副；高副是指兩構(gòu)件通過點(diǎn)或線接觸組成的運(yùn)動(dòng)副。（3）要考慮局部自由度：局部自由度是指不影響機(jī)構(gòu)整體運(yùn)動(dòng)的自由度，在計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)應(yīng)將其除去。（4）要考慮虛約束：虛約束是指在機(jī)構(gòu)中不起獨(dú)立限制運(yùn)動(dòng)作用的約束，在計(jì)算自由度時(shí)應(yīng)將虛約束除去。常見的虛約束情況有：兩構(gòu)件組成多個(gè)移動(dòng)副且導(dǎo)路平行；兩構(gòu)件組成多個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副且軸線重合；機(jī)構(gòu)中對傳遞運(yùn)動(dòng)不起獨(dú)立作用的對稱部分等。2.簡述凸輪機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)。答案：優(yōu)點(diǎn)：（1）可以實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)規(guī)律：通過設(shè)計(jì)不同的凸輪輪廓曲線，能夠使從動(dòng)件實(shí)現(xiàn)任意的預(yù)期運(yùn)動(dòng)規(guī)律，如等速運(yùn)動(dòng)、等加速等減速運(yùn)動(dòng)、余弦加速度運(yùn)動(dòng)等。（2）結(jié)構(gòu)緊湊：凸輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)相對簡單，所占空間較小，適用于一些空間有限的場合。（3）響應(yīng)速度快：能夠快速準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)精度較高。缺點(diǎn)：（1）凸輪輪廓曲線加工困難：由于凸輪輪廓曲線通常是復(fù)雜的曲線，加工精度要求較高，加工成本也相對較高。（2）磨損較大：凸輪與從動(dòng)件之間是點(diǎn)或線接觸，接觸應(yīng)力較大，容易產(chǎn)生磨損，影響凸輪機(jī)構(gòu)的使用壽命。（3）運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生沖擊和噪聲：當(dāng)從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)速度較高時(shí)，可能會(huì)產(chǎn)生較大的沖擊和噪聲，影響機(jī)構(gòu)的工作穩(wěn)定性。3.簡述齒輪傳動(dòng)的失效形式及防止措施。答案：齒輪傳動(dòng)的失效形式主要有以下幾種：（1）輪齒折斷：包括疲勞折斷和過載折斷。疲勞折斷是由于輪齒在交變應(yīng)力作用下，齒根處產(chǎn)生疲勞裂紋并逐漸擴(kuò)展導(dǎo)致的；過載折斷是由于短時(shí)過載或沖擊載荷作用，使輪齒承受的應(yīng)力超過其極限應(yīng)力而折斷。防止措施：增大齒根圓角半徑，減小應(yīng)力集中；采用合適的熱處理和表面強(qiáng)化工藝，提高齒面硬度和齒芯韌性；合理設(shè)計(jì)齒輪的幾何參數(shù)，增大齒根厚度；避免過載和沖擊載荷。（2）齒面磨損：包括磨粒磨損和跑合磨損等。磨粒磨損是由于外界硬顆粒進(jìn)入齒面間引起的磨損；跑合磨損是在新齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)初期，齒面間的磨合過程。防止措施：采用閉式傳動(dòng)，防止外界雜質(zhì)進(jìn)入；提高齒面硬度；進(jìn)行適當(dāng)?shù)呐芎?。?）齒面點(diǎn)蝕：是由于齒面在交變接觸應(yīng)力作用下，產(chǎn)生微小裂紋并擴(kuò)展，使齒面金屬剝落形成麻點(diǎn)。防止措施：提高齒面硬度；增大齒輪的模數(shù)和齒寬；采用合適的潤滑油，減小接觸應(yīng)力。（4）齒面膠合：在高速重載或低速重載的情況下，齒面間的油膜被破壞，兩齒面金屬直接接觸并發(fā)生粘連，在相對滑動(dòng)時(shí)，較軟的齒面金屬被撕下形成溝紋。防止措施：提高齒面硬度；采用抗膠合能力強(qiáng)的潤滑油；降低齒面粗糙度。（5）齒面塑性變形：在重載作用下，較軟的齒面金屬產(chǎn)生塑性流動(dòng)而破壞齒面的正常形狀。防止措施：提高齒面硬度；采用合適的材料；避免過載。三、分析計(jì)算題（每題20分，共40分）1.計(jì)算圖1所示機(jī)構(gòu)的自由度，并判斷該機(jī)構(gòu)是否具有確定的運(yùn)動(dòng)（圖中\(zhòng)(E\)處為局部自由度，\(C\)處為虛約束）。存在一個(gè)機(jī)構(gòu)圖，圖中包含多個(gè)構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副)答案：（1）首先確定活動(dòng)構(gòu)件數(shù)\(n\)：從圖中可以數(shù)出活動(dòng)構(gòu)件數(shù)\(n=7\)（除去機(jī)架）。（2）確定低副數(shù)\(P_{L}\)和高副數(shù)\(P_{H}\)：低副數(shù)\(P_{L}=9\)（轉(zhuǎn)動(dòng)副和移動(dòng)副的總數(shù)），高副數(shù)\(P_{H}=1\)。（3）考慮局部自由度和虛約束：已知\(E\)處為局部自由度，\(C\)處為虛約束，在計(jì)算自由度時(shí)，局部自由度應(yīng)除去，虛約束也應(yīng)除去。（4）計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度\(F\)：根據(jù)公式\(F=3n-2P_{L}-P_{H}\)，將\(n=7\)，\(P_{L}=9\)，\(P_{H}=1\)代入可得：\(F=3\times7-2\times9-1\)\(=21-18-1\)\(=2\)要使機(jī)構(gòu)具有確定的運(yùn)動(dòng)，機(jī)構(gòu)的自由度應(yīng)等于原動(dòng)件數(shù)。由于題目中未提及原動(dòng)件數(shù)，若原動(dòng)件數(shù)為2，則該機(jī)構(gòu)具有確定的運(yùn)動(dòng)；若原動(dòng)件數(shù)不等于2，則該機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)不確定。2.已知一對漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)，模數(shù)\(m=5mm\)，壓力角\(\alpha=20^{\circ}\)，齒數(shù)\(z_{1}=20\)，\(z_{2}=40\)，試求：（1）兩輪的分度圓直徑\(d_{1}\)、\(d_{2}\)；（2）兩輪的齒頂圓直徑\(d_{a1}\)、\(d_{a2}\)；（3）兩輪的齒根圓直徑\(d_{f1}\)、\(d_{f2}\)；（4）標(biāo)準(zhǔn)中心距\(a\)。答案：（1）根據(jù)分度圓直徑公式\(d=mz\)，可得：\(d_{1}=mz_{1}=5\times20=100mm\)\(d_{2}=mz_{2}=5\times40=200mm\)（2）對于標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪，齒頂高系數(shù)\(h_{a}^{}=1\)，齒頂圓直徑公式為\(d_{a}=d+2h_{a}^{}m\)，則：\(d_{a1}=d_{1}+2h_{a}^{}m=100+2\times1\times5=110mm\)\(d_{a2}=d_{2}+2h_{a}^{}m=200+2\times1\times5=210mm\)（3）對于標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪，頂隙系數(shù)\(c^{}=0.25\)，齒根圓直徑公式為\(d_{f}=d-2(h_{a}^{}+c^{})m\)，則：\(d_{f1}=d_{1}-2(h_{a}^{}+c^{})m=100-2