南航機械原理試題及答案一、選擇題（每題3分，共30分）1.機構(gòu)具有確定運動的條件是（）A.自由度大于零B.自由度大于零且等于原動件數(shù)C.自由度大于原動件數(shù)D.自由度小于原動件數(shù)答案：B解析：機構(gòu)具有確定運動的條件是其自由度大于零，并且自由度的數(shù)目等于原動件的數(shù)目。如果自由度小于原動件數(shù)，機構(gòu)將無法正常運動甚至會被破壞；若自由度大于原動件數(shù)，機構(gòu)的運動將不確定。2.平面四桿機構(gòu)中，若各桿長度分別為a=30mm，b=50mm，c=80mm，d=90mm，當以a為機架，則該四桿機構(gòu)為（）A.雙曲柄機構(gòu)B.雙搖桿機構(gòu)C.曲柄搖桿機構(gòu)D.不能構(gòu)成機構(gòu)答案：A解析：判斷四桿機構(gòu)類型，首先看是否滿足桿長條件。最短桿與最長桿長度之和\(a+d=30+90=120mm\)，其余兩桿長度之和\(b+c=50+80=130mm\)，滿足\(a+d\ltb+c\)。且最短桿\(a\)為機架，根據(jù)桿長條件和機架的選取規(guī)則，當最短桿為機架時，該機構(gòu)為雙曲柄機構(gòu)。3.凸輪機構(gòu)中，（）的從動件可以實現(xiàn)任意預期的運動規(guī)律。A.尖頂式B.滾子式C.平底式D.曲面式答案：A解析：尖頂式從動件的尖頂能與任意形狀的凸輪輪廓接觸，從而可以實現(xiàn)任意預期的運動規(guī)律。但尖頂易磨損，適用于傳力小、速度低的場合。滾子式從動件通過滾子與凸輪接觸，磨損較小；平底式從動件受力較好，但不能用于具有內(nèi)凹輪廓的凸輪；曲面式從動件使用相對較少。4.漸開線標準直齒圓柱齒輪傳動，若傳動比\(i_{12}=2\)，則兩齒輪的（）A.分度圓直徑\(d_1=2d_2\)B.齒厚\(s_1=2s_2\)C.基圓直徑\(d_{b1}=2d_{b2}\)D.模數(shù)\(m_1=2m_2\)答案：C解析：傳動比\(i_{12}=\frac{\omega_1}{\omega_2}=\frac{z_2}{z_1}=2\)。漸開線標準直齒圓柱齒輪傳動中，模數(shù)\(m\)是相等的，即\(m_1=m_2\)，D選項錯誤。分度圓直徑\(d=mz\)，所以\(d_2=2d_1\)，A選項錯誤。齒厚\(s=\frac{\pim}{2}\)，兩齒輪齒厚相等，B選項錯誤。基圓直徑\(d_b=d\cos\alpha=mz\cos\alpha\)，所以\(d_{b2}=2d_{b1}\)，C選項正確。5.一對漸開線標準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.兩齒輪的齒厚和齒槽寬分別相等D.兩齒輪的分度圓直徑相等答案：A解析：一對漸開線標準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。只有模數(shù)相等，才能保證輪齒的大小相同；壓力角相等，才能保證輪齒的嚙合特性一致。齒數(shù)、齒厚和齒槽寬、分度圓直徑等不是正確嚙合的必要條件。6.在蝸桿傳動中，通常（）為主動件。A.蝸桿B.蝸輪C.兩者均可D.視具體情況而定答案：A解析：蝸桿傳動中，通常蝸桿為主動件，蝸輪為從動件。這是因為蝸桿的螺旋角一般較小，其導程角也較小，當蝸桿主動時，可以通過螺旋面推動蝸輪轉(zhuǎn)動，而反之，若蝸輪主動，由于自鎖等原因，很難使蝸桿轉(zhuǎn)動，所以通常以蝸桿為主動件。7.帶傳動中，帶在帶輪上的包角\(\alpha\)越大，則（）A.帶的傳動能力越強B.帶的傳動能力越弱C.帶的壽命越長D.帶的壽命越短答案：A解析：帶傳動中，帶在帶輪上的包角\(\alpha\)越大，帶與帶輪之間的摩擦力就越大，所能傳遞的圓周力也就越大，帶的傳動能力越強。包角與帶的壽命沒有直接的必然聯(lián)系。8.鏈傳動中，鏈條的節(jié)數(shù)最好?。ǎ〢.奇數(shù)B.偶數(shù)C.質(zhì)數(shù)D.任意數(shù)答案：B解析：鏈傳動中，鏈條的節(jié)數(shù)最好取偶數(shù)。當鏈節(jié)數(shù)為偶數(shù)時，接頭處可用開口銷或彈簧卡片來連接，連接方便且強度較高；當鏈節(jié)數(shù)為奇數(shù)時，需要采用過渡鏈節(jié)，過渡鏈節(jié)的強度較低，在工作中容易損壞，所以一般鏈條節(jié)數(shù)取偶數(shù)。9.軸按其受載情況可分為（）A.心軸、轉(zhuǎn)軸和傳動軸B.碳鋼軸、合金鋼軸和不銹鋼軸C.光軸和階梯軸D.實心軸和空心軸答案：A解析：軸按其受載情況可分為心軸（只承受彎矩）、轉(zhuǎn)軸（同時承受彎矩和扭矩）和傳動軸（主要承受扭矩）。按材料可分為碳鋼軸、合金鋼軸和不銹鋼軸等；按外形可分為光軸和階梯軸；按結(jié)構(gòu)可分為實心軸和空心軸。10.滾動軸承的基本額定動載荷\(C\)是指（）A.軸承在額定壽命\(L_{10}=10^6r\)時所能承受的最大載荷B.軸承在額定壽命\(L_{10}=10^7r\)時所能承受的最大載荷C.軸承在額定壽命\(L_{10}=10^8r\)時所能承受的最大載荷D.軸承在額定壽命\(L_{10}=10^9r\)時所能承受的最大載荷答案：B解析：滾動軸承的基本額定動載荷\(C\)是指一批相同的軸承，在相同條件下運轉(zhuǎn)，其中\(zhòng)(90\%\)的軸承在額定壽命\(L_{10}=10^7r\)時所能承受的最大載荷。二、簡答題（每題10分，共30分）1.簡述平面機構(gòu)自由度的計算方法，并說明計算時需要注意的事項。答案：平面機構(gòu)自由度的計算公式為\(F=3n-2P_L-P_H\)，其中\(zhòng)(n\)為活動構(gòu)件數(shù)，\(P_L\)為低副數(shù)，\(P_H\)為高副數(shù)。計算時需要注意以下事項：-復合鉸鏈：兩個以上的構(gòu)件在同一處以轉(zhuǎn)動副相連接，就構(gòu)成復合鉸鏈。由\(m\)個構(gòu)件組成的復合鉸鏈，其轉(zhuǎn)動副的數(shù)目應為\(m-1\)個。在計算低副數(shù)\(P_L\)時，要正確識別復合鉸鏈并按實際轉(zhuǎn)動副數(shù)目計算。-局部自由度：在機構(gòu)中，某些構(gòu)件所具有的不影響其他構(gòu)件運動的自由度稱為局部自由度。在計算自由度時，應先將局部自由度除去不計。例如，在滾子從動件凸輪機構(gòu)中，滾子繞其自身軸線的轉(zhuǎn)動就是局部自由度。-虛約束：在機構(gòu)中，有些約束所起的限制作用是重復的，對機構(gòu)的運動實際上不起獨立的限制作用，這種約束稱為虛約束。在計算自由度時，應先將虛約束除去不計。常見的虛約束情況有：兩構(gòu)件間形成多個移動副且導路平行；兩構(gòu)件間形成多個轉(zhuǎn)動副且軸線重合；機構(gòu)中對傳遞運動不起獨立作用的對稱部分等。2.簡述漸開線的性質(zhì)。答案：漸開線具有以下性質(zhì)：-發(fā)生線在基圓上滾過的長度等于基圓上被滾過的弧長：即\(\overline{NK}=\overset{\frown}{NA}\)，其中\(zhòng)(N\)為漸開線的生成點，\(K\)為漸開線上的任意一點，\(A\)為基圓上與\(K\)對應的點。-漸開線上任意一點的法線必與基圓相切：漸開線的法線同時也是發(fā)生線，它與基圓相切于切點\(N\)。-漸開線齒廓上某點的壓力角\(\alpha_K\)等于該點的向徑\(r_K\)與過該點的法線和基圓切點\(N\)所形成的夾角：且\(\cos\alpha_K=\frac{r_b}{r_K}\)，其中\(zhòng)(r_b\)為基圓半徑，\(r_K\)為漸開線上某點的向徑。-漸開線的形狀取決于基圓的大?。夯鶊A越大，漸開線越平直；當基圓半徑趨于無窮大時，漸開線就變成一條直線。-基圓內(nèi)無漸開線：因為漸開線是從基圓開始向外展開形成的，基圓內(nèi)部不存在漸開線。3.簡述帶傳動的彈性滑動和打滑現(xiàn)象，并說明它們的區(qū)別。答案：-彈性滑動：帶傳動中，由于帶的彈性變形而引起的帶與帶輪之間的相對滑動稱為彈性滑動。帶在緊邊和松邊所受拉力不同，導致帶的彈性變形量也不同。當帶由緊邊繞過主動輪進入松邊時，帶的拉力減小，彈性變形量也減小，帶相對于主動輪向后滑動；當帶由松邊繞過從動輪進入緊邊時，帶的拉力增大，彈性變形量也增大，帶相對于從動輪向前滑動。彈性滑動是帶傳動中不可避免的現(xiàn)象，它會使從動輪的圓周速度低于主動輪的圓周速度，造成速度損失，降低傳動效率。-打滑現(xiàn)象：當帶傳動的外載荷超過帶與帶輪之間的最大摩擦力時，帶與帶輪之間會發(fā)生全面的相對滑動，這種現(xiàn)象稱為打滑。打滑是一種失效形式，它會使帶傳動無法正常工作，加劇帶的磨損，降低帶的壽命。-區(qū)別：彈性滑動是由于帶的彈性變形引起的，是帶傳動正常工作時不可避免的現(xiàn)象，它只發(fā)生在帶的局部區(qū)域，且不會導致帶傳動失效；而打滑是由于外載荷過大，超過了帶與帶輪之間的最大摩擦力引起的，是一種不正常的工作狀態(tài)，會導致帶傳動失效，需要避免。三、計算題（每題20分，共40分）1.計算如圖所示平面機構(gòu)的自由度，并判斷該機構(gòu)是否具有確定的運動。已知構(gòu)件1為原動件。圖，但文檔中無法實現(xiàn)，實際答題時需根據(jù)具體圖形分析)答案：-確定活動構(gòu)件數(shù)\(n\)：通過觀察機構(gòu)圖，除去機架，可活動的構(gòu)件有1、2、3、4、5、6，共\(n=6\)個。-確定低副數(shù)\(P_L\)：低副包括轉(zhuǎn)動副和移動副。圖中轉(zhuǎn)動副有\(zhòng)(A\)、\(B\)、\(C\)、\(D\)、\(E\)、\(F\)，共6個；移動副有1個（假設(shè)存在一個移動副），所以\(P_L=6+1=7\)個。-確定高副數(shù)\(P_H\)：圖中高副有1個（假設(shè)存在一個高副），即\(P_H=1\)個。-計算自由度\(F\)：根據(jù)公式\(F=3n-2P_L-P_H\)，可得\(F=3\times6-2\times7-1=18-14-1=3\)。-判斷機構(gòu)是否具有確定的運動：已知構(gòu)件1為原動件，原動件數(shù)為1，而自由度\(F=3\)，原動件數(shù)不等于自由度，所以該機構(gòu)不具有確定的運動。2.一對漸開線標準直齒圓柱齒輪傳動，已知\(m=5mm\)，\(z_1=20\)，\(z_2=60\)，\(\alpha=20^{\circ}\)，\(h_a^=1\)，\(c^=0.25\)。試求：（1）兩齒輪的分度圓直徑\(d_1\)、\(d_2\)；（2）兩齒輪的齒頂圓直徑\(d_{a1}\)、\(d_{a2}\)；（3）兩齒輪的齒根圓直徑\(d_{f1}\)、\(d_{f2}\)；（4）兩齒輪的中心距\(a\)。答案：（1）根據(jù)分度圓直徑公式\(d=mz\)，可得：\(d_1=mz_1=5\times20=100mm\)\(d_2=mz_2=5\times60=300mm\)（2）齒頂圓直徑公式為\(d_a=d+2h_a\)，其中\(zhòng)(h_a=h_a^m\)。\(h_{a1}=h_a^m=1\times5=5mm\)\(d_{a1}=d_1+2h_{a1}=100+2\times5=110mm\)\(h_{a2}=h_a^m=1\times5=5mm\)\(d_{a2}=d_2+2h_{a2}=300+2\times5=310mm\)（3）齒根圓直徑公式為\(d_f=d-2h_f\)，其中\(zhòng)(h_f=(h_a^+c^)m\)。\(h_{f1}=(h_a^+c^)m=(1+0.25)\times5=6.25mm\)\(d_{f1}=d_1-2h_{f1}=100-2\times6.25=87.5mm\)\(h_{f2}=(h_a^+c^)m=(1+0.25)\times5=6.25mm\)\(d_{f2