機(jī)械原理試題及答案試卷+答案一、選擇題（每題2分，共20分）1.計(jì)算平面機(jī)構(gòu)自由度時(shí)，若存在復(fù)合鉸鏈，則正確的處理方式是（）A.每個(gè)鉸鏈視為1個(gè)轉(zhuǎn)動副B.由n個(gè)構(gòu)件組成的復(fù)合鉸鏈應(yīng)視為n-1個(gè)轉(zhuǎn)動副C.由n個(gè)構(gòu)件組成的復(fù)合鉸鏈應(yīng)視為n個(gè)轉(zhuǎn)動副D.復(fù)合鉸鏈不影響自由度計(jì)算2.一對標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪正確嚙合的條件是（）A.模數(shù)相等，壓力角相等B.齒數(shù)相等，模數(shù)相等C.分度圓直徑相等，壓力角相等D.齒頂高系數(shù)相等，頂隙系數(shù)相等3.凸輪機(jī)構(gòu)中，從動件推程的壓力角過大會導(dǎo)致（）A.凸輪尺寸過小B.從動件運(yùn)動不平穩(wěn)C.機(jī)構(gòu)自鎖或傳動效率降低D.從動件加速度過大4.平面四桿機(jī)構(gòu)中，若最短桿與最長桿長度之和小于等于其余兩桿長度之和，則（）A.一定存在曲柄B.可能存在雙曲柄或曲柄搖桿機(jī)構(gòu)C.只能構(gòu)成雙搖桿機(jī)構(gòu)D.無法判斷5.下列間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)中，能實(shí)現(xiàn)高精度間歇傳動的是（）A.棘輪機(jī)構(gòu)B.槽輪機(jī)構(gòu)C.不完全齒輪機(jī)構(gòu)D.凸輪式間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)6.機(jī)械靜平衡的條件是（）A.所有慣性力的矢量和為零B.所有慣性力的矢量和為零，且慣性力偶矩的矢量和為零C.質(zhì)心加速度為零D.轉(zhuǎn)動構(gòu)件的質(zhì)心與回轉(zhuǎn)軸線重合7.周轉(zhuǎn)輪系中，若兩個(gè)中心輪均能轉(zhuǎn)動，則該輪系為（）A.行星輪系B.差動輪系C.定軸輪系D.混合輪系8.滑動摩擦中，動摩擦因數(shù)與靜摩擦因數(shù)的關(guān)系通常為（）A.動摩擦因數(shù)大于靜摩擦因數(shù)B.動摩擦因數(shù)等于靜摩擦因數(shù)C.動摩擦因數(shù)小于靜摩擦因數(shù)D.無固定關(guān)系9.帶傳動中，彈性滑動的主要原因是（）A.帶的預(yù)緊力不足B.帶與帶輪間的摩擦力不夠C.帶的材料彈性變形D.帶輪直徑不匹配10.機(jī)械效率η的取值范圍是（）A.η＞1B.η＝1C.0＜η＜1D.η≤0二、填空題（每空1分，共15分）1.機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動的條件是：機(jī)構(gòu)的自由度F______原動件的數(shù)目。2.平面機(jī)構(gòu)中，高副低代的原則是用______替代高副，且替代前后機(jī)構(gòu)的自由度、瞬時(shí)速度和瞬時(shí)加速度保持不變。3.漸開線齒輪的基本參數(shù)包括模數(shù)、壓力角、齒數(shù)、______和頂隙系數(shù)。4.凸輪機(jī)構(gòu)中，從動件常用的運(yùn)動規(guī)律有等速運(yùn)動、等加速等減速運(yùn)動、______和正弦加速度運(yùn)動。5.鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本類型包括曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、雙曲柄機(jī)構(gòu)和______。6.棘輪機(jī)構(gòu)中，止回棘爪的作用是______。7.動平衡的條件是：所有慣性力的矢量和為零，且______的矢量和為零。8.周轉(zhuǎn)輪系由太陽輪、行星輪、______和機(jī)架組成。9.滑動摩擦可分為干摩擦、邊界摩擦、流體摩擦和______。10.帶傳動中，彈性滑動會導(dǎo)致從動輪的圓周速度______主動輪的圓周速度。11.機(jī)械自鎖的條件是______。三、簡答題（每題6分，共30分）1.簡述平面機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算的步驟及需要注意的特殊情況。2.說明漸開線齒輪傳動的主要特點(diǎn)（至少列出4點(diǎn)）。3.分析凸輪機(jī)構(gòu)中壓力角與基圓半徑的關(guān)系，并說明設(shè)計(jì)時(shí)如何選擇基圓半徑。4.平面四桿機(jī)構(gòu)存在曲柄的必要條件和充分條件分別是什么？5.列舉三種常見的間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)，并說明其適用場景。四、分析計(jì)算題（共30分）1.（8分）計(jì)算圖1所示平面機(jī)構(gòu)的自由度（需標(biāo)注復(fù)合鉸鏈、局部自由度和虛約束）。（注：圖中A、B、C處為三個(gè)構(gòu)件匯交的轉(zhuǎn)動副，D處為滾子從動件的局部自由度，E處為兩平行導(dǎo)路的虛約束）2.（8分）一對標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動，已知模數(shù)m=2mm，齒數(shù)z?=20，z?=60，壓力角α=20°，齒頂高系數(shù)h?=1，頂隙系數(shù)c=0.25。計(jì)算：（1）分度圓直徑d?、d?；（2）齒頂圓直徑d??、d??；（3）齒根圓直徑d??、d??；（4）中心距a。3.（7分）圖2所示為偏置直動滾子從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)，凸輪順時(shí)針轉(zhuǎn)動，偏距e=5mm，基圓半徑r?=30mm。已知推程運(yùn)動角δ?=120°，從動件升程h=20mm，遠(yuǎn)休止角δ?’=60°，回程運(yùn)動角δ?''=90°，近休止角δ?'''=90°。試?yán)L制從動件位移線圖（s-δ圖），并標(biāo)注各段運(yùn)動規(guī)律（假設(shè)推程為等加速等減速運(yùn)動，回程為簡諧運(yùn)動）。4.（7分）圖3所示為平面四桿機(jī)構(gòu)，各桿長度分別為：AB=20mm，BC=60mm，CD=50mm，AD=70mm。判斷該機(jī)構(gòu)的類型（需寫出桿長條件判斷過程）。五、綜合題（5分）設(shè)計(jì)一個(gè)機(jī)械系統(tǒng)，要求包含平面連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)和齒輪機(jī)構(gòu)各一個(gè)，說明各部分的功能，并分析整個(gè)系統(tǒng)的自由度（需給出關(guān)鍵計(jì)算步驟）。機(jī)械原理試題答案一、選擇題1.B2.A3.C4.B5.D6.A7.B8.C9.C10.C二、填空題1.等于2.兩個(gè)轉(zhuǎn)動副和一個(gè)長度等于高副曲率半徑的虛擬構(gòu)件3.齒頂高系數(shù)4.簡諧運(yùn)動（或余弦加速度運(yùn)動）5.雙搖桿機(jī)構(gòu)6.防止棘輪反轉(zhuǎn)7.慣性力偶矩8.行星架（系桿）9.混合摩擦10.小于11.驅(qū)動力的有效分力小于等于摩擦力（或機(jī)械效率η≤0）三、簡答題1.步驟：（1）確定機(jī)構(gòu)中的活動構(gòu)件數(shù)n；（2）確定低副（轉(zhuǎn)動副、移動副）數(shù)PL和高副數(shù)PH；（3）應(yīng)用自由度公式F=3n-2PL-PH計(jì)算。注意特殊情況：（1）復(fù)合鉸鏈：m個(gè)構(gòu)件匯交形成的轉(zhuǎn)動副應(yīng)計(jì)為m-1個(gè)低副；（2）局部自由度：與輸出運(yùn)動無關(guān)的自由度（如滾子從動件的滾子自轉(zhuǎn)）需扣除；（3）虛約束：對機(jī)構(gòu)運(yùn)動無影響的重復(fù)約束（如平行導(dǎo)路、等長連桿）需扣除。2.特點(diǎn)：（1）傳動比恒定（漸開線齒廓滿足齒廓嚙合基本定律）；（2）中心距可分性（實(shí)際中心距略有變化時(shí)，傳動比不變）；（3）承載能力高（漸開線齒廓接觸強(qiáng)度高）；（4）加工方便（可用范成法或仿形法加工）；（5）互換性好（相同模數(shù)和壓力角的齒輪可互換）。3.關(guān)系：壓力角α與基圓半徑r?成反比，即r?越小，α越大；r?越大，α越小。設(shè)計(jì)選擇：為避免機(jī)構(gòu)自鎖或傳動效率過低，需限制最大壓力角（推程α≤[α]，通常[α]=30°～40°）；在滿足壓力角要求的前提下，盡量選擇較小的基圓半徑以減小凸輪尺寸。4.必要條件：最短桿與最長桿長度之和小于等于其余兩桿長度之和（桿長條件）。充分條件：當(dāng)最短桿為連架桿時(shí)，構(gòu)成曲柄搖桿機(jī)構(gòu)；當(dāng)最短桿為機(jī)架時(shí)，構(gòu)成雙曲柄機(jī)構(gòu)；當(dāng)最短桿為連桿時(shí)，構(gòu)成雙搖桿機(jī)構(gòu)。5.（1）棘輪機(jī)構(gòu)：適用于低速、輕載、需要單向間歇轉(zhuǎn)動的場合（如千斤頂、牛頭刨床進(jìn)給機(jī)構(gòu)）；（2）槽輪機(jī)構(gòu)：適用于轉(zhuǎn)速較高、間歇運(yùn)動較平穩(wěn)的場合（如電影放映機(jī)卷片機(jī)構(gòu)）；（3）凸輪式間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)：適用于高速、高精度間歇傳動（如自動包裝機(jī)、印刷機(jī)械）。四、分析計(jì)算題1.解：活動構(gòu)件數(shù)n=7（構(gòu)件1-7）；低副PL：A處復(fù)合鉸鏈（3個(gè)構(gòu)件匯交，計(jì)2個(gè)轉(zhuǎn)動副），B、C處各1個(gè)轉(zhuǎn)動副，D處滾子為局部自由度（扣除1個(gè)），E處虛約束（扣除1個(gè)），移動副1個(gè)（滑塊與導(dǎo)路）。實(shí)際低副數(shù)PL=2（A）+1（B）+1（C）+1（移動副）=5；高副PH=1（凸輪與從動件接觸）；自由度F=3×7-2×5-1-1（局部自由度）+1（虛約束扣除）=21-10-1-1+1=1（注：局部自由度需從總自由度中減去，虛約束不影響自由度計(jì)算，此處為清晰說明步驟）。2.解：（1）分度圓直徑：d?=mz?=2×20=40mm；d?=mz?=2×60=120mm；（2）齒頂圓直徑：d??=d?+2h?m=40+2×1×2=44mm；d??=120+2×1×2=124mm；（3）齒根圓直徑：d??=d?-2(h?+c)m=40-2×(1+0.25)×2=35mm；d??=120-2×1.25×2=115mm；（4）中心距a=(d?+d?)/2=(40+120)/2=80mm。3.解：位移線圖繪制步驟：-橫坐標(biāo)為凸輪轉(zhuǎn)角δ（0°～360°），縱坐標(biāo)為從動件位移s；-推程段（0°～120°）：等加速等減速運(yùn)動，前60°位移h/2=10mm（拋物線上升），后60°位移h/2=10mm（拋物線上升至20mm）；-遠(yuǎn)休止段（120°～180°）：s=20mm（水平線）；-回程段（180°～270°）：簡諧運(yùn)動，位移由20mm線性遞減至0mm（正弦曲線下降）；-近休止段（270°～360°）：s=0mm（水平線）。4.解：桿長條件判斷：最短桿AB=20mm，最長桿AD=70mm，其余兩桿BC=60mm，CD=50mm；最短桿與最長桿長度之和=20+70=90mm；其余兩桿長度之和=60+50=110mm；因90≤110，滿足桿長條件；最短桿AB為連架桿（與機(jī)架AD相連），故該機(jī)構(gòu)為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。五、綜合題設(shè)計(jì)方案：-平面連桿機(jī)構(gòu)：采用曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，將電機(jī)的連續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為搖桿的往復(fù)擺動（如牛頭刨床主運(yùn)動機(jī)構(gòu)）；-凸輪機(jī)構(gòu)：采用偏置直動滾子從動件凸輪機(jī)構(gòu)，驅(qū)動頂桿實(shí)現(xiàn)周期性間歇上升（如自動送料機(jī)構(gòu)）；-齒輪機(jī)構(gòu)：采用直齒圓柱齒輪傳動，將電機(jī)高速轉(zhuǎn)動減速后傳遞給曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的曲柄（如減速箱）。自由度分析：-連桿機(jī)構(gòu)：活動構(gòu)件數(shù)n?=4（曲柄、連桿、搖桿、機(jī)架），低副PL?=4（3個(gè)轉(zhuǎn)動副+1個(gè)轉(zhuǎn)動副），自由度F?=3×4-2×4=