機械原理模擬試題(附參考答案)一、選擇題（每題3分，共30分）1.平面機構(gòu)中，若引入一個轉(zhuǎn)動副，將約束（）個自由度。A.1B.2C.3D.42.鉸鏈四桿機構(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，且最短桿為連架桿，則該機構(gòu)為（）。A.雙曲柄機構(gòu)B.曲柄搖桿機構(gòu)C.雙搖桿機構(gòu)D.曲柄滑塊機構(gòu)3.凸輪機構(gòu)中，從動件推程采用等速運動規(guī)律時，會產(chǎn)生（）。A.剛性沖擊B.柔性沖擊C.無沖擊D.隨機沖擊4.漸開線直齒圓柱齒輪的齒頂圓壓力角（）分度圓壓力角。A.大于B.等于C.小于D.無法確定5.周轉(zhuǎn)輪系中，若兩個中心輪均能轉(zhuǎn)動，且行星架也能轉(zhuǎn)動，則該輪系為（）。A.差動輪系B.行星輪系C.定軸輪系D.混合輪系6.機械中安裝飛輪的主要目的是（）。A.增加系統(tǒng)質(zhì)量B.平衡慣性力C.調(diào)節(jié)周期性速度波動D.減少摩擦7.平面機構(gòu)自由度計算公式為F=3n-2PL-PH，其中n、PL、PH分別表示（）。A.活動構(gòu)件數(shù)、低副數(shù)、高副數(shù)B.總構(gòu)件數(shù)、低副數(shù)、高副數(shù)C.活動構(gòu)件數(shù)、高副數(shù)、低副數(shù)D.總構(gòu)件數(shù)、高副數(shù)、低副數(shù)8.一對標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動，若模數(shù)m=2mm，齒數(shù)z1=20、z2=40，則中心距a為（）。A.40mmB.60mmC.80mmD.120mm9.滾子從動件盤形凸輪機構(gòu)中，滾子半徑應(yīng)（）凸輪理論輪廓外凸部分的最小曲率半徑。A.大于B.等于C.小于D.無要求10.直齒圓錐齒輪的標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)定義在（）。A.大端B.小端C.中端D.任意位置二、填空題（每空2分，共20分）1.機構(gòu)具有確定運動的條件是：機構(gòu)的自由度______原動件的數(shù)量。2.平面四桿機構(gòu)中，壓力角α與傳動角γ的關(guān)系為______。3.凸輪機構(gòu)中，從動件的運動規(guī)律由______決定。4.漸開線齒輪的正確嚙合條件是兩齒輪的______和______分別相等。5.輪系中，惰輪的作用是______，但不影響______。6.機械系統(tǒng)的等效轉(zhuǎn)動慣量與等效驅(qū)動力矩的計算依據(jù)是______原理。7.標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪的齒頂高系數(shù)ha=______，頂隙系數(shù)c=______。三、簡答題（每題8分，共32分）1.簡述平面機構(gòu)中虛約束的常見類型及判斷方法。2.比較凸輪機構(gòu)從動件等速運動規(guī)律、等加速等減速運動規(guī)律和余弦加速度運動規(guī)律的沖擊特性。3.說明漸開線齒輪齒廓的根切現(xiàn)象及其避免方法。4.周轉(zhuǎn)輪系傳動比計算的關(guān)鍵步驟是什么？為什么需要引入“轉(zhuǎn)化輪系”？四、分析計算題（共38分）1.（10分）計算圖1所示平面機構(gòu)的自由度（需標(biāo)注局部自由度、虛約束和復(fù)合鉸鏈）。已知構(gòu)件1為原動件，判斷機構(gòu)是否具有確定運動。（圖中滾子B為局部自由度，構(gòu)件5與6在E、F處形成兩個導(dǎo)路平行的移動副，其中一個為虛約束）2.（12分）設(shè)計一偏置直動滾子從動件盤形凸輪機構(gòu)。已知：凸輪順時針轉(zhuǎn)動，偏距e=10mm（從動件導(dǎo)路位于凸輪中心右側(cè)），基圓半徑rb=50mm，滾子半徑rr=8mm。從動件運動規(guī)律為：推程運動角Φ=120°，推程為等加速等減速運動（總行程h=30mm）；遠(yuǎn)休止角Φs=60°；回程運動角Φ’=90°，回程為余弦加速度運動；近休止角Φs’=90°。要求：（1）畫出從動件位移線圖（縱坐標(biāo)s，橫坐標(biāo)δ，需標(biāo)注關(guān)鍵角度和位移值）；（2）計算推程段等加速階段結(jié)束時（δ=60°）的從動件速度v和加速度a（取π2≈10）。3.（8分）某輪系如圖2所示，已知各輪齒數(shù)：z1=20，z2=40，z2’=25，z3=75，z3’=20，z4=60，z5=2（右旋蝸桿），z6=60（蝸輪）。求輪系傳動比i16，并判斷蝸輪6的轉(zhuǎn)向（用箭頭在圖中標(biāo)注）。4.（8分）一對標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動，小齒輪z1=20，大齒輪z2=60，模數(shù)m=3mm，壓力角α=20°，齒頂高系數(shù)ha=1，頂隙系數(shù)c=0.25。計算：（1）分度圓直徑d1、d2；（2）齒頂圓直徑da1、da2；（3）齒根圓直徑df1、df2；（4）中心距a。參考答案一、選擇題1.A2.B3.A4.A5.A6.C7.A8.B9.C10.A二、填空題1.等于2.α+γ=90°3.凸輪輪廓形狀4.模數(shù)、壓力角5.改變從動輪轉(zhuǎn)向、傳動比大小6.動能等效7.1、0.25三、簡答題1.虛約束常見類型：①重復(fù)約束（如兩個導(dǎo)路平行的移動副）；②對稱結(jié)構(gòu)中的冗余約束（如多個相同的行星輪）；③運動軌跡重合的約束（如兩構(gòu)件在兩點形成轉(zhuǎn)動副且兩點距離等于構(gòu)件長度）。判斷方法：若去除某約束后機構(gòu)自由度不變，則該約束為虛約束。2.等速運動規(guī)律：起點和終點速度突變，產(chǎn)生剛性沖擊；等加速等減速運動規(guī)律：在加速段與減速段交接處加速度突變，產(chǎn)生柔性沖擊；余弦加速度運動規(guī)律：加速度連續(xù)變化，無沖擊（僅在起點和終點有微小柔性沖擊）。3.根切現(xiàn)象：用范成法加工齒輪時，刀具齒頂線超過嚙合極限點，導(dǎo)致齒根部分被切去的現(xiàn)象。避免方法：①增大齒輪齒數(shù)（z≥zmin，標(biāo)準(zhǔn)齒輪zmin=17）；②采用正變位修正。4.關(guān)鍵步驟：①區(qū)分輪系類型（定軸/周轉(zhuǎn)/混合）；②對周轉(zhuǎn)輪系，通過給整個輪系加一個與行星架轉(zhuǎn)速相反的公共轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)化為“轉(zhuǎn)化輪系”（定軸輪系）；③在轉(zhuǎn)化輪系中計算各輪轉(zhuǎn)速關(guān)系；④聯(lián)立方程求解原輪系傳動比。引入轉(zhuǎn)化輪系的目的是將周轉(zhuǎn)輪系的相對運動問題轉(zhuǎn)化為定軸輪系的絕對運動問題，便于應(yīng)用定軸輪系傳動比公式。四、分析計算題1.解：-活動構(gòu)件數(shù)n=7（構(gòu)件1-7，滾子B為局部自由度，不計入n）；-低副PL：轉(zhuǎn)動副（A、B、C、D、G）共5個，移動副（E、F，其中F為虛約束，僅計1個）共1個，總PL=5+1=6；-高副PH=0（無齒輪或凸輪高副）；-局部自由度F’=1（滾子B）；虛約束P’=1（移動副F）；-自由度F=3n-2PL-PH-F’=3×7-2×6-0-1=21-12-1=8？（注：原題中可能存在構(gòu)件數(shù)錯誤，正確分析應(yīng)為：構(gòu)件1（原動件）、2、3、4、5、6、滾子B（局部自由度），共n=6個活動構(gòu)件；轉(zhuǎn)動副：A（1-2）、B（2-滾子）、C（2-3）、D（3-4）、E（4-5）、F（5-6）、G（6-機架），共7個轉(zhuǎn)動副；移動副：假設(shè)E、F為移動副且導(dǎo)路平行，其中一個為虛約束，故PL=7（轉(zhuǎn)動副）+1（移動副）=8；PH=0；F’=1；則F=3×6-2×8-0-1=18-16-1=1。因原動件數(shù)=1，故機構(gòu)具有確定運動。）（注：因題目圖示缺失，此處以常見結(jié)構(gòu)修正計算過程，正確自由度應(yīng)為1，與原動件數(shù)相等，故有確定運動。）2.解：（1）位移線圖：-推程（0°~120°）：等加速等減速，前60°加速，后60°減速，最大位移30mm；-遠(yuǎn)休止（120°~180°）：s=30mm；-回程（180°~270°）：余弦加速度，位移由30mm減至0；-近休止（270°~360°）：s=0。（2）推程等加速階段（δ=0°~60°），位移公式：s=(2h/Φ2)δ2，速度v=(4h/Φ2)δ·ω，加速度a=(4h/Φ2)ω2（Φ以弧度計，Φ=120°=2π/3rad）。當(dāng)δ=60°=π/3rad時，s=(2×30)/((2π/3)2)×(π/3)2=15mm（等加速階段結(jié)束時位移為h/2=15mm）；速度v=(4×30)/((2π/3)2)×(π/3)×ω=(120×9)/(4π2)×(π/3)ω=(270)/(π2)ω≈270/10×ω=27ω（mm/s）；加速度a=(4×30)/((2π/3)2)×ω2=(120×9)/(4π2)ω2=(270)/π2ω2≈27ω2（mm/s2）。3.解：輪系分為兩部分：-定軸輪系1-2-2’-3-3’-4（齒輪1~4）：i14=(z2×z3×z4)/(z1×z2’×z3’)=(40×75×60)/(20×25×20)=(40/20)×(75/25)×(60/20)=2×3×3=18；-蝸桿蝸輪傳動5-6：i56=z6/z5=60/2=30（蝸桿右旋，凸輪順時針轉(zhuǎn)時，蝸輪轉(zhuǎn)向用右手定則：四指沿蝸桿轉(zhuǎn)向（假設(shè)輪4與輪5同軸，輪4轉(zhuǎn)向與輪1相反，需根據(jù)具體輪系方向判斷，此處假設(shè)輪5轉(zhuǎn)向為垂直紙面向里，則蝸輪6轉(zhuǎn)向為水平向右）；-總傳動比i16=i14×i56=18×30=540（方向：輪1轉(zhuǎn)向與蝸輪6轉(zhuǎn)向相反）。4.解：（1）分度圓直徑：d1=mz1=3×20=60mm；d2=