機械設(shè)計2025年機械原理模擬試卷（含答案）考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請將正確選項的字母填在題后的括號內(nèi)）1.機構(gòu)具有確定運動的條件是（）。A.自由度大于零B.自由度等于零C.自由度小于零D.主動件數(shù)等于從動件數(shù)2.在平面四桿機構(gòu)中，若存在一個連桿能相對機架作整周回轉(zhuǎn)，則該機構(gòu)屬于（）。A.曲柄搖桿機構(gòu)B.雙曲柄機構(gòu)C.雙搖桿機構(gòu)D.鉸鏈四桿機構(gòu)3.速度瞬心法適用于求解（）。A.作平面運動的構(gòu)件上任意點的速度B.作定軸轉(zhuǎn)動的構(gòu)件上點的速度C.作平面運動的構(gòu)件的角速度D.作空間運動的構(gòu)件的velocities4.在連桿機構(gòu)中，壓力角是指（）。A.速度瞬心與構(gòu)件上某點連線和作用在該點力所夾的銳角B.構(gòu)件轉(zhuǎn)動方向與驅(qū)動力方向所夾的銳角C.連桿與機架所夾的角D.從動件運動方向與作用在其上的驅(qū)動力方向所夾的銳角5.凸輪機構(gòu)中，從動件的運動規(guī)律取決于（）。A.凸輪的基圓半徑B.凸輪的輪廓形狀C.凸輪的轉(zhuǎn)速D.從動件的行程6.齒輪傳動的瞬時傳動比恒定不變，這是實現(xiàn)（）的必要條件。A.定軸傳動B.定角速比傳動C.連續(xù)傳動D.高效傳動7.漸開線齒廓能滿足定角速比傳動條件，這是因為（）。A.漸開線形狀光滑B.漸開線齒廓上任意點的法線都通過基圓中心C.漸開線齒廓易于制造D.漸開線齒廓耐磨性好8.在標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動中，若已知模數(shù)m=4mm，齒數(shù)z1=20，z2=60，則中心距a為（）mm。A.80B.100C.160D.2409.一對標(biāo)準(zhǔn)斜齒圓柱齒輪傳動，其正確嚙合條件是（）。A.m1=m2，α1=α2B.m1*tan(β1)=m2*tan(β2)，α1=α2C.m1=m2，α1=α2，β1=β2D.m1*tan(β1)=m2*tan(β2)10.機械效率總是（）。A.大于1B.小于1C.等于1D.在0到1之間二、判斷題（每小題1分，共10分。請將“正確”或“錯誤”填在題后的括號內(nèi)）1.機構(gòu)自由度越大，其運動的確定性越強。（）2.在平面四桿機構(gòu)中，改變構(gòu)件的長度比例可以改變從動件的運動規(guī)律。（）3.速度影像法適用于求解平面運動構(gòu)件上任意點的速度。（）4.增大凸輪的基圓半徑，可以使凸輪機構(gòu)的壓力角減小。（）5.內(nèi)齒輪的齒廓也是漸開線形狀。（）6.標(biāo)準(zhǔn)齒輪的齒頂高和齒根高都是標(biāo)準(zhǔn)值。（）7.直齒圓柱齒輪傳動的傳動比i等于兩齒輪齒數(shù)之比，即i=z2/z1。（）8.斜齒圓柱齒輪傳動的正確嚙合條件與螺旋角有關(guān)，與模數(shù)無關(guān)。（）9.機械效率越高，說明該機械做功越多。（）10.瞬時速度中心是該瞬時速度為零的點。（）三、簡答題（每小題5分，共20分）1.簡述什么是機構(gòu)的自由度？影響機構(gòu)自由度的因素有哪些？2.簡述凸輪機構(gòu)中壓力角的概念及其對機構(gòu)工作的影響。3.簡述漸開線齒廓的特點及其滿足定角速比傳動條件的原因。4.簡述機械效率的定義及其計算公式。四、計算題（每小題10分，共40分）1.圖示（此處無圖）為一平面四桿機構(gòu)，已知各構(gòu)件長度分別為：AB=60mm，BC=90mm，CD=80mm，AD=100mm，主動件AB以等角速度ω1=10rad/s順時針轉(zhuǎn)動。試用瞬心法求當(dāng)∠BAD=30°時，從動件CD的角速度ωCD和點D的速度vD。（假設(shè)機構(gòu)各轉(zhuǎn)動副均為理想約束，不考慮摩擦）2.圖示（此處無圖）為一偏置直動尖頂從動件盤形凸輪機構(gòu)，凸輪以等角速度ωO=20rad/s逆時針轉(zhuǎn)動。已知凸輪基圓半徑r0=20mm，偏距e=10mm，在圖示位置時，從動件處于最高位置，凸輪輪廓上該點的曲率半徑ρ=30mm。求該瞬時從動件的速度vD和加速度aD。（假設(shè)不計從動件重力及摩擦）3.一對標(biāo)準(zhǔn)安裝的外嚙合直齒圓柱齒輪傳動，已知傳遞功率P=10kW，小齒輪轉(zhuǎn)速n1=1500rpm，齒輪模數(shù)m=2mm，小齒輪齒數(shù)z1=20，大齒輪齒數(shù)z2=60。試計算小齒輪所受的圓周力Ft1、徑向力Fr1和切向力Ft2。（結(jié)果保留兩位小數(shù)）4.有一機械系統(tǒng)，其總效率η總=0.8。該系統(tǒng)由一個效率η1=0.9的齒輪機構(gòu)和一個效率η2=0.85的帶傳動機構(gòu)串聯(lián)組成。求帶傳動機構(gòu)的效率η2是多少？（結(jié)果保留兩位小數(shù)）---試卷答案一、選擇題1.A2.B3.A4.D5.B6.B7.B8.C9.B10.B二、判斷題1.錯誤2.正確3.正確4.正確5.正確6.正確7.正確8.錯誤9.錯誤10.正確三、簡答題1.機構(gòu)的自由度是指一個機構(gòu)相對于確定的位置具有獨立運動的參數(shù)數(shù)目。影響機構(gòu)自由度的因素主要有：活動構(gòu)件的數(shù)目（n）、低副（轉(zhuǎn)動副和移動副）的數(shù)目（p）、高副的數(shù)目（h）。對于平面機構(gòu)，自由度F的計算公式為F=3n-2p-h-1。2.凸輪機構(gòu)中，壓力角是指從動件運動方向與作用在其上的驅(qū)動力方向所夾的銳角。壓力角越大，驅(qū)動力在垂直于運動方向上的分力就越大，該分力將引起較大的摩擦力，從而降低機械效率，增加磨損，甚至使機構(gòu)卡死。因此，在設(shè)計凸輪機構(gòu)時，通常希望盡量減小壓力角，特別是在從動件行程較大的地方。3.漸開線齒廓的特點是其上任一點的法線都通過基圓中心。根據(jù)漸開線形成原理，當(dāng)發(fā)生線沿基圓作純滾動時，其上某點的軌跡即為漸開線。根據(jù)速度瞬心法原理和漸開線的這一特點，可以證明，當(dāng)一對漸開線齒廓的齒輪嚙合時，無論在哪一點接觸，其嚙合線都是一條通過節(jié)點且與基圓相切的直線。由于嚙合線方向在節(jié)點處與兩輪連心線重合，且保持不變，因此瞬時傳動比i=ω1/ω2=vd/vA=O1P/O2P=O1O2/O2P（O1P為漸開線在A點的法線，即嚙合線，與連心線重合），即瞬時傳動比恒定不變。4.機械效率是指有用功Wu與輸入功W入之比，通常用η表示，即η=Wu/Win。由于能量損失的存在，有用功總是小于輸入功，所以機械效率總是小于1。機械效率也可以用力或力矩的比值來表示，例如η=Ft/Fi（輸入力與有效分力之比）或η=Mt/Mi（輸入力矩與有效力矩之比），具體形式取決于所研究的機械系統(tǒng)。四、計算題1.解：1.1求瞬心P_{ABD}。由于構(gòu)件AB與機架AD轉(zhuǎn)動副連接，瞬心P_{ABD}位于AB延長線與AD延長線的交點。1.2求瞬心P_{BC}。根據(jù)三心定理，瞬心P_{BC}、P_{AB}、P_{CD}三點共線。P_{AB}位于AB與BC的延長線交點，P_{CD}位于CD與機架AD的延長線交點。連接P_{AB}和P_{CD}，與BC交于點P_{BC}。1.3求P_{BC}速度。v_{PBC}=ω_{AB}*AB=10*60=600mm/s。方向垂直于BC，指向ω_{AB}轉(zhuǎn)向。1.4求ω_{CD}。v_{PBC}=ω_{CD}*CP_{BC}。CP_{BC}為P_{BC}到D點的距離。ω_{CD}=v_{PBC}/CP_{BC}。通過幾何關(guān)系計算CP_{BC}。1.5求v_{D}。v_{D}=ω_{CD}*CD。將計算出的ω_{CD}代入。（此處省略具體幾何尺寸計算過程，需根據(jù)題圖精確計算各距離和角度）2.解：2.1求偏距方向速度。v_{e}=ωO*e=20*10=200mm/s。方向水平向右。2.2求凸輪上與從動件接觸點速度。v_{contact}=ωO*r0=20*20=400mm/s。方向垂直于O與接觸點連線，指向ωO轉(zhuǎn)向。2.3求從動件速度v_{D}。v_{D}=v_{contact}+v_{e}（速度合成）。合成結(jié)果垂直于從動件，指向下方。v_{D}=sqrt(v_{contact}^2+v_{e}^2+2*v_{contact}*v_{e}*cos(90°+α))（α為偏距方向與接觸點速度方向的夾角，此處需要根據(jù)圖示位置確定）。2.4求加速度a_{D}。a_{D}=a_{contact}+a_{e}+a_{rel}（加速度合成）。a_{contact}=ωO^2*r0=20^2*20=8000mm/s^2。方向指向基圓中心。a_{e}=0（因為e為常值，無哥氏加速度）。a_{rel}=a_{t}+a_{n}。a_{n}=ωO^2*ρ=20^2*30=12000mm/s^2。方向指向基圓中心。a_{t}=α*ωO^2*r0（α為凸輪輪廓上該點的曲率中心角速度，需要根據(jù)圖示位置和凸輪機構(gòu)類型確定）。將a_{t}、a_{n}代入，計算a_{rel}。最終合成a_{D}。（此處省略具體角度和加速度合成計算過程）3.解：3.1求中心距a。a=(m*z1+m*z2)/2=(2*20+2*60)/2=80mm。3.2求傳動比i。i=z2/z1=60/20=3。3.3求輸入功率傳遞到輸出軸的功率P'。P'=P*η總=10*0.8=8kW。3.4求輸出軸轉(zhuǎn)速n2。n2=n1/i=1500/3=500rpm。3.5求小齒輪圓周力Ft1。Ft1=P'/(ω1/2π*m)=(8000W)/((1500rpm/60s/min)*2πrad/rev*0.002m)。3.6求小齒輪徑向力Fr1。Fr1=Ft1*tan(α)=Ft1*tan(20°)。（假設(shè)為標(biāo)準(zhǔn)齒輪，壓力角α=20°）3.7求大齒輪圓周力Ft2。Ft2=Ft1*i=Ft1*3。（將Ft1代入計算即可得到結(jié)果）4.解：4.1設(shè)機械系統(tǒng)總輸入功率為W_in，總輸出有用功為W_u。η總=W_u/W_in。4.2設(shè)齒輪機構(gòu)輸入功率為W_g_in，輸出功率（即帶傳動輸入功率）為W_g_out。η1=W_g_out/W_g_in。4.3設(shè)帶傳動機構(gòu)輸入功率為W_b_in，輸出功率為W_b_out。η2=W_b_out/W_b_in。W_b_out=W_g_out。4.4根據(jù)能量守恒，W_in=W_g_in+W_b_in。W_u=W_g_out+W_b_out。4.5代入效率公式：η總=(W_g_out+W_b_out)/(W_g_in+W_b_in)。4.6代入η1和η2：η總=(W_g_in*η1+W_b_in*η2)/(W_g_in+W_b_in)。4.7整理公式：η總=η2+(η總-η2)*W_g_in/(W_g_in+W_b_in)。4.8因為η總<1且η1<1，所以W_g_in