2025年大學(xué)（機械設(shè)計制造及其自動化）機械動力學(xué)綜合測試題及答案

（考試時間：90分鐘滿分100分）班級______姓名______第I卷（選擇題共30分）請將答案填寫在每題后面的括號內(nèi)。每題只有一個正確答案，選錯或不選均不得分。(總共10題，每題3分，每題給出的選項中，只有一項是符合題目要求的)1.機械動力學(xué)主要研究機械系統(tǒng)的哪些方面？（）A.運動學(xué)和動力學(xué)B.運動學(xué)和材料力學(xué)C.動力學(xué)和材料力學(xué)D.運動學(xué)和摩擦學(xué)2.以下哪種方法不能用于求解機械系統(tǒng)的動力學(xué)方程？（）A.拉格朗日方程B.牛頓第二定律C.能量守恒定律D.胡克定律3.機械系統(tǒng)的等效動力學(xué)模型中，等效質(zhì)量的計算與哪些因素有關(guān)？（）A.系統(tǒng)的質(zhì)量分布和運動形式B.系統(tǒng)的剛度和阻尼C.系統(tǒng)的外力和內(nèi)力D.系統(tǒng)的材料和制造工藝4.當(dāng)機械系統(tǒng)存在振動時，以下哪種情況會使振動加劇？（）A.系統(tǒng)的固有頻率與外界激勵頻率接近B.系統(tǒng)的阻尼比增大C.系統(tǒng)的剛度增大D.系統(tǒng)的質(zhì)量減小5.對于一個單自由度線性振動系統(tǒng)，其振動的周期與哪些參數(shù)有關(guān)？（）A.質(zhì)量和剛度B.質(zhì)量和阻尼C.剛度和阻尼D.外力和初始條件6.機械系統(tǒng)的傳動效率主要與哪些因素有關(guān)？（）A.傳動部件的摩擦和潤滑B.傳動部件的材料和尺寸C.傳動部件的制造精度D.以上都是7.在機械動力學(xué)中，研究機械系統(tǒng)的平衡問題主要是為了（）。A.提高機械系統(tǒng)的效率B.減少機械系統(tǒng)的振動C.使機械系統(tǒng)在給定條件下能夠正常運轉(zhuǎn)D.降低機械系統(tǒng)的能耗8.以下哪種機械運動屬于平面機構(gòu)的空間運動？（）A.曲柄搖桿機構(gòu)B.雙曲柄機構(gòu)C.螺旋機構(gòu)D.凸輪機構(gòu)9.機械系統(tǒng)的動力學(xué)性能評估指標(biāo)不包括以下哪一項？（）A.振動頻率B.噪聲水平C.功率消耗D.外形尺寸10.對于一個由多個構(gòu)件組成的機械系統(tǒng)，其運動的復(fù)雜性主要取決于（）。A.構(gòu)件的數(shù)量B.構(gòu)件之間的連接方式C.系統(tǒng)的輸入運動形式D.以上都是第II卷（非選擇題共70分）二、填空題（每題3分，共15分）請在每題的橫線上填寫正確答案。1.機械動力學(xué)中的等效動力學(xué)模型是將復(fù)雜的機械系統(tǒng)簡化為一個具有等效質(zhì)量、等效轉(zhuǎn)動慣量和等效______的動力學(xué)模型。2.求解機械系統(tǒng)動力學(xué)方程的拉格朗日方程表達式為：______。3.機械系統(tǒng)的振動按振動規(guī)律可分為簡諧振動、______和隨機振動。4.機械系統(tǒng)的平衡可分為靜平衡和______平衡。5.提高機械系統(tǒng)傳動效率的主要途徑包括合理選擇傳動方式、減少傳動部件的______和優(yōu)化傳動比。三、簡答題（每題10分，共30分）1.簡述機械動力學(xué)的研究內(nèi)容及意義。2.說明如何建立機械系統(tǒng)的等效動力學(xué)模型。3.分析影響機械系統(tǒng)振動的主要因素及控制振動的方法。四、材料分析題（共15分）材料：某機械系統(tǒng)由電機、減速器、聯(lián)軸器和工作機組成。在運行過程中，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)振動較大，經(jīng)檢測，電機轉(zhuǎn)速為1500r/min，減速器輸出軸的轉(zhuǎn)速為300r/min，聯(lián)軸器的彈性元件出現(xiàn)磨損，工作機負載波動較大。問題：1.分析聯(lián)軸器彈性元件磨損對聯(lián)軸器性能的影響以及對整個機械系統(tǒng)振動的影響。（5分）2.針對工作機負載波動較大的情況，提出一種可能的解決方案，并說明理由。（5分）3.從機械動力學(xué)的角度，分析該機械系統(tǒng)振動較大的原因。（5分）五、綜合應(yīng)用題（共20分）某機床的主傳動系統(tǒng)如圖所示，電機通過帶傳動帶動齒輪箱，齒輪箱再通過輸出軸帶動工作部件。已知電機功率P=5kW，轉(zhuǎn)速n1=1450r/min，帶傳動效率η1=0.96，齒輪傳動效率η2=0.98。要求：1.計算齒輪箱輸入軸的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。（10分）2.若齒輪箱的傳動比i=3，計算齒輪箱輸出軸的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。（10分）答案：一、選擇題1.A2.D3.A4.A5.A6.D7.C8.C9.D10.D二、填空題1.等效外力2.$\frac1jbdpjx{dt}(\frac{\partialT}{\partial\dot{q}_j})-\frac{\partialT}{\partialq_j}+\frac{\partialV}{\partialq_j}=Q_j$（其中$T$為動能，$V$為勢能，$q_j$為廣義坐標(biāo)，$Q_j$為廣義力）3.非簡諧周期振動4.動5.摩擦三、簡答題1.機械動力學(xué)主要研究機械系統(tǒng)的運動學(xué)和動力學(xué)問題。研究內(nèi)容包括機械系統(tǒng)的受力分析、運動分析、能量轉(zhuǎn)換與傳遞、振動分析、平衡問題等。意義在于為機械系統(tǒng)的設(shè)計、優(yōu)化和性能評估提供理論依據(jù)，提高機械系統(tǒng)的工作效率、可靠性和穩(wěn)定性，減少振動和噪聲等不良影響。2.建立機械系統(tǒng)的等效動力學(xué)模型，首先要確定等效的原則，如能量等效、功率等效等。然后根據(jù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和運動特點，分別計算等效質(zhì)量、等效轉(zhuǎn)動慣量和等效外力等。對于平動構(gòu)件，等效質(zhì)量等于其實際質(zhì)量；對于轉(zhuǎn)動構(gòu)件，等效轉(zhuǎn)動慣量根據(jù)轉(zhuǎn)動慣量的計算公式計算；等效外力則根據(jù)系統(tǒng)所受的外力和運動關(guān)系確定。3.影響機械系統(tǒng)振動的主要因素有系統(tǒng)的固有頻率、外界激勵頻率及其幅值、系統(tǒng)的阻尼比等?？刂普駝拥姆椒òê侠碓O(shè)計系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)，使固有頻率避開外界激勵頻率；增加系統(tǒng)的阻尼，如采用阻尼器等；優(yōu)化系統(tǒng)的質(zhì)量分布，減少不平衡力；對系統(tǒng)進行隔振和減振處理，如采用隔振墊等。四、材料分析題1.聯(lián)軸器彈性元件磨損會導(dǎo)致聯(lián)軸器的緩沖和減振性能下降，使傳遞的轉(zhuǎn)矩波動增大，從而加劇整個機械系統(tǒng)的振動。2.解決方案：可以在工作機前增加一個飛輪。理由：飛輪具有儲能和釋放能量的作用，當(dāng)工作機負載波動較大時，飛輪可以在負載較小時儲存能量，在負載較大時釋放能量，從而減小負載波動對系統(tǒng)的影響，降低系統(tǒng)的振動。3.該機械系統(tǒng)振動較大的原因可能有：聯(lián)軸器彈性元件磨損導(dǎo)致系統(tǒng)剛度變化和轉(zhuǎn)矩傳遞不穩(wěn)定；工作機負載波動較大，引起系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)加劇；電機轉(zhuǎn)速與減速器輸出軸轉(zhuǎn)速不匹配，可能導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)共振等情況。五、綜合應(yīng)用題1.帶傳動的傳動比$i_1=\frac{n_1}{n_2}$，則齒輪箱輸入軸的轉(zhuǎn)速$n_2=\frac{n_1}{i_1}$，由于帶傳動效率為$\eta_!$，電機輸出功率$P_1=P\eta_1=5\times0.96=4.8$kW。根據(jù)功率公式$P_1=T_1\omega_1$（$\omega_1=\frac{2\pin_1}{60}$），可得齒輪箱輸入軸的轉(zhuǎn)矩$T_1=\frac{P_1}{\omega_1}=\frac{4.8\times60}{2\pi\times1450}\approx0.032$N·m。2.已知齒輪箱傳動比$i=3$，則