(2025年)機械原理考試題庫附答案一、選擇題（每題2分，共20分）1.某平面機構(gòu)由5個構(gòu)件組成，其中包含3個轉(zhuǎn)動副、2個移動副，且存在1個局部自由度和1個虛約束。該機構(gòu)的自由度為（）。A.0B.1C.2D.3答案：B（自由度計算公式F=3n-2PL-PH，n=5，PL=3+2=5，PH=0，局部自由度和虛約束需修正，故F=3×5-2×5-0-1+1=1）2.設(shè)計偏置直動滾子從動件盤形凸輪機構(gòu)時，若增大偏距e（從動件導(dǎo)路與凸輪中心偏于一側(cè)），則凸輪的基圓半徑可（）。A.減小B.增大C.不變D.無法確定答案：A（偏距e增大可減小壓力角，允許基圓半徑減?。?.漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪的齒根圓直徑計算公式為（）。A.df=m(z-2ha)B.df=m(z-2(ha+c))C.df=m(z+2c)D.df=m(z+2ha)答案：B（齒根圓直徑df=d-2hf，hf=(ha+c)m，d=mz，故df=mz-2(ha+c)m=m(z-2(ha+c))）4.下列哪種運動規(guī)律的凸輪機構(gòu)會產(chǎn)生剛性沖擊？（）A.等速運動B.等加速等減速運動C.余弦加速度運動D.正弦加速度運動答案：A（等速運動在起點和終點速度突變，產(chǎn)生無窮大加速度，引發(fā)剛性沖擊）5.周轉(zhuǎn)輪系中，若兩個中心輪均能轉(zhuǎn)動，且有一個系桿，則該輪系為（）。A.行星輪系B.差動輪系C.定軸輪系D.混合輪系答案：B（差動輪系有兩個自由度，兩個中心輪均可動；行星輪系有一個自由度，一個中心輪固定）6.四桿機構(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，且最短桿為機架，則該機構(gòu)為（）。A.曲柄搖桿機構(gòu)B.雙曲柄機構(gòu)C.雙搖桿機構(gòu)D.導(dǎo)桿機構(gòu)答案：B（最短桿為機架時，兩連架桿均為曲柄）7.機械平衡中，靜平衡的條件是（）。A.慣性力的矢量和為零B.慣性力的矢量和為零且慣性力偶矩的矢量和為零C.所有質(zhì)量分布在同一平面D.質(zhì)心加速度為零答案：A（靜平衡僅需慣性力平衡，即質(zhì)徑積矢量和為零）8.一對漸開線直齒圓柱齒輪正確嚙合的條件是（）。A.模數(shù)相等B.壓力角相等C.模數(shù)和壓力角均相等D.齒數(shù)相等答案：C（正確嚙合需模數(shù)和壓力角分別相等）9.凸輪機構(gòu)中，從動件的運動規(guī)律由（）決定。A.凸輪的轉(zhuǎn)速B.凸輪的輪廓曲線C.從動件的類型D.基圓半徑答案：B（凸輪輪廓直接決定從動件位移、速度、加速度）10.輪系中，若某對齒輪的傳動比為-3，負(fù)號表示（）。A.主動輪與從動輪轉(zhuǎn)向相反B.傳動比為負(fù)值C.輪系為周轉(zhuǎn)輪系D.計算錯誤答案：A（定軸輪系中，外嚙合齒輪傳動比符號為負(fù)，表示轉(zhuǎn)向相反）二、填空題（每題2分，共20分）1.平面機構(gòu)自由度計算公式為______（需考慮低副PL、高副PH、構(gòu)件數(shù)n）。答案：F=3n-2PL-PH2.四桿機構(gòu)的急回特性用______衡量，其值越大，急回特性越明顯。答案：行程速比系數(shù)K3.漸開線齒廓的嚙合特性包括______、______（任填兩個）。答案：傳動比恒定、中心距可分性（或嚙合線為直線、齒廓間正壓力方向不變）4.凸輪機構(gòu)按從動件形狀分為______、______、______（任填三種）。答案：尖頂從動件、滾子從動件、平底從動件5.輪系中，既作自轉(zhuǎn)又作公轉(zhuǎn)的齒輪稱為______。答案：行星輪6.機械效率η的計算公式為______（用輸入功Wd、輸出功Wr、損失功Wf表示）。答案：η=Wr/Wd=1-Wf/Wd7.剛性轉(zhuǎn)子的動平衡需滿足______和______兩個條件。答案：慣性力矢量和為零、慣性力偶矩矢量和為零8.標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪的齒頂高系數(shù)ha通常取______，頂隙系數(shù)c通常取______。答案：1、0.259.平面連桿機構(gòu)中，若從動件的壓力角α增大，則有效分力______，有害分力______。答案：減小、增大10.混合輪系傳動比的計算需先區(qū)分______和______，分別計算后再聯(lián)立求解。答案：定軸輪系、周轉(zhuǎn)輪系三、判斷題（每題2分，共20分。正確打√，錯誤打×）1.機構(gòu)具有確定運動的條件是自由度大于零且等于原動件數(shù)。（）答案：√2.虛約束在機構(gòu)中無實際作用，設(shè)計時應(yīng)盡量避免。（）答案：×（虛約束可增強機構(gòu)剛度或保證運動一致性，不可避免時需保留）3.凸輪機構(gòu)中，基圓半徑越小，壓力角越小，機構(gòu)傳力性能越好。（）答案：×（基圓半徑越小，壓力角越大，傳力性能越差）4.漸開線齒輪的齒廓形狀與模數(shù)無關(guān)，僅取決于齒數(shù)。（）答案：×（模數(shù)影響齒廓大小，齒數(shù)影響齒廓曲率）5.周轉(zhuǎn)輪系的轉(zhuǎn)化輪系是一個定軸輪系，其傳動比計算需考慮各輪的相對轉(zhuǎn)速。（）答案：√6.雙搖桿機構(gòu)中，兩連架桿均為搖桿，故不存在急回特性。（）答案：×（若兩搖桿長度不同，可能存在極位夾角，產(chǎn)生急回特性）7.靜平衡的轉(zhuǎn)子一定是動平衡的，動平衡的轉(zhuǎn)子不一定是靜平衡的。（）答案：×（動平衡包含靜平衡條件，動平衡的轉(zhuǎn)子一定靜平衡，靜平衡不一定動平衡）8.一對齒輪傳動中，小齒輪的齒面接觸疲勞強度通常高于大齒輪。（）答案：×（接觸應(yīng)力相等，小齒輪齒面硬度需更高以補償循環(huán)次數(shù)多的問題）9.機械效率η恒小于1，因為存在摩擦等損失。（）答案：√10.偏置曲柄滑塊機構(gòu)存在急回特性，而對心曲柄滑塊機構(gòu)不存在。（）答案：√（對心機構(gòu)極位夾角為0，無急回特性）四、計算題（共30分）1.（8分）某平面機構(gòu)如圖所示（文字描述：構(gòu)件1為機架，構(gòu)件2與1在A點轉(zhuǎn)動副連接，構(gòu)件3與2在B點轉(zhuǎn)動副連接，構(gòu)件4與3在C點轉(zhuǎn)動副連接，同時與1在D點轉(zhuǎn)動副連接；構(gòu)件5與3在E點轉(zhuǎn)動副連接，與6在F點轉(zhuǎn)動副連接，構(gòu)件6與1在G點轉(zhuǎn)動副連接；E、F、G共線，且EF=FG；構(gòu)件5上裝有滾子H，與凸輪7在H點高副接觸，凸輪7與1在O點轉(zhuǎn)動副連接）。試計算該機構(gòu)的自由度，并指出是否存在局部自由度、虛約束或復(fù)合鉸鏈。解：（1）構(gòu)件數(shù)n=7（1為機架，2-7為活動構(gòu)件）；（2）低副PL：轉(zhuǎn)動副有A、B、C、D、E、F、G、O共8個（注意E、F、G共線且EF=FG，構(gòu)件5、6、1在G點的連接為虛約束，實際有效轉(zhuǎn)動副為7個；滾子H為局部自由度，不計入構(gòu)件數(shù)）；（3）高副PH=1（凸輪與滾子接觸）；（4）修正：局部自由度1個，虛約束1個（G點重復(fù)約束）；自由度F=3×(7-1)-2×(7)+1-1+1=3×6-14+1=18-14+1=5？（需重新核對）正確步驟：活動構(gòu)件數(shù)n=6（構(gòu)件2-7，機架1不計）；轉(zhuǎn)動副：A(1-2)、B(2-3)、C(3-4)、D(4-1)、E(3-5)、F(5-6)、G(6-1)、O(7-1)共8個；其中G點因EF=FG，構(gòu)件6的運動由構(gòu)件5確定，故G點為虛約束，應(yīng)減去1個；滾子H為局部自由度，減去1個；高副PH=1（凸輪7與滾子H）。故F=3×6-2×(8-1)-1=18-14-1=3。2.（7分）某曲柄搖桿機構(gòu)，曲柄長度lAB=20mm，搖桿長度lCD=50mm，機架長度lAD=40mm，且曲柄為最短桿。求：（1）連桿lBC的取值范圍；（2）若搖桿的最大擺角為45°，求極位夾角θ。解：（1）因曲柄為最短桿，根據(jù)桿長條件：lAB+lBC≤lCD+lAD（當(dāng)lBC為最長桿時）或lAB+lCD≤lBC+lAD（當(dāng)lCD為最長桿時）。已知lAB=20（最短），lCD=50，lAD=40。若lBC為最長桿，則20+lBC≤50+40→lBC≤70；若lCD為最長桿（50>40，可能），則20+50≤lBC+40→lBC≥30；故lBC范圍：30mm≤lBC≤70mm。（2）極位夾角θ與擺角ψ關(guān)系：ψ=θ（當(dāng)搖桿擺角由極位夾角直接決定時），但實際ψ=θ1-θ2，而K=(180°+θ)/(180°-θ)。已知ψ=45°，需通過幾何關(guān)系求解。假設(shè)曲柄在兩個極限位置時，AB與BC共線，此時搖桿CD的擺角為ψ=∠C1DC2=45°，極位夾角θ=∠B1AB2=ψ=45°（近似，實際需用余弦定理計算）。3.（7分）一對標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動，模數(shù)m=3mm，齒數(shù)z1=20，z2=60，壓力角α=20°，正常齒制（ha=1，c=0.25）。求：（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。解：（1）d1=mz1=3×20=60mm；d2=3×60=180mm；（2）da1=d1+2ham=60+2×1×3=66mm；da2=180+2×1×3=186mm；（3）df1=d1-2(hf)=60-2×(1+0.25)×3=60-7.5=52.5mm；df2=180-2×1.25×3=180-7.5=172.5mm；（4）中心距a=(d1+d2)/2=(60+180)/2=120mm。4.（8分）如圖所示輪系（文字描述：輪1與輪2外嚙合，z1=20，z2=40，輪2與輪3同軸固連，z3=30；輪3與輪4內(nèi)嚙合，z4=90，系桿H與輪4固連，輪1為主動輪，轉(zhuǎn)速n1=100r/min（順時針），求系桿H的轉(zhuǎn)速nH的大小和方向。解：該輪系為周轉(zhuǎn)輪系，其中輪1、3、4為中心輪，輪2為行星輪，系桿H為行星架。轉(zhuǎn)化輪系的傳動比i13^H=(n1-nH)/(n3-nH)=±z3/z1（外嚙合為負(fù)）。輪2與輪3同軸，n2=n3；輪3與輪4內(nèi)嚙合，i34=(n3-nH)/(n4-nH)=-z4/z3（內(nèi)嚙合符號為正？需確認(rèn)）。因輪4與系桿H固連，n4=nH，故i34=(n3-nH)/(nH-nH)→分母為0，說明輪4固定？（可能描述有誤，假設(shè)輪4固定，n4=0）。重新分析：若輪4固定（n4=0），輪3與輪4內(nèi)嚙合，傳動比i34^H=(n3-nH)/(0-nH)=z4/z3（內(nèi)嚙合符號為正）→(n3-nH)/(-nH)=90/30=3→n3-nH=-3nH→n3=-2nH。輪1與輪2外嚙合，i12^H=(n1-nH)/(n2-nH)=-z2/z1=-40/20=-2→n2=(n1-nH)/(-2)+nH=(100-nH)/(-2)+nH=(-100+nH)/2+nH=(-100+3nH)/2。因輪2與輪3同軸，n2=n3=-2nH，故(-100+3nH)/2=-2nH→-100+3nH=-4nH→7nH=100→nH≈14.29r/min（順時針，與n1同向）。五、分析題（共10分）1.（5分）分析平面四桿機構(gòu)中“死點”與“自鎖”的區(qū)別與聯(lián)系。答：區(qū)別：死點是指機構(gòu)中從動件與連桿共線時，主動件無法驅(qū)動從動件的位置（此時傳動角γ=0，壓力角α=90°）；自鎖是指機構(gòu)因摩擦導(dǎo)致無論多大驅(qū)動力都無法運動的現(xiàn)象（通常發(fā)生在驅(qū)動力作用線在摩擦錐內(nèi)）。聯(lián)系：死點可能導(dǎo)致機構(gòu)自鎖，但死點本質(zhì)是傳力方向問題，自鎖本質(zhì)是摩擦阻力大于驅(qū)動力的有效分力；死點可通過加飛輪或多組機構(gòu)錯位克服，自鎖需通過設(shè)計避免摩擦過大或調(diào)整力作用線。2.（5分）設(shè)計凸