機(jī)械原理考試題與參考答案一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分）1.構(gòu)件是機(jī)構(gòu)中獨(dú)立的（）單元。A.制造B.運(yùn)動(dòng)C.分析D.設(shè)計(jì)2.平面機(jī)構(gòu)中，若引入一個(gè)低副，將引入（）個(gè)約束。A.1B.2C.3D.43.一對漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪正確嚙合的條件是（）。A.兩齒輪的模數(shù)和壓力角分別相等B.兩齒輪的齒數(shù)相等C.兩齒輪的齒寬相等D.兩齒輪的齒厚相等4.在周轉(zhuǎn)輪系中，若自由度為1，則該周轉(zhuǎn)輪系被稱為（）。A.差動(dòng)輪系B.行星輪系C.混合輪系D.定軸輪系5.凸輪機(jī)構(gòu)中，從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律取決于（）。A.凸輪的輪廓曲線B.凸輪的轉(zhuǎn)速C.凸輪的材料D.從動(dòng)件的形狀6.機(jī)械平衡的目的是消除或減小（）。A.慣性力B.重力C.摩擦力D.彈性力7.在帶傳動(dòng)中，帶的彈性滑動(dòng)是（）。A.可以避免的B.不可避免的C.有時(shí)可以避免，有時(shí)不可避免D.與帶的材料有關(guān)8.鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，若最短桿與最長桿長度之和小于其余兩桿長度之和，則（）。A.一定有曲柄存在B.一定沒有曲柄存在C.是否有曲柄存在還要看機(jī)架的選擇D.以上說法都不對9.漸開線齒輪的齒廓曲線形狀取決于（）。A.分度圓半徑B.基圓半徑C.齒頂圓半徑D.齒根圓半徑10.機(jī)械系統(tǒng)的等效動(dòng)力學(xué)模型中，等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的大小與（）有關(guān)。A.機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)參數(shù)B.外力的大小和方向C.構(gòu)件的質(zhì)量分布D.以上都是二、判斷題（每題1分，共10分）1.機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件是機(jī)構(gòu)的自由度大于零，且等于原動(dòng)件的數(shù)目。（）2.平面四桿機(jī)構(gòu)中，壓力角越大，傳動(dòng)角越小，機(jī)構(gòu)的傳力性能越好。（）3.漸開線齒輪的齒廓在基圓上的壓力角為0°。（）4.帶傳動(dòng)工作時(shí)，帶中的應(yīng)力是恒定不變的。（）5.動(dòng)平衡的轉(zhuǎn)子一定是靜平衡的，靜平衡的轉(zhuǎn)子不一定是動(dòng)平衡的。（）6.凸輪機(jī)構(gòu)中，從動(dòng)件按等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)時(shí)，會產(chǎn)生剛性沖擊。（）7.周轉(zhuǎn)輪系的傳動(dòng)比計(jì)算不能直接用定軸輪系的傳動(dòng)比公式。（）8.機(jī)械效率等于有用功與總功之比，其值恒小于1。（）9.齒輪的模數(shù)越大，輪齒的尺寸越大，承載能力越強(qiáng)。（）10.機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置是指機(jī)構(gòu)不能運(yùn)動(dòng)的位置。（）三、簡答題（每題10分，共30分）1.簡述平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算方法，并說明計(jì)算自由度時(shí)需要注意的事項(xiàng)。2.說明漸開線齒輪的主要優(yōu)缺點(diǎn)。3.分析帶傳動(dòng)中彈性滑動(dòng)和打滑的區(qū)別及產(chǎn)生的原因。四、計(jì)算分析題（每題20分，共40分）1.如圖所示的平面機(jī)構(gòu)，試計(jì)算其自由度，并判斷該機(jī)構(gòu)是否具有確定的運(yùn)動(dòng)。圖中，原動(dòng)件為構(gòu)件1。（此處應(yīng)插入平面機(jī)構(gòu)的圖形，但由于文本形式限制無法展示，假設(shè)該機(jī)構(gòu)由6個(gè)構(gòu)件組成，其中有7個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副和1個(gè)移動(dòng)副）2.已知一對漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)，模數(shù)m=5mm，齒數(shù)z?=20，z?=40，壓力角α=20°，試計(jì)算：（1）兩輪的分度圓直徑、齒頂圓直徑、齒根圓直徑；（2）兩輪的中心距；（3）若實(shí)際安裝時(shí)，中心距a'=152mm，試說明此時(shí)的傳動(dòng)類型，并計(jì)算嚙合角α'。機(jī)械原理考試參考答案一、單項(xiàng)選擇題1.答案：B-構(gòu)件是機(jī)構(gòu)中獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)單元，它可以是一個(gè)單獨(dú)的零件，也可以是由若干個(gè)零件剛性連接而成的一個(gè)整體。制造單元一般是指零件，所以A選項(xiàng)錯(cuò)誤；分析和設(shè)計(jì)單元并不是構(gòu)件的準(zhǔn)確描述，故C、D選項(xiàng)錯(cuò)誤。2.答案：B-在平面機(jī)構(gòu)中，低副分為轉(zhuǎn)動(dòng)副和移動(dòng)副，引入一個(gè)低副會限制構(gòu)件的兩個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)，即引入2個(gè)約束。所以B選項(xiàng)正確。3.答案：A-一對漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪正確嚙合的條件是兩齒輪的模數(shù)和壓力角分別相等。只有模數(shù)和壓力角相等，才能保證兩輪的齒廓曲線形狀相同，從而實(shí)現(xiàn)正確的嚙合傳動(dòng)。齒數(shù)、齒寬和齒厚不是正確嚙合的必要條件，故B、C、D選項(xiàng)錯(cuò)誤。4.答案：B-在周轉(zhuǎn)輪系中，若自由度為1，則該周轉(zhuǎn)輪系被稱為行星輪系；若自由度為2，則稱為差動(dòng)輪系；混合輪系是由定軸輪系和周轉(zhuǎn)輪系組合而成的；定軸輪系中各齒輪的軸線位置是固定不變的。所以B選項(xiàng)正確。5.答案：A-凸輪機(jī)構(gòu)中，從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律取決于凸輪的輪廓曲線。凸輪的輪廓曲線決定了從動(dòng)件在不同時(shí)刻的位移、速度和加速度等運(yùn)動(dòng)參數(shù)。凸輪的轉(zhuǎn)速影響從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)速度，但不是決定其運(yùn)動(dòng)規(guī)律的因素；凸輪的材料主要影響其強(qiáng)度和耐磨性等；從動(dòng)件的形狀會影響其與凸輪的接觸方式和傳力情況，但不決定其運(yùn)動(dòng)規(guī)律。故A選項(xiàng)正確。6.答案：A-機(jī)械平衡的目的是消除或減小慣性力。慣性力會引起機(jī)械的振動(dòng)、噪聲和磨損等問題，通過平衡可以改善機(jī)械的工作性能和使用壽命。重力一般是恒定的，在機(jī)械平衡中通常不是主要考慮的因素；摩擦力和彈性力在機(jī)械工作中也有重要作用，但不是機(jī)械平衡的主要對象。所以A選項(xiàng)正確。7.答案：B-在帶傳動(dòng)中，帶的彈性滑動(dòng)是不可避免的。由于帶是彈性體，在傳動(dòng)過程中，帶的緊邊和松邊拉力不同，導(dǎo)致帶的彈性變形量不同，從而引起帶在帶輪上的相對滑動(dòng)，這種滑動(dòng)稱為彈性滑動(dòng)。它是由帶的彈性和拉力差引起的，是帶傳動(dòng)的固有特性，無法避免。所以B選項(xiàng)正確。8.答案：C-鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，若最短桿與最長桿長度之和小于其余兩桿長度之和，則是否有曲柄存在還要看機(jī)架的選擇。當(dāng)最短桿為機(jī)架時(shí)，機(jī)構(gòu)為雙曲柄機(jī)構(gòu)；當(dāng)最短桿的鄰邊為機(jī)架時(shí)，機(jī)構(gòu)為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)；當(dāng)最短桿的對邊為機(jī)架時(shí)，機(jī)構(gòu)為雙搖桿機(jī)構(gòu)。所以C選項(xiàng)正確。9.答案：B-漸開線齒輪的齒廓曲線形狀取決于基圓半徑。漸開線是由基圓上的一點(diǎn)在一條直線上作純滾動(dòng)時(shí)，該點(diǎn)的軌跡所形成的曲線?；鶊A半徑不同，漸開線的形狀也不同。分度圓半徑、齒頂圓半徑和齒根圓半徑是根據(jù)模數(shù)、齒數(shù)和齒頂高系數(shù)、齒根高系數(shù)等參數(shù)確定的，它們不決定齒廓曲線的形狀。所以B選項(xiàng)正確。10.答案：D-機(jī)械系統(tǒng)的等效動(dòng)力學(xué)模型中，等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的大小與機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)參數(shù)、外力的大小和方向、構(gòu)件的質(zhì)量分布等都有關(guān)。機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)參數(shù)決定了各構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)關(guān)系和速度比；外力的大小和方向會影響系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性；構(gòu)件的質(zhì)量分布直接影響轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的大小。所以D選項(xiàng)正確。二、判斷題1.答案：√-機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件是機(jī)構(gòu)的自由度大于零，且等于原動(dòng)件的數(shù)目。只有滿足這個(gè)條件，機(jī)構(gòu)才能按照預(yù)期的規(guī)律運(yùn)動(dòng)。如果自由度小于原動(dòng)件數(shù)目，機(jī)構(gòu)會發(fā)生破壞；如果自由度大于原動(dòng)件數(shù)目，機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)將不確定。所以該說法正確。2.答案：×-平面四桿機(jī)構(gòu)中，壓力角越大，傳動(dòng)角越小，機(jī)構(gòu)的傳力性能越差。壓力角是指在不計(jì)摩擦力、慣性力和重力時(shí)，從動(dòng)件所受的力的方向與受力點(diǎn)速度方向之間的夾角。傳動(dòng)角是壓力角的余角，傳動(dòng)角越大，機(jī)構(gòu)的傳力性能越好。所以該說法錯(cuò)誤。3.答案：√-漸開線齒輪的齒廓在基圓上的壓力角為0°。根據(jù)漸開線的性質(zhì)，漸開線在基圓上的切線方向與基圓半徑垂直，而壓力角是指漸開線在某點(diǎn)的法線方向與該點(diǎn)速度方向之間的夾角，在基圓上，速度方向與基圓半徑垂直，法線方向就是基圓半徑方向，所以壓力角為0°。所以該說法正確。4.答案：×-帶傳動(dòng)工作時(shí)，帶中的應(yīng)力是變化的。帶在傳動(dòng)過程中，受到緊邊拉力、松邊拉力、離心力和彎曲應(yīng)力等作用，這些應(yīng)力的大小和方向會隨著帶的運(yùn)動(dòng)而變化。所以該說法錯(cuò)誤。5.答案：√-動(dòng)平衡的轉(zhuǎn)子一定是靜平衡的，靜平衡的轉(zhuǎn)子不一定是動(dòng)平衡的。動(dòng)平衡要求轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)時(shí)，各偏心質(zhì)量產(chǎn)生的慣性力和慣性力偶矩都能達(dá)到平衡；而靜平衡只要求轉(zhuǎn)子的質(zhì)心位于旋轉(zhuǎn)軸線上，即各偏心質(zhì)量產(chǎn)生的慣性力的合力為零。所以動(dòng)平衡的要求更高，動(dòng)平衡的轉(zhuǎn)子必然滿足靜平衡的條件。所以該說法正確。6.答案：√-凸輪機(jī)構(gòu)中，從動(dòng)件按等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)時(shí)，會產(chǎn)生剛性沖擊。在等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律中，從動(dòng)件在運(yùn)動(dòng)開始和結(jié)束的瞬間，速度會發(fā)生突變，加速度趨于無窮大，從而產(chǎn)生很大的慣性力，引起剛性沖擊。所以該說法正確。7.答案：√-周轉(zhuǎn)輪系的傳動(dòng)比計(jì)算不能直接用定軸輪系的傳動(dòng)比公式。因?yàn)橹苻D(zhuǎn)輪系中存在行星輪，其軸線位置是不固定的，需要采用相對運(yùn)動(dòng)原理，將周轉(zhuǎn)輪系轉(zhuǎn)化為假想的定軸輪系（轉(zhuǎn)化輪系），然后再用定軸輪系的傳動(dòng)比公式進(jìn)行計(jì)算。所以該說法正確。8.答案：√-機(jī)械效率等于有用功與總功之比，由于在機(jī)械運(yùn)動(dòng)過程中，必然存在摩擦、碰撞等能量損失，所以總功總是大于有用功，機(jī)械效率的值恒小于1。所以該說法正確。9.答案：√-齒輪的模數(shù)越大，輪齒的尺寸越大，承載能力越強(qiáng)。模數(shù)是齒輪的一個(gè)重要參數(shù)，它反映了輪齒的大小。模數(shù)越大，輪齒的厚度、高度等尺寸也越大，能夠承受的載荷也就越大。所以該說法正確。10.答案：×-機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置是指機(jī)構(gòu)在傳動(dòng)過程中，當(dāng)從動(dòng)件的傳動(dòng)角為0°（壓力角為90°）時(shí)，驅(qū)動(dòng)力對從動(dòng)件的有效回轉(zhuǎn)力矩為零，此時(shí)無論驅(qū)動(dòng)力多大，都不能使從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)的位置。但機(jī)構(gòu)并不是不能運(yùn)動(dòng)，只是在死點(diǎn)位置需要借助其他外力或慣性力才能通過。所以該說法錯(cuò)誤。三、簡答題1.平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算方法及注意事項(xiàng)-計(jì)算方法：平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算公式為\(F=3n-2P_{L}-P_{H}\)，其中\(zhòng)(n\)為活動(dòng)構(gòu)件數(shù)，\(P_{L}\)為低副數(shù)，\(P_{H}\)為高副數(shù)。-注意事項(xiàng)：-復(fù)合鉸鏈：兩個(gè)以上的構(gòu)件在同一處以轉(zhuǎn)動(dòng)副相連接時(shí)，構(gòu)成復(fù)合鉸鏈。若有\(zhòng)(m\)個(gè)構(gòu)件在同一處形成復(fù)合鉸鏈，則其轉(zhuǎn)動(dòng)副的數(shù)目應(yīng)為\((m-1)\)個(gè)。-局部自由度：在機(jī)構(gòu)中，某些構(gòu)件所具有的不影響其他構(gòu)件運(yùn)動(dòng)的自由度稱為局部自由度。在計(jì)算自由度時(shí)，應(yīng)將局部自由度除去不計(jì)。-虛約束：在機(jī)構(gòu)中，有些約束所起的限制作用是重復(fù)的，對機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)實(shí)際上不起獨(dú)立的限制作用，這種約束稱為虛約束。在計(jì)算自由度時(shí)，應(yīng)將虛約束除去不計(jì)。常見的虛約束情況有：兩構(gòu)件組成多個(gè)移動(dòng)副且導(dǎo)路互相平行；兩構(gòu)件組成多個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副且軸線互相重合；機(jī)構(gòu)中對傳遞運(yùn)動(dòng)不起獨(dú)立作用的對稱部分等。2.漸開線齒輪的主要優(yōu)缺點(diǎn)-優(yōu)點(diǎn)：-傳動(dòng)比恒定：漸開線齒輪的齒廓嚙合特性決定了其傳動(dòng)比等于兩輪基圓半徑的反比，而基圓半徑是定值，所以傳動(dòng)比恒定，能夠保證穩(wěn)定的傳動(dòng)性能。-中心距具有可分性：當(dāng)兩輪的實(shí)際中心距與設(shè)計(jì)中心距略有偏差時(shí)，不會影響傳動(dòng)比的大小，仍能保持恒定的傳動(dòng)比。這使得齒輪的制造和安裝誤差對傳動(dòng)性能的影響較小。-嚙合性能好：漸開線齒輪的齒廓在嚙合過程中，接觸應(yīng)力較小，磨損均勻，能夠延長齒輪的使用壽命。同時(shí)，漸開線齒輪的重合度較大，有利于提高傳動(dòng)的平穩(wěn)性和承載能力。-加工工藝性好：漸開線齒輪可以采用標(biāo)準(zhǔn)刀具進(jìn)行加工，加工精度容易保證，生產(chǎn)效率高，成本較低。-缺點(diǎn)：-不適用于高速重載場合：在高速重載條件下，漸開線齒輪的齒面接觸應(yīng)力和齒根彎曲應(yīng)力較大，容易出現(xiàn)齒面膠合、齒根疲勞折斷等失效形式。-重合度有限：雖然漸開線齒輪的重合度較大，但在某些情況下，仍不能滿足一些特殊傳動(dòng)的要求。-噪聲較大：在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，漸開線齒輪會產(chǎn)生一定的噪聲，影響工作環(huán)境。3.帶傳動(dòng)中彈性滑動(dòng)和打滑的區(qū)別及產(chǎn)生的原因-區(qū)別：-性質(zhì)不同：彈性滑動(dòng)是帶傳動(dòng)的固有特性，是不可避免的；而打滑是一種失效形式，是可以避免的。-影響不同：彈性滑動(dòng)會使帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比不準(zhǔn)確，降低傳動(dòng)效率，但不會影響帶傳動(dòng)的正常工作；打滑會使帶與帶輪之間發(fā)生劇烈的相對滑動(dòng)，導(dǎo)致帶傳動(dòng)失效，同時(shí)會加劇帶的磨損。-產(chǎn)生原因：-彈性滑動(dòng)：由于帶是彈性體，在傳動(dòng)過程中，帶的緊邊和松邊拉力不同，導(dǎo)致帶的彈性變形量不同。帶在進(jìn)入主動(dòng)輪時(shí)，拉力逐漸增大，彈性變形也逐漸增大，帶相對于主動(dòng)輪向后滑動(dòng)；帶在離開主動(dòng)輪時(shí)，拉力逐漸減小，彈性變形也逐漸減小，帶相對于主動(dòng)輪向前滑動(dòng)。同理，在從動(dòng)輪上也會發(fā)生類似的現(xiàn)象，從而引起帶在帶輪上的相對滑動(dòng)，即彈性滑動(dòng)。-打滑：當(dāng)帶傳動(dòng)的負(fù)載過大，超過了帶與帶輪之間的最大摩擦力時(shí)，帶與帶輪之間就會發(fā)生全面的相對滑動(dòng)，即打滑。打滑通常是由于過載引起的。四、計(jì)算分析題1.計(jì)算平面機(jī)構(gòu)的自由度并判斷運(yùn)動(dòng)確定性-已知機(jī)構(gòu)由\(n=6\)個(gè)活動(dòng)構(gòu)件（除去機(jī)架），\(P_{L}=7\)個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副和\(P_{H}=0\)個(gè)高副，\(P_{L}\)中還有1個(gè)移動(dòng)副。-根據(jù)平面機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算公式\(F=3n-2P_{L}-P_{H}\)，可得：\(F=3\times6-2\times(7+1)-0\)\(=18-16\)\(=2\)-原動(dòng)件為構(gòu)件1，即原動(dòng)件數(shù)目為1。由于自由度\(F=2\)大于原動(dòng)件數(shù)目1，所以該機(jī)構(gòu)沒有確定的運(yùn)動(dòng)。2.漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的相關(guān)計(jì)算-（1）計(jì)算兩輪的分度圓直徑、齒頂圓直徑、齒根圓直徑-對于標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪，分度圓直徑公式為\(d=mz\)，齒頂圓直徑公式為\(d_{a}=m(z+2h_{a}^)\)，齒根圓直徑公式為\(d_{f}=m(z-2h_{a}^-2c^)\)，其中\(zhòng)(m=5mm\)，\(h_{a}^=1\)，\(c^=0.25\)。-對于齒輪1，\(z_{1}=20\)：-分度圓直徑\(d_{1}=mz_{1}=5\times20=100mm\)-齒頂圓直徑\(d_{a1}=m(z_{1}+2h_{a}^)=5\times(20+2\times1)=110mm\)-齒根圓直徑\(d_{f1}=m(z_{1}-2h_{a}^-2c^)=5\times(20-2\times1-2\times0.25)=92.5mm\)-對于齒輪2，\(z_{2