机械工程原理知识要点题库

机械工程原理知识要点题库姓名_________________________地址_______________________________学号______________________-------------------------------密-------------------------封----------------------------线--------------------------1.请首先在试卷的标封处填写您的姓名，身份证号和地址名称。2.请仔细阅读各种题目，在规定的位置填写您的答案。一、选择题1.机械系统中的运动副分为哪几类？

A.低副和高副

B.连接副和导向副

C.旋转副和移动副

D.转动副和滑动副

2.机械效率是指输出功与输入功的比值，其取值范围是多少？

A.0机械效率≤1

B.0≤机械效率1

C.1机械效率≤10

D.机械效率≥1

3.在机械中，哪种传动方式可以实现较大的传动比？

A.皮带传动

B.齿轮传动

C.蜗杆传动

D.链传动

4.机械振动中，阻尼比小于0.1时，系统呈现什么特性？

A.过阻尼

B.欠阻尼

C.阻尼适中

D.无阻尼

5.机械中，哪种类型的联轴器可以承受较大的轴向力？

A.弹性联轴器

B.无补偿联轴器

C.矩形联轴器

D.球面联轴器

6.机械零件中，哪种零件主要用于承受轴向载荷？

A.轴承

B.螺栓

C.弹簧

D.齿轮

7.机械中，哪种类型的弹簧适用于减震和缓冲？

A.压缩弹簧

B.拉伸弹簧

C.扭转弹簧

D.上述所有

8.机械中，哪种类型的齿轮适用于高速传动？

A.直齿轮

B.斜齿轮

C.人字齿轮

D.齿条齿轮

答案及解题思路：

1.答案：A

解题思路：机械系统中的运动副根据其约束形式分为低副和高副，低副允许相对滑动，高副允许相对转动。

2.答案：B

解题思路：机械效率是有用功与总功的比值，通常情况下，机械效率小于1，表示有能量损失。

3.答案：B

解题思路：齿轮传动可以实现较大的传动比，通过设计不同齿数的齿轮副，可以大幅提升传动比。

4.答案：A

解题思路：当阻尼比小于0.1时，系统处于过阻尼状态，振动幅度小，但衰减速度慢。

5.答案：D

解题思路：球面联轴器可以承受较大的轴向力，因为它允许轴线有一定的偏移。

6.答案：B

解题思路：螺栓主要用于连接零件，并承受轴向载荷。

7.答案：D

解题思路：所有类型的弹簧都有减震和缓冲的作用，但具体应用取决于设计要求。

8.答案：B

解题思路：斜齿轮适用于高速传动，因为其齿面斜度可以减少接触应力，提高传动效率。二、填空题1.机械系统中的运动副分为低副和高副两大类。低副通常指的是面接触的运动副，如滑动轴承；高副则指的是点或线接触的运动副，如齿轮副。

2.机械效率的取值范围是0到1之间。机械效率是指机械输出功率与输入功率的比值，由于机械在工作过程中会有能量损失，因此效率不可能达到100%。

3.在机械中，齿轮传动可以实现较大的传动比。齿轮传动通过改变齿轮的齿数比，可以方便地实现较大的速度比和力矩比。

4.机械振动中，阻尼比小于0.1时，系统呈现过阻尼特性。阻尼比是衡量阻尼大小的一个无量纲参数，当阻尼比小于0.1时，系统响应缓慢，不易达到稳定状态。

5.机械中，弹性联轴器可以承受较大的轴向力。弹性联轴器通过弹性元件的变形来传递动力，可以吸收一定的轴向、径向和角向位移，因此能够承受较大的轴向力。

6.机械零件中，轴主要用于承受径向载荷。轴是机械传动中的主要零件，其主要功能是传递扭矩和支撑旋转部件，主要承受径向载荷。

7.机械中，弹簧适用于减震和缓冲。弹簧具有储存和释放能量的特性，广泛应用于机械系统中，用于减震、缓冲、储能和复位等功能。

8.机械中，斜齿轮适用于高速传动。斜齿轮传动平稳，噪音小，适合于高速、高精度、大载荷的传动场合。

答案及解题思路：

答案：

1.低副、高副

2.0到1之间

3.较大的传动比

4.过阻尼特性

5.较大的轴向力

6.径向载荷

7.减震和缓冲

8.高速传动

解题思路：

1.根据机械运动副的分类知识，低副和高副的定义来确定填空内容。

2.机械效率的定义和计算公式确定其取值范围。

3.齿轮传动的基本原理和齿数比的作用来解释传动比的概念。

4.根据阻尼比的定义和系统响应特性来确定系统状态。

5.弹性联轴器的功能和结构特点来确定其适用性。

6.轴的功能和承受载荷类型来确定填空内容。

7.弹簧的应用领域和特性来确定其适用场景。

8.斜齿轮的特点和适用场合来确定填空内容。三、判断题1.机械系统中的运动副低副和高副两种类型。（）

答案：正确

解题思路：在机械系统中，运动副是组成机械的基本单元，根据其结构和工作特点，通常分为低副和高副两种类型。低副主要指平面副，如滑动轴承；高副主要指点或线接触副，如齿轮副。这种分类是机械系统设计中常见的。

2.机械效率越高，机械的输出功越大。（）

答案：错误

解题思路：机械效率是指机械输出功与输入功的比值。效率高并不意味着输出功大，而是说明输入功中有较大比例转化为有用的输出功。输出功的大小还取决于输入功的大小。

3.齿轮传动可以实现较小的传动比。（）

答案：正确

解题思路：齿轮传动是机械中常用的传动方式之一，通过改变齿轮的齿数比，可以实现较小的传动比。这在一些需要精确减速的机械系统中尤为重要。

4.机械振动中，阻尼比小于0.1时，系统呈现过阻尼特性。（）

答案：错误

解题思路：在机械振动中，阻尼比是描述阻尼效应强弱的一个参数。当阻尼比小于0.1时，系统通常呈现欠阻尼特性，而非过阻尼特性。

5.弹性联轴器可以承受较小的轴向力。（）

答案：正确

解题思路：弹性联轴器通过弹性元件连接两轴，可以有效吸收轴向、径向和角向的偏差，因此可以承受一定的轴向力。

6.轴主要用于承受径向载荷。（）

答案：错误

解题思路：轴在机械中主要用于承受扭矩和弯矩，而不是仅限于径向载荷。虽然轴可能会承受一定的径向载荷，但其主要功能是传递扭矩。

7.弹簧适用于高速传动。（）

答案：错误

解题思路：弹簧主要适用于低速和低精度要求的传动，因为高速传动需要更高的刚性和精度，而弹簧由于其弹性特性，通常无法满足这些要求。

8.斜齿轮适用于低速传动。（）

答案：正确

解题思路：斜齿轮传动由于斜齿的设计，有利于降低传动过程中的冲击和噪音，因此在低速传动中更为常用。四、简答题1.简述机械系统中的运动副分类及其特点。

运动副分类：转动副、移动副、球面副、螺旋副等。

特点：转动副允许转动运动，移动副允许直线运动，球面副允许球面运动，螺旋副允许螺旋运动。

2.简述机械效率的概念及其影响因素。

机械效率概念：机械效率是指输出功率与输入功率的比值。

影响因素：摩擦损失、能量转换过程中的能量损失、机械零件的重量和惯性等。

3.简述齿轮传动的特点和适用范围。

特点：传动平稳、可靠，传动比大，结构紧凑，能实现远距离传动。

适用范围：广泛应用于各种减速器、变速箱、分度箱等。

4.简述机械振动的阻尼比及其对系统特性的影响。

阻尼比概念：阻尼比是阻尼系数与临界阻尼系数的比值。

影响系统特性：阻尼比越小，系统越容易发生共振；阻尼比越大，系统越稳定。

5.简述弹性联轴器的特点和适用范围。

特点：允许一定程度的轴向、径向和角向位移，减少冲击和振动。

适用范围：广泛应用于电机与减速器、减速器与工作机构之间的连接。

6.简述轴在机械中的作用和分类。

作用：传递扭矩，支撑和定位零部件。

分类：传动轴、心轴、转轴等。

7.简述弹簧在机械中的应用和特点。

应用：减震、储能、定位、复位等。

特点：具有弹性，能承受一定的载荷。

8.简述斜齿轮的特点和适用范围。

特点：传动平稳，承载能力大，制造简单。

适用范围：广泛应用于各种减速器、变速箱等。

答案及解题思路：

1.答案：机械系统中的运动副分类有转动副、移动副、球面副、螺旋副等，特点分别是允许转动、直线、球面和螺旋运动。

解题思路：理解运动副的定义和分类，结合实际应用场景进行分析。

2.答案：机械效率是指输出功率与输入功率的比值，影响因素包括摩擦损失、能量转换过程中的能量损失、机械零件的重量和惯性等。

解题思路：理解机械效率的定义，分析影响机械效率的因素。

3.答案：齿轮传动的特点是传动平稳、可靠，传动比大，结构紧凑，能实现远距离传动，适用于减速器、变速箱、分度箱等。

解题思路：了解齿轮传动的原理和特点，结合实际应用场景进行分析。

4.答案：机械振动的阻尼比是阻尼系数与临界阻尼系数的比值，阻尼比越小，系统越容易发生共振；阻尼比越大，系统越稳定。

解题思路：理解阻尼比的定义和影响，结合实际应用场景进行分析。

5.答案：弹性联轴器允许一定程度的轴向、径向和角向位移，减少冲击和振动，适用于电机与减速器、减速器与工作机构之间的连接。

解题思路：了解弹性联轴器的原理和特点，结合实际应用场景进行分析。

6.答案：轴在机械中的作用是传递扭矩，支撑和定位零部件，分类有传动轴、心轴、转轴等。

解题思路：理解轴的作用和分类，结合实际应用场景进行分析。

7.答案：弹簧在机械中的应用包括减震、储能、定位、复位等，具有弹性，能承受一定的载荷。

解题思路：了解弹簧的应用和特点，结合实际应用场景进行分析。

8.答案：斜齿轮的特点是传动平稳、承载能力大、制造简单，适用于减速器、变速箱等。

解题思路：了解斜齿轮的原理和特点，结合实际应用场景进行分析。五、论述题1.论述机械系统中的运动副对机械功能的影响。

解题思路：首先简要介绍运动副的定义和类型，然后分析不同类型运动副对机械功能的影响，包括精度、刚度、速度、功率等。

答案：

机械系统中的运动副是指将两个或多个部件连接起来，实现相对运动的装置。运动副的类型主要有转动副、滑动副、滚动副等。运动副对机械功能的影响主要体现在以下几个方面：

（1）精度：运动副的制造精度直接影响到机械的精度，影响机械的运动功能。

（2）刚度：运动副的刚度决定了机械在承受载荷时的变形程度，刚度越高的运动副，机械的刚性好。

（3）速度：运动副的速度影响机械的传动效率，速度越高的运动副，机械的传动效率越高。

（4）功率：运动副的功率损耗直接影响到机械的能源消耗，功率损耗越低的运动副，机械的能源利用率越高。

2.论述机械效率与机械功能的关系。

解题思路：首先解释机械效率的定义，然后分析机械效率与机械功能的关系，包括传动效率、能量损失、可靠性等。

答案：

机械效率是指机械在完成某一任务时，有用功与总功之比。机械效率与机械功能的关系

（1）传动效率：机械效率越高，传动效率越高，机械在完成某一任务时，能源损失越小。

（2）能量损失：机械效率低会导致能量损失较大，影响机械的运行功能。

（3）可靠性：机械效率高的机械，其运行过程中能量损失较小，可靠性较高。

3.论述齿轮传动在机械中的应用及其优缺点。

解题思路：首先介绍齿轮传动的原理和应用，然后分析齿轮传动的优缺点。

答案：

齿轮传动是一种常用的机械传动方式，广泛应用于各种机械设备中。齿轮传动具有以下优缺点：

优点：

（1）传动平稳：齿轮传动在传动过程中，振动和噪音较小，有利于提高机械的工作环境。

（2）传递功率大：齿轮传动可以传递较大的功率，适用于重载机械。

（3）传动精度高：齿轮的制造精度较高，有利于提高机械的传动精度。

缺点：

（1）制造复杂：齿轮的制造过程复杂，成本较高。

（2）传动效率低：齿轮传动存在一定的能量损失，传动效率较低。

（3）安装调整困难：齿轮传动的安装和调整较为复杂，需要较高的技术要求。

4.论述机械振动阻尼比对系统特性的影响。

解题思路：首先介绍机械振动阻尼比的概念，然后分析阻尼比对系统特性的影响，包括振动频率、振幅、响应时间等。

答案：

机械振动阻尼比是指系统阻尼与临界阻尼之比，表示系统振动过程中的能量消耗程度。阻尼比对系统特性的影响

（1）振动频率：阻尼比越大，振动频率越低。

（2）振幅：阻尼比越大，振幅越小。

（3）响应时间：阻尼比越大，系统响应时间越长。

5.论述弹性联轴器在机械中的应用及其特点。

解题思路：首先介绍弹性联轴器的定义和结构，然后分析其在机械中的应用和特点。

答案：

弹性联轴器是一种利用弹性元件传递扭矩的联轴器，广泛应用于机械传动系统中。弹性联轴器具有以下应用和特点：

应用：

（1）吸收振动和冲击：弹性联轴器可以吸收由不平衡力引起的振动和冲击，保护机械系统。

（2）补偿位移：弹性联轴器可以补偿两轴之间的位移，适应机械设备的安装误差。

特点：

（1）安装方便：弹性联轴器结构简单，安装方便。

（2）工作可靠：弹性联轴器具有较高的可靠性和耐久性。

（3）功能优良：弹性联轴器具有较高的传动精度和较低的振动噪音。

6.论述轴在机械中的作用及其分类。

解题思路：首先介绍轴的定义和作用，然后分析轴的分类及其特点。

答案：

轴是机械传动系统中重要的组成部分，主要作用是传递扭矩和支承零件。轴的分类

（1）根据轴线形状：直线轴、曲线轴。

（2）根据轴的用途：主动轴、从动轴、传动轴。

（3）根据轴的材料：钢轴、铝合金轴、复合材料轴。

（4）根据轴的结构：实心轴、空心轴、阶梯轴。

7.论述弹簧在机械中的应用及其特点。

解题思路：首先介绍弹簧的定义和分类，然后分析弹簧在机械中的应用和特点。

答案：

弹簧是一种具有弹性的元件，广泛应用于机械系统中。弹簧的应用和特点

应用：

（1）减震：弹簧可以吸收和缓解机械运行过程中的振动和冲击。

（2）缓冲：弹簧可以缓解机械运动过程中的冲击和压力。

（3）储能：弹簧可以将机械的动能转化为势能，储存能量。

特点：

（1）弹性好：弹簧具有很好的弹性，可以吸收和缓解冲击和振动。

（2）质量轻：弹簧结构简单，质量轻，有利于提高机械的运行效率。

（3）成本低：弹簧制造工艺简单，成本低。

8.论述斜齿轮在机械中的应用及其优缺点。

解题思路：首先介绍斜齿轮的定义和特点，然后分析斜齿轮在机械中的应用和优缺点。

答案：

斜齿轮是一种齿面呈斜线的齿轮，具有以下应用和优缺点：

应用：

（1）减速：斜齿轮主要用于减速传动，具有较好的减速效果。

（2）传力：斜齿轮可以传递较大的扭矩，适用于重载机械。

优缺点：

优点：

（1）传动平稳：斜齿轮传动平稳，振动和噪音较小。

（2）制造方便：斜齿轮的制造工艺较为简单，易于生产。

缺点：

（1）效率低：斜齿轮传动效率低于直齿轮。

（2）传动比有限：斜齿轮的传动比范围有限。六、计算题1.计算机械效率为0.8时的输出功和输入功。

已知机械效率η=0.8，假设输入功为W_in。

输出功W_out=η×W_in。

2.计算一个齿轮传动的传动比为5时，输入轴和输出轴的转速。

已知传动比i=5，假设输入轴转速为n_in。

输出轴转速n_out=n_in/i。

3.计算一个阻尼比为0.2的机械振动系统的固有频率。

已知阻尼比ζ=0.2，假设系统的无阻尼固有频率为ω_n。

阻尼振动系统的固有频率ω_d=ω_n/√(1ζ²)。

4.计算一个弹性联轴器的轴向力。

已知弹性联轴器的刚度K和轴向变形量Δ。

轴向力F=K×Δ。

5.计算一个轴的扭转刚度。

已知轴的扭转角θ，轴的长度L，极惯性矩I_p。

扭转刚度GIP=I_p×ω/θ。

其中ω为扭矩。

6.计算一个弹簧的弹性系数。

已知弹簧的变形量Δ和作用在其上的力F。

弹性系数k=F/Δ。

7.计算一个斜齿轮的当量齿数。

已知斜齿轮的实际齿数z和斜齿轮的螺旋角β。

当量齿数z_eq=z/cos(β)。

8.计算一个齿轮传动的功率损失。

已知齿轮传动的输入功率P_in，效率η。

输出功率P_out=P_in×η。

功率损失P_loss=P_inP_out。

答案及解题思路：

1.输出功W_out=0.8×W_in；输入功W_in需要具体数值才能计算。

解题思路：机械效率定义为输出功与输入功的比值，根据公式直接计算。

2.输出轴转速n_out=n_in/5；输入轴转速n_in需要具体数值才能计算。

解题思路：传动比定义为输出轴转速与输入轴转速的比值，根据公式直接计算。

3.固有频率ω_d=ω_n/√(10.2²)；无阻尼固有频率ω_n需要具体数值才能计算。

解题思路：阻尼振动系统的固有频率计算公式，根据阻尼比和未阻尼固有频率计算。

4.轴向力F=K×Δ；刚度K和变形量Δ需要具体数值才能计算。

解题思路：弹性联轴器的轴向力与刚度和变形量成正比，根据胡克定律计算。

5.扭转刚度GIP=I_p×ω/θ；扭矩ω和扭转角θ需要具体数值才能计算。

解题思路：扭转刚度计算公式，根据扭矩和扭转角计算。

6.弹性系数k=F/Δ；力F和变形量Δ需要具体数值才能计算。

解题思路：弹簧的弹性系数计算公式，根据力和变形量计算。

7.当量齿数z_eq=z/cos(β)；实际齿数z和螺旋角β需要具体数值才能计算。

解题思路：斜齿轮当量齿数计算公式，根据实际齿数和螺旋角计算。

8.功率损失P_loss=P_inP_out；输入功率P_in和效率η需要具体数值才能计算。

解题思路：功率损失计算公式，根据输入功率和效率计算。七、应用题1.根据实际需求，选择合适的运动副类型和传动方式。

题目：某工厂需要设计一台用于搬运重物的机械臂，重物质量为500kg，提升速度要求为2m/s，求选择合适的运动副类型和传动方式。

答案：

运动副类型：选用铰链副，因其可以实现两轴间的相对转动。

传动方式：选用链传动，因其能在重载和高速下有效传递动力。

解题思路：

首先根据重物质量和提升速度计算所需的扭矩和功率，然后根据扭矩和功率选择合适的运动副类型和传动方式。

2.设计一个机械系统，分析其运动副的类型和传动方式。

题目：设计一个简单的机械手，能够完成抓取、移动和放置物体的动作，分析其运动副的类型和传动方式。

答案：

运动副类型：包括转动副（用于手腕的旋转）、滑动副（用于手爪的直线移动）和球面副（用于机械手的转动）。

传动方式：采用伺服电机直接驱动，通过同步带或链条将电机的旋转运动传递给各个运动副。

解题思路：

首先确定机械手的动作要求，然后根据动作分析所需的运动副类型，最后选择合适的传动方式来实现动力传递。

3.分析一个机械系统中的振动问题，提出解决方案。

题目：分析一台齿轮减速器的振动问题，并提出解决方案。

答案：

振动原因：齿轮啮合不均、轴承磨损、齿轮不平衡等。

解决方案：检查齿轮啮合情况，更换磨损轴承，对齿轮进行平衡处理。

解题思路：

通过振动测试确定振动源，分析可能的振动原因，然后针对性地提出解决方案。

4.设计一个弹性联轴器，计算其弹性系数和轴向力。

题目：设计一个弹性联轴器，用于连接两根直径为100mm的轴，两轴之间最大转速差为100