2025年大学机械原理（机构创新设计）试题及答案.doc

2025年大学机械原理（机构创新设计）试题及答案

（考试时间：90分钟 满分100分）
班级______ 姓名______

第I卷（选择题，共30分）
答题要求：本卷共6题，每题5分。每题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。请将正确答案的序号填在题后的括号内。

1. 以下哪种机构不属于平面连杆机构？（ ）
A. 曲柄摇杆机构
B. 双曲柄机构
C. 凸轮机构
D. 双摇杆机构

2. 在曲柄摇杆机构中，当曲柄为主动件时，其传动角γ（ ）。
A. 始终为常数
B. 是变化的
C. 与摇杆长度有关
D. 与曲柄长度有关

3. 渐开线齿轮传动的重合度ε（ ）。
A. 恒大于1
B. 恒等于1
C. 恒小于1
D. 与齿轮模数有关

4. 以下关于机构自由度计算的说法，正确的是（ ）。
A. 机构中若有局部自由度，计算自由度时应减去
B. 机构中若有虚约束，计算自由度时应减去
C. 机构自由度一定大于零
D. 机构自由度小于等于零也可能有确定运动

5. 对于摆动导杆机构，当曲柄为主动件时，其极位夹角θ与导杆摆角ψ的关系是（ ）。
A. θ = ψ
B. θ > ψ
C. θ < ψ
D. 无确定关系

6. 以下哪种方法不能用于机构的创新设计？（ ）
A. 组合创新法
B. 变异创新法
C. 模仿创新法
D. 传统设计法

第II卷（非选择题，共70分）

（一）填空题（共20分）
答题要求：本大题共5空，每空4分。请将答案填在题中的横线上。

1. 平面四杆机构中，能实现急回运动的机构有____________________和____________________。
2. 渐开线齿轮的标准安装是指____________________与____________________重合。
3. 机构具有确定运动的条件是____________________。
4. 凸轮机构中，凸轮的轮廓曲线取决于____________________。
5. 机械系统方案设计的步骤包括____________________、____________________、____________________等。

（二）简答题（共20分）
答题要求：本大题共2题，每题10分。简要回答问题。

1. 简述机构创新设计的一般方法。
2. 说明平面连杆机构的特点及应用。

（三）分析计算题（共15分）
答题要求：本大题共1题，15分。要求写出详细的计算过程和答案。

已知一曲柄摇杆机构，曲柄长度为100mm，摇杆长度为150mm，连杆长度为200mm，机架长度为120mm。当曲柄为主动件，且曲柄与机架共线时，求摇杆的摆角及机构的极位夹角。

（四）设计题（共1题，15分）
答题要求：本大题共1题，15分。根据给定要求进行机构设计。

设计一个能实现间歇运动的机构，要求工作行程为匀速运动，回程为快速返回。请画出机构简图，并简要说明设计思路。

（五）综合应用题（共1题，15分）
答题要求：本大题共1题，15分。结合实际应用场景进行分析和解答。

在自动送料装置中，需要设计一个机构将物料从料仓输送到加工工位。请运用机构创新设计的知识，设计一个可行的机构方案，并说明其工作原理和优点。

答案：
第I卷：1. C 2. B 3. A 4. B 5. A 6. D
第II卷：（一）1. 曲柄摇杆机构、摆动导杆机构 2. 分度圆、节圆 3. 机构的自由度大于零且原动件数等于自由度 4. 从动件的运动规律 5. 功能分析、原理方案设计、结构方案设计 （二）1. 机构创新设计的一般方法有组合创新法，将不同的机构或机构的部分进行组合；变异创新法，对现有机构进行变异改进；模仿创新法，借鉴其他领域或已有的成功机构进行创新等。 2. 平面连杆机构的特点：结构简单，制造方便；能实现多种运动形式的转换；承载能力较大等。应用广泛，如在机械制造、农业机械、交通运输等领域。 （三）1. 首先根据余弦定理求出摇杆的摆角：设曲柄与机架共线时，摇杆的两个极限位置分别为AB1和AB2。在三角形AB1B2中，已知AB1 = 150mm，AB2 = 150mm，B1B2 = 2×100mm = 200mm。根据余弦定理cos∠B1AB2 = (AB1² + AB2² - B1B2²) / (2×AB1×AB2) = (150² + 150² - 200²) / (2×150×150) = 1 / 9。则∠B1AB2 = arccos(1 / 9) ≈ 83.62°，所以摇杆的摆角为83.62°。极位夹角θ = 180° - 83.62° = 96.38°。 （四）可采用棘轮机构。设计思路：以曲柄摇杆机构为基础，将摇杆换成棘轮，在曲柄的带动下，棘爪推动棘轮间歇转动。当曲柄顺时针转动时，棘爪推动棘轮顺时针转动，实现工作行程的匀速运动；当曲柄逆时针转动时，棘爪在棘轮齿背上滑过，棘轮快速返回，实现回程的快速返回。 （五）可设计一个曲柄滑块机构与间歇机构组合的方案。工作原理：曲柄滑块机构将电机的圆周运动转换为滑块的直线运动，推动物料。间歇机构可采用槽轮机构，控制滑块在特定时间内停止和运动，实现准确送料。优点：结构简单，成本低；能满足自动送料的间歇要求，提高生产效率和精度。