山东省（春季高考）机械制造类 《机械基础》项目六任务三 45分钟专题训练卷

山东省（春季高考）机械制造类《机械基础》45分钟专题训练卷专辑，共220份试卷。试卷命题与高考紧密相关，精选具有代表性和典型性的高考常考题。旨在帮助学生系统地复习和巩固机械制造类理论知识，熟悉高考题型和命题规律，提高解题能力和应试技巧，为高考取得优异成绩打下坚实的基础，本训练卷适用于即将参加机械制造类高考的学生。 与本专辑配套的还有山东省春季高考考试《机械制图》《金属加工基础》《钳工加工技术》《极限配合与技术测量》45分钟专题训练卷专辑，欢迎同学和老师们下载使用。 山东省（春季高考）机械制造类 《机械基础》 项目六：机器与机构 任务三：运动副的自由度与约束 时间：45分钟 总分：100分 班级＿＿＿＿　姓名＿＿＿＿　学号＿＿＿＿　成绩＿＿＿＿ 一、单项选择题（本大题共20小题，每题2分，共40分） 1. 当机构的原动件数少于机构的自由度时，机构（ ） A. 运动确定 B. 运动不确定 C. 构件会损坏 D. 无法判断 【答案】B 【解析】原动件数少于自由度，无法完全确定各构件的运动，会出现运动不确定的乱动情况 。 2. 平面运动副中，低副的自由度为（ ） A. 1 B. 2 C. 3 D. 4 【答案】A 【解析】平面低副通常只有1个自由度。 3. 转动副的约束数为（ ） A. 1 B. 2 C. 3 D. 4 【答案】B 【解析】转动副只能限制两个移动自由度，约束数为 2。 4. 机构中自由度为零时，意味着机构处于什么状态？（ ） A. 完全静止 B. 匀速运动 C. 加速运动 D. 减速运动 【答案】A 【解析】当机构自由度为零时，所有构件都受到足够的约束，机构处于完全静止状态。 5. ______不会影响机构自由度的计算（ ） A. 引入虚约束 B. 构件的材料 C. 引入复合铰链 D. 引入局部自由度 【答案】B 【解析】构件的材料对机构自由度的计算无直接影响。 6. 平面运动副中，低副的接触形式是（ ） A. 点接触 B. 线接触 C. 面接触 D. 无接触 【答案】C 【解析】平面运动副中，低副是面接触。 7. 两构件组成运动副的条件是（ ） A. 直接接触且具有相对运动 B. 直接接触且不具有相对运动 C. 不直接接触且具有相对运动 D. 不直接接触且不具有相对运动 【答案】A 【解析】两构件组成运动副的条件是直接接触且具有相对运动 8. 在计算平面机构自由度时，以下哪项不是所需的已知量？（ ） A. 运动副的数量 B. 构件的数量 C. 联杆数 D. 机构的自由度 【答案】D 【解析】平面机构的自由度计算公式中，参数包括运动副的数量、构件的数量和联杆数，而机构的自由度是计算的结果。 9. 机构自由度计算公式F=3n-2PL-PH中，n表示（ ） A. 构件数 B. 低副数 C. 高副数 D. 原动件数 【答案】A 【解析】n为活动构件数，PL为低副数，PH为高副数，用于计算机构自由度。 10. 平面机构中，某运动副限制两构件沿接触法线方向的相对移动，但允许沿接触切线方向的相对移动和相对转动，则该运动副的约束数为（ ） A. 0个 B. 2个 C. 1个 D. 3个 【答案】C 【解析】平面内两构件作相对运动时具有三个独立自由度，该运动副保留两个相对运动自由度，因此施加了1个约束。 11. 一个平面机构中，有5个活动构件，7个低副，2个高副，则该机构的自由度为（ ） A. 0 B. 1 C. 2 D. 3 【答案】B 【解析】根据自由度计算公式F = 3n - 2PL - PH（n为活动构件数，PL为低副数，PH为高副数），代入n = 5，PL = 7，PH = 2，可得F = 3×5 - 2×7 - 2 = 1。 12. 平面内作一般运动的刚体具有的独立自由度数为（ ） A. 一个独立运动参数 B. 两个独立运动参数 C. 三个独立运动参数 D. 六个独立运动参数 【答案】C 【解析】平面刚体的运动可由沿两个坐标轴的移动和绕垂直于平面的轴转动确定，因此具有三个自由度。 13. 空间内作一般运动的刚体具有的独立自由度数为（ ） A. 三个独立运动参数 B. 六个独立运动参数 C. 四个独立运动参数 D. 五个独立运动参数 【答案】B 【解析】空间刚体可沿三个坐标轴移动，并绕三个坐标轴转动，因此具有六个自由度。 14. 两构件通过面接触组成的运动副称为（ ） A. 高副运动副 B. 固定运动副 C. 低副运动副 D. 螺旋运动副 【答案】C 【解析】两构件通过面接触形成的运动副属于低副，低副对构件相对运动的约束较多。 15. 平面转动副允许两构件之间产生的相对运动为（ ） A. 一个相对转动 B. 一个相对移动 C. 两个相对移动 D. 两个相对转动 【答案】A 【解析】平面转动副限制两构件的相对移动，仅允许一个绕转动副轴线的相对转动。 16. 平面移动副允许两构件之间产生的相对运动为（ ） A. 沿副轴线的相对移动 B. 绕副轴线的相对转动 C. 垂直副轴线的相对移动 D. 绕任意轴线的相对转动 【答案】A 【解析】移动副限制两构件的相对转动，仅允许沿规定方向发生相对移动。 17. 两构件之间没有任何相对运动的运动副称为（ ） A. 转动运动副 B. 固定运动副 C. 移动运动副 D. 高副运动副 【答案】B 【解析】固定副使两构件之间的相对位置保持不变，因此两构件之间没有相对运动。 18. 在平面机构中，高副通常允许两构件之间具有的相对运动自由度数为（ ） A. 一个相对运动自由度 B. 两个相对运动自由度 C. 三个相对运动自由度 D. 零个相对运动自由度 【答案】B 【解析】平面高副通常为点接触或线接触，只提供一个约束，因此两构件之间保留两个相对运动自由度。 19. 一个平面刚体原有三个自由度，与机架组成转动副后，其相对于机架的自由度数为（ ） A. 零个相对运动自由度 B. 一个相对运动自由度 C. 两个相对运动自由度 D. 三个相对运动自由度 【答案】D 【解析】平面刚体原有三个自由度，转动副提供两个独立约束，剩余一个自由度，即一个相对转动自由度。 20. 某平面机构包括机架和4个活动构件，共有5个低副和1个高副。若在运动过程中再增加一个独立约束，则该机构的自由度数为（ ） A. 初始两个，增加约束后一个 B. 初始一个，增加约束后一个 C. 初始零个，增加约束后零个 D. 初始一个，增加约束后零个 【答案】D 【解析】平面机构自由度为 。增加一个独立约束后，自由度减少一个，变为零。 二、简答题（本大题共4小题，每题5分，共20分） 21. 机构具有确定运动的条件是什么？ 【答案】机构的自由度F等于原动件数目。F>原动件数，运动不确定；F<原动件数，机构卡死。 【解析】此条件是机构正常工作的基础，确保运动按预定规律进行。 22. 简述平面机构自由度的计算方法及计算时需注意的事项。 【答案】- 计算方法：平面机构自由度计算公式为F = 3n - 2PL - PH，其中n为活动构件数，PL为低副数，PH为高副数 。 - 注意事项： - 复合铰链：两个以上构件在同一处以转动副相连，计算转动副数时，转动副数等于构件数减1 。 - 局部自由度：机构中某些构件的局部运动不影响其他构件运动，计算时应去除，如滚子从动件的滚子转动自由度 。 - 虚约束：在特定几何条件或结构条件下，重复引入且不起独立限制作用的约束，计算时应去除，如平行四边形机构中平行杆产生的虚约束 。 【解析】平面机构中，若n为活动构件数，PL为低副数，PH为高副数，则机构自由度计算公式为F=3n-2PL-PH。计算时应先准确确定活动构件数和各类运动副数。对于复合铰链，若有k个构件在同一处以转动副相连，应按k-1个转动副计数；对于局部自由度，如滚子从动件中滚子的自转自由度，若不影响其他构件的运动，应从计算结果中去除；对于虚约束，若某些约束在特定几何或结构条件下不增加独立限制，应予以去除。 23. 简述运动副中自由度与约束的关系，并说明平面低副通常具有的自由度和约束数。 【答案】（1）构件原有的独立运动参数称为自由度，运动副对构件相对运动所施加的限制称为约束。（2）运动副引入的约束数等于相对运动原有自由度与运动副保留自由度之差。（3）平面转动副和移动副通常各保留1个自由度，并分别对构件相对运动施加2个约束。 【解析】平面内一个刚体具有3个自由度。转动副只允许相对转动，移动副只允许沿一个方向相对移动，因此二者均保留1个自由度，并限制另外2个自由度。 24. 某平面机构由机架和3个活动构件组成，构件之间通过4个转动副连接。设各构件均为刚体，运动副均为平面低副。（1）计算该机构的自由度。（2）若将其中一个转动副锁定，使相邻两构件固连，说明机构自由度发生的变化。 【答案】（1）该机构共有4个构件，4个转动副，均为平面低副。根据平面机构自由度公式，代入、、，得。（2）锁定一个转动副后，相邻两构件固连，可视为一个构件，机构构件数变为3，转动副数变为3。因此，机构失去运动能力。 【解析】（1）平面机构中每个活动构件提供3个自由度，每个转动副引入2个约束，计算得机构具有1个自由度。（2）锁定转动副会消除1个相对转动自由度，使机构自由度降为0。 三、计算题（本大题共2小题，每题5分，共10分） 25. 计算图示机构其自由度。 【答案】E为复合铰链 26. 某自动送料装置采用平面六构件机构，包括机架和五个运动构件。机构中设置转动副6个、移动副1个，均为低副；各运动副连接关系满足机构正常装配要求。设平面内每个自由构件具有3个自由度，低副每个保留1个自由度。求：（1）未设置运动副约束时，五个运动构件的自由度总数。（2）6个转动副和1个移动副对机构施加的约束总数，并计算该机构的自由度。（3）若滑块导向处又形成1个额外的独立几何约束，且该约束只限制滑块的一个运动方向，判断机构还能否保持原有连续运动，并说明理由。 【答案】（1）五个运动构件的自由度总数为15。（2）每个低副提供2个约束，约束总数为14；机构自由度为1。（3）增加约束后机构自由度为0，不能保持原有连续运动，可能出现卡滞或被约束锁止。 【解析】（1）自由度总数为。（2）低副约束数为，故。（3）额外独立约束再减少1个自由度，得，机构失去连续运动能力。 四、综合应用题（本大题共4小题，共30分） 27.（5分）某自动送料机构采用曲柄滑块机构。机架、曲柄、连杆和滑块共4个构件，曲柄与机架、曲柄与连杆、连杆与滑块之间采用转动副，滑块与机架之间采用移动副。各运动副均为平面低副，且不计构件变形与间隙。（1）计算该机构相对于机架的自由度，并写出各运动副提供的约束数。（2）判断该机构需要几个独立原动件才能确定其运动。（3）若将滑块与机架之间的移动副改为转动副，判断机构自由度是否改变，并说明机构运动形式将发生怎样的变化。 【答案】（1）平面机构自由度公式为 。其中，，低副数 ，高副数 。因此，。每个平面低副有2个约束，4个运动副共提供 个约束。（2）机构只需1个独立原动件即可确定其余构件的运动。（3）自由度仍为1，但移动副改为转动副后，滑块不能作往复直线运动，机构将成为四转动副组成的平面四杆机构。 【解析】（1）4个构件相对机架有9个自由度，4个平面低副共引入8个约束，剩余1个自由度。（2）自由度为1时只需1个原动件。（3）运动副自由度相同，故自由度不变，但构件运动形式改变。 28.（5分）某冲床采用曲柄摇杆机构驱动冲头完成冲压送料。将机架、曲柄、连杆和摇杆分别视为刚性构件，机构中曲柄与机架、曲柄与连杆、连杆与摇杆、摇杆与机架之间均采用转动副。已知平面内一个未受约束的刚性构件具有3个自由度，每个转动副引入2个约束。（1）根据平面机构自由度计算公式，计算该曲柄摇杆机构的自由度。（2）若曲柄与机架之间的转动副因装配误差被锁死，其他条件不变，计算此时机构的自由度，并判断冲床能否完成连续送料运动。（3）针对上述故障，说明恢复机构正常运动需要采取的改进措施。 【答案】（1）构件数为4，机架作为固定构件，活动构件数为3；转动副数为4。平面机构自由度公式为代入得。该机构的自由度为1。（2）转动副锁死后，该处相当于增加了1个固定约束，使机构总约束数增加1。此时。机构失去相对运动，曲柄不能连续转动，冲床不能完成连续送料运动。（3）应检查并修复曲柄与机架之间的转动副，清除异物，校正安装位置，恢复销轴与轴孔的正常配合；若销轴或轴孔严重磨损，应更换相应零件，并检查润滑状况。 【解析】（1）平面机构中，4个构件形成3个活动构件，4个转动副各提供2个约束，因此自由度为1。（2）转动副锁死后，机构少1个相对运动自由度，自由度降为0，不能连续运动。（3）故障处理应围绕解除锁死、恢复转动副配合和保证装配精度进行。 29.（10分）某凸轮送料装置由机架、凸轮和从动件组成。凸轮与机架之间为转动副，从动件与机架之间为移动副，凸轮与从动件之间为点接触高副。各构件均作平面运动，接触过程中不发生脱离。（1）计算该装置相对于机架的自由度，并分别计算转动副、移动副和点接触高副所提供的约束数。（2）若凸轮由伺服电动机驱动，判断从动件的运动是否能够唯一确定。（3）若点接触高副因磨损形成间隙，导致凸轮与从动件短时脱离，分析该瞬间对约束关系和从动件运动的影响。 【答案】（1）平面机构自由度为 。其中，，低副数 ，点接触高副数 。因此，。转动副和移动副各提供2个约束，点接触高副提供1个约束。（2）自由度为1，凸轮作为唯一原动件时，从动件的运动能够唯一确定。（3）脱离时点接触高副暂时不能提供原有的1个约束，机构约束减弱，从动件不能继续严格按照凸轮轮廓运动，可能出现停滞、冲击或跟随失效。 【解析】（1）两个低副各限制2个自由度，点接触高副限制1个自由度，机构剩余1个自由度。（2）一个独立输入可确定单自由度机构运动。（3）高副脱离后约束消失，原有运动关系被破坏，从动件将失去凸轮的可靠控制。 30.（10分）某数控转台采用空间串联机构。转台底座与第一转动构件通过1个转动副连接，之后依次串联5个转动关节，共有6个转动关节。除底座外共有6个活动构件，各关节轴线布置合理，未形成额外约束，且各转动副均为理想空间低副。（1）采用空间机构自由度公式 ，计算转台机构的自由度，并计算各转动副总共施加的约束数。（2）若控制系统只安装4个独立伺服驱动器，判断该机构的运动是否能够完全确定，并说明还缺少几个独立输入。（3）为使转台在实际加工中保持确定运动，说明控制系统和机械结构至少应采取的改进措施。 【答案】（1）空间机构中，，包括底座和6个活动构件；转动副数 。因此，。每个空间转动副提供5个约束，6个转动副共提供 个约束。（2）机构有6个自由度，而系统只有4个独立输入，尚缺2个独立输入，运动不能完全确定。（3）应增加2个独立伺服驱动器及相应的位置反馈和控制通道；同时应检查关节约束、轴承预紧和导向结构，避免出现多余自由度或约束失效。 【解析】（1）空间刚体相对机架有6个自由度，每个转动副保留1个自由度并限制5个自由度，故机构总自由度为6。（2）输入数少于自由度数，尚有2个自由度未被控制。（3）需补足独立驱动和反馈，并保证机械约束可靠，使输入数与有效自由度相匹配。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $ 山东省（春季高考）机械制造类《机械基础》45分钟专题训练卷专辑，共220份试卷。试卷命题与高考紧密相关，精选具有代表性和典型性的高考常考题。旨在帮助学生系统地复习和巩固机械制造类理论知识，熟悉高考题型和命题规律，提高解题能力和应试技巧，为高考取得优异成绩打下坚实的基础，本训练卷适用于即将参加机械制造类高考的学生。 与本专辑配套的还有山东省春季高考考试《机械制图》《金属加工基础》《钳工加工技术》《极限配合与技术测量》45分钟专题训练卷专辑，欢迎同学和老师们下载使用。 山东省（春季高考）机械制造类 《机械基础》 项目六：机器与机构 任务三：运动副的自由度与约束 时间：45分钟 总分：100分 班级＿＿＿＿　姓名＿＿＿＿　学号＿＿＿＿　成绩＿＿＿＿ 一、单项选择题（本大题共20小题，每题2分，共40分） 1. 当机构的原动件数少于机构的自由度时，机构（ ） A. 运动确定 B. 运动不确定 C. 构件会损坏 D. 无法判断 2. 平面运动副中，低副的自由度为（ ） A. 1 B. 2 C. 3 D. 4 3. 转动副的约束数为（ ） A. 1 B. 2 C. 3 D. 4 4. 机构中自由度为零时，意味着机构处于什么状态？（ ） A. 完全静止 B. 匀速运动 C. 加速运动 D. 减速运动 5. ______不会影响机构自由度的计算（ ） A. 引入虚约束 B. 构件的材料 C. 引入复合铰链 D. 引入局部自由度 6. 平面运动副中，低副的接触形式是（ ） A. 点接触 B. 线接触 C. 面接触 D. 无接触 7. 两构件组成运动副的条件是（ ） A. 直接接触且具有相对运动 B. 直接接触且不具有相对运动 C. 不直接接触且具有相对运动 D. 不直接接触且不具有相对运动 8. 在计算平面机构自由度时，以下哪项不是所需的已知量？（ ） A. 运动副的数量 B. 构件的数量 C. 联杆数 D. 机构的自由度 9. 机构自由度计算公式F=3n-2PL-PH中，n表示（ ） A. 构件数 B. 低副数 C. 高副数 D. 原动件数 10. 平面机构中，某运动副限制两构件沿接触法线方向的相对移动，但允许沿接触切线方向的相对移动和相对转动，则该运动副的约束数为（ ） A. 0个 B. 2个 C. 1个 D. 3个 11. 一个平面机构中，有5个活动构件，7个低副，2个高副，则该机构的自由度为（ ） A. 0 B. 1 C. 2 D. 3 12. 平面内作一般运动的刚体具有的独立自由度数为（ ） A. 一个独立运动参数 B. 两个独立运动参数 C. 三个独立运动参数 D. 六个独立运动参数 13. 空间内作一般运动的刚体具有的独立自由度数为（ ） A. 三个独立运动参数 B. 六个独立运动参数 C. 四个独立运动参数 D. 五个独立运动参数 14. 两构件通过面接触组成的运动副称为（ ） A. 高副运动副 B. 固定运动副 C. 低副运动副 D. 螺旋运动副 15. 平面转动副允许两构件之间产生的相对运动为（ ） A. 一个相对转动 B. 一个相对移动 C. 两个相对移动 D. 两个相对转动 16. 平面移动副允许两构件之间产生的相对运动为（ ） A. 沿副轴线的相对移动 B. 绕副轴线的相对转动 C. 垂直副轴线的相对移动 D. 绕任意轴线的相对转动 17. 两构件之间没有任何相对运动的运动副称为（ ） A. 转动运动副 B. 固定运动副 C. 移动运动副 D. 高副运动副 18. 在平面机构中，高副通常允许两构件之间具有的相对运动自由度数为（ ） A. 一个相对运动自由度 B. 两个相对运动自由度 C. 三个相对运动自由度 D. 零个相对运动自由度 19. 一个平面刚体原有三个自由度，与机架组成转动副后，其相对于机架的自由度数为（ ） A. 零个相对运动自由度 B. 一个相对运动自由度 C. 两个相对运动自由度 D. 三个相对运动自由度 20. 某平面机构包括机架和4个活动构件，共有5个低副和1个高副。若在运动过程中再增加一个独立约束，则该机构的自由度数为（ ） A. 初始两个，增加约束后一个 B. 初始一个，增加约束后一个 C. 初始零个，增加约束后零个 D. 初始一个，增加约束后零个 二、简答题（本大题共4小题，每题5分，共20分） 21. 机构具有确定运动的条件是什么？ 22. 简述平面机构自由度的计算方法及计算时需注意的事项。 23. 简述运动副中自由度与约束的关系，并说明平面低副通常具有的自由度和约束数。 24. 某平面机构由机架和3个活动构件组成，构件之间通过4个转动副连接。设各构件均为刚体，运动副均为平面低副。（1）计算该机构的自由度。（2）若将其中一个转动副锁定，使相邻两构件固连，说明机构自由度发生的变化。 三、计算题（本大题共2小题，每题5分，共10分） 25. 计算图示机构其自由度。 26. 某自动送料装置采用平面六构件机构，包括机架和五个运动构件。机构中设置转动副6个、移动副1个，均为低副；各运动副连接关系满足机构正常装配要求。设平面内每个自由构件具有3个自由度，低副每个保留1个自由度。求：（1）未设置运动副约束时，五个运动构件的自由度总数。（2）6个转动副和1个移动副对机构施加的约束总数，并计算该机构的自由度。（3）若滑块导向处又形成1个额外的独立几何约束，且该约束只限制滑块的一个运动方向，判断机构还能否保持原有连续运动，并说明理由。 四、综合应用题（本大题共4小题，共30分） 27.（5分）某自动送料机构采用曲柄滑块机构。机架、曲柄、连杆和滑块共4个构件，曲柄与机架、曲柄与连杆、连杆与滑块之间采用转动副，滑块与机架之间采用移动副。各运动副均为平面低副，且不计构件变形与间隙。（1）计算该机构相对于机架的自由度，并写出各运动副提供的约束数。（2）判断该机构需要几个独立原动件才能确定其运动。（3）若将滑块与机架之间的移动副改为转动副，判断机构自由度是否改变，并说明机构运动形式将发生怎样的变化。 28.（5分）某冲床采用曲柄摇杆机构驱动冲头完成冲压送料。将机架、曲柄、连杆和摇杆分别视为刚性构件，机构中曲柄与机架、曲柄与连杆、连杆与摇杆、摇杆与机架之间均采用转动副。已知平面内一个未受约束的刚性构件具有3个自由度，每个转动副引入2个约束。（1）根据平面机构自由度计算公式，计算该曲柄摇杆机构的自由度。（2）若曲柄与机架之间的转动副因装配误差被锁死，其他条件不变，计算此时机构的自由度，并判断冲床能否完成连续送料运动。（3）针对上述故障，说明恢复机构正常运动需要采取的改进措施。 29.（10分）某凸轮送料装置由机架、凸轮和从动件组成。凸轮与机架之间为转动副，从动件与机架之间为移动副，凸轮与从动件之间为点接触高副。各构件均作平面运动，接触过程中不发生脱离。（1）计算该装置相对于机架的自由度，并分别计算转动副、移动副和点接触高副所提供的约束数。（2）若凸轮由伺服电动机驱动，判断从动件的运动是否能够唯一确定。（3）若点接触高副因磨损形成间隙，导致凸轮与从动件短时脱离，分析该瞬间对约束关系和从动件运动的影响。 30.（10分）某数控转台采用空间串联机构。转台底座与第一转动构件通过1个转动副连接，之后依次串联5个转动关节，共有6个转动关节。除底座外共有6个活动构件，各关节轴线布置合理，未形成额外约束，且各转动副均为理想空间低副。（1）采用空间机构自由度公式 ，计算转台机构的自由度，并计算各转动副总共施加的约束数。（2）若控制系统只安装4个独立伺服驱动器，判断该机构的运动是否能够完全确定，并说明还缺少几个独立输入。（3）为使转台在实际加工中保持确定运动，说明控制系统和机械结构至少应采取的改进措施。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $