机械原理期末总复习题.pdf

机械原理总复习 一、机构的结构分析一、机构的结构分析 1 1 机构机构 组成组成 机构具有确定运动条件机构具有确定运动条件 构件构件 运动副运动副 运动链运动链 2 平面机构自由度计算平面机构自由度计算 局部自由度局部自由度 正确计算运动副数目正确计算运动副数目 虚约束虚约束 3 高副低代高副低代 曲线对曲线曲线对曲线 曲线对直线曲线对直线 曲线对点曲线对点 点对直线点对直线4 机构级别的判定机构级别的判定 杆组类型杆组类型 拆杆组拆杆组 1 2 3 45 6 7 8 9 1 2112293 23 HL PPnF 1 试求图示机构的自由度。 复合 铰链局部自 由度 局部自由度 复合铰 链 虚约束 2 试问图示机构运动确定与否？ 3在图示运动链中，已知：lAB=lCD，lAF=lDE，lBC=lAD=lFE。试 求出该运动链的自由度数目，并说明该运动链是不是机构。 虚约束 ，是机构。自由度数目原动件数目1 101027323 HL PPnF 4 试求图示机构的自由度，并画出高副低代的机构简图。 5 对图示机构进行高副低代，杆组分析，并说明是几级机构。 7 试对图示机构： 计算机构自由度。 进行高副低代。 若取凸轮为原动件，此机构是几级机构？若滑块为原 动件，说明此机构是几级机构，并划分杆组。 8 图示运动链能否具有确定运动并实现设计者意图？如不能， 应如何修改？画出修改后的机构简图（改进方案保持原设计 意图，原动件与输出构件的相对位置不变，固定铰链位置和 导路位置不变）。 填空、选择、是非题 1）构件是机构中的单元体，零件是机器中的 单元体。 2）两构件通过面接触而构成的运动副称为；通过点、 线接触而构成的运动副称为。 3）某平面基本杆组有6个低副，其构件数为。 A 2；B 3；C 4。 4）机构具有确定的相对运动的条件是机构的自由度等于1。 （ ） 5)组成高副的两构件其瞬心在过接触点处的公法线上。组成高副的两构件其瞬心在过接触点处的公法线上。 (A(A正确正确B B错误错误) ) 6)某平面基本杆组有某平面基本杆组有6 6个低副，其构件数个低副，其构件数 为为。 二、平面机构的运动分析二、平面机构的运动分析 平面机构的运动分析平面机构的运动分析 速度瞬心法速度瞬心法矢量方程图解法矢量方程图解法 瞬心定义、数量、位置瞬心定义、数量、位置 直接接触：低副、高副直接接触：低副、高副 间接接触：三心定理间接接触：三心定理 下标补遗下标补遗 多边形法多边形法 同一构件同一构件 不同点不同点 两构件两构件 同一点同一点 两 点 间 速 度 及 加 速 度 的 关 系 两 点 间 速 度 及 加 速 度 的 关 系 三 点 间 速 度 及 加 速 度 的 关 系 三 点 间 速 度 及 加 速 度 的 关 系 速度影像和速度影像和 加速度影像加速度影像 两 构 件 间 速 度 及 加 速 度 的 关 系 两 构 件 间 速 度 及 加 速 度 的 关 系 重合点选取重合点选取 原则和科氏原则和科氏 加速度加速度 确定速度角速度确定速度角速度确定加速度角加速度确定加速度角加速度 1 找出下列机构在图示位置时的所有瞬心；若已知构件1的角 速度1，求图示位置时构件3的速度或角速度（用表达式表 示）。 24 P P13 p14p34 p12p23 p12p14 P14 P34 P24 P12 P23 P13 vp13 14 P 12 P 23 P 34 P vp13 2 图示机构中，已知主动件2的角速度2（ 2为常数）用速度和加速度多边形法求构件3、4的角速度、角 加速度和构件4上各点的速度和加速度（不考虑比例尺的具体大小）。 2323BBBB VVV c BC AB AB ? 2LAB? p b2 b3 3= 240 V4=pb3 r BB k BB n BB aaaa 232323 p b2 k b3 3= 20 40 a4=pb3 3 图示机构中，已知主动件2的角速度2（ 2为常数）用 速度和加速度多边形法求构件3、4的角速度、角加速度和构 件3上D点的速度和加速度（不考虑比例尺的具体大小）。 4 导杆机构如图示，已知lBC=25mm，lBC=40mm，lBD=10mm， 求1=30，时构件2上D点的速度vD2和加速度aD2。设主动件 1以等角速1=10rad/s回转。 5 图示机构中，已知主动件1的角速度1（ 1为常数）用速度 和加速度多边形法求构件2、3的角速度、角加速度（不考虑 比例尺的具体大小）。 重合点B3(B2) 2323BBBB VVV BD AB CD p b2 b3 0 3 3 lBD v L pb r BB k BB n B t B n B aaaaa 2323233 0 BD BA 0 CD p b2,k n3 b3 逆时针转动）( 3 3 lBD a L bp 6 在图示机构中，已知lAB=50mm，lBC=200mm，lCD=lDE=100mm， 1=12，3=35=45，1=10rad/s。求构件5的速度和加速度，以及 构件3的角速度和角加速度。 3434EEEE CBBC VVV VVV p b c e3 e4,e5 3434EEEE CBBC VVV VVV r EE k EEEE t CB n CB n B t C n C aaaa aaaaa 343434 p b c e3 e4,e5 p b n2 e3 n3 c3 k e4,e5 三、平面连杆机构及其设计三、平面连杆机构及其设计 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计 四杆机构基本型式及其演四杆机构基本型式及其演 化型式化型式 有关四杆机构的基本知识有关四杆机构的基本知识图解法设计四杆机构图解法设计四杆机构 构 件 形 状 或 尺 寸 变 换 构 件 形 状 或 尺 寸 变 换 运 动 副 尺 寸 的 变 换 运 动 副 尺 寸 的 变 换 机 架 的 变 换 机 架 的 变 换 运 动 副 元 素 的 逆 换 运 动 副 元 素 的 逆 换 曲 柄 存 在 的 条 件 曲 柄 存 在 的 条 件 行 程 速 比 系 数 行 程 速 比 系 数 K 传 动 角 传 动 角 ( 压 力 角 压 力 角 ) 与 死 点 与 死 点 运 动 的 连 续 性 运 动 的 连 续 性 按 连 杆 位 置 设 计 按 连 杆 位 置 设 计 按 连 架 杆 对 应 位 置 设 计 按 连 架 杆 对 应 位 置 设 计 按 行 程 速 比 系 数 按 行 程 速 比 系 数 K 设 计 设 计 判 断 类 型 判 断 类 型 确 定 某 杆 长 范 围 确 定 某 杆 长 范 围 周转副和摆转副周转副和摆转副 已 知 连 杆 预 定 位 置 已 知 连 杆 预 定 位 置 已 知 连 杆 标 线 位 置 已 知 连 杆 标 线 位 置 确定相对机架和确定相对机架和 相对连杆相对连杆 1 如图所示铰链四杆机构中，已知lAB=30mm，lBC=110mm，lCD=80mm，lAD=120mm，构件1 为原动件。 判断构件1能否成为曲柄； 用作图法求出构件3的最大摆角max； 用作图法求出最小传动角min； 当分别固定构件1、2、3、4时，各获得何种机构？ 2 在图示铰链四杆机构中，已知lBC=100mm，lCD=70mm，lAD=60mm，AD为机架。试问： 若此机构为曲柄摇杆机构，且AB为曲柄，求lAB的最大值； 若此机构为双曲柄机构，求lAB的最小值； 若此机构为双摇杆机构，求lAB的取值范围。 3 如图所示的曲柄滑块机构： 曲柄为主动件，滑块向右运动为工作行程，试确定曲柄的合理转向，并简述其理 由。 当曲柄为主动件时，画出极位夹角、最小传动角min。 设滑块为主动件，试用作图法确定该机构的死点位置。 4 设计一铰链四杆机构，已知摇杆长度lCD=56mm，摇杆最大摆角=40,行程速比系数k=1.4,机架长度 lAD=45mm。试求： （1）曲柄长度与连杆长度各为多少？ （2）当AB杆为主动件时，最大压力角在什么位置？在图上标出。 （3）该机构在什么情况下，在什么位置出现死点位置？ 5 如图示一铰链四杆机构ABCD的固定铰链A和D，主动件AB的三个位置和连杆上点K所对 应的三个位置（尺寸从图中量取）。 确定连杆上铰链C的位置。 验算其主动件是否为曲柄。 指出最小传动角min的位置，并确定其数值。 它属于何种机构，说明之。 四、凸轮机构及其设计四、凸轮机构及其设计 凸轮机构及其设计凸轮机构及其设计 凸轮机构的类型凸轮机构的类型推杆运动规律及其特性推杆运动规律及其特性用图解法设计平面凸轮轮廓曲用图解法设计平面凸轮轮廓曲 线线 凸轮机构基本尺寸的确定凸轮机构基本尺寸的确定 vmax amax 冲击性质冲击性质冲击位置冲击位置适用范围适用范围 偏 置 直 动 尖 端 推 杆 凸 轮 机 构 凸 轮 廓 线 偏 置 直 动 尖 端 推 杆 凸 轮 机 构 凸 轮 廓 线 摆 动 尖 端 推 杆 凸 轮 机 构 凸 轮 廓 线 摆 动 尖 端 推 杆 凸 轮 机 构 凸 轮 廓 线 滚 子 推 杆 和 平 底 推 杆 凸 轮 机 构 凸 轮 廓 线 滚 子 推 杆 和 平 底 推 杆 凸 轮 机 构 凸 轮 廓 线 基 圆 半 径 基 圆 半 径 压 力 角 压 力 角 滚 子 半 径 滚 子 半 径 平 底 长 度 平 底 长 度 1 一滚子直动从动件偏置的盘形凸轮机构以1：2的比例尺所作的如图所示，凸轮按顺时针方向回转， 请用图解法求： （1）从动件最大升程； （2）凸轮从图示位置转60时从动件的升程； （3）在图上标出凸轮回转45时的压力角。 2 如图所示为一对心移动从动件盘形凸轮机构，凸轮廓线由四段圆弧和四段直线光滑连接而 成，试求： 最大压力角发生的位置。 绘出凸轮的理论廓线； 绘出凸轮的基圆； 标出从动件的升距h; 若凸轮逆时针转动，在图上标出推程运动角推程运动角0、远休止角、远休止角01、回程运动角、回程运动角0、近、近 休止运动角休止运动角02； 在图上标出凸轮从图示位置转过45时位移S和压力角。 五、五、 齿轮机构及其设计齿轮机构及其设计 渐开线齿廓渐开线齿廓 齿廓啮合基本定律齿廓啮合基本定律 渐开线性质及其方程渐开线性质及其方程 d，（啮合、节圆），（啮合、节圆），db “四线合一”；啮合角恒等于节圆压力角；中心距四线合一”；啮合角恒等于节圆压力角；中心距 可变。可变。 单个渐开线齿轮单个渐开线齿轮 标准齿轮标准齿轮变位齿轮变位齿轮当量齿轮当量齿轮 斜齿斜齿 锥齿锥齿 标准直齿标准直齿 标准斜齿标准斜齿 直齿锥齿直齿锥齿 蜗杆蜗轮蜗杆蜗轮 主 要 参 数 几 何 计 算 主 要 参 数 几 何 计 算 定 义 定 义 加工加工 根切现象根切现象 最少齿数最少齿数 一对渐开线齿轮的啮合传动一对渐开线齿轮的啮合传动 正 确 啮 合 ： 直 、 斜 、 锥 、 蜗 杆 正 确 啮 合 ： 直 、 斜 、 锥 、 蜗 杆 按要求安装按要求安装 标 准 中 心 距 标 准 中 心 距 非 标 中 心 距 非 标 中 心 距 实 现 连 续 传 动 实 现 连 续 传 动 侧 隙 、 顶 隙 重合度重合度 传动比传动比 1 一对标准渐开线直齿圆柱齿轮，已知：m=4mm，=20，Z1=25，Z2=35，ha*=1，c*=0.25,安装中心 距比标准中心距大2mm。试求： （1）中心距a； （2）啮合角； （3）有无齿侧间隙； （4）径向间隙c； （5）实际啮合线长度。 2 已知一对齿数相等，=20，模数m=5 mm的渐开线直齿圆柱齿轮。为了提高其重合度而 又不希望增加齿数，故增加主、从动轮的顶圆，使其刚好通过彼此的极限啮合点。若要求 重合度=1.62l，试求： (1)两轮齿数； (2)齿廓曲线在分度圆上的曲率半径； (3)两轮的齿顶圆直径及齿厚，并检查齿顶齿厚是否变尖(inv20=0.014 904)； (4)中心距为a=m(z1+z2)2时，其径向间隙c是多少?(齿轮用标准正常齿刀具切削) 解答： (1)求两轮齿数：作齿轮啮合图帮助解答，由图可得实际啮合线: sinsinsin 2121 ）（rrrrCBACAB coscosmppb 621. 1tan 2 cos sin 21 21 m zzm m rr p AB b ）（ ）（ 14 969.27 tan 621. 12 21 21 zz zz (2) 求分度圆上曲率半径： mmr mmrr mmmzrr b b 97.11tan 89.32cos 352/ 21 （3）求齿顶圆直径及齿厚： mm rrrABrr ba 68.40 sin)()cos( 2 21 2 1 2 2 mminvinvrr r s s mmms inv r r mmmmrd aaaa aaa a b a aa 069. 1)(2 85. 72/ 099004465. 0tan 05.36arccos 36.8168.4022 sa(0.250.4)m,齿顶变尖了。 （4）求中心距及径向间隙： mmrrac mmmchrr mmzzma af af 57. 075.2868.4070 75.28)( 702/ )( 21 六、轮系六、轮系 轮系传动比计算轮系传动比计算 传动比的大小传动比的大小 从动轮的转向从动轮的转向 定轴轮系传动比计算定轴轮系传动比计算基本周转轮系传动比计算基本周转轮系传动比计算复合轮系传动比计算复合轮系传动比计算 空间定轴空间定轴:箭头箭头 标注标注 平面定轴平面定轴: 箭头标注或符号标注箭头标注或符号标注 从动轮转向从动轮转向 转化机构转化机构 等式左边符号等式左边符号:自身、公式自身、公式 等式右边符号：符号标注等式右边符号：符号标注 平面平面空间空间 等式左边符号等式左边符号:自身、公式自身、公式 等式右边符号：箭头标注（首轮与等式右边符号：箭头标注（首轮与 末轮轴线重合或平行时可标正负号末轮轴线重合或平行时可标正负号 ） 分清轮系分清轮系分别列式分别列式综合求解综合求解 大小大小: ） 主从 ZZi/( 主 从 Z Z i m Hk H H k ) 1( 1 1 主 从 Z Z i Hk HH k 1 1 1 在图示轮系中，已知各轮齿数Z1=24，Z2=20，Z2=22，Z3=26，Z4=24，Z5=20，Z5=22，Z6=26，试 求传动比i1H。 4356 1 6666 1 1 H i 1分清轮系 周转轮系：1-2(2)-34 周转轮系：4-5（5）-6H 2 分别列式 2 3 1 2 43 41 4 13 Z Z Z Z nn nn i 3 综合求解 5 6 4 5 6 4 46 Z Z Z Z nn nn i H H H 2 2 在图6-6所示的复合轮系中，已知各轮齿数为z1=40，z2=40，z2=20，z3=18，z4=24，z4=76， z5=20，z6=36，求i16。 155 54 16 i 1分清轮系 周转轮系：4-5-6H 定轴轮系：1-2(2)-3-4 2 分别列式 5 6 4 5 6 4 6 4 Z Z Z Z nn nn i H H H 2 4 1 2 4 1 14 Z Z Z Z n n i 3 综合求解 44 1 nn nn H 联系条件： 3 3 在图6-7所示的轮系中，已知z2=z3=z4=18、z2=z3=40。设各齿轮的模数、压力角均相等，并为标 准齿轮传动。求齿轮1的齿数z1及传动比i1H。 62 1 Z )()( )()( 4 33 221 4 33 221 zzzzzz rrrrrr 12400 729 1 H i 3 4 2 3 1 2 4 1 14 Z Z Z Z Z Z nn nn i H H H 4 在图所示的轮系中，轴A按图示方向以1250 r/min的转速回转，而轴B按图示方向 以600 r/min的转速回转。试决定轴C的转速大小和方向。 n5=-1350(转向与A、B相反） 1分清轮系 周转轮系：2-3(4)-56 定轴轮系：7-8-9 2 分别列式 4 5 2 3 65 62 6 25 Z Z Z Z nn nn i 7 9 9 7 79 Z Z n n i 3 综合求解 5 在图所示轮系中，已知各轮齿数zA=25，zB=30，zC= 60，zD=50,zE=52，zF=58，齿轮A的转速为 nA=50 r/min，系杆的转速为nG=100 r/min，它们的转向如图所示。试问齿轮F的转速和转向如何？ 转向相反）与 GF nn( 29 1520 1分清轮系 周转轮系：F-E(D)-CG 定轴轮系：A-B 2 分别列式 E F C D GF GC G CF Z Z Z Z nn nn i B A A B BA Z Z n n i 3 综合求解 七、其他常用机构七、其他常用机构 其他常用机构其他常用机构 槽轮机构槽轮机构棘轮机构棘轮机构万向联轴节万向联轴节 组 成 及 运 动 特 点 组 成 及 运 动 特 点 分 类 分 类 机 构 特 点 及 应 用 机 构 特 点 及 应 用 设 计 要 点 设 计 要 点 内内 外外 可 变 向 可 变 向 摩 擦 式 摩 擦 式 进给进给、制动制动、超越超越、转位及分度转位及分度 棘 轮 转 角 调 节 棘 轮 转 角 调 节 槽 轮 机 构 的 运 动 系 数 槽 轮 机 构 的 运 动 系 数 槽 轮 机 构 运 动 特 性 槽 轮 机 构 运 动 特 性 槽 轮 机 构 设 计 要 点 槽 轮 机 构 设 计 要 点 单 万 向 联 轴 节 单 万 向 联 轴 节 双 万 向 联 轴 节 双 万 向 联 轴 节 螺旋机构螺旋机构 差 动 螺 旋 机 构 差 动 螺 旋 机 构 复 式 螺 旋 机 构 复 式 螺 旋 机 构 八、机械运转及其速度调节八、机械运转及其速度调节 1 图示为多缸发动机曲柄上的等效驱动力矩Md和等效阻力矩Mr的曲线图，图中各块面积所代表的盈亏 功大小列于表中。曲柄平均转速nm=300r/min。设除飞轮外其他转动惯量不计，若要求速度不均匀系 数=0.02，试求安装在曲柄轴上的飞轮转动惯量JF。 oo 1200 2 oo 360120 2 2 2 在图所示齿轮机构中，主动轮1上的驱动力矩M1为常数，平均角速度1 = 50 rad/s，齿轮2上的力 矩变化规律如下： ，M2= 300 Nm； ，M2=