机械原理考试试题与答案

1、试题 1、 选择题 （每空 2 分，共 10 分）1、平面机构中，从动件的运动规律取决于DA、从动件的尺寸B、机构组成情况C、原动件运动规律D、原动件运动规律和机构的组成情况2、一铰链四杆机构各杆长度分别为 30mm， 60mm，80mm， 100mm，当以 30mm的杆为机架时，则该机构为 A 机构A、双摇杆B、双曲柄C、曲柄摇杆D、不能构成四杆机构3、凸轮机构中，当推杆运动规律采用C 时，既无柔性冲击也无刚性冲击。A、一次多项式运动规律B、二次多项式运动规律C、正弦加速运动规律D、余弦加速运动规律4、平面机构的平衡问题中，对“动不平衡”描述正确的是B 。A、只要在一个平衡面增加或出去一个平

2、衡质量即可获得平衡B、动不平衡只有在转子运转的情况下才能表现出来C、静不平衡针对轴尺寸较小的转子（转子轴向宽度 b与其直径 D之比 b/D0.2 ）D、使动不平衡转子的质心与回转轴心重合可实现平衡5、渐开线齿轮齿廓形状决定于D 。A、模数B、分度圆上压力角C、齿数D、前3项2，则称为差动轮系，若其自由度为 1，则称其为行星轮系二、填空题 （每空 2分，共 20分） 两构件通过面接触而构成的运动副称为低副。 作相对运动的三个构件的三个瞬心必在同一条直线上。 转动副的自锁条件是驱动力臂摩擦圆半径。 斜齿轮传动与直齿轮传动比较的主要优点： 啮合性能好，重合度大，结构紧凑。 在周转轮系中，根据其自由度

3、的数目进行分类：若其自由度为 装有行星轮的构件称为行星架（转臂或系杆） 。 棘轮机构的典型结构中的组成有：摇杆、棘爪、棘轮等。三、简答题 （15 分）什么是构件？答：构件：机器中每一个独立的运动单元体称为一个构件；从运动角度讲是不可再分的单位体。何谓四杆机构的“死点”？答：当机构运转时，若出现连杆与从动件共线时，此时 =0，主动件通过连杆作用于从动件上的力将通过其回转中心，从而使驱动 从动件的有效分力为零，从动件就不能运动，机构的这种传动角为零的位置称为死点。用成法制造渐开线齿轮时，出现根切的根本原因是什么？避免根切的方法有哪些？答：出现根切现象的原因：刀具的顶线（不计入齿顶比普通齿条高出的一

4、段c*m）超过了被切齿轮的啮合极限点 N1，则刀具将把被切齿轮齿根一部分齿廓切去。避免根切的方法：减小齿顶高系数 ha*加大刀具角变位修正四、计算题 （ 45 分）1、 计算如图 1 所示机构的自由度，注意事项应说明？（5*2）图1小题 a：其 中 A、B 处各有一个 转动副，处有一个移动 副， C、 D 处的移动副记作一个移 动副。即n 3,pl4,ph 0, p所以该机构自由度为：小题 b：其中 A、 B、C、G、H处各有一个转动副，作一个移动副。即7,pl9,3n(2pl ph p) F2 4 0 0) 0F处为复合铰链有两个转动副， B处有一个局部自由度， D、E 处的两个移动副记ph

5、 1, p 0，F 1；所以该机构自由度为：F 3n (2pl3 7 ( 2 9php)0) 1F2、如图 2 所示机构中，各尺寸为：lAB=30mm，lAC=100mm，lBD=50mm， lDE=40mm，曲柄以等角速度 1=10 rad/s 运动，试用图解法求机构在 1 45 时，点 D和 E 的加速度，以及构件2 的角速度和角加速度。 （ 15 分）解：以 l=0.0025m/mm 作机构的位置简图，如图1图ca 所示。此机构中构件 2 和摇块 3 组成移动副，且构件 2 作平面一般运动，选C(C2和 C3)为重合点，则 Vc3=VC4=0,ac3=ac4=0, 3= 2， 3=2。i

6、.速度分析1lAB 10 0.03 0.3m / svC2vBvC2BvC3vC2C3方向AB BC/BC大小？0？取 v=0.005m s-1/mm 作上式的速度图（图 b ），再根据速度影像原理得点 d 及 evDv pd0.00545.20.23m/ s（沿 pd方向）vEv pe0.00534.40.17m/ s（沿 pe方向）2v bc20.00548.52.00rad /s （瞬时针）l bc0.123加速度分析aBn2aB1lAB 1000.033m/s2naC2B2l2l BC2.0020.12320.49m/s2akC2C32 3vC2C3 22 0.005 34.5 0.6

7、9m / s2 （方向D E ）nttraC2aBaC2BaC2BaC3aC 2C 3aC2C 3方向BACBBCBC/ BC大小？0？以 a=0.04m s-2/mm作加速度图（图 c），再加速度影像原理得点 d和 e，由图可得：aDa pd 0.04 65.14 2.61m/s2（沿p d 方向）aEa pe 0.04 71.01 2.84m/ s2 （沿p e方向）taC2BlCBan2c2lCB0.04 25.850.12328.41rad / s2顺时针）3、设计一对渐开线外啮合标准齿轮圆柱齿轮机构。已知z1=18， z2=36，模数 m=3，压力角与齿顶高系数 ha 为标准值，试求

8、：10 分）1）该圆柱齿轮机构的传动比 i122）两轮的分度圆直径、齿顶圆直径、齿根圆直径、基圆直径、分度圆上齿厚3）求两轮的中心距答：a） 该圆柱齿轮机构的传动比b）两轮的分度圆直径：i12z2z13618d1 mz1 3 18 54mm d2 mz2 3 36 108mm齿顶圆直径：da1 (z1 2ha)m (18 2 1) 3 63mm齿根圆直径：da2 (z2 2ha)m (361)3 117mmdf 1 (z1 2ha 2c )m(180.25) 3 46.5mmdf2(z2 2ha* 2c* )m(360.25) 3 100.5mm基圆直径：db1d1cos54cos2050.7

9、4 mmdb2d2cos117cos20109.94mm分度圆上齿厚：3.143 4.71mmc） 两轮中心距：4、在图示轮系中，已知： Z1=22， Z3=88， Z3答：齿轮 1、 2、 3、H组成行星轮系部分；齿轮 3、 4、 5 组成定轴轮系部分；其中行星轮系部分的传动比：Hi13z2z3z1z2d1 d22=Z5。试求传动比 i15z3z154 108 81mm10 分）88224图3i353z4z5z5由图中可知：又有：3由式 1、 2、3、z3z4z32）4）4 联立可得：定轴轮系部分：i15 9五、设计题 （10分）设计一导杆机构，已知机架长度 100mm，行程速比系数 K=1

10、.5。（要求保留作图轨迹，以及必要的文字说明） 解：导杆机构的极位夹角180 (K 1) 180 (1.5 1)K11.5 136根据导杆机构的特性知：；其中 为导杆的摆角作图步骤：作 mDn作 mDn 的角平分线，在该线上取 lDA d 100mm（即机架长度） 过 A 点作导杆任一极位的垂线 AC1（或 AC2），其即为曲柄，故 a dsin（ /2） 100 sin（ 36 / 2） 30.90mm 试题 2 一、填空题（每题 2 分，共 20分） 机构具有确定运动的条件：机构自由度数 = 机构的原动件数。 速度影像的相似原理只能应用于同一构件上的各点。对心曲柄滑块机构， 若以滑块为机架

11、， 则该机构演化为定块机构 （或直动导杆机构） 移动副的自锁条件是：驱动力作用在移动副的摩擦角。凸轮机构推杆的常用运动规律中，一次多项式运动规律有刚性冲击。 渐开线的形状取决于基圆的大小。直齿圆柱齿轮机构的正确啮合条件是：模数相等、压力角相等。 有一外槽轮机构，已知槽轮的槽数 z 4 ，转盘上装有一个圆销，则该槽轮机构 的运动系数 k= 0.25 。回转构件进行动平衡时，应在两个平衡基面上加平衡质量。 当两构件组成兼有滑动和滚动的高副时，其瞬心在 过接触点高副元素的公法线处。二、简答题 （每小题 5 分，共 25分） 1、简述构件和零件的区别和联系？ 答：构件：从运动角度讲是不可再分的单位体。

12、 零件：从制造角度讲是不可再分的单位体。构件可以由多个零件通过刚性联结获得。2、什么是当量摩擦系数？ 答：为了计算摩擦力简便，把运动副元素几何形状对运动副的摩擦力的影响因素计入到摩擦系数中，这种转化后的摩擦系数称 为当量摩擦系数。实现往复移动或往复摆动的机构有哪些？答： 连杆机构 凸轮机构 螺旋机构 齿轮齿条机构 组合机构 机械的“平衡”与“调速”都可以减轻机械中的动载荷，但两者有何本质区别？ 答：1） 机械平衡是通过消除或减小惯性力和惯性力矩来减轻机械中的动载荷。2）调速是使机械的运动避开其共振区域，从而减小轴的挠度，获得减轻机械中动载荷的目的。 简述渐开线圆柱斜齿轮机构主要有哪些优缺点？答

13、：优点：啮合性能好：逐渐啮入，逐渐啮出，传动平稳，噪音小。 重合度大：降低每对齿轮的载荷，提高承载能力。结构紧凑：避免根切的最小齿数小。缺点：运转时有轴向力三、计算题（共 45 分）1、绘制缝纫机下针机构简图（草图） 。（5 分）2、图示 分析组 答：见图 所以机DC3F 3n (2pl ph p) F3 7 (2 10 1 0 0) 0 1为一燃机的机构简图，试计算其自由度，并 成此机构的基本杆组及机构级别。 （10 分 ） 所示。活动构件 n=7；低副 pl=10 ； 构的自由度为B以 AB 为原动件：机构可分解成下图。级机构因此该机构为： 级机构3、试求机构在图示位置的全部瞬心(5 分

14、)答： A点为 P13；B 点为 P12；P23由三心定理求得，见图。在图示BAC 90 ，l AB60mm， lAC120mm，曲柄 AB以等角速度30rad / s转动，试用相对运动图解法求构件 3 的角速度和角加速度(15 分 )解：以 l=0.001m/mm 作机构的位置简图，如图a 所示。lBC l AC l AB221202 602134mm速度分析求 vB2vB2vB11l AB30 0.061.8m / s（方向垂直 AB转向同 1）求 vB3vb2b3 0.01 161.07 1.6m/ s （方向见图）vB3lBCaB2naB22 2 212lAB 302 0.06 54m

15、/ s2 （方向BvB2vB3vB2B3方向ABBC / AB大小1.8？?取 v=0.01m s-1/mm 作上式的速度图（图b）vB3v pb30.01 80.36 0.8m/ s（方向见图）vB2B33 6rad /s （ 逆时针 ）134 10 3加速度分析naB3kaB2B32 3vB2B32 6 1.6 19.2m / s（方向vB2B3）aB2naB3方向 B A B Ct k raB3aB2B3aB2B3BCvB2B3/ BC大小 54 4.819.2 ？32 lBC 62 0.134 4.8m/ s（方向B C）以 a=1ms-2/mm 作加速度图（图 c）taB3aeb3

16、1 29.08 29m/ s2方向见图）taB3l BC290.134216rad / s25、图示轮系中，已知：5z1 60,z2 z2 z3 z4 20,z5 100试求传动比 i41 。（10 分）答：Hi151Hz2z520 100 5z1 z260 20 3H 1 H i144H由式 1、2 联立可得：z2z3z420201z1z2 z360203 （ 2）i41 1.5四、设计题（ 10 分）如图所示，设已知破碎机的行程速比系数K=1.2，颚板长度 lCD300mm四杆机构。解：作图步骤：由给定的行程速比变化系数K，得曲柄摇杆机构的极位夹角180 (K 1)K1180 (1.2 1

17、)1.2 116.36作出摇杆两个极限位置 C1D和 C2D，使 C1DC2 35连接 C1、 C2，并作 C1M垂直于 C1C2。，颚板摆角35 ，曲柄长 60mm。试设计该作 C1C2N 9090 16.36 73.64N 与 M 相 交 于 P 点 ， 由 图 可 见C1PC216.36 。利用余弦定理求 AC1（令为 x）cos222 lAB x x2C1C22 2 lAB x x量得 lC1C 2 180.42mm代入求得连杆的长度： x 225.44mm以 C1为圆心， x 为半径作圆，与前述外接圆的交点即为所求的A点量得机架长： 309.43mm试题 3一、填空题 （每空 2分，

18、共 20 分） 机构中按给定的运动规律对立运动的构件称为原动件；而其余活动构件称为从动件。 转动副的自锁条件是：驱动力作用在摩擦圆。对心曲柄滑块机构，若以曲柄为机架，则该机构演化为导杆机构。 机构的压力角是指力与速度所夹锐角。凸轮机构推杆的常用运动规律中，余弦加速度运动规律有柔性冲击。 齿轮机构的重合度愈大，表明同时参加啮合的轮齿对数愈多。 棘轮机构的主要组成构件有：棘轮、棘爪、止动爪等。 机器速度波动的类型有：周期性速度波动、非周期性速度波动。 设计滚子推杆盘形凸轮轮廓线时，若发现工作廓线有变尖现象时，则尺寸参数上应采取的措施是：加大基圆半径。 在曲柄摇杆机构中，当曲柄与机架两次共线位置时出

19、现最小传动角。二、简答题 （每小题 5 分，共 25分） 1、何谓运动副及运动副元素？ 答：运动副是指两构件直接接触具有确定的相对运动关系的一种联结。（书本）：两个构件直接接触而组成的可动的联接。 运动副元素：参加接触的部分。两构件上能够参加接触而构成运动副的表面。列举 5 种能实现连续回转运动的机构。答：摩擦传动机构：如带传动、摩擦轮等 啮合传动机构：如齿轮传动、蜗杆传动、链传动等 连杆机构：如双曲柄机构、平行四边形机构等。 简述进行质量代换需要满足的三个条件？动代换和静代换各应满足什么条件？ 答：质量代换法需满足三个条件： 代换前后构件的质量不变； 代换前后构件的质心位置不变； 代换前后构

20、件对质心轴的转动惯量不变； 其中：动代换需要满足前面三个条件；静代换满足前两个条件便可。4、齿轮传动要匀速、平稳地进行，必须满足哪些条件？答： 对齿廓的要求：齿廓满足定传动比的齿廓啮合基本定律。对重合度要求：齿轮啮合的重合度大于 1。 对正确啮合要求：满足正确啮合条件。5、有一滚子推杆盘形凸轮机构，在使用中发现推杆滚子的直径偏小，欲改用较大的滚子，问是否可行？为什么？ 答：不一定。令滚子半径为 rr ；凸轮理论轮廓线的最小曲率半径为min当： rrmin 时：工作廓线出现交叉，出现失真现象。这时不可行。当： rrmin 时：工作廓线出现尖点，凸轮轮廓在尖点处易磨损而导致失真。这时也不可行。当：

21、 rrmin 时：这时也不可行。2、图示为一燃机的机构简图，试计算其自由度；以EG为原动件时分析组成此机构的基本杆组及机构级别。10 分）答：活动构件 n=7；低副 pl=10 ；p)FDB0)HEAGCEDB级组G机架与原动件5 分）P34P14；BP13P2334P342C4AP121CBDA30mm, ADAB为曲柄，求已知图示铰链四杆机构中013 7 (2 10 1 0l AB 值的围l AB 的最F 3n (2pl ph级组 Al AB 的最小值lBC 50mm,lCD35mm,lAD曲柄为连架杆且最短三个条件。所以机构的自由度为lCD由“杆长条件”知： lAB lBC l AD以

22、AB 为元动件机构可分解成下图。为级机构3、试求机构在图示位置的全部瞬心。答： A点为 P12；B点为 P23；C点为P13由三心定理求得为 B 点，见图。P24 由三心定理求得为 D点，见图。为机架，（15 分）若此机构为曲柄摇杆机构，且大值若此机构为双曲柄机构，求若此机构为双摇杆机构，求解： 1）曲柄摇杆机构要求满足“杆长条件”D P24P14即： l AB l ADlCDlBC 3035 50 15mm所以l AB的最大值为： 15mm2）为双曲柄机构有两种情况：满足“杆长条件”；最短杆为机架；满足平行四边形机构条件。 （ lBClAD排除 ）当 BC为最长杆时：由“杆长条件”知：lADlBCl ABlCD即： l AB lAD lBC lCD 305035 45mm当 AB 为最长杆时：由“杆长条件”知：lADlAB lBClCD即： l AB lBC lCD l AD 503530 55mm 所以 lAB 的最小值为： 45mm3）为摇杆机构有两种情况：lBClCD 排除满