机械原理考试试题及答案

1、试题 1一、 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D 。A 、 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

2、、 只要在一个平衡面内增加或出去一个平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、 填空题 （每空 2 分，共 20 分）1、两构件通过面接触而构成的运动副称为低副2、 作相对运动的三个构件的三个瞬心必在同一条直线上3、转动副的自锁条件是驱动力臂摩擦圆半径4、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 。5、在周转轮系中，

3、根据其自由度的数目进行分类： 若其自由度为 2，则称为 差动轮系 若其自由度为 1，则称其为 行星轮系 。6、装有行星轮的构件称为行星架（转臂或系杆） 。7、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）1、 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。2、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。3、用范成法制造渐开线齿轮时

4、，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：c*m ）超过了被切齿轮的啮合极限点刀具的顶线（不计入齿顶比普通齿条高出的一段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：a）减小齿顶高系数 ha*b）加大刀具角c）变位修正四、 计算题 （ 45 分）1、 计 算 如 示机构a图1图1所 的自由 事项应 （ 5*2 ）小题 a：其中 A 、B 处各有一个转动副，B 处有一个移动副， C 、D 处的移动副记作一个移动副。即 n 3,pl 4, ph 0, p F 0；所以该机构自由度为：F 3n (2pl ph p) F3 3 ( 2 4 0 0) 01小

5、题 b：其中 A、B、C、G、H 处各有一个转动副， F处为复合铰链有两个转动副， B 处有一个局部自由度，DE 处的两个移动副记作一个移动 副。即n 7,pl 9, ph 1,p 0，F 1 ；所以该机构自由度为：F 3n (2plph p) F3 7 ( 2 9 1 0) 12、 如图 2 所示机构中，各尺寸为：lAB=30mm，lAC=100mm，l BD=50mm，l DE =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）B13E4图2解：以 l=0.0025m/mm 作

6、机构的位置简图，如图 动副，且构件 2 作平面一般运动，选 C（C2a 所示。此机构中构件 2 和摇块 3 组成移 C3）为重合点，则 Vc3=VC4=0,ac3=ac4=0,3= 2，3= 2。i.速度分析vB1lAB100.03 0.3m / svC2 方向vC 2BvC3vC 2C3ABBC/ BC大小ii.取v=0.005m vDvE加速度分析aBaBns-1/mm 作上式的速度图v pdv pevbc2 l bc12lAB100图 b），再根据速度影像原理得点d 及 e。0.0050.0050.00545.234.448.50.1230.23m / s0.17m/ s沿 pd方向）沿

7、 pe方向）2.00rad / s （瞬时针）0.03 3m/s2naC2B22l BC 2.0020.123 0.49m/s22 2 0.005 34.5 0.69m / s2 (方向 D E)naC2aBaC 2BtaC2BaC3方向 B A C BBC大小？0aC2C32 3vC2 C3aC2C3BCaC2C3/ BC？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：aDaEtaC2BCBa pd 0.04 65.14 2.61m/ s2a pe 0.04 71.01 2.84m/ s2a n2 c2CB0.04 25.850.123沿p

8、d 方向）沿p e方向）8.41rad / s2顺时针）z1=18， z2=36，模数 m=3，压力角3、设计一对渐开线外啮合标准齿轮圆柱齿轮机构。已知*与齿顶高系数 ha* 为标准值，试求： （10 分）1）该圆柱齿轮机构的传动比 i 122）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z2i12z13618b）两轮的分度圆直径：d1 mz1 3 18 54mmd2 mz2 3 36 108mm齿顶圆直径：da1 (z1 2ha )m (18 2 1) 3 63mmda2 (z2 2ha*)m (36 2 1) 3 117m

9、m齿根圆直径：df1(z12ha*2c* )m(182120.25)346.5mmdf2(z22ha*2c* )m(362120.25)3100.5mm基圆直径：db1d1 cos54cos2050.74 mmdb2d2cos117cos20109.94mm分度圆上齿厚：m3.143s4.71mm22c） 两轮中心距：d1 d254108a81mm224、在图示轮系中，已知： Z1=22，Z3=88，Z3=Z 5。试求 传动比 i15。（10 分）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：H 1 Hi133Hz2z3z1z2z3

10、z188224 （ 1）定轴轮系部分：3z4z5i355z3z4z5 1z32）由图中可知：5H又有：3)3 34)由式 1、2、 3、4 联立可得：i15五、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=1.5 。(要求保留作图轨迹， 以及必要的文字说明)解：180 (K 1) 180 (1.5 1)导杆机构的极位夹角 36K 1 1.5 1根据导杆机构的特性知： ；其中 为导杆的摆角作图步骤：a) 作 mDnb) 作 mDn 的角平分线，在该线上取 l DA d 100mm(即机架长度)过 A 点作导杆任一极位的垂线 AC 1(或 AC 2 )，其即为曲柄

11、，故a dsin( /2) 100 sin(36 / 2) 30.90mm试题 2一、填空题 （每题 2分，共 20 分）1、机构具有确定运动的条件：机构自由度数 = 机构的原动件数 。2、速度影像的相似原理只能应用于 同一构件上 的各点。3、对心曲柄滑块机构， 若以滑块为机架， 则该机构演化为 定块机构 （或直动导杆机构）4、移动副的自锁条件是：驱动力作用在移动副的摩擦角内 。5、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。6、渐开线的形状取决于基圆 的大小。7、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 。8、有一外槽轮机构，已知槽轮的槽数 z 4 ，转盘

12、上装有一个圆销，则该槽轮机构的运 动系数 k= 0.25 。9、回转构件进行动平衡时，应在两个平衡基面 上加平衡质量。10、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。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。3、实现往复移动或往复摆动的机构有哪些？答：1)连杆机构

13、2)凸轮机构3)螺旋机构4)齿轮齿条机构5)组合机构4、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。5、 简述渐开线圆柱斜齿轮机构主要有哪些优缺点？ 答：优点：（ 1） 啮合性能好：逐渐啮入，逐渐啮出，传动平稳，噪音小。（ 2） 重合度大：降低每对齿轮的载荷，提高承载能力。（ 3） 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

14、）2、图示为一内燃机的机构简图，试计算其自由度，并分析组成此机构的基本杆组及机构级 别。 （10 分 ）答： 见图所示。活动构件n=7；低副 pl=10 ；所以机构的自由度为F 3n （2pl ph p） F3 7 （2 10 1 0 0） 0 1以 AB 为原动件：机构可分解成下图。 级机构G机架与原动件级组级组因此该机构为：级机构3、试求机构在图示位置的全部瞬心。（5 分 ）答： A 点为 P13；B 点为 P12；P23由三心定理求得，见图。4、在图示导杆机构中，BAC 90 ，lAB 60 mm， l AC 120 mm ，曲柄 AB 以等角速度1 30rad /s 转动，试用相对运动

15、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。lBCl A2C l A2B1202 602 134mma） 速度分析求 vB2vB2 vB11l AB 30 0.06 1.8m/ s （方向垂直 AB 转向同 1）求 vB3aB2naB3取 v=0.01m vB3vB 2B 3a) 加速度分析naB212l ABs-1302kaB2B3l BC 623vB 2B3方向大小vB2ABvB3BCvB2B3/ AB1.8/mm 作上式的速度图(图v pb3vB3l BC0.06b)0.01 80.36 0.8m/ s （方向见图

16、）0.01 161.07 1.6m/ s （方向见图）0.8 3 6rad / s （ 逆时针134 10 354m/ s2 （方向B A）0.134 4.8m/s（方向 B C）6 1.619.2m/ s（方向 vB2B3）方向大小aB2BAnaB3BCtaB3BCkaB 2B 3544.8vB 2B 319.2raB2B3 / BC以 a=1m s-2/mm 作加速度图(图c)taB3aeb31 29.0829m/s方向见图)alBBC3 0.21934 216rad / s25、图示轮系中， 已知： z160,z2 z2 z3z4 20,z5 100 。试求传动比 i 41。（ 10 分

17、）答：Hi151Hz2z520 100 5z1z2 60 20 3H1Hz2z3z42020113 （2）i144Hz1z2 z36020H由式 1、2 联立可得：i411.5四、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 lCD 300 mm ，颚板摆角d) 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16.3635 ，曲柄长 60mm 。试设计该四杆机构。解：作图步骤：180 (K 1) 180 (1.2 1) K 1 1.2 1e) 作出摇杆两个极限位置 C1D 和 C2D，使 C1DC2 35f) 连接 C1、 C2，并作 C1M 垂直于

18、 C1C2。g) 作 C1C2 N 9090 16.3673.64 ， N 与 M 相交于 P 点，由图可见，C1PC216.36 。h) 利用余弦定理求 AC 1 (令为 x)cos2 lAB2 2 2 x x lC1C22 2 l AB x x量得 lC1C2 180.42mm代入求得连杆的长度： x 225.44mmi) 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。j) 量得机架长： 309.43mm试题 3一、填空题 （每空 2分，共 20 分）1、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 。2、转动副的自锁条件是：驱

19、动力作用在摩擦圆内 。3、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 。4、机构的压力角是指力与速度所夹锐角 。5、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。6、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 。7、棘轮机构的主要组成构件有：棘轮 、 棘爪 、 止动爪 等。8、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 。9、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 。10、在曲柄摇杆机构中， 当 曲柄 与 机架 两次共线位置时出现最小传动角。二、简答题 （每小题 5 分，共

20、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。2、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。3、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：1、代换前后构件的质量不变；2、代换前后构件的质心位置不变；3、代换前后构件对质心轴的转动惯量不变；其中：动代换需要满

21、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：1）对齿廓的要求：齿廓满足定传动比的齿廓啮合基本定律。2）对重合度要求：齿轮啮合的重合度大于1。3）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。min令滚子半径为 rr ；凸轮理论轮廓线的最小曲率半径为当： rr min 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： rrmin 时：这时也不可行。三、

22、计算题（共 45 分）1、绘制唧筒机构简图（草图） 。（5 分）2、图示为一内燃机的机构简图，试计算其自由度；以本杆组及机构级别。 （ 10 分）EG 为原动件时分析组成此机构的基答： 活动构件 n=7；低副 pl=10；所以机构的自由度为F 3n (2pl ph p) F3 7 (2 10 1 0 0) 0 1G以 AB 为元动件：机构可分解成下图。为级机构A机架与原动件HG3、试求机构在图示位置的全部瞬心。 （ 5分）答： A 点为 P12；B 点为 P23；C 点为 P34；D 点为 P14；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。4、图示铰链四杆机构

23、中， 已知 l BC 50mm,lCD 35mm,l AD 30mm, AD 为机架，（15 分）且 AB 为曲柄，求 l AB 的lAB 的最小值；lAB 值的范围；1）若此机构为曲柄摇杆机构，最大值；2）若此机构为双曲柄机构，求3）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 ”；曲柄为连架杆且最短三个条件。由“杆长条件 ”知： lAB lBC l AD lCD即： l AB lAD lCD lBC 30 35 50 15mm所以 l AB 的最大值为： 15mm 2）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。 （ lBC lAD 排除 ） 当 BC 为最长杆时：由“杆长条件 ”知： l AD lBC lAB lCD即： l AB lAD lBC lCD 30 50 35 45mm当 AB 为最长杆时：由“杆长条件 ”知： l AD l AB l BC lCD即： l AB lBC lCD