航天大学机械原理（A3）第二学期期末考试试卷1及答案

航天大学2012年6月5日

班级__________ 学号__________ 姓名__________ 成绩__________《机械原理》期末考试卷注意事项：1、请将解答写在试卷上； 2、草稿纸上的解答不作为批改试卷的依据； 3、图解法解答请保留作图过程和作图辅助线。题目：一、机构自由度计算…………(14分)二、机构运动分析……………(14分)三、连杆机构设计……………(15分)四、凸轮机构…………………(14分)五、齿轮机构…………………(15分)六、轮系………………………(14分)七、机械系统动力学…………(14分)一、计算图示运动链的自由度。若有复合铰链、局部自由度或虚约束，必须指出。（已知ABCD和CDEF是平行四边形。）共14分F处为复合铰链（2分）I（或J）为虚约束（1分）CD（或AB）为虚约束（2分）滚子K处为局部自由度（1分）（5分）（3分）

二、在下图所示的机构中，已知原动件１以等角速度1沿逆时针方向转动，试确定：（1）机构的全部瞬心；（2）构件3的速度v3（写出表达式）。共14分（1）该机构有4个构件，所以共有6个瞬心。通过直接判断，可以得到瞬心P14、P24和P34的位置，如习题2-21解图所示。（3分）依据三心定理，瞬心P12应位于P14和P24的连线上；另外，构件1和2组成高副，所以瞬心P12还应位于构件1和2廓线在接触点处的公法线nn上，这样就得到了瞬心P12的位置，如下图所示。同理可得到瞬心P23。再应用三心定理，就可以求得瞬心P13。（6分）（2）因为构件1的运动为已知，而要求的是构件3的速度，所以应用瞬心P13来求得构件3的速度为，方向向上。（5分）

三、试用图解法设计一曲柄摇杆机构ABCD（其中AB为曲柄）。已知连杆BC的长度，当机构处于一个极限位置时，连杆处于B1C1（图中S1位置），请确定A、D铰链点的位置，并使机构满足以下条件：（1）当机构处于另一个极限位置时，连杆处于S2这条线上；（2）机构处于S2位置时，其压力角为零，如下图所示（保留作图线，并简要叙述作图步骤）共15分作图步骤：（1）延长S2与S1相交于A点，A点即为曲柄的固定铰链点（3分）（2）以A为起点，在S2上截取AB2=AB1，得B2点（3分）（3）截取B2C2=B1C1，得C2点（3分）（4）作C1C2的垂直平分线nn，D铰链点应在nn线上（3分）（5）机构处于S2极限位置时，其压力角为0.故作DC2B2C2交nn于D，D铰链点即为摇杆的固定铰链点。（3分）

四、试在图示偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构中，（1）画出凸轮基圆；（2）标出从动件与凸轮从接触点C到接触点D时，该凸轮转过的转角；（3）标出从动件与凸轮在D点接触的压力角；（4）标出从动件从最低位置到在D点接触时的位移s。共14分基圆如图（3分）如图示（5分）如图示（3分）s如图示（3分）作图结果如下图所示。

五、在题图所示的齿轮减速器中，已知两齿轮为用范成法加工的渐开线标准直齿圆柱齿轮，标准安装，传动比i12=2，模数m=5mm，齿顶高系数=1.0，压力角=20°，箱体内壁的宽度W=270mm，高度H=185mm。试设计这两个齿轮，求出：（1）齿轮的齿数z1和z2；（2）按标准中心距安装，试画出两齿轮的啮合图，并在图中标出起始啮合点B2，终止啮合点B1，实际啮合线B1B2；（3）求出两齿轮啮合的重合度的大小。共15分（1）减速器在宽度方向应满足：（4分）即（1分）考虑加工时齿轮不产生根切，则：（1分）所以得，（2分）减速器在高度方向应满足：（1分）满足高度方向的要求。（2）齿轮的基圆半径rb1和rb2（要求通过作图求解）127.5mm42.5mm83mm39.94mm79.87mm（4分）（3）两齿轮啮合的重合度的大小。（2分）

六.在下图所示轮系中，已知各轮齿数为Z1=99，Z2=100，Z2'=101，Z3=100，Z3'=18，Z4=36，Z4'=14，Z5=28，A轴转速为nA=1000r/min，转向如下图，求B轴的转速nB，并指出其转向。共14分轮系总传动比：（2分），（5分）（3分）r/min（2分）n3和nA同向，用指向法确定nB方向，nB与nA转向相反。（2分）

七、图（a）为某机器传动系统简图。图中O1为输入轴，滑块B为执行构件。其中，各轮的齿数为z1=25，z2=50，z3=z5=30，z4=60，z6=90。齿轮2与齿轮3固连，齿轮4与齿轮5固连，曲柄与齿轮6固连。取O4轴为等效构件，一个运动周期内作用在O4轴的等效阻力矩Mer如图（b）所示，O4轴上的等效驱动力矩Med为常数。轴O4的平均转动角速度为m=2.5rad/s，传动系统各构件在O1轴的等效转动惯量为Je1=1.0kgm2。试求：（1）轴O4上的等效驱动力矩Med；（2）机械系统在轴O4的等效转动惯量Je4；（3）最大盈亏功ΔWmax；（4）要求速度不均匀系数0.02，则加在轴O1上的飞轮转动惯量JF至少应为多少？共14分（1）一个周期内等效驱动力矩所作的功与等效阻力矩所作的功相等，有（1分）（1分）（2）由等效原理，有（1分）（1分）（1分）（3）计算各时刻动能如下：时：（1分）时：（1分）时：（1分）时：（1分）时：