机械原理复习题

PAGEPAGE29机械原理复习题模拟练习1选择题（每空2分，共10分）1、平面机构中，“基本杆组”是指C。生产中最小的制造单元最小的运动单元不能再拆的自由度为零的构件组自由度为零的构件组2、一铰链四杆机构，两连架杆长度分别为30mm，40mm；连杆长度为80mm，机架长度为100mm，则该机构为A机构。双摇杆双曲柄曲柄摇杆不能构成四杆机构3、对于直动尖顶盘形凸轮机构的推程压力角超过许用值时，可采用A措施来解决。增大基圆半径改为滚子推杆改变凸轮转向改为偏置直动尖顶推杆4、平面机构的平衡问题中，对“静不平衡”描述正确的是C。必须在两个平衡面内增加或除去一个平衡质量才能获得平衡静不平衡在转子静态时不能表现出来使静不平衡转子的质心与回转轴心重合可实现平衡静不平衡针对轴尺寸较大的转子（转子轴向宽度b与其直径D之比b/D>0.2）5、正变位齿轮其分度圆上的齿厚与标准齿轮相比B。变薄变厚不变前三种都有可能填空题（每空2分，共20分）两构件通过点、线接触而构成的运动副称为高副。速度瞬心是两刚体上相对速度为零的重合点。移动副的自锁条件是传动角≤摩擦角。平行轴外啮合斜齿圆柱齿轮机构的正确啮合条件是：β1=-β2；mn1=mn2；αn1=αn2。5、在轮系中，根据各个齿轮的轴线相对于机架的位置是否固定，将轮系分为三大类：定轴轮系、周转轮系、复合轮系。6、当主动件作等速连续转动，需要从动件作单向间歇转动时，可采用槽轮机构、凸轮式间歇运动机构、不完全齿轮机构等机构来实现。简答题（每题5分，共15分）什么是机构？答：多个构件的人为组合，有确定的相对运动。 （是一种用来传递与变换运动和力的可动装置。）何谓自锁现象？答： 有些机械，按其结构来说（自由度F>0），只要加上足够大的驱动力，就应该能够沿着有效驱动力作用的方向运动，但是由于存在摩擦，驱动力的方向又已经规定，有时就会出现不论这个驱动力如何增大，也无法使之运动的现象，称为机械的自锁。简述连杆机构的传动特点与缺点？答： 传动特点：其运动副一般均为低副。低副两运动副元素为面接触，压强较小，故可承受较大的载荷；且有利于润滑，磨损较小；另外其运动副的几何形状较简单，便于加工制造。在连杆机构中，当原动件的运动规律不变可用改变各构件的相对长度来使从动件得到不同的运动规律。在连杆机构中，连杆曲线多。可以方便地用来达到增力、扩大行程和实现远距离传动等目的。缺点：由于连杆机构的运动必须经过中间构件进行传动，因而传递路线较长，易产生较大的误差积累，同时，也使机械效率降低。在连杆机构运动过程中，连杆及滑块的质心都在作变速运动，所产生的惯性力难于用一般的平衡方法加以消除，因而会增加机构的动载荷，所以连杆机构不宜用于高速运动。计算题（共45分）计算如图1所示机构的自由度，注意事项应说明。（5*2）aa图1bABECDABCDEF答： 小题a： 其中A、C、D、E处各有一个转动副，B处是一个复合铰链具有2个转动副，A处还有一个移动副。即；所以该机构自由度为：小题b： 其中A、B、C、F处各有一个转动副，A处有一个局部自由度，D、E处的两个移动副记作一个移动副。即；所以该机构自由度为：2’143’32H图22、在图2所示轮系中，已知：Z1=48，Z2’=18，Z3’2’143’32H图2答：齿轮1、2、2’、3、H组成行星轮系部分；齿轮3’、4组成定轴轮系部分； 其中行星轮系部分的传动比：（1）定轴轮系部分：（2） 由图中可知：（3）由式1、2、3式联立可得： 200200ABC图32134ω200200ABC图32134ω2图c图b图a解：以μl=0.01m/mm作机构的位置简图，如图a所示。图c图b图a速度分析求（方向垂直AB转向同ω2） 求 取μv=0.1m·s-1/mm作上式的速度图（图b）加速度分析求 求以μa=2m·s-2/mm作加速度图（图c）4、设计一对渐开线外啮合标准齿轮圆柱齿轮机构。已知z1=20，传动比为i12=0.5，模数m=3，压力角α与齿顶高系数为标准值，试求：（10分）两轮的分度圆直径、齿顶圆直径、齿根圆直径、基圆直径、分度圆上齿厚求两轮的中心距答：该圆柱齿轮机构的传动比所以两轮的分度圆直径： 齿顶圆直径： 齿根圆直径：基圆直径：分度圆上齿厚：两轮中心距：设计题（10分）试设计一曲柄滑块机构，已知滑块行程速比系数K=1.5，滑块的行程H=60mm，偏距25mm。并求其最小传动角γmin=?解： 曲柄滑块机构的极位夹角 作图步骤：作作以交点O为圆心，过C1、C2作圆。则曲柄的轴心A应在圆弧上。作一直线与C1C2平行，其间的距离等于偏距e，则此直线与上述圆弧的交点即为曲柄轴心A的位置。当A点确定后，曲柄和连杆的长度a、b也就确定了 6）作机构AB’C’位置，图中量得模拟练习2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。从动件的尺寸机构组成情况原动件运动规律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。双摇杆双曲柄曲柄摇杆不能构成四杆机构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。一次多项式运动规律二次多项式运动规律正弦加速运动规律余弦加速运动规律4、平面机构的平衡问题中，对“动不平衡”描述正确的是B。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动不平衡只有在转子运转的情况下才能表现出来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/D<0.2）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。模数分度圆上压力角齿数前3项填空题（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。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。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γ=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。用范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α变位修正计算题（45分）计算如图1所示机构的自由度，注意事项应说明？（5*2）aa图1bABCDABCDEFG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；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，F处为复合铰链有两个转动副，B处有一个局部自由度，D、E处的两个移动副记作一个移动副。即；所以该机构自由度为：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ω1=10rad/s运动，试用图解法求机构在时，点D和E的加速度，以及构件2的角速度和角加速度。（15分）图2图2BA1Dω1E234图c图b图a图c图b图a解：以μl=0.0025m/mm作机构的位置简图，如图a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,ω3=ω2，α3=α2。速度分析取μv=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e。加速度分析以μa=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：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α与齿顶高系数为标准值，试求：（10分）该圆柱齿轮机构的传动比i12两轮的分度圆直径、齿顶圆直径、齿根圆直径、基圆直径、分度圆上齿厚求两轮的中心距答：该圆柱齿轮机构的传动比两轮的分度圆直径： 齿顶圆直径： 齿根圆直径：基圆直径：分度圆上齿厚：两轮中心距：1233’54H图34、在图示轮系中，已知：Z1=22，Z31233’54H图3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：（1）定轴轮系部分：（2） 由图中可知：（3） 又有：（4）由式1、2、3、4联立可得： 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： 导杆机构的极位夹角 根据导杆机构的特性知：；其中为导杆的摆角 作图步骤：作作的角平分线，在该线上取（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，故模拟练习3一、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，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内。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，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。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：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)11234ABCDABCDHGABCDHGFE答：见图所示。活动构件n=7；低副pl=10；所以机构的自由度为以AB为原动件：机构可分解成下图。Ⅱ级机构AABCDHGFEⅡ级组Ⅱ级组Ⅱ级组机架与原动件因此该机构为：Ⅱ级机构3、试求机构在图示位置的全部瞬心。(5分)AABCP12123P13P23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，，曲柄AB以等角速度转动，试用相对运动图解法求构件3的角速度和角加速度。(15分)ACB23ACB2341速度分析求（方向垂直AB转向同ω1） 求 取μv=0.01m·s-1/mm作上式的速度图（图b）加速度分析以μa=1m·s-2/mm作加速度图（图c）1254H31254H32’答：（1）（2）由式1、2联立可得： 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，颚板摆角，曲柄长60mm。试设计该四杆机构。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作出摇杆两个极限位置C1D和C2D，使连接C1、C2，并作C1M垂直于C1C2。作，N与M相交于P点，由图可见，。利用余弦定理求AC1（令为x）量得代入求得连杆的长度：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模拟练习4一、填空题（每空2分，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内。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；凸轮理论轮廓线的最小曲率半径为当：时：工作廓线出现交叉，出现失真现象。这时不可行。当：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：时：这时也不可行。三、计算题（共45分）1、绘制唧筒机构简图（草图）。（5分）121234ABCDABABCDHGFE答：活动构件n=7；低副pl=10；所以机构的自由度为以AB为元动件：机构可分解成下图。为Ⅲ级机构DCDCBA1432P12P23P34P14P13P24ABCDHGFE机架与原动件Ⅲ级组Ⅱ级组3、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、图示铰链四杆机构中，已知为机架，（15分）DCBADCBA若此机构为双曲柄机构，求的最小值；若此机构为双摇杆机构，求值的范围；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：即：所以的最大值为：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。（）当BC为最长杆时：由“杆长条件”知：即：当AB为最长杆时：由“杆长条件”知：即：所以的最小值为：45mm3）为摇杆机构有两种情况：满足“杆长条件”；BC为最短杆（）。不满足“杆长条件”当AD为最短杆时：要求：；得：或；得：当AB为最长杆时：要求：；得：5、在图示的车床变速箱中，移动三联齿轮a使齿轮3’和4’啮合。又移动双联齿轮b使齿轮5’和6’啮合。已知各轮的齿数为，电动机的转速，求带轮转速的大小和方向。(10分)解：四、设计题（10分）试设计一铰链四杆机构。已知其摇杆CD的长度，行程速度变化系数，机架AD的长度。是摇杆CD的一个极限位置与机架AD间较小的一个夹角。试用图解法求曲柄的长度和连杆的长度。解： 作图步骤：极位夹角作作线段DC1，使作线段AC2，使量得AC1=70.84mm;AC2=169.46mm曲柄和连杆的长度、为模拟练习5一、填空题（每小题2分，共20分）平面运动副的最大约束数为2个，最小约束数为1个。当两构件组成转动副时，其相对速度瞬心在转动副中心处。对心曲柄滑块机构，若以连杆为机架，则该机构演化为曲柄摇块机构。传动角越大，则机构传力性能越好。凸轮机构推杆的常用运动规律中，二次多项式运动规律具有柔性冲击。蜗杆机构的标准参数从中间平面中取。常见间歇运动机构有：棘轮机构、槽轮机构等。为了减小飞轮的重量和尺寸，应将飞轮装在高速轴上。实现往复移动的机构有：曲柄滑块机构、凸轮机构等。外啮合平行轴斜齿轮的正确啮合条件为：。二、简答题（每小题5分，共25分）1、何谓三心定理？答：三个彼此作平面运动的构件的三个瞬心必位于同一直线上。简述机械中不平衡惯性力的危害？答：机械中的不平衡惯性力将在运动副中引起附加的动压力，这不仅会增大运动副中的摩擦和构件中的内应力，降低机械效率和使用寿命，而且会引起机械及其基础产生强迫振动。铰链四杆机构在死点位置时，推动力任意增大也不能使机构产生运动，这与机构的自锁现象是否相同？试加以说明？答：（1）不同。（2）铰链四杆机构的死点指：传动角=0度时，主动件通过连杆作用于从动件上的力恰好通过其回转中心，而不能使从动件转动，出现了顶死现象。死点本质：驱动力不产生转矩。机械自锁指：机构的机构情况分析是可以运动的，但由于摩擦的存在，却会出现无论如何增大驱动力，也无法使其运动的现象。自锁的本质是：驱动力引起的摩擦力大于等于驱动力的有效分力。棘轮机构与槽轮机构均可用来实现从动轴的单向间歇转动，但在具体的使用选择上，又有什么不同？答：棘轮机构常用于速度较低和载荷不大的场合，而且棘轮转动的角度可以改变。槽轮机构较棘轮机构工作平稳，但转角不能改变。简述齿廓啮合基本定律。答：相互啮合传动的一对齿轮，在任一位置时的传动比，都与其连心线被其啮合齿廓在接触点处的公法线所分成的两段成反比。三、计算题（共45分）1、绘制偏心轮机构简图（草图），并求机构自由度。（10分）121234ABC其中A、B、C处各有一个转动副；A处有一个移动副；即；所以该机构自由度为：2、已知一条渐开线，其基圆半径，试求该渐开线在向径的点K处的曲率半径，压力角及展角。（5分）AAP12BCP34P24P2312314P14∞c’c'’3、试求机构在图示位置的全部瞬心。（5分）见图该机构有构件数n=4；所以瞬心数为：（1）P12、P23、P34可直接判断获得，分别在A、B、C点处。（2）构件1、4组成移动副，所以P14在垂直导路的无穷远处。（3）求P13？构件1、3非直接接触，采用三心定理。P13在构件1、2、3形成的三个瞬心构成的直线上，即直线AB上P13同时也在构件1、3、4形成的三个瞬心构成的直线上，即直线c’c’’上所以P13在直线AB与直线c’c’’的交点处，当AB垂直BC时，AB//c’c’’，此时，P13在垂直BC的无穷远处。（4）求P24？构件2、4非直接接触，采用三心定理。P24在构件1、2、4形成的三个瞬心构成的直线上，即直线AB上P24同时也在构件2、3、4形成的三个瞬心构成的直线上，即直线BC上所以P24在直线AB与直线BC的交点处，即B点。在图示的电动卷扬机中，已知其每一对齿轮的效率，以及鼓轮的效率均为0.95，滑轮的效率，载荷，其上升的速度，求电动机的功率。（10分）解：工作机效率为：机构总效率为：电动机功率为：图示的轮系中，已知各轮齿数为，。若轴A按图示方向以1250r/min的转速回转，轴B按图示方向以600r/min的转速回转，试确定轴C的转速大小和方向。（15分）答：齿轮1、2、2’、3、4组成行星轮系部分；齿轮4、5、6组成定轴轮系部分； 其中行星轮系部分的传动比：（1）定轴轮系部分：（2） 由图中可知：（3）由式1、2、3式联立可得： （方向同1、6）四、设计题（10分）试设计一曲柄滑块机构，已知滑块行程速比系数K=1.5，滑块的行程H=60mm，偏距25mm。解： 曲柄滑块机构的极位夹角 作图步骤：作作以交点O为圆心，过C1、C2作圆。则曲柄的轴心A应在圆弧上。作一直线与C1C2平行，其间的距离等于偏距e，则此直线与上述圆弧的交点即为曲柄轴心A的位置。当A点确定后，曲柄和连杆的长度a、b也就确定了 6）作机构AB’C’位置，图中量得模拟练习6一、填空题（每小题2分，共20分）平面机构中若引入一个高副将带入1个约束，而引入一个低副将带入2个约束。对心曲柄滑块机构，若以连杆为机架，则该机构演化为曲柄摇块机构。平面四杆机构具有整转副的条件：最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和。压力角越大，则机构传力性能越差。凸轮机构推杆的常用运动规律中，正弦运动规律既无刚性冲击也无柔刚性冲击。锥齿轮取大端的参数为标准参数。槽轮机构的主要组成构件为：拨盘、槽轮、机架等。为了减小飞轮的重量和尺寸，应将飞轮装在高速轴上。当两构件组成移动副时，其瞬心在垂直于导路方向的无穷远处。机构处于死点位置时，其传动角为0度。二、简答题（每小题5分，共25分）1、机构具有确定运动的条件是什么？当机构的原动件数少于机