2024年《机械原理》考试题与答案 (二)

2024年《机械原理》考试题与答案

一、选择题（每空2分，共10分）

L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/D<0.2）

D、使动不平衡转子的质心与回转轴心重合可实现平

衡

2、平面机构中，从动件的运动规律取决于—o

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

3、一钱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

4、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

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

二、填空题（每空2分，共20分）

L两构件通过面接触而构成的运动副称为—ESI

O

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W摩擦圆半径

O

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，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c

三、简答题（15分）

L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，此时丫=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，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Ni

,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a©变位修正

四、计算题（45分）

L计算如图1所示机构的自由度，注意事项应说明？（5*

2）

於A

a

图1

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=3,0=4,ph=0,p'=F'=0；所以该机构自由度为：

F=3n-(2p,+ph-p')-F'

=3x3-(2x4+0-0)-0

=1

小题b:其中A、B、C、G、H处各有一个转动副，F处为复

合较链有两个转动副，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〃=7,pt=9,ph=1,T?'=0,F'=l

；所以该机构自由度为：

F=3n-(2Pl+ph-p')-F'

=3x7—(2x9+1—0)—1

=1

2、如图2所示机构中，各尺寸为：

4i8=30mm,41c=100mm,Z=50mm,B=40mm,

曲柄以等角速度31=10

rad/s运动，试用图解法求机构在？=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)

图2

P，

,c2

解：以目=0.002500/0^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，贝Wc3=VC4=0,ac3=ac4二

0,33=32,«3=a2o

i.速度分析

vB=①11AB=10x0.03=0.3m/s

VC2=+VC2B=VC3+VC2C3

方向LABIBCIIBC

大小q?o?

取Uv=0.005ms-

i/mm作上式的速度图（图b）,再根据速度影像原理

得点d及e。

vD=Nypd=0.005x45.2=0.23m/5（沿pd方向）

vE=ldvpe-0.005x34.4=0.11m/s（沿pe方向）

0=°,0°5X48.5=200rad/s（瞬时针）

lbc0.123

ii.加速度分析

2

g=*=①;1AB=100x0.03=3mls

=（D；IRC=2.002x0.123=0.49m/s2

CZoZDC

。葭3-2gv。2c3=2x2x0.005x34.5=0.69m/s2（方向0fE）

aC2=Qg+aC2B+aC2B~++“C2c3

方向BrACrBIBCIBCHBC

大小vv?0v?

以Pa=0.04ms

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：

aD-p'd'=0.04x65.14=2.61加/s?（沿//d方向）

2

aE=〃〃=0.04x71.01=2.84m/s（沿夕Z方向）

a

cc2R〃^a加2A20---.-0---4---x---2--5---.-8---5---o.2八国门』乩、

S=_C2B_===8.4卜44//（顺时针）

IcB】CB0.123

3、设计一对渐开线外啮合标准齿轮圆柱齿轮机构。已知马

=18,刍=36,模数6=3,压力角修齿顶高系数瓦为标准

值，试求：（10分）

1）该圆柱齿轮机构的传动比必

2）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

.Z]36

/丁丁2

b）两轮的分度圆直径：

4=mzx=3x18=54mmd2=mz2=3x36=108mm

齿顶圆直径：

daX-（4+2h：）m=（18+2xl）x3=63mm

da2=(z2+2h：)m=(36+2x1)x3=117mm

齿根圆直径：

dfi=(向一2/z*-2c*)加=(18-2xl-2x0.25)x3=46.5mm

df2=(z2-2/z*-2c=(36-2xl-2x0.25)x3=100.5mm

基圆直径：

db{=d]xcosS=54xcos20°=50.74mm

db2=d2xcos6=117xcos20°=109.94mm

分度圆上齿厚：

71m3.14x3.一

s==---------=4.7Imm

22

c）两轮中心距：

d[+dy54+108

a--------=----------=X1mm

22

4、在图示轮系中,已知:Zi=22,Z3

f

二88,Z3=Z5o试求传动比2。（1_

0分）

答：齿轮L2、3、H组成行星轮系部

图3

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：

•HG)H^2^3“3

Z13~~~二一1(1)

(O3-8H马马Z]

定轴轮系部分：

_%Z4Z5_25_1

’3'5------------------------------------——工(2)

G)、Z3tz彳

由图中可知：

G=C°H(3)

又有：

g—%(4)

由式1、2、3、4联立可得：

z；5=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=1.5O（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安国普心二180：（L；—1）=36。

根据导杆机构的特性知：”9；其中9为导杆的摆角

作图步骤：

3）作ZmDn-（p-0

b）作从队的角平分线，在该线上取匕=d=100mm（即机

架长度）

c）过A点作导杆任一极位的垂线AG（或AC2）,其即为

曲柄，故

a=dsin®/2）=100xsin（36/2）=30.90mm

£

E

g

L

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：机构自由度数二

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,转盘上装有一

个圆销，则该槽轮机构的运动系数匕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)

L简述构件和零件的区别和联系？

答：

a)构件：从运动角度讲是不可再分的单位体。

b)零件：从制造角度讲是不可再分的单位体。

c)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

(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）

L绘制缝纫机下针机构简图（草图）

0（汾）

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

oQ0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-(2p,+ph-p，)-F，=

3x7—(2x10+1x0—0)—0=1

以AB为原动件：

口级机构

因此该机构为：n级机构

3、试求机构在图示位置的全部瞬心。(5分)

答：A点为匕3；

B点为P12；

P23由三心定理求得，见图。

4、在图示导杆机构中，4c-90，IAB-60772772，IAC-120/77772，曲

柄AB以等角速度电=30nzd/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。Q5分）

解：以|Ji=0.001m/mm作机构的位置简图，如#二

图a所示。?『

22

lBC=肥c+1；B=V120+60x134mm4!、

a）速度分析|/

求力2/

vB2=vBX-g/AB=30x0.06=1.8m/s

（方向垂直AB转向同3i）

求为

VB1=VB3+VB2B3

方向LABLBCIIAB

大小1.8??

取Hv=0.01msi/mm作上式的速度图（图b）

vB3=4Pb3=0.01x80.36«0.8m/5（方向见图）

VB2B3-4也4=0.01x161.07«1.6m/s（方向见图）

g3---------—3x6rad/s（逆时针7）

lBC134xW

a）加速度分析

21

aB2=a；?=①;1AB=30x0.06=54mIs（方向8—>A）

2

矶3=①；XIBC=6x0.134«4.8加/5（方向3—>C）

*2B3=203/233=2><6。1.6=19.2加/5（方向_1力233）

tk丫

aaaa

B2-aB3+BT>+B2B3+B2B3

方向BfABTCLBC1vB2B3HBC

大小544.8?19.2?

以Ua=lms2/mm作加速度图（图c）

0tB3==1x29.08«29mls2（方向见图）

2

a3=—=勿=216rad/s

lBC0.134

a

bc

5、图轮系中,已知:=60,z2=z2,=z3=z4=20,z5=100©试求

传动比i4i。(10分)

・

兹口•

,H_cox-a)H_z2z5_20x100_5

15

0-a)H乎?'60x203

ZZZ

/.H弘—_3「3H—_234二_20x20—_1

zz，z

g一①Hi2360x203

由式L2联立可得：

i4l=-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,颗板

长度修二300mm,颗板摆角0=35。,

曲柄长60mm。试设计该四杆机

构。

解：作图步骤：

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

e=180°X（K-1）=180。*（1.2-1）=1636。

K+11.2+1

e）作出摇杆两个极限位置CiD和C?D，使43=35。

）连接J、,并作垂直于C1C2。

fC2GM

g）作“CN=90。-9=90。-16.36。=73.64。，N与M相交于P点，

由图可见，“［尸。2=6=16.36。。

h）利用余弦定理求AG（令为x）

QX+4)+%—/CC2

cos8二

2(2xlAB+

量得配2=180.42mm

代入求得连杆的长度：x=225.44mm

i）以Ci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）

L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：驱动力作用在摩擦圆内

O

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C

7、棘轮机构的主要组成构件有：棘轮、棘爪、

止动爪等c

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25分）

L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：

1）摩擦传动机构：如带传动、摩擦轮等

2）啮合传动机构：如齿轮传动、蜗杆传动、链传动

等

3）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：

L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L

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。

令滚子半径为弓；凸轮理论轮廓线的最小曲率半径为时0

当：乙＞展°时：工作廓线出现交叉，出现失真现象。这

时不可行。

当：乙=展”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:乙＜0mm时:这时也不可行。

三、计算题（共45分）

L绘制唧筒机构简图（草图）。（5分）

一内燃机的

试计算其自”—一

由度；以EG为原动件时分析RH

组成此机构的基本杆组及机构级别。（10分）\EA•卜宁•十一

A

答：活动构件n=7"氐副pl=10;G

所以机构的自由度为

F=3n-(2p,+ph-p')-F'=

3x7—(2x10+1x0—0)—0=1

以AB为元动件：

机构可分解成下图。为m级机构

3、试求机构在图示位置的全部瞬心。(5分)

答：A点为P12；Bp

P23CK

B点为P23；

C点为P34；2\4

D点为〜；P上一

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、图示钱链四杆机构中，已知

lBC=50mm,lCD=35mmJAD=3amm,AD为机架，(15分)

(1)若此机构为曲柄摇杆机构，且AB为曲柄，求时的

最大值；

(2)若此机构为双曲柄机构，求

%的最小值；

（3）若此机构为双摇杆机构，求时值的范围；

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：IAB+IBC&IAD+ICD

即:lAB<lAD+lCD-lBC=30+35-50=\5mm

所以时的最大值为：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。（RcU。，排除）

当BC为最长杆时：

由“杆长条件"知：IAD+IBCUB+ICD

—艮':lAADR>LALn）+loRCC-lLc.JnJ=30+50-35=45mm

当AB为最长杆时：

由"杆长条件"知:IAD+IAB&IBC+ICD

艮:l<l+l-L=50+35-30=55mm

"'AADRZR>CrCrnUAJnJ

所以配的最小值为：45mm

3）为摇杆机构有两种情况：

>满足"杆长条件"；BC为最短杆（••%>%.•・排除）o

>不满足"杆长条件"

当AD为最短杆时：

要求:IAD+IBC>1As+ICD；IABW50得：45<lAB<50

或

IAD+IAB>IBC+ICDIIAB>5。彳可•，AB~

当AB为最长杆时：

要求：IBC+IAB>IAD+ICD，IAB-3。彳可.15<IAB"30

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