《机械原理》考试题及答案

（通用版）《机械原理》考试题及答案

班级姓名学号

成绩.

温馨提示：同学们，经过本学期的学习，你一定积累了很多

知识，现在请认真、仔细地完成这张试卷吧。加油！

一、选择题（每空2分，共10分）

1、平面机构的平衡问题中，对“动不平衡”描述正确的是

Bo

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

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）

1、两构件通过面接触而构成的运动副称为_____低

副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五摩擦圆半

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。

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，此时丫二0,

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N”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Q.(c)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)

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

〃=3,pt=4,p〃=0,"=F=0;所以该机构自由度为：

F=3n-(2pt+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,〃尸9,「『I,p'=0,F=1;所以该机构自由度为：

,,

F=3n-(2p/+p/]-p)-F

=3x7-(2x9+l-0)-l

=1

2、如图2所示机构中，各尺寸为：乙尸30mm,7^=100mm,

//50mm,/%=40nim,曲柄以等角速度s尸10rad/s运动，

试用图解法求机构在册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)

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,

33=s2,a3=a2o

i.速度分析

vB=coj=10x0.03=0.3m/s

VC2=VB+VC2B=VC3+VC2C3

方向LABA.BCIIBC

大小Y?o?

取uk0.005m•sT/mm作上式的速度图（图b）,再根据

速度影像原逑得点d及e。

vD=氏pd-0.005x45.2=0.23切/s（沿p昉向）

vE=juvpe-0.005x34.4=0.11mls（沿pe方向）

氏be、0.005x48.5”八‘好比卜酊、

lbc0.123

ii.加速度分析

an=aB，==Lx0.03=3m/s2

啖ZB=2.0（）2x0.123=0.49m/s?

a葭3=2码%2c3=2X2X0.005x34.5=0.69w/52（方向OfE）

aC2=+aC2B+aC2B=〃C3+aC2C3+aC2C3

方向3—ACfBIBCIBCIIBC

大小vv?0V?

以Ua=0.04m•S-7mm作加速度图（图c）,再加速度影像原理

得点d'和e’,史图可得：

沏=4*=0.04x65.14=2.61m/s2（海”方向）

aE=儿^7'=0.04x71.01=2.84m/』（/N方向）

合心=ZWl=O.x25.85=MXrad/s2（j顿时针）

%B50-123

3、设计一对渐开线外啮合标准齿轮圆柱齿轮机构。已知

Z,=18,Zk36,模数炉3,压力角。与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i12

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

b）两轮的分度圆直径：

4="4=3x18=54nvnd2=inz2=3x36=108/m?

齿顶圆直径：’~

da}=（Z1-2优）6=（18+2x1）x3=63/run

da2=（z24-2h：）m=（36+2xl）x3=H7inm

齿根圆直径：

dfx=（zI-2/^-2r*）/n=（18-2xl-2x0.25）x3=46.5/Mn?

df2=（z2-2〃；-2c）m=（36-2x1-2x0.25）x3=1005加

基圆直径：

dhi=4xcosG=54xcos20°=50.74/m?

dh2=d2xcos5=117xcos20°=109.9^nvn

分度圆上齿厚：

mn3.14x3

=4.7\m/n

~22

C）两轮中心距:

4+d54+108

2=8\mm

22

4、在图示轮系中，已知:Zi=22,Z3=88,

Z3'=Z5o试求传动比i15。（10分）

答：齿轮1、2、3、H组成行星轮系部

分；

齿轮丁、4、5组成定轴轮系部分；

其中行星轮系部分的传动比：图3

卜①L为=_咨-_生=_瑾=_4（1）

13①3一叫ZlZ2Z]22

定轴轮系部分：

杀=竺_咨=一三=_1（2）

^3,^4Z3，

由图中可知：

co5=coH（3）

又有：

（Oy=COy（4）

由式1、2、3、4联立可得：

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。J8O°X（K-I）=18。*1.5-1）=36。

K+11.5+1

根据导杆机构的特性知：其中。为导杆的摆角

作图步骤：

a）"（乍Z.mDn=（p=O

7

b）作N/wD?的角平分线，在该线上取"A="加（即机架

长度）

c）过A点作导杆任一极位的垂线AG（或AC?）,其即为曲

柄，故

a=Jsin(^/2)=100xsin(36/2)=30.90/71/7/

D

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o

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：

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）

1、绘制缝纫机下针机构简图（草图）。

（5分）

2、图示为一内燃机的机构简图，试计算其自由度，并分析

组成此机构的基本杆组及机构级

别。（10分）□

D

答：见图所示。活动构件n=7；H

副pl=10；□

所以机构的自由度为

F=3n_Qp1+尸'=

3x7-(2xl0+lx()-0)-0=l

以AB为原动件:

机

构可分解

成下图。

II级机构

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）

答：A点为%;

B点为九;

P23由三心定理求得，见图。

4、在图示导杆机构中，ZE4C=90°,岫=60〃〃九，ZAC=120/wn,曲柄

AB以等角速度叼=30%d/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U尸0.001m/mni作机构的位置简图，如图A/

a所示。1

=在c=V1202+602m134mm

a）速度分析

求VB2

vB2=%[=694=30x0.06=1.8W/J（方向垂直AB转

向同Oh）

求1

以3+VB2B3

方向1AB1BC//AB

大小1.8

取U尸0.01m•sT/mm作上式的速度图（图b）

%=4法=0.01x80.36«0.8/n/5（方向见图）

%283=〃\,b2b3=0.01x161.07«1.6/W/5（方向见图）

=工1=————三起6rad/s（逆时针）

lar134x10-3

a）加速度分析

22

aB2=编2=EL=30X0.06=54/H/5（方向5—4）

/3=或xZBC=6?x0.134x4.8/w/s（方向8fC）

4283=犯％253=2乂6乂1.6=19.2m/$（方向_1_%283）

aB2=唯+aB3+aB2B3+“8283

方向ABfCIBC，VB2B3UBC

大小544.8?19.2?

以ua=lm•s'/mm作加速度图（图c）

力3=4,西=1X29.08«29〃〃Y（方向见图）

29

-----=21brad/s2

0.134

,=

5、图本轮系中，已知：Z|=60,z2=z2z3=z4=20,z5=100o试求传

动比i4io（10分）

11—1

答：2.

tVT2*

：H_例一0〃20x10（）_5垄

l=--^=.3W1

\5~八60x20-3（1）J

z,'HQ心a

1

：H_助一如_Z2Z3Z420x20_1吻41隗

-（）

*1460x20~32

g一%z^Z

5T

由式1、2联立可得:

配=-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=L2,颗板

长度=300nun,颉板璞角°=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

0180°x(K—1)180°x(1.2-l)_

U=----------------=-------------=16A.36O

K+l1.2+1

e)作出摇杆两个极限位置CiD和C2D,使NGDC?=35。

f)连接C、C2,并作GM垂直于CC。

g）作4。2%=90。-夕=90。-16.36。=73.64。，N与M相交于P点,

由图可见，=。=16.36。。

h）利用余弦定理求AG（令为X）

(2X/八8+x)+X―/m2

2(2x3+沙

量得/CQUI8042"""

代入求得连杆的长度：x=225.44mm

i）以G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_________丛动

件o

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_____________________________O

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O

7、棘轮机构的主要组成构件有：棘轮、_____棘

瓜__、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：

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：

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：动代换需要满足前面三个条件；静代换满足前两个

条件便可。

4、缶轮传动要匀速、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。

令滚子半径为小凸轮理论轮廓线的最小曲率半径为外加

当：人＞外而时：工作廓线出现交叉，出现失真现象。这时

不可行。

当：「”片面时：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）

□

D

□H

答:活动构件n=7；低副pl=10；G

所以机构的自由度为

F=3n-（2pf+ph-p,）-F=

3x7-（2xl0+lx0-0）-0=l

以AB为元动件：

机构可分解成下图。为in级机构

□H

DEO

F

1【级组

机架与原动件G

3、试求机构在图示位置的全部瞬心。（5分）

答：A点为P,

B点为P23；

C点为P34；

D点为九;

P.3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、图不钗链四杆机构中，已知"c=50〃肛lCD=35〃叽4。=30AD

为机架，（15分）

（1）若此机构为曲柄推杆机构，且AB为曲柄，求储的最

大值；

（2）若此机构为双曲柄机构，求的的

最小值；

（3）若此机构为双摇杆机构，求3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：小LHe

SP:lAB<lAD+lCD-lBC=30+35-50=15mm

所以*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。（RCUD，排除）

当BC为最长杆时：

由“杆长条件”知:IAD+IBCSCD

艮:lAB＞lAD+lBC-lCD=30+50-35=45nini

当AB为最长杆时：

由“杆长条件”知-“c+L

:lAB＜lBC+lCD_4。=50+35—30=55mtn