机械原理自测题

机械原理自测题（二）

一、判断题。（正确的填写“T”，错误的填写“F”）（20分）

1、一对相啮合的标准齿轮，小轮的齿根厚度比大轮的齿根厚度大。1F）

2、在曲柄滑块机构中，只要原动件是滑块，就必然有死点存在。（T）

3、两构件之间以点、线接触所组成的平面运动副称为高副，它产生两个约

束，而保留一个自由度。（F）

4、一对直齿轮啮合传动，模数越大，重合度也越大。（F）

5、平面四杆机构有无急回特性取决于极位夹角是否大于零。（T）

6、对于刚性转子，已满足动平衡者，也必满足静平衡。（T）

7、滚子从动件盘形凸轮的基圆半径和压力角应在凸轮的理论轮廓上度量。

（T）

8、在考虑摩擦的转动副中，当匀速转动时，总反力作用线永远切于摩擦圆。

（T）

9、当机构的自由度数大于零，且等于原动件数，则该机构具有确定的相对

运动。（T）

10、对于单个标准齿轮来说，节圆半径就等于分度圆半径。（F）

二、填空题；（10分）

1、机器产生速度波动的类型有（周期性）和（非周期性）两种c

2、钱链四杆机构的基本型式有（曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构）三种。

3、从效率观点分析，机械自锁的条件是（效率小于零）o

4、凸轮的形状是由（从动件运动规律和基圆半径）决定的。

5当两机构组成转动副时，其瞬心与（转动副中心）重合。

三、选择题（10分）

1、为了减小机器运转中周期性速度波动的程度，应在机器中安装（B）o

A）调速器;D）飞轮；C）变速装置。

2、重合度eu=1.6表示在实际啮合线上有（C）长度属于双齿啮合区。

A）60%；B）40%；C）75%。

3、渐开线齿轮形状完全取决于（C）o

A）压力角；B）齿数；C）基圆半径。

3、在从动件运动规律不变的情况下，对于直动从动件盘形凸轮机构，若缩小

凸轮的基圆半径，则压力角（B）o

A）保持不变；B）增大；C）减小。

5、在计算机构自由度时，若计入虚约束，则机构自由度数（Br

A）增多；B）减小；C）不变。

四、计算作图题（共60分）

（注：凡图解题均需简明写出作图步骤，直接在试卷上作图，保留所有作图线。）

1、计算下列机构的自由度（10分）

图4-1a)

F=3X6-2X8-1=1F=3X5-2X6-2=1

2、瞬心法图解图4-2所示凸轮机构从动件的线速度。（10分）

解:：过凸轮与平底的接触点作法

线n-n。由“三心定理”，P%

P23和P12共线,得P】2点。

由瞬心定义:

P=少月2月3M

3、由图4-3所示直动盘形凸轮的轮廓曲线，在图上画出此凸轮的基圆半径”、

各运动角即升程角①、远休止角①s、回程角①'、和①'s近休止角及从动件

升程h。（10分）

图4-3

4、己知如图4-4所小轮系各齿轮的齿数Zi-60、Z2-20、Z2-25、Z3-45、

n1=50转/分、n5=50转/分，方向如图示，求小的大小和方向。（10分）

解：此轮系是一差动轮系。

〃［一nH_Z2Z._20x45_3

54+3%_5x50+3x(-30)_35

MH转向与Hi相同。

5、如图4-5所示，已知机架AD=50mm,摇杆CD离机架最近极限位置的夹

角B=45°,CD=40nmio该机构为曲柄摇杆机构，K=1.4。求曲柄AB

和连杆BC的长度。（10分）

K-\

解：求出极位夹角6>=180°x----=30°

K+1

尹Cz解：作图步骤如下：

1）连接AC,作NCAC2=0

2）以D为圆心，CD为半径作弧与AC2交

于C2。

3）AB=（AC2-AC）/2；

BC=（AC2+AC）/2；

6、标准正常齿圆柱齿轮与一齿形角为20°的标准齿条无侧隙啮合，已知Z.-

20,m=6mmo用图解法求实际啮合线长度及重合度。

（10分）

mZ[,八

解：4==601nm%=4十=66mm

作图步骤：

1）作直线COi=ri＞过C点作水平线即齿条中线。

2）过Oi点作倾斜线即啮合线的垂线。

3）作齿顶圆交啮合线于Bi点，作距中线齿顶高度的平行线即齿顶线与啮

合线于B2点。B1B2即为实际啮合线长度。

4）重合度为

但与）4

'a

Timcosa

题6图

试题1

、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、一较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、氽弦加速运动规律

4、平面机构的平衡问题中，对“动不平衡”描述正确的是B°

A、只要在一个平衡面内增加或出去•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、使动不平衡转了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

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/.

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：

哂合性能好，重合度大，结构紧凑o

5、在周转轮系中，根据其自由度的数FI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Y=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

c）变位修正

四、计算题（45分）

1、计算如图I所示机构的自由度，注意事项应说明？（5*2）

A

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,pj=4,ph=0,pF'=0；所以该机构自由度为：

F=3/i-（2pa外-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〃=7,0=9,ph=1,//=0,F=l；所以该机构自由度为:

F-3n-(2pl+ph-//)-F'

=3x7—(2x9+1—0)—1

2、如图2所示机构中，各尺寸为：/4B=30mm,如尸100mm,加产50mm,//）E=40mm,曲柄以等角速度s

尸10rad/s运动，试用图解法求机构在外=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）

解：以Ui=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，贝ijVc3=VC4=0,ac3=ac4=0,33=32,。3=。2。

i.速度分析

vB=co]lAB=10x0.03=0.3m/s

VC2=VB+VC2B=VC3VC2C3

方向1ABLBCIIBC

?

大小4?0■

取uk0.005m・s-'/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=jnypd=0.005x45.2=0.23帆/s（沿pd^向）

vE=p.pe=0.005x34.4=0.1Im/s（沿pe方向）

_4力60.005x48.5

=2.00rad/s（瞬时针）

0.123

ii.加速度分析

1

aH=.=<JO\IAB—100x0.03=3m/s

哈8=2.002X0.123=0.49zn/52

d2c3=2%%2c3=2X2X0.005x34.5=0.69/77/52（方向£>fE）

aC2=+aC2B+aC2B=aC3+4c2c3+aC2C3

方向BTACTBIBCIBC//BC

大小VV?0V?

以Pa=0.04ni-s-2/Hini作加速度图（图c）,再加速度影像原理得点L和e',由图可得：

2

aD=f.Lapd,=0.04x65.14=2.6\m/s（沿p”方向）

2

aE=^'=0.04x71.01=2.84m/5（沿p'd方向）

%==°O4x25.85=841^//52（川页时针）

UJ0.123

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,Z2=36,模数〃『3,压力角。与齿顶高系数

〃：为标准值，试求：（10分）

1）该圆柱齿轮机构的传动比，72

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

b)两轮的分度圆直径:

[="匕]=3x18=54〃"〃d、—〃亿)=3x36=108nun

齿顶圆直径:

du=(Z[+2心m=(18+2x1)x3=63mm

da2=(z2+2h：)m=(36+2x1)x3=117mm

齿根圆直径:

(J”—(Z1—2ha—2c)m—(18—2x1—2x0.25)x3—46.5〃〃〃

df2=(z2-2瓦-2c)m=(36-2x1-2x0.25)x3=100.5mm

基圆直径:

df]=&xcos。=54xcos20°=50.74〃w?

dh2=&xcosS=117xcos20°=109.94"?/??

分度圆上齿厚:

Tim3.14x3

——=-------=4.7\tnm

22

c)两轮中心距:

22

4、在图示轮系中，已知：Z尸22,Z3=88,Z3'=Z5O试求传动比八5。（10分）

、*，

答：齿轮I、2、3、H组成行星轮系部分;

齿轮3,4、5组成定轴轮系部分;

T

图3

其中行星轮系部分的传动比:

*=助-，%=_咨=_2=_瑾=一4(1)

g-。〃ZjZ2Z122

定轴轮系部分:

&=叽刍­](2

Zj.ZqZ?,

由图中可知：

(o5—coH(3)

又有：

(03=CDy(4)

由式1、2、3、4联立可得：

b=9

五、设计题(10分)

设计•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

宇说明)

解：

导杆机构的极位夹四吟丁二塔犷市

根据导杆机构的特性知：e=(p・,其中°为导杆的摆角

作图步骤:

a）作乙mDn=（p=0

b）作的角平分线，在该线上取=d=100〃〃〃（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=c/sin（9/2）=100xsin（36/2）=30.90mm

试题2

・、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某圆的大小。

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，应在两个平衡基而一上加平衡质量。

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索计入到摩擦系数中，这种

转化后的摩擦系数称为当量摩擦系数。

3、实现往发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）

次I

2、图示为一内燃机的机构简图，试计算其自由度，并分析组成比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

b=3〃一（2〃/+一"）一F=

3x7-（2xl0+lx（）-0）-0=l

以AB为原动件：

机构可分解成下图。II级机构

H尔尔

II例如

£11AM匕商』，中

因比该机构为：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P|3：

B点为P|2；

P23由三心定理求得，见图。

4、在图示导杆机构中，ABAC=90°,lAB=60〃"〃，lAC=120,皿，曲柄AB以等角速度外y^rcid!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『0.0（）lm/mm作机构的位置简图，如图a所示。

22

lBC=依+/%=7120+60«134mm

a）速度分析

求“

匕2=v»i=WAB=30x0.06=1.Sin/s（方向垂直AB转向同3.

求心3

%=03+%283

方向A.AB1BC//AB

大小1.899

取Mv=0.01ni•s'/mm作上式的速度图（图b）

vB3=juvpbi=0.01x80.36*0.8m/s（方向见图）

v/J2/?3=氏b也3=0.0lx161.07«1.6/??/5（方向见图）

0.8

b6rad/s（逆时针）

134x10-3

a）加速度分析

2

aR2=。；2=①;IAB=3。2x0.06=54m/s（方向8fA）

x=6?x0.134"4.8/n/s（方向8TC）

。幻3=233匕283=2X6X1.6=19.2〃〃s（方向_LvB2fl3）

心十

aB2二aB3+aB2B3+aB2B3

方向B^ABTCA.BC,以283//BC

大小544.8?19.29*

以Ua=1m•s.2/mm作加速度图（图c）

2

c/g3=Rie'by=1x29.08~29m/s（方向见图）

a

bc

、图示轮系中，已知：f

5Z)=60,z2=z2=z3=z4=20,z5=100o试求传动比i4i。(10分)

答：

,H_①I一①H_Z2Z5_20x100_5

(1)

0-。〃z,'60x203

,H_co「①H__22Z3Z4_20x20_1

14(2)

g-%z1z2'z360x203

由式1、2联立可得:

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=l.2,颗板长度怎）=300〃〃〃，颗板摆角9=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

^180OL(K-1)=18QOX(1.2-1)=1636O

K+11.2+1

e）作出摇杆两个极限位置GD和C2D,使NG℃2=35。

0连接Ci、C2,并作CiM垂直于CC2。

g)作NGGN=9O0-9=9O。-16.36。=73.64。,N与M相交于P点，由图可见，

/eg=9=16.36。。

h)利用余弦定理求AG(令为x)

C。小叱娼

量得VIV一=180.42〃〃〃

代入求得连杆的长度：x=225.44〃〃〃

i）以G为圆心，x为半径俏圆，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。

2、转动副的自锁条件是：驱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，当曲柄与机架两次出线位置时出现最小传动角。

二、简答题（每小题5分，共25分）

I、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枸成运动副的表面。

2、列举5种能实现连续回转运动的机构。

答：

I）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，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：

I、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釉的转动惯量不变；

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1。

3）对正确啮合要求：满足正确啮合条件。

5、有•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

引么？

答：不一定。

令滚子半径为匚；凸轮理论轮廓线的最小曲率半径为/^出

当：9>g„in时：工作廓线出现交叉，出现失真现象。这时不可行。

当：9=g„in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）

2、图示为一内燃机的机构简图，：式计算其自由度；以EG为原动件时分析组成此机构的基本杆组及机构级

别，(10分)

答：活动构件n=7；低副pl=10；

"-一

所以机构的自由度为/X/

F=3n-Qp[+P〃_")_F=/­

3x7-(2xl0+lx0-0)-0=l

以AB为无动件：

机构可分解成卜图。为III级机构

------->XJ----

■1

CfHSC4A

/III4K4>nHlbu

-hM--

A

3、试求机构在图示位置的全部瞬心。(5分）

答：A点为Pi2；p23

B点为P23；

C点为P.M；

D点为P：pi2

14X1

/////1/////

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、图示钱链四杆机构中，已知/比一曲""〃，/（7）一35〃"〃,，。一30〃"〃，为机架，（15分）

（1）若此机构为曲柄摇杆机构，且AB为曲柄，求的最大值；

（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,