《机械原理习题集》

信侑里冢*辱

机械原理习题集

姓名_______________________

专业班级______________________

学号_______________________

交通与机械工程学院基础教研室

精oo文档

目录

第一章绪论..............................................1

第二章平面机构的结构分析.................................1

第三章平面机构的运动分析.................................9

第四章平面机构的力分析..................................30

第五章机械效率与自锁....................................40

第六章机械的平衡........................................47

第七章机器的运转及其速度波动的调节.....................54

第八章平面连杆机构......................................64

第九章凸轮机构及其设计..................................75

第十章齿轮机构及其设计..................................84

第十一章齿轮系及其设计..................................97

第一章绪论

选择填空

1、机构中的构件是由一个或多个零件所组成，这些零件间B产

生任何相对运动。

A、可以B、不能

2、构件是组成机器的」______o

A、制造单位B、独立运动单元C、原动件D、

从动件

简答题

1、什么是机构、机器和机械？

机构：在运动链中，其中一个件为固定件（机架），一个或几个构件为

原动件，其余构件具有确定的相对运动的运动链称为机构。

机器：能代替或减轻人类的体力劳动或转化机械能的机构。

机械：机器和机构的总称。

2、机器有什么特征？

（1）经过人们精心设计的实物组合体。

（2）各部分之间具有确定的相对运动。

（3）能代替或减轻人的体力劳动，转换机械能。

3、机构有什么特征？

（1）经过人们精心设计的实物组合体。

（2）各部分之间具有确定的相对运动。

4、什么是构件和零件？

构件：是运动的单元，它可以是一个零件也可以是几个零件的刚性组合。

零件：是制造的单元，加工制造不可再分的个体。

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第二章平面机构的结构分析

判断题

1、具有局部自由度的机构，在计算机构的自由度时，应当首先除去局

部自由度。(J)

2、具有虚约束的机构，在计算机构的自由度时，应当首先除去虚约束。

(V)

3、虚约束对运动不起作用，也不能增加构件的刚性。(X)

4、六个构件组成同一回转轴线的转动副，则该处共有三个转动副。

(X)

选择填空

1、原动件的自由度应为B。

A、0B、1C、2

2、机构具有确定运动的条件是

A、自由度＞0B、自由度=原动件数C、自由度＞1

3、由K个构件汇交而成的复合较链应具有个转动副。

A、K-1B、KC、K+1

4、一个作平面运动的自由构件有上个自由度。

A、1B、3C、6

5、通过点、线接触构成的平面运动副称为o

A、转动副B、移动副C、局副

6、通过面接触构成的平面运他副称为上。

A、低副B、高副C、移动副

7、平面运动副的最大约束数是

A、1B、2C、3

8、原动件数少于机构自由度时，机构将B。

A、具有确定的相对运动B、无规则地乱动C、遭到破坏。

填空题

1、使两构件直接接触并能产生一定相对运动的联接称为运动

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副O

2、平面机构中的低副有和回转副两

种。

3、机构中的构件可分为三类：原动件、从动件和机

_________o

4、在平面机构中若引入一个高副将引入」个约束。

5、在平面机构中若引入一个低副将引入二个约束。

6、平面运动副按组成运动副两构件的接触特性，分为低副和高副

两类。其中两构件间为面接触的运动副称为低副；两构件间

为点接触或线接触的运动副称为局副O

7、在平面机构中构件数、约束数与机构自由度的关系是

F=3r-2Pi-Pho

8、机构具有确定的相对运动条件是原动件数等于机构的自

由度数。

简答题

1、什么是平面机构？

组成机构的所有构件都在同一平面或相互平行的平面上运动。

2、什么是运动副？平面运动副分几类，各类都有哪些运动副？其约束

等于几个？

运动副：两个构件直接接触而又能产生一定相对运动的联接叫运动副。

平面运动副分两类：

（1）平面低副（面接触）包括：转动副、移动副，其约束为2o

（2）平面高副（点、线接触）包括：滚子、凸轮、齿轮副等，约束为1o

3、什么是运动链，分几种？

若干个构件用运动副联接组成的系统。分开式链和闭式链。

4、什么是机架、原动件和从动件？

机架：支承活动构件运动的固定构件。

原动件：运动规律给定的构件。

从动件：随原动件运动，并且具有确定运动的构件。

5、机构确定运动的条件是什么？什么是机构自由度？

条件：原动件的数目等于机构的自由度数，

机构自由度：机构具有确定运动所需要的独立运动参数。

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6、平面机构自由度的计算式是怎样表达的？其中符号代表什么？

F=3n-2PL-PH其中：

n--活动构件的数目，PL--低副的数目，PH—高副的数目。

7、在应用平面机构自由度计算公式时应注意些什么？

应注意复合较链、局部自由度、虚约束。

8、什么是复合校链、局部自由度和虚约束，在计算机构自由度时应如

何处理？

复合较链：多个构件在同一轴线上组成转动副，计算时，转动副数目为

m-1个

局部自由度：与整个机构运动无关的自由度，计算时将滚子与其组成转

动副的构件假想的焊在一起，预先排除局都自由度。

虚约束：不起独立限制作用的约束，计算时除去不计。

9、什么是机构运动简图，有什么用途？

抛开构件的几何形状，用简单的线条和运动副的符号，按比例尺画出构

件的运动学尺寸，用来表达机构运动情况的图形。

用途：对机构进行结构分析、运动分析和力分析。

习题

2-1如图所示为一简易冲床的初拟设计方案。设计的思路是：动力由1

输入，使轴A连续回转；而固定在轴A上的凸轮2与杠杆3组成的凸

轮机构将使冲头4上下运动以达到冲压的目的。试绘出其机构运动简图,

分析其是否能实现设计意图？并提出修改方案。

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2-2如图所示为一具有急回运动的冲床。图中绕固定轴心A转动的菱形

盘1为原动件，其滑块2在B点较接，通过滑块2推动拨叉3绕固定

轴心C转动，而拨叉3与圆盘4为同一构件，当圆盘4转动时，通过

连杆5使冲头6实现冲压运动。试绘制其机构运动简图。

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A

4

D3

5

E

K/

kK

6

2-3试计算图示齿轮-连杆组合机构的自由度。

解：⑻A为复合较链n=4,PL=5,Ph=1.

F=3n-2PL-Ph=3X4-2X5-1=1

(b)BCD为复合钱链n=6,PL=7,Ph=3

F=3n-2PL-Ph=3X6-2X7-3=1

2-4试计算图示凸轮-连杆组合机构的自由度。图a中校接在凸轮上D

处的滚子可在CE杆上的曲线槽中滚动；图b中在D处为钱接在一起的

两个滑块。

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夕

F口叫

3

KZZ]K//1

F77ICF77I

(b)

解：(a)LD为局部自由度

方法1：n=9PL=11Ph=2F=2

F=3n-2PL-Ph-F'

=3X9-2X11-2-

=1

方法2：n=7PL=9Ph=2

F=3n-2PL-Ph

=3X7-2X9-2

=1

(b)局部自由度E,Bo虚约C

方法1：n=7PL=8Ph=2F=2

F=3n-2PL-Ph-F'

=3X7-2X8-2-

=1

访法2：n=5PL=6Ph=

F=3n-2PL-Ph

=3X5-2X6-

=1

2-5试计算如图所示各平面机构的自由度。

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解：(a)

局部自由度C

简化法：n=4,pi=5,ph=1.

F=3X4-2X5-1

=1

(b)

局部自由度F

简化：n=6,PL=8ph=1

F=3X6-2X8-1

=1

2-6计算机构自由度，图中标箭头的构件为原动件（应注明活动件、低

副、高副的数目，若机构中存在复合较链，局部自由度或虚约束，也须

注明）。

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解：局部自由度E,复合较链C。

简化：n=7,PL=9,ph=1

F=3X7-2X9-1=2

2-7计算机构自由度并分析组成此机构的基本杆组、确定机构的级别。

n—5,pi_=7,ph=O.

F=3X5-2X7-0

=1

J

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解：n=9,p=13,p=0.

F=3X9-2X13-0

第三章平面机构的运动分析

判断题

1、两构件组成一般情况的高副即非纯滚动高副时，其瞬心就在高副接

触点处。（X）

2、平面连杆机构的活动件数为n,则可构成的机构瞬心数是n（n+1）

/2o（V）

3、在同一构件上，任意两点的绝对加速度间的关系式中不包含哥氏加

速度。（V）

4、在平面机构中，不与机架直接相连的构件上任一点的绝对速度均不

为零。（X）

选择填空

1、在两构件的相对速度瞬心处，瞬时重合点间的速度应有

A、两点间相对速度为零，但两点绝对速度不等于零；

B、两点间相对速度不等于零，但其中一点的绝对速度等于零；

C、两点间相对速度不等于零且两点的绝对速度也不等于零；

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D、两点间的相对速度和绝对速度都等于零。

2、速度影像原理适用于

A、不同构件上各点B、同一构件上所有点C、同一构件上

的特定点。

3、速度瞬心是指两构件上0^。

A、绝对速度相等的点B、相对速度为零的点C、等速重合

点

4、加速度影像原理不能用于

A、同一构件上的某些点B、同一构件上各点C、不同构件

上的点。

填空题：

1、速度瞬心可以定义为相互作平面相对运动的两构件上瞬时速度相等

重合点。

2、相对瞬心与绝对瞬心的相同点是都是等速重合点，不同点是绝对

速度是否为零；在由N个构件组成的机构中，有N(N-1)/2一(N・1)

个相对瞬心，有N-1个绝对瞬心。

3、当两构件组成转动副时，其相对瞬心在转动中心处;组成移动副

时，其瞬心在垂直于导路处;组成兼有滑动和滚动的高副时，其瞬

心在|过接触点的公法线上I处O

4、作相对运动的三个构件的三个瞬心必在同一条直线上

5、平面四杆机构共有相对瞬心3个,绝对瞬心3个。

6、用矢量方程图解法对机构进行运动分析时，影像原理只能应用于」亘

一构件上的各点。

简答题

1、平面机构运动分析的内容、目的和方法是什么？

内容：构件的位置、角位移、角速度、角加速度、构件上点的轨迹、位

移、

速度、加速度。

目的：改造现有机械的性能，设计新机械，

方法：图解法、解析法、实验法。

2、什么是速度瞬心，机构瞬心的数目如何计算？

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瞬心：两个构件相对速度等于零的重合点，K=N(N-1)/2

3、速度瞬心的判定方法是什么？根据瞬心的定义判定有几种？

判定方法有两种：根据瞬心的定义判定和三心定理，根据瞬心的定义判

定有四种：

(1)两构件组成转动副的轴心。

(2)两构件组成移动副，瞬心在无穷远处。

(3)纯滚动副的按触点，

(4)高副接融点的公法线上。

4、用相对运动图解法求构件的速度和加速度的基本原理是什么？

基本原理是理论力学中的刚体平面运动和点的复合运动。

5、什么是基点法？什么样的条件下用基点法？动点和基点如何选择？

基点法：构件上某一点的运动可以认为是随其上任选某一点的移动和绕

其点

的4^-gjfj的y去

求同一构件上两点间的速度和加速度关系时用基点法，动点和基点选在

运动要素己知的钱链点。

6、用基点法进行运动分析的步骤是什么？

(1)选长度比例尺画机构运动简图

(2)选同一构件上已知运动要素多的较链点作动点和基点，列矢量方

程，标出已知量的大小和方向。

(3)选速度和加速度比例尺及极点p、p'按已知条件画速度和加速度

多边形，求解未知量的大小和方向。

(4)对所求的量进行计算和判定方向。

7、什么是运动分析中的影像原理？注意什么？

影像原理：已知同一构件上两点的速度或加速度求另外一点的速度和加

速度，则这三点速度或加速度矢端所围成的三角形与这三点在构件上围

成的三角形相似，这就称作运动分析中的影像法，又称运动分析中的相

拟性原理。

注意：三点必须在同一构件上，对应点排列的顺序同为顺时针或逆时针

方向。

8.什么是速度和加速度极点？

在速度和加速度多边形中，绝对速度为零或绝对加速度为零的点，并且

是绝对速度或绝对加速度矢量的出发点。

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9、速度和加速度矢量式中的等号，在速度和加速度多边形中是哪一点？

箭头对顶的点。

10、在机构运动分析中在什么情况下应用应用重合点法？

两个活动构件有相对运动时，求重合点的速度和加速度。

11、应用重合点进行运动分析时，什么情况下有哥氏加速度？

当牵连角速度和重会点间相对速度不等于零时，有哥氏加速度，若其中

之一等于零，则哥氏加速度等于零.

大小为：akB1B2=2U)2VB1B2

方向为：VB1B2的矢量按牵连角速度32方向旋转90°o

12、应用重合点法进行运动分析时的步骤是什么？

(1)选择比例尺画机构运动简图。

(2)选运动要素已知多的较链点为重合点，列速度，加速度矢量方程。

(3)选速度比例尺和速度极点画速度多边形。

(4)选加速度比例尺和加速度极点画加速度多边形图。

(5)回答所提出的问题。

习题

3-1试求图示各机构在图示位置时的全部瞬心的位置。

P13(P23)

(a)

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Pl3M

3-2在图示的机构中，已知各构件长度(机构比例尺四=实际构件长度

/图上长度=0.002m/mm),原动件以等角速度cm=10rad/s逆时针转动,

试用图解法求在图示位置时点E的速度VE和加速度aE,构件2的角速

2

度32和角加速度。2。建议取：|Jy=0.005(m/s)/mm；pa=0.05(m/s)/mmo

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方向±CD±AB±BC

大小？3山?*

速度比例尺uv=0.005(m/s)/mm

VR=O.3A?Z/SVc=0.2m/s

①3二—=4r/53)=——=2r/s

-I

ICDBC

求VE：

作△bces/XBCE用影像法得出

VE—Pv.p6=0.35m/s

加速度分析。(1)求ac

%—ac+ac—aB+aCB+aCB

方向C-D±CDB-AC-B

±BC

大小g】cD??■

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(用影像法求.石)

a_&CB_儿・〃BC・C

^CB_Na・Pe-IBCIBC

3

3-3在图示的机构中，已知各构件长度(|JL=0.002m/mm),原动件

以等角速度0)1=10rad/s逆时针转动，试用图解法求点D的速度VD和

2

加速度aD。建议取：pv=0.03(m/s)/mm；pa=0.6(m/s)/mmo

Ao_///////////////////ojE

4

D

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解：（1）选F点为重合点，则出=匕

v%=5+vs-尸

方向±EF±AF〃AF

大小?Wi?

作速度多边形，如图所示。

%=N»・P于2

(2)求V。，D是EF上的一点。用影像法求解。

ED_pci___

EF=p,2%=氏・Pd

加速度分析

d/£7IdJrC^L匚Id/r-*JrI>7TT

(1\七f2和七六1卜24

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方向F—E-LEFF—A-LAF//AF

大小短环?①"F2可1/耐?

（2）求aD

用速度影像法求解。

EDp'd'——

三万一万万.・■旬=Av・P'd'

3-4在图示的机构中，已知各构件的尺寸及原动件1的角速度coi（为

常数），试以图解法求在（P1=90。时构件3的角速度33及角加速度。3（比

例尺任选）。

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解：选B点为重合点，嘘2二嘘1

速度分析力3约83约

方向±BD±AB//CD

大小?①JAB?

作速度多边形,如图所示：

b2VP

当

3?

-3=，BD（沿逆时针方向）

加速度分析

--n.--T_-J72_1_Kk_1_K厂

C/LnIDaDIaDDICLDD

*383约占约“382

方向B-D±BDB-A±CD//CD

大小①31BD?aIAB2电魄也?

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作加速度多边形，如图所示:

*3=Na"%I”（顺时针方向）

3-5在图示的摇块机构中，已知l_AB=30mm,LAC=100mm,LBD=

50mm,LDE=40mm,曲柄以等角速度的=10rad/s回转，试用图用

法求机构在0=45。位置时，点C和点E的速度和加速度，以及构件2

的角速度和角加速度。

解：选择B点为重合点

速度分析北=匕2

vs="吗+"吗?

3

方向_LBC_LAB〃BC

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大小？3Tli9

做速度多边形，如图所示：

P(c)

?

e

助一3?---------------

,BC曦(顺时针方向)

..%=°

V

求EMZABEC^Ab3ep

•.•VE=A3

一拉.一7—-n.-k.-r

aoIaDd口ICLnoIao〃

力口速度分析，"3与％与B?B3B2

方向B-C±BCB-A±BC〃

BC

21

大小03%C?"lAB233VB加?9

■

作加速度多边形，如图所示：

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求作影像图，取△BECs/^b'e'p'

则

3-6在图示六杆机构中，已知机构运动简图以及原动件的角速度0）1为

常数，试用矢量方程图解法求：

（1）构件2的角速度32；

（2）速度VD及角速度35。

要求列出矢量方程式，并分析各量的大小和方向，做出矢量多边形，可

不按比例尺但方向必须正确。

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解：速度分析

(1)求“

玛=心十玛A

方向±BC±A0±AB

大小？?

作速度多边形，如图所示

CD?1----------------

(AB(AB逆时针方向

(2)求AB杆上的匕o

影像法，作△ABDsZXabd

则VD2-44°2方向如图。

vv-

(3)求小D，重合点法，口D

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vvv

r>4=r>2+r>4r>2

方向±DEJ〃AB

大小？J?

由速度多边形可知_______

_-----co="=N\Pda

5

叱。5=〃、-P&4lOElnE（逆时

针）

3-7在图不六杆机构中，已知：IBC=ICD=I1=/a=420rnrn,IAB=^40rnm,

/2=180mm,u）i=20rad/So

（1）分析该机构的自由度以及机构的级别；

（2）用相对运动图解法求解在图示位置时，F点的速度；

（3）构件2的角速度32。

解：(1)求自由度

N=5,PL=7Ph=0

F=3X5-2X7-0

=1

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V

（2）求右（基点法）

迟=玛十%

方向±CD±AB_LBC

大小？?*

作速度多边形，如图所示:

（逆时针方向）

（3）求2杆上的E点速度,

作影像图，则E2的大小,方向可求。

（4）求5杆上的E点速度，（重合点法）

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vr=v+底

七5乜2乜5乜2

方向〃EFV//BC

大小？V?

叱尸=HvPG

3-8图示为干草压缩机中的六杆机构，已知各构件长度/^B=600mm,

150mm,/BC=120mm,IBD=500mm,/CE=600mm及XD=400mm,

yp=500mm,ye=600mm,cui=10rad/So欲求活塞E在一个运动循环

中的位移、速度和加速度，试写出求解步骤并画出计算流程图。

F=3X52X7

=1

(2)

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(3)求〜(基点法)

土B=2

方向±BD±A0±BA

大小?51

作速度多边形，如图所示:

Aa

(逆时针方向)

(4)求〜用影像法求解，Vc=〃"C

(5)求VE

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VE=匕S+EC

方向水平V±EC

大小？V?

乙=QPe

EC4・ec

/二

（顺时针方向）

第四章平面机构的力分析

判断题

1、在机械中，因构件作变速运动而产生的惯性力一定是阻力。（X）

2、在车床刀架驱动机构中，丝杠的转动使与刀架固联的螺母作移动，

则丝杠与螺母之间的摩擦力矩属于生产阻力。（X）

3、考虑摩擦的转动副，不论轴颈在加速、等速、减速不同状态下运转,

其总反力的作用线一定都切于摩擦圆。（4）

4、三角螺纹的摩擦大于矩形螺纹的摩擦，因此，前者多用于紧固联接。

（d）

选择填空题

1、作变速运动的构件上的惯性力，B

A、当构件加速运动时它是驱动力，当构件减速运动时它是阻力；

B、当构件加速运动时它是阻力，当构件减速运动时它是驱动力；

C、无论构件是加速运动还是减速运动时，它总是阻力；

D、无论构件是加速运动还是减速运动时，它总是驱动力。

2、相同材料组成的平滑块与楔形滑块相比较，在外载荷相同的情况下,

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Ao

A、平滑块的摩擦总小于楔形滑块的摩擦B、平滑块的摩擦与楔

形滑块的摩擦相同

C、平滑块的摩擦总大于楔形滑块的摩擦

3、构件1、2间的平面摩擦的总反力R12的方向与构件2对构件1的相

对运动方向所成角度恒为C。

A、0°B、90°C、车屯角D、

锐角

4、在机械中阻力与其作用点速度方向D。

A、相同B、一定相反C、成锐角D、相

反或成钝角

5、在机械中驱动力与其作用点的速度方向C。

A、一定同向B、可成任意角度C、相同或成锐角D、成钝

角

6、在机械中，因构件作变速运动而产生的惯性力o

A、一定是驱动力B、在原动机中是驱动力，在工作机中是

阻力

C、一定是阻力D、无论在什么机器中，它都有时是驱动

力，有时是阻力。

7、图示径向轴承，虚线所示为摩擦圆，初始状态

为静止不动的轴颈，在外力的作用下，其运动状态

是CO

A、匀速运动B、仍然静止不动

C、加速运动D、减速运动

8、如果作用在径向轴颈上的外力加大，那么轴颈

上摩擦圆C。

A、变大B、变小C、不变

9、当考虑摩擦时，径向轴颈转动副中，总反力RBAA。

A、必切于摩擦圆，且RBA对轴心的力矩方向与3AB的方向相反；

B、必切于摩擦圆，且RBA对轴心的力矩方向与U)BA的方向相反；

C、必与摩擦圆相割，且RBA对轴心的力矩方向与3AB的方向相反。

10、考虑摩擦的转动副，不论轴颈在加速、等速、减速不同状态下运转,

其总反力的作用线C切于摩擦圆。

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A、都不可能B、不全是C、一定都

填空题

1、对机构进行力分析的目的是：(1)确定运动副反力；(2)确定机构

平衡力或平衡系力偶。

2、静力分析一般适用于低速机械，惯性力小，忽略不计的情况。

3所谓动态静力分析是指把惯性力视为加于机构上的外力，再按静力分

杭________________________________________________的一种力分析

方法，它一般适用于高速，重载情况。

4、机械中三角带传动比平型带传动用得更为广泛，从摩擦角度来看，

其主要原因是一相同情况下，三角带传动摩擦力大于平型带传动摩

擦力O

简答题

1、什么是机构的动态静力分析？在什么样的机构中必须考虑惯性力的

影响?

在机构中将惯性力视为一般外力加于构件上，再按静力学方法进行分析

计算，这种考虑惯性力的机构受力分析的方法称为动态静力分析，在高

速重载机械中必须考虑惯性力，因为惯性力很大。

2、什么是惯性力和总惯性力？

惯性力：是一种加在变速运动构件质心上的虚构的外力。Pi=-mas

总惯性力：是质心上的惯性力大小方向不变的平移，即使其对质心的力

矩等于惯性力矩。PihpL=-Js这时的惯性力称总惯性力。

3、构件组的静定条件是什么？

3n-2PL=0o

4、机构动态静力分析的目的是什么、步骤、方法是什么？

目的：确定各云动副中的反力，确定机械上的平衡力或平衡力矩。

步骤：

(1)对机构进行运动分析，求出质点s的加速度as和各构件的角

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加速度。

（2）按R=-mas和M=-Js£确定惯性力和力矩加在相应的构件上

作为外力。

（3）确定各个运动副中的反力，首先按静定条件F=3n-2pL=0来

拆静定的自由度为零的杆组，把杆组的外端副的反力分解为沿杆长方向

的反力中和沿杆长垂直方向的反力R,再用杆组的力平衡条件写出

矢量式，按比例尺画出力封闭多边形求出各外端副的法向反力中。最

后用各构件的力平衡条件求出内端副的法向反力。

（4）确定原动件上的平衡力和平衡力矩，用静力学力和力矩平衡条件

进行计算。

5、图示轴颈7在轴承2中沿3方向转动，Q为驱动力，P为摩擦圆半

径。

（1）试判断图A、B、C中哪个图的总反力R21是正确的？

（2）针对正确图形，说明轴颈是匀速、加速、减速运动还是自锁？

题5题6

6、图a、b给出运转着轴颈受力的两种情况，Q为外力，P为摩擦圆半

径。试画出轴承对轴颈的总反力R21,并说明在此两种情况下该轴的运

动状态（匀速、加速或减速转动）。

习题

4-1图示为一曲柄滑块机构的三个位置，P为作用在滑块上的驱动力，

摩擦圆摩擦角如图所示。试在图上画出各运动副反力的真实方向。（构

件重量及惯性力略去不计）。

解题步骤：1,判断受拉？受压？

2,判断321,323,的方向。

3,判断总反力切于摩察圆上方还是下方。

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4-2在图示的较链四杆机构中，已知机构的位置、各构件的尺寸和驱动

力F,各转动副的半径和当量摩擦系数均为,和。。若不计各构件的重

力、惯性力，求各转动副中反作用力的作用线和作用在从动件3上的阻

力偶矩M3的方向。

内容提要：（1）,2杆受压（2）,321,323都是逆时针转向

（3）,3杆：力矩平衡（4）,1杆：三力汇交

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R21

4-3在图示的较链四杆机构中，已知机构的位置和各构件的尺寸，驱动

力为Pd,图中的虚线小圆为摩擦圆，不计各构件的重力和惯性力，要求

各转动副中反作用力的作用线和机构能克服的作用在从动件3上的阻力

偶矩M3的转向。

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Rl2

4-4在图示的曲柄滑块机构中，已知"s=90mm,/BC=240mm；曲柄上

E点作用有生产阻力Q且与曲柄垂直；滑块与机架间的摩擦角（p=8°,

钱链A、B、C处的虚线小圆为摩擦圆，其半径分别为pA=8mm,pB=pc=6

mm；滑块上作用有水平驱动力F=1000N。设不计各构件的重力和惯性

力，求当曲柄处于6=50。位置时，驱动力F所能克服的生产阻力Q的大

小

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(3),取1杆研究：&+。+&=°

4-5＞在图示双滑块机构中，已知工作阻力Q=500N,转动副A、B处

摩擦圆及移动副中的摩擦角(P如图所示。试用图解法求出所需驱动力P。

［规定］：取力比例尺|Jp=10N/mmo

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4

解：(1)取2杆研究：为二力杆，52压，321，323均为逆时

针转向

(2)取3杆研究：0+息+鼠=。二力汇交

\43

⑶取1块研究

P+61+R?]—0：

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第五章机械效率与自锁

选择填空题

1、在机器稳定运转的一个运动循环中，若输入功为Wd，输出功为Wr,

损失功为Wf,则机器的机械效率为-A_______o

A、Wr/WdB、Wf/WdC、Wr/Wf

2、机械出现自锁是由于Ao

A、机械效率小于零B、驱动力太小C、阻力太大D、

约束反力太大

3、从机械效率的观点分析，机械自锁的条件为B0

A、机械效率20B、机械效率WOC、机械效率

4、在由若干机器并联构成的机组中，若这些机器中单机效率相等均为

n。，则机组的总效率n必有如下关系_0_。

A、r|>r|oB、q<qoC、n=OoD、n=nr|o（n为单机

台数）

5、在由若干机器并联构成的机组中，若这些机器的单机效率均不相同，

其中最高效率和最低效率分别为nmax和nmin,则机组的总效率R必有

如下关系D。

A、r|<nminB、P|>nmaxC、r|min—Q—QmaxD、

nminVr]Vr|max

6、在由若干机器串联构成的机组中，若这些机器的单机效率均不相同,

其中最高效率和最低效率分别为F]max和r>in,则机组的总效率Q必有如

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下关系上_______。

A、n〈nminB、f|>r|maxC、r|min—Q—QmaxD、

nminVn〈nmax

7、反行程自锁的机构，其正行程效率C,反行程效率

Do

A、q>1B、q=1C、0<n<1D、r|<0

8、自锁机构一般是指B的机构。

A、正行程自锁B、反行程自锁C、正反行

程都自锁

9、在其他条件相同的情况下，矩形螺纹的螺旋与三角螺纹的螺旋相比，

前者C。

A、效率较高，自锁性也较好B、效率较低，但自锁性较好

C、效率较高，但自锁性较差D、效率较低，自锁性也较差

填空题

1、设机器中的实际驱动力为P,在同样的工作阻力和不考虑摩擦时的

理想驱动力为Po,则机器效率的计算式是n=Po/P。

2、设机器中的实际生产阻力为Q,在同样的驱动力作用下不考虑摩擦

时能克服的理想生产阻力为Qo,则机器效率的计算式是1^=Q1

Qoo

3、在认为摩擦力达极限值条件下计算出机构效率n后，则从这种效率

观点考虑，机器发生自锁的条件是-

0O

4、设螺纹的升角入，接触面的当量摩擦系数为fv,则螺旋副自锁的条

件是x<arctg。

5、并联机组的效率与机组中与各机器效率，以及各机器所传递的功率大小有关。

简答题

1、写出移动副中的摩擦的几种情况下其水平驱动力与铅垂载荷之间的

关系式。

(1)平面摩擦P=Qtg(p,tg(p=fo

(2)斜平面摩擦P=Qtg(a+(p)o

(3)平槽面摩擦P=Qtg(pv,tgq)v=fv=f/sin&6为槽形半角，⑺、

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fv分别为当量摩擦角、当量摩擦系数。

（4）斜槽面摩擦P=Qtg（。+（pv）o

2、螺旋副中的水平驱动力和铅垂载荷关系如何？

（1）矩形螺纹P=Qtg（a+（p）,M=Pd2/2o

（2）三角螺纹P=Qtg（。+5）,M=Pd2/2,（pv=arctgfv.fv=

f/cosp,B为牙形半角。

3、转动副中轴颈摩擦的摩擦力或摩擦力矩公式如何？

A=fvQ式中的fv是转动副的当量摩擦系数。Mf=pR2i=rfvQ=

pQ,p=rfvo

4、移动副和转动副中总反力的确定方法是什么？

移动副：R21与V12成90。+0）。转动副：R21对摩擦圆中心力矩方向与312

转向相反并切于摩擦圆。摩擦圆半径p=rfv,fv=（1-1.5）fo

5、什么是机械效率？考虑摩擦时和理想状态机械效率有何不同？

机械稳定转动时的一个能量循环过程中，偷功出与输入功的比值称为机

械效率。考虑摩擦时机械效率总是小于1,而理想状态下的机械效率等

于1。

6、机械效率用力和力矩的表达式是什么？

理想驱动力（或力矩）实际工作阻力（或力矩）

n=---------------------------------=-----------------------------------

"实际驱动力（或力矩）一理想工作阻力（或力矩）

7、串联机组的机械效率如何计算？

等于各个单机机械效率的乘积。

8、什么是机械的自锁？自锁与死点位置有什么区别？

自锁：因为存在摩擦，当驱动力增加到无穷时，也无法使机械运动起来

的这种现象。

区别；死点位置不是存在摩擦而产生的，而是机构的传动角等于零。自

锁是在任何位置都不能动，死点只是传动角等于零的位置不动，其余位

置可动。

9、判定机械自锁的方法有几种？

（1）平面摩擦：驱动力作用在摩擦角内。

（2）转动副摩擦：驱动力作用在摩擦圆内。

（3）机械效率小于等于零（串联机组中有一个效率小于等于零就自锁）。

（4）克服的生产阻力小于等于零。

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习题

5-1在图示曲柄滑块机构中，曲柄I在驱动力矩⑷作用下等速转动。设

已知各转动副中的轴颈半径r=10mm,当量摩擦系数L=0.2,移动副中

的滑动摩擦系数左0.15,/AB=100mm,,/Bc=350mm,各构件的质量和

转动惯量忽略不计。当Mi=20N・m时，试求机构在图示位置时所能克

服的有效阻力F3及机械效率no

提示：首先将考虑摩擦时的机构各构件受力示于机构图上，然后再用解

析法建立驱动力矩Mi与有效阻力F3的关系式.再求出该机构机械效率

的表扶式.最后计算其数值。

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5-2图示为一对心偏心轮式凸轮机构。已知机构的尺寸参数如图所示，G为推杆2所受的

载荷（包括其重力和惯性力），M为作用在凸轮轴上的驱动力矩，设「和内分别为推杆与凸

轮之间及推杆与导路之间的摩擦系数，fv为凸轮轴颈与轴承之间的当量摩擦系数（凸轮轴颈

直径为必）。试求当凸轮转角为e时该机构的机械效率小

提示：在考虑摩擦受力分析时，因fv及d2的值均相对很小，在所建立的力平衡方程式中含

有dzsincpv的项可忽略不计。

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5-3图示为一带式运输机，由电动机1经带传动及一个两级齿轮减速器带动运输带8。设

已知运输带8所需的曳引力F=5500N,运送速度v=1.2m/s。带传动（包括轴承）的效率

午0.95,每对齿轮（包括其轴承）的效率加=0.97,运输带8的机械效率m=0.92。试求该系

统的总效率n及电动机所需的功率。

5-4如图所示，电动机通过带传动及圆锥、圆柱齿轮传动带动工作机A及B。设每对齿轮（包

括轴承）的效率中=0.97,带传动的效率02=0.92（包括轴承效率），工作机A、B的功率分

别为PA=5kw,PB=1kw,效率分别为VA=0.8,件。5,试求电动机所需的功率。若改为:

PA=1kw,PB=5kw,其余条件不变,又将如何?

n-ii-g-i

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5-5在图示斜面机构中，设已知摩擦面间的摩擦系数f=0.2。求在G力作用下（反行程），此

斜面机构的临界自锁条件，和在此条件下正行程（在F力作用下）的效率。

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第六章机械的平衡

判断题

1、若刚性转子满足动平衡条件，这时我们可以说该转子也满足静平衡

条件。（7）

2、不论刚性回转体上有多少个平衡质量，也不论它们如何分布，只需

要在任意选定两个平面内，分别适当地加平衡质量即可达到动平衡。

（X）

3、设计形体不对称的回转构件，虽已进行精确的平衡计算，但在制造

过程中仍需安排平衡校正工序。（q）

4、经过动平衡校正的刚性转子，任一回转面内仍可能存在偏心质量。

（v）

选择填空题

1、机械平衡研究的内容是.C。

A、驱动力与阻力间的平衡B、各构件作用力间的平衡

C、惯性力系间的平衡D、输入功率与输出功率间的平衡。

2、达到静平衡的刚性回转件，其质心A.位于回转轴线上。

A、一定B、不一定C、一定不

3、对于静平衡的回转件，则Bo

A、一定是动平衡的B、不一定是动平衡的C、必定不

是动平衡的

4、对于动平衡的刚性回转件，则B。

A、不一定是静平衡的B、一定是静平衡的C、必定不

是静平衡的

5、在转子的动平衡中，B

A、只有作加速运动的转子才需要进行动平衡，因为这时转子将产生惯

性力矩M=—Jao

B、对转子进行动平衡，必须设法使转子的离心惯性力系的合力和合力

偶矩均为零。

C、对转子进行动平衡，只要能够使转子的离心惯性力系的合力为零即

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可。

D、对转子进行动平衡，只要使转子的离心惯性力系的合力偶矩为零即

可。

6、经过平衡设计的刚性回转件在理论上是完全平衡的，因而

Bo

A、不需作平衡试验B、仍需作平衡试验

填空题

1、研究机械平衡的目的是部分或完全消除构件在运动时所产生的

不平衡惯性力，减少或消除在机构各运动副中所引起的运动力

力，减轻有害的机械振动，改善机械工作性能和延长使用寿命。

2、回转构件的直径D和轴向宽度b之比D/b符合N0.2

条件或有重要作用的回转构件，必须满足动平衡条件方能平稳地运转。

如不平衡，必须至少在」二个校正平面上各自适当地加上或去除平

衡质量，方能获得平衡。

3、刚性回转件的平衡按其质量分布特点可分为静不平衡和动不

平衡。

4、回转整件的动平衡是指消除惯性力和惯性力矩。

5、在图示a、b、c三根轴中。已知miri=m2r2=m3r3=m4r%并作轴向等

间隔布置，且都在曲柄的同一含轴平面内，则其中a,b,c轴已达静平

衡，c轴已达动平衡。

加3厂3恤"刁71rl加3后丁〃3厂3

a)b)c)

简答题

1、什么是机械的平衡？

使机械中的惯牲力得到平衡，这个平衡称为机械平衡。

目的：是消除或部分的消除惯性力对机械的不良作用。

2、机械中的惯性力对机械的不良作用有哪些？

(1)惯性力在机械各运动副中产生附加动压力增加运动副的磨擦磨损

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从而降低机械的效率和寿命。

(2)惯性力的大小方向产生周期性的变化引起机械及基础发生振动使

机械工作精度和可靠性下降，也造成零件内部的疲劳损坏。当振动频率

接近振动系统的固有频率时会产生共振，从而引起其机器和厂房的破坏

甚至造成人员伤亡。

3、机械平衡分哪两类？什么是回转件的平衡？又分几种？

分回转件的平衡和机构在机座上的平衡两类：

(1)绕固定轴线回转的构件产生的惯性力和力距的平衡，称为回转件

的平衡。回转件的平衡又分两种：

•刚性转子的平衡，不产生明显的弹性变形，可用理论力学中的力

系平衡原理进行计算。

•挠性转子的平衡。

4、什么是刚性回转件的静平衡、动平衡？两者的关系和区别是什么？

静平衡：刚性回转件惯性力的平衡

动平衡：刚性回转件的惯性力和惯性力偶的平衡。

区别：B/D<0.2即不平衡质量分布在同一回转面上，用静平衡。静平

衡可以是静止轴上的力的平衡。B/D0.2即不均匀质量分布在不同

的回转面上，用动平衡。动平衡必须在高速转动的动平衡实验台上进行

平衡。

5、B/DW0.2的刚性回转件只要进行静平衡就可以了，但是在该回

转平面不能加平衡的质径积，若达到机械平衡，得需要什么样的平衡？

在上述情况下，得到在两个相互平行的回转平面内加平衡质径积，使惯

性力平衡，还必须达到惯性力偶的平衡，因此，得到用动平衡的方法来

进行平衡。

6、动平衡的构件一定是静平衡的，反之亦然，对吗？为什么？在图(a),

(b)所示的两根曲轴中，设各曲拐的偏心质径积均相等.且各曲拐均在同

•轴平面上，试说明两者各处于何种平衡状态？

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