机械原理习题及答案.doc

第 16 页 共 16 页第2章 平面机构的结构分析1.组成机构的要素是 和 ；构件是机构中的 单元体。2.具有 、 、 等三个特征的构件组合体称为机器。3.从机构结构观点来看，任何机构是由三部分组成。4.运动副元素是指。5.构件的自由度是指 ； 机构的自由度是指 。6.两构件之间以线接触所组成的平面运动副，称为 副，它产生 个约束，而保留 个自由度。7.机构具有确定的相对运动条件是原动件数机构的自由度。8.在平面机构中若引入一个高副将引入_个约束，而引入一个低副将引入_个约束，构件数、约束数与机构自由度的关系是。9.平面运动副的最大约束数为，最小约束数为。10.当两构件构成运动副后，仍需保证能产生一定的相对运动，故在平面机构中，每个运动副引入的约束至多为，至少为。11.计算机机构自由度的目的是_。12.在平面机构中，具有两个约束的运动副是 副，具有一个约束的运动副是 副 。 13.计算平面机构自由度的公式为=，应用此公式时应注意判断：(A)铰链，(B)自由度，(C)约束。14.机构中的复合铰链是指 ；局部自由度是指 ；虚约束是指 。15.划分机构的杆组时应先按 的杆组级别考虑，机构的级别按杆组中的级别确定。16.图示为一机构的初拟设计方案。试：(1计算其自由度，分析其设计是否合理？如有复合铰链，局部自由度和虚约束需说明。(2)如此初拟方案不合理，请修改并用简图表示。 题16图 题17图17.在图示机构中，若以构件1为主动件，试：(1)计算自由度，说明是否有确定运动。(2)如要使构件6有确定运动，并作连续转动，则可如何修改？说明修改的要点，并用简图表示。18.计算图示机构的自由度，将高副用低副代替，并选择原动件。19.试画出图示机构的运动简图，并计算其自由度。对图示机构作出仅含低副的替代机构，进行结构分析并确定机构的级别。 题19图 题20图20.画出图示机构的运动简图。21. 画出图示机构简图，并计算该机构的自由 度。构件3为在机器的导轨中作滑移的整体构件，构件2在构件3的导轨中滑移，圆盘1的固定轴位于偏心处。 题21图 题22图22.对图示机构进行高副低代，并作结构分析，确定机构级别。点为在图示位置时，凸轮廓线在接触点处的曲率中心。第3章 平面机构的运动分析1.图示机构中尺寸已知(L=0.05m/mm，机构1沿构件4作纯滚动，其上S点的速度为vS(V=0.6m/S/mm)。(1)在图上作出所有瞬心； (2)用瞬心法求出K点的速度vK。题1图 题2图2.画出图示机构的指定瞬心。(1)全部瞬心。(2)瞬心P24，P26。3.在机构图示位置时(ABBC)有无哥氏加速度akC2C3？为什么？ 题3图 题4图4.图示机构中已知1=100rad/s， 1=0，试分析3及3为多大。5.图示机构有无哥氏加速度akB2B3？为什么？题5图 题6图 题8图6.图示为曲柄导杆机构，滑块2在导杆3(CD)中作相对滑动，AB为曲柄。当在图示位置时，即曲柄AB (构件1)和导杆CD (构件3)重合时，有无哥氏加速度akB2B3？为什么？7.什么叫机构运动线图？8.已知六杆机构各构件的尺寸、位置及原动件的角速度1常数，欲求5，5。如采用相对运动图解法时，此题的解题顺序应如何？9.图示机构的运动简图取长度比例尺L=0.004m/mm，其中lAB=0.06m，lBD=0.26m，lAC=0.16m，构件1以1=20rad/s等角速度顺时针方向转动，试用相对运动图解法求图示位置：(1) 2，3，4和5的大小和方向；(2) 2，3，4和5的大小和方向；(3)在机构运动简图上标注出构件2上速度为零的点I2，在加速度多边形图上标注出构件2上点I2的加速度矢量i2，并算出点I2的加速度a12的大小。在画速度图及加速度图时的比例尺分别为：v=0.02m/s/mm，a=0.5m/s2/mm。(要列出相应的矢量方程式和计算关系式。)题9图 题10图10.试按给定的机构运动简图绘制速度多边形、加速度多边形。已知：1=10rad/s，LAB=100mm，lBM=lCM=lMD=200mm，L=0.01m/mm。试求：(1)2， 4，2， 4大小和方向； (2)v5，a5大小和方向。第4章 平面机构的力分析 第五章 机械的效率和自锁1.举出在工程实际中驱动力的一个例子。2.举出在工程实际中生产阻力的一个例子。3.以转动副联接的两构件，当外力(驱动力)分别作用在摩擦圆之内、之外，或与该摩擦圆相切时，两构件将各呈何种相对运动状态？4.图示轴颈1在轴承2中沿方向转动，Q为驱动力，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4图 题5图5.图a、b给出运转着轴颈受力的两种情况，Q为外力，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)。6.若机器的输出功为Ar，损耗功为Af，试写出用Ar，Af表达的机器输入功Ad，并给出机器效率的公式。7.何谓机械自锁？举出两种工程中利用机械自锁完成工作要求的实例。8.图示滑块1受到驱动力P的作用，移动副间的摩擦系数为f。试：(1)在图上标出压力角；(2)写出自锁条件。 题8图 题11图9.具有自锁性的蜗杆蜗轮传动，工作时应以哪个构件为主动件？自锁的几何条件是什么？10.具有自锁性的机构其正、反行程的机械效率是否相等？为什么？11.图示铰链四杆机构，在铰链B，C处的细线大圆为该处之摩擦圆。Md为驱动力矩，Q为生产阻力。试画出在图示位置时，连杆2所受力的作用线及方向。12.在图示的曲柄滑块机构中，细线小圆表示转动副处的摩擦圆。试在图上画出图示瞬时作用在连杆BC上的运动副总反力的方向。 题12图 题13图13.图示杠杆起重机构中，A，B，C处的细实线圆为摩擦圆，驱动力P作用于杆1上以提起重物Q。试求：(1)用图解法求驱动力P (由力多边形表示)。(2)写出瞬时机械效率计算式。第6章 机械的平衡1.为什么说经过静平衡的转子不一定是动平衡的，而经过动平衡的转子必定是静平衡的？2.举出工程中需满足静平衡条件的转子的两个实例，需满足动平衡条件的转子的三个实例。3.何谓转子的静平衡及动平衡？对于任何不平衡转子，采用在转子上加平衡质量使其达到静平衡的方法是否对改善支承反力总是有利的？为什么？4.图示刚性转子是否符合动平衡条件，为什么？ 题4图 题5图5.在图示曲轴上，四个曲拐位于同一平面内，若质径积m1r1=m2r2=m3r3=m4r4，l1=l3l2，试判断该曲轴是否符合动平衡条件？为什么？6.图示盘状转子上有两个不平衡质量：m1=1，5kg，m2=0.8kg，r1=140mm，r2=180mm，相位如图。现用去重法来平衡，求所需挖去的质量的大小和相位(设挖去 质量处的半径r=140mm)。 题6图 题7图 题8图7.如图所示一单缸卧式煤气机，在曲柄轴的两端装有两个飞轮A和B。已知曲柄半径R=250mm及换算到曲柄销S的不平衡质量为50kg。欲在两飞轮上各装一平衡质量mA，mB，其回转半径r=600mm， 试求mA，mB的大小和位置。8.图示为绕O点回转的薄片圆盘，在位置1、2处钻孔，r1=0.1m，r2=0.2m，孔部分材料质量分别为m1=1kg，m2=0.5kg。为进行静平衡，欲在半径rb=0.5m的圆周上钻一孔。试表示出孔的方向rb， 并求出钻去材料的质量mb。第7章 机械的运转和速度波动的调节1.试述机器运转过程中产生周期性速度波动及非周期性速度波动的原因，以及它们各自的调节方法。2.分别写出机器在起动阶段、稳定运转阶段和停车阶段的功能关系的表达式，并说明原动件角速度的变化情况。3.何谓机器的周期性速度波动？波动幅度大小应如何调节？能否完全消除周期性速度波动？为什么？4.何谓机器运转的周期性速度波动及非周期性速度波动？两者的性质有何不同？各用什么方法加以调节？5.机器等效动力学模型中，等效质量的等效条件是什么？试写出求等效质量的一般表达式。不知道机构的真实的运动，能否求得其等效质量？为什么？6.机器等效动力学模型中，等效力的等效条件是什么？试写出求等效力的一般表达式。不知道机器的真实运动，能否求出等效力？为什么？7.在图示曲柄滑块机构中，设已知各构件的尺寸、质量m、质心位置S、转动惯量JS，构件1的角速度1。又设该机构上作用有常量外力(矩)M1，R3，F2试：(1)写出在图示位置时，以构件1为等效构件的等效力矩和等效转动惯量的计算式。(2)等效力矩和等效转动惯量是常量还是变量？若是变量则需指出是机构什么参数的函数，为什么？ 题7图 题8图8.图示车床主轴箱系统中，带轮半径R0=40mm，R1=120mm，各齿轮齿数为z1=z2=20，z2=z3=40，各轮转动惯量为J1=J2=0.01kgm2，J2=J3=0.04kgm2，J0=0.02kgm2，J1=0.08kgm2，作用在主轴上的阻力矩M3=60Nm。当取轴为等效构件时，试求机构的等效转动惯量J和阻力矩的等效力矩Mr。9.如图所示，AB为一机器的主轴，在机器稳定运转时，一个运动循环对应的转角d=2，等效驱动力矩Md以及转化转动惯量J均为常数，等效阻力矩Mr的变化如图b所示。试求：(1) Md的大小。(2)当主轴由0=0转至1=7/8时，Md与Mr所作的盈亏功(剩余功)W=?(3)若0=20rad/s，J=0.01kgm2，当主轴由01时主轴角速度1=?(4)在一个运动循环中，主轴最大和最小角速度发生在哪些位置？(在图b中标出。) 题9图 题10图10.图示机构中，齿轮1、2的齿数z1=20，z2=40，lAB=0.1m，lBC=0.25m，=90，滑块的质量m4=50kg，齿轮2绕轴线A的转动惯量JS2=1kgm2，忽略其他构件的质量和转动惯量。又知作用在轮1上的驱动力矩M1=50Nm，滑块上作用有力F5=500N。设机构在图示位置起动，求起动时轮1的角加速度1。第8章 连杆机构及其设计1.铰链四杆机构的基本形式有哪几种？已知铰链四杆机构各构件的长度分别为 a=240mm，b=600mm，c=400mm，d=500mm。试问当分别取a、b、c、d为机架时，将各得到何种机构？2.铰链四杆机构各杆长如图示，分别以1、2、3构件为机架时将演化成何种机构？ 题2图 题3图3.图示为偏置曲柄滑块机构。问：(1)此机构有无急回运动？为什么？(2)其行程速度变化系数K=?？(需列出计算公式)4.试问图示各机构是否均有急回运动？以构件1为原动件时，是否都有死点？在什么情况 下才会有死点？ 题4图 题5图5.写出图a、b所示机构的名称？试述图a所示机构是如何转化为图b所示机构的？6.指出下列机构中，哪些机构在运动学上是等价的。7.在飞机起落架所用的铰链四杆机构中，已知连杆的两位置如图所示，比例尺为L，要求连架杆AB的铰链A位于B1C1的连线上，连架杆CD的铰链D位于B2C2的连线上。试设计此铰链四杆机构。 题7图 题8图 题9图8.如图所示为一飞机起落架机构，实线表示放下时的死点位置，虚线表示收起时的位置。已知lFC=520mm，lFE=340mm，且FE1在垂直位置(即=90)，=10，=60。试用作图法求lCD，lDE。9.标出图示各机构的压力角与传动角，箭头标注的杆件是主动件。10.如图示曲柄滑块机构的运动简图，试确定当曲柄1等速转动时，(1)机构的行程速度变化系数。(2)最小传动角min的大小。(3)滑块3往复运动时向左的平均速度大还是向右的平均速度大。(4)当滑块3为主动时，机构是否出现死点，为什么？ 题10图 题11图11.图示为偏置曲柄滑块机构ABC，偏距为e。试在图上标出滑块的压力角C和传动角C，画出极位夹角及最小传动角min。并求出该机构有曲柄的条件。第9章 凸轮机构及其设计1.在直动从动件盘形凸轮机构中，试问同一凸轮采用不同端部形状的从动件时，其从动件运动规律是否相同？为什么？2.设计哪种类型的凸轮机构时可能出现运动失真？当出现运动失真时应该考虑用哪些方法消除？3.何谓凸轮机构的压力角？它在凸轮机构的设计中有何重要意义？4.直动从动件盘形凸轮机构压力角的大小与该机构的哪些因素有关？5.图示为一凸轮机构从动件推程位移曲线，OA/BC，AB平行横坐标轴。试分析该 凸轮机构在何处有最大压力角，并扼要说明理由。 题5图 题6图6.图示凸轮机构从动件推程运动线图是由哪两种常用的基本运动规律组合而成？并指出有无冲击。如果有冲击，哪些位置上有何种冲击？从动件运动形式为停-升-停。7.在图示直动尖顶从动件盘形凸轮机构中，凸轮转向如图所示。试写出该位置时从动件 压力角计算公式，并说明从动件相对凸轮轴心的配置是否合理，为什么？ a) b)题7图 题8图 题10图8.有一对心直动尖顶从动件偏心圆凸轮机构，O为凸轮几何中心，O1为凸轮转动中心，直线ACBD，O1O=OA/2，圆盘半径R=60mm。(1)根据图a及上述条件确定基圆半径r0、行程h，C点压力角C和D点接触时的位移hD、压力角D。(2)若偏心圆凸轮几何尺寸不变，仅将从动件由尖顶改为滚子，见图b，滚子半径rr=10mm。试问上述参数r0，h，C，hD，D有否改变？如认为没有改变需明确回答，但可不必计算数值；如有改变也需明确回答，并计算其数值。9.有一对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构，为改善从动件尖端的磨损情况，将其尖端改为滚子，仍使用原来的凸轮，这时该凸轮机构中从动件的运动规律有无变化？简述理由。10.图示凸轮机构中，已知凸轮廓线AB段为渐开线，形成AB段渐开线的基圆圆心为O，Oa=r0，试确定对应AB段廓线的以下问题：(1)从动件的运动规律；(2)当凸轮为主动件时，机构的最大压力角与最小压力角；(3)当原从动件主动时，机构的最大压力角出现在哪一点？(4)当以凸轮为主动件时，机构的优缺点是什么？如何改进？11.画出图示凸轮机构从动件升到最高时的位置，标出从动件行程h，说明推程运动角和回程运动角的大小。 题11图 题12图12.按图示的位移线图设计一偏置直动滚子从动件盘形凸轮的部分廓线。已知凸轮基圆半径r0=25mm，滚子半径rr=5mm，偏距e=10mm，凸轮以等角速度逆时针方向转动。设计时可取凸轮转角=0，30，60，90，120，L=0.001m/mm。第10章 齿轮机构及其设计1.渐开线直齿圆柱齿轮的分度圆和节圆有何区别？在什么情况下，分度圆和节圆是相等的？2.为了实现定传动比传动，对齿轮的齿廓曲线有什么要求？3.一对齿顶高系数ha*=0.8和另一对ha*=1的标准直齿圆柱齿轮若具有相同的模数、分度圆压力角和齿数z1，z2，问哪一对齿轮具有较大的重合度？并说明其理由。4.渐开线直齿圆柱标准齿轮的分度圆具有哪些特性？5.一对渐开线直齿圆柱齿轮传动中齿廓之间是否有相对滑动？一般在齿廓的什么位置相对滑动较大？什么位置无相对滑动？6.一对轮齿的齿廓曲线应满足什么条件才能使其传动比为常数？渐开线齿廓为什么能满足定传动比的要求？7.试问以渐开线作为齿廓的齿轮副为什么能作定传动比传动？8.当=20，ha*=1，c*=0.25时，若渐开线直齿圆柱标准齿轮的齿根圆和基圆相重合，其齿数应为多少？又当齿数大于以上求得的齿数时，试问基圆与齿根圆哪个大？9.周节(齿距)为p1=12.566371mm、压力角为1=20的渐开线直齿圆柱齿轮能够与周节为p2=11.808526mm、压力角为2=0的直齿齿条正确啮合传动吗？为什么？10.用模数，m=2mm， =20的滚刀加工一直齿圆柱变位外齿轮，要使该齿轮的分度圆齿厚比标准齿轮的齿厚减薄0.364mm。问其变位系数x=?11.变速箱中各轮的齿数、模数和中心距如图所示，指出齿轮副z1，z2和z3，z4各应采用何种变位齿轮传动类型，并简述理由。12.有两个m=3mm， =20，ha*=1，c*=0.25标准齿条，其中线间的距离为52mm，现欲设计一个齿轮同时带动两齿条，但需作无侧隙传动，而齿轮的轴心O1在两齿条中线间距的中点上(如图示)。试问(1)齿轮是否为标准齿轮？试确定其齿数z1、分度圆直径d1、齿顶圆直径da1、齿根圆直径df1及齿厚s1；(2)齿条移动的速度v2是否为(52/2)1为什么？13.(1)齿轮计算。已知一对外啮合渐开线直齿圆柱标准齿轮传动，其i12=2，z1=20，m=10mm， =20，ha*=1，c*=0.25，试求(注：计算重合度时，根据L=4mm/mm画图，从图中量得所需尺寸计算)大齿轮齿数及两轮的分度圆半径、基圆半径、顶圆半径、齿全高齿距、基圆齿距、啮合角、节圆半径、中心距、节圆处齿廓曲率半径、实际啮合线段(作图)、重合度e。14.若一对直齿圆柱齿轮传动的重合度=1.34，试说明若以啮合点移动一个基圆周节pb为单位，啮合时有多少时间为一对齿，多少时间为两对齿，试作图标出单齿啮合区域，并标明区域长度与pb的关系。15.已知一对正确安装的渐开线直齿圆柱标准齿轮传动，中心距O1O2=100mm，m=4mm=20，i=1/2=1.5，小齿轮主动，试：(1)计算齿轮1和2的齿数，分度圆，基圆，齿顶圆和齿根圆半径，并在图中画出；(2)在图中标出开始啮合点B2、终了啮合点B1、节点P、啮合角和理论啮合线与实际啮合线。16.如图所示的齿轮传动装置，其有关参数如下，z1=19，z2=58，z3=17，z4=63，a12=a34=160mm，m=mn=4mm=n=20， ha*=1，c*=0.25，求(1)斜齿轮2的螺旋角方向(可在图上直接标出);(2)为了满足中心距的要求，斜齿轮的螺旋角为多少度;(3)若两对齿轮均采用直齿圆柱齿轮传动，则分别采用何种传动类型?啮合角各为多大? 题317图 题18图17.用=20， ha*=1，c*=0.25的标准滚刀加工一对直齿圆柱齿轮，其齿数z1=z2=20，x1=0，其实际中心距比标准中心距增大了a/40，试求：(1)齿轮2的变位系数x2应为若干？(2)若不采用变位齿轮，而改用斜齿圆柱齿轮来满足中心距要求，加工齿轮的滚刀不变，齿轮齿数不变。确定两斜齿轮螺旋角。注：inv=2(x1+x2)/(z1+z2)tg+inv18.在图示的回归轮系中，齿轮1，2为一对渐开线直齿圆柱齿轮，z1=30，z2=40，m12=2.5mm， =20，齿轮3，4为一对渐开线斜齿圆柱齿轮，z3=37，z4=50，mn342mm，现需安装成实际中心距a=88mm，试求:(1)齿轮1，2的传动类型及变位系数和x=x1+x2;(2)齿轮3，4的螺旋角。第11章 齿轮系及其设计1.在图示轮系中，已知：蜗杆为单头且右旋，转速n1=1440r/min，转动方向如图示，其余各轮齿数为：z2=40，z2=20，z3=30，z3=18，z4=54，试：(1)说明轮系属于何种类型；(2)计算齿轮4的转速n4；(3)在图中标出齿轮4的转动方向。2.在图示轮系中，所有齿轮均为标准齿轮，又知齿数z1=30，z4=68。试问：(1)z2=?，z3=? (2)该轮系属于何种轮系？ 题2图 题3图 题4图3.在图示轮系中，根据齿轮1的转动方向，在图上标出蜗轮4的转动方向。4.在图示的轮系中，已知各轮齿数为z1=z2=z3=z5=z6=20，已知齿轮1、4、5、7为同轴线，试求该轮系的传动比i17。5.在图示万能刀具磨床工作台横向微动进给装置中，运动经手柄输入，由丝杆传给工作台。已知丝杆螺距p=50mm，且单头。z1=z2=19，z3=18，z4=20，试计算手柄转一周时工作台的进给量s。 题5图 题6图6.在图示行星搅拌机构简图中，已知z1=40，z2=40，H=31rad/s，方向如图。试求：(1)机构自由度F；(2)搅拌轴的角速度F及转向。7.在图示轮系中，轮3和轮4同时和轮2啮合，已知z1=z2=20，z3=60，z4=58，求传动比i14。 题7图 题8图 题9图8.图示轮系中，宽齿轮1同时与2、3、4齿轮啮合，齿轮3、4及构件A均空套在轴OO上。Z1=20，z2=100，z3=101，z4=99，nA=1000r/min，转动，其方向如图示，求齿轮3、4的转速n3，n4及与nA转向的异同。9.在图示轮系中，已知z1=34，z2=z3=20，z3为一宽齿轮，同时和2及4轮啮合，求传动比iAB。第12章 其他常用机构1.将连续回转运动转换为单向间歇转动的机构有、 、 。2.当原动件作等速转动时，为了使从动件获得间歇的转动，则可以采用何种机构。(写出三种机构名称。)3.欲将一匀速回转运动转变成单向间歇回转运动，采用的机构有 、 等，其中间歇时间可调的机构是 机构。4.齿式棘轮机构制动爪的作用是。5.径向槽均布的槽轮机构槽轮的最少槽数为。6.槽数z=4的外啮合槽轮机构，主动销数最多应为。7.不完全齿轮机构在运动过程中传动比是，而槽轮机构在运动过程中传动比则是。8.单万向联轴节的转动不