机械原理考试试题及答案

试题 1一、 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、一铰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、余弦加速运动规律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/d0.2 ）d、使动不平衡转子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。，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、三、 简答题 （15 分）棘爪、棘轮等。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=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n1 ，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 ）ab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 n3,pl4,ph0,pf 0；所以该机构自由度为：f3n( 2 plphp )f 33 （24100） 0小题 b：其中 a 、b、c、g、h 处各有一个转动副，f 处为复合铰链有两个转动副，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n7,pl9,ph1,p0， f 1；所以该机构自由度为：f3n( 2 plphp)f 37 （ 29110） 12、 如图 2 所示机构中，各尺寸为：lab=30mm ，lac=100mm ，lbd=50mm ，lde =40mm ， 曲柄以等角速度 1=10 rad/s运动，试用图解法求机构在145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）bd21 13a14e图 2图 a图 b图 c解：以l=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， 则 vc3=vc4=0,ac3=ac4=0, 3= 2，3= 2。i. 速度分析vb1lab100.030.3m / svc2vbvc 2bvc 3vc 2c 3方向abbc/ bc大小？0？取v=0.005m s-1 /mm 作上式的速度图（图b ），再根据速度影像原理得点d 及 e。vdv pd0.00545.20.23m / s（沿pd方向）vev pe0.00534.40.17m/ s（沿pe方向）v bc220.00548.52.00rad / s（瞬时针）l bc0.123ii. 加速度分析ana bb2l1 ab1000.033m / s2anc2 b2l2 bc2.0020.1230.49m / s2akc 2 c3a23vac2 c32an20.005at34.50.69m / s2aat（方向 de）arc 2b方向ba大小c 2bcbc2 bc 3bc？0c 2c 3bcc 2c 3/ bc？以a =0.04m s-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：adap d0.0465.142.61m / s2（沿p d方向）aea pe0.0471.012.84m/ s2（沿p e 方向）tac 2 b2a n2 c20.0425.858.41rad/ s2（顺时针）l cblcb0.1233、设计一对渐开线外啮合标准齿轮圆柱齿轮机构。已知z1=18 ， z2=36 ，模数m=3 ，压力角与齿顶高系数*ha 为标准值，试求： （ 10 分）1) 该圆柱齿轮机构的传动比i122) 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z2i12z136218b) 两轮的分度圆直径：d1mz131854mmd 2mz2336108mm齿顶圆直径：da1(z12h* )m(1821)363mmada 2(z22h* )m(3621)3117 mma*齿根圆直径：d f 1( z12ha2c )m(182120.25)346.5mmd f 2( z22h*2c* )m(362120.25)3100.5mma基圆直径：db1d1cos54cos 2050.74 mmdb 2d2cos117cos 20109.94mm分度圆上齿厚：sm3.143224.71mmc) 两轮中心距：ad1d2254108281mm4、在图示轮系中，已知：z1 =22 ， z3 =88 ， z 3=z 5。试求传动比 i15。（ 10 分）答：齿轮1、2 、3、 h 组成行星轮系部分；24h5313齿轮 3、4 、5 组成定轴轮系部分；图 3其中行星轮系部分的传动比：hi131h3hz2z3 z1z2z388z1224（ 1 ）定轴轮系部分：i3 53z4 z55z3 z4z51z3（ 2）由图中可知：5h（ 3）又有：33（ 4 ）由式 1、2 、3、 4 联立可得：i159五、 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=1.5 。（要求保留作图轨迹， 以及必要的文字说明）解：180(k1)180(1.51)导杆机构的极位夹角36k11.51根据导杆机构的特性知：；其中为导杆的摆角作图步骤：a) 作mdnb) 作mdn 的角平分线，在该线上取ldad100mm （即机架长度）c) 过 a 点作导杆任一极位的垂线ac 1（或 ac 2 ），其即为曲柄，故ad sin(/ 2)100sin(36 / 2)30.90mm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= 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z4 ，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)dc 342ba12、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)cd答： 见图所示。活动构件n=7 ；低副 pl=10 ；bh e所以机构的自由度为afgf3n(2 plphp)f 37(210100)01以 ab 为原动件：机构可分解成下图。级机构ab机架与原动件cd级组e级组fh级组g因此该机构为：级机构3、试求机构在图示位置的全部瞬心。(5 分)3p23c2ap13bp121答： a 点为 p 13；b 点为 p 12；p23 由三心定理求得，见图。4、在图示导杆机构中，bac90 ， l ab60mm， l ac120mm ，曲柄 ab 以等角速度130rad / 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l=0.001m/mm作机构的位置简图，如图a 所示。a1b2l bc22llacab1202602134mma) 速度分析43求 vb 2v b2vb11l ab300.061.8m / s（方向垂直ab 转向同 1）c求 vb3方向vb 2abvb 3bcvb 2b 3/ ab大小1.8？?取v=0.01m s -1/mm 作上式的速度图（图b）vb 3v pb30.0180.360.8m / s（方向见图）vb 2b 3v b2b30.01161.071.6 m/ s（方向见图）v b 30.86rad / s(逆时针 )3l bc13410 3a) 加速度分析ana b 2b 22l1ab3020.0654m / s2(方向ba）an2b 33l bc620.1344.8m /s(方向 bc )akb 2 b 323 vb 2b 3261.619.2m / s(方向vb 2b 3 )ana b2b3tkaab 3b 2b 3rab 2b 3方向ba大小54bc4.8bcvb 2b 3?19.2/ bc？2以a=1m s-2 /mm 作加速度图（图c）tab 3a e b3 129.08at2929m / s（方向见图）3b 3lbc0.134216rad/ s25、图示轮系中， 已知： z160, z2z2 z3z420, z5100 。试求传动比i41。（ 10 分）答：ih1h150hz2 z5 z1 z2 2010060205（ 1 ）32231h4i h1hz2 z3 z420201（ 2 ）zz144h1 2 z3602035由式 1、2 联立可得：i411.5四、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 ，颚板长度lcd300mm ，颚板摆角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180( k1)180(1.21)16.36k11.21e) 作出摇杆两个极限位置c1 d 和 c2d ，使c1 dc 235f) 连接 c 1、c2 ，并作 c1 m 垂直于 c 1c 2。g) 作c1c 2 n909016.3673.64， n 与 m 相交于 p 点，由图可见，c1pc216.36。h)利用余弦定理求ac 1 （令为 x）cos222l abxx2lc 1c 22 2l abx x量得 lc1c 2180.42 mm代入求得连杆的长度：x225.44mmi) 以 c1 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从动件。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、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rr ；凸轮理论轮廓线的最小曲率半径为min当： rrmin时：工作廓线出现交叉，出现失真现象。这时不可行。当： rrmin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： rrmin 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）bc234d1a2、图示为一内燃机的机构简图，试计算其自由度；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）cdbh答： 活动构件n=7 ；低副 pl=10 ；ef所以机构的自由度为af3n(2 plgphp)f 37(210100)01以 ab 为元动件：机构可分解成下图。为级机构hcdebf级组a机架与原动件级组g3、试求机构在图示位置的全部瞬心。（ 5分）答： a 点为 p 12； b 点为 p 23； c 点为 p34 ； d 点为 p14 ；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。p23bp132ap123p34c14dp24 p144、图示铰链四杆机构中，已知l bc50mm, lcd35mm,l ad30mm, ad为机架，（ 15 分）（ 1 ）若此机构为曲柄摇杆机构，且ab 为曲柄，求l ab 的最大值；（ 2 ）若此机构为双曲柄机构，求l ab 的最小值；c（ 3 ）若此机构为双摇杆机构，求l ab 值的范围；b解： 1）曲柄摇杆机构要求满足“杆长条件 ”；曲柄为连架杆且ad最短三个条件。由“杆长条件 ”知：l abl bcl adlcd即： l abl adlcdlbc30355015mm所以 l ab 的最大值为：15mm2） 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。（lbcl ad排除 ）当 bc 为最长杆时：由“杆长条件 ”知：l adl bc