2016年-机械原理复习题解析

1、机械原理复习思考题1.1.构件独立的运动单元。12零件独立的制造单元。13运动副一一两个构件的相关联（接触、联接）部位，并能产生某种相对运动。1.4构成运动副个条件：a）两个构件、b）直接接触、C）有相对运动1.5运动副元素一一直接接触的部位的形态（点、线、面）。1.6. P7两个构件之间的相对运动为转动副的运动副称为转动副或回转副，也称为 铰链；相对运动为移动的运动副称为移动副；相对运动为螺旋运动的运动副称为 螺旋副；相对运动为球面运动的运动副称为球面运动副。1.7运动链P9-1.8.原动件P10构件通过运动副的连接，构成可相对运动的系统称为运动链。-机构中按给定运动规律运动构件称为 原动件

2、。（或主动件）1.9. 机构简图一一用以说明机构中各构件之间的相对运动关系的简单图形。1.10. 机构（定义）一一具有确定运动的运动链称为机构。1.11. 机构运动简图的作用1）用以说明机构中各构件之间的相对运动关系的简单图 形：2）作为运动分析和动力分析的依据。1.12. 机构运动简图应满足的条件：1）构件数目与实际相同；2）运动副的性质、数目与实际相符；3）.运动副 之间的相对位置以及构件尺寸与实际机构成比例。1.13. 机构具有确定运动的条件为：自由度数目=原动件数目1.14 .最小阻力定律P15:当机构原动件数目小于机构自由度数目时，机构的运动 将遵守最小阻力定律，即优先沿阻力最小的方

3、向运动。1.15. 欠驱动机构-机构原动件数目少于自由度。P15图2-911.5.1冗驱动机构-机构原动件数目多于自由度。P16图2-101.16. 虚约束-对机构的运动不起实际作用的约束。咼副01.仃试计算下例机构简图的自由度，首先明确标注杆件数量？复合铰链点？ 接触？原动件？对原动件的运动进行分析说明2 X 150 = 3;原动件为液压油缸，共有 3个与自由度F相等，机构能够作唯一运动。(2)装载机机构及自由度计算。F相等，机构能够作唯一运动。解：机构自由度为 F= 3n- 2m-p = 3X 8-2 X 11-0 = 2 原动件为2个液压油缸，原动件数量与自由度(3)小汽车机械千斤顶机构

4、及自由度计算。解： 计算机构自由度： F= 3n 2m-p= 3X 8- 2X 10-2= 2;(2)原动件为丝杠，一个双向作用丝杠，转动丝杠同时驱动2个复合滑块。所以原动件为 2与自由度2相等，机构能够作唯一运动。一运动。(4) 圆盘锯机构及自由度计算。(5) 振动筛机构及自由度计算。原动杵用动件5高副6解：解：机构自由度为 F= 3n 2mi p = 3X 7 2X 9 1 = 2; 解：图中原动件为 曲柄1和凸轮6o2.1.什么是速度瞬心 一一两个作平面运动构件上速度相同的一对重合点，在某一瞬时两构 件相对于该点作相对转动，该点称瞬时速度中心。2.2 .什么是三心定律一一三个彼此作平面运

5、动的构件共有三个瞬心，且它们位于同一条直线 上。(此法特别适用于两构件不直接相联的场合)。2.3. 两构件通过运动副直接相连，试确定其瞬心位置？ 以转动副连接 以移动副连接 以纯滚动高副连接P39P45 以滚动兼滑动的高副连接2.4.铰链中心就是其瞬心位置；瞬心就在垂直于其导路方向无穷远处； 瞬心就在其接触点处；瞬心就在过接触点高副元素的公法线上，视其他条件确定。用瞬心法和三心定律求下例图形的速度瞬心？已知构件2的转速3 2，求构件4的角速度解：瞬心数为6个； 直接观察能求出 4个，余下的2个用三心定律求出。 求瞬心P24的速度，VP24=卩 l(P24P12) 3 2VP24=卩 l(P24

6、P14) 3 43 4 = 3 2 (P24P12)/ P24P142.5.用瞬心法和三心定律求下例图形的速度瞬心。已知构件2的转速3 2,求构件4的速度VE2R4A2AE血C 3TtfrtTT4euBo8rh匕！討23 -R323 3d4勿4%3 尽1(駕AB=L凸轮半径为R, OA=h,/ OAB=90 ,22.8.试题图所示，偏心圆凸轮机构中，凸轮以角速度3转动，试求推杆2的角速度CD 2 ?（提示：使用三心定理，正确标 注瞬心位置）(1) 应用三心定理，瞬心位置标注见图;(2) / PoBC=/ BRC =45 °又 OA=AP=hA Po 3 =B Po 3 2CO 2=

7、APo 3 /BP0= h 3 /(L+h)2.9.试题图所示，滑块导轨机构中，3 =10rad/s , 0 =30° ,AB=200mm试用瞬心法求构件3的速度V3 ?（提示：使用瞬心法，正确标注瞬心位置）滑块导th机构(2.9 )解：(1)应用瞬心法，瞬心位置标注见图；(2 ) AB= P14 P23= 0.2P14 P0= AB /( V 3/2) =0.2/(V 3/2)V 3= P 14 P0 =0.2/(=4/3 =0.2/( V3/2) 3V 3/2) X 10V 32.10. 速度影像BCE的速度影像。2.11. 机构速度分析图解法P36; P50题3-5 ; P50

8、题3-6 ;P37同一构件上各点间的相对速度矢量构成的图形bee称为该构件图形5.1采用非平面运动副，摩擦力为什么会增大？因为G一定时，其法向力Ni的大小取决于运动副元素的 几何形状，形成当量摩擦系数fv。5.1.1当量摩擦系数fv大于摩擦系数 f，即fv> f是因为运动副元素的几何形状 改变而产生的。2.6.fv称为当量摩擦系数，其取值为：平面接触：fv = f ;槽面接触：f V = f / sin 0 ;（3）半圆柱面接触：fv = k f ， （ k = 1 n /2 ）。5.2. 为了提高机械效率，在进行设计机械时应尽量减少摩擦损失，具体措施有：a）用滚动代替滑动；b）考虑润滑

9、；C）合理选材。5.2.1机械效率n -输出功 Wb与输入功W入的比值（n = W出/W入）。5.3. 当机械出现自锁时，无论驱动力多大，都不能运动，从能量的观点来看，就是 :驱动力做的功永远W由其引起的摩擦力所做的功5.4. 机械的自锁的条件是什么？。1）传动效率n <0;2） 对于移动副，当驱动力F的作用线落在摩擦锥内时，则机械发生自锁。（a< P）时，发生自锁。艮之比，即 P = Mf2i / F2i = fv r ,3）对于转动副，当驱动力F的作用线穿过摩擦圆5.5摩擦圆半径P-摩擦阻力矩险与轴承总反力（avp ）时，发生自锁另一种是6.1. 平面机构的平衡有两种方法一种是

10、 完全平衡，6.2. 平面机构部分平衡的措施是？1）利用非对称机构平衡；2）利用平衡质量平衡3）利用弹簧平衡6.3. 质量代换的条件：P571）代换前后各构件质量不变；2）质心位置不变；3）对质心轴的转动惯量不便。6.4. 质量代换法？ P57将各构件的质量，按一定条件用集中于某些特定点的假象质量来替代，这样只需 求集中质量的惯性力，而无需求惯性力偶矩。从而将问题简化。这上方法称为-6.5. 3=（ 3 max- 3叩泊）/丄m_为机器运转速度不均匀系数，它表示了机器速度波动的程度。6.6机械运转速度波动调节方法？1）对周期性速度波动，可在转动轴上安装一个质量较大的回转体（俗称飞轮）达 到调速

11、的目的。2）.对非周期性速度波动，需采用专门的调速器才能调节。8.1平面连杆机构的三种基本型式： 8.2曲柄摇杆机构特征、作用？ 特征-曲柄+摇杆 作用-将曲柄的整周回转转变为摇杆的往复摆动。曲柄摇杆机构双曲柄机构双摇杆机构。8.3双曲柄机构的特征、作用及特例？特征-两个曲柄；作用-将等速回转转变为等速或变速回转。特例-平行四边形机构。铸造翻箱机构、风扇摇头机构；之8.4双摇杆机构的特征、作用及特例?-汽车转向机构 从动件驱动力F与力作用点绝对速度之间所夹锐角。 丫是作用力与构件半径线之间的夹角，a与丫互为余角，a a越小，则Y越大，机构传动力性能越好，反:Y min40 ° “50

12、 °特征-两个摇杆；特例：等腰梯形机构8.5压力角a :8.5.1传动角Y：+ Y =90°。通常用Y衡量机构传动力性能，并称之为。 之越差。为了保证机构正常循环工作，要求：8.6什么是机构的死点位置？共线 时，有： Y =0 ，此时机构不能运动.摇杆 为主动件，且连杆与曲柄两次8.7避免机构死点”措施是什么？（1）两组机构错开排列，如 火车轮机构；（2）装加飞轮，靠 飞轮的惯性 力越过（如内燃机、缝纫机等）。8.8曲柄存在的条件？1）最长杆与最短杆的长度之和应W其他两杆长度之和，称为杆长条件。2）连架杆或机架之一为最短杆。8.9对于四杆机构而言，当选择不同的构件作为机架时

13、，可得不同的机构。下例 图形各为什么机构？（如果铰链四杆机构各杆长度满足杆长条件，当最短杆为连架杆时，则机构为曲 柄摇杆机构；当最短杆为机架时，则机构为双曲柄机构；当最短杆的相对杆为机 架时，机构为双摇杆机构。）8.10铰链四杆机构的 三类设计要求是什么？1）满足预定的运动规律，两连架杆转角对应，如：飞机起落架、函数机构。2）满足预定的连杆位置要求，如铸造翻箱机构。3）满足预定的轨迹要求，如鹤式起重机、搅拌机等。8.11 P145，试用做图法按给定的行程速比系数 K设计四杆机构。已知：CD杆长, 摆角©及K。（提示：在已有的图形上完成最后两部设计）解：步骤如下：CD夹角为©

14、 ； 任取一点D,作等腰三角形腰长为 作 C2P1 Ci G ,作 Ci P使/ C2C1 P=90 0 ,交于 P; 作P Ci Q的外接圆，贝U A点必在此圆上。 在PCi圆弧上确定曲柄中心A的位置(同一弦长所对应的圆周角处处相等) 设曲柄为11，连杆为12 ,则：AC =l 1 +l 2 ; A 2=1 2-1 1=> li=(ACi AC )/ 2 以A为圆心，AC为半径作弧交于E,得：l 1 =ECi / 2;l2 = A C 1( EC / 2 )8.12图示为四杆机构中连杆 BC的两个极限位置BiCi和,当连杆位于BQ时, 摇杆DC处于铅垂位置；当连杆位于 B2C2时，Bi

15、 B2连线为水平线，且此时四杆机 构的传动角为最小。试用作图法求出各杆长度，要求保留作图线。D1解：(保留作图线)设计此机构。8.13. 用做图法设计导杆机构。已知：机架长度d,行程速比K,A I 跖I解：由于0与导杆摆角©相等，设计此机构时，仅需要确定曲柄长度a 计算 0 = 180° (K-1)/(K+1); 任选D作/ mD中© = 0 ;作角分线; 取A点，使得AD=d,则：a = dsin(8.14.用做图法设计曲柄滑块机构。(1)12)。已知K,滑块行程H,偏距e,设计此机构 计算：0 = 180° (K-1)/(K+1); 作 Cl C2

16、= H; 作射线CO使/ GCO=90 0 ,作射线QO使/ CQ O=9O° 0 ,两射线交点为O; 以O为圆心，GO为半径作圆； 作偏距线e,交圆弧于A,即为所求的曲柄轴心； 以A为圆心，A C1为半径作弧交于l 1 =EC2/ 2 ; I 2 = A C 2 EG/ 2。E,得:ClI-5一 一 - J / 28 / f'b& 15万向机构平行轴之间运动和动力的机构。&16双万向铰链机构安装要求是？ 主动、从动、中间三轴共面； 主动轴、从动轴的轴线与中间轴的轴线之间的夹角应相等; 中间轴两端的叉面应在同一平面内。用于传递两相交轴或9.1. 描述凸轮机构推

17、杆的运动规律的名词术语有：基圆、基圆半径、推程运动角、远休止角、回程、回程运动角、近休止角、行程。9.2. 简述凸轮廓线设计方法的基本原理(反转原理)：给整个凸轮机构施以-3 1时，不影响各构件之间的相对运动，此时，凸轮将静止，而 从动件尖顶复合运动的轨迹即为凸轮的轮廓曲线。9.3. 按从动件运动副元素的形状分：尖顶从动件、平底从动件、滚子从动件。9.4. 当凸轮机构从动件以余弦规律运动时，故会产生。P1279.5. 当凸轮机构从动件以正弦规律运动时，会产生 ，适用于 在行程的起点和终点处存在有限的突变,其速度和加速度均无突变，故在运动中不。P128o设计凸轮机构时，导路和瞬心位于中心同侧时，

18、压力角将 设计凸轮机构时，导路和瞬心位于中心两侧时，压力角将减小 。增大。10.10.1. 渐开线齿廓的啮合特性是什么？(1) 渐开线齿廓满足定传动比要求；(2) 齿廓间正压力方向不变；(3) 运动可分性。10.2. 模数m.渐开线齿廓参数之一，人为规定_没渐开线条直线在圆上作纯滚动时，直线上任一点的轨迹(无理数)只能取某些9.6设计凸轮机构时 若发现设计结果a > a (压力角>许用压力角)时，可增大 rmin (基 圆半径)9.79.8。(模数m渐.开线齿廓参数之一，人为规定 m=pn/n (无理数)只能取某些 简单数。)10.2.1分度圆-具有标准模数m和压力角的圆称为分度圆

19、，或齿厚=齿间距的圆。10.3.渐开线齿轮的三个基本参数是、和。10.4. 渐开线齿轮的齿顶圆直径：da=d+2ha = (z+2ha*)m渐开线齿轮的齿根圆直径：df=d-2hf = (z-2ha*-2c*)m渐开线齿轮的顶隙系数：c* ;正常齿：c* = 025_；短齿制：c* = 0.3 渐开线齿轮的基圆直径： db= dcosg = mzcosg10.5. 一对渐开线齿轮的正确啮合条件是它们模数和压力角应分别相等。10.6. 已知一对外啮合渐开线直齿齿轮模数为5,压力角为20°，中心距为350mm，传动比为9 : 5,分别求：齿轮的齿数？小齿轮的分度圆、齿顶圆、齿根圆、基圆直

20、径和齿距?(1)(2)解：i12=3 1/ 3 2= z2/z1=9/5a=m(z1+z2)/2=350mm；z1=50;z2=90;d1=mz1=5x 50=250mm, da=d+2ha = (z1+2ha*)m=(50+2 x 1)5=260mm；(1)得：(2)df=d-2hf = (z-2ha*-2c*)m=(50-2 x 1-2 x 0.25)5=237.5 dbi= dicosa = mzicosa =250 cos20° =234.923P=mn =5X 3.14=15.710.7. 一对标准渐开线齿轮是否是安装正确，应满足的两个要求是?1）齿侧间隙为零（或 两个齿轮

21、的中心距为a=mz1+mz2）；2）齿顶间隙c为标准值。10.8 一对标准渐开线齿轮在标准安装时节圆与分度圆重合。10.9对于渐开线齿轮 分度圆 和 压力角 是单个齿轮就有的；而 节圆 和 啮合 角是两个齿轮啮合后才出现的。10.10重合度一一定义：£ = B1B2/P丄 或 啮合线长度 与 齿节距（法向齿距） 之比。10.11 一对齿轮的连续传动条件是：£110.12. 成形法（仿形法）加工的特点：产生齿形误差和分度误差，精度较低，加工 不连续，生产效率低。适于单件生产。10.13. 范成法加工的特点：一种模数只需要一把刀具连续切削，生产效率高，精度 高，用于批量生产。1

22、014渐开线齿轮产生根切的原因是：被加工齿轮的模数 m确定之后，根切随zmin 和Dbmin的出现而出现。10.15. 渐开线齿轮的根切现象是在展成法加工齿轮时发生的，使用齿条型刀具比用齿轮型刀具更易产生根切。10.15.1渐开线齿轮的根切的后果： 弱轮齿的抗弯强度； 使重合度£下降。10.16. 渐开线齿轮不发生根切的最少齿数 zmin=17。10.17正变位齿轮的特点是：齿厚变宽，齿槽变窄；负变位齿轮的特点是:正好相反。10.18变位齿轮优缺点？ 可采用zK zmin的小齿轮，仍不根切，使结构更紧凑； 改善了小齿轮的磨损情况； 因大小齿轮强度趋于接近，相对提高了小齿轮的承载能力；

23、 缺点是:没有互换性，必须成对使用，£略有减小。10.佃.一对斜齿圆柱齿轮的正确啮合条件： 外啮合： P 1= - P 2；内啮合：P 1=8 2 法面模数 m1=m2，法面压力角 a n1 = a n1 端面模数 m =nt2，端面法面 a t1 = a t210.20. 斜齿圆柱齿轮的当量齿数 与斜齿轮法面齿形相当的直齿轮，称为该斜 齿轮的当量齿轮，其齿数称当量齿数。Zmin=14。10.21. 斜齿轮不发生根切的最少齿数：10.22与直齿齿轮相比斜齿轮传动的优缺点是什么？ 啮合线变化规律是短、长、短；传动平稳： 重合度£大于直齿齿轮，承载能力大； 冲击、振动小，噪音小

24、； 缺点，传动时会产生轴向载荷。10.23 一对斜齿轮中心距：a=r1+r2= m （z丄 + zg ）/2 cos p可通过改变丄来调整a的大 小。11.1图示为一固定轮系。已知各轮齿数，z1=20, z2=20, z3=60, z3 =20, z4 =20, z5=20。求传动比i15。并判断z1与z5旋向是否相同。=.F11.1.2若周转轮系的自由度为2,则称其为 差动轮系。11.2图示为滚齿机工作台的传动机构，工作台与蜗轮 z1=z1' =20;z2=35;蜗杆 z4' =1（右旋）；z5=40;滚刀z6=1 （左旋）；z7=30若加工一个 z5' =64齿轮，

25、试确定各交换齿轮的齿数 z2' =?和z4=?5相互固定连结。已知滚刀、解：要加工一个z5' =64齿轮，必要的条件是滚 刀与齿轮毛坏的传动比i1 5应等于电机与工作 台之间的传动比i15。即h(1) i1' 5 = ( z7/ z1')x( z5' / z6)5= il5。=(-1 ) 2 (30/20)X( 64/ 1)=96(2) i15 = (-1 ) 4 (z2/ z1) X (z3/z2 =35/20X z4/ z2 ' X 40/1=70 X z4/ z2 z4/ z2 =96/70=48/35得：z4=48; z2 =3511.3

26、图示为电动卷扬机减速速器简图。Z =18, Z4=30, Z5=78，试求传动比1）解：首先将轮系分解为由齿轮1、已知i15= ?2、2（b）和由齿轮3'、4、5组成的定轴轮系,J 7吐/777777X (z4/z3) X (z5/z4 ')Z1=24, Z2=33, Z2' = 21,Z3=78,、3、H （即齿轮5）组成的差动轮系分别列出它们的传动比。2'(1)差动轮系传动比为i 13H =( CD 1- CD H)/ ( CD 3- CD H)5=(3 1- 3 5)/ (3 3- 3 5)=-Z2/Z 1 Z3/Z 2，或3 1 = Z 2/Z 1 Z3

27、/Z 2，( 3 5- 3 3) +3 5(2)定轴轮系传动比为i 3，5 = 3 3 / 3 5= -Z 5/ Z33 3， = - 3 5 Z 5 Z3，两个基本轮系之间的关系是2J234 qPZI3将上式代入差动轮系传动比(1)公式得: i 15= 3 1/ 3 5= Z 2/Z 1 X Za/Z 2 ( 1+ Z 5/ Z3)+1将各齿轮齿数代入上式得i 15=33/21 X 78/21 X( 1+78/18) +1=28.2411.3图示为输送带的行星轮减速速器。已知 z4=68;电动机转速为1450r/min;求输出轴的转 速 n4=?1)求 n4= ?zi=18,15r54C2d

28、C6dL耐33复合辂系3定轴轮系E2d1(b)差动轮系ZZZzZ2=32, Z2' = 20, Z3=82,11.2图示的轮系中，已知：z1=20, z2=30, z3=80, z4=40, z5=20。求：传动比 i15 ?并确定轮1和轮5转向是否相同?11 w H3 一H74"A=iiH +1Z2Z3Z1Z2= -=Z3Zi=-80/20 = - 4|Hi3 = 5;2)定轴轮系的传动比Ii5 = - z5/ z4= - 20/40 = -1/ 23) 轮系的传动比 Ii5 = I i3H X l45=5X 20/40=2.5;Z1和Z5方向相同。11.3.在图示的轮系中

29、，已知各轮齿数为 zi=20, z2=40, z2'=15, Z3=45, z4=30, z5=20。试求传动比ii5 ?并说明轴1与轴5的转向关系。解：由图知3 6=01)求 Z6=？mzB=2( mz4 + mz5/2)； Z6=2( 30+20/2)=80一3kz/1C57777P7771丄2/ 丄2Z2'= Z3 = 20；解：由图知3 6=053.图示锥齿轮组成的周转轮系。已知各轮齿数为zi=60, z2=40,I i3H=(n1-nH)/ (n3-nH)= + z2/z 1 z3/z 12故若设ni为正，则n2为负; 分别带入上式得X 20/60 X 20等式右边的

30、“ +”号，是在转化轮系中用划箭头的方法判断的。表示轮 1与轮 3转向相同。而在图a的轮系中轮1轮3的箭头是输入真实的转向，这两个概念不 能混淆。根据已知条件，轮1、3转向相反，取 n1 = +120 r/min，贝U n 2= +120 r/min，(120 - n h)/ (-120- nh)= + 40nH = + 600 r/min相同。上式表示系杆H的转向与太阳轮153棘轮机构的类型与应用按棘轮转向是否可调：单向、双向运动棘轮机构。按转角是否可调：固定转角、可调转角 按工作原理分：轮齿棘轮、摩擦棘轮54填空题1. 正变位直齿圆柱齿轮与标准直齿轮相比，其齿厚将会2. 斜齿轮不发生根切的最少齿数较直齿轮3. fv称为当量摩擦系数,平面接触时：f v = f ；槽面接触时：f v半圆柱面接触时f=9.渐开线齿轮的齿顶圆直径：da=d+2hk =，齿根圆直径：df=d-2hf，基圆直径：db= dcos a =;渐开线齿轮的顶隙系数,正常齿：c* =;短齿制：C* = 0.34.分度圆和压力角是单个齿轮就有的，而是两个齿轮啮合后才出一o，而非周期性速度波动的调节一般用8.在空间平面内，蜗轮与蜗杆的啮合就相当于的啮合。9.凸轮机构中推杆的运动规律若按三角函数变化，既不会产生柔性现的。刀具比使用5. 渐开线齿轮的根切现象是在展成法加工齿轮时发