《机械原理习题集》原稿

1、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 目 录 第一章 绪 论.1 第二章 平面机构的结构分析.2 第三章 平面机构的运动分析.8 第四章 平面机构的力分析.18 第五章 机械效率与自锁.24 第六章 机械的平衡.30 第七章 机器的运转及其速度波动的调节.34 第八章 平面连杆机构.41 第九章 凸轮机构及其设计.49 第十章 齿轮机构及其设计.56 第十一章 齿轮系及其设计.67 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 B 。 A、制造单位 B、独立运

2、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。

3、 零件：是制造的单元，加工制造不可再分的个体。 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。（ ） 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。（ ） 3、虚约束对运动不起作用，也不能增加构件的刚性。（ ） 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。（ ） 选择填空 1、原动件的自由度应为 B 。 A、0 B、1 C、2 2、机构具有确定运动的条件是 B 。 A、自由度0 B、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铰链应具有 A 个转动副。 A、K1 B、K C、K1

4、 4、一个作平面运动的自由构件有 B 个自由度。 A、1 B、3 C、6 5、通过点、线接触构成的平面运动副称为 C 。 A、转动副 B、移动副 C、高副 6、通过面接触构成的平面运动副称为 A 。 A、低副 B、高副 C、移动副 7、平面运动副的最大约束数是 B 。 A、1 B、2 C、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 运动副 。 2、平面机构中的低副有 移动副 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 机架 。 4、在平面机

5、构中若引入一个高副将引入 1 个约束。 5、在平面机构中若引入一个低副将引入 2 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 高副 。 7、在平面机构中构件数、约束数与机构自由度的关系是 F=3n-2PL-Ph 。 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

6、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 2。 （2）平面高副（点、线接触）包括：滚子、凸轮、齿轮副等，约束为 1。 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。 6、平面机构自由度的计算式是怎样表达的？其中符

7、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？ 应注意复合铰链、局部自由度、虚约束。 8、什么是复合铰链、局部自由度和虚约束，在计算机构自由度时应如何处 理？ 复合铰链：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

8、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。 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 点铰接，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

9、杆 5 使冲 头 6 实现冲压运动。试绘制其机构运动简图。 2-3 试计算图示齿轮-连杆组合机构的自由度。 解：(a) A 为复合铰链 n=4, PL=5, Ph=1. F=3n-2PL- Ph=342511 (b) B C D 为复合铰链 n=6, PL=7, Ph=3 F=3n-2PL- Ph=36273=1 2-4 试计算图示凸轮-连杆组合机构的自由度。图 a 中铰接在凸轮上 D 处 的滚子可在 CE 杆上的曲线槽中滚动；图 b 中在 D 处为铰接在一起的两个 滑块。 解： （a) L D 为局部自由度 解： 局部自由度 E，B。虚约束 F，C 方法 1：n=9 PL=11 Ph=2 F

10、0=2 方法 1：n=7 PL=8 Ph=2 F=2 F=3n-2PL-Ph-F0 F=3n-2PL-Ph-F =3921122 =372822 =1 =1 方法 2：n=7 PL=9 Ph=2 访法 2：n=5 PL=6 Ph=2 F=3n-2PL -Ph F=3n-2PL-Ph =37292 =35-26-2 =1 1 2-5 试计算如图所示各平面机构的自由度。 （a） （b） 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，若机构中存在复合铰链，局部自由度或虚约束，也须注明）。 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。 第三章

11、 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。（ ） 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） /2。（ ） 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。 （ ） 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。 （ ） 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； D、两点间的相对

12、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 。 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 点。 2、相对瞬心与绝对瞬心的相同点是 ，不同点是 ；在由 N 个构件组成的机构中，有 个相对瞬心，有 个绝对瞬心。 3、当两构件组成转动副时，其相对瞬心在 处；组成移 动副时，其瞬心在 处；组成兼有滑动和滚动的高副时，其瞬

13、 心在 处。 4、作相对运动的三个构件的三个瞬心必 。 5、平面四杆机构共有相对瞬心 个，绝对瞬心 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 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？ 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

14、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 的转动所合成的方法。 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 动要素己知的铰链点。 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

15、（2）选同一构件上已知运动要素多的铰链点作动点和基点，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：已知同构件上两点的速度或加速度求另外点的速度和加速 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，

16、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。 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 = 22VB1B2 方向为：VB1B2 的矢量按牵连角速度 2方向旋转 900 。 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

17、构运动简图。 （2）选运动要素已知多的铰链点为重合点，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。 3-2 在图示的机构中，已知各构件长度（机构比例尺 L=实际构件长度/图 上长度=0.002m/mm），原动件以等角速度 1 =10 rad/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 的角速度 2 和角加速度 2。建议取：v=0.005(m/s)/ mm；a=0.05(m/s2)/mm。 3

18、-3 在图示的机构中，已知各构件长度(L=0.002m/mm)，原动件以等角速 度 1=10 rad/s 逆时针转动，试用图解法求点 D 的速度 vD和加速度 aD。 建议取：v=0.03(m/s)/mm；a=0.6(m/s2)/mm。 c a 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 1（为常数） ，试以图解法求在 1= 90时构件 3 的角速度 3及角加速度 3（比例尺任 选）。 3-5 在图示的摇块机构中，已知 LAB30mm，LAC100mm，LBD50mm，LDE = 40mm，曲柄以等角速 度 1 = 10rads 回转，试用图用法求机构在 145位置时，点

19、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。 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 1为常数， 试用矢量方程图解法求： （1）构件 2 的角速度 2； （2）速度 vD及角速度 5。 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。 3-7 在图示六杆机构中，已知：lBC=lCD=l1=l3=420mm, lAB=140mm，l2=180mm，1=20rad/s。 （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 2。 3-8 图示为干

20、草压缩机中的六杆机构，已知各构件长度 lAB=600mm，lOA=150mm，lBC=120mm，lBD=500 mm，lCE=600 mm 及 xD=400 mm，yD=500 mm，yE=600 mm，1=10rad/s。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。 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。（ ） 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。（ ） 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

21、作用线一定都切于摩擦圆。（ ） 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。（ ） 选择填空题 1、作变速运动的构件上的惯性力， 。 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， 。 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

22、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 。 A、0 B、90 C、钝角 D、锐 角 4、在机械中阻力与其作用点速度方向 。 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 。 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 。 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 。

23、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 。 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 RBA 。 A、必切于摩擦圆，且 RBA对轴心的力矩方向与 AB的方向相反； B、必切于摩擦圆，且 RBA对轴心的力矩方向与 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 AB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 切于摩擦圆。 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) ；(2)

24、。 2、静力分析一般适用于 情况。 3、所谓动态静力分析是指 的一种力分析方法，它一般适用于 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 。 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 = - m as 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

25、力矩 等于惯性力矩。Pi hL = 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 = 0 。 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 和各构件的角加速 度。 （2）按 Pi = - m as 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 Rn 和

26、沿杆长垂直方向的反力 Rt ，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 Rn 。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 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 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， 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

27、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）。 4-2 在图示的铰链四杆机构中，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 r 和 fv。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。 4-3 在图示的铰链四杆机构中，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

28、机构能克服的作用在从动件 3 上的阻力偶矩 M3的转向。 4-4 在图示的曲柄滑块机构中，已知 lAB=90 mm，lBC=240 mm；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 =8，铰链 A、B、C 处的虚线小圆为摩擦圆，其半径分别为 A=8 mm，B=C=6 mm；滑块上作用有水平驱动力 F=1000 N。设不计各构件的重力和惯性力， 求当曲柄处于 =50位置时，驱动力 F 所能克服的生产阻力 Q 的大小 4-5、在图示双滑块机构中，已知工作阻力 Q=500 N，转动副 A、B 处摩擦 圆及移动副中的摩擦角 如图所示。试用图解法求出所需驱动力 P。 规定 ：取

29、力比例尺 P = 10 N/mm 。 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、WrWd B、WfWd C、WrWf 2、机械出现自锁是由于 。 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 。 A、机械效率0 B、机械效率0 C、机械效率 0 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 0，则机组的总效率 必有如下关系 。 A、0 B、0 C、=0 D、=n0 (n 为单机台 数) 5、在由若干机

30、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 max和 min，则机组的总效率 必有如下 关系 。 A、max C、minmax D、minmax 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 max和 min，则机组的总效率 必有如下关 系 。 A、max C、minmax D、min1 B、=1 C、01 D、0 8、自锁机构一般是指 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 。 A、效率较高，自锁性也较好 B、

31、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 P0，则机器效率的计算式是 = 。 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 Q0，则机器效率的计算式是 = 。 3、在认为摩擦力达极限值条件下计算出机构效率 后，则从这种效率观 点考虑，机器发生自锁的条件是 。 4、设螺纹的升角 ，接触面的当量摩擦系数为 fv，则螺旋副自锁的条件 是 。 5、并联机组的效率与机组中与 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

32、力与铅垂载荷之间的关系 式。 （1）平面摩擦 P = Q tg ，tg = f。 （2）斜平面摩擦 P = Q tg（ + ）。 （3）平槽面摩擦 P = Q tg v，tg v = fv = f / sin， 为槽形半角，v、fv 分别为当量摩擦角、当量摩擦系数。 （4）斜槽面摩擦 P = Q tg （ + v）。 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 = Q tg （ + ），M = Pd2 / 2。 （2）三角螺纹 P = Q tg （ + v），M = Pd2 / 2，v = arc tg fv ，fv = f / cos， 为牙形半角。 3、转动副中轴颈摩

33、擦的摩擦力或摩擦力矩公式如何？ Fv = fv Q 式中的 fv 是转动副的当量摩擦系数。Mf = R21 = r fv Q = Q，= r fv 。 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+。转动副：R21对摩擦圆中心力矩方向与 12 转向相反并切于摩擦圆。摩擦圆半径 =r fv，fv=（11.5）f。 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，输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

34、力矩） 实际工作阻力（或力矩） = = 实际驱动力（或力矩） 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）。

35、（4）克服的生产阻力小于等于零。 习题 5-1 在图示曲柄滑块机构中，曲柄 l 在驱动力矩 M1作用下等速转动。设已 知各转动副中的轴颈半径 r=10 mm，当量摩擦系数 fv =0.2，移动副中的滑 动摩擦系数 f=0.15，lAB=100 mm，lBC=350 mm，各构件的质量和转动 惯量忽略不计。当 M1=20 Nm 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 。 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 M1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。 5-2 图示为一对心偏心轮式凸轮机构。已知机构的

36、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 f1和 f2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 d1)。试求当凸轮 转角为 时该机构的机械效率 。 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 d2sinv的项可忽略不计。 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=1.2 ms。带传动(包括轴承)的效率 l=0.95

37、，每对齿轮(包括其轴承)的效率 2=0.97，运输带 8 的机械效率 3=0.92。试求该系统的总效率 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 1=0.97，带传动的效率 2=0.92（包括 轴承效率），工作机 A、B 的功率分别为 PA=5 kw，PB=1 kw，效率分别为 A=0.8，B=0.5，试求电动机所需的功率。若改为：PA=1 kw，PB=5 kw， 其余条件不变，又将如何? 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

38、条件，和在此条件下正行程(在 F 力 作用下)的效率。 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。 （ ） 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。（ ） 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。（ ） 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。（ ） 选择填空题 1、机械平衡研究的内容是 。 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

39、率间的平衡。 2、达到静平衡的刚性回转件，其质心 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 。 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 。 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， 。 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=J。 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可。 D、对转子进行动平衡，只要使转子的离心惯性

40、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 。 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 ，减少或消除在机构各运动副中所引起的 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 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 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 和 。 4、回转构件的动平衡是指消除 。 5、在图示 a

41、、b、c 三根轴中。已知 m1r1=m2r2=m3r3=m4r4,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 轴已达静平衡， 轴已达动平衡。 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

42、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总消耗功 B、动能增加，输入功总消耗 功 C、动能增加，输入功总消耗功 D、动能不变，且输入功=0 2、在机械系统中

43、安装飞轮， 。 A、可以完全消除速度波动 B、可以完全消除周期性速度 波动 C、可完全消除非周期性速度波动 D、可减小周期性速度波动的 幅度 3、对存在周期性速度波动的机器，安装飞轮是为了在 阶段进行 速度调节。 A、起动 B、停车 C、稳定运转 4、若不考虑其它因素，单从减轻飞轮的重量上看，飞轮应安装在 。 A、高速轴上 B、低速轴上 C、任意轴上 5、为了减小机械运转中周期性速度波动的程度，应在机械中安装 。 A、调速器 B、变速装置 C、飞轮 6、等效驱动力矩、等效阻力矩和等效转动惯量均为常量的机器 。 A、需要装飞轮； B、需要装调速器； C、不需要装飞轮或调速 器。 填空题 1、机器

44、中安装飞轮的原因，一般是为了 ，同时还可获得 的效果。 2、在机器的稳定运转时期，机器主轴的转速可有两种不同情况，即 稳定运转和 稳定运转，在前一种情况，机器主轴速度是 ，在后一种情况，机器主轴速度是 。 3、机器等效动力学模型中的等效质量(转动惯量)是根据 的原则进行转化的，因而它的数值除了与各构件本身的质量（转动惯量)有 关外，还与 有关。 4、机器等效动力模型中的等效力(矩)是根据 的原则进行转化的，因而它的数值除了与原作用力(矩)的大小有关外，还 与 有关。 5、机器运转时的速度波动有 速度波动和 速度波动两种，前者采用 ，后者采用 进行 调节。 简答题 1、机械的开始运动到终止运动分

45、哪三个阶段，各是什么特点？ （1）起动阶段：驱动力功大于阻力功，机械的动能增加，速度加快。 （2）稳定运行阶段：在这个运动循环中驱动力功等于阻力功。动能的总变 化等于零。机械系统的速度在某平均值上作周期性的波动。 （3）停车阶段：驱动力等于零，驱动力功小于阻力功，起动时积累的动能 减少到零，机械系统速度下降到零。 2、什么是机械系统的运动方程，其用途是什么？ 建立机械系统的运动规律的函数式称为机械系统运动方程。用于研究机械 系统在外力（驱动力和工作阻力）作用下的运动规律及其速度调节原理。 3、什么是机械系统中的等效质量（或等效转动惯量）、等效驱动力（或力 矩）和等效阻力（或阻力矩）？ 在机械系

46、统中选一个构件，根据质点系动能定理把该机械系统视为一个整 体。将作用于该系统的所有外力及所有质量和转动惯量向所选构件转化， 这个构件称等效构件，转化到这个构件上的质量或转动惯量称为等效质量 或等效转动惯量；转化到这个构件上的驱动力（或驱动力矩）和阻力（或 阻力矩）称为等效驱动力（或等效驱动力矩）和等效阻力（或等效阻力矩） 。 4、建立等效构件时所遵循的原则是什么？ 遵循该机械系统的转化前后动力效应不变的原则，即： （1）等效构件具有的动能应等于机械中各构件所具有的动能总和。 （2）作用在等效构件上等效力和等效力矩所作的功应等于作用在各构件上 的外力和外力矩所作功之和。 5、什么是等效动力学模型

47、？ 由等效构件和机架组成的，在功和动能方面与实际机械系统全面等效的模 型。 6、机械系统运动状态分哪三种，其速度波动如何调节？采用飞轮调速是否 能完全消除速度波动？ （1）等速运动。（2）周期性速度波动。（3）非周期性速度波动。 等速运动的机械系统不存在速度波动调节问题。周期性速度波动的机械系 统通常采用飞轮调节。非周期牲速度波动一般采用反馈控制（如调速器） 进行调节。 采用飞轮不能完全消除机械系统的周期性速度波动。因为飞轮是一个转动 惯量较大的盘形零件，可以起到储存和释放能量的作用，可以对周期性速 度波动幅度加以调节，调节的能力取决于飞轮的转动惯量的大小，而在理 论上当转动惯量无穷大时，速度

48、波动变化才能无限小，所以不能完全消除 只是调节。 7、什么是盈功、亏功、最大盈亏功，求最大盈亏功在飞轮设计中的用途是 什么？ 当驱动功大于阻抗功时，驱动功比阻抗功多余的部分称为盈功。当阻抗功 大于驱动功时，驱动功比阻抗功少的部分称为亏功。最大盈亏功是在整个 周期中最大盈功与最大亏功之差称为最大盈亏功。 在已知平均角速度和速度不均匀系数时，据最大盈亏功，可求得等效构件 上所需要的等效转动惯量，最后求得飞轮所需的转动惯量来设计飞轮。 习题 7-1 如图所示的齿轮传动中，已知作用于齿轮 O3轴上的阻力矩 M3=40Nm，各轮的齿数 Z1=20，Z2=40，Z2=20，Z3=40，各轮对其转动 中心的

49、转动惯量分别为 J1=0.01kgm2，J2=0.01kgm2，J2 =0.04kgm2，J3=0.04kgm2。试求当取齿轮 1 轴为等效构件时的等效阻力矩 Mr及等效转动惯量 J。 7-2 如图所示为一机床工作台的传动系统。设已知各齿轮的齿数，齿轮 3 的分度圆半径 r3，各齿轮的转动惯量。齿轮 1 直接装在电动机轴上。故 J1 中包含了电动机转子的转动惯量；工作台和被加工零件的重量之和为 G。 当取齿轮 1 为等效构件时，求该机械系统的等效转动惯量 Je。 7-3 如图所示的定轴轮系中，已知作用于轮 1 和轮 3 上的力矩 M1=65Nm，M3=100Nm，各轮的转动惯量 J1=0.12

50、kgm2，J2=0.18kgm2，J3=0.4kgm2，各轮的齿数 Z1=18，Z2=27，Z3=36，在开始转动的瞬时，轮 1 的角速度等于零，求运 动开始后经过 3s 时的角加速度 1和角速度 1。 7-4 已知如图所示机构中作用有驱动力 P3=1000N，工作阻力矩 M1=90Nm，曲柄 AB 长 LAB=0.1m，曲柄位置角0=90，滑块的质量 m3=10kg，不计其它构件的质量及运动副的摩擦，试求曲柄刚开始回转时 的角加速度1。 7-5 某内燃机的曲柄输出力矩 Md随曲柄转角 的变化曲线如图所示，其 运动周期 T=,曲柄的平均转速 nm=620 r/min。当用该内燃机驱动一阻抗 力

51、为常数的机械时，如果要求其运转不均匀系数 =0.01。 （1）曲轴最大转速 nmax和相应的曲柄转角位置 (max)； （2）试求装在曲轴上的飞轮转动惯量 JF（不计其余构件的转动惯量）。 7-6 一机器作稳定运动，其中一个运动循环中的等效阻力矩与等效驱动力 矩的变化线如图。机器的等效转动惯量 J=1kg，在运动循环开始时，等效 构件的角速度 0=20 rad/s，试求： （1）等效驱动力矩 Md； （2）等效构件的最大、最小角速度；并指出其出现的位置；确定运转速度 不均匀系数； （3）最大盈亏功； （4）若运转速度不均匀系数，则应在等效构件上加多大转动惯量的飞轮？ 第八章 平面连杆机构 判断

52、题 1、平面连杆机构中，至少有一个连杆。（ ） 2、平面连杆机构中，最少需要三个构件。（ ） 3、平面连杆机构可利用急回特性，缩短非生产时间，提高生产率。（ ） 4、平面连杆机构中，极位夹角 越大，K 值越大，急回运动的性质也越显 著。（ ） 5、有死点的机构不能产生运动。（ ） 6、机构的压力角越大，传力越费劲，传动效率越低。（ ） 7、曲柄摇杆机构中，曲柄为最短杆。（ ） 8、双曲柄机构中，曲柄一定是最短杆。（ ） 9、平面连杆机构中，可利用飞轮的惯性，使机构通过死点位置。（ ） 10、平面连杆机构中，压力角的补角称为传动角。（ ） 11、平面连杆机构运转时，压力角是变化的。（ ） 选择填

53、空题 1、若将一曲柄摇杆机构转化为双曲柄机构可将 。 A、原机构曲柄为机架 B、原机构连杆为机架 C、原机构摇杆 为机架 2、一曲柄摇杆机构中，连杆 b50mm，c35mm，d30mm，若 a 为 曲柄，d 杆为机架，则 a 的长度应为 。 A、15mm B、15mm C、25mm 3、要将一个曲柄摇杆机构转化成双摇杆机构，可以用机架转换法将 。 A、原机构的曲柄作为机架 B、原机构的连杆作为机架 C、原机构的 摇杆作为机架。 4、对于铰链四杆机构，当满足杆长之和的条件时，若取 为机架， 将得到曲柄摇杆机构。 A、最短杆 B、与最短杆相对的构件 C、最长秆 D、与最短杆相邻的构件 5、图示机构的名称为 。 A、等长双曲柄机构 B、平行双曲柄