機械原理試卷及答案

1、 1 20062007學(xué)年第二學(xué)期機械原理試卷（A卷） 班級： 姓名： 學(xué)號： 一、填空題（共計20分，每空1分） 1、機構(gòu)具有確定運動的條件是： 機構(gòu)的原動件數(shù)等于機構(gòu)的自由度數(shù) ，若機構(gòu)自由度>0，而原動件數(shù)<F，則構(gòu)件間的運動是 不確定的 ，若機構(gòu)自由度>0，而原動件數(shù)>F，則各構(gòu)件之間 不能運動或產(chǎn)生破壞 。 2、瞬心是兩個作平面相對運動剛體上瞬時 相對速度 為零的 重合點 。 3、移動副的自鎖條件是 驅(qū)動力與接觸面法線方向的夾角小于摩擦角 ；轉(zhuǎn)動副的自鎖條件是 驅(qū)動力的作用線距軸心偏距h 小于摩擦圓半徑 。 4、在凸輪機構(gòu)的各種常用從動件運動規(guī)律中， 等速 運

2、動規(guī)律具有剛性沖擊； 等加速等減速 運動規(guī)律具有柔性沖擊。 5、內(nèi)嚙合斜齒圓柱齒輪傳動的正確嚙合條件是 模數(shù)相等 ， 壓力角相等 ， 螺旋角大小相等且旋向相同 。 6、當(dāng)原動件為整周轉(zhuǎn)動時，使執(zhí)行構(gòu)件能作往復(fù)擺動的機構(gòu)有 曲柄搖桿機構(gòu)； 曲柄搖塊機構(gòu)； 擺動從動件圓柱凸輪機構(gòu)； 擺動從動件空間凸輪機構(gòu)或組合機構(gòu)等 。 7、等效質(zhì)量和等效轉(zhuǎn)動慣量可根據(jù)等效原則： 等效構(gòu)件的等效質(zhì)量或等效轉(zhuǎn)動慣量所具有的動能等于機器所有運動構(gòu)件的總動能之和 來確定。 8、輸出功和輸入功的比值，通常稱為 機械效率 。 9、為了減少飛輪的質(zhì)量和尺寸，應(yīng)將飛輪安裝在 高速 軸上。 10、剛性轉(zhuǎn)子靜平衡條件是 不平衡質(zhì)量

3、所產(chǎn)生的慣性力的矢量和等于 2 零 ；而動平衡條件是 不平衡質(zhì)量所產(chǎn)生的慣性力和慣性力矩的矢量都 等于零。 二、分析題（共計18分） 1、（本題10分）如圖所示，已知： BC/DE/GF，且分別相等，計算平面機構(gòu)的自由度。若存在復(fù)合鉸鏈、局部自由度及虛約束，請指出。如果以凸輪為原動件，機構(gòu)是否具有確定的運動？ 1、（本題10分） 解：n=6 1分 PL= 8 PH=1 F3n2PLPH 3×62×81 1 B處存在局部自由度 DE桿存在虛約束 I、J之一為虛約束 當(dāng)以凸輪為原動件時，原動件數(shù)等于機構(gòu)的自由度，故機構(gòu)具有確定的運動。 ACBDEFHGIJ虛約束之一為虛約束局部

4、自由度 3 2、（本題8分）在圖示機構(gòu)中，各桿的長度為L1=28mm，L2=54mm，L3=50mm，L4 =72mm。問： （1）試闡述鉸鏈四桿機構(gòu)的曲柄存在條件； （2）以桿4為機架時，該機構(gòu)為何種機構(gòu)？ （3）當(dāng)取桿1為機架時，將演化為何種機構(gòu)？ （4）當(dāng)取桿3為機架時，又將演化為何種機構(gòu)？ 解：（1）鉸鏈四桿機構(gòu)的曲柄存在條件： 最短桿與最長桿之和小于或等于其他兩桿長度之和， 最短桿是連架桿或機架。 （2）L1+L4=28+72<L2+L3=54+50 滿足桿長條件，且最短桿L1為連架桿，因此該機構(gòu)為曲柄搖桿機構(gòu)。 （3）由于桿長條件沒變，當(dāng)取最短桿L1為機架時將演化為雙曲柄機構(gòu)

5、 （4）由于桿長條件沒變，當(dāng)取最短桿的對邊L3為機架時將演化為雙搖桿機構(gòu) 三、作圖題（共計10分） 1、如圖所示凸輪機構(gòu)中，凸輪廓線為圓形,幾何中心在B點.請畫出并標 4 出 1）凸輪的理論輪廓線； 2）凸輪的基圓； 3）凸輪機構(gòu)的偏距圓； 4）凸輪與從動件在D點接觸時的壓力角； 5）凸輪與從動件從在C接觸到在D點接觸時凸輪轉(zhuǎn)過的角度。 解： oC?DB 四、計算題（共計36分） 1、（本題14分）在某牛頭刨床中，有一對外嚙合漸開線直齒圓柱齒輪傳動，已知z117，z2118，m5mm，200，1*?ah，25.0*?c，a=337.5mm。現(xiàn)發(fā)現(xiàn)小齒輪已經(jīng)嚴重磨損，擬將其報廢。大齒輪磨損較輕（

6、沿分度圓齒厚兩側(cè)總的磨損量為0.75mm），擬修復(fù)使用，并要求所設(shè)計的小齒輪的齒頂厚盡可能大些，問如何設(shè)計這一對齒輪？并計算這對齒輪的分度圓直徑d、齒頂高ha、齒根高hf、齒頂圓直徑da、齒根圓直徑df、齒厚s、齒槽寬e和齒距p。 解：（1）確定傳動類型： mm5.33711817(25(2a21）zzm? 因為aa，故應(yīng)采用等變位齒輪傳動。 （2）確定兩齒輪變位系數(shù)： 206.020tan5275.0tan2xx021?ms 理論輪廓線 基圓 ?0?D偏距圓 壓力角 ? 5 故x10.206，x20.206 小齒輪（單位：mm） d1=mz1=5×17=85 d2=mz03.65)

7、206.01()(11?mxhhaa 2?ha22.55)206.025.01()(11?mxchhaf 2?hfda1=d1+2ha1=85+2×6.03=97.06 da2=ddf1=d12hf1=852×5.22=74.56 df2=d（3）計算齒輪幾何尺寸 大齒輪（單位m118=599202202 +2a=590+3.97=597.92f=597.28=575.4 61.8)20tan206.022(5)tan22(s011?xm 1.7)20tan206.022(5)tan22(s022?xm 1.7)20tan206.022(5)tan22(e011?xm 61

8、.8)20tan206.022(5)tan22(e022?xm p1=s1+e1=8.61+7.1=15.71 p1=s1+e1=8.61+7.1=15.71 2、（本題10分）在圖示輪系中，已知各輪齒數(shù)為：Z1=20，Z2=30，Z3=80，Z4=40，Z5=20。試求此輪系的傳動比i15。 解：該輪系為復(fù)合輪系，123H和機架組成行星輪系，45和機架 6 組成定軸輪系。 （1）在123H和機架組成的行星輪系中， 42080133113?ZZnnnniHHH （2）在45和機架組成的定軸輪系中， 5.04020455445?ZZnni n3 = 0，nH = n4 i15 = n1/n5 =

9、 -2.5 3、（本題12分）已知某機械一個穩(wěn)定運動循環(huán)內(nèi)的等效力矩rM如圖所示，等效驅(qū)動力矩dM為常數(shù)，等效構(gòu)件的最大及最小角速度分別為：srad/200max?及srad/180min?。試求： (1) 等效驅(qū)動力矩dM的大??； (2) 運轉(zhuǎn)的速度不均勻系數(shù)?； (3) 當(dāng)要求?在0.05范圍內(nèi)，并不計其余構(gòu)件的轉(zhuǎn)動慣量時，應(yīng)裝在等效構(gòu)件上的飛輪的轉(zhuǎn)動慣量FJ。 解：（1 ）根據(jù)一個周期中等效驅(qū)動力矩的功和阻力矩的功相等來求等效驅(qū)動力矩： 由 ?2020dMdMrd 7 得 mNMd?5.212)4710041000(21? （2）直接利用公式求?： sradm/190)180200(21

10、)(21minmax? 105.0190180200minmax?m? （3）求出最大盈虧功后，飛輪轉(zhuǎn)動慣量可利用公式求解 JW5.61847)1005.212(max? ?222max3427.005.01905.618mkgWJmF? 五、綜合題（16分） 1、如圖所示機構(gòu)中，構(gòu)件1為原動件，P為作用在構(gòu)件3上的力，轉(zhuǎn)動副B和C上所畫的虛線小圓為摩擦圓。 （1）試分析該瞬時位置時，機構(gòu)的傳動角，壓力角； （2）作出機構(gòu)在圖示位置時的速度圖及加速度圖（不要求嚴格按比例作圖，要求寫出矢量方程式及方程式中各量的方向和大小的表達式）； （3）確定21和23的方向； （4）以及作用在連桿BC上作用力

11、的真實方向（各構(gòu)件的重量及慣性力略去）。 解：（1）速度分析 2222BCBCVVV? 大?。?？ 1lAB ? 100 A B C P 1 2 3 4 Md 1 8 方向： /AC AB BC 取v作多邊形如圖b所示。 （2）加速度分析 tBCnBCBCaaaa222222? 大小： ？ 21lAB 21lCB ? 方向： /AC AB BC CB 選適當(dāng)a作加速度如圖c所示。 20062007學(xué)年第二學(xué)期機械原理試卷（B卷） 班級： 姓名： 學(xué)號： 一、填空題（每空1分，共計20分） 1、平面運動副的最大約束數(shù)為 2 ，最小約束數(shù)為 1 ；引入一個約束的運動副為 高副 ，引入兩個約束的運動

12、副為 低副 。 2、凸輪機構(gòu)的運動規(guī)律中，如出現(xiàn)速度不連續(xù)，則機構(gòu)將產(chǎn)生 剛性 沖擊；如出現(xiàn)加速度不連續(xù)，則機構(gòu)將產(chǎn)生 柔性 沖擊； 3、如果一個機構(gòu)由k個構(gòu)件所組成，那么它的順心總數(shù) N=2)1(?k k。 4、直齒圓錐齒輪幾何尺寸的計算是以 大端 為準，其當(dāng)量齒數(shù)的計算公式為 Zv=Z/cos 。 5、機器中安裝飛輪的目的是 降低速度波動 和 降低電動機功率。 6、能實現(xiàn)間歇運動的機構(gòu)有 棘輪機構(gòu) 、 槽輪機構(gòu) 、 不完全齒輪機構(gòu)或凸輪機構(gòu)等 。 7、漸開線直齒圓柱齒輪傳動的可分性是指 傳動比 不受中心距變化的影響。 9 8、周轉(zhuǎn)輪系根據(jù)自由度不同可分為 差動輪系 和 行星輪系 ，其自由度

13、分別為 2 和 1 。 如圖所示，小圓為摩擦圓，軸頸1受到驅(qū)動力Q的作用，則軸頸1應(yīng)作 加速 運動。 二、分析題（共計22分） 1、已知機構(gòu)運動簡圖如圖所示，（8分） （1）計算該機構(gòu)的自由度；若存在復(fù)合鉸鏈、局部自由度及虛約束，請指出；如果以1為原動件，并說明機構(gòu)是否具有確定的運動。 （2）如果以1為原動件，根據(jù)機構(gòu)的組成原理，將其拆分為基本桿組。 解： （1）機構(gòu)的自由度： F3n2PLPH3×52×701 C處存在復(fù)合鉸鏈， F、G之一為虛約束 若以1為原動件，則原動件數(shù)自由度數(shù)，且F0，因此，機構(gòu)具有確定的運動。 （2）以1為原動件拆分桿組，根據(jù)機構(gòu)的組成原理，桿組

14、2、3組成二級桿組，桿組4、5組成二級桿組，圖示如下： B A 1 6 2 4 3 D F C 5 E G BA16243DFC5EGC1分 1分 1分 10 2、已知：機架長度L=100mm，行程速比系數(shù)K1.25 ，試設(shè)計一擺動導(dǎo)桿機構(gòu)，并求曲柄長度R（要求作圖）。（10分） 解：選擇一定的比例畫出動導(dǎo)桿機構(gòu)運動簡圖， 0003615.115.118011180?KK? mmLR9.3018sin1002sin0? 3、如圖所示為一個簡易的蝸桿蝸輪起重裝置，當(dāng)手柄如圖所示轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)動時，要求重物C上升，請問蝸桿和蝸輪的螺旋方向；并在圖上標明蝸桿的螺旋方向以及蝸輪的轉(zhuǎn)向。（4分） 蝸桿和蝸輪均為

15、右旋， 蝸輪逆時針轉(zhuǎn)動。 三、作圖題（共18分） 1、偏置直動推桿盤形凸輪機構(gòu)如圖所示。AB和CD是兩段直線，BC和DA是以凸輪軸為圓心的兩段圓弧。要求：（8分） 1）在圖上畫出理論廓線、基圓和偏距圓； 2）標出圖示位置的凸輪機構(gòu)的壓力角和推桿位移S； 3）標出推程運動角O和遠休止角1。C2C1BD 11 2、在圖示鉸鏈機構(gòu)中，鉸鏈處各細線圓為摩擦圓，dM為驅(qū)動力矩，Pr為生產(chǎn)阻力。在圖上畫出下列約束反力的方向與作用位置：12R?、32R?、43R?、41R?。(10分) 四、計算題（共40分） 1、現(xiàn)用m=10mm， =20?，ha*=1，c*=0.25，的齒條刀具切制z1=12的直齒圓柱外

16、齒輪，試求：（12分） (1)不發(fā)生根切的最小變位系數(shù)； (2)刀具變位加工后的齒輪分度圓齒厚，以及分度圓壓力角； (3)如果要求此變位齒輪與另外一個齒輪采用等變位齒輪傳動類型，那么 1 12 另外一個齒輪的最少齒數(shù)z2應(yīng)是多少(取整數(shù)) 解：(1) 最小變位系數(shù)（無根切條件下）Xmin=ha*(Zmin-Z)/Z (2) 變位加工后分度園齒厚為?tan2xm2sm?，若取x=0.3 則926.15tan200.321022xtanm2s0?mm 壓力角不變=20? （3）采用等變位齒輪傳動，則x2=0.3 min2min*2)(ZZZhxa? 1.221)3.01(17)x(ZZ*2*min

17、2?aahh 則z2>22.1 取z223 2、已知輪系主動輪轉(zhuǎn)向如圖所示，齒輪均為標準齒輪，標準安裝，Z12，Z240，Z2'24，Z348，Z4120，Z518，Z636，求傳動比i16，并標出輪2、5、6的轉(zhuǎn)向。(14分) 解：Z1、Z2組成定軸輪系； Z2、Z3、Z4及Z5（H）組成周轉(zhuǎn)輪系； 13 Z5、Z6組成定軸輪系 20240122112?ZZnni 蝸桿左旋，蝸輪2轉(zhuǎn)向箭頭向上。 min=1(17-12)/17=0.294 52412011'242424'2?ZZinnnniHHHH 62?Hi 輪5轉(zhuǎn)向箭頭向上 26556?nni 輪6轉(zhuǎn)向箭頭向左 因此 2405621216?iiiiH 3、圖示為一機器轉(zhuǎn)化到曲柄上的等效阻力矩曲線，在一個循環(huán)中，等效驅(qū)動力矩不變，機組活動構(gòu)件的等效轉(zhuǎn)動慣量Jc0.5Kg·m，己知曲柄的角速度m35 r