機械原理復習題及解答 (2)

1、機械原理復習題一.填空題:1 兩構件通過點、線接觸而構成的運動副稱為（高副）；兩構件通過面接觸構成的運動副稱為（低副）。2 在其它條件相同時，槽面摩擦大于平面摩擦，其原因是（正壓力分布不均）。3設螺紋的升角為入，接觸面的當量摩擦系數(shù)為（fv）,則螺旋副自鎖的條件為（九<arctgf）v4對心曲柄滑塊機構以曲柄為原動件時，其最大傳動角Y為（90度）。5 曲柄滑塊機構是改變曲柄搖桿機構中的（搖桿長度和形狀）而形成的。在曲柄滑塊機構中改變（曲柄）而形成偏心輪機構。在曲柄滑塊機構中以（曲柄）作機架而得到回轉導桿機構。6 用飛輪進行調速時，若其他條件不變，則要求的速度不均勻系數(shù)越小，飛輪的轉動慣量

2、越（大），在滿足同樣的速度不均勻系數(shù)條件下，為了減小飛輪的轉動慣量，最好將飛輪安裝在機械的（高速）軸上。7 內嚙合斜齒圓柱齒輪傳動的正確嚙合條件是（模數(shù)和壓力角應分別相等且螺旋角相同）;8 一對斜齒圓柱齒輪傳動的重合度由（端面重合度，軸向重合度）兩部分組成,斜齒輪的當量齒輪是指（以法向壓力角為壓力角，以法向模數(shù)為模數(shù)作的）的直齒輪;9、3個彼此作平面平行運動的構件間共有（3）個速度瞬心,這幾個瞬心必定位于（同一條直線上）上;10、含有6個構件的平面機構,其速度瞬心共有（15）個,其中有（5）個是絕對瞬心,有（10）個是相對瞬心;11 周期性速度波動和非周期性速度波動的調節(jié)方法分別為（安裝飛輪）

3、和（使用電動機，使等效的驅動力矩和等效阻力矩彼此相互適應）;12 在凸輪機構推桿的四種常用運動規(guī)律中（一次多項式）運動規(guī)律有剛性沖擊,（二次多項式）運動規(guī)律有柔性沖擊;（正弦）運動規(guī)律無沖擊;13 凸輪的基圓半徑是指（凸輪回轉軸心）至（凸輪）最小半徑。14在設計凸輪機構時，凸輪的基圓半徑取得越小，所設計的機構就越緊湊，但是壓力角越大，使機構的工作情況變壞。15在平面機構中，具有兩個約束的運動副是（轉動）副或（移動）畐山具有一個約束的運動副是（平面高）副。16 一個采取負變位修正的直齒圓柱齒輪與同樣基本參數(shù)的標準齒輪相比較，其（齒頂）圓及（齒根）圓變小了；而（基）圓及（分度）圓有大小則沒有變。1

4、7 周轉輪系中，若自由度為2，則稱其為（差動輪系），若自由度為1，則稱其為（行星輪系）。18 一對心曲柄滑塊機構中，若改為以曲柄為機架，則將演化為（回轉導桿）機構。19 在平面四桿機構中，能實現(xiàn)急回運動的機構有（曲柄搖桿機構）、（雙曲柄機構）等。20 蝸輪蝸桿的正確嚙合條件是（蝸桿的軸面模數(shù)和壓力角分別等于渦輪的端面模數(shù)和壓力角mx1=mt2，ax1=at2=a）。21機構要能動，自由度必須大于或等于1，機構具有確定運動的條件是機構的原動件數(shù)目應等于機構的自由度的數(shù)目。22相對瞬心與絕對瞬心的相同點是互作平面相對運動的兩構件上瞬時速度相等的重合點，不同點是絕對瞬心的絕對速度為零，在有六個構件組

5、成的機構中，有15個瞬心。23剛性回轉構件的不平衡可以分為兩種類型，一種是靜平衡，其質量分布特點是在同一平面內:另一種是動平衡,其質量分布特點是在不同平面內。24在曲柄搖桿機構中，當連桿與從動曲柄兩次共線位置時岀現(xiàn)最小傳動角。25移動副的自鎖條件是驅動力作用在其摩擦范圍之內，轉動副的自鎖條件是作用在軸頸上的驅動力單為F,且作用于摩擦園之內，從效率的觀點來看，機構的自鎖條件是驅動力做的功小于或等于由其引起摩擦力所做的功。26根據(jù)機構的組成原理，任何機構都可以看作是由機架、原動件和從動件組成的。27剛性轉子的靜平衡就是要使離心慣性力之和為零。而剛性轉子的動平衡則要使慣性力之和為零以及.慣性力所構成

6、的力矩之和為零。28漸開線齒輪的齒廓形狀取決于基圓半徑的大小，其值越大齒廓形狀越接近直線29采用.范成法切制漸開線齒廓時發(fā)生根切的原因是刀具的頂部會過多的切入輪齒根部，因而將齒根的漸開線切去一部分。30漸開線齒輪在不同圓周上的壓力角也不相同，在（齒頂）圓上壓力角最大:在（齒根）圓上壓力角為00:在（分度）圓上壓力角取標準值。31圖1三種四桿機構分別是：1）（曲柄搖桿機構）、2）（雙曲柄機構）、3）（雙搖桿機構）32斜齒輪的當量齒數(shù)Z=（Zv=z/cos3B），圓錐齒輪的當量齒數(shù)Z=（Zv=z/cosa）。33有一標準漸開線直齒內齒輪，Z=60,m=5mm，h*=1,c*=0.25,a=20&#

7、176;:該齒輪的齒頂圓半a徑r=（155mm）,齒根圓半徑r=（142.5mm）.af二、簡答題：1 何為機構運動簡圖？機構運動簡圖與實際機構有哪些相同之處？有哪些不同之處？答：根據(jù)機構的運動尺寸，按一定的比例尺其相對位置的尺寸，并且定岀各運動副的類型，采用運動副及常用機構運動簡圖符號和構件的表示方法，將機構運動傳遞情況表示岀來的簡化圖形稱為機構運動簡圖。相同之處：各構件的數(shù)目，連接方式，運動規(guī)律不同之處：構件的尺寸，形狀2 鉸鏈四桿機構在死點位置時，驅動力任意增加也不能使機構產(chǎn)生運動，這與機構的自鎖現(xiàn)象是否相同？試加以說明。答：不同。死點位置驅動力在驅動方向的分力為0:自鎖是驅動力克服不了

8、摩擦阻力所做的功。3 何謂摩擦圓？為何要引進摩擦圓的概念？摩擦圓的大小與哪些因素有關？答：在轉動副中，以軸頸中心為圓心，以=f*r為半徑所作的圓稱為摩擦圓。因軸承對v軸徑的總反力Fr始終切于摩擦圓，引入摩擦圓有利于判定總反力的方位。與軸承半徑以及R當量摩擦系數(shù)有關。4 對齒輪進行變位修正的目的是什么？答：由于標準齒輪可能會產(chǎn)生根切；可能無法安裝；可能產(chǎn)生過大的尺側間隙，影響傳動的平穩(wěn)性，重合度降低；一對相互嚙合的標準齒輪中，由于小齒輪齒廓漸開線的曲率半徑較小，齒根厚度也較薄，參與嚙合的次數(shù)又較多，強度較低，影響到整個齒輪傳動的承載能力。為了改善上述不足，故采用變位修正的方法進行修正。5 簡述漸

9、開線的主要特性，并寫出參數(shù)方程。答：(1)發(fā)生線上BK線段長度等于基圓上被滾過的弧長AB，即BK=AB(2) 發(fā)生線BK即為漸開線在K點的法線，又因發(fā)生線恒切于基圓，故知漸開線上任意點的法線恒與其基圓相切(3) 發(fā)生線與基圓的切點B也是漸開線在K點處的曲率中心，線段BK就是漸開線在K點處的曲率半徑。(4) 漸開線的形狀取決于基圓的大小(5) 基圓以內無漸開線漸開線極坐標方程：6 一對標準齒輪傳動的實際中心距a大于標準中心距a時，其傳動比有無變化？它們還能正確嚙合嗎？其重合度£a有無改變？答：無變化;能;減小7 平面鉸鏈四桿機構存在曲柄的條件是什么？答：桿長條件：最長桿與最短桿的長度之

10、和應小于其它兩桿長度之和最短桿不為連桿。8 在對機構進行速度分析時，速度瞬心法一般適用于什么場合？能否利用速度瞬心法對機構進行加速度分析答：構件比較簡單的場合，且各構件間的速度瞬心容易確定，且直觀，不能對機構進行加速度分析。9 四桿機構中壓力角與傳動角有什么關系？它們對傳動性能有何影響？答：壓力角與傳動角互余壓力角越大，傳動越不利；傳動角越大，傳動越有利11在曲柄滑塊機構中，當以曲柄為原動件時，是否有死點位置？為什么？答：沒有因為在曲柄滑桿機構的最小傳動角始終大于012簡述漸開線標準斜齒圓柱齒輪當量齒數(shù)Zv的用途。答：可求得漸開線標斜齒圓柱齒輪不發(fā)生根切的最少齒數(shù)，并根據(jù)換算的結果選擇加工的標

11、準齒輪刀具13何謂機構的自鎖？舉出兩種工程中利用機械自鎖完成工作要求的實例。答：在某些機械中，由于摩擦的存在，出現(xiàn)無論驅動力如何增大都無法使機械沿著有效驅動力作用的方向運動的現(xiàn)象，稱為機械的自鎖千斤頂，斜面壓榨機，偏心夾具，炮膛14 鉸鏈四桿機構在死點位置時，驅動力任意增大也不能使機構產(chǎn)生運動，這與機構的自鎖現(xiàn)象是否相同？試加以說明。答：同2，兩題目一樣15 設計直動推桿盤形凸輪機構時，在推桿運動規(guī)律不變的條件下，需減小推程壓力角，可采用哪些措施？答：減小導軌長度，增大懸臂尺寸16推桿常用的運動規(guī)律有那幾種？其中存在柔性沖擊的有哪幾種？答：等速度運動規(guī)律，等加速等減速運動規(guī)律、余弦加速度運動規(guī)

12、律，正弦加速度運動規(guī)律。等加速等減速運動規(guī)律、余弦加速度運動規(guī)律17 機構具有確定運動的條件是什么？當機構的原動件數(shù)少于或多于機構的自由度時，機構的運動將發(fā)生什么情況？答：原動件的數(shù)目和機構自由度的數(shù)目相等少于：運動不完全確定多于：導致機構中最薄弱的環(huán)節(jié)的損壞18 漸開線齒輪的基本參數(shù)有哪幾個？其中哪些是有標準的？為什么說這些參數(shù)是齒輪的基本參數(shù)？答：齒數(shù)Z,模數(shù)m,壓力角a,齒頂高系數(shù)ha*，頂隙系數(shù)c*壓力角、齒頂高系數(shù)和頂隙系數(shù)是標準的因為這些參數(shù)能夠決定了齒輪的大小及齒輪齒廓的形狀19 何謂機構的急回運動和行程速比系數(shù)？其在機械設計中有何實際意義？舉出三個實例。答：在機構的運行過程中，

13、機構處于兩個極位時，原動件之間的夾角的存在，導致?lián)u桿出現(xiàn)正反行程平均速度不一致的現(xiàn)象稱為機構的急回運動反行程與正行程平均速度的比值為行程速比系數(shù)節(jié)省空回時間，提高機械效率20 簡述機械中不平衡慣性力的危害。答：機械在運轉時，構件所產(chǎn)生的不平衡慣性力將在運動副中引起附加的動壓力。這不僅會增大運動副中的摩擦和構件中的內應力，降低機械效率和使用壽命，而且由于這些慣性力一般都是周期性變化的，所以必將引起機械及其基礎產(chǎn)生強迫震動。21 何謂機器的“運轉速度不均勻系數(shù)“？機械的周期性速度波動調節(jié)的實質和方法是什么？°是否選得越小越好？答：角速度的幅度-與平均角速度®之比稱為機械的運轉速

14、度不均勻系數(shù)maxminm實質：能量的儲存與釋放方法：安裝飛輪不是可能導致J太大。另還必須考慮安裝飛輪軸的剛性和結構上的可能性等因素F22 簡述漸開線齒廓的嚙合特點。答：（1）能保證定傳動比傳動且具有可分性（2）漸開線齒廓之間的正壓力方向不變23斜齒輪的螺旋角0對傳動有什么影響？常用范圍是多少？為什么要作此限制？答：會產(chǎn)生軸向推力，8'-20'，為了控制軸向推力。24 何謂當量摩擦系數(shù)及當量摩擦角？引入它們的目的是什么？如何確定移動副中總反力的方向？答：為了簡化計算，統(tǒng)一計算公式，不論運動副元素的幾何形狀如何，均將其摩擦力的計算式表示為F二fG,其中f稱為當量摩擦系數(shù)在此情況下

15、總反力與法向反力之間f21vv的夾角即稱為當量摩擦角目的：不必考慮運動副元素的幾何形狀，簡化計算總反力略25 什么叫做周轉輪系？答：傳動時,輪系中至少有一個齒輪的幾何軸線位置不固定，而是繞另一個齒輪的固定軸線回轉,這種輪系被稱為周轉輪系。26 什么叫齒輪傳動的重合度？其意義何在？答：在一對輪齒的嚙合傳動過程中，實際嚙合線段BB與法向齒距P的比值£稱為12ba齒輪傳動的重合度重合度的大小表示同時參與嚙合的齒輪對數(shù)的平均值。重合度大，以為著同時參與嚙合的齒輪對數(shù)多，對提高齒輪傳動的平穩(wěn)性和承載能力都有重要意義27 在曲柄滑塊機構中，當以曲柄為原動件時，是否有死點位置？為什么？答：沒有死點

16、。因為其傳動角不等于0度，壓力角不等于90度。28何謂總反力？在移動副和轉動副中總反力的方向及其作用線的位置是如何確定的？答：把運動副中法向反力和摩擦力的合力稱為運動副中的總反力兀移動副：總反力F與構件1相對構件2的速度方向偏離+屮R122轉動副：總反力與其它外力的大小相等，方向相反，且切于摩擦圓，對軸心之矩與軸頸相對軸承的相對轉動方向相反29在考慮摩擦的情況下，如何確定轉動副中總反力的方向？三、計算題1 計算如圖所示機構的自由度，若存在復合鉸鏈、局部自由度和虛約束，請指出其位置。畫箭頭的構件為原動件。圖中DE平行且等于FG。解：I滾子處有局部自由度，E處為復合鉸鏈，N(或0)為虛約束，構件F

17、G為虛約束構件。去掉局部自由度和虛約束后，得2 如圖所示為齒輪連桿機構，試分析：1) 該機構自由度為多少？(要計算過程)2) 試用瞬心法求齒輪1與3的傳動比3i/w3解：1)n=5，P=6,P=2.(3分)lhF=3n-(2P+P)=1(4分)lh2)如圖所示，先求的構件1和構件3的相對瞬心P13，V=3PA=3PDP131132133 /3=PD/PA1313133計算如圖所示機構的自由度，并指出復合鉸鏈、局部自由度和虛約束。解：B滾子處有局部自由度，E處為復合鉸鏈，K為虛約束。F=9*3-(2*12+1)-1=14計算如圖所示機構的自由度，若有復合鉸鏈、局部自由度和虛約束應指出。解：F=3

18、n-(2Pl+Ph)=3X8-(2X11+1)=1或F=3n-(2Pl+Ph-P)-Fz=3X12-(2X17+1-1)-1=1其中：B、D處為復合鉸鏈，AB、BE、BD桿為虛約束，滾子處為局部自由度。5計算如圖所示機構的自由度，并指出復合鉸鏈、局部自由度和虛約束，如果以凸輪為原動件，該機構是否具有確定的運動？為什么(12分)解：F滾子處有局部自由度，C處為復合鉸鏈，無虛約束。F=8*3-(2*10+1)-1=2自由運動構件數(shù)目小于機構自由度，運動不完全確定6某機械在穩(wěn)定運轉的一個周期中，作用在等效構件上的等效阻力矩M的變化規(guī)律如圖r所示，等效驅動力矩為常數(shù)，平均角速度3=20rad/s,要求

19、運轉速度不均勻系數(shù)&=0.05,m試求：(20分)(1) 等效驅動力矩M；d(2) 最大盈虧功Aw；max(3) 應在等效構件上安裝的飛輪轉動慣量JF。F解：(1)因為Wd=Wr,w二M2dd2卩11W=JMdQ=T40+兀40=40k所以M=20N.mdr22d0(2)AW=5kmaxJ>0.785kgm2F7如圖所示為某一機械在一個運動循環(huán)中的等效驅動力矩Med和等效阻抗力矩Mer的變化曲eder線。設兩曲線包圍的各小塊面積所代表的盈虧功分別為S1=1400J,S2=-2000J,S=1200J,S=-1500J,S=1000J,S=-100J。試做出能量指示圖并確定其最大盈

20、虧功。3156解：先畫出能量指示圖,最大盈虧功就是最高點到最低點之間盈虧功代數(shù)和的絕對值。8如圖所示輪系中，已知各輪齒數(shù)為Z=Z'=25,Z=Z=20,Z=100,Z=20。1223H4試求傳動比i14”.n-nn-nzz解：iH=H=H2313n-n-nzz3HH12，9如圖2所示已知齒輪1的轉速n=200r/min,而Z1=40,Z2=20,Z3=80。求(1)i1H3nH的大小及方向。zz23zz121200n-nn-n解：(1)n沁66.67ihththH313n-n0-n3HHr/min方向與珥的轉向相同。n-n2002)由+h-2得：n沁66.670-nh3H10如圖所示輪

21、系中，已知各輪齒數(shù)為Z=Z=Z,=Z=20,Z=Z=60。1234351）分析該輪系為何種輪系？（4分）2）試求傳動比i并指明其轉向。（8分）15解：1）該輪系為定軸輪系。.zzzzzz60x60小2) i-3915zzzzzz20x20123，413，兩輪轉向相同11如圖所示輪系中，已知各輪齒數(shù)為Z=Z=40,Z=Z=30,Z=Z=100，試求傳動比i1124351H(12分)解：*(1)行星架H,太陽輪1'-1,行星輪4；(2) 行星架5,太陽輪3,1'-1,行星輪2iH15=(w1-wH)/(w5-wH)=zz5/z1'=-5/2;I513=（w1-w5）/（0-

22、w5）=-z3/z1=-5/2;得到12/7w1=7/2wHI1H=w1/wH=49/24四、分析題作圖題1如圖3所示鉸鏈四桿機構中，各桿的長度為桿1為28mm,桿2為52mm,桿3為50mm,桿4為73mm，當取桿4為機架時，求機構的極為夾角0，桿3的最大擺角0max,機構的最小3）以A點為圓心AB+BC長為半徑畫弧交CC弧于C1點，再以A為圓心BC-AB長為半徑畫弧交CC弧于C2點，則AC1與AC2的夾角0即為極位夾角；4）DC1與DC2的夾角0max即為最大擺角；5）最小傳動角為AB與AD兩次共線時BC與CD的夾角（取其較小值）見教材P1192圖示鉸鏈四桿機構中，已知lc=50mm,=3

23、5mm,打=30mm,試問：若此機構為曲柄搖桿機構，且AB桿為曲柄，l的最大值為多少？（5分）AB若此機構為雙曲柄機構，S的最大值為多少？（5分）若此機構為雙搖桿機構，l應為多少？（5分）AB解（1）若為曲柄搖桿機構，且AB桿為曲柄，則AB為最短桿，則符合桿長條件LAB+LBC二LCD+LADLAB<=15，故最小值是15mm。（2）若此機構為雙曲柄機構，AD為最短桿，AB>AD=30mm,若AB為最長桿，LAB+LCDWLBC+LCDLABW55mm,若BC為最長桿，LBC+LADWLAB+LCD50mm三LAB255mm,故最大值是55mm。（3）若此機構為雙搖桿機構，若BC為

24、最短桿，不成立，若不滿足桿長條件，AB為最短桿，LAB+LBOLCD+LAD30mm>LAB>15mm,若為最短桿，LAB+LAD>LBC+LCD,50mmVlAB若不為最短桿也不為最長桿，Lbc+lAD>Lcd+LAB30mmVLAB45mm3 用圖解法設計擺動導桿機構，已知行程速比系數(shù)K=1.5，曲柄長L100mm。求機AB架長lac。解：作圖步驟：由e=180°（K-l）/（K+l）求得e=36°選擇合適比例尺IJl在任意位置選擇一點，以此點為圓心，以100/M1為半徑作圓，并從該圓圓心作一鉛垂線，以該鉛垂線為角平分線，以圓心為角頂點作一夾角為

25、144。，該夾角與圓相交于兩點，分別以兩點作夾角邊垂線交角平分線于一點，該點與圓心的距離即為機架長。4如圖所示，已知四桿機構各構件的長度a=250mm,b=600mm,c=400mm,d=500mm,試分析：1）當取桿4為機架時，是否有曲柄存在？若有曲柄，問哪個桿為曲柄？此時該機構為什么機構？（5分）2）要想獲得雙曲柄機構，應取哪個桿為機架？（5分）3）若將桿4的長度改為d=400mm，而其它各桿的長度不變，則當分別以1、2、3桿為機架時，所獲得的機構為什么機構？（5分）解：1）因a+b=250+600Wc+d=400+500且最短桿1為連架桿，故當取桿4為機架時，有曲柄存在。此時該機構為曲柄

26、搖桿機構。2）要使此機構成為雙曲柄機構，則應取最短桿1為機架3）如果將桿4的長度改為400，其他桿長不變，則當分別以1，2，3桿為機架時，因不滿足桿長條件，故所獲機構均為雙搖桿機構。5在圖示鉸鏈四桿機構中，已知各桿長分別為：LAB=30mm,LBC=110mm,LCD=80mm,LAD=120mm.構件1為原動件。試分析：（1）判斷構件1能否成為曲柄，為什么？（4分）（2）用作圖法求出構件3的最大擺角Qmax；（5分）（3）用作圖法求出最小傳動角Ymin；（5分）（4）當分別固定構件1、2、3、4時，各獲得何種機構？（4分）解：（1）構件1能成為曲柄，因為AB桿最短且為連架桿，并且，Lab+Lad<Lbc+Lcd，滿足桿長條件。（3分）（2），（3）答案如圖所示。（10分）（4）固定構件1為雙曲柄機構；（1分）固定構件2為曲柄搖桿機構機構；（1分）固定構件3為雙搖桿機構；（1分）固定構件4為曲柄搖桿機構。（1分）6試設計如圖所示的鉸鏈四桿機構ABCD，已知l和l（由圖中直接量取