机械原理试卷及答案

机械原理试卷及答案(总14页)

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2006～2007学年第二学期《机械原理》试卷（A卷）

班级： 姓名： 学号：

一、填空题（共计20分，每空1分）

1、机构具有确定运动的条件是： 机构的原动件数等于机构的自由度数 ，若机构自由度Ｆ>0，而原动件数0，而原动件数>F，则各构件之间 不能运动或产生破坏 。

2、瞬心是两个作平面相对运动刚体上瞬时 相对速度 为零的 重合点 。

3、移动副的自锁条件是 驱动力与接触面法线方向的夹角小于摩擦角 ；转动副的自锁条件是 驱动力的作用线距轴心偏距h小于摩擦圆半径ρ 。

4、在凸轮机构的各种常用从动件运动规律中， 等速 运动规律具有刚性冲击； 等加速等减速 运动规律具有柔性冲击。

5、内啮合斜齿圆柱齿轮传动的正确啮合条件是 模数相等 ，

压力角相等 ， 螺旋角大小相等且旋向相同 。

6、当原动件为整周转动时，使执行构件能作往复摆动的机构有 曲柄摇杆机构； 曲柄摇块机构； 摆动从动件圆柱凸轮机构； 摆动从动件空间凸轮机构或组合机构等 。

7、等效质量和等效转动惯量可根据等效原则： 等效构件的等效质量或等效转动惯量所具有的动能等于机器所有运动构件的总动能之和 来确定。

8、输出功和输入功的比值，通常称为 机械效率 。

9、为了减少飞轮的质量和尺寸，应将飞轮安装在 高速 轴上。

2

10、刚性转子静平衡条件是 不平衡质量所产生的惯性力的矢量和等于零 ；而动平衡条件是 不平衡质量所产生的惯性力和惯性力矩的矢量都等于零。

二、分析题（共计18分）

1、（本题10分）如图所示，已知： BC//DE//GF，且分别相等，计算平面机构的自由度。若存在复合铰链、局部自由度及虚约束，请指出。如果以凸轮为原动件，机构是否具有确定的运动？

1、（本题10分）

解：n=6 1分

PL= 8

PH=1 F＝3n－2PL－PH

＝3×6－2×8－1 ＝1 B处存在局部自由度 DE杆存在虚约束 I、J之一为虚约束

3

ACHG局部自由度BDFI虚约束E之一为虚约束J 当以凸轮为原动件时，原动件数等于机构的自由度，故机构具有确

定的运动。

2、（本题8分）在图示机构中，各杆的长度为L1=28mm，L2=54mm，L3=50mm，L4 =72mm。问：

（1）试阐述铰链四杆机构的曲柄存在条件； （2）以杆4为机架时，该机构为何种机构？ （3）当取杆1为机架时，将演化为何种机构？ （4）当取杆3为机架时，又将演化为何种机构？

解：（1）铰链四杆机构的曲柄存在条件：

① 最短杆与最长杆之和小于或等于其他两杆长度之和， ② 最短杆是连架杆或机架。

（2）L1+L4=28+72（3）由于杆长条件没变，当取最短杆L1为机架时将演化为双曲柄机构

4

（4）由于杆长条件没变，当取最短杆的对边L3为机架时将演化为双摇

杆机构

三、作图题（共计10分）

1、如图所示凸轮机构中，凸轮廓线为圆形,几何中心在B点.请画出并标出

1）凸轮的理论轮廓线； 2）凸轮的基圆； 3）凸轮机构的偏距圆；

4）凸轮与从动件在D点接触时的压力角；

5）凸轮与从动件从在C接触到在D点接触时凸轮转过的角度。 解：

偏距圆 基C理论轮廓oBD压力αD0

四、计算题（共计36分）

1、（本题14分）在某牛头刨床中，有一对外啮合渐开线直齿圆柱齿轮

*1，c*0.25，传动，已知z1＝17，z2＝118，m＝5mm，α＝200，ha5

a′=337.5mm。现发现小齿轮已经严重磨损，拟将其报废。大齿轮磨损较轻（沿分度圆齿厚两侧总的磨损量为0.75mm），拟修复使用，并要求所设计的小齿轮的齿顶厚尽可能大些，问如何设计这一对齿轮？并计算这对齿轮的分度圆直径d、齿顶高ha、齿根高hf、齿顶圆直径da、齿根圆直径df、齿厚s、齿槽宽e和齿距p。

解：（1）确定传动类型：

am5(z1＋z2）＝(17＋118）＝337.5mm 22 因为a＝a′，故应采用等变位齿轮传动。 （2）确定两齿轮变位系数：

x1x2s0.750.206 02mtan25tan20故x1＝0.206，x2＝－0.206 （3）计算齿轮几何尺寸 小齿轮（单位：mm） d1=mz1=5×17=85 ha1(hax1)m(10.206)56.03 大齿轮（单位：mm） d2=mz2=5×118=590 ha2(hax2)m(10.206)53.97 hf1(hacx1)m(10.250.206)55.22 hf2(hacx2)m(10.250.206)57.28 da1=d1+2ha1=85+2×6.03=97.06 df1=d1－2hf1=85－2×5.22=74.56 s1m(22x1tan)da2=d2+2ha2=590+2×3.97=597.94 df2=d2－2hf2=590－2×7.28=575.44 s2m(22x2tan)5(20.206tan200)8.612 5(20.206tan200)7.12 6

e1m(5(222x1tan)020.206tan20)7.1 e2m(5(222x2tan)020.206tan20)8.61 p1=s1+e1=8.61+7.1=15.71

p1=s1+e1=8.61+7.1=15.71 2、（本题10分）在图示轮系中，已知各轮齿数为：Z1=20，Z2=30，Z3=80，Z4=40，Z5=20。试求此轮系的传动比i15。

解：该轮系为复合轮系，1－2－3－H和机架组成行星轮系，4－5和机架

组成定轴轮系。 （1）在1－2－3－H和机架组成的行星轮系中，

nnHZ380Hi131＝－4

n3nHZ120（2）在4－5和机架组成的定轴轮系中，

Zn20i45450.5

n5Z440n3 = 0，nH = n4

i15 = n1/n5 = -2.5

7

3、（本题12分）已知某机械一个稳定运动循环内的等效力矩Mr如图所示，等效驱动力矩Md为常数，等效构件的最大及最小角速度分别为：max200rad/s及min180rad/s。试求： (1) 等效驱动力矩Md的大小； (2) 运转的速度不均匀系数；

(3) 当要求在0.05范围内，并不计其余构件的转动惯量时，应装在等效构件上的飞轮的转动惯量JF。

效驱动力矩：

由 MddMrd

0022

解：（1）根据一个周期中等效驱动力矩的功和阻力矩的功相等来求等

得 Md17(1000100)212.5Nm 244（2）直接利用公式求：

m(maxmin)(200180)190rad/s

maxmin2001800.105

m1901212（3）求出最大盈亏功后，飞轮转动惯量可利用公式求解 Wmax(212.5100)7618.5J 48

JFWmax2m618.50.3427kgm2 21900.05

五、综合题（16分）

1、如图所示机构中，构件1为原动件，P为作用在构件3上的力，转动副B和C上所画的虚线小圆为摩擦圆。

100

（1）试分析该瞬时位置时，机构的传动角γ，压力角α；

（2）作出机构在图示位置时的速度图及加速度图（不要求严格按比例作图，要求写出矢量方程式及方程式中各量的方向和大小的表达式）；

（3）确定ω21和ω23的方向；

（4）以及作用在连杆BC上作用力的真实方向（各构件的重量及惯

B 2 1 性力略去）。

ω1 C 3 P Md A

4

解：（1）速度分析

VC2VB2VC2B2 大小： ω1lAB

方向： //AC ⊥AB ⊥BC

9

取μv作多边形如图b所示。 （2）加速度分析

ntaC2aB2aCa2B2C2B2

大小： ω21lAB ω21lCB

方向： //AC A→B B→C ⊥CB 选适当μa作加速度如图c所示。

2006～2007学年第二学期《机械原理》试卷（B卷）

班级： 姓名： 学号：

一、填空题（每空1分，共计20分）

1、平面运动副的最大约束数为 2 ，最小约束数为

1 ；引入一个约束的运动副为 高副 ，引入两个约束的运动副为 低副 。

2、凸轮机构的运动规律中，如出现速度不连续，则机构将产生刚性 冲击；如出现加速度不连续，则机构将产生 柔性 冲击； 3、如果一个机构由k个构件所组成，那么它的顺心总数N=

k(k1)。 210

4、直齿圆锥齿轮几何尺寸的计算是以 大端 为准，其当量齿数的计算公式为 Zv=Z/cosδ 。

5、机器中安装飞轮的目的是 降低速度波动 和 降低电动机功率。 6、能实现间歇运动的机构有 棘轮机构 、 槽轮机构 、 不完全齿轮机构或凸轮机构等 。

7、渐开线直齿圆柱齿轮传动的可分性是指 传动比 不受中心距变化的影响。

8、周转轮系根据自由度不同可分为 差动轮系 和 行星轮系 ，其自由度分别为 2 和 1 。

如图所示，小圆为摩擦圆，轴颈1受到驱动力Q的作用，则轴颈1应作 加速 运动。 二、分析题（共计22分）

1、已知机构运动简图如图所示，（8分）

（1）计算该机构的自由度；若存在复合铰链、局部

自由度及虚约束，请指出；如果以1为原动件，并说明机构是否具有确定的运动。

（2）如果以1为原动件，根据机构的组成原理，将其拆分为基本杆组。

11

C B 1

2 4 3

D

F

E 5 G

A 解：

6

（1）机构的自由度：

F＝3n－2PL－PH＝3×5－2×7－0＝1 C处存在复合铰链， F、G之一为虚约束 若以1为原动件，则原动件数＝自由度数，且F＞0，因此，机构具有确定的运动。

（2）以1为原动件拆分杆组，根据机构的组成原理，杆组2、31分 CC41分 1B23DF1分 E5GA6组成二级杆组，杆组4、5组成二级杆组，图示如下：

12

AC2C1D2、已知：机架长度L=100mm，行程速比系数K＝1.25，试设计一摆动导杆机构，并求曲柄长度R（要求作图）。（10分） 解：选择一定的比例画出动导杆机构运动简图，

1800RLsinK11.511800360 K11.512100sin18030.9mm

3、如图所示为一个简易的蜗杆蜗轮起重装置，当手柄如图所示转向转动时，要求重物C上升，请问蜗杆和蜗轮的螺旋方向；并在图上标明蜗杆的螺旋方向以及蜗轮的转向。（4分）

蜗杆和蜗轮均为右旋， 蜗轮逆时针转动。 三、作图题（共18分）

13

1、偏置直动推杆盘形凸轮机构如图所示。AB和CD是两段直线，BC和DA是以凸轮轴为圆心的两段圆弧。要求：（8分） 1）在图上画出理论廓线、基圆和偏距圆；

2）标出图示位置的凸轮机构的压力角α和推杆位移S； 3）标出推程运动角δO和远休止角δ1。

2、在图示铰链机构中，铰链处各细线圆为摩擦圆，Md为驱动力矩，Pr为生产阻力。在图上画出下列约束反力的方向与作用位置：R12、R32、R43、R41。(10分)

14

四、计算题（共40分）

1、现用m=10mm， α=20，ha*=1，c*=0.25，的齿条刀具切制z1=12的直齿圆柱外齿轮，试求：（12分） (1)不发生根切的最小变位系数；

(2)刀具变位加工后的齿轮分度圆齿厚，以及分度圆压力角；

(3)如果要求此变位齿轮与另外一个齿轮采用等变位齿轮传动类型，那么另外一个齿轮的最少齿数z2应是多少(取整数)

解：(1) 最小变位系数（无根切条件下）Xmin=ha*(Zmin-Z)/Z

(2) 变位加工后分度园齿厚为ss2m2xmtan，若取x=0.3 则

2m2xtan21020.3tan20015.926mm

压力角不变α=20 （3）采用等变位齿轮传动，则x2=－0.3

*x2ha(ZminZ2)

Zmin*Zmin(hax2)17(10.3)Z222.1 *1ha则z2>22.1 取z2＝23

15

1

2、已知轮系主动轮转向如图所示，齿轮均为标准齿轮，标准安装，Z1＝2，Z2＝40，Z2’＝24，Z3＝48，Z4＝120，Z5＝18，Z6＝36，求传动比i16，并标出轮2、5、6的转向。(14分)

解：Z1、Z2组成定轴轮系；

Z2、Z3、Z4及Z5（H）组成周转轮系； Z5、Z6组成定轴轮系

i12n1Z24020 蜗杆左旋，蜗轮2转向箭头向上。 n2Z12min=1(17-12)/17=0.294

i2H'4n2nHi2H1Z12045 'n4nH124Z2i2H6 轮5转向箭头向上 i56n52 轮6转向箭头向左 n6 因此 i16i12i2Hi56240

16

3、图示为一机器转化到曲柄上的等效阻力矩曲线，在一个循环中，等效驱动力矩不变，机组活动构件的等效转动惯量Jc＝0.5Kg·m，己知曲柄的角速度ωm＝35 rad/s，机器的运转不均匀系数δ＝0.03，试确定安装在曲柄上的飞轮的转动惯量Jr应为多少。（14分）

解：在稳定运转状态下周期性速度波动中，在一个运转周期始末，其机构动能的增量为零，即：WdWr

因： WdMd2

221 WrMrd40()160120

033 所以：Md60N•m 设起始点的动能为E0，则：

240E2E0(6040)E0， 3331EE2(60160)E020

3317

E2E(6040)E0 WmaxEmaxEminJrWmaxJc100 31分

2m10030.5 20.03352.35Kgm2

18

1分