2012年武汉科技大学考研试题819机械原理及答案

第1页共11页二O一二年招收硕士研究生入学考试试题考试科目及代码：机械原理819适用专业：机械工程0802可使用的常用工具：直尺，圆规，计算器答题内容写在答题纸上，写在试卷或草稿纸上一律无效考完后试题随答题纸交回。考试时间3小时，总分值150分。姓名：报考学科、专业：准考证号码：密封线内不要写题一、单项选择题（本大题10小题，每题2分，共20分，错选、多选均无分）1．杆组是指自由度等于的运动链。A.0B.1C.原动件D.从动件2．平面运动副的最大约束数为，最小约束数为。A.3，0B.3，1C.2，1D.2，23．渐开线齿轮齿廓上任意一点的法线与齿轮的相切。A.分度圆B.基圆C.齿根圆D.齿顶圆4．在轮系运转时，所有齿轮的轴线相对于机架的位置都是固定的轮系称为。A.周转轮系B.定轴轮系C.复合轮系D.行星轮系5．与连杆机构相比，凸轮机构的最大缺点是。A.惯性力能以平衡B.点，线接触，易磨损C.设计较为复杂D.不能实现间歇运动6．负变位齿轮的齿距（周节）p。A.＝πmB.πmC.πmD.≥πm7．渐开线上某点的压力角是指该点所受正压力的方向与该点方向线之间的锐角。A.绝对速度B.相对速度C.滑动速度D.牵连速度8．图1所示为摆动导杆机构，若构件1为主动件，构件3为从动件，则该机构的传动角γ=。A．∠AB．∠BC．∠CD．90°213CBA9．等效力矩的值。A.一定大于零B.一定不小于零C.可以等于零D.一定不等于零10．机械中的飞轮一般安装在轴上，安装飞轮后使机器的运转不均匀系数为零。A.低速,可以B.高速,不能C.低速,不能D.高速,可以图1第2页共11页二、判断题（正确的打√，错误的打×。10小题×2分=20分）1、平面机构中一个高副引入两个约束。()2、速度瞬心是指两个构件相对运动时相对速度相等的点。()3、在机械运动中总是有摩擦力存在。因此，机械功中总有一部分消耗在克服摩擦力。().4、机构急回运动的相对程度，通常用行程速比系数K来衡量，当K=1时表明该机构具有急回运动特性。()5、在平底从动件凸轮机构中，不允许出现有内凹轮廓。()6、一对外啮合斜齿圆柱齿轮运动，其两轮的螺旋角大小相等，方向相同。()7、标准齿轮根切是由于被加工齿轮的齿数过少。()8、周期性速度波动的构件，在一个周期内其动能的增量是零。()9、组成正传动的齿轮应该是正变位齿轮。()10、刚性转子动平衡的实质是空间力系的平衡()三、分析与简答题（10分×4小题=40分）1、如图2所示的曲柄滑块机构：（1）曲柄为主动件，滑块朝右运动为工作行程，试确定曲柄的合理转向，并简述其理由；（2）当曲柄为主动件时，画出极位夹角θ，最小传动角γmin。（3）设滑块为主动件，试用作图法确定该机构的死点位置；2、运动链代号：N31—012,N32—002，N41—0122，画出该运动链的结构图。变换出一个机构，要求以四元连杆为机架，且机构的执行构件为一个在固定导路上运动的滑块。3、有三个α＝20o的标准齿轮，其模数和齿数分别为m1＝2mm，z1＝20；m2＝2mm，z2＝50；m3＝5mm，z3＝20。问这三个齿轮的齿形有何不同？可以用同一把成形铣刀加工吗？可以用同一把滚刀加工吗？4、要求输入运动为匀速回转运动（电动机带动），输出运动为直线移动，试设计四种不同的机构实现这一要求。要求机构为单自由度机构，且总的构件数不超过4个，画出机构的运动简图即可。四、计算与综合题（本大题70分）1、箭头所示为原动件，计算图3所示机构的自由度，若有复合铰链，局部自由度，虚约束请标出。再说明机构有无确定运动？（本小题10分）ABC题2图2第3页共11页2、在图4所示机构运动简图中，已知：L＝400mm，1ϕ＝30º，原动件1以等角速度ω1＝1rad/s转动，用瞬心法求机构3的速度v3。（本小题10分）ALω11231ϕ43、在如图5所示摆动导杆机构中，已知oo90,30,mm30013===ϕϕa,加于导杆上的力矩mN603⋅=M,求机构各运动副的反力及应加于曲柄1上的平衡力矩bM。（本小题10分）a1234M3dCBAϕ3ϕ1图3图4图5第4页共11页4、在图6示铰链四杆机构中，已知lBC=100mm，lCD=70mm，lAD=60mm，AD为机架。试问：若此机构为双摇杆机构，求lAB的取值范围。（本小题15分）5、在图7所示机构中，已知各直齿圆柱齿轮模数均为15,21==zmmm，20,32'22==zz，303=z，要求齿轮1、3同轴线。试问：（本小题15分）（1）齿轮1、2和2′、3应该选什么传动类型最好？为什么？（2）若齿轮1、2改为斜齿轮传动来凑中心距，当齿数不变，模数不变时，斜齿轮的螺旋角为多少？（3）若用范成法来加工齿数151=z的斜齿轮1时，是否会产生根切？6、如图8示轮系中，已知各轮齿数为：201=z，342=z，183=z，364=z，785=z，2676==zz，求轮系传动比Hi1。（本小题10分）2134567HABCD图6图71232’图8第5页共11页二O一二年招收硕士研究生入学考试试题参考答案及评分标准机械原理代码819一、单项选择题（本大题10小题，每题2分，共20分，错选、多选均无分）1．A2．C3．B4．B5．B6．A7．A8．D9．C10．B二、判断题（正确的打√，错误的打×。10小题×2分=20分）1、（×）2、（×）3、（√）.4、（×）5、（√）6、（×）7、（√）8、（√）9、（×）10、（√）三、分析与简答题（10分×4小题=40分）1、如图2所示的曲柄滑块机构：（1）曲柄为主动件，滑块朝右运动为工作行程，试确定曲柄的合理转向，并简述其理由；（2分）（2）当曲柄为主动件时，画出极位夹角θ，最小传动角γmin。（4分）（3）设滑块为主动件，试用作图法确定该机构的死点位置；（4分）解题分析：1．顺时针为合理转向，这是利用机构急回运动特性,并使回程时间比工作时间快一个极位夹角θ的转动时间,节约循环时间。见题解2图（a）2．若滑块为主动件，则AB1C1、AB2C2为死点位置。见题解2-2图（a）解答：若曲柄为主动件，极位夹角θ如图（a）所示，最小传动角如图（b）所示。2、运动链代号：N31—012,N32—002，N41—0122，画出该运动链的结构图。变换出一个机构，要求以ABC题2图2（a）（b）ABCθC2C1B1B2AB″C′γminB′C″解图2第6页共11页四元连杆为机架，且机构的执行构件为一个在固定导路上运动的滑块。解答：运动链结构如图所示。（5分）变换的机构根据实际情况判断。（5分）3、有三个α＝20o的标准齿轮，其模数和齿数分别为m1＝2mm，z1＝20；m2＝2mm，z2＝50；m3＝5mm，z3＝20。问这三个齿轮的齿形有何不同？可以用同一把成形铣刀加工吗？可以用同一把滚刀加工吗？解答：mmzmr2021111==，mmzmr5021222==，mmzmr5021333==79.18cos11==αrrb，98.46cos22==αrrb，98.46cos33==αrrb因为32bbrr=，所以轮2与轮3的齿廓形状相同，但因为32mmp，所以轮3的齿厚和齿高比轮2的大。因为21mm=，所以轮1与轮2的齿厚和齿高相同，但因为21bbrrp，所以轮1的齿廓曲线的曲率半径比轮2的要小一些。所以这三个齿轮都不能用同一把铣刀加工。轮1与轮2可用同一把滚刀加工，轮3不行，因为321mmm≠=。这三个齿轮都不能用同一把铣刀或者同一把滚刀加工。4、要求输入运动为匀速回转运动（电动机带动），输出运动为直线移动，试设计四种不同的机构实现这一要求。要求机构为单自由度机构，且总的构件数不超过4个，画出机构的运动简图即可。解答：答案中画出曲柄滑块机构、齿轮齿条机构、直动从动件凸轮机构、螺旋机构、正弦机构等的机构简图即可。四、计算与综合题（本大题70分）1、箭头所示为原动件，计算图3所示机构的自由度。再说明机构有无确定运动？（本小题10分）第7页共11页解答：n=6Pl=8Ph=1（2分）F=3n-2Pl-Ph=3×6-２×８-1=1（4分）其中F处滚子为局部自由度，D处构成虚约束。（2分）2、在图4所示机构运动简图中，已知：L＝400mm，1ϕ＝30º，原动件1以等角速度ω1＝1rad/s转动，用瞬心法求机构3的速度v3。ALω11231ϕ4解：如图P13为构件1和滑块3的速度瞬心；（2分）1tanϕLBC=1tanϕBCCD=21)(tanϕLCD=mmLLAD33.533)(tan21=+=ϕsmADvvD/5333.013=×==ω（8分）3、在如图5所示摆动导杆机构中，已知a===300309031mm,,ϕϕoo,加于导杆上的力矩M360=⋅Nm,求机构各运动副的反力及应加于曲柄1上的平衡力矩Mb。图3ALω11231ϕ4P13BCD图4第8页共11页解：对于构件3，由力矩平衡0=ΣM可得：°==⇒=−⋅1501000)sin/(23233323βϕNRMaR由力平衡得：°==3301004343βNR对于构件2滑块，由力平衡可得：°===−=15010012233212βNRRR对于构件1，由力平衡可得：°===−=15010041122141βNRRR由力矩平衡得：mNMMaRbb⋅=⇒=⋅⋅15)sin(312ϕ4、在图6示铰链四杆机构中，已知lBC=100mm，lCD=70mm，lAD=60mm，AD为机架。试问：若此机构为双摇杆机构，求lAB的取值范围。(15分)解答：如果机构尺寸不满足杆长条件，则机构必为双摇杆机构。若ABl为最短杆,则ADCDBCABllll++，故mm30)1006070(=−+=−+BCADCDABllll（4分）若ABl为最长杆,则CDBCADABllll++，故mm110mm)6070100(=−+=−+ADCDBCABllll（4分）若ABl既不是最短杆，也不是最长杆，则ABCDBCADllll++，故mm90mm)7010060(=−+=−+CDBCADABllll（4分）若要保证机构成立，则应有a1234M3dCBAϕ3ϕ1R32R12R43R23M3MbR21R41图5ABCD图6第9页共11页mm230mm)7010060(=++=++CDBCADABllll（2分）故当该机构为双摇杆机构时，ABl的取值范围为mmlAB9030和mmlmmAB230110（1分）5、在图7所示机构中，已知各直齿圆柱齿轮模数均为15,21==zmmm，20,32'22==zz，303=z，要求齿轮1、3同轴线。试问：（1）齿轮1、2和2‘、3应该选什么传动类型最好？为什么？（2）若齿轮1、2改为斜齿轮传动来凑中心距，当齿数不变，模数不变时，斜齿轮的螺旋角为多少？（3）若用范成法来加工齿数151=z的斜齿轮1时·，是否会产生根切？图71232’第10页共11页解答：（1）mmzzma47)(212112=+=mmzzma50)(213232''=+=3212'aap齿轮1，2采用正传动，齿轮2‘，3采用标准齿轮传动为好。因为齿轮1，2采用正传动，可以使Z1齿轮避免根切，且使这对齿轮强度有所提高；齿轮2‘，3采用标准齿轮传动，可以使该对齿轮设计简单，加工简单，互换性好，且中心距50毫米符合优秀数系。（7分）（2）50cos2/)(21=+βzzmn°=95.19β（4分）（3）1706.18cos/311f==βzzv不会发生根切（4分）6、如图8示轮系中，已知各轮齿数为：201=z，342=z，183=z，364=z，785=z，2676==zz，求轮系传动比Hi1。（10分）2134567H解：（1）图示为一复合轮系，它可以看作由两个基本轮系组成：定轴轮系1-2-3-4；差动轮系5-6-7-H。（2分）（2）定轴轮系1-2-3-4的传动比计算：4.318203634)1(314224114=××=−==zzzznni（3分）差动轮系5-6-7-H的转化轮系的传动比计算：317