机械原理考试试题(卷)与答案解析

试题1一、选择题（每空2分，共10分）1、平面机构中，从动件的运动规律取决于D。A、从动件的尺寸B、机构组成情况C、原动件运动规律D、原动件运动规律和机构的组成情况2、一铰链四杆机构各杆长度分别为30mm，60mm，80mm，100mm，当以30mm的杆为机架时，则该机构为A机构。A、双摇杆B、双曲柄C、曲柄摇杆D、不能构成四杆机构3、凸轮机构中，当推杆运动规律采用C时，既无柔性冲击也无刚性冲击。A、一次多项式运动规律B、二次多项式运动规律C、正弦加速运动规律D、余弦加速运动规律4、平面机构的平衡问题中，对“动不平衡”描述正确的是B。A、只要在一个平衡面内增加或出去一个平衡质量即可获得平衡B、动不平衡只有在转子运转的情况下才能表现出来C、静不平衡针对轴尺寸较小的转子（转子轴向宽度b与其直径D之比b/D0.2）D、使动不平衡转子的质心与回转轴心重合可实现平衡5、渐开线齿轮齿廓形状决定于D。A、模数B、分度圆上压力角C、齿数D、前3项二、填空题（每空2分，共20分）1、两构件通过面接触而构成的运动副称为低副。2、作相对运动的三个构件的三个瞬心必在同一条直线上。3、转动副的自锁条件是驱动力臂≤摩擦圆半径。4、斜齿轮传动与直齿轮传动比较的主要优点：啮合性能好，重合度大，结构紧凑。5、在周转轮系中，根据其自由度的数目进行分类：若其自由度为2，则称为差动轮系，若其自由度为1，则称其为行星轮系。6、装有行星轮的构件称为行星架（转臂或系杆）。7、棘轮机构的典型结构中的组成有：摇杆、棘爪、棘轮等。三、简答题（15分）1、什么是构件？答：构件：机器中每一个独立的运动单元体称为一个构件；从运动角度讲是不可再分的单位体。2、何谓四杆机构的“死点”？答：当机构运转时，若出现连杆与从动件共线时，此时γ=0，主动件通过连杆作用于从动件上的力将通过其回转中心，从而使驱动从动件的有效分力为零，从动件就不能运动，机构的这种传动角为零的位置称为死点。3、用范成法制造渐开线齿轮时，出现根切的根本原因是什么？避免根切的方法有哪些？答：出现根切现象的原因：刀具的顶线（不计入齿顶比普通齿条高出的一段c*m）超过了被切齿轮的啮合极限点N1，则刀具将把被切齿轮齿根一部分齿廓切去。避免根切的方法：a)减小齿顶高系数ha*b)加大刀具角αc)变位修正四、计算题（45分）1、计算如图1所示机构的自由度，注意事项应说明？（5*2）a图1bABCDABCDEFG小题a：其中A、B处各有一个转动副，B处有一个移动副，C、D处的移动副记作一个移动副。即0'',0,4,3Fpppnhl；所以该机构自由度为：10004233')'2(3）（FpppnFhl小题b：其中A、B、C、G、H处各有一个转动副，F处为复合铰链有两个转动副，B处有一个局部自由度，D、E处的两个移动副记作一个移动副。即1'0',1,9,7Fpppnhl，；所以该机构自由度为：11019273')'2(3）（FpppnFhl2、如图2所示机构中，各尺寸为：lAB=30mm，lAC=100mm，lBD=50mm，lDE=40mm，曲柄以等角速度ω1=10rad/s运动，试用图解法求机构在451时，点D和E的加速度，以及构件2的角速度和角加速度。（15分）图2BA11Dω1E234解：以μl=0.0025m/mm作机构的位置简图，如图a所示。此机构中构件2和摇块3组成移动副，且构件2作平面一般运动，选C（C2和C3）为重合点，则Vc3=VC4=0,ac3=ac4=0,ω3=ω2，α3=α2。i.速度分析smlvABB/3.003.0101？？大小方向0//32322BCBCABvvvvvCCCBCBC取μv=0.005m·s-1/mm作上式的速度图（图b），再根据速度影像原理得点d及e。方向）（沿pdsmpdvvD/23.02.45005.0图a图b图c方向）（沿pesmpevvE/17.04.34005.0（瞬时针）sradlbcbcv/00.2123.05.48005.022ii.加速度分析221/303.0100smlaaABnBB22222/49.0123.000.2smlaBCnBC）（方向EDsmvaCCkCC232332/69.05.34005.0222？？大小方向0//32323222BCBCBCBCABaaaaaaarCCtCCCtBCnBCBC以μa=0.04m·s-2/mm作加速度图（图c），再加速度影像原理得点d’和e’，由图可得：方向）（沿''/61.214.6504.0''2dpsmdpaaD方向）（沿''/84.201.7104.0''2epsmepaaE（顺时针）2'2'222/41.8123.085.2504.0sradlcnlaCBaCBtBC3、设计一对渐开线外啮合标准齿轮圆柱齿轮机构。已知z1=18，z2=36，模数m=3，压力角α与齿顶高系数*ah为标准值，试求：（10分）1)该圆柱齿轮机构的传动比i122)两轮的分度圆直径、齿顶圆直径、齿根圆直径、基圆直径、分度圆上齿厚3)求两轮的中心距答：a)该圆柱齿轮机构的传动比218361212zzib)两轮的分度圆直径：mmmzd5418311mmmzd10836322齿顶圆直径：mmmhzdaa633)1218()2(*11mmmhzdaa1173)1236()2(*22齿根圆直径：mmmchzdaf5.463)25.021218()22(**11mmmchzdaf5.1003)25.021236()22(**22基圆直径：mmddb74.5020cos54cos11mmddb94.10920cos117cos22分度圆上齿厚：mmms71.42314.32c)两轮中心距：mmdda812108542214、在图示轮系中，已知：Z1=22，Z3=88，Z3’=Z5。试求传动比i15。（10分）答：齿轮1、2、3、H组成行星轮系部分；齿轮3’、4、5组成定轴轮系部分；其中行星轮系部分的传动比：422881321323113zzzzzziHHH（1）1233’54H图3定轴轮系部分：1'354'3545'35'3zzzzzzi（2）由图中可知：H5（3）又有：'33（4）由式1、2、3、4联立可得：915i五、设计题（10分）设计一导杆机构，已知机架长度100mm，行程速比系数K=1.5。（要求保留作图轨迹，以及必要的文字说明）解：导杆机构的极位夹角3615.1)15.1(1801)1(180KK根据导杆机构的特性知：；其中为导杆的摆角作图步骤：a)作mDnb)作mDn的角平分线，在该线上取mmdlDA100（即机架长度）c)过A点作导杆任一极位的垂线AC1（或AC2），其即为曲柄，故mmda90.30)2/36sin(100)2/sin(试题2一、填空题（每题2分，共20分）1、机构具有确定运动的条件：机构自由度数=机构的原动件数。2、速度影像的相似原理只能应用于同一构件上的各点。3、对心曲柄滑块机构，若以滑块为机架，则该机构演化为定块机构（或直动导杆机构）。4、移动副的自锁条件是：驱动力作用在移动副的摩擦角内。5、凸轮机构推杆的常用运动规律中，一次多项式运动规律有刚性冲击。6、渐开线的形状取决于基圆的大小。7、直齿圆柱齿轮机构的正确啮合条件是：模数相等、压力角相等。8、有一外槽轮机构，已知槽轮的槽数4z，转盘上装有一个圆销，则该槽轮机构的运动系数k=0.25。9、回转构件进行动平衡时，应在两个平衡基面上加平衡质量。10、当两构件组成兼有滑动和滚动的高副时，其瞬心在过接触点高副元素的公法线处。二、简答题（每小题5分，共25分）1、简述构件和零件的区别和联系？答：a)构件：从运动角度讲是不可再分的单位体。b)零件：从制造角度讲是不可再分的单位体。c)构件可以由多个零件通过刚性联结获得。2、什么是当量摩擦系数？答：为了计算摩擦力简便，把运动副元素几何形状对运动副的摩擦力的影响因素计入到摩擦系数中，这种转化后的摩擦系数称为当量摩擦系数。3、实现往复移动或往复摆动的机构有哪些？答：（1）连杆机构（2）凸轮机构（3）螺旋机构（4）齿轮齿条机构（5）组合机构4、机械的“平衡”与“调速”都可以减轻机械中的动载荷，但两者有何本质区别？答：1)机械平衡是通过消除或减小惯性力和惯性力矩来减轻机械中的动载荷。2)调速是使机械的运动避开其共振区域，从而减小轴的挠度，获得减轻机械中动载荷的目的。5、简述渐开线圆柱斜齿轮机构主要有哪些优缺点？答：优点：（1）啮合性能好：逐渐啮入，逐渐啮出，传动平稳，噪音小。（2）重合度大：降低每对齿轮的载荷，提高承载能力。（3）结构紧凑：避免根切的最小齿数小。缺点：运转时有轴向力。三、计算题（共45分）1、绘制缝纫机下针机构简图（草图）。(5分)2、图示为一内燃机的机构简图，试计算其自由度，并分析组成此机构的基本杆组及机构级别。(10分)答：见图所示。活动构件n=7；低副pl=10；所以机构的自由度为1234ABCDABCDHGFE10)001102(73')'2(3FpppnFhl以AB为原动件：机构可分解成下图。Ⅱ级机构因此该机构为：Ⅱ级机构3、试求机构在图示位置的全部瞬心。(5分)ABCDHGFEⅡ级组Ⅱ级组Ⅱ级组机架与原动件ABCP12123P13P23答：A点为P13；B点为P12；P23由三心定理求得，见图。4、在图示导杆机构中，mmlmmlBACACAB1206090，，，曲柄AB以等角速度srad/301转动，试用相对运动图解法求构件3的角速度和角加速度。(15分)解：以μl=0.001m/mm作机构的位置简图，如图a所示。mmlllABACBC134601202222a)速度分析求2BvsmlvvABBB/8.106.030112（方向垂直AB转向同ω1）求3Bv?8.1//3232？大小方向ABBCABvvvBBBB取μv=0.01m·s-1/mm作上式的速度图（图b）（方向见图）smpbvvB/8.036.8001.033（方向见图）smbbvvBB/6.107.16101.03232ACB2341)(/6101348.0333逆时针sradlvBCBa)加速度分析）方向ABsmlaaABnBB(/5406.030222122)(/8.4134.062233CBsmlaBCnB方向)(/2.196.16223232332BBBBkBBvsmva方向？大小方向2.19?8.454//323232332BCvBCCBABaaaaaBBrBBkBBtBnBB以μa=1m·s-2/mm作加速度图（图c）（方向见图）233/2908.291''smbeaatB233/216134.029sradlaBCtB5、图示轮系中，已知：100,20',60543221zzzzzz。试求传动比i41。（10分）答：35206010020'02152115zzzziHHH（1）3120602020'3214324114zzzzzziHHH（2）由式1、2联立可得：5.141i1254H32’四、设计题（10分）如图所示，设已知破碎机的行程速比系数K=1.2，颚板长度mmlCD300，