机械原理复习题(XXXX)(部分答案)

《机械原理》复习题

一.填空题:

1设螺纹的升角为λ，接触面的当量摩擦系数为f cos v λ=,则螺旋副自锁的条件为arctan v f α≥ 3 对心曲柄滑块机构以曲柄为原动件时，其最大传动角γ为90?

4为了减小飞轮的质量和尺寸，最好将飞轮安装在机械的 高速 轴上。

５、机器中安装飞轮的目的,一般是为了 调节周期性速度波动 而同时还可达到 减少投资，降低能耗 的目的; %

６、内啮合斜齿圆柱齿轮传动的正确啮合条件是1212,12,n n n n m m ααββ===

７、一对斜齿圆柱齿轮传动的重合度由 端面重合度和轴向重合度 两部分组成,斜齿轮的当量齿轮是指＿与斜齿轮法面齿形相当的直齿轮;

８、3个彼此作平面平行运动的构件间共有 3 个速度瞬心,这几个瞬心必定位于 同一直线 上; ９、含有6个构件的平面机构,其速度瞬心共有 15 个,其中有 5 个是绝对瞬心,有 10 个是相对瞬心; １０、周期性速度波动和非周期性速度波动的调节方法分别为 安装飞轮 和 安装调速器 ; １１、在凸轮机构推杆的四种常用运动规律中 一次多项式 运动规律有刚性冲击, 二次多项式、余弦加速度 运动规律有柔性冲击; 五次多项式、正弦加速度 运动规律无冲击; 1２、周转轮系中的基本构件 太阳轮和行星架 ;

1３、速度影像的相似原理只能应用于 同一构件 的各点,而不能应用于机构 的不同构件 的各点. 》

1４、在平面机构中，具有两个约束的运动副是 转动 副或 移动 副；具有一个约束的运动副是 高 副。

1５、一个采取负变位修正的直齿圆柱齿轮与同样基本参数的标准齿轮相比较，其 齿顶 圆及 齿根 圆变小了；而 基 圆及 分度 圆有大小则没有变。 １６、周转轮系中，若自由度为2，则称其为 差动轮系 ，若自由度为1，则称其为 行星轮系 。 １７、一对心曲柄滑块机构中，若改为以曲柄为机架，则将演化为 导杆 机构。

１８、在平面四杆机构中，能实现急回运动的机构有 双曲柄机构 、 曲柄摇杆机构 等。 １９ 蜗轮蜗杆的正确啮合条件是 1212,x t x t m m m ααα====

２０机构要能动，自由度必须 大于0 ，机构具有确定运动的条件是 机构原动件数与机构自由度数相等 。

２１ 相对瞬心与绝对瞬心的相同点是 都是两构件瞬时速度相同的点 ，不同点 相对瞬心的绝对速度大小不为0，绝对瞬心的绝对速度大小为0 ，在有六个构件组成的机构中，有 15 个瞬心。 -

2２刚性回转构件的不平衡可以分为两种类型，一种是 静不平衡 ，其质量分布特点是 质量分布在垂直于回转轴线的同一平面内 ；另一种是 动不平衡 ，其质量分布特点是 质量分布在若干个不同的回转平面内 。

2３在曲柄摇杆机构中，当 曲柄 与 机架 两次共线位置时出现最小传动角。

２４ 移动副的自锁条件是 外力作用在摩擦锥内 ，转动副的自锁条件是 外力作用在摩擦圆内 ，从效率的观点来看，机构的自锁条件是 0η≤。

２５ 根据机构的组成原理，任何机构都可以看作是由 机架 、 原动件 和 从动件 组成的。 ２６ 刚性转子的静平衡就是要使 惯性力 之和为零。而刚性转子的动平衡则要使 惯性力 之和为零以

及 惯性力偶矩 之和为零。

２７ 渐开线齿轮的齿廓形状取决于 基圆 半径的大小，其值越大齿廓形状越 平缓（基圆半径越大齿廓的曲率半斤越大） 。

２８采用 范成 法切制渐开线齿廓时发生根切的原因是 啮合极限点落在刀具齿顶线之下 。 ２９ 偏心直动凸轮机构的压力角过大时，可通过 减小导轨长度 和 增大悬臂尺寸 来减小压力角。 、

３０．图1三种四杆机构分别是：1） 曲柄摇杆机构 、2） 双曲柄机构 、3） 双摇杆机构 。

３１斜齿轮的当量齿数Z V = 3

/cos z β，圆锥齿轮的当量齿数Z V =/cos z δ

二、简答题：

1、何为机构运动简图机构运动简图与实际机构有哪些相同之处有哪些不同之处

答：根据机构的运动尺寸，按一定的比例尺其相对位置的尺寸，并且定出各运动副的类型，采用运动副及常用机构运动简图符号和构件的表示方法，将机构运动传递情况表示出来的简化图形称为机构运动简图。 相同之处：各构件的数目，连接方式，运动规律 不同之处：构件的尺寸，形状 ：

2、铰链四杆机构在死点位置时，驱动力任意增加也不能使机构产生运动，这与机构的自锁现象是否相同试加以说明。

答：不同。死点位置驱动力在驱动方向的分力为0；自锁是驱动力克服不了摩擦阻力所做的功。 ３、何谓摩擦圆为何要引进摩擦圆的概念摩擦圆的大小与哪些因素有关

答：在转动副中，以轴颈中心为圆心，以ρ=f v *r 为半径所作的圆称为摩擦圆。

因轴承对轴径的总反力F R 始终切于摩擦圆，引入摩擦圆有利于判定总反力的方位

与轴承半径以及当量摩擦系数有关 ４、对齿轮进行变位修正的目的是什么

答：由于标准齿轮可能会产生根切；可能无法安装；可能产生过大的尺侧间隙，影响传动的平稳性，重合度降低；一对相互啮合的标准齿轮中，由于小齿轮齿廓渐开线的曲率半径较小，齿根厚度也较薄，参与啮合的次数又较多，强度较低，影响到整个齿轮传动的承载能力。为了改善上述不足，故采用变位修正的方法进行修正 |

５ 简述渐开线的主要特性，并写出参数方程。

答：（1）发生线上BK 线段长度等于基圆上被滚过的弧长AB ，即BK =AB

（2）发生线BK 即为渐开线在K 点的法线，又因发生线恒切于基圆，故知渐开线上任意点的法线恒与其基圆相切

（3）发生线与基圆的切点B 也是渐开线在K 点处的曲率中心，线段BK 就是渐开线在K 点处的曲率半径。

（4）渐开线的形状取决于基圆的大小 （5）基圆以内无渐开线 渐开线极坐标方程：

/cos tan k b k

k k k k

r r inv αθααα===-

}

６ 一对标准齿轮传动的实际中心距 ɑ′大于标准中心距 ɑ 时，其传动比有无变化它们还能正确啮合吗其重合度εα有无改变 答：无变化

能 减小

７平面铰链四杆机构存在曲柄的条件是什么

答：杆长条件：最长杆与最短杆的长度之和应小于其它两杆长度之和 最短杆不为连杆 ；

８在对机构进行速度分析时，速度瞬心法一般适用于什么场合能否利用速度瞬心法对机构进行加速度分析 答：构件比较简单的场合，且各构件间的速度瞬心容易确定，且直观， 不能对机构进行加速度分析

９ 四杆机构中压力角与传动角有什么关系它们对传动性能有何影响 答：压力角与传动角互余

压力角越大，传动越不利；传动角越大，传动越有利

11在曲柄滑块机构中，当以曲柄为原动件时，是否有死点位置为什么 ~

答：没有 因为在曲柄滑杆机构的最小传动角始终大于0 12 简述渐开线标准斜齿圆柱齿轮当量齿数Zv 的用途。

答：可求得渐开线标斜齿圆柱齿轮不发生根切的最少齿数，并根据换算的结果选择加工的标准齿轮刀具 13何谓机构的自锁举出两种工程中利用机械自锁完成工作要求的实例。

答：在某些机械中，由于摩擦的存在，出现无论驱动力如何增大都无法使机械沿着有效驱动力作用的方向运动的现象，称为机械的自锁

千斤顶，斜面压榨机，偏心夹具，炮膛

14 设计直动推杆盘形凸轮机构时，在推杆运动规律不变的条件下，需减小推程压力角，可采用哪些措施 答：减小导轨长度，增大悬臂尺寸 ;

15 机构具有确定运动的条件是什么当机构的原动件数少于或多于机构的自由度时，机构的运动将发生什么情况

答：原动件的数目和机构自由度的数目相等

少于：运动不完全确定

多于：导致机构中最薄弱的环节的损坏

16 渐开线齿轮的基本参数有哪几个其中哪些是有标准的为什么说这些参数是齿轮的基本参数 答：齿数z,模数m,压力角α，齿顶高系数ha *

，顶隙系数c *

压力角、齿顶高系数和顶隙系数是标准的

因为这些参数能够决定了齿轮的大小及齿轮齿廓的形状

…

17何谓机构的急回运动和行程速比系数其在机械设计中有何实际意义

答：在机构的运行过程中，机构处于两个极位时，原动件之间的夹角的存在，导致摇杆出现正反行程平均速度不一致的现象称为机构的急回运动

反行程与正行程平均速度的比值为行程速比系数 节省空回时间，提高机械效率

18.何谓连杆机构的传动角γ传动角的大小对四杆机构的工作有何影响 答：连杆与从动件之间所加的锐角称为连杆机构在此位置的传动角 传动角越大，对机构的传动愈有利 19 简述机械中不平衡惯性力的危害。 》

答：机械在运转时，构件所产生的不平衡惯性力将在运动副中引起附加的动压力。这不仅会增大运动副中的摩擦和构件中的内应力，降低机械效率和使用寿命，而且由于这些惯性力一般都是周期性变化的，所以必将引起机械及其基础产生强迫震动。

2０.何谓机器的“运转速度不均匀系数“机械的周期性速度波动调节的实质和方法是什么[σ]是否选得越小越好

答：角速度的幅度max min ωω-与平均角速度m ω之比称为机械的运转速度不均匀系数 实质：能量的储存与释放 方法：安装飞轮

不是 可能导致F J 太大。另还必须考虑安装飞轮轴的刚性和结构上的可能性等因素 2１ 简述渐开线齿廓的啮合特点。 答：（1）能保证定传动比传动且具有可分性 （2）渐开线齿廓之间的正压力方向不变

$

2２何谓当量摩擦系数及当量摩擦角引入它们的目的是什么如何确定移动副中总反力的方向

答：为了简化计算，统一计算公式，不论运动副元素的几何形状如何，均将其摩擦力的计算式表示为

21f v F f G =，其中v f 称为当量摩擦系数 在此情况下总反力与法向反力之间的夹角即称为当量摩擦角

目的：不必考虑运动副元素的几何形状，简化计算 总反力略 2３ 什么叫做周转轮系

答：如果在轮系运转时，其中至少有一个齿轮轴线的位置并不固定，而是绕着其他齿轮的固定轴线回转，这种轮系称为周转轮系。

２４ 什么叫齿轮传动的重合度其意义何在

答：在一对轮齿的啮合传动过程中，实际啮合线段12B B 与法向齿距b p 的比值αε称为齿轮传动的重合度 重合度的大小表示同时参与啮合的齿轮对数的平均值。重合度大，以为着同时参与啮合的齿轮对数多，对提高齿轮传动的平稳性和承载能力都有重要意义 ^

２５在曲柄滑块机构中，当以曲柄为原动件时，是否有死点位置为什么 答：同11

２６何谓总反力在移动副和转动副中总反力的方向及其作用线的位置是如何确定的

答：把运动副中法向反力和摩擦力的合力称为运动副中的总反力

移动副：总反力

12

R

F与构件1相对构件2的速度方向偏离

2

π

ψ

+

转动副：总反力与其它外力的大小相等，方向相反，且切于摩擦圆，对轴心之矩与轴颈相对轴承的相对转动方向相反

三、计算题：

<

1 计算如图所示机构的自由度，若存在复合铰链、局部自由度和虚约束，请指出其位置。画箭头的构件为原动件。图中DE平行且等于FG。

解：I滚子处有局部自由度，E处为复合铰链，N（或O）为虚约束，构件FG为虚约束构件。（5分）去掉局部自由度和虚约束后，得

2

,

12

,9=

=

=

h

l

p

p

n

1

2

3=

-

-

=

h

l

p

p

n

F

２如图所示为齿轮——连杆机构，试分析：

1）该机构自由度为多少（要计算过程）

2）~

3）试用瞬心法求齿轮1与3的传动比ω1/ω3

…

解：1) n=5，P l=6,P h=2. (3分)

F=3n-(2P l + P h)=1 (4分)

2)如图所示，先求的构件1和构件3的相对瞬心P13， V P13=ω1P13A=ω2 P13D

ω1/ω3= P13D/ P13A

３计算如图所示机构的自由度，并指出复合铰链、局部自由度和虚约束。

￥

４计算如图所示机构的自由度，若有复合铰链、局部自由度和虚约束应指出。

解：F=3n-(2Pl+Ph)=3×8-(2×11+1)=1或F=3n-(2Pl+Ph-P′)-F′=3×12-(2×17+1-1)-1=1

其中：B、D处为复合铰链，AB、BE、BD杆为虚约束，滚子处为局部自由度。

５某机械在稳定运转的一个周期中，作用在等效构件上的等效阻力矩M r的变化规律如图所示，等效驱动力矩为常数，平均角速度ωm=20rad/s,要求运转速度不均匀系数δ=，试求：（20分）（1）；

（2）等效驱动力矩M d；

（3）最大盈亏功Δw max；

（4）应在等效构件上安装的飞轮转动惯量J F。

解：（1）M d = (2)π5max =?W (3)2

.785.0m kg J F ≥

`

6 如图所示定滑轮2的直径为D ，虚线圆为转动副A 中的摩擦圆，其半径为ρ，F 为驱动力，垂直向下。若不及绳与轮间的摩擦力，试求：

（1） 在图上标出转动副A 中的总反力F R12的位置和方向； （2） 使重物Q 等速上升的驱动力F （用Q 表示）； （3）

该滑轮的机械效率η

解：（1）见图。 （2）Q F F R +=12

'

ρ)(2

)

(Q F D

Q F +=- Q D D F ρρ-+

=22 ρρη+-=

=2

20D D

F F

7如图所示轮系中，已知各轮齿数为Z 1＝Z 2′＝25，Z 2＝Z 3=20，Z H =100，Z 4＝20。试求传动比i

14

解：231113312H H H H H z z n n n n

i n n n z z '

--=

=-=--

^

2311220209

11252525

H z z i z z '?=-

=-=?

4

14149925125H H H z i i i z ??==

-=- ?

??

8如图2所示已知齿轮1的转速n 1=200r/min ，而Z 1=40，Z 2=20，Z 3=80。求

1） H

i 13；

2）n H的大小及方向。

(

解：（1）

200

66.67

3

H

n=≈233

11

13

3121

2

H H H

H H

z z z

n n n n

i

n n n z z z

--

===-=-=-

--

（2）由12

H

H

n n

n

-

=-

-

得：

200

66.67

3

H

n=≈ r/min方向与n1的转向相同。

9计算如图所示机构的自由度，并指出复合铰链、局部自由度和虚约束。

解：F=3n-(2Pl+Ph)=3×8-(2×11+1)=1或F=3n-(2Pl+Ph-P′)-F′=3×10-(2×14+1-1)-1=1(6分)

,

其中：E处为复合铰链，KL杆和H、J处为虚约束，滚子处为局部自由度。

10如图所示轮系中，已知各轮齿数为Z1＝60，Z2＝20，Z2′＝20，Z3＝20，Z4=20，Z5=100，试求传动比i41。

解：对于1-2-2′

-3-4-H 周转轮系，有

234114412'313

H H H z z z n n i n n z z z ??-=

=-=--??

对于1-2-2′-5-H 周转轮系，有

251152'15

03

H H H z z n n i n z z ?-=

=-=--?

联立求解，得

；

44113

2

n i n =

=-

四、分析题作图题：

1 如图3所示铰链四杆机构中，各杆的长度为杆1为28mm ，杆2为52mm,杆3为50mm ，杆4为73mm ，当取杆4为机架时，求机构的极为夹角θ，杆3的最大摆角Φmax ，机构的最小传动角γmin(结果可以作图量取)。

２ 图示铰链四杆机构中，已知l BC =50mm , l DC =35mm , l AD =30mm ,试问：

⑴ 若此机构为曲柄摇杆机构，且AB 杆为曲柄，l AB 的最大值为多少 ⑵ 若此机构为双曲柄机构，l AB 的最大值为多少

⑶若此机构为双摇杆机构，l AB 应为多少）

】

３ 用图解法设计摆动导杆机构，已知行程速比系数K=，曲柄长mm L AB 100 。求机架长AC L 。 解：作图步骤：

由θ=180°（K-1）/(K+1) 求得θ=36°

选择合适比例尺μl

在任意位置选择一点，以此点为圆心，以100/μl 为半径作圆，并从该圆圆心作一铅垂线，以该铅垂线为角平分线，以圆心为角顶点作一夹角为144°，该夹角与圆相交于两点，分别以两点作夹角边的垂线交角平分线于一点，该点与圆心的距离即为机架长。 作图过程略。

/

４ 设计一铰链四杆机构，如图5已知其摇杆CD 的长度为75mm ，极位夹角θ等于36°，机架AD 的长度为100mm ，摇杆的一个极限位置与机架间的夹角φ=45°。求曲柄AB 的长度，连杆BC 的长度，及该机构的最小传动角γmin （不必求具体值，只需画出出现最小传动角γmin 时的机构位置图并在图上标出γmin 即可）m ）

图5

５ 图示机构运动简图中，μl =1(mm/mm),AB 杆的角速度为ω1，方向如图6所示，试用瞬心法求CD 杆的角速度ω3的大小及方向。

６ 在如图2所示机构中，已知各构件的尺寸及ω1为常数（逆时钟方向）。试确定： （1） 图示位置的瞬心P 13及P 14的位置及滑块4的速度v 4（用ω1表示）；

（2） 、 （3） 各运动副中的总反力R 51、R 12、R 52、R 23及R 54的方位（不考虑各构件重量及惯性力；图中M 及P 为外

力，虚线小圆为摩擦圆，运动副B 和移动副E 处摩擦角为φ=10°；要求分别作图）。

７ 一对心直动尖顶推杆偏心圆凸轮机构，O 为凸轮几何中心，O 1为凸轮转动中心，O 1O=，圆盘半径R=60mm 。(15分)

1） 根据图a 及上述条件确定基圆半径r 0、行程h ，C 点压力角αc 和D 点接触时的位移S D 及压力角αD . 2） 若偏心圆凸轮几何尺寸不变，仅将推杆由尖顶改为滚子，见图b ，滚子半径r T =15mm 。试问上述参数

r 0、h 、αc 和S D 、αD 有否改变如认为没有改变需说明理由，可不必计算数值；如有改变也需说明理由，并计算其数值。

解：1. （8分） 1)mm A O r 3010==

2)mm A O C O h 6011=-= 3)?=0c α 4)mm A O OD O O h D 08.371221=-+=

5)?==57.26)(

1OD

O

O arctg D α 2 （7分） 1)mm r A O r r 4010=+=

2)mm A O C O h 6011=-=(不变) 3)?=0c α（不变）

4）mm r r R O O h r D 16.36)(0221=-++= 5）?==20.23)(

1OD

O

O arctg D α

８ 在图示的凸轮机构中，凸轮为原动件，其形状为一偏心轮， （1）画出基圆，并在图上指出其基圆半径r b ；（6分） ⑶ 画出机构在图示位置时推杆位移和压力角；（6分）

⑷ 画出凸轮由图示位置沿逆时针方向转90°后推杆位移和压力角。（6分）

解：答案如下图。