机械设计与制造基础习题与答案(1)

机械设计基础习题与答案

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/D<0.2）

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N 1，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α c) 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）

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=====F p p p n h l ；所以该机构自由度为：

1

0004233')'2(3=--+?-?=--+-=）（F p p p n F h l

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=====F p p p n h l ， ；所以该机构自由度为：

a 图1

b A B

C

D A B

C

D

E F G

1

1019273')'2(3=--+?-?=--+-=）（F p p p n F h l

2、 如图2所示机构中，各尺寸为： l AB =30mm ，l AC =100mm ，l BD =50mm ，l DE =40mm ，曲柄

以等角速度ω1=10 rad/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）

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

s m l v AB B /3.003.0101=?==ω

？

？

大小

方向0//3

23

22√

⊥⊥+=+=BC BC AB v v v v v C C C B

C B

C 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pd s m pd v v D /23.02.45005.0=?==μ 方向）

（沿pe s m pe v v E /17.04.34005.0=?==μ 图2

B

A 1 1

? D

ω1

E

2

3

4

图a 图b

图c

（瞬时针）

s rad l bc bc

v /00.2123

.05

.48005.02

2=?=

=

μω ii.

加速度分析

221/303.0100s m l a a AB n

B B =?===ω

22222/49.0123.000.2s m l a BC n B C =?==ω

）（方向

E D s m v a C C k C C →=???==2

32332/69.05.34005.0222ω ？

？

大小

方向∨

∨

∨

⊥⊥→→++=++=0

//3

2323

222BC BC BC B

C A B a a a a a a a r

C C t

C C C t

B

C n

B C B

C 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''2d p s m d p a a D =?==μ 方向）

（沿''/84.201.7104.0''2

e p s m e p a a E =?==μ （顺时针）2

'

2'222/41.8123

.085.2504.0s rad l c n l a CB a CB t B

C =?===?μ

3、设计一对渐开线外啮合标准齿轮圆柱齿轮机构。已知z 1=18，z 2=36，模数m =3，压力角

α与齿顶高系数*

a h 为标准值，试求：（10分）

1) 该圆柱齿轮机构的传动比i 12

2) 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

218

361212===

z z i b) 两轮的分度圆直径：

mm mz d 5418311=?== mm mz d 108

36322=?==

齿顶圆直径：

mm m h z d a a 633)1218()2(*

11=??+=+= mm m h z d a a 1173)1236()2(*22=??+=+=

齿根圆直径：

mm m c h z d a f 5.463)25.021218()22(**

11=??-?-=--=

mm m c h z d a f 5.1003)25.021236()22(**

22=??-?-=--=

基圆直径：

mm d d b 74.5020cos 54cos 11=??=??= mm d d b 94.10920cos 117cos 22=??=??=

分度圆上齿厚：

mm m

s 71.42

3

14.32

=?=

=

π c) 两轮中心距：

mm d d a 812

108

54221=+=+=

4、在图示轮系中，已知：Z 1=22，Z 3=88，Z 3’=Z 5。试求传动比i 15。（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：

422

88

1321323113

-=-=-=-=--=z z z z z z i H H H

ωωωω （1）

定轴轮系部分：

1'

354'3545'35'3-=-=-=

z z z z z z i ωω （2）

由图中可知：

H ωω=5 （3）

又有：

'33ωω= （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）

1

2

3 3’

5

4 H 图3

解： 导杆机构的极位夹角?=+-??=+-??=

361

5.1)

15.1(1801)1(180K K θ

根据导杆机构的特性知：?θ=；其中?为导杆的摆角

作图步骤：

a) 作θ?==∠mDn

b) 作mDn ∠的角平分线，在该线上取mm d l DA 100==（即机架长度） c) 过A 点作导杆任一极位的垂线AC 1（或AC 2），其即为曲柄，故

mm d a 90.30)2/36sin(100)2/sin(=?==?