中南大学机械设计期末试题及参考答案 .pdf
读书破万卷下笔如有神中南大学 2010 机械设计期末试题及参考答案（ A、B卷）（时间 90 分钟 满分 100分）答案写在答题纸上，写清楚姓名, 学号，专业 , 班级.题号一二三合计分数阅卷人一、 填空题（共20 分，每小题2 分）1、运动副是两构件间发生直接接触而又能产生一定相对运动的活动联接。2、机构具有确定运动的条件是机构自由度数大于零，且等于原动件数；3、当两构件组成平面移动副时, 其瞬心在移动方向的垂线上无穷远处; 组成兼有滑动和滚动的高副时,其瞬心在接触点处公法线上。4、当铰链四杆机构的最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余的两杆长之和, 此时 , 当取与最短杆相邻的构件为机构时 , 机构为曲柄摇杆机构； 当取最短杆为机构时, 机构为双曲柄机构；当取最短杆的对边杆为机构时 , 机构为双摇杆机构。5、在齿轮上分度圆是：具有标准模数和压力角的圆，而节圆是：两齿轮啮合过程中作纯滚动的圆。6、渐开线齿廓上任一点的压力角是指该点渐开线的法线方向与其速度方向所夹的锐角，渐开线齿廓上任一点的法线与基圆相切。7、一对渐开线标准直齿圆柱齿轮传动，已知两轮中心距等于a，传动比等于i12 ，则齿轮 1 的节圆半径等于a/(1+i12) 。8、等效构件的等效质量或等效转动惯量具有的动能等于原机械系统的总动能；9、机器产生速度波动的主要原因是输入功不等于输出功。速度波动的类型有周期性和非周期性两种。10、对于静不平衡的转子，不论它有多少个偏心质量，只需要适当地加上或减去一个平衡质量即可获得平衡。二、 简答题（共30 分，每小题6 分）1、在曲柄摇杆机构中，说明极位夹角的定义，什么情况下曲柄摇杆机构的极位夹角为零（作图说明）。答案：极位夹角的定义：当摇杆处于两个极限位置时，曲柄与连杆两次共线，它们之间所夹的锐角称为极位夹角。如图所示，当摇杆位于两个极限位置时，其与连杆的铰支点为 C1、C2，当曲柄与机架的铰支点A位于 C1C2的连线上，则极位夹角为零。2、在如图所的示凸轮机构中：(1) 在图上绘出凸轮的理论廓线和基圆，并求出基圆半径；(2) 图示位置时机构的压力角是多少；答案：(1) 凸轮的理论廓线和基圆绘于图，基圆半径 rb=75mm (2) 如图所示压力角等于0 3、设以图示机构实现凸轮对滑块E的控制，问：(1) 该机构能否运动？试作分析说明；(2) 若需改进，试画出改进后的机构运动简图。答案：（1）该机构自由度为零，因此不能运动，原因是：D点存在绕C点的圆周运动和沿滑块导路直线运动的干涉。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 5 页读书破万卷下笔如有神（2）有多种改进方法，A ：在 D点位置增加一个滑块，使其能沿DC或 DE运动； B ：在 DC或 DE之间增加一个旋转副。下图为一种方法4、在渐开线直齿圆柱标准齿轮中，基圆是否一定小于齿根圆，试论述两者之间相对大小关系的变化规律答案：在渐开线直齿圆柱标准齿轮中，基圆不一定小于齿根圆。基圆直径db=mzcos；齿根圆直径：df=d-2hf=mz-2.5m ；当 db=df 时，则有 mzcos=mz-2.5m；因此： z=2.5/(1-cos)=41.45 ，当 dbdf 时，则有 mzcos41.45 ，当 dbdf 时，则有 mzcosmz-2.5m；因此： zCD ，故无论 AB如何变化，均不能得到双曲柄机构。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 5 页读书破万卷下笔如有神3、计算图中所示机构的自由度( 注意：若运动链中存在复合铰链、局部自由度及虚约束的情况，应明确指出) 。答案：B处滚子为局部自由度，E、D之一为虚约束， H为复合铰链； F=7 3 9 2-2 1=1 4、什么是机械系统的等效动力学模型? 答案：具有等效质量或等效转动惯量，其上作用有等效力或等效力矩的等效构件称为原机械系统的等效动力学模型。5、一对渐开线直齿圆柱齿轮传动的重叠系数=1.4 时，试分析在整个啮合过程中（即从小齿轮的齿根与大齿轮的齿顶开始接触的B2点到小齿轮的齿顶与大齿轮的齿根分开的B1点），两对齿啮合的时间占整个啮合时间的百分比是多少，一对齿啮合的时间占整个啮合时间的百分比是多少，并作图说明双齿啮合与单齿啮合区间。答案：如图所示：两对齿啮合的时间占整个啮合时间的比例 =(40+40)/140100%=57% 一对齿啮合的时间占整个啮合时间的比例 =(140-80)/140100%=43% 三、计算题（ 50 分）1、一对外啮合渐开线标准直齿圆柱齿轮传动，m=2mm， Z1=20，Z230。（1）分别计算出这两个齿轮的分度圆直径，分度圆齿厚，基圆直径，齿顶圆直径，中心距。（2）按 1：1 的比例作图标明理论啮合线和实际啮合线，并计算（不许从图上量取）出理论啮合线和实际啮合线长度。（15 分）答案：(1) 分度圆直径： d1=mZ1=40mm 、 d2= mZ2=60mm 分度圆齿厚： s10.5 m 3.14mm 、s20.5 m 3.14mm 基圆直径： db1= d1cos=37.59mm 、db2= d2cos =56.38mm 齿顶圆直径： da1=d1+2ha=44mm 、da2=d2+2ha=64mm 中心距： a=0.5(d1+d2)=50mm (2) 如下图所示：按中心距及基圆和齿顶圆大小作图，其中 N1N2为两基圆的内公切线， B1、B2分别为两齿顶圆与内公切线的交点， C为节点。则 N1N2为理论啮合线； B1B2为实际啮合线。其中：，所以：2、在图示行星减速装置中，已知Z1=Z2=20,Z3=60。当手柄转过90 度时，转盘 H转过多少度？（ 10 分）答案： 先求 i1H而： n3=0 所以：当手柄转过900 时，当手柄转过22.50 时。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 5 页读书破万卷下笔如有神3、图示为一钢制圆盘，盘厚H30mm ，位置处钻有一直径d=50mm 的通孔，位置处有一质量为m20.2公斤的附加重块，为使圆盘平衡， 拟在圆盘 r=200mm的圆周上增加一重块，试求此重块的重量和位置。（钢的密度 7.8g/cm3 ）(12 分)答案：此题的要点为在圆盘钻孔后此处重量减少，相当于在其相反方向增加了同样的重量。在处钻孔后失去的重量为：其质径积的大小，方向与 O相反。在附加质量所产生的质径积的大小，方向与 O 相同。因此，由平衡原理，在r 200mm 处所附加的平衡质径积mr 的计算为因此，与 X轴正方向的夹角与 Y轴正方向的夹角所增加的质量 m0.263kg 4、已知某轧机的原动机功率等于常数：N1=300KW ，钢板通过轧辊时消耗的功率为常数：N2=900KW ，钢材通过轧辊的时间t2=5s，主轴平均转速n1=50r/min, 机械运转不均匀系数=0.2 ，设轧钢机的全部转动惯量集中在飞轮上。求：(1) 此轧钢机的运转周期；(2) 飞轮的最大转速和最小转速；(3) 安装在主轴上的飞轮的转动惯量。(13 分) 答案：(1) 设运动周期为T，则有： T N1 = N2 t2 所以： T= N2t2/N1 = 9005/300 = 15s (2) 平均转速： m = n1 2/60 = 5.23 rad/s 最大转速： max =m(1+/2) = 5.75 rad/s 最小转速： min = m(1-/2) = 4.71 rad/s (3) 最大盈亏功： Amax = (N2-N1) t2 = 3106 Nm 飞轮的转动惯量：(Kg.m2) 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 5 页
