2022年《机械原理》考试题及答案.pdf

20222022 年机械原理考试题及答案年机械原理考试题及答案班级班级姓名姓名学号学号成绩成绩温馨提示：同学们，经过本学期的学习，你一定积累了很多知识，现在请认真、仔细地完温馨提示：同学们，经过本学期的学习，你一定积累了很多知识，现在请认真、仔细地完成这张试卷吧。加油！成这张试卷吧。加油！一、选择题选择题（每空 2 分，共 10 分）1、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2、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3、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4、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=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.(c)变位修正四、计算题计算题（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）GDECFCDBBAAa ab b小题 a：其中A、B 处各有图图 1 1一 个 转 动副，B 处有pl 4,ph 0,p F 0；一个移动副，C、D 处的移动副记作一个移动副。即n 3,所以该机构自由度为：F 3n(2pl ph p)F 33（2400）01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n 7,pl 9,ph1,p 0，F1；所以该机构自由度为：F 3n(2pl ph p)F2、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1=10 rad/s 运动，试用图解法求机构在1 45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）D32A4EB111 37 （2910）11图图 2 2图 c图 b图 a解：以l=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=0,3=2，3=2。i.速度分析vB1lAB100.03 0.3m/svC2方向大小vB ABvC2B BC？-1vC30vC2C3/BC？取v=0.005ms/mm 作上式的速度图（图b），再根据速度影像原理得点d 及 e。vDvpd 0.00545.20.23m/s（沿pd方向）vEvpe0.00534.40.17m/s（沿pe方向）2ii.vbc2lbc0.00548.5 2.00rad/s（瞬时针）0.123加速度分析naB aB12lAB1000.03 3m/s2n222aC2B2lBC 2.00 0.123 0.49m/sk2aC（方向D E）2C3 23vC2C3 220.00534.5 0.69m/saC2大小aB-2naC2BtaC2BaC30taC2C3raC2C3方向B AC B BC？BC/BC？以a=0.04ms/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：aDapd0.0465.14 2.61m/s2aEape0.0471.01 2.84m/s2（沿pd方向）（沿pe方向）（顺时针）taCn c0.0425.8522Ba228.41rad/s2lCBlCB0.1233、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*与齿顶高系数ha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i12b)两轮的分度圆直径：z236 2z118d1 mz1 318 54mmd2 mz2 336 108mm齿顶圆直径：*da1(z1 2ha)m (18 21)3 63mm*da2(z2 2ha)m (36 21)3 117mm齿根圆直径：*df1(z12ha2c*)m (182120.25)3 46.5mm*df 2(z22ha2c*)m (362120.25)3100.5mm基圆直径：db1 d1cos 54cos20 50.74mmdb2 d2cos 117cos20 109.94mm分度圆上齿厚：s c)两轮中心距：m23.143 4.71mm2a d1 d254108 81mm2224533H14、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：Hi131Hz zz88 23 3 4（1）3Hz1z2z122图图 3 3定轴轮系部分：i353z4z5z 5 1（2）5z3z4z3由图中可知：5H（3）又有：33（4）由式 1、2、3、4 联立可得：i15 9五、设计题设计题（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180(K 1)180(1.51)36K 11.51根据导杆机构的特性知：；其中为导杆的摆角作图步骤：a)作mDn b)作mDn的角平分线，在该线上取lDA d 100mm（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a dsin(/2)100sin(36/2)30.90mm试题试题 2 2一、填空题一、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z 4，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（共三、计算题（共 4545 分）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：答：见图所示。活动构件 n=7；低副 pl=10；所以机构的自由度为CBEAHCA机架与原动件DC34BA21F 3n(2pl ph p)F37(210100)0 1以 AB 为原动件：DHFG机 构 可分解成下图。级机构因 此 该 机 构为：级机构D级组级组BEFG级组3、试求机构在图示位置的全部瞬心。(5 分)3P23AP13C2BP121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，BAC 90，lAB 60mm，lAC120mm，曲柄 AB 以等角速度1 30rad/s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l=0.001m/mm 作机构的位置简图，如图a 所示。22lBClAClAB1202602134mmA1B2a)速度分析求vB2vB2 vB11lAB 300.06 1.8m/s（方向垂直 AB 转向同1）4求vB3vB2vB3方向大小-13vB2B3/AB?C AB BC1.8？取v=0.01ms/mm 作上式的速度图（图 b）vB3vpb3 0.0180.36 0.8m/s（方向见图）vB2B3vb2b3 0.01161.07 1.6m/s（方向见图）3a)加速度分析vB30.8 6rad/s3lBC13410(逆时针)n222aB2 aB21lAB 30 0.06 54m/s(方向B A）n22aB33lBC 6 0.134 4.8m/s(方向B C)kaB2B3 23vB2B3 261.6 19.2m/s(方向 vB2B3)aB2大小-2naB3taB3kaB2B3raB2B3方向B AB C544.8 BC?vB2B319.2/BC？以a=1ms/mm 作加速度图（图 c）t2aBeb 129.08 29m/s3a3（方向见图）taB2933 216rad/s2lBC0.1345、图示轮系中，已知：z1 60,z2 z2 z3 z4 20,z5100。试求传动比 i41。（10 分）答：2321Hz zH201005i1 25 （1）0Hz1z260203z z zH20201Hi141 234 （2）4Hz1z2z360203H154由式 1、2 联立可得：i41 1.55四、设计题（四、设计题（1010 分）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lCD 300mm，颚板摆角35，曲柄长 60mm。试设计该四杆机构。解：作图步骤：d)由给定的行程速比变化系数 K，得曲柄摇杆机构的极位夹角180(K 1)180(1.21)16.36K 11.21e)作出摇杆两个极限位置 C1D 和 C2D，使C1DC2 35f)连接 C1、C2，并作 C1M 垂直于 C1C2。g)作C1C2N 90 9016.36 73.64，N 与 M 相交于 P 点，由图可见，C1PC216.36。h)利用余弦定理求 AC1（令为 x）222lAB x x2lC1C2cos22lAB xx量得lC1C2180.42mm代入求得连杆的长度：x 225.44mmi)以 C1为圆心，x 为半径作圆，与前述外接圆的交点即为所求的 A 点。j)量得机架长：309.43mm试题试题 3 3一、填空题一、填空题（每空 2 分，共 20 分）1、机构中按给定的运动规律对立运动的构件称为原动件；而其余活动构件称为从动件。2、转动副的自锁条件是：驱动力作用在摩擦圆内。3、对心曲柄滑块机构，若以曲柄为机架，则该机构演化为导杆机构。4、机构的压力角是指力与速度所夹锐角。5、凸轮机构推杆的常用运动规律中，余弦加速度运动规律有柔性冲击。6、齿轮机构的重合度愈大，表明同时参加啮合的轮齿对数愈多。7、棘轮机构的主要组成构件有：棘轮、棘爪、止动爪等。8、机器速度波动的类型有：周期性速度波动、非周期性速度波动。9、设计滚子推杆盘形凸轮轮廓线时，若发现工作廓线有变尖现象时，则尺寸参数上应采取的措施是：加大基圆半径。10、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。二、简答题二、简答题（每小题 5 分，共 25 分）1、何谓运动副及运动副元素？答：答：运动副是指两构件直接接触具有确定的相对运动关系的一种联结。（书本）：两个构件直接接触而组成的可动的联接。运动副元素：参加接触的部分。两构件上能够参加接触而构成运动副的表面。2、列举 5 种能实现连续回转运动的机构。答：1）摩擦传动机构：如带传动、摩擦轮等2）啮合传动机构：如齿轮传动、蜗杆传动、链传动等3）连杆机构：如双曲柄机构、平行四边形机构等。3、简述进行质量代换需要满足的三个条件？动代换和静代换各应满足什么条件？答：质量代换法需满足三个条件：1、代换前后构件的质量不变；2、代换前后构件的质心位置不变；3、代换前后构件对质心轴的转动惯量不变；其中：动代换需要满足前面三个条件；静代换满足前两个条件便可。4、齿轮传动要匀速、平稳地进行，必须满足哪些条件？答：1）对齿廓的要求：齿廓满足定传动比的齿廓啮合基本定律。2）对重合度要求：齿轮啮合的重合度大于1。3）对正确啮合要求：满足正确啮合条件。5、有一滚子推杆盘形凸轮机构，在使用中发现推杆滚子的直径偏小，欲改用较大的滚子，问是否可行？为什么？答：不一定。令滚子半径为rr；凸轮理论轮廓线的最小曲率半径为minmin时：工作廓线出现交叉，出现失真现象。这时不可行。当：rrmin时：工作廓线出现尖点，凸轮轮廓在尖点处易磨损而导致失真。这时也当：rr不可行。当：rrmin时：这时也不可行。B2C34D1A简图（草图）。（5 分）三、计算题（共三、计算题（共 4545 分）分）1、绘制唧筒机构2、图示为一内燃机的机构简图，试计算其自由度；以 EG 为原动件时分析组成此机构的基本杆组及机构级别。（10 分）答：活动构件 n=7；低副 pl=10；所以机构的自由度为F 3n(2pl ph p)F37(210100)0 1CBEAFGDH以 AB 为元动件：机构可分解成下图。为级机构CB级组DEF机架与原动件HAG级组3、试求机构在图示位置的全部瞬心。（5 分）答：A 点为 P12；B 点为 P23；C 点为 P34；D 点为 P14；P13由三心定理求得为 B 点，见图。P24由三心定理求得为 D 点，见图。4、图 示 铰 链 四 杆 机 构 中，已 知2P12A1P34C4DP24P14P23BP133lBC 50mm,lCD 35mm,lAD 30mm,AD为机架，（15 分）（1）若此机构为曲柄摇杆机构，且AB 为曲柄，求lAB的最大值；（2）若此机构为双曲柄机构，求lAB的最小值；（3）若此机构为双摇杆机构，求lAB值的范围；解：1）曲柄摇杆机构要求满足“杆长条件”；曲柄为连架杆且最短三个条件。由“杆长条件”知：lAB lBC lAD lCD即：lAB lAD lCDlBC 30 3550 15mm所以lAB的最大值为：15mm2）为双曲柄机构有两种情况：满足“杆长条件”；最短杆为机架；。满足平行四边形机构条件。（lBC lAD排除）当 BC 为最长杆时：由“杆长条件”知：lADlBC lABlCD即：lAB lADlBClCD 30 50 35 45mm当 AB 为最长杆时：由“杆长条件”知：lADlAB lBClCDCBAD即：lAB lBClCDlAD 50 3530 55mm所以lAB的最小值为：45mm3）为摇杆机构有两种情况：满足“杆长条件”；BC 为最短杆（lBC lCD排除）。不满足“杆长条件”当 AD 为最短杆时：要求：lADlBC lABlCD；lAB 50得：45 lAB 50或lAD lAB lBC lCD；lAB 50得：lAB 55当 AB 为最长杆时：要求：lBClAB lADlCD；lAB 30得：15 lAB 305、在图示的车床变速箱中，移动三联齿轮a 使齿轮 3和4啮合。又移动双联齿轮b 使齿轮 5和 6啮合。已知各轮的齿数为z1 42,z2 58,z3 38,z4 42,z5 50,z6 48，电动机的转速n11445r/min，求带轮转速小和方向。(10 分)解：的 大i16n6z z z n1584248 246 1.47n6z1z3z5423850n11445 983r/mini161.47四、设计题（四、设计题（1010 分）分）试设计一铰链四杆机构。已知其摇杆CD 的长度lCD 75mm，行程速度变化系数K 1.5，机架 AD 的长度lAD100mm。1 45是摇杆 CD 的一个极限位置与机架AD 间较小的一个夹角。试用图解法求曲柄的长度lAB和连杆的长度lBC。解：作图步骤：180(K 1)180(1.51)36K 11.51l)作AD 100mmm)作线段 DC1，使C1DA 45n)作线段 AC2，使C1AC2 36k)极位夹角o)量得 AC1=70.84mm;AC2=169.46mmp)曲柄和连杆的长度lAB、lBC为lABAC2 AC1169.4670.84 49.31mm22lBCAC2 AC1169.4670.84120.15mm22