机械原理部分试题目及解答.doc
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1、【精品文档】如有侵权,请联系网站删除,仅供学习与交流机械原理部分试题目及解答.精品文档.第一章 机构的组成和结构1-1 试画出图示平面机构的运动简图,并计算其自由度。F33241 F33241F33241 F332411-2 计算图示平面机构的自由度。将其中高副化为低副。确定机构所含杆组的数目和级别,以及机构的级别。(机构中的原动件用圆弧箭头表示。)F372101 F372101含3个级杆组:6-7,4-5,2-3。 含3个级杆组:6-7,4-5,2-3。该机构为级机构 构件2、3、4连接处为复合铰链。 该机构为级机构F342511 F332321F35271(高副低代后) F35271(高副
2、低代后)含1个级杆组:2-3-4-5。 含2个级杆组: 4-5,2-3。该机构为级机构 构件2、3、4连接处为复合铰链。 该机构为级机构F3821111 F362811F392131(高副低代后) F372101(高副低代后)含4个级杆组:8-6,5-7,4-3,2-11。 含1个级杆组6-7。该机构为级机构 含1个级杆组2-3-4-5。第二章 连 杆 机 构2-1 在左下图所示凸轮机构中,已知r = 50mm,lOA=22mm,lAC=80mm,,凸轮1的等角速度1=10rad/s,逆时针方向转动。试用瞬心法求从动件2的角速度2。1C解:如右图,先观察得出瞬心P13和P23为两个铰链中心。再
3、求瞬心P12:根据三心定理,P12应在P13与P23的连线上,另外根据瞬心法,P12应在过B点垂直于构件2的直线上,过B点和凸轮中心O作直线并延长,与P13、P23连线的交点即为P12。从图上量出长度尺寸并按作图比例系数换算成实际长度:P12A=28.54,则:P12C=28.54+80=108.54因为P12是构件1与构件2的瞬心,所以 rad/s2-2 在右图所示的曲柄摇块机构中,已知lAB=40mm,lAC=80mm,求速度瞬心P13和P24。解:如下图,先找瞬心:P12、P14、P34均为铰链中心,P23为垂直于导路无穷远处。求P24:对于构件1、2、4,P24应P12与P14的连线上
4、;而对于构件2、3、4,应在P23与P34连线上,分别作两连线,其交点即为P24。求P13:对于构件1、2、3,应在P12与P23的连线上;而对于构件1、4、3,应在P14和P34连线上,分别作两连线,其交点即为P13。P142-3 试根据图中注明的尺寸判断下列铰链四杆机构是曲柄摇杆机构、双曲柄机构、还是双摇杆机构。解:图a)为双曲柄机构;图b)为曲柄摇杆机构;图c)为双摇杆机构;图d)为双摇杆机构。2-4 如左下图,设计一脚踏轧棉机的曲柄摇杆机构。要求踏板CD在水平位置上下各摆10,且lCD=500mm,lAD=1000mm,试用图解法求曲柄AB和连杆BC的长度。解:如右图,根据已知条件画出
5、A、D、C、C1、C2。通过A、C1画直线代表机构的一个极限位置,通过A、C2画直线代表机构的另一个极限位置。从图中可知,AC1=BC-AB,AC2=BC+AB,即AB=(AC2-AC1)/2以A为圆心,AC1为半径画圆弧与AC2交于E点,即AB=EC2/2,从图上量出尺寸并通过比例变换得出:EC2=156mm,再以A为圆心,以EC2为直径画圆,交于B1点和B2点,得出BC=1115mm。(也可在图上量出AC1和AC2后,列二元一次方程求解得出两杆长)即AB=78mm,BC=1115mm。2-5如左下图,设计一曲柄滑块机构。已知滑块的行程s=50mm,偏距e=16mm,行程速比系数K=1.2,
6、求曲柄与连杆长度。解:先算出极位夹角 如右图所示,作一条直线C1C2 = s = 50,过C1、C2各作一条直线,与直线C1C2的夹角均为90-,相交于O点。以O为圆心,过C1、C2作圆(即OC为半径)再作一直线与C1C2平行,使两直线间的距离等于偏距e,与圆相交于A点根据C1A、C2A距离可求出曲柄连杆的长度。从图中可知,AC1=BC-AB,AC2=BC+AB,即AB=(AC2-AC1)/2以A为圆心,AC1为半径画圆弧与AC2交于E点,即AB=EC2/2,从图上量出尺寸并通过比例变换得出EC2长度尺寸,再以A为圆心,以EC2为直径画圆,交于B1点和B2点,得出BC杆长。(也可在图上量出AC
7、1和AC2后,列二元一次方程求解得出两杆长)得出给定e、s和的曲柄滑块机构。曲柄长23.8mm,连杆长58.3mm。注意:此题也可参照教材P72的方法画图。(当e=20mm,K=1.5时,=36,曲柄长21.5mm,连杆长46.5mm。)2-6 设计一导杆机构。已知机架长度l4=100mm,行程速比系数K=1.4,求曲柄长度。(参考答案:曲柄长度为25.88mm)解:先算出极位夹角因为导杆机构中极位夹角等于导杆摆角,任取一点为D,作mDn=,作角等分线,在角等分线上取lAD=l4=100,得出曲柄转动中心A。由A点对两极限位置的导杆m或n作垂线,得出曲柄长度a=25.88mm。也可根据图,直接
8、用sin(/2)=a/l4得出结果。2-7如左下图,设计一铰链四杆机构作为加热炉炉门的启闭机构。已知炉门上两活动铰链的中心距为50mm,炉门打开后成水平位置时,要求炉门温度较低的一面朝上(如虚线所示),设固定铰链安装在y-y轴线上,其相关尺寸如图所示,求此铰链四杆机构其余三杆的长度。解:已知炉门两上两个活动铰链杆长为lBC=50mm,从图形上已知炉门开闭时的两个极限位置B1C1和B2C2。如右图所示,连接B1B2成一直线,并作B1B2的中垂线n,与y-y轴线交于A点,得出铰链A的位置。连接C1C2成一直线,并作C1C2的中垂线m,与y-y轴线交于D点,得出铰链D的位置。从图形上画出四杆机构AB
9、1C1D,量出题目要求的三杆长度尺寸并通过比例变换成实际尺寸。AB=67.3mm,AD=95.8mm,DC=112.1mm。A2-8欲设计一个如下图所示的铰链四杆机构。设已知其摇杆CD的长度为75mm,行程速比系数K=1.5,机架AD的长度为80mm,又知摇杆的一个极限位置与机架间的夹角=45,试求其曲柄AB的长度和连杆BC的长度。解:(1)算出极位角(2)任取D点,作水平线DA,使lDA=80,(3)过D点,作直线DC1,长度为lDC=75,位置为与DA成45。(4)过AC1两点的直线为连杆与曲柄共线的位置之一,过A点,作一直线与AC1成=36,此直线为连杆与曲柄共线的位置之二,以D点为圆心
10、,DC1为半径作圆弧,此圆弧与前述直线交于C2。从图中可知,AC2=BC+AB,AC1=BC-AB,即AB=(AC2-AC1)/2以A为圆心,AC1为半径画圆弧与AC2交于E点,即AB=EC2/2,再以A为圆心,以EC2为直径画圆,交于B1点和B2点,得出BC杆长。从图上量出尺寸并通过比例变换得出各长度尺寸为lAB=38.65,lBC=98.2。(也可在图上量出AC1和AC2后,列二元一次方程求解得出两杆长)第三章 凸 轮 机 构3-1 左图所示为尖底偏置直动从动件盘形凸轮,AFB、CD为圆弧。AD、BC为直线,A、B为直线为圆弧AFB的切点。已知e=8mm,r0=15mm,OC=OD=20m
11、m,COD=30。试求从动件的升程h,凸轮推程运动角,回程运动角及近休止角s;凸轮与从动件在A、D、C、B点接触时机构的压力角A、D、C、B;推程最大压力角max的数值及出现位置;回程最大压力角的数值及出现位置。解:h=mm推程运动角: 回程运动角:近休止角: 压力角是指凸轮对从动件作用力的方向线(A点处为OA方向)与从动件上力作用点的速度方向(推杆上下方向)之间所夹的锐角。推程最大压力角在A点,回程最大压力角在B点,第四章 齿 轮 机 构4-1有一对使用日久磨损严重的标准齿轮需要修复。按磨损情况,拟将小齿轮报废,修复大齿轮,修复后的大齿轮的齿顶圆要减小8mm。已知Z1=24,Z2=96,m=
12、4mm,=20,ha*=1及c*=0.25。试求这两个齿轮的几何尺寸。解:根据题意要求中心距不变,修复大齿轮,即大齿轮负变位,小齿轮正变位。根据大齿轮的磨损情况,通过对大齿轮进行负变位,把磨损部分切掉。原齿轮2的齿顶圆直径为:mz2+2ha*m=496+214=392现齿轮2的齿顶圆直径为:da2=392-8=384 齿轮负变位后:da2=mz2+2(ha*+x2)m 即:为了保持中心距不变,可对新设计的小齿轮进行正变位,x1=-x2=1几何尺寸计算如下:分度圆直径:d1=mz1=424=96mm d2=mz2=496=384mm齿顶圆直径:da1=mz1+2(ha*+x1)m=424+2(1
13、+1)4=112mmda2=mz2+2(ha*+x2)m=496+2(1-1)4=384mm齿根圆直径:df1=mz1-2(ha*+c*-x1)m=424-2(1+0.25-1)4=94mmdf2=mz2-2(ha*+c*-x2)m=496-2(1+0.25+1)4=366mm4-2 已知一对外啮合变位齿轮的齿数Z1=10,Z2=12,ha*=1,C*=0.25,=20,m=10mm,求相应的最小变位系数,计算两轮的齿顶圆直径da。(inv 26.985=0.038264,inv20=0.014904)解:因为两齿轮的齿数都小于不产生根切的最小齿数(zmin=17),故应采用正变位,最小变位系
14、数为x1=(17-z1)/17=(17-10)/17=0.412 x2=(17-z2)/17=(17-12)/17=0.294得: 其中a=m(z1+z2)/2=10(10+12)/2=110得:中心距变动系数 齿高变动系数 y=x1+x2-y=0.412+0.294-0.5995=0.1065齿顶高 ha1=(ha*+x1-y)m=(1+0.412-0.1065)10=13.055mm ha2=(ha*+x2-y)m=(1+0.294-0.1065)10=11.875mm齿顶圆直径 da1=d1+2ha1=mz1+213.055=126.11mm da2=d2+2ha2=mz2+211.87
15、5=143.75mm4-3已知两个直齿圆柱齿轮的齿数分别为Z1=12,Z2=15,用=20,m=4mm的滚刀切制。如两齿轮按最小变位系数切制,试求无侧隙传动的中心距。(inv=0.026,则=2354,inv20=0.014904)解:因为两齿轮的齿数都小于不产生根切的最少齿数(zmin=17),故应采取正变位,其最小变位系数为:x1=(17-z1)/17=(17-12)/17=0.294 x2=(17-z2)/17=(17-15)/17=0.1176 根据无侧隙啮合方程式得:查P140渐开线函数表得:=2354无侧隙传动的中心距为:4-4 某球磨机上有一对标准直齿圆柱齿轮,已测知m=16mm
16、,Z1=27,Z2=245,中心距a=2176mm。两齿轮齿面磨损严重需要修复。为了节约材料和降低制造成本,决定只更换小齿轮,而通过变位切削修复大齿轮。检测后知大齿轮分度圆上齿厚的磨损量为5.61mm。试求小齿轮的齿顶圆直径以及修复大齿轮时的大齿轮齿顶圆直径。解:(1)根据分度圆齿厚的磨损量,首先对大齿轮进行负变位切削,把齿面磨损部分全部切掉。由磨损量等于齿厚减薄量条件得:2x2mtg=-5.61 则取x2=-0.5,则能保证将磨损部分全部切掉。(2)为了保持无侧隙啮合中心距不变,应采用高度变位传动,故小齿轮为正变位,即x1=-x2=0.5(3) 在高度变位齿轮传动中,齿高变动系数y=0ha=
17、 (ha*+x-y)m da=d+2(ha*+x-y)mda1=mz1+2(ha*+x1)m=480mm da2=mz2+2(ha*+x1)m=3936mm而标准齿轮的大齿轮z2=245,da2=3952,其齿顶圆相应车小到da2=3936mm4-5已知:一对正常齿渐开线标准斜齿圆柱齿轮的中心距a=250mm,齿数Z1=23,Z2=98,法向模数mn=4mm,试计算其螺旋角、端面模数、端面压力角、当量齿数、分度圆直径、齿顶圆直径和齿根圆直径。解: 得:螺旋角 =14.53端面模数 mt=mn/cos=4/0.968=4.13端面压力角 当量齿数 分度圆直径(按端面参数计算) 齿顶圆直径(按端面
18、参数计算)da1=d1+2hat*mt=95.04+2han*cos14.534.13=103.04mm da2=d2+2hat*m=404.96+2han*cos14.534.13=412.96mm齿根圆直径(按端面参数计算) df1=d1-2(hat*+ct*)mt=95.04-2(1+0.25) cos14.534.13=85.04mm df2=d2-2(hat*+ct*)mt =404.96-2(1+0.25) cos14.534.13=394.96mm4-6一对标准斜齿圆柱齿轮,已知传动比i=3.5,法向模数mn=2mm ,中心距a=90mm ,初设螺旋角=15。试确定这对齿轮的实际
19、螺旋角和齿数,计算分度圆直径、齿顶圆直径、齿根圆直径和当量齿数。解:因为传动比i=z2/z1=3.5 则:z2=3.5z1即z1+3.5z1=86.93 z1=19.32 z2=67.61若取 z1=20 则 z2=70显然cos不可能大于等于1若取z1=19,根据传动比i=3.5,则 z2=66.5,显然齿数不能为小数,取z2=67。将z1=19 则 z2=67,代入上式得出实际=17.2(在8-20之间) hat*=han*cos ct*=cn*cos计算分度圆直径: 计算齿顶圆直径:da1=d1+2hat*mt=43.77mm da2=d2+2hat*mt=144.23mm计算齿根圆直径
20、 df1=d1-2(hat*+ct*)m=34.77mm df2=d2-2(hat*+ct*)m=135.23mm计算当量齿数 4-7有一对蜗杆蜗轮的参数为Z1=1,Z2=40,=20,ha*=1,C*=0.2,m=5mm,d1=50mm。试计算其几何尺寸和传动比。 解:分度圆直径:d1=50mm d2=mz2=540=200mm中心距: a=(d1+d2)/2=125mm齿顶圆直径:da1=d1+2ha*m=50+215=60mmda2=d2+2ha*m=200+215=210mm齿根圆直径:df1=d1-2(ha*+c*)m=50-2(1+0.2)5=38df2=d2-2(ha*+c*)m
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