机械设计作业习题要点.docx

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机械设计作业习题要点

第1章平面机构的结构分析

1．1内容提要

本章主要解决用自由度计算公式来判断构件组合体运动的可能性和确定性问题。

本章主要内容是：

1．机构组成要素中的一些基本概念；

2．机构运动简图的绘制；

3．机构具有确定运动的条件；

4．平面机构自由度的计算；

5．平面机构结构分类及平面机构中的高副低代。

本章重点内容是平面机构自由度的计算；难点是复合铰链、局部自由度及虚约束问题的判断及正确处理。

1．2实训题

1．2．1填空题

1．组成机构的要素是和；构件是机构中的元体。

2．具有、、等三个特征的构件组合体称为机器。

3．机器是由、、所组成的。

4．机器和机构的主要区别在于。

5．从机构结构观点来看，任何机构是由三部分组成。

6．运动副元素是指。

7．构件的自由度是指；机构的自由度是指。

8．两构件之间以线接触所组成的平面运动副，称为副，它产生个约束，而保留了个自由度。

9．机构中的运动副是指＿＿。

10．机构具有确定的相对运动条件是原动件数机构的自由度。

11．在平面机构中若引人一个高副将引入个约束，而引入一个低副将引入个约束，构件数、约束数与机构自由度的关系是。

12．平面运动副的最大约束数为，最小约束数为。

13．在平面机构中，具有两个约束的运动副是副，具有一个约束的是

副14．在图示平面运动链中，若构件1为机架，构件5为原动件则成为构；若以构件2为机架，3为原动件则成为级构件；若以构件4为机架，5为原动件，则成为级机构。

1．2．2二判断题15．机器中独立运动的单元体，称为零件。

（）

16．具有局部自由度和虚约束的机构，在计算机构的自由度时对当首先除去局部自由度和虚约束。

（）

17．机构中的虚约束，如果制造、安装精度不够时，会成为真约束。

（）

18、任何具有确定运动的机构中，除机架、原动件及其相连的运动副以外的从动件系统的自由度都等于零。

（）

19、六个构件组成同一回转轴线的转动副，则该处共有三个转动副。

（）

20、当机构的自由度F＞0，且等于原动件数，则该机构即具有确定的相对运动。

（）

21、运动链要成为机构，必须使运动链中原动件数目大于或等于自由度。

（）

22、在平面机构中一个高副引入二个约束。

（）

23、平面机构高副低代的条件是代替机构与原机构的自由度、瞬时速度和瞬时加速度必须完全相同。

（）

24、任何具有确定运动的机构都是由机架加原动件再加自由度为零的杆组组成的。

（）

1．2．3选择题

25．一种相同的机构＿组成不同的机器。

A．可以B．不能

26．机构中的构件是由一个或多个零件所组成，这些零件间＿产生任何相对运动。

A．可以B．不能

27．原动件的自由度应为＿。

A．-1B、＋1C．0

28．基本杆组的自由度应为＿。

A．-1B、+1C．0

29．高副低代中的虚拟构件及其运动副的自由度应为＿。

A．-1B、+1C．0

30．在机构中原动件数目＿机构自由度时，该机构具有确定的运动。

A．小于B．等于C．大于

31．计算机构自由度时，若计人虚约束，则机构自由度就会＿。

A．增多B、减少C、不变

32．构件运动确定的条件是＿。

A自由度大于1B．自由度大于零C．自由度等于原动件数

33．轴2搁置在V形铁1上，根据它们在图示平面内能实现的相对运动，可判别它们之间组成的运动副是＿。

A．转动副B．移动副

C．纯滚动型平面高副

D．滚动兼滑动型平面高副

34．渐开线齿轮机构的高副低代机构是一铰链四杆机构，在齿轮传动过程中，该四杆机构的。

（A）两连架杆的长度是变化的；

（B）连杆长度是变化的；

（C）所有杆件的长度均变化；

（D）所有杆件的长度均不变。

35．某齿轮机构，主动齿轮转动方向已在图A标出。

用低副替代后的机构是图所示的机构。

36．Ⅱ级组由两个构件和三个低副组成，但图不是二级杆组。

1．2．4问答题

37．构件与零件的含义是否相同？

试简述之。

38．机构运动简图与机构示意图有何不同？

试简述之。

l．2．5计算题

39．初拟机构运动方案如图所示。

欲将构件1的连续转动转变为构件4的往复移动，试：

（1）计算其自由度，分析该设计方案是否合理？

（2）如不合理，可如何改进？

提出修改措施并用简图表示。

40．试画出图示高副机构的低副替代机构。

41．计算图示机构的自由度，将高副用低副代替，并选择原动件。

42．图示为一平底摆动从动件盘型凸轮机构，试画出机构在高副低代后瞬时替代机构。

并计算代换前和代换后的机构自由度。

43．试画出图示机构的运动简图，并计算其自由度。

44．画出图示机构的运动简图。

45．试求图示机构的自由度。

46．试求计算图示机构的自由度（若含有复合铰链、局部自由度和虚约束应指出）。

47．试求计算图示机构的自由度。

48．试求计算图示机构的自由度。

第2章平面机构的运动分析

2．1内容提要

本章要解决的问题是已知平面机构的运动学尺寸、机构位置和原动件的运动规律，求其余活动构件上各点的运动规律（位置、轨迹、位移、速度、加速度及角位移、角速度、角加速度）问题。

本章主要内容是：

1．用速度瞬心法求机构的速度；

2．用矢量方程图解法求机构的速度和加速度；

3．用解析法作机构的运动分析。

本章的重点内容是速度瞬心法和矢量方程图解法，对解析法只作一般要求。

本章的难点是用矢量方程图解法求机构的加速度，特别是哥氏加速度。

2．2实训题

2．2．1填空题

1．当两个构件组成移动副时，其瞬心位于处。

当两构件组成纯滚动的高副时，其瞬心就在。

当求机构的不互相直接联接各构件间的瞬心时，可应用来求。

2．3个彼此作平面平行运动的构件间共有个速度瞬心，这几个瞬心必定位于上。

含有六个构件的平面机构，其速度瞬心共有个，其中有个是绝对瞬心，有个是相对瞬心。

3．相对瞬心与绝对瞬心的相同点是，不同点是。

4．速度比例尺的定义是，在比例尺单位相同的条件下，它的绝对值愈大，绘制出的速度多边形图形愈小。

5．机构瞬心的数目N与机构的构件数人的关系是。

6．在机构运动分析图解法中，影像原理只适用于。

7．当两构件组成转动副时，其速度瞬心在处；组成移动副时，其速度瞬心在处；组成兼有相对滚动和滑动的平面高副时，其速度瞬心在上。

8．速度瞬心是两刚体上为零的重合点。

9．铰链四杆机构共有个速度瞬心，其中个是绝对

瞬心个是相对瞬心。

10．作相对运动的三个构件的三个瞬心必。

2．2．2判断题

11．在图示机构中，已知及机构尺寸，为求解点的加速度，只要列出一个矢量方程就可以用图解法将求出。

（）

12．在讨论杆2和杆3上的瞬时重合点的速度和加速度关系时，可以选择任意点作为瞬时重合点。

（）

13．在同一构件上，任意两点的绝对加速度间的关系式中不包含哥氏加速度。

（）

14．在平面机构中，不与机架直接相连的构件上任一点的绝对速度均不为零。

（）

2．2．3选择题

15．给定导杆机构在图示位置的速度多边形。

该瞬时

和

的正确组合应是图

16．图示连杆机构中滑块2上E点的轨迹应是。

A．直线B．圆弧

C．椭圆D．复杂平面曲线

17．用速度影像法求杆3上与点重合的点速度时，可以使＿。

A．ΔABD～Δpb2d2B．ΔCBD～Δpb2d2

C．ΔCBD～Δpb3d3D．ΔCBD～Δpb2d3

18．在两构件的相对速度瞬心处，瞬时重合点间的速度应有＿。

A．两点间相对速度为零，但两点绝对速度不等于零

B．两点间相对速度不等于零，但其中一点的绝对速度等于零

C．两点间相对速度不等于零且两点的绝对速度也不等于零

D．两点间的相对速度和绝对速度都等于零

19．将机构位置图按实际杆长放大一倍绘制，选用的长度比例尺应是＿。

A.0.5mm/mmB．2mm/mmC．0.2mm/mmD．5mm/mm

2．2．4问答题

20．在图示曲柄滑块机构中，已知连杆长L=r＋e（r为曲柄长，e为导路偏距），滑块行程是否等于人

？

为什么？

21．图示机构有无哥氏加速度

？

为什么？

2.2.5解题

22．图示机构中尺寸已知（µ1＝0．05mm/mm），机构1沿构件4作纯滚动，其上S点的速度为vs（µv＝0.6（m/s/mm。

（1）在图上作出所有瞬心；

（2）用瞬心法求出K点的速度vK。

23．在图示机构中，已知滚轮2与地面作纯滚动，构件3以已知速度V。

向左移动，试用瞬心法求滑块5的速度v5的大小和方向，以及轮2的角速度ω2的大小和方向。

24．在图示机构中，已知构件二以。

且沿顺时针方向转动，试用瞬心法求构件2的角速度和构件4的速度V4的大小（只需写出表达式）及方向。

25．在图示机构中，已知原动件回以匀角速度。

I沿逆时针方向转动，试确定：

（1机构的全部瞬心；

（2）构件3的速度V3（需写出表达式）。

26．求图示五杆机构的全部瞬心，已知各杆长度均相等ω1＝ω4且ω1=ω4回转方向相反。

27．在图示机构中，已知凸轮1的角速度ω1的大小和方向，试用瞬心法求构件3的速度大小及方向。

28．在图示的四杆机构中，LAB=65mm，LDC=90mm，LAD＝LBC＝125mm，

=15°。

当构件1以等角速度ω1=10rad／s逆时针方向转动时，用瞬心法求C点的速度。

29．在图示机构中已知凸轮以ω2的角速度顺时针方向转动，试用瞬心法求出从动件3的速度（用图及表达式表示）。

30．画出图示机构的全部瞬心。

31．试求图示机构的全部瞬心，并说明哪些是绝对瞬心。

32．在图示机构中，已知各杆尺寸，BC＝CD，EF＝FD，曲柄以ω1匀速转动，试用相对运动图解法求VF、ω5、aF、a5要求列出矢量方程式，画出速度和加速度多边形。

）

33．在图示机构中，已知机构各尺寸，且LBD=LBD／2，图示位置

EDB=

DBC=

ABC＝90°以及ω1。

试画出机构位置运动简图；以任意比例尺，用相对运动图解法求D3点的速度VD3和加速度ad3，以及构件4的角速度ω4和角加速度a4。

（需写出求解过程，所求各量只需写出表达式并在简图上标明方向。

）

34．在图示机构中，各杆尺寸已知，1为主动件，ω1=常数。

求ω1、a4。

第3章平面机构的力分析

3．1内容提要

作用在机械上的力，包括原动力、生产阻力、重力、运动构件受到的空气或油液等介质阻力、构件在变速运动时产生的惯性力及运动副中的反力。

这些力影响机械的运动和动力性能，是决定相应构件尺寸及结构形状等的重要依据。

本章主要解决根据机构尺寸、所受外力来计算各运动副中的反力及计算加于原动件上的平衡力和平衡力倡矩的问题。

本章主要内容有：

l．机构静力分析；

2．机构动态静力分析，包括图解法和解析法；

3．用速度杠杆法直接求平衡力。

本章的重点内容是用图解法进行机构的动态静力分析。

本章难点是求惯性力（力偶矩）、列构件的力平衡方程及绘制力平衡图。

3．2实训题

3．2．1填空题

1．对机构进行力分析的目的是：

（1）；

（2）。

2．所谓静力分析是指的一种力分析方法，它一般适用于情况。

3．所谓动态静力分析是指的一种力分析方法，它一般适用于情况。

4．绕通过质心并垂直于运动平面的轴线作等速转动的平面运动构件，其惯性力P1=，在运动平面中的惯性力偶矩M1=。

5．在滑动摩擦因数相同条件下，槽面摩擦比平面摩擦大，其原因是。

6．机械中三角带传动比平型带传动用得更为广泛，从摩擦角度来看，其主要原因是。

7．设机器中的实际驱动力为P，在同样的工作阻力和不考虑摩擦时的理想驱动力为P0，则机器效率的计算式是η＝。

8．设机器中的实际生产阻力为Q，在同样的驱动力作用下不考虑摩擦时能克服的理想生产阻力为Q0，厂则机器效率的计算式是河一。

9．在认为摩擦力达极限值条件下计算出机构效率η后，则从这种效率观点考虑，机器发生自锁的条件是。

10．设螺纹的升角为λ，接触面的当量摩擦因数为ƒv人，则螺旋副自锁的条件是。

3.2.2选择题

11．在机械中阻力与其作用点速度方向。

A．相同B．一定相反C．成锐角D．相反或成钝角

12．在机械中驱动力与其作用点的速度方向。

A．一定同向B．可成任意角度C．相同或成锐角D．成钝角

13．在车床刀架驱动机构中，丝杠的转动使与刀架固联的螺母作移动，则丝杠与螺母之间的摩擦力矩属于。

A．驱动力B．生产阻力C．有害阻力D．惯性力

14．风力发电机中的叶轮受到流动空气的作用力，此力在机械中属于＿。

A．驱动力B．生产阻力C．有害阻力D．惯性力

15．在空气压缩机工作过程中，气缸中往复运动的活塞受到压缩空气的压力，此压力属于。

A．驱动力B．生产阻力C．有害阻力D．惯性力

16．在外圆磨床中，砂轮磨削工件时它们之间的磨削力是属于。

A．驱动力B，有害阻力C．生产阻力D．惯性力

17．在带传动中，三角胶带作用于从动带轮上的摩擦力是属于。

A．驱动力B．有害阻力C．生产阻力D．惯性力

18．在机械中，因构件作变速运动而产生的惯性力。

A．一定是驱动力B．一定是阻力

C．在原动机中是驱动力，在工作机中是阻力

D．无论在什么机器中，它都有时是驱动力，有时是阻力

19．考虑摩擦的转动副，不论轴颈在加速、等速、减速不同状态下运转，其总反力的作用线切于摩擦圆。

A．都不可能B．不全是C．一定都

20．三角螺纹的摩擦＿矩形螺纹的摩擦，因此，前者多用于。

A．小于B．等于C．大于D．传动E．紧固联接

21．构件豆、2间的平面摩擦的总反力凡。

的方向与构件2对构件1的相对运动方向所成角度恒为。

A．00B．900C．钝角D．锐角

22．图示槽面接触的移动副，若滑动摩擦因数为ƒ，则其

当量摩擦因数ƒv=。

AfsinθBf/sinθ

C．fcosθD．f/cosθ

23．图示轴颈1与轴承2组成转动副，细实线的圆为摩擦圆，运动着的轴颈1受着外力（驱动力）Q的作用，则轴颈1应作运动。

；

A．等速B．加速C．减速24．轴颈亚与轴承2组成转动副，细实线的圆为摩擦圆，轴颈1

受到外力（驱动力）的作用，则轴颈1应作运动。

A．等速B．加速C．减速

25．图示正在转动的轴颈1与轴承2组成转动副。

Q为外力（驱动力），摩擦圆的半径为ρ。

则全反力R21；应在位置。

A．AB．BC．CD．DE．E

26．螺旋副中的摩擦可简化为斜面滑块间的摩擦来研究（如图）示。

旋紧螺旋的工作状态所对面的情形为。

A．水平力P作为驱动力，正行程

B．轴向力Q作为驱动力，反行程

C．水平力P作为阻力，正行程

D．轴向力Q作为阻力，反行程

27．根据机械效率个判别机械自锁的条件是～。

A．η≥1B.0＜η＜1C.η≤0D．η为∞

28．图示斜面机构中设摩擦角为中，要求反行程

即滑块下滑时自锁，则应满足条件。

A.Q为驱动力，λ＞φ

B.Q为驱动力，λ≤φ

C.Q为阻力，λ＞φ

D.Q力为阻力，λ≤φ

29．在由若干机器并联构成的机组中，若这些机器的单机效率均不相同，其中最高效率和最低效率分别为ηmin和ηmax，则机组的总效率η必有如下关系：

A．η＜ηmin．B.ηηmax．C.ηmin＜η≤ηmaxD.ηminηηmax

30．在由若干机器并联构成的机组中，若这些机器中单机效率相等均为伽，则机组的总效率司必有如下关系：

。

A．η＞η0B．η＜η0C．η=η0Dη=ηn0（n为单机台数）

31．反行程自锁的机构，其正行程效率＿，反行程效率＿。

A.η＞1B.η＝1C..0＜η＜1D．η≤0

32．自锁机构一般是指的机构。

A．正行程自锁B．反行程自锁C．正反行程都自锁

33．在其它条件相同的情况下，矩形螺纹的螺旋与H角螺纹的螺旋相比，前者。

A．效率较高，自锁性也较好B．效率较低，但自锁性较好

C．效率较高，但自锁性较差D．效率较低，自锁性也较差

3．2．3问答题

34．举出在工程实际中驱动力的一个例子。

35．举出在工程实际中生产阻力的一个例子。

36．以转动副联接的两构件，当外力（驱动力）分别作用在摩擦圆之内、之外，或与该摩擦圆相切时，两构件将各呈何种相对运动状态？

37．图示轴颈1在轴承2中沿Ω方向转动Q为驱动力，ρ为摩擦圆半径。

（1）试判断图A、B、C中哪个图的总反力R21；是正确的？

（2）针对正确图形，说明轴颈是匀速、加速、减速运动还是自锁？

38．若机器的输出功为AR，损耗功为Af，试写出用AR，Af表达的机器输人功AD，并给出机器效率刀η的公式。

39．图示为由A、B、C、D四台机器组成的机械系统，设各单机效率分别为ηAηBηCηD机器B、D的输出功率分别为NB和ND。

（1）试问该机械系统是属串联、并联还是混联方式？

（2）写出该系统应输人总功率N的计算式。

40，何谓机械自锁？

举出两种工程中利用机械自锁完成工作要求的实例。

41具有自锁性的蜗杆蜗轮传动，工作时应以哪个构件为主动件？

自锁的几何条件是什么？

42．具有自锁性的机构其正、反行程的机械效率是否相等？

为什么？

3．2．4T图解题

43．图示机构中，各摩擦面间的摩擦角均为φ，Q为生产阻力，P为驱动力。

试在图中画出各运动副的总反力：

R32、R12、、R31（包括作用线位置与指向）。

44．重力G=40N的滑块1，在倾角β=300的P力作用下沿水平面作等速运动，若接触面的摩擦因数f＝0.286，试用图解法求驱动力P。

45．在图示双滑块机构中，转动副A与B处的细线小圆表示摩擦圆，在滑块1上加P力驱动滑块3向上运动。

试在图上画出构件2所受作用力的作用线。

46．在图示的曲柄滑块机构中，细线小圆表示转动副处的摩擦圆。

试在图上画出图示瞬时作用在连杆BC上的运动副总反力的方向。

47．螺旋传动中，已知螺杆平均半径r。

，螺距P，线数z，摩擦因数人试推导螺旋传动正行程效率的计算公式。

第4章平面连杆机构及其设计

4.1内容提要

平面连杆机构又称平面低副机构，其各运动副均为低副，相邻构件之间的接触面为平面或圆柱面。

因平面与圆柱面具有加工方便，易达到高精度，并能承受较大载荷及形成几何封闭等优点，因此获得广泛应用。

本章主要解决根据给定的运动要求（实现预定的运动规律或预定的运动轨迹）及辅助的几何条件、动力条件，确定平面连杆机构的形式和各构件的尺寸参数问题。

本章主要内容有：

1．平面四杆机构的基本形式及演化形式；

2．铰链四杆机构有曲柄的条件；

3．平面四杆机构的运动特性；

4．平面连杆机构的设计。

本章的重点内容是平面四杆机构的基本知识及平面连杆机构的设计方法。

本章的难点是用作图法设计四杆机构，包括反转法和半角转动法。

4．2实训题

4．2．1填空题

1．在条件下，曲柄滑块机构具有急回特性。

2．机构中传动角γ和压力角α之和等于。

3．在铰链四杆机构中，当最短构件和最长构件的长度之和大于其它两构件长度之和时，只能获得机构。

4．平面连杆机构是由许多刚性构件用联接而形成的机构。

5．在图示导杆机构中，AB为主动件时，该机构传动角的值为。

6．在摆动导杆机构中，导杆摆角ψ=30o，其行程速度变化系数K的值为。

7．铰链四杆机构具有急回特性时其极位夹角θ值＿＿＿，对心曲柄滑块机构的值，所以它急回特性，摆动导杆机构急回特性。

8．对心曲柄滑块机构曲柄长为a，连杆长为b最小传动角γmin等于，它出现在位置。

9．在四连杆机构中，能实现急回运动的机构有

（1），

（2），（3）。

10．铰链四杆机构有曲柄的条件是，双摇杆机构存在的条件是。

（用文字说明）

11．当铰链四杆机构各杆长为：

a=50mm，b＝60mm，c＝70mm，d=200mm。

则四杆机构就。

12．当四杆机构的压力角。

A=900时，传动角等于，该机构处于位置。

13．在曲柄摇杆机构中，最小传动角发生的位置在。

14．通常压力角是指间所夹锐角。

15．一对心式曲柄滑块机构，若以滑块为机架，则将演化成机构。

铰链四杆机构变换机架（倒置）以后，各杆间的相对运动不变，原因是。

16．曲柄滑块机构是改变曲柄摇杆机构中的＿而形成的。

在曲柄滑块机构中改变而形成偏心轮机构。

在曲柄滑块机构中以而得到回转导杆机构。

17．在图示铰链四杆机构中若使其成为双摇杆机构，则可将固定作机架。

18．图示为一偏置曲柄滑块机构。

试问：

AB杆成为曲柄的条件是：

。

若以曲柄为主动件，机构的最大压力角amax=，发生在。

19．转动极点和固定位置的转动副连线一定是的中线。

4．2．2判断题

20．任何一种曲柄滑块机构，当曲柄为原动件时，它的行程速比系数K＝l。

（）

21．在摆动导杆机构中，若取曲柄为原动件时，机构无死点位置；而取导杆为原动件时，则机构有两个死点位置（）

22．在曲柄滑块机构中，只要原动件是滑块，就必然有死点存在。

（）

23．在铰链四杆机构中，凡是双曲柄机构，其杆长关系必须满足：

最短杆与最长杆杆长之和大于其它两杆杆长之和。

（）

24．铰链四杆机构是由平面低副组成的四杆机构。

（）

25．任何平面四杆机构出现死点时，都是不利的，因此应设法避免。

（）

26．平面四杆机构有无急回特性取决于极位夹角是否大于零。

（）

27.在曲柄摇杆机构中，若以曲柄为原动件时，最小传动角γmin可能出现在曲柄与机架两个共线位置之一处。

（）

28．在偏置曲柄滑块机构中，若以曲柄为原动件时，最小传动角γmin可能出现在曲柄与机架（即滑块的导路）相平行的位置。

（）

29．摆动导杆机构不存在急回特性。

（）

30．增大构件的惯性，是机构通过死点位置的惟一办法。

（）

31．平面连杆机构中，从动件同连杆两次共线的位置，出现最小传动角。

（）

32．双摇杆机构不会出现死点位置。

（）

33．凡曲柄摇杆机构，极位夹角θ必不等于0，故它总具有急回特征。

（）

34．曲柄摇杆机构只能将回转运动转换为往复摆动。

（）

35．在铰链四杆机构中，如存在曲柄，则曲柄一定为最短杆。

（）

36．在单缸内燃机中若不计运动副的摩擦，则活塞在任何位置均可驱动曲柄。

（）

37．当曲柄摇杆机构把往复摆动运动转变成旋转运动时，曲柄与连杆共线的位置，就是曲柄的“死点”位置。

（）

38．杆长不等的双曲柄机构无死点位置。

（）

39．在转动导杆机构中，不论取曲柄或导杆为原动件，机构均无死点位置。

（）

4．2．3选择题

40．连杆机构行程速比系数是指从动杆反、正行程。

A．瞬时速度的比值B．最大速度的比值C．平均速度的比值。

41．平行四杆机构工作时，其传动角。

A．始终保持为90oB．始终是0oC．是变化值

42．对心曲柄滑块机构以曲柄为原动件时，其最大传动角γmax为。

A．90oB．450C．90o

43．设计连杆机构时，为了具有良好的传动条件，应使。

A．传动角大一些，压力角小一些

B．传动角和压力角都小一些

C．传动角和压力角都大一些

44．在曲柄摇