机械原理复习试题及答案1讲解.docx

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机械原理复习试题及答案1讲解

机械原理

一、填空题：

1.机构具有确定运动的条件是机构的自由度数等于。

2.同一构件上各点的速度多边形必于对应点位置组成的多边形。

3.在转子平衡问题中，偏心质量产生的惯性力可以用相对地表示。

4.机械系统的等效力学模型是具有，其上作用有的等效构件。

5.无急回运动的曲柄摇杆机构，极位夹角等于，行程速比系数等于。

6.平面连杆机构中，同一位置的传动角与压力角之和等于。

7.一个曲柄摇杆机构，极位夹角等于36º，则行程速比系数等于。

8.为减小凸轮机构的压力角，应该凸轮的基圆半径。

9.凸轮推杆按等加速等减速规律运动时，在运动阶段的前半程作运动，后半程

作运动。

10.增大模数，齿轮传动的重合度；增多齿数，齿轮传动的重合度。

11.平行轴齿轮传动中，外啮合的两齿轮转向相，内啮合的两齿轮转向相。

12.轮系运转时，如果各齿轮轴线的位置相对于机架都不改变，这种轮系是轮系。

13.三个彼此作平面运动的构件共有个速度瞬心，且位于。

14.铰链四杆机构中传动角

为

，传动效率最大。

15.连杆是不直接和相联的构件；平面连杆机构中的运动副均为。

16.偏心轮机构是通过由铰链四杆机构演化而来的。

17.机械发生自锁时，其机械效率。

18.刚性转子的动平衡的条件是。

19.曲柄摇杆机构中的最小传动角出现在与两次共线的位置时。

20.具有急回特性的曲杆摇杆机构行程速比系数k1。

21.四杆机构的压力角和传动角互为，压力角越大，其传力性能越。

22.一个齿数为Z，分度圆螺旋角为

的斜齿圆柱齿轮，其当量齿数为。

23.设计蜗杆传动时蜗杆的分度圆直径必须取值，且与其相匹配。

24.差动轮系是机构自由度等于的周转轮系。

25.平面低副具有个约束，个自由度。

26.两构件组成移动副，则它们的瞬心位置在。

27.机械的效率公式为，当机械发生自锁时其效率为。

28.标准直齿轮经过正变位后模数，齿厚。

29.曲柄摇杆机构出现死点，是以作主动件，此时机构的角等于零。

30.为减小凸轮机构的压力角，可采取的措施有和。

31.在曲柄摇杆机构中，如果将杆作为机架，则与机架相连的两杆都可以作____运动，即得到双曲柄机构。

32.凸轮从动件作等速运动时在行程始末有性冲击；当其作运动时，从动件没有冲击。

33.标准齿轮圆上的压力角为标准值，其大小等于。

34.标准直齿轮经过正变位后齿距，齿根圆。

35.交错角为90的蜗轮蜗杆传动的正确啮合条件是、、。

36.具有一个自由度的周转轮系称为轮系，具有两个自由度的周转轮系称为________________轮系。

二、简答题：

1．图示铰链四杆机构中，已知lAB=55mm，lBC=40mm，lCD=50mm，lAD=25mm。

试分析以哪个构件为机架可得到曲柄摇杆机构？

（画图说明）

2．判定机械自锁的条件有哪些？

3．转子静平衡和动平衡的力学条件有什么异同？

4．飞轮是如何调节周期性速度波动的？

5．造成转子不平衡的原因是什么？

平衡的目的又是什么？

6．凸轮实际工作廓线为什么会出现变尖现象？

设计中如何避免？

7．渐开线齿廓啮合的特点是什么？

8．何谓基本杆组？

机构的组成原理是什么？

9．速度瞬心法一般用在什么场合？

能否利用它进行加速度分析？

10．移动副中总反力的方位如何确定？

11．什么是机械的自锁？

移动副和转动副自锁的条件分别是什么？

12．凸轮轮廓曲线设计的基本原理是什么？

如何选择推杆滚子的半径？

13．什么是齿轮的节圆？

标准直齿轮在什么情况下其节圆与分度圆重合？

14．什么是周转轮系？

什么是周转轮系的转化轮系？

15．什么是传动角？

它的大小对机构的传力性能有何影响？

铰链四杆机构的最小传动角在什么位置？

16．机构运动分析当中的加速度多边形具有哪些特点？

17．造成转子动不平衡的原因是什么？

如何平衡？

18．渐开线具有的特性有哪些？

19．凸轮机构从动件的运动一般分为哪几个阶段？

什么是推程运动角？

20．什么是重合度？

其物理意义是什么？

增加齿轮的模数对提高重合度有无好处？

21．什么是标准中心距？

一对标准齿轮的实际中心距大于标准中心距时，其传动比和啮合角分别有无变化？

三、计算与作图题：

1.计算图示机构的自由度，要求指出可能存在的复合铰链、局部自由度和虚约束。

2．求图示机构的全部瞬心和构件1、3的角速度比。

3．用图解法设计一曲柄滑块机构。

已知滑块的行程速比系数K=1.4，滑块的行程H=60mm。

导路偏距e=20mm,求曲柄长度lAB和连杆长度lBC。

4．已知曲柄摇杆机构的行程速比系数K＝1.25，摇杆长lCD=40mm，摇杆摆角Ψ=60º,机架长lAD=55mm。

作图设计此曲柄摇杆机构，求连杆和曲柄的长度。

5．一对外啮合标准直齿圆柱齿轮传动，已知齿数Z1＝24，Z2＝64，模数m＝6mm，安装的实际中心距a’＝265mm。

试求两轮的啮合角a’，节圆半径r1’和r2’。

6．已知轮系中各齿轮齿数Z1=20，Z2=40，Z2’=Z3=20，Z4=60，n1=800r/min，求系杆转速nH的大小和方向。

7.计算图示机构的自由度，要求指出可能存在的复合铰链、局部自由度和虚约束。

8．取一机器的主轴为等效构件，已知主轴平均转速nm=1000r/min，在一个稳定运动循环（2

）中的等效阻力矩Mer如图所示，等效驱动力矩Med为常数。

若不计机器中各构件的转动惯量，试求：

当主轴运转不均匀系数

＝0.05时，应在主轴上加装的飞轮的转动惯量JF。

11．一正常齿制标准直齿轮m=4,z=30,=20。

，计算其分度圆直径、基圆直径、齿距、齿顶圆直径及齿顶圆上的压力角。

12．如图，已知z1=6，z2=z2,=25，z3=57，z4=56，求i14？

13.计算图示机构的自由度，要求指出可能存在的复合铰链、局部自由度和虚约束。

17．已知一对标准安装的外啮合标准直齿圆柱齿轮的中心距a=196mm，传动比i=3.48，小齿轮齿数Z1=25。

确定这对齿轮的模数m；分度圆直径d1、d2；齿顶圆直径da1、da2；齿根圆直径df1、df2。

（10分）

18．在图示复合轮系中，已知各齿轮的齿数如括弧内所示。

求传动比

。

参考答案

一、1．原动件数目2．相似于3．质径积4．等效转动惯量，等效力矩5．0，1

6．907．1.58．增大9．等加速；等减速10．不变；增大11．相反；相同12．定轴13．3；一条直线上14．90015．机架；低副16．扩大转动副半径17．小于等于018．偏心质量产生的惯性力和惯性力矩矢量和为019．曲柄；机架20．大于21．余角；差22．z/cos3β23．标准值；模数24．2

25．2；126．垂直移动路线的无穷远处27．η=输出功/输入功=理想驱动力/实际驱动力；小于等于0

28．不变；增加29．摇杆；传动角30．增加基圆半径；推杆合理偏置31．最短；整周回转32．刚性；五次多项式或正弦加速度运动33．分度圆；20034．不变；增加35．mt2=mx1=m；αt2=αx1=α；γ1=β2

36．行星；差动

二、1．作图（略）最短杆邻边AB和CD。

2．1）驱动力位于摩擦锥或摩擦圆内；

2）机械效率小于或等于0

3）工作阻力小于或等于0

3．静平衡：

偏心质量产生的惯性力平衡

动平衡：

偏心质量产生的惯性力和惯性力矩同时平衡

4．飞轮实质是一个能量储存器。

当机械出现盈功速度上升时，飞轮轴的角速度只作微小上升，它将多余的能量储存起来；当机械出现亏功速度下降时，它将能量释放出来，飞轮轴的角速度只作微小下降。

5．原因：

转子质心与其回转中心存在偏距；

平衡目的：

使构件的不平衡惯性力和惯性力矩平衡以消除或减小其不良影响。

6．变尖原因：

滚子半径与凸轮理论轮廓的曲率半径相等，使实际轮廓的曲率半径为0。

避免措施：

在满足滚子强度条件下，减小其半径的大小。

7．1）定传动比2）可分性3）轮齿的正压力方向不变。

8．基本杆组：

不能拆分的最简单的自由度为0的构件组。

机构组成原理：

任何机构都可看成是有若干基本杆组依次连接于原动件和机架上而构成的。

9．简单机构的速度分析；不能。

10．1）总反力与法向反力偏斜一摩擦角2）总反力的偏斜方向与相对运动方向相反。

11．自锁：

无论驱动力多大，机构都不能运动的现象。

移动副自锁的条件是：

驱动力作用在摩擦锥里；转动副自锁的条件是：

驱动力作用在摩擦圆内。

12．1）反转法原理

2）在满足强度条件下，保证凸轮实际轮廓曲线不出现尖点和“失真”，即小于凸轮理论轮廓的最小曲率半径。

13．经过节点、分别以两啮合齿轮回转中心为圆心的两个相切圆称为节圆。

当两标准齿轮按标准中心距安装时其节圆与分度圆重合。

14．至少有一个齿轮的轴线的位置不固定，而绕其他固定轴线回转的轮系称为周转轮系。

在周转轮系中加上公共角速度-ωH后，行星架相对静止，此时周转轮系转化成定轴轮系，这个假想的定轴轮系称为原周转轮系的转化轮系。

15．压力角的余角为传动角，传动角越大，机构传力性能越好。

最小传动角出现在曲柄和机架共线的位置。

16．1）极点p‘的加速度为0

2）由极点向外放射的矢量代表绝对加速度，而连接两绝对加速度矢端的矢量代表该两点的相对加速度。

3）加速度多边形相似于同名点在构件上组成的多边形。

17．转子的偏心质量产生的惯性力和惯性力偶矩不平衡；平衡方法：

增加或减小配重使转子偏心质量产生的惯性力和惯性力偶矩同时得以平衡。

18．1）发生线BK的长度等于基圆上被滚过的圆弧的长度2）渐开线任一点的法线恒与其基圆相切3）发生线与基圆的切点是渐开线的曲率中心4）渐开线的形状取决于基圆的大小5）基圆内无渐开线。

19．推程、远休止、回程、近休止；从动件推杆在推程运动阶段，凸轮转过的角度称为推程运动角。

20．实际啮合线段与轮齿法向齿距之比为重合度，它反映了一对齿轮同时啮合的平均齿数对的多少。

增加模数对提高重合度没有好处。

21．一对标准齿轮安装时它们的分度圆相切即各自分度圆与节圆重合时的中心距为标准中心距。

当实际中心距大于标准中心距时，传动比不变，啮合角增大。

三、计算与作图题：

1、F=3*7-2*12-1=1

2、ω1/ω3=P13P34/P13P14=4

5．a=0.5m（z1+z2）=264

α’=arcos（264*cos20°/265）=20.6°

rb1=0.5m*z1cos20°=67.66

rb2=0.5m*z2cos20°=180.42

r’1=rb1/cosα’=72.3

r’2=rb2/cosα’=192.756

6.齿轮1、2是一对内啮合传动：

n1/n2=z2/z1=2

齿轮2‘-3-4组成一周转轮系，有：

（n’2-nH）/（n4-nH）=-z4/z’2=-3

又因为n2=n’2n4=0

解得：

nH=100r/min方向与n1相同。

7．F=3*6-2*8-1=1

8．Md=（300*4π/3*1/2）/2π=100Nm

△Wmax=89π（用能量指示图确定）

JF=900△Wmax/π2n2δ=0.51

11．d=mz=120db=dcos200=112.76

P=mπ=12.56da=（z+2）m=128

cosαa=db/da=0.881αa=28.24˚

12．齿轮1-2-3组成一周转轮系，有：

（n1-nH）/（n3-nH）=-z3/z1=-57/6

齿轮1-2-2‘-4组成另一周转轮系，有：

（n1-nH）/（n4-nH）=-z2z4/z1z’2=-56/6=-28/3

从图中得：

n3=0

联立求解得：

i14=n1/n4=-588

13．F=3*7-2*10=1

17．z2=iz1=87m=196/[0.5（25+87）]=3.5

d1=mz1=87.5d2=mz2=304.5

da1=m（z1+2）=94.5da2=m（z2+2）=311.5

df1=m（z1-2.5）=78.75df2=m（z2-2.5）=295.75

18．齿轮1‘-4-5组成一周转轮系，有：

（n’1-nH）/（n5-nH）=-z5/z’1=-12/5

齿轮1-2-3组成一周转轮系，有：

（n1-nk）/n3-nk）=-z3/z1=-7/3

由图得：

n1=n’1n3=0nk=n5

联立求解得：

i1H=85/43

1.平面铰链四杆机构有曲柄存在的条件为：

a.连架杆与机架中必有一杆为四杆机构中的最短杆；

b.最短杆与最长杆杆长之和应小于或等于其余两杆之和（通常称此为杆长和条件）。

2.连杆机构：

指所以构建用低副联接而成的机构，又称为低副机构。

3.连杆机构优点：

a.运动副都是低副，低副亮元素为面接触，所以耐磨损，承载大。

b.低副亮元素几何形状简单，容易制造简单，容易获得较高的制造精度。

C.可以实现不同运动规律和特定轨迹要求。

缺点：

a低副中存在间隙，会引起运动误差，使效率降低。

B动平衡较困难，所以一般不宜用于高速传动。

C设计比较复杂，不易精确的实现复杂的运动规律。

4.平面四杆机构的基本形式有：

（1）曲柄摇杆机构，

（2）双曲柄机构，（3）双摇杆机构。

5.速度变化：

是指一段时间前后，速度的大小和方向出现的变化，是个矢量，大小可以用后前速率差表示，方向可以用与规定正方向的夹角表示。

物理含义可以导出加速度：

单位时间内速度的变化量。

6.压力角：

概述压力角（pressureangle）（α）:

若不考虑各运动副中的摩擦力及构件重力和惯性力的影响,作用于点C的力P与点C速度方向之间所夹的锐角。

压力角越大，传动角就越小．也就意味着压力角越大，其传动效率越低．所以设计过程中应当使压力角小.

7.死点：

从Ft=Fcosα知，当压力角α=90°时，对从动件的作用力或力矩为零，此时连杆不能驱动从动件工作。

机构处在这种位置成为死点，又称止点。

8.凸轮机构的特点：

优点是只要适当的设计出凸轮的轮廓曲线，就可以是使推杆得到各种预期的运动规律，而且响应快速，机构简单紧凑。

缺点：

是凸轮廓线与推杆之间为点。

线接触，易磨损，.凸轮制造较困难。

9按.凸轮形状分：

a盘形凸轮，b圆柱凸轮。

按推杆形状分：

尖顶推杆，滚子推杆，平底推杆。

根据凸轮与推杆白痴接触的方法不同，凸轮可以分为：

力封闭的凸轮机构，几何封闭的凸轮机构。

10.推杆常用的运动规律；根据推杆常用的运动规律所以数学表达是不同，常用的主要有多项式运动规律和三角函数运动规律两大类。

11.一条直线（称为发生线（generatingline））沿着半径为rb的圆周（称为基圆（basecircle））作纯滚动时，直线上任意点K的轨迹称为该圆的渐开线。

它具有以下特性；a相应于发生线和基圆上滚过的长度相等，即

即为渐开线在K点的法线。

b渐开线上各点的曲率半径不同，离基圆越远，其曲率半径越大，渐开线越平直。

c渐开线上任意一点的法线必切于基圆。

d渐开基圆以内无渐开线。

E渐开线线的形状取决于基圆半径的大小。

基圆半径越大，渐开线越趋平直。

12..渐开线齿廓的啮合特点：

渐开线齿廓能保证定传动比传动，渐开线齿廓间的正压力方向不变，渐开线齿廓传动具有可分性。

13.标准齿轮：

是指m、α、ha和c均为标准值，且分度圆齿厚等于齿槽宽（e=s）的齿轮。

14.渐开线齿轮的基本参数：

齿数z，模数m，分度圆压力角，齿顶高系数，顶隙系数。

渐开线直齿圆柱齿轮的正确啮合条件和连续啮合传动条件：

正确啮合条件：

m1=m2=m。

α1=α2=α。

连续啮台条件：

εα=B1B2/Pb≥1。

15.渐开线齿廓的根切现象；用范成法加工齿轮，当加工好的渐开线齿廓又被切掉的现象时称为根切现象。

其原因是；刀具的齿顶线与啮合线的交点超过了被切齿轮的啮合极限点，刀具齿顶线超过啮合极限点的原因是被加工齿轮的齿数过少，压力角过小，齿顶高系数过大。

16.斜齿轮啮合特点是什么？

答：

（l）两轮齿廓由点开始接触，接触线由短变长，再变短，直到点接触，再脱离啮合，不象直齿圆柱齿轮传动那样沿整个齿宽突然接触又突然脱离啮合，而是逐渐进入啮合逐渐脱离啮合，这样冲击小噪音小，传动平稳。

（2）重合度大ε=εα+εβ。

17.同齿数的变位齿轮与标准齿轮相比，哪些尺寸变了，哪些尺寸不变，为什么？

答：

齿数、模数、压力角、分度圆、基圆、分度圆周节、全齿高不变，齿顶圆、齿根圆、分度圆齿厚、齿槽宽发生变了。

原因：

用标准齿轮刀具加工变位齿轮，加工方法不变，即正确啮合条件不变，所以分度圆模数、压力角不变。

因而由公式可知分度圆、基圆不变，再有齿根高、齿顶高、齿根圆、齿项圆的计算，基准是分度圆，在加工变位齿轮时，标准刀具中线若从分度圆外移齿根高变小，齿根圆变大，而若要保证全齿高不变则齿顶高变大齿顶圆变大，因刀具外移在齿轮分度圆处的刀具齿厚变小，即被加工出的齿槽变小，又因为分度圆周节不变，齿厚变厚。

18.一对斜齿轮的正确啮合条件和连续传动条件是什么？

答：

正确啮合条件：

mn1=mn2=mαn1=αn2=α。

外啮合β1=-β2内啮合β1=β2连续传动条件：

ε=εα+εβ≥1。

19.什么是变位齿轮？

答：

分度圆齿厚不等于齿槽宽的齿轮及齿顶高不为标准值的齿轮称为变位齿轮。

加工中齿条刀具中线不与被加工齿轮的分度圆相切这样的齿轮称为变位齿轮。

20..蜗轮蜗杆机构的特点有哪些？

答：

（1）传递空间交错轴之间的运动和动力，即空间机构。

（2）蜗轮蜗杆啮合时，在理论上齿廓接触是点接触，但是蜗轮是用与蜗轮相啮合的蜗杆的滚刀加出来的，实际为空间曲线接触。

（3）蜗杆蜗轮的传动比，用蜗杆的头数（线数）参与计算。

（4）蜗杆的分度圆直径不是头数乘模数而是特性系数乘模数，即d1=qm

（5）蜗轮蜗杆的中心距也是用特性系数参与计算。

a＝m（q＋Z2）/2

（6）可获得大传动比，蜗轮主动时自锁。

21.蜗轮蜗杆的标准参数面是哪个面；可实现正确啮合条件是什么？

答：

（1）是主截面，即平行于蜗轮的端面过蜗杆的轴线的剖面称之为主截面。

（2）正确啮合条件：

ma1=mt2=mαa1=αt2=αβ1+β2=900旋向相同

22.为什么确定蜗杆的特性系数q为标准值？

答：

（1）有利于蜗杆标准化，减少了蜗杆的数目。

（2）减少了加工蜗轮的蜗杆滚刀的数目。

23.当量齿轮和当量齿数的用途是什么？

答：

一对圆锥齿轮的当量齿轮用来研究圆锥齿轮的啮合原理，如重合度和正确啮合条件等，单个当量齿轮用来计算不根切的最小齿数和用仿形法加工圆锥齿轮时用它来选择刀具号及计算圆锥齿轮的弯曲强度。

24.轮系可以分为三种：

定轴齿轮系和周转轮系（基本类型），第三种是复合轮系。

25：

轮系的作用：

1实现两轴间远距离的运动和动力的传动、2实现变速传动、3实现换向传动、4实现差速作用，5用做运动的合成和分解，6在尺寸及重量较小的条件下，实现大功率传动。

26.瞬心为互相作平面相对运动的两构件上,瞬时相对速度为零的点;也可以说,就是瞬时速度相等的重合点（即等速重合点）.若该点的绝对速度为零则为绝对瞬心;若不等于零则为相对瞬心.

27.机构中各个构件之间必须有确定的相对运动，因此，构件的连接既要使两个构件直接接触，又能产生一定的相对运动，这种直接接触的活动连接称为运动副。

轴承中的滚动体与内外圈的滚道，啮合中的一对齿廓、滑块与导轨），均保持直接接触，并能产生一定的相对运动，因而都构成了运动副。

两构件上直接参与接触而构成运动副的点、线或面称为运动副元素。

28.渐开线标准直齿轮几何尺寸的计算公式

分度圆直径

d1=mz1

d2=mz2

齿顶高

ha1=

m

ha2=

m

齿根高

hf1=（

+

）m

hf2=（

+

）m

齿全高

h1=ha1+hf1=（2

+

）m

h2=ha2+hf2=（2

+

）m

齿顶圆直径

da1=d1+2ha1=（2

+z1）m

da2=d2+2ha2=（2

+z2）m

齿根圆直径

df1=d1-2hf1=（z1-2

-2

）m

df22=d2-2hf222=（z2-2

-2

）m

基圆直径

db1=d1cosα

db2=d2cosα

齿距

p=πm 

基（法）节

pb=pcosα

齿厚、齿槽宽

标准中心距

顶隙

c=

m

传动比

29.自由度：

在平面运动链中，各构件相对于某一构件所需独立运动的参变量数目，称为运动链的自由度。

它取决于运动链中活动构件的数目以及连接各构件的运动副类型和数目。

平面运动链自由度计算公式：

F=3n-2PL-PH　（1.1）　式中：

F---运动链的自由度　n---活动构件的数目PL---低副的数目.PH---高副的数目。

30.机械的自锁：

有些机械，就其结果情况分析，只要加上足够大的驱动力，按常理就应该能沿着有效驱动力的作用的方向运动，而实际上由于摩擦的存在，却会出现无论这个驱动力如何增大，也无法使它运动的现象，这种现象称为机械的自锁。

31.静平衡：

当转子（回转件）的宽度与直径之比（宽径比）小于0.2时，其所有的质量都可以看作分布在垂直于轴线的同一个平面内。

这种转子的不平衡是因为其质心位置不在回转轴线上，且不平衡现象在转子静止时就能显示出来，故称为静不平衡。

其平衡条件是:

不平衡惯性力的矢量和为零，即. 

或表示为:

消去

得:

   其中,

叫做质径积它相对地表示了各质量在同一转速下离心惯性力的大小和方向.静平衡又称为单面平衡。

32.机构具有确定运动的条件：

运动链和机构都是由机件和运动副组成的系统，机构要实现预期的运动传递和变换，必须使其运动具有可能性和确定性。

由3个构件通过3个转动副联接而成的系统就没有运动的可能性。

五杆系统，若取构件1作为主动件，当给定角度时，构件2、3、4既可以处在实线位置，也可以处在虚线或其他位置，因此，其从动件的位置是不确定的。

但如果给定构件1、4的位置参数，则其余构件的位置就都被确定下来。

四杆机构，当给定构件1的位置时，其他构件的位置也被相应确定。

填空题

1.每一个单独制造的单元体为零件；

2．每一个具有相同运动规律的单元体为构件。

3．机构具有确定运动的条件为主动件数目等于机构的自由度。

4．一对标准圆柱齿轮的实际中心距比标准中心距大1%，两齿轮基圆半径的反比不发生变化。

5．测得某标准直齿圆柱齿轮的全齿高等于18mm，则模数应为8mm。

6、一平面铰链四杆机构尺寸：

机构d=44mm，摇杆c=40mm,连杆b=60mm曲柄a，摇杆c,机架d相邻.当该机构为曲柄摇杆机构时。

求a的变化范围.

a+60<44+40a<24mm

7、一曲柄摇块机构的曲柄为主动件，行程速比系数K=1.65，求摇块的摆角的大小ψ=θ=（K—1）180°/（K