机械原理试卷(手动组卷)20

题目部分，(卷面共有99题,999.0分,各大题标有题量和总分) 一、填空题(5小题,共9.0分) 1．(1.5分)速度瞬心的概念是： ；绝对速度瞬心与相对速度瞬心的相同点是： 不同点是： 2．(1分)如果一个机构由K个构件组成，则瞬心总数为； 。

3．(2分)当两构件组成转动副时，速度瞬心的位置在 ；当两构件组成移动副时，速度瞬心的位置在 ；两构件组成滑动兼滚动的高副时，速度瞬心的位置在 ；特殊情况下，两构件组成纯滚动的高副时，瞬心的位置在 。

4．(2分)三心定理的内容是： 。

5．(2分)速度影像原理只能应用于 ；而不能应用于 。 二、问答题(36小题,共212.0分)

1．(10分)试 列 举 出 五 种 能 将 连 续 回 转 运 动 转 换 为 直 线 运 动 的 机 构 ， 要 求 画 出 机 构 示 意 图 , 写 上 机 构 名 称 。

2．(10分)转动轴线互相平行的两构件中，主动件作匀速转运，从动件作往复摆动，若要求主动 件每转动一周，从动 件往复摆动一次，试： （1）确定采用什么机构（至少确定两种机构）； （2）画出其简图；

（3）简单说明设计该机构尺寸时应注意哪些问题。

3．(5分)要齿轮传动匀速、连续、平稳的进行，必须满足哪些条件？

4．(10分)何谓齿轮的模数？为什么要规定模数的标准值？在直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮、圆锥齿轮以及蜗杆蜗轮上，何处的模数为标准值？ 5．(5分)渐开线齿轮的基本参数有哪些？其中哪些是有标准的？为什么说这些参数是基本参数？

6．(6分)渐开线的形状因何而异？一对啮合的渐开线齿轮，若其齿数不同，其齿廓渐开线形状是否相同？又如有两个齿轮，其分度圆及压力角相同，但模数不同，试问其齿廓的渐开线形状是否相同？又若两个齿轮的模数和齿数均相同，但压力角不同，其齿廓渐开线形状是否相同？

7．(6分)何谓标准齿轮？何谓标准中心距？一对标准齿轮的实际中心距a?略大于标准中心距a时，其传动比有无变化？仍能继续正确啮合吗？其顶隙、齿侧间隙和重合度有何变化？ 8．(5分)重合度的物理意义是什么？影响重合度的主要参数有哪些？增大齿轮的模数对提高重合度有无好处？ 9．(6分)何谓齿廓的根切现象？在什么情况下会产生根切现象？是否基圆半径愈小就愈容易产生根切？齿廓的根切有什么危害？要切与被切齿轮的齿数有什么关系？如何避免根切？ 10．(7分)何谓变位齿轮？为什么要对齿轮进行变位修正？齿轮变位修正后哪些尺寸改变了？哪些尺寸没有改变？

11．(8分)斜齿轮传动和直齿轮传动相比有什么特点和优缺点？为什么斜齿轮的模数和压力角有法面和端面之分？为什么要取法面参数为标准值？

12．(6分)斜齿轮的螺旋角?对传动有什么影响？它的常用范围是多少？为什么要作这样的限制？

13．(6分)何谓斜齿轮的当量齿轮和圆锥齿轮的当量齿轮？提出当量齿轮的意义何在？ 14．(6分)为什么要规定蜗杆分度圆直径的标准系列？为什么蜗杆的分度圆直径d1?mz1?

而蜗轮的分度圆直径却为d2?mz2，为什么蜗杆传动的传动比i2?d2/d1？

15．(6分)在凸轮机构设计中有哪几种常用的推杆运动规律？各有什么特点及优缺点？在选择推杆的运动规律时，主要应考虑哪些因素？

16．(4分)哪几种推杆运动规律有刚性冲击？哪几种推杆运动规律有柔性冲击？

17．(6分)何谓凸轮机构的变尖现象和失真现象？它对凸轮机构的工作有何影响？如何加以避免？

18．(6分)何谓凸轮机构的压力角？压力角的大小在凸轮机构的设计中有何重要意义？ 19．(4分)平底推杆凸轮机构的压力角为多少？是否恒为零？这种凸轮机构是否也存在自锁问题？为什么？

20．(4分)从受力的观点考虑，直动推杆的导轨长度l和悬臂尺寸b是大一些好，还是小一些好？

21．(6分)何谓周期性速度波动和非周期性速度波动产生生周期性速度波动和非周期性速度波动的原因是什么？为什么要加以调节？各可用什么办法来加以调节？

22．(6分)何谓机器运转的“平均转速”和运转速度“不均匀系数”？[?]是否选得越小越好？

23．(5分)机器安装了飞轮以后能否得到绝对匀速运转？飞轮能否用来调节非周期性速度波动？

欲减小机器的周期性速度波动，转动惯量相同的飞轮应安装在机器的高速轴上还是安装在低速轴上？

24．(5分)飞轮设计的基本问题是什么？如何确定最大盈亏功？ 25．(5分)为什么要对回转构件进行平衡？

26．(7分)何谓动平衡？何谓静平衡？它们各需要满足什么条件？哪一类构件只需要进行静平衡？

哪一类构件必须进行动平衡？

27．(5分)要求进行动平衡的回转构件，如果只进行静平衡，是否一定能减轻偏听偏心质量造成的不良影响？

28．(5分)经过平衡以后的回转构件，当其运转速度发生波动时是否仍有动载荷产生？ 29．(6分)在工程上为什么要规定许用不平衡量？为什么说完全的绝对平衡是不可能的，也是不必要的？

30．(4分)对于作往复移动或平面运动的构件，能否在构件本身将其惯性力平衡？ 31．(5分)平面四杆机构的基本型式是什么？它有哪些演化型式？

32．(5分)何谓曲柄？四杆机构具有曲柄的条件是什么？曲柄是否就是最短杆？

33．(6分)何谓行程速比系数？何谓急回特性？何谓极位夹角？三者之间的关系如何？ 34．(6分)何谓连杆机构的压力角和转动角？研究传动角有何意义？在连杆机构设计中对传动角有何限制？在曲柄摇杆机构中，最小传动角出现在什么位置？

35．(5分)在曲柄摇杆机构中，死点和极位实际上是同一个位置，那么为什么有时叫它死点，有时又叫它极位，它们的区别在什么地方？

36．(5分)死点与自锁有什么区别？说明死点的危害及其克服方法，以及死点在机械工程中的应用情况。

三、图解题(13小题,共225.0分)

?h?500?mm,??1?10?rad/s,构件3的重量1．(15分)在图示机构中，已知?1?60?,Q3?10N，

N，其余构件的重量和惯性力不计，试： 生产阻力Pr?100?（1）写出速度和加速度向量方程式，作速度和加速度多边形图，确定在图示位置 时构件

3的

速度和加速度的大小及方向；

（2）计算构件3的惯性力PI3，并在构件3上标明方向；

（3）计算作用在构件3上的力Pr、Q3，PI3等效到构件1上的等效力矩M，并标明其方向。

r

lAD?100 mm, ?1?10 rad/s, ?1?45， 2．(15分)图示正切机构中，已知x?50 mm, ?构件

N（重力3的质量m3?10 kg，其它构件质量忽略不计。作用在D点的驱动力Fd?10?2加速度g?10 m/s），试：

（1）用相对运动图解法求C点的速度vC和加速度aC； （2）计算构件3的惯性力PI3，并求作用在C点的阻力Fr。

3．(15分)已知平底从动件凸轮机构，其中S1为凸轮的质心，R?100 mm，O1O?R，

O1S1?R2，构件1的质量m1?10 kg，构件2的质量m2?1 kg。构件1的角速度

?1?10?rad/s，且为常数，转向如图示。加在构件2上的载荷F2?100 N，试在图示位置

?1?30? 时， 求：

（1）高副低代后的机构简图；

（2）从动件2的速度和加速度（用相对运动图解法）；

（3）求作用在凸轮1上的平衡力矩。（忽略重力作用，但需考虑构件的惯性力。）

4．(20分)在图示六杆机构中，构件2和构件4形成移动副，同时也与构件3形成移动副。原动件1以等角速度?1转动，在图示位置时B点的速度vB，加速度aB如图所示（速度、加速 度比例尺分别为?v,?a），驱动力矩Md及作用在构件5上的力矩M5的方向如图所示， 试求

解：

（1）构件5的角速度?5（用相对速度图解法，写出矢量方程和算式，不作具体数 学计算。方向标在图上）。

（2）构件4的角加速度?4。

（3）设不计移动副中的摩擦，各转动副中的摩擦圆如图中虚线所示，试画出铰链 B、C、D中的反力R12，R64和R53的方位及指向。

AC?375 mm, ?1?60，构件1以等角速5．(20分)在图示机构中，已知H?540 mm, 5 N?m，试： 度?1?10 rad/s转动，作用在构件3上的力矩M3?3.（1）用相对速度图解法求构件3的角速度?3和角加速度?3；

（2）不计摩擦和惯性力，求作用在构件1上的平衡力矩M1的大小和方向。

?

6．(15分)图示机构中，构件1为主动件，构件5与曲柄AB固接。已知：各轮齿数为z1?z2?z3?20，杆长为lAB?100 mm, lBC?250 mm，杆2的重力G2?50 N，工作阻 力P?500 N，驱动力矩M1?25 N?m，质心S6在BC中点，曲柄及1、2、3轮和构件5

?1?40 rad/s, ?1?0，试： 的总质心S5如图示，lAS5?lAB，其重力为G5?100 N, （1）用图解法确定在图示位置时点C及S6的加速度aC及aS6； （2）设以曲柄为等效构件，求等效力矩M。

7．(15分)在图示机构运动简图中，凸轮转动中心为O1，凸轮轮廓为一圆，圆心为O2。摆杆

AB通过一连杆拉动滑块D运动。D1、D2为摆杆处于两极限位置时滑块对应的位置。

求 ：

（1）凸轮机构在图示位置的压力角； （2）绘出摆杆两极限位置；

（3）用图解法求连接滑块与摆杆的连杆长及连杆与摆杆的铰链中心（中心在AB的延

长线上）。

8．(20分)在图示机构中，当偏心轮1绕固定中心A转动时，滑块2在圆柱体3的直槽内滑动， 因而使3绕固定中心 C转动。 （1）试作出机构运动简图； （2）若已知AB?60 mm, AC?120 mm，试问这是什么类型的四杆机构？其行 程速度变化系数K为多少？ （3）当偏心轮1以等角速度?1?30 rad/s转动时，求在图示位置时构件3的角速度?3和角

加速度?3，并在图中标出它们的方向。

F6?470及F7?695， 面 积 单 位 为 mm2， 图 中 横 坐 标 比 例 尺

???1 rad/mm， 纵 坐 标 比 例 尺?M?1 N?m/mm， 等 效 转 动 惯 量 为 常 量。

试 求：

（1） 等 效 构 件 最 大、 最 小 角 速 度?max 与?min 的 位 置；

（2） 最 大 盈 亏 功?Wmax。

9．(5分) 已 知 机 器 在 稳 定 运 转 一 周 期 内 等 效 驱 动 力 矩Md(?) 和 等 效

阻 力 矩Mr （为 常 值）如 图 示。 两 曲 线 间 所 包 容 的 面 积 表 示 盈 亏 功 的 大 小， 自 左 至 右 分 别 为2000，

3000， 2000，3000，2000 ， 单 位 为 J， 等

效 转 动 惯 量 为 常 量。 试 求：

（1） 等 效 构 件 最 大、 最 小 角 速 度； （2）?max、?min 的 位 置；

（3） 最 大 盈 亏 功?Wmax。

10．(20分) 在 图 示 的 传 动 机 构 中， 轮 1 为 主 动 件， 其 上 作 用 有 驱 动 力 矩M1= 常 数， 轮 2 上 作 用 有 阻 力 矩M2， 它 随 轮 2 转 角?2的 变 化 关 系 示 于 图 b 中。 轮 1 的 平 均 角 速 度 ?m?50?rad/s， 两 轮 的 齿 数 为

z1?20 , z2?40。 试 求：

（1） 以 轮 1 为 等 效 构 件 时，等 效 阻 力 矩Mr；

（2） 在 稳 定 运 转 阶 段（ 运 动 周 期 为 轮 2 转360?）， 驱 动 力 矩M1 的 大

小；

（3） 最 大 盈 亏 功?Wmax；

（4） 为 减 小 轮 1 的 速 度 波 动， 在 轮 1 轴 上 安 装 飞 轮， 若 要 求 速 度

不 均 匀 系 数??0.05， 而 不 计 轮 1、2 的 转 动 惯 量 时， 所 加 飞 轮 的 转 动 惯 量JF 至 少 应 为 多 少？

（5） 如 将 飞 轮 装 在 轮 2 轴 上， 所 需 飞 轮 转 动 惯 量 是 多 少？ 是 增 加

还 是 减 少？ 为 什 么？

, z11．(20分) 已 知 一 齿 轮 传 动 机 构， 其 中z2?2z1 4?2z3， 在 齿 轮 4 上 有

一 工 作 阻 力 矩M4， 在 其 一 个 工 作 循 环 （?4?2?）中， M4 的 变 化 如 图 示。 轮 1 为 主 动 轮。 如 加 在 轮 1 上 的 驱 动 力 矩Md 为 常 数， 试 求： （1） 在 机 器 稳 定 运 转 时，Md 的 大 小 应 是 多 少？ 并 画 出 以 轮 1 为 等

效 构 件 时 的等 效 力 矩Mr??1、Md??1曲 线； （2） 最 大 盈 亏 功?Wmax

；

（3） 设 各 轮 对 其 转 动 中 心 的 转 动 惯 量 分 别 为J1?J3?0.1 kg?m2，

J2?J4?0.2 kg?m2, 如 轮 1 的 平 均 角 速 度?m?10???rad/s， 其 速 度 不 均

匀 系 数 ??0.1 ，则 安 装 在 轮 1 上 的 飞 轮 转 动 惯 量JF??

（4） 如 将 飞 轮 装 在 轮 4 轴 上， 则 所 需 飞 轮 转 动 惯 量 是 增 加 还 是 减

少？ 为 什 么？

z3?88, z4?z6，试求： 12．(15分)在图示轮系中，已知z1?22, （1）传动比i16；

（2）该机构的自由度F，并指明虚约束、复合铰链和局部自由度。

13．(15

分)在图示的齿轮?连杆组合机构中，已知

lAB?45 mm, llBC?100 mm, CD?70 mm, lAD?120 mm。试分析：

（1）齿轮1能否绕A点作整周转动（说明理由）？

（2）该机构的自由度为多少（要有具体计算过程）？ （3）在图示位置时，瞬心P13在何处？i13??1??（列出计算式即可。） ?3

14．(15分)图示轮系，已知各轮齿数：z1?90,z2?60,z2??40,z3?30,z3??24,z4?18，

z5?15，z5??30,z6?105,z6??35,z7?32，转速n1?190 r/min，转向如图所示。试

求：

（1）计算该轮系的自由度； （2）计算n7的大小和方向； （3）如作用在构件7上的阻力矩Mr?200?N?m，计算以构件1为等效构件时它的 等效力

矩M。

z1?100,z2?99,z3?100,z4?101,z5?1,z6?99，15．(15分)图示轮系中，已知各轮齿数：

r/min，问： 电 动机的转向如图所示，其铭牌上标出的转速nM?1000?(1)蜗轮6的转速大小和方向；

(2)结构上要求齿轮1、2的中心距a12等于齿轮3、4的中心距a34。若1、2、3、4齿轮都用 标准齿轮，则哪对齿轮应该用斜齿轮？若斜齿轮的法面模数等于直齿轮的模数m，则该对 斜

齿轮的螺旋角???

r/min，4个圆柱直齿轮的模数m?2 mm，16．(20分)图示轮系中，电动机的转速nM?30?压

??1，齿数为z1?60,z2?20,z3?10,z4?30，内啮合齿轮对1、2是标准 力角??20，ha?齿轮、标准安装。求：

（1）齿轮3的转速n3及齿轮4的转速n4的大小和方向；

（2）齿轮3的节圆半径r3?及其齿顶圆半径ra3，齿轮4的齿顶圆半径r。（注：保证 a4齿轮3不产生根切。)

?17．(10分)在图示轮系中，各轮均为直齿圆柱齿轮。已知模数m?2 mm，压力角??20，

齿

??1，各轮齿数为：z1?顶高系数haz3?20,z2?16,z4?60。电动机装在内齿轮4上，电

动机转速nM?10 r/min，转向如图所示。试求：

（1）壳体（即齿轮4）的转速n4及其转向；

（2）齿轮1与2的中心距可否为a12?36 mm?若a12?36 mm，这对齿轮属于何种类

?? 型的传动？齿轮2的齿顶圆半径ra2

18．(20分)图示轮系中，已知各轮齿数（表示在图中括号内），齿轮对6、1的中心距与齿

轮 对1、2的中心距 相等。求： （1）i63；

''/min时，n3转速为多少？并说明其方向； （2）当n6?1500 r（3）图示轮系中有5对齿轮啮合，设各轮模数均相同。试说明哪些齿轮对需进行 变位？理

由为何？任选其中一对变位齿轮，求其变位系数之和（

?x）。

014904。 注：inv20?0.??tg???计算。 其它角度时，可采用inv?

19．(15分)图示轮系中，已知蜗杆1的齿数z1?2（右旋），其余各轮的齿数为：z2?z2??z5

?40，z2???z3??20,z3?60,z5??30，各齿轮模数相同，且均为标准齿轮。蜗杆1的转速

n1?3000r/min，方向如图示。求： （1）齿数z4,z6等于多少？ （2）n6的大小和方向；

5，作用于轮6上的阻力矩M（3）设轮系总效率??0.加的驱动力矩Md等于多少？

r?100?N?m，求蜗杆1上应

20．(10分)图示为起重葫芦传动示意图，其总机械效率??90%，已知手动链轮的直径

D1?250mm，起重吊钩链轮的直径D2?80 mm，z1?14,z2?38,z3?18,z4?70，如果 给手动链条以P?200 N的拉力，求起重吊钩能提起的重量Q为多少？

21．(15分)图示为由行星轮系与曲柄摇杆机构组成的组合机构，曲柄4以?4顺时针方向转

动，

若已知各轮齿数z1?40,z2?20，且均为标准直齿圆柱齿轮，曲柄摇杆机构的行程速度变 化系数K?1.5，试求摇杆6由左极限位置摆到右极限位置时，齿轮1的转角?1及其转向。

的

22．(10分)在图示机构中，ABCD为平行四边形。若已知杆长lAB，齿数z1、z2及有关构件

质量和转动惯量。构件1、3、4的质心分别在A、D、A点，对质心的转动惯量分别为

J1A,J3D，J4A，杆BC的质心在S，质量为m2?，齿轮2和BC杆固连，齿轮2的质量为 m2??，质心在B点，由齿轮2和杆BC组成的构件2'对B的转动惯量为J2B。试求转化到构

件1上的 等效转动惯量J。

23．(15分)图示机构中，ABCD为平行四边形。齿轮2和连杆BC固连，其上受有力F。构件3上受一力矩M3。已知齿轮齿数z1、z2，AB杆长lAB，构件4的转角?4。试求在此位

置时,

F、M3转化到构件1上的等效力矩M。

24．(15分)图示行星轮系中，已知各轮为标准齿轮，且为正确安装，其模数均为m?10 mm， 齿数z1?60，z2?20，z2??22，各构件质心均在其相对回转轴线上，且其转动惯量分别

04 kg?m,J2?0.01 kg?m,J2??0.为：J1?0.012?kg?m2,JH?0.18?kg?m2，行星轮质 5 kg。 量m2?2 kg，m2??2.（1）试按同心条件求出z3；

（2）求由作用在行星架H上的力矩MH22?40 N?m换算到轮1的轴O1上的等效力矩

M；

（3）求换算到轴O1上的各构件质量及转动惯量的等效转动惯量J。

25．(15分)图示为油泵机构。已知

AB?20 mm, AC?60 mm，在图示位置，

?ABC?90?， 角速度?2?10 rad/s，方向如图示。试：

（1）按比例画出机构运动简图；

（2）求构件4的行程 速 度变化系数K；

d0?4 mm，求油液压出泵体的速度v； （3）若直径d3?8 mm, （4）若油压p?1 MPa(N/m)，求加在构件2的力矩M22。

26．(15分)图示装置中A为转筒,已知其转速nA?100 r/min,螺母6的螺距p?6 mm，右

旋， 单头，只移不转，各齿轮数为z1?z2?20,z3?25,z5?50。

试求：螺母6在一秒钟内沿螺杆移动的距离，并指明移动方向。

27．(15分)在图示手摇提升装置中，已知各轮齿数：z1?18，z2?36，z2??15，z3?30，

z3??1，z4?40 ，试：

（1） 判 定 当提升重物Q时，手柄的转向（从A向看）； （2）计算传动比i14的大小；

01，（3）各齿轮的质心在其圆心处，它们绕各自的质心的转动惯量（单位：kg?m)为J1?0.2J2?0.04，J2??0.01，J3?0.02,J3??0.01,J4?0.03，重物Q的质量m?100 kg，鼓轮半径R?0.3 m，计算以齿轮1的轴为等效构件时，该机械系统的等效 转动惯量J。

28．(20分)在图示轮系中，已知za?50,zb?49,zg?30,zf?30。齿轮模数m相同，压力角

???20?，齿顶高系数ha?1，试：

（1）计算机构自由度，该轮系是什么轮系？

（2）求手柄c对齿轮a的传动比ica'；能否用作微调机构？ （3）当模数m（4）由于zg?1时，若za和zg采用标准齿轮传动，则zb和zf，应采用何种齿轮传 动类型？

?zf，能否把它们做成一个齿轮？该齿轮用范成法加工时，会不会根 切？

（5）能否把zb,zf做成标准斜齿圆柱齿轮来满足中心距要求？若可以，写出斜齿圆 柱齿轮的螺旋角 ?的关系式。

29．(10分)图示为某机床中的进给机构，当手轮拉出或推入时，齿轮1可分别与齿轮2或4（内齿

轮）相啮合。已知齿数：z1?z2?z4?16,z3?48，丝杠5为单线，其螺距P?4 mm，

求当手轮处于拉出和推入两个位置时，问： （1）手轮转一圈，执行件的位移各为多少？

（2）若在两个位置时，手轮同一方向转动，执行构件的运动方向是否一致？

30．(20分)在图示轮系中，已知：液压马达转速n?10 r/min，转向如图示。圆柱直齿轮模

数m?2mm，压力角??20?，齿数z1?z2?39,z3?z4?z5?20，交错轴圆柱斜齿轮（螺

旋齿轮）齿数z6?100,z7?16，试：

n2,n4,n7； （1）求转速n1,（2）分析以下问题：

(a)齿轮1、2可否用标准直齿轮标准安装？

(b)齿轮1、2可否用标准直齿轮，拉大中心距安装？如果这样做，会产生什么问题？ (c)齿轮1、2可否用变位齿轮？如可以，则应属于哪一类传动类型？并求齿轮1的 分度圆、

?014904，其它值时可用inv??tg??? 计算，无齿节圆、齿顶圆半径ra1（注：inv20?0.侧啮合方程为

inv???2(x1?x2)tg??inv?）。

z1?z2(3)设齿轮6是右旋斜齿轮，它的转速n6方向用向上箭头表示（即与液压马达

n的方向一致〕，

则斜齿轮7应是何旋向？它的转速n7方向是顺时针，还是逆时针？

M

31．(20分)图示轮系中，电动机的转速n1?1440 r/min，各轮齿数为z1?30，z2?15，

z2??25，z3?70，z4?2,z5?40。各轮模数m?2 mm，压力角??20?，齿顶高系数

?ha?1，蜗杆4为右旋。试求：

（1）轮系的传动比i15，蜗轮5的转速n5的大小和方向；

（2）齿轮2的转速和转向；

（3）内啮合齿轮2?、3是标准齿轮标准安装，轮系中各齿轮都应无根切，在此条件 下，求齿轮2的节圆半径r2?、齿顶圆半径r和齿轮1的齿顶圆半径ra1。 a2

32．(20分)如图所示的曲柄滑块机构，已知曲柄长a?120 mm，连杆长b?300 mm，偏距

e?120 mm。试：

（1）说明该机构是否有曲柄存在，为什么？

（2）用作图法或解析法求出该机构的极位夹角?及滑块的行程h。 （3）给定许用最小传动角[?]?40，验证此机构是否满足 要 求。?

?

（4）设计一滚子直动从动件盘状凸轮机构，完全代替此曲柄滑块机构，两者具有 完全相同的运

?20?mm，要求在凸轮机构图上标注出对应 的动规律。现若给定滚子半径rr及长度尺寸a、b、e，并求出此凸轮机构出现最大压力角的位置。

O、A、B点，

33．(20分)图示齿轮连杆机构中，连杆BC和齿轮2?刚性联接，外齿轮5和内齿轮6均空套在曲

柄轴A上，已知?1?60?,z5?30,z6?60,z2??15,m?2?mm,试求齿轮5、6的角速度?5、?6大小及方向。

lAC?75?mm,?1?10rad/s,

34．(9分)如图所示一偏置平底从动件盘形凸轮机构，凸轮1的廓线为渐开线，凸轮以逆时针转动，图中偏心距e=基圆半径rb?30mm,B点向径R=50mm，试问： ?1?10rad/s，

（1）从动件2在图示位置的速度v2= ；

（2）从动件2向上的运动规律是 运动规律； （3）凸轮机构在图示位置的压力角a= 。

35．(9分)在图所示凸轮机构中，已知凸轮为一偏心圆盘。要求： （1）给出此凸轮机构的名称；

（2）画出此凸轮机构的基圆（其半径以r0表示）和凸轮的理论轮廓曲线； （3）标出图示位置时推杆的位移s；

（4）标出凸轮机构在图示位置时的压力角a。

36．(9分)试以作图法设计一偏置直动滚子杆盘形凸轮机构的凸轮轮廓曲线。已知凸轮以等角速度逆时针廻转。正偏距e=10mm，基圆半径rb?30mm，滚子半径rr?10mm。推杆运动规律为：凸轮转角??0150，推杆等速上升16mm，??150180时，推杆远休；

??180300时，推杆等加速等减速回程16mm，??300360时，推杆近休。

37．(9分)试以作图法设计一对心平底直动推杆盘形凸轮机构的凸轮廓曲线。已知凸轮以等角速度顺时针廻转。凸轮基圆半径rb?30mm，推杆平底与导轨的中心线垂。推杆运动规律为：凸轮转角??0150，推杆以五次多项式运动上升20mm, ??150270时，推

杆又以佘弦加速度运动回到原位，凸轮转过其余90时，推杆静止不动。

38．(8分)一机器作稳定运动，其中一个运动循环中的等效阻力矩Mt；与等效驱动力矩Md的变化线如图所示。等效阻力矩Mt最大值为200Nm，机器的等效转动惯量J?1kgm在运动循环开始时，等效构件的平均角速度?0?20rad/s。 试求：

（1） 等效驱动力矩Md；

（2） 等效构件的最大、最小角速度?max与?min；并指出其出现的位置； （3） 最大盈亏功?Wmax；

（4） 若运转速度不均均系数??0.125，则应在等效构件上加多大转动惯量的飞

轮？

2

39．(10分)某机组在稳定支转时，一个运动循环对应于等效构件旋转一周。已知等效阻力矩

Mr的变化曲线如图所示，等效驱动力矩为常数，等效构件的平均转速为100/r min，要求其

转速误差不超过?1%。试求安装在等效构件上的飞轮转动惯量JF（其它构件的质量和转动惯量忽略不计）。并求该机组在运转中的最大转速nmax和最小转速nmin及其出现的位置。

40．(9分)图所示为某机械转化到主轴上的等效阻力矩Mr的变化曲线。设等效驱动力矩Md为常数，主轴转速n?300r/min，若运转不均匀系数?取为不超过0.1，试求安装在主轴上的飞轮的转动惯量J1和机械所需的驱动功率（机械中其他各构件的等效转动惯均略去不计）。

41．(10分)已知某电动机的驱动力矩为Md?1000?9.55?N m，用它来驱动一个阻抗力矩为Mr?200N m的单级齿轮减速器，其等效转动惯量Je?5kg m。试求电动机角速度从零增至50rad/s时需要多长时间？

42．(8分)已知某机器主轴转动一周为一个稳定运转循环，若取主轴为等效构件，其等效阻抗力矩Mer如图所示。设等效驱动力矩Med为常数。

2试求：

（1） 该机器的最大盈亏功，并指出最大和最小角速度?max及?min出现的位置； （2） 设主轴的平均角速度?m=100rad/s，在主轴上装一个转动惯量JF?0.5235kgm2的

飞轮，试求其运转速度不均匀系数（不计其他构件的等效转动惯量Je）

43．(8分)在图所示的盘形转子中，有四个偏心质量拉于同一回转达平面内，其大小及回转半径分别为m1=5kg，m2=7kg，m3=8kg，m4=10kg；r1=rd=10cm，r2=20cm，r3=15cm，方位如图所示。设平面质量mb的回转半径rb=15cm。试求平面质量mb的大小及方位。

44．(9分)如图所示，在一铰链四杆机构中，已知lBC=500mm，lCD=350mm，lAD=300mm，且AD为机架。试分析：

（1）若此机构为曲柄摇杆机构，lAB的最大值； （2）若此机构为双曲柄机构，lAB的最小值； （3）若此机构为双摇杆机构，lAB的取值范围。 五、证明题(1小题,共10.0分) 1．(10分)一操纵机构如图示，原动件1绕O匀速转动，通过2驱使3运动。已知R1?12 cm，

R2?20 cm，?R3?30?cm,?lcm,?lcm，试： O1O2?lO2O3?lO3O?7?O1O?4?

（1）按比例画出机构运动简图；

（2）构件1作匀速整周转动时，构件3是作整周转动还是摆动？用数学式证明。

====================答案==================== 答案部分，(卷面共有99题,999.0分,各大题标有题量和总分) 一、填空题(5小题,共9.0分) 1．(1.5分)[答案]

两个构件组成；两构件直接接触；两构件具有相当运动 2．(1分)[答案] 面；点、线；2；1 3．(2分)[答案]

自由度数目F?1，且原动件数目与自由度数相等 4．(2分)[答案]

3个或3个以上构件在一点处用铰链联接称为复合铰链；在机构中个别构件具有的不影响整体机构运动的自由度为局部自由度；在机构中不起实际约束作用的重复约束称为虚约束；在计算机构自由度时，由m个构件组成的复合铰链组成m-1个转动副；将产生局部自由度的构件焊接；将产生虚约束的构件及其引入的运动副去除。 5．(2分)[答案]

机构中产生虚约束的主要情况有以下几种：

（1）不同构件上的两点之间的距离始终保持恒定时，如果在这两点之间加上一个构件和两个转动副，则这个构件以及它引进的两个转动副为虚约束。

（2）如果两个构件在多处形成移动副，且这些移转动副的导路互相平行，则这些移动副，只有一个是真实的约束，其余都是虚约束。

（3）如果两个构件在多处形成转动副，且这些转动副的轴线重合，则这些转动副只有一个是真实的约束，其余都是虚约束。

（4）在输入构件和输出构件之间用多组完全相同的运动链来传递运动时，只有一组起独立传递运动的作用，其余各组通常为虚约束。 二、问答题(36小题,共212.0分) 1．(10分)[答案]

件

2．(10分)[答案]

1）曲柄机构：a. 有曲柄存在的条件。 见 图 (a) b.?min?[?]。

2） 凸轮机构：a.?max?[?]或r0?r0max 见 图 (b)

b.若采用平底从动件，应保证推杆长度，凸轮不能有凹廓（也可用尖底从动件）。 3）导杆机构：lAB?lAC时，有曲柄存在。 见 图 (c)

(a) (b) (c) 3．(5分)[答案]

必须满足传动比为常数，两轮的模数和压力角分别相等以及重合度大于1等条件。

4．(10分)[答案] 将比值

p?称为齿轮的模数。将其规定为标准值是为了给齿轮的设计计算、制造和检验等带

来方便。直齿圆柱齿轮的端面模数、斜齿圆柱齿轮的法面模数、圆锥齿轮的大端模数、蜗杆的轴面模数和蜗轮的端面模数为标准值。 5．(5分)[答案]

渐开线齿轮的基本参数有齿数、模数、压力角、齿顶高系数和顶隙系数。其中模数、压力、齿顶高系数和顶隙系数是有标准的。因为齿轮的各个基本尺寸完全取决于上述五个参数。 6．(6分)[答案]

渐开线的形状取决于基圆的大小。一对啮合的渐开线齿轮，应模数、压力角相同，若其齿数不同，则基圆的大小不同，故其齿廓渐开线形状不同。若两个齿轮，其分度圆珠笔及压力角相同，但模数不同，其齿廓的渐开线形状应相同。又若两上齿轮的模数和齿数均相同，但压力角不同，其齿廓渐开线形状将不相同。 7．(6分)[答案]

具有标准模数、标准压力角、标准齿顶高系数、顶隙系数，且分度圆上齿厚与齿槽宽相等的齿轮叫标准齿轮。两轮中心之间的距离正好等于两轮分度圆半径之和时的中心距即为标准中心距。一对标准齿轮的实际中心距a?略大于标准中心距a时，其传动比无变化，仍能继续正确啮合，但其顶隙增大，齿侧间隙增大，重合度减小。 8．(5分)[答案]

重合度的大小实质上表明同时参与啮合的轮齿对数的平均值的多少，影响重合度的主要参数有齿数、啮合角、齿顶圆压力角，而与齿轮的模数无关。 9．(6分)[答案]

齿廓的根切是指刀具的齿顶切入被加工轮齿的根部，将齿根的渐开线齿廓切去一部分的现象。当用展成法切齿时，刀具的齿顶圆超过了啮合极限点时就会发生根切现象。产生严重根切的轮齿，不仅消弱齿根的抗弯强度，而且将使齿轮传动的重合度降低。当被切齿轮的齿数小于zmin时，就会发生根切现象，因而，设计齿轮时一般要求小齿轮的齿数大于zmin。 10．(7分)[答案]

改变刀具与被切齿轮的相对位置，使刀具的分度线与其节线不再重合，用这种方法加工的齿轮称为变位齿轮。采用变位齿轮，不仅当其齿数z

斜齿轮传动时，其两轮齿面上的接触线为斜线，轮齿先由一端逐渐进入啮合，齿面上的接触线由短变第，然后又由长变短，逐渐地从轮齿的另一端脱离啮合，所以传动较为平稳，同时由于斜齿轮的轮齿是倾斜的，故在传动时同时啮合的轮齿对数较多，即其重合度较大，承载能力较高。斜齿轮的齿廓也是渐开线，但由于其轮齿的倾斜，其齿面成为一渐开线螺旋面，端面齿形和垂直于螺旋线方向的法面齿形是不同的，因而斜齿轮端面参数和法面参数也不相同，故模数和压力角也有法面和端面之分。在切制斜齿轮的轮齿时，进刀的方向一般是垂直于法面的，故其法面参数与刀具的参数相同，均为标准值。 12．(6分)[答案]

斜齿轮的螺旋角?增大，将会使传动产生的轴向力增大，对轴承工作不利。在设计时一般

取?为8?20?，因为?太大，有上述缺点，而太小又体现不出斜齿轮的优点。

13．(6分)[答案]

与斜齿轮法面齿形相当的假想的直齿圆柱齿轮称为斜齿轮；与锥齿轮大端齿形相当的假想的直齿圆柱齿轮称为锥齿轮的当量齿轮。提出当量齿轮的概念后，就可以将斜齿轮和圆锥齿轮的啮合传动问题，用当量齿轮来研究，即用直齿圆柱齿轮的方法来研究。 14．(6分)[答案]

为了限制加工蜗轮的滚刀数目，对蜗杆分度圆直径规定了标准系列。D1=mq，其中q为蜗杆直径系数。因此传动比i2?n1z2d2??。 n2z1d115．(6分)[答案]

推杆常用运动规律有：等速运动、等加速等减速运动、余弦加速度运动（简谐运动）规律等。等速运动规律简单，但有刚性冲击，只适用于低速的场合；等加速等减速运动和余弦加速度运动规律，由于加速度仍有突变，引起较大的惯性力，但所产生的冲击较等速运动要小得多，为柔性冲击，这两种运动规律适合于中、低速场合。 16．(4分)[答案]

等速运动规律有刚性冲击，等加速等减速运动和余弦加速度运动规律有柔性冲击。 17．(6分)[答案]

设计滚子推杆盘形凸轮机构时，若??r则?a?0，实际廓线形成一尖点，极易磨损，这种现象称为凸轮机构的变尖现象。若??rr，则?a?0，此时将产生交叉的廓线，在制造时将被切去，致使推杆不能按预期的运动规律运动，这种现象称为失真现象。设计时应使

?min?rr，即保证?a?0。

18．(6分)[答案] 在不考虑磨擦时，凸轮作用于推杆上的正压力方向与推杆上受力点的速度方向之间的夹角称为凸轮机构的压力角。在其他条件相同的情况下，当载荷一定时，压力角越大，则推动推杆所需的驱动力也越大，机构的效率也越低，因此，在设计凸轮机构时，应限制其最大压力角不得超过某一许用值。 19．(4分)[答案]

平底推杆凸轮机构的压力角始终为零，故这种凸轮机构不存在自锁问题。 20．(4分)[答案]

从受力的观点考虑，直动推杆的导轨长度l应大一些，而悬臂尺寸b小一些好。 21．(6分)[答案]

在机器的运转过程中，由于作用在机构上的驱动力和阻抗力矩作周期性的变化，故使机器主轴的速度发生周期性的波动，这种速度波动叫周期性速度波动。若等效力矩的变化是非周期性的，则机械运转的速度将出现非周期性的速度波动。如果对速度波动不加以调节，将导致运动副中产生附加的动压力，引起机械的振动，从而降低机械的寿命、机械效率和工作质量。周期性速度波动可以用加飞轮的办法加以调节；非周期性的速度波动一般用调速器来调节。 22．(6分)[答案]

机器运转的“平均转速”是指一个周期内等效构件转动速度的平均值。在实际工程中，常近似的用其算术平均值来计算。运转速度“不均匀系数”是指速度波动的幅度与平均值之比，

即???max??min。许用的[?]不是越小越好，要根据不同类型的机械提出不同的要求

?m23．(5分)[答案]

机器安装了飞轮以后能减小速度波动的程序，但不能得到绝对匀速运转。飞轮不能用来调节周期性速度波动。欲减小机器的周期性速度波动，转动惯量相同的飞轮应安装在机器的高速轴上。

24．(5分)[答案]

飞轮设计的基本问题是确定飞轮的转动惯量。最大盈亏功即为驱动功与阻抗功之差的最大值，一般为等效力矩图中盈功或亏功的最大值。 25．(5分)[答案]

构件在回转过程中产生的不平衡惯性力，不仅会在运动副中引起附加的动载荷，从而增大运动副中的磨擦和构件中的内应力，降低机械效率和使用寿命，而且还会使机械产生振动，降低其工作精度和可靠性，甚至在寿命期内遭到破坏，因而必须对回转构件进行平衡。 26．(7分)[答案]

刚性转子平衡时，如果只要求其惯性力达到平衡，则称之为静平衡；如果不仅要求其惯性力达到平衡，而且还要求由惯性力引起的力偶矩也达到平衡，则称之为动平衡。转子静平衡的条件是：分布在该转子回转平面内的各个偏心质量的质径积的矢量和为零，即：

mbrb??m1r1?0。转子动平衡的条件是：各偏心质量所产生的离心惯性力矢量和以及这

些惯性力所构成的惯性力偶矩之矢量和都必须为零，即：

?P?0,?M?0。

27．(5分)[答案]

不一定。因为只进行静平衡，但各偏心质量所产生的离心惯性力不在同一回转平面内，因而将形成惯性力偶矩，所以仍然要在支承中引起附加的动载荷和机械振动。 28．(5分)[答案]

经过平衡以后的回转构件，当其运转速度发生波动时仍有动载荷产生。因为速度波动会导致在运动副中产生附加的动压力，引起机械的振动。 29．(6分)[答案]

经过平衡的转子，由于试验设备和测试技术不可能绝对准确，所以还只是相对平衡，也就是说，还会有一些残存的不平衡。而要减小这些残存的不平衡，就需要采用更精密的试验设备、更先进的测试装置和更高的平衡技术，因而也就要付出更高的平衡费用。所以根据转子的工作要求确定其合适的平衡精度是十分必要的，故工程上就要规定许用不平衡量。 30．(4分)[答案] 不能

31．(5分)[答案]

平面四杆机构的基本形式：曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。其演化形式有：1）通过改变构件的形状和相对尺寸而演化成的四杆机构；2）通过改变运动副的尺寸而演化成的四杆机构；3）通过选用不同构件为机架而演化成的四杆机构。 32．(5分)[答案]

能相对于机架作整周回转的连架杆称为曲柄。四杆机构具有曲柄的条件是：1）最短杆与最长杆的长度之和必须小于或等于其余两杆的长度之和；2）连架杆和机架中必须有一杆为最短杆。曲柄不一定就是最短杆。 33．(6分)[答案]

（1）运动分析 : (a)vB2?vB1?vB2B1

vB1?6.24 m/s ; vB2?7.3 m/s

l77 mm CD?165 mm ; lBD?311.l74 mm ; ?3?20.7 rad/s BC?352.ntrk(b)aB2?aB2?aB1?aB2B1?aB2B1

aB1?62.4 m/s2naB07 m/s2 2?151. ;

k2t2aB2B1?78 m/s ; aB2?4 m/s

taB?3?2?11.33 rad/s2，顺时针方向。

lBC（2）M3?3?M1?1

M1?7.25 N?m ; 方向与?1方向相同。

6．(15分)[答案] （1）求aC及aS6 (a)首先须求曲柄5（即系杆H）的角速度?5及其转向。由行星轮系z1?z2?z3?z4?H可知，

Hz4?z1?2z2?2z3?5z1?100 ; i(?1)21H?1?i14?1?[z4]??4 z1故

?H??5???14??10 rad/s ， AB顺时针方向转动。

n1?1 m/s aB?102?0.1?10 m/s2 (b)加速度 vB?10?0.且由于曲柄与导路垂直，可知

2nnnt vC?vB, ?6?0,a CB?。0 由aC?aB?aCB?aCB28 m/s，aS6?8.8 m/s 图解可得：aC?6.vSvS?1v（2）M?M1?G5cos120??G6cos90??CPcos150?

?5?5?5?556Q?1?5?4 ， vS5?vB?vS6?vC?1 m/s

?vS5vS6vC???0.1 m ， 代入上式可得 ?5?5?5M?51.7 N?m

7．(15分)[答案]

（1）凸轮机构压力角?如图示。

（2）摆杆两极限位置为B1A，B2A，如图示。 （3）用“反转法”（相对运动图解法）作出滑块处于D2 极 限位置 时， 连 杆 与 摆 杆 的 铰 链 中 心C2 位 置。连杆长为：

lDC??l?C2D2

8．(20分)[答案]

（1）机构运动简图见图a。 （2）为摆动导杆 机 构。

??2arcsinlAB?60 lAC180???240K???2

180???120（3）(a)

vB3?vB2?vB3B2，

作速度多边形见图b，

06?1.8 m/s ; 其中vB2?30?0.vB3?vB2

??3?vB31.8??30 rad/s lBC0.06(b)

aB3?aB3?aB2?aB3B2?aB3B2

n22aB2?54 m/s2 ; aB3??3lBC?54 m/s

作加速度多边形（图b），得aB3?0

taBC??3??0

lBCt

9．(10分)[答案]

（1）F?3n?2pL?pH?3?2?2?2?1?1

（2）由摆动从动件偏心圆盘凸轮机构演化而来。 （3）高副低代，F?3?3?2?4?1

10．(20分)[答案] （1）(a)分析运动

图中已标出：?32（顺时针），?34（顺时针），?54（逆时针），?3??36（顺时针）。 (b)力分析，求R63

机构中件2和件4为二力构件。因此由受力方向和相对运动关系可求出力R43和R23的作用

线，如图示。又由件3受力平衡关系可画出R63力，如图示。

（2）画图，求凸轮转角?

E点绕D点逆时针方向转至最高点E0，于是得出C点的对应点C0，再以C0为心、以CB为半径画弧

与以A为 圆心、AB为半径所画的圆弧交于B0点。则?B0AB即为凸轮的转角。

将

?

^^

11．(20分)[答案]

（1） 速 度 分 析

015?1.5 m/s 2 －3 杆 组 vD?vB?vDB， vB??1lAB?100?0.

04 (m/s)/mm 作 图。 按?v?0.

4 －5 杆 组 vC4?vC5?vC2?vC5，C vC2由 影 像 法 求 得：

? bc2d2??BCD

?2?vDB/l67 rad/s，5 rad/s， 逆 时 针 方 向。?3?vD/l逆时针方 向 BD?15.ED?32.rad/s， 逆 时 针 方 向 。?5??2。 ?4?vC4/l?pc4?vl?10.53?CECEpf4c4??EF4C，得F4， 其 中 （2）? （3）加 速 度 分 析 2

f4 和 d2 重 合，vF4?vD3?vD2。

ntnnt－3 杆 组 aD?aD?aB?aDB?a DBn2nnaB??1lAB?150 m/s2 , aDB??2733 m/s2 , aD??225 m/s2 2lBD?14.3lED?42. 4 －5 杆 组 aC4?aC5?aC2?k aC5C2?raC5C2?naC4?taC4? 作? b?d?c2

?，aC2?? c2??a ??BDC 得 c2nkaC21 m/s2 ， aCm/s2 33 4?4.5C2?26.

?2?1300 rad/s2 ， 逆 时 针 方 向；?3?1600 rad/s2 ，顺 时 针 方 向 ?4?2894.74 rad/s2 ， 逆 时 针 方 向 ；?5??2。

12．(20分)[答案]

（ 此 图 未 按 原 比 例 尺 画）

75 rad/s，?3?9 rad/s，?4??5?5 rad/s；(1)?2?7.逆 时 针 方 向； 顺 时 针 方 向

vF5?p f5?v?30?0.005?0.15 m/s , vF4?p f4?v?36?0.005?0.18 m/s

5 rad/s2， 逆 时 针 方 向； (2)?2?165 rad/s2， 顺 时 针 方 向；?3?67.?4??5?52.34 rad/s2

顺 时 针 方 向；aF5?? f5??a?1.62 m/s2，aF4?? f4??a?2.52 m/s2

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