06-07机械原理考题A答案

2006 —2007 学年第 1、2 机械原理课程试卷（A 卷）答案及评分标准
授课 专业班级：
本试卷共 9 道大题，满分 100 分。
一、填空（本大题 10 分，每小题 1 分）答案
1、凸轮机构按从动件的形状来分，可分为 尖顶从动件 、滚子从动件、平底从动件。
2、机构具有确定运动的条件是
机构自由度大于零且等于原动件数
8、直动平底从动件凸轮机构，其压力角为
恒等于零或常数
。
9、斜齿圆柱齿轮的正确啮合条件是
mn1 mn2 m,n1 源自2 , 1 2。10、在机器运转中，应用 飞轮 可调节 机器周期性速度波动 、应用 调速器 可调 节 机器非周期性速度波动 。
二、图解法设计连杆机构（本大题 8 分）答案
。
3、运动副按构件之间接触形式的不同，可分为 高副 和
低副
。
4、原动机发出的驱动力与某些 运动参数 之间的关系，称为原动机的 机械特性 。
5、从效率的观点看，机械自锁的条件是
机械效率总是小于或等于零
。
6、压力角 越
小
，传动角 越
大
，机构的传力性能越好。
7、凸轮机构中，当从动件位移规律为 一次多项式（等速运动）时，易出现刚性冲击。
解题要点：区分基本轮系，由齿轮 1、2-2’、3 及系杆 4 组成差动轮系；由齿轮 1、2、5 及系杆 4 组成差动轮 系；齿轮 5、2-2’、3 及系杆 4 组成差动轮系；由齿轮 1’、6、3 组成定轴轮系。其中三个周转轮系并不是独立的， 任取两个周转轮系求解，结果是一样的。
1、确定齿轮 1、3 的齿数 （2 分）
3
八、等效动力学计算（本大题 16 分）答案
图示为齿轮—凸轮机构，已知齿轮 l、2 的齿数 Z1、Z2 和它们对其转轴 O1、O2 的转动惯量分别为 Jl、J2，凸轮 是一偏心矩为 e 的圆盘，与齿轮 2 相固连，凸轮对其质心 S 的转动惯量是 J3，其质量为 M 3，从动杆 4 的质量为 M 4，作用在齿轮 1 上的驱动力矩 M1＝M（ω 1），作用在从动件上的压力为 Q。若以轴 O2 上的构件（即齿轮 2 和凸轮） 为等效构件，试求在此位置时：
解得：
LAB=19.5mm
LBC=55.5mm
（4 分）
（或作图求出曲柄和连杆长度。
C2E=LAB/μ L AE=LBC/μ L 则
LAB=19.5mm LBC=55.5mm
（4 分））
1
三、自由度计算（本大题 8 分）答案
已知： BC // DE // GF，且分别相等，计算平面机构的自由度。若存在复合铰链、局部自由度及虚约束，请指
)
Q( v4 2
)

M1
(
Z2 Z1
)
Qe
九、摩擦计算（本大题 12 分）答案
破碎机原理简图如图所示。设要破碎的料块为圆柱形，其重量忽略不计，料块和鄂板之间的摩擦系数是 f。求 料块被夹紧又不会向上滑脱时，颚板夹角α 应多大?。 解：
1、不考虑料块的重量时，料块的受力如图所示；（4 分） 2、料块的受力方程为：
设计一铰链四杆机构，其示意图如图所示，其摇杆 CD 在两极限位置时与机架 AD 所成的
夹角Ψ 1=45°，Ψ 2=135°，机架长 LAD=50mm，摇杆长 LCD=30mm。试用作图法求出曲柄 LAB， 连杆 LBC 的长度。
（注：严格按比例绘制，作图过程无需说明，但应保留作图线。）
解：
1、确定比例尺μ L=（某值）； （1 分） 2、按比例作出摇杆摆角作图线 C1、C2（1 分）； 3、按比例作出极位夹角作图线 AC1、AC2（2 分）； 4、 则由图中量得 LAC1=LBC-LAB=36mm、LAC2=LBC+LAB=75mm
i145

n1 n4 n5 n4

z5 z1

25 75
1 3
联立解得
i54

n5 n4

5
齿轮 5 和系杆 4 转向相反。（1 分）
五、绘制图示机构的运动简图（本大题 10 分）答案
（注：可以不严格按比例绘制）
2
2006 —2007 学年第 1、2 机械原理课程试卷（A 卷）答案及评分标准
F1 cos( ) F2 cos F1 sin( ) F2 sin
（3 分）
式中 arctan f ，联立 2 个方程得
tan( ) tan ( )
（3 分）
所以，料块被夹紧又不会向上滑脱时颚板夹角应为 2 。（2 分）
4
1、各瞬心位置
B 点为 P23；（1 分）
A 点为 P13；（1 分）
O 点为 P12；（2 分）
2、在瞬心 P12 有
v1=v2
（3 分）
所以 ω 2LBO=ω 1e （2 分）
ω 2=ω 1e/ LBO=20*10/（90+10）=2rad/s
方向为顺时针。
（1 分）
3、vC=ω 2LBC=2*30=60mm/s （2 分） 方向垂直 BC 向左。
n1 n3
z3 z1
1 （画图确定的齿数比前为“-”号）
3、周转轮系 1、2-2’、3 及系杆 4 的传动比 （3 分）
i143

n1 n4 n3 n4
z2 z1
z3 2530 1 z2 75 20 2
4、周转轮系 1、2、5 及系杆 4 的传动比 （3 分）
瞬心 P34 位于 S3 点，所以
所以
v4=vP34= eω 2，方向垂直向上。（2 分）
Je

J1
(
Z2 Z1
)2

J2

J3
m3e2
m4e2
（1 分）
（2）求解等效力矩 （6 分） M1 为驱动力矩，Q 为工作阻力，v4 于 Q 的方向恰好相反，所以，根据瞬时功率相等的等效条件有
Me

M1(12
出。
解：
DE 构件引入的铰链为虚约束；（1 分）
I（或 J）移动副为虚约束； （1 分）
铰链 B 为局部自由度。
（1 分）
n=6、PL= 8 、PH=1
（1 分）
F 3n 2PL P H 3 6 2 8 1 ＝1 （4 分）
四、轮系传动比计算（本大题 12 分）答案
如图所示轮系中，z5=z2=25，z’2=20，组成轮系的各齿轮模数相同。齿轮 1’和 3’轴线重合，且齿数相同。求轮 系传动比 i54。 解：
七、凸轮图解法（本大题 12 分）答案
图示盘型凸轮机构，已知凸轮的实际轮廓为一以 C 为中心的偏心圆盘。 求解：
1、确定凸轮的合理转向。 2、画出凸轮的理论轮廓。 3、画出凸轮的基圆，并标出基圆半径 r0。
4、标出机构在图示位置时，从动件的位移 s。
5、画出凸轮轮廓上的 D 点与从动件接触时， 机构的压力角α 。 解： 1、 凸轮转向如图所示； （1 分） 2、 凸轮的理论轮廓如图所示；（2 分） 3、 凸轮的基圆和基圆半径 r0 如图所示；（3 分） 4、 该位置从动件的位移如图所示；（3 分） 5、 在 D 点接触时，机构的压力角如图所示。（3 分）
r1 r2 r5 r2 所以 z1 z5 2z2 25 2 25 75
r5 r2 r2 r3 所以 z3 z5 z2 z2 25 25 20 30
2、定轴轮系 1’、6、3’的传动比 （3 分）
i13

n1 n3

（1）等效转动惯量； （2）等效力矩。 解： （1）求解等效转动惯量
1、 根据等效条件：动能相等有 （5 分）
Je

J1
( 1 2
)2

J
2
(2 2
)2

J3
(2 2
)2

m3
( v3 2
)2

m4
( v4 2
)2
2、 确定构件 3 的质心速度 v3=eω 2；（2 分） 3、 瞬心法确定构件 4 的移动速度
两种答案都对，4 个运动副每画对一个 2.5 分。
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六、瞬心法计算（本大题 12 分）答案
如图所示为摆动从动件盘形凸轮机构，凸轮为一偏心圆盘，其半径 r=30mm，偏距 e=10mm，
LAB=90mm，LBC=30mm，ω 1=20rad/s。 求：（1）找出机构的所有瞬心；
（2）求图示位置的 vC。 解：