机械原理试卷及答案

2006～2007学年第二学期《机械原理》试卷（A卷）班级：姓名：学号：

一、填空题（共计20分，每空1分）

1、机构具有确定运动的条件是：机构的原动件数等于机构的自由度数，若机构自由度Ｆ>0，而原动件数0，而原动件数>F，则各构件之间不能运动或产生破坏。

2、瞬心是两个作平面相对运动刚体上瞬时相对速度为零的

重合点。

3、移动副的自锁条件是驱动力与接触面法线方向的夹角小于摩

擦角；转动副的自锁条件是驱动力的作用线距轴心偏距h小于摩擦圆半径ρ。

4、在凸轮机构的各种常用从动件运动规律中，等速运动

规律具有刚性冲击；等加速等减速运动规律具有柔性冲击。

5、内啮合斜齿圆柱齿轮传动的正确啮合条件是模数相等，

压力角相等，螺旋角大小相等且旋向相同。

6、当原动件为整周转动时，使执行构件能作往复摆动的机构有曲

柄摇杆机构；曲柄摇块机构；摆动从动件圆柱凸轮机构；摆动从动件空间凸轮机构或组合机构等。

7、等效质量和等效转动惯量可根据等效原则：等效构件的等效质量或等效转动惯量所具有的动能等于机器所有运动构件的总动能之和来确定。

8、输出功和输入功的比值，通常称为机械效率。

9、为了减少飞轮的质量和尺寸，应将飞轮安装在高速轴上。

10、刚性转子静平衡条件是不平衡质量所产生的惯性力的矢量和等于

零；而动平衡条件是不平衡质量所产生的惯性力和惯性力矩的矢量都

等于零。

二、分析题（共计18分）

1、（本题10分）如图所示，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，请指出。如

果以凸轮为原动件，机构是否具有确定的运动？

1、（本题10分）

解：n=6

1分

P L= 8

P H=1

F＝3n－2P L－P H

＝3×6－2×8－1 ＝1 B处存在局部自由度

DE杆存在虚约束

I、J之一为虚约束

当以凸轮为原动件时，原动件数等于机构的自由度，故机构具有确

定的运动。

2、（本题8分）在图示机构中，各杆的长度为L1=28mm，L2=54mm，L3=50mm，L4 =72mm。问：

（1）试阐述铰链四杆机构的曲柄存在条件；

（2）以杆4为机架时，该机构为何种机构？

（3）当取杆1为机架时，将演化为何种机构？

（4）当取杆3为机架时，又将演化为何种机构？

解：（1）铰链四杆机构的曲柄存在条件：

①最短杆与最长杆之和小于或等于其他两杆长度之和，

②最短杆是连架杆或机架。

（2）L1+L4=28+72

（3）由于杆长条件没变，当取最短杆L1为机架时将演化为双曲柄机构（4）由于杆长条件没变，当取最短杆的对边L3为机架时将演化为双摇杆机构

三、作图题（共计10分）

1、如图所示凸轮机构中，凸轮廓线为圆形,几何中心在B点.请画出并标

1）凸轮的理论轮廓线； 2）凸轮的基圆； 3）凸轮机构的偏距圆；

4）凸轮与从动件在D 点接触时的压力角；

5）凸轮与从动件从在C 接触到在D 点接触时凸轮转过的角度。 解：

四、计算题（共计36分）

1、（本题14分）在某牛头刨床中，有一对外啮合渐开线直齿圆柱齿轮传

动，已知z 1＝17，z 2＝118，m ＝5mm ，α＝200，1*

=a

h ，25.0*=c ，a′=337.5mm 。现发现小齿轮已经严重磨损，拟将其报废。大齿轮磨损较

轻（沿分度圆齿厚两侧总的磨损量为0.75mm ），拟修复使用，并要求所设计的小齿轮的齿顶厚尽可能大些，问如何设计这一对齿轮？并计算这对齿轮的分度圆直径d 、齿顶高h a 、齿根高h f 、齿顶圆直径d a 、齿根圆直径d f 、齿厚s 、齿槽宽e 和齿距p 。

解：（1）确定传动类型：

mm 5.33711817(2

5

(2a 21）＝＋）＝＋z z m =

因为a ＝a′，故应采用等变位齿轮传动。 （2）确定两齿轮变位系数：

206.020tan 5275

.0tan 2x x 0

21=⨯⨯=∆=-=αm s

故x1＝0.206，x2＝－0.206

2、（本题10分）在图示轮系中，已知各轮齿数为：Z1=20，Z2=30，Z3=80，Z4=40，Z5=20。试求此轮系的传动比i15。

解：该轮系为复合轮系，1－2－3－H和机架组成行星轮系，4－5和机架

组成定轴轮系。 （1）在1

－2－3－H 和机架组成的行星轮系中，

420

80133113-=-=--=＝－Z Z n n n n i H H H

（2）在4－5和机架组成的定轴轮系中，

5.040

20

455445--=-==Z Z n n i

n 3 = 0，n H = n 4 i 15 = n 1/n 5 = -2.5

3、（本题12分）已知某机械一个稳定运动循环内的等效力矩r M 如图所示，等效驱动力矩d M 为常数，等效构件的最大及最小角速度分别为：

s rad /200max =ω及s rad /180min =ω。试求： (1) 等效驱动力矩d M 的大小； (2) 运转的速度不均匀系数δ；

(3) 当要求δ在0.05范围内，并不计其余构件的转动惯量时，应装在等效

构件上的飞轮的转动惯量F J 。

解：（1）根据一个周期中等效驱动力矩的功和阻力矩的功相等来求等效

驱动力矩： 由

⎰⎰

=π

π

ϕϕ20

20

d M d M r d