西南交大第三学期机械原理B主观题作业

机械原理B主观题作业
二、主观题(共7道小题)
3. 齿轮的定传动比传动条件是什么？
答：不论两齿廓在何位置接触，过接触点所作的齿廓公法线必须与两齿轮的连心线相交于一固定点。

4. 计算图7－2所示大减速比减速器的传动比。

答：
将轮系分为两个周转轮系
①齿轮A、B、E和系杆C组成的行星轮系；
②齿轮A、E、F、G和系杆C组成的差动轮系。

因为，所以
将
代入上式，最后得
5. 图7－4中，，为轮系的输入运动，C为轮系的运动输出构件。

已知确定转速的大小和转向。

答：
该轮系是由定轴轮系（１-２）和周转轮系（2-3-4-4’-5）组成的混合轮系。

对定轴轮系（１-２），有
即
对周转轮系（2-3-4-4’-5），有
将，，代入上式，最后得
，其中“-”表示齿轮5的转向与相同，方向“↓”，如下图所示。

6. 在图8－3中凸轮为半径为R的圆盘，凸轮为主动件。

（1）写出机构的压力角α与凸轮从图示位置转过的角度δ之间的关系；（2）讨论如果a ≥[a]，应采用什么改进设计的措施？
答：
（1）当凸轮转动任意角时，其压力角a如下图所示。

由图中几何关系有
所以机构的压力角 a与凸轮转角之间的关系为
（2）如果，则应减小偏距e，增大圆盘半径R和滚子半径r r。

（3）
7. 机械系统的等效驱动力矩和等效阻力矩的变化如图9-2所示。

等效构件的平均角速度为。

求该系统的最大盈亏功。

答：
由下图中的几何关系可以求出各个盈、亏功的值如下
其中“+”表示盈功，“—”表示亏功。

画出示功图，如下图(b)，先画出一条水平线，从点a开始，盈功向上画,亏功向下画。

示功图中的最低点对应，
最高点对应。

图 (b)可以看出，点b最高，则在该点系统的角速度最大；点c最低，系统的角速度最小。

则
的积分下限和上限应为下图(a)中的点b和点c。

8. 在下列情况下选择机构的传动方案
（1）将一构件的单向回转运动转变为另一个构件的往复直线运动，并有急回作用。

（2）将一构件的单向回转运动转变为另一个构件的单向直线运动，并且能反行程自锁。

（3）将一构件的单向回转运动转变为另一个构件的往复间歇直线运动。

（4）将一构件的单向回转运动转变为另一个构件的单向回转运动，并且
a. 两轴平行，但转向相反；
b. 两轴平行，转向相同；
c. 两轴垂直相交；
两轴空间垂直交错。

答：
（1）偏置曲柄滑块机构
（2）满足反行程自锁条件的螺旋机构
（3）具有远休止角或近休止角的凸轮机构
（4）a.外啮合圆柱齿轮机构 b. 内啮合圆柱齿轮机构 c.圆锥齿轮机构 d. 蜗轮蜗杆机构
9. 计算图示机构的自由度。

如有局部自由度、复合铰链和虚约束请予以指出。

答：C处的滚子为局部自由度，构件1于构件2、构件3与构件2之间形成两对高副，但是，每对高副的法线都是重合的，所以，每对高副中有一个高副为虚约束。

二、主观题(共4道小题)
3. 定轴轮系中的各齿轮轴心线位置定轴轮系中的各齿轮轴心线位置相对于机架都是固定的；周转轮系中至少有一个齿轮的轴心线位置周转轮系中至少有一个齿轮的轴心线位置相对于机架不固定。

4. 在图7－1中，已知蜗杆的转速，，，，，
，，，，。

（1）写出，，的表达式；
（2）确定的大小和转向。

答：
（1）。

由于蜗杆1和齿轮6的轴心线既不平行，也不重合，所以转向关系必须用通过划箭头来表示；
，“+”表示齿轮2和齿轮6的转向相同；
；齿轮5’和齿轮6为内啮合，转向相同。

（2）因为
5. 机械的周期性变速稳定运转条件是什么？
答：在速度变化的一个周期内盈功相加之和与亏功相加之和相等。

或，在速度变化的一个周期内，等效驱动力（矩）所做的功与等效阻力（矩）所做的功在数值上相等。

6. 已知某机械稳定运转时的等效驱动力矩和等效阻力矩如图10-1所示。

机械的等效转动惯量为Je= 1kg·m2，等效驱动力矩为Md =30 Nm，机械稳定运转开始时等效构件的角速度ω0= 25 rad/s，试确定
（1）等效构件的稳定运动规律；
（2）速度不均匀系数δ；
（3）最大盈亏功ΔWmax ；
（4）若要求[δ]= 0.05，系统是否满足要求？如果不满足，求飞轮的转动惯量JF。

答：
（1）因为
所以
又因为
则
即等效构件的稳定运动规律为
化简得
（2）计算各个盈、亏功
即
所以
即
所以
所以速度不均匀系数为
（3）、最大盈亏功为
（4）、若要求[δ]= 0.05，系统不能满足要求。

飞轮的转动惯量为
根据题图画出系统动能的变化示意图，如下图所示。

从该图中可知，在处系统的角速度最大，在处系统的角速度最小。

二、主观题(共4道小题)
3. 自由度为2的周转轮系被称为自由度为2的周转轮系被称为差动轮系；自由度为1的周转轮系被称为自由度为1的周转轮系被称为行星轮系。

4. 在题8-1图所示的机构中，以构件1为主动件机构是否会出现死点位置？以构件3为主动件，机构是否会出现死点位置？画出机构的死点位置，并标明机构的主动件是哪一个构件。

答：在图示机构中，当以构件1为主动件时，机构不会出现死点位置；当以构件3为主动件时，机构会出现死点位置，其死点位置分别如下图示。

5. 对周期性速度波动进行调节的原理和方法是什么？
答：
可在机械中安装一个具有很大转动惯量的回转构件——飞轮，以调节周期性速度波动。

飞轮实质上相当于一个能量存储器。

由于其转动惯量很大，当机械出现盈功时，飞轮可以动能的形式将多余能量储存起来，而使主轴角速度上升的幅度减小；反之，当机械出现亏功时，飞轮释放出所储存的能量，以弥补能量的不足，从而使主轴角速度下降的幅度减小。

6. 设计一个铰链四杆机构，如图4－4所示。

已知摇杆CD的长度，机架AD的长度，摇杆的一个极限位置与机架之间的夹角, 构件AB单向匀速转动。

试按下列情况确定构件AB和BC的杆长，以及摇杆的摆角。

（1）程速比系数K=1;
（2）行程速比系数K=1.5。

答：
（1）、当行程速比系数K=1时，机构的极位夹角为即机构没有急回特性，固定铰链点Ａ应在活动铰链点Ｃ的两个极限位置C1、C2的连线上，从而可确定活动铰链点Ｃ的另一个极限位置。

选定比例尺，作图，如下图（a）所示。

直接由图中量取，，所以构件AB的长为
构件BC的长为
摇杆的摆角
摇杆的摆角
（2）、当行程速比系数K=1.5时，机构的极位夹角为
即机构具有急回特性，过固定铰链点Ａ作一条与已知直线成的直线再与活动铰链点Ｃ的轨迹圆相交，交点就是活动铰链点Ｃ的另一个极限位置。

选定比例尺，作图，如下图（b）所示。

由图（b）可知，有两个交点，即有两组解。

直接由图中量取，，。

故有解一：
构件AB的长为
构件BC的长为
摇杆的摆角
解二：
构件AB的长为
构件BC的长为
摇杆的摆角
一、主观题(共8道小题)
1. 机构是机构是具有确定运动的运动链，其中有一个构件为机架。

2. 机构的死点与机构的压力角/传动角的关系是什么？
答：当机构处于死点时，其压力角为90度或其传动角为零度。

3. 利用移动副的自锁条件推出：螺旋副中以轴向载荷Q为主动力时（即：反行程），螺旋副的自锁条件为式。

答：
如下图所示，当反程时，载荷Ｑ为主动力，Ｐ为阻力。

由移动副自锁的条件，反程驱动力Ｑ与接触面法线n---n的夹角必须小于或等于斜面与滑块之间的摩擦角c，
即
4. 刚性转子的静平衡和动平衡条件和方法分别是什么？
答：刚性转子静平衡条件为转子上各偏心质量产生的惯性力之和为零。

可采用在转子上加减配重的方法。

刚性转子动平衡条件为其各偏心质量产生的惯性力之和和惯性力矩之和分别为零。

方法：在两个平衡面上加减配重。

5. 机构具有确定运动的条件是什么?
答：机构的原动件数目应等于机构的自由度的数目。

6. 当极位夹角不等于零时，一个机构具有急回运动特性。

7. 刚性冲击产生的原因是速度有突变；而柔性冲击产生的原因是加速度有突变。

8. 补全图5－2所示不完整的从动件位移、速度和加速度线图，并判断哪些位置有刚性冲击，哪些位置有柔性冲击。

答：
根据关系式，，补全后的从动件位移、速度和加速度线图如上右图所示。

在运动的开始时点Ｏ，以及、、处加速度有限突变，所以在这些位置有柔性冲击；在和处速度有限突变，加速度无限突变，在理论上将会产生无穷大的惯性力，所以在这些位置有刚性冲击。