机械原理期末考试及答案

《机械原理》试卷参考答案

开课单位：机械工程学院，考试形式：闭卷,允许带 计算器、绘图仪器 入场

题序 一 二 三 四 五 六 七 八 总 分 得分 评卷人

一、是非题（共10分,每小题2分，对者在括号内打“√"，错者打“×”）得分︳ 1、(× ) 当机构的自由度数小于机构的原动件数时，机构将具有确定的相对运动.

2、（√ ） 不论刚性转子上有多少个不平衡质量，也不论它们如何分布，只需在任意选定的两个平面内，分

别适当地加一平衡质量,即可达到动平衡。

3、（× ） 在其他参数不变的前提下，槽面摩擦较平面摩擦的摩擦力较大，是因为前者摩擦系数较大。

4、(√ ） 在移动副中，当驱动力作用线在摩擦锥之内，则发生自锁。

5、(√ ） 对于单自由度的机械系统，若选定等效构件为移动件时，其等效质量是按等效前后动能相等的条

件进行计算的。

二、填空题(共10分，每空1分）得分︳

1、飞轮主要用以调节 周期性 速度波动,若不考虑其他因素，只为了减小飞轮尺寸和重量，应将其安装在

高速 轴上。

2、刚性转子的静平衡就是要使 惯性力 之和为零；而刚性转子的动平衡则要使 惯性力 之和及 惯性力偶矩 之和均为零。

3、三个彼此作平面相对运动的构件共有 3 个瞬心，且必位于 同一直线 上.

4、在机构运动分析的速度多边形中，机架的速度影像是 极点 。速度影像和加速度影像原理只适用 于 同一构件 .

5、当机械的效率0≤η时，机构则发生 自锁 。

三、(共10分）计算图1所示机构的自由度，并判断机构的运动确定性，如机构中存在复合铰链、局部自由度和虚约束,请在图上示出.得分︳

图1

虚约束

局部自由度

复合铰链

复合铰链

b)

a)

四、（共20分）图2所示为铰链四杆机构的机构运动简图，已知连架杆1为主动件，匀速转动，角速度101=ωrad/s ，转向如图示。各构件长度分别为：AB=30，BC=40，CD=50，AD=60 (单位为：mm ），构件AB 的方位角为60o ，ABE 为等边三角形.试用图解法求解该运动位置： 1）构件1的速度影像；

2）找出该瞬时在连杆2和摇杆3上，与连架杆1上E 点速度相同的点E 2和E 3。 （要求注明速度比例尺，并对绘图过程作简要说明）得分︳

图2

B A

C

D

1

2

3

4 1

ω

60E

0.0025m/s

b

c

e

E 3

E 2 解： a)（计5分）

h l P P n F --=2319273-⨯-⨯=2= 或 2

1

)21112(83'

)'2(3=--+⨯-⨯=--+-=F p P P n F h l

机构自由度数等于原动件数，故机构运动确定。

b) （计5分）

H L P P n F --=23 16253-⨯-⨯=

2=

机构自由度数不等于原动件数，故机构运动不确定。

P （a,d ）

五、（共20分）图3所示为曲柄滑块机构运动简图。各转动副的摩擦圆如图所示，已知移动副的摩擦系数,1.0=f 作用在滑块上的生产阻力为Q ，若忽略机构中各构件的重力和惯性力及惯性力偶矩，试： 1） 在该简图上画出各运动副总反力(包括方向和作用线位置）；

解：1）计算B 点的速度s m l v AB B /3.01003.01=⨯==ω， 选取合适的比例尺v μ，如图示。

任选一点作为速度多边形的极点，作出线段pb 表示B 点速度。 作三角形abe ∆∽ABE ∆，即得构件1的速度影像。 2）求C 点的速度C v

C v

= B v + CB v

大小 ? √ ? 方向 ⊥CD ⊥AB ⊥CB

作出速度多边形pbc ，pc v v C μ=，方向p →c

由速度影像bce ∆，求出连杆2上，与连架杆1上E 点速度相同的点E 2 作2BCE ∆∽bce ∆，可得点E 2；

由速度影像dce ∆，求出摇杆3上，与连架杆1上E 点速度相同的点E 3 作3DCE ∆∽dce ∆，可得点E 3

解：1）各运动副总反力的方向和作用线位置如图所示。

摩擦角

7106.51.0arctan arctan ===f ϕ

2）构件3的力平衡方程式

02343=++Q R R

大小 ? ? √ 方向 √ √ √

任选力的比例尺，画出其力多边形如图所示。 3）构件3的力平衡方程式

02141=++P R R

大小 ? √ ？ 方向 √ √ √

画出其力多边形如图所示。

六、（共10分）一机械系统稳定运转的运动周期为π2，等效阻力矩r M 的变化规律如图所示，等效驱动力矩d M 为常数，等效构件的平均转速900=m n r/min ，等效转动惯量2m Kg 1.0•=J 。试求: 1）等效驱动力矩d M ； 2）最大盈亏功max W ∆;

3)最大和最小角速度max ω和min ω的位置； 4）运转速度不均匀系数δ。

得分︳

027.0900

1.02

/159009002

222max 2max ≈⨯⨯⨯=∆=∆=

πππωδm m n J W J W

d

M ○

+W 1 ○

-W 2 ○

+W 3 ○

-W 4 ○

+W 5 a

b c

d

e

图4