机械原理考试试题及答案详解(2)

机械原理模拟试卷
一、填空题（共20 分，每题 2 分）
1. 若忽略摩擦，一对渐开线齿廓啮合时，齿廓间作用力沿着方向。

（① 齿廓公切线② 节圆公切线③ 中心线④ 基圆内公切线）
2. 具有相同理论廓线，只有滚子半径不同的两个对心直动滚子从动件盘形凸轮机构，其从动件的运动规律，凸轮的实际廓线。

（① 相同② 不同③ 不一定）
3. 刚性转子动平衡的力学条件是。

（① 惯性力系的主矢为零② 惯性力系的主矩为零
③ 惯性力系的主矢、主矩均为零）
4. 机械在周期变速稳定运转阶段，一个循环内的驱动功W d 阻抗功W r
（① 大于② 等于③ 小于④ 不一定）
5. 从机械效率的观点看，机构发生自锁是由于。

（① 驱动力太小② 生产阻力太大③ 效率小于零④ 摩擦力太大）6. 差动轮系是指自由度。

（① 为2的周转轮系② 为2的定轴轮系③ 为1的周转轮系）
7. 渐开线齿轮传动的轴承磨损后，中心距变大，这时传动比将
（① 增大② 减小③ 不变）
8. 三心定理意指作平面运动的三个构件之间共有瞬心，它们位于。

9. 在平面中，不受约束的构件自由度等于，两构件组成移动副后的相对自由度等于。

10. 在曲柄滑块机构中，以滑块为主动件、曲柄为从动件时，则曲柄与连杆处于共线时称机构处于位置，而此时机构的传动角为度。

二、完成下列各题（共20 分，每题 5 分）
1. 试计算图示机构的自由度 (写出计算公式，若有，请指出复合铰链、局部自
由度和虚约束 )。

2. 图示轴颈与轴承组成的转动副，轴颈等速运转，已知： 为摩擦圆半径， Q
为作用于轴颈上的外载荷。

(1) 写出轴颈所受总反力 R 12 的大小，并在图中画出其方向； (2) 写出驱动力矩 M d 的表达式，并在图中画出方向。

3. 图示为等效构件在一个稳定运转循环内的等效驱动力矩 M d 与等效阻力矩 M r 的变化曲线，图中各部分面积的值代表
功
(1) 试确定最大盈亏功Δ W max ； (2) 若等效构 件平均 角速 度 m = 50rad/s ，运转速度不均匀系数δ =0.1，试
求等效构件的 min 及 max 的值及发生的 位置。

4. 在图示摆动导杆机构中，设已知构件 1 的角速度 1 顺时针转动及各构件尺
I
J
2 题图
W(N d)。

φ
寸。

试求：
(1) 构件1、3 的相对瞬心；
(2) 构件3 的角速度3；三、图
示薄盘钢制凸轮，已知重量为8N，
重心S与回转轴心0 点之距
e=2mm，凸轮厚度δ=10mm，钢的
重度γ=7.8×10-5 N/m3，拟在
R=30mm 的圆周上钻三个半径相同
的孔(位置如图所示)使凸轮轴平
衡，试求所钻孔的直径d。

(10 分)
四、图示曲柄摇杆机构运动简图，所用比例尺μl = 1mm/mm。

试作：(12 分)
(1) 画出摇杆在两个极限位置时的机构位置图，并标出摇杆CD 的摆角ψ；
(2) 标出极位夹角θ；
(3) 计算行程速比系数K ；
(4) 将该机构进行修改设计：保持L AB 、L BC、K 不变，使摆角ψ=2 ，试用
五、在图示凸轮机构中，已知凸轮以角速度逆时针方向转动，令凸轮的基圆半
径以r0表示，行程以h 表示，偏心距以 e 表示，压力角以表示，推杆位移以s 表示，凸轮的推程运动角以δ0 表示，回程运动角以δ0 ˊ表示，远休止角以δs表示，近休止角以δsˊ表示，a为实际廓线推程起始点，b 为实际廓线推程终止点， c 为实际廓线回程起始点，d为实际廓线回程终止点。

试作图表示：(12 分)
凸轮的基圆并标注其基圆半径 r 0； 推杆的行程 h ； 当前位置时的压力角 和位移 s ； 凸轮的偏置 e 。

六、在图示中，有一对正常齿标准外啮合渐开线直齿圆柱齿轮 传动，已知中心距 a =
100mm ，传动比 i 12=1.5，压力角 =20°。

(13 分)
(1) 试求模数 m 和齿数 z 1、z 2。

要求：① 模数 m 不小于 3， 且按第一系列 (,⋯3,4,5,6,⋯)选择；② 小齿轮齿数 z 1 按不根切
情 况下齿数最少选择。

(2) 分别计算两齿轮的 r a 、 r 、r b 、r f ，并将计算结果在图中 标注出来；直接在试题纸上的图中作出理论啮合线和实际啮合 线，并标注出来。

七、在图示轮系中，已知各齿轮齿数分别为 z 1=18、z 1 ′=24、
z 2=23、 z 3=22、z 3′ =24、z 4=60、z 4′=80、z 5=28 及ω 1=120rad/s 。

试求：
(1) 分析此轮系的组成；
(1) (2) (3) (4)
(13 分 )
b
e
a
d c
O
a
示意图
(2) (3)
ω1
机械原理模拟试卷题解
一、填空题
1. ④ ，
2. ① 、② ，
3. ③ ，
4. ②，
5. ③ ，
6. ① ，
7. ③ ，
8. 三个，同一直线上；9. 3，1；10. 死点，0。

、完成下列各题
3. 解
F=3n-2P l-P h=3×8-2 ×11-1=1
在 C 处存在复合铰链；在 F 处有局部自由度；在J 或I 处有虚约
束
4. 解
(1) P13 如图所示；
(2) ω3 =ω1×P14P13/ P 34P13
、解
此凸轮属于静平衡，凸轮不平衡重径积为Qe=8e，而每个钻孔的重径积为-Q′R=-( d2/4) R，依据静平衡条件，并在y 轴上投影，得d=20.9mm 。

四、解
(1) 如图所示，两极限位置分别为AB1C1D和AB2C2D，摇杆CD的摆角ψ；
(2) 如图所示极位夹角，且=14°；
(3) K=(180 °+ )/( 180°- )=1.17；
(4) 在摆角ψ=2 时，作图如图示，求得L CD=85.5mm，L AD=110mm 比例尺
l=0.001m/mm
C
A
D
D
(1)，(2)，(3)和(4)的解如图所示
六、解
O
因为a=100mm，i= z2/ z1=1.5
所以100= m(z1+z2)/2，mz1= 80
(1) 由题意，模数m 要求为自然数，而齿数本身也为自然数，故为使上式成立，取m=4，z1=20，所以z2=30；
r1=mz1/2=40mm ，r a1=d1+h*a m= 44mm ，r f1=r1-(h*a+c*)m=35mm ，r b1= r1cos mm ；r2= mz2/2 =60mm，r a2 = d2+h*a m = 64mm，r f2= r2- (h*a + c*)m = 55mm ，r b2 = r2cos mm
(3) B1B2——实际啮合区，N1N2——理论啮合区。

七、解：
此轮系由定轴轮系( z1、z2、z3、z3′和z4)和差动轮系( z1′、z5、H、z4) 组成一混合轮系。

由定轴轮系，有：
i14 = 1 / 4 = (-1)3 z3 z4 / z1z3′ = -55/18 (1) 由差动轮系，有：
i H14′ = ( 1 –H )/ ( 4′ –H ) = - z4′/ z1′ = -10/3 (2) 联立解有：
H / 1 = -9/ 429 = -3/143
所以：i 1H = 1 / H = -143/3
又因为：i H15 = ( 1 –H )/ ( 5 –H ) = - z5/ z1′ = -28/24 所以： 5 =- 107.53。