机械原理第七版试题及概念总结.docx

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机械原理第七版试题及概念总结

机械原理（第七版）重要概念总结（附）及复习试题

（认真看完，考试必过）

卷一

一、填空题（每小题2分，共20分）

1、平面运动副的最大约束数为2个，最小约束数为1个。

2、当两构件组成转动副时，其相对速度瞬心在转动副中心处。

3、对心曲柄滑块机构，若以连杆为机架，则该机构演化为曲柄摇块机构。

4、传动角越大，则机构传力性能越好。

5、凸轮机构推杆的常用运动规律中，二次多项式运动规律具有柔性冲击。

6、蜗杆机构的标准参数从中间平面中取。

7、常见间歇运动机构有：

棘轮机构、槽轮机构等。

8、为了减小飞轮的重量和尺寸，应将飞轮装在高速轴上。

9、实现往复移动的机构有：

曲柄滑块机构、凸轮机构等。

10、外啮合平行轴斜齿轮的正确啮合条件为：

。

二、简答题（每小题5分，共25分）

1、何谓三心定理？

答：

三个彼此作平面运动的构件的三个瞬心必位于同一

直线上。

2、简述机械中不平衡惯性力的危害？

答：

机械中的不平衡惯性力将在运动副中引起附加的动压力，这不仅会增大运动副中的摩擦和构件中的内应力，降低机械效率和使用寿命，而且会引起机械及其基础产生强迫振动。

3、铰链四杆机构在死点位置时，推动力任意增大也不能使机构产生运动，这与机构的自锁现象是否相同？

试加以说明？

答：

（1）不同。

（2）铰链四杆机构的死点指：

传动角=0度时，主动件通过连杆作用于从动件上的力恰好通过其回转中心，而不能使从动件转动，出现了顶死现象。

死点本质：

驱动力不产生转矩。

机械自锁指：

机构的机构情况分析是可以运动的，但由于摩擦的存在，却会出现无论如何增大驱动力，也无法使其运动的现象。

自锁的本质是：

驱动力引起的摩擦力大于等于驱动力的有效分力。

4、棘轮机构与槽轮机构均可用来实现从动轴的单向间歇转动，但在具体的使用选择上，又有什么不同？

答：

棘轮机构常用于速度较低和载荷不大的场合，而且棘轮转动的角度可以改变。

槽轮机构较棘轮机构工作平稳，但转角不能改变。

5、简述齿廓啮合基本定律。

答：

相互啮合传动的一对齿轮，在任一位置时的传动比，都与其连心线被其啮合齿廓在接触点处的公法线所分成的两段成反比。

三、计算题（共45分）

1、绘制偏心轮机构简图（草图），并求机构自由度。

（10分）

其中A、B、C处各有一个转动副；A处有一个移动副；即

；所以该机构自由度为：

2、已知一条渐开线，其基圆半径

，试求该渐开线在向径

的点K处的曲率半径

，压力角

及展角。

（5分）

3、试求机构在图示位置的全部瞬心。

（5分）

Ø见图该机构有构件数n=4；所以瞬心数为：

（1）P12、P23、P34可直接判断获得，分别在A、B、C点处。

（2）构件1、4组成移动副，所以P14在垂直导路的无穷远处。

（3）求P13？

构件1、3非直接接触，采用三心定理。

●P13在构件1、2、3形成的三个瞬心构成的直线上，即直线AB上

●P13同时也在构件1、3、4形成的三个瞬心构成的直线上，即直线c’c’’上

●所以P13在直线AB与直线c’c’’的交点处，当AB垂直BC时，AB//c’c’’，此时，P13在垂直BC的无穷远处。

（4）求P24？

构件2、4非直接接触，采用三心定理。

●P24在构件1、2、4形成的三个瞬心构成的直线上，即直线AB上

●P24同时也在构件2、3、4形成的三个瞬心构成的直线上，即直线BC上

●所以P24在直线AB与直线BC的交点处，即B点。

4、在图示的电动卷扬机中，已知其每一对齿轮的效率

，以及鼓轮的效率

均为0.95，滑轮的效率

，载荷

，其上升的速度

，求电动机的功率。

（10分）

解：

工作机效率为：

机构总效率为：

电动机功率为：

5、图示的轮系中，已知各轮齿数为

，

。

若轴A按图示方向以1250r/min的转速回转，轴B按图示方向以600r/min的转速回转，试确定轴C的转速大小和方向。

（15分）

答：

齿轮1、2、2’、3、4组成行星轮系部分；

齿轮4、5、6组成定轴轮系部分；

其中行星轮系部分的传动比：

（1）

定轴轮系部分：

（2）

由图中可知：

（3）

由式1、2、3式联立可得：

（方向同1、6）

四、设计题（10分）

试设计一曲柄滑块机构，已知滑块行程速比系数K=1.5，滑块的行程H=60mm，偏距25mm。

解：

曲柄滑块机构的极位夹角

作图步骤：

1）作

2）作

3）以交点O为圆心，过C1、C2作圆。

则曲柄的轴心A应在圆弧

上。

4）作一直线与C1C2平行，其间的距离等于偏距e，则此直线与上述圆弧的交点即为曲柄轴心A的位置。

5）当A点确定后，曲柄和连杆的长度a、b也就确定了

6）作机构AB’C’位置，图中量得

试题2

一、填空题（每小题2分，共20分）

1、平面机构中若引入一个高副将带入1个约束，而引入一个低副将带入2个约束。

2、对心曲柄滑块机构，若以连杆为机架，则该机构演化为曲柄摇块机构。

3、平面四杆机构具有整转副的条件：

最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和。

4、压力角越大，则机构传力性能越差。

5、凸轮机构推杆的常用运动规律中，正弦运动规律既无刚性冲击也无柔刚性冲击。

6、锥齿轮取大端的参数为标准参数。

7、槽轮机构的主要组成构件为：

拨盘、槽轮、机架等。

8、为了减小飞轮的重量和尺寸，应将飞轮装在高速轴上。

9、当两构件组成移动副时，其瞬心在垂直于导路方向的无穷远处。

10、机构处于死点位置时，其传动角为0度。

二、简答题（每小题5分，共25分）

1、机构具有确定运动的条件是什么？

当机构的原动件数少于机构的自由度时，机构的运动将发生什么情况？

答：

1）机构具有确定运动的条件是：

机构的原动件数目等于机构的自由度数目。

2）原动件的数目<机构自由度：

机构的运动将不确定，运动将遵循“最小阻力定律，而首先沿阻力最小的方向运动。

2、实现间歇回转运动的机构有哪些？

答：

（1）槽轮机构

（2）棘轮机构

（3）不完全齿轮机构

（4）凸轮式间歇运动机构

（5）齿轮-连杆组合机构

3、通过对串联机组的效率计算，对我们设计机械传动系统有何重要启示？

答：

对串联机组，机组效率

，因为只要串联机组中任一机器的效率很低，就会使整个机组的效率极低；且串联机器的数目越多，机械效率也越低。

因此，在设计串联机组时，应在满足使用要求的前提下，尽量减少机器数量，机组中尽量避免出现采用效率很低的机器。

4、何谓在四杆机构中的死点？

答：

在四杆机构中，“死点”指以摇杆或滑块为主动件，曲柄为从动件，则连杆和曲柄处于共线位置时，机构的传动角γ=0°，主动件通过连杆作用于从动件上的力将通过其回转中心，从而使驱动从动件运动的有效分力为零，从动件就不能运动，机构的这种传动角为零的位置称为死点。

5、简述齿轮传动的特点。

答：

优点：

1）传动效率高

2）传动比恒定

3）结构紧凑

4）可靠、命长

缺点：

1）制造、安装精度要求较高

2）不适于大中心距传动

3）使用维护费用较高。

三、计算题（共45分）

1、绘制偏心油泵机构简图（草图）。

（5分）

2、试求机构在图示位置的全部瞬心。

（5分）

3、已知一渐开线标准外啮合圆柱齿轮机构，其模数

，中心距

，传动比

，试计算该齿轮机构的几何尺寸（各轮的齿数、分度圆直径、齿顶圆直径、齿根圆直径、齿厚）。

（10分）

答：

a）该圆柱齿轮机构的传动比：

得：

b）两轮的分度圆直径：

齿顶圆直径：

齿根圆直径：

齿厚：

4、标出图示位置时凸轮机构的压力角，凸轮从图示位置转过90度后推杆的位移。

（10分）

所求压力角为：

15度

所求推杆的位移为：

123.83mm

5、在图示的轮系中，已知各轮的齿数

，且各轮均为正确安装的标准齿轮，各齿轮的模数相同。

当轮1以900r/min按按图示方向转动时，求轮6转速的大小和方向。

（15分）

答：

利用右手定则得：

蜗轮转向为：

轮6、5、4、3、2组成行星轮系部分；

轮1、2组成定轴轮系部分；

其中行星轮系部分的传动比：

（1）

定轴轮系部分：

（2）

由式1、2与已知参数联立可得：

方向与蜗轮相同。

四、设计题（10分）

设计一曲柄滑块机构。

已知滑块的行程s=50mm，偏距e=16mm，行程速度变化系数K=1.2，求曲柄和连杆的长度。

解：

1）极位夹角

2）量得AC1=34mm；AC2=82mm

3）曲柄长：

连杆长度：

模拟试题8（机械原理B）

一、判断题（10分）对者画√，错者画×

1、对心曲柄滑块机构都具有急回特性。

（0）

2、渐开线直齿圆柱齿轮的分度圆与节圆相等。

（0）

3、当两直齿圆柱齿轮的安装中心距大于标准中心距时，为保证无侧隙啮合，应采用正传动。

（1）

4、凸轮机构中当从动件的速度有有限量突变时，存在柔性冲击。

（0）

5、用飞轮调节周期性速度波动时，可将机械的速度波动调为零。

（0）

6、动平衡的转子一定满足静平衡条件。

（1）

7、斜齿圆柱齿轮的法面压力角大于端面压力角。

（0）

8、加工负变位齿轮时,齿条刀具的分度线应向远离轮坯的方向移动。

（0）

9、在铰链四杆机构中，固定最短杆的邻边可得曲柄摇杆机构。

（0）

10、平底直动从动件盘状凸轮机构的压力角为常数。

（0）

二、填空题10分

1、机构具有确定运动的条件为________________________。

2、平面八杆机构共有_________瞬心。

3、渐开线齿廓上最大压力角在________圆上。

4、当行程速比系数K=1.5时，机构的极位夹角θ=__________。

5、举出两种可实现间歇运动的机构。

________________________。

6、偏置滚子（尖顶）直动从动件盘状凸轮机构的压力角表达式tgα=______。

7、渐开线齿轮的齿廓形状与哪些参数有关？

_____________。

8、机械中安装飞轮的目的是_____________。

9、直齿圆锥齿轮的当量齿数Zv=__________。

10、在连杆机构中处于死点位置的γ=__________；α=__________。

三、简答题10分

1、为了实现定传动比传动，对齿轮轮廓曲线有什么要求？

2、计算机构自由度时有哪些注意事项？

3、计算混合轮系传动比有哪些步骤？

4、铰链四杆机构中存在双曲柄的条件是什么？

5、机构等效动力学模型中的四个等效量有哪些?

分别是根据何种原理求得？

四、计算如图8.1发动机配气机构的自由度。

（8分）

五、在图示8.2的回归轮系中，已知：

20，248，m=m2=2mm，318，436，

m3=m4=2.5mm该两对齿轮均为标准渐开线直齿圆柱齿轮，且安装中心距相等。

，h=1，c=0.25。

求：

1）两对齿轮的标准中心距分别为多少？

2）当以1与2齿轮的标准中心距为安装中心距时，3与4齿轮应采取何种传动能保证无侧隙啮合？

其啮合角´=？

r´=？

3）仍以1与2齿轮的标准中心距为安装中心距，当3与4齿轮采用标准斜齿圆柱齿轮传动时，其法面模数mn=mn4=2.5mm，齿数不变，其？

此时分度圆半径r3=？

r4=？

（10分）

六、已知图示8.3轮系中各轮齿数为：

Z1=40，Z2=20，Z3=Z4=Z5=30，Z6=60，Z7=1（右旋），n1=100rpm，n7=200rpm。

求：

n5=？

方向？

（12分）

七、如图8.4,机器主轴在稳定运动循环中，等效阻力矩Mr曲线如图所示，等效驱动力矩Md为常数。

当测得机械的最大盈亏功△Wmax=942（Nm），m=80（1/s），。

求：

）装在主轴上的飞轮转动惯量JF？

）主轴的max？

）等效驱动力矩Md=？

等效阻力矩Mrmax=？

（10分）

八、如图8.5所示的机构，已知机构位置和各构件尺寸及原动件的等角速度ω1。

在图中找出机构的全部瞬心，且求出图示位置构件3的角速度ω3=？

（10分）

九、已知图示8.6所示的凸轮机构，在图上标出以下各项：

1）画出基圆半径ro；2）标出从动件图示位置的位移s、凸轮转角δ和压力角α；3）当δ=900时，标出从动件位移s’和压力角α’。

（10分）

十、设计一偏置曲柄滑块机构，如图8.7所示。

已知滑块的行程速比系数K=1.5，滑块的冲程H=50mm，导路的偏距e=20mm。

求曲柄长度lAB和连杆长度lBC。

（可选μl=0.001m/mm）（10分）

模拟试题八（机械原理A）答案

一、1.×；2.×；3.√；4.×；5.×；6.√；7.×；8.×；9.×；10.√。

二、1、机构的自由度数=机构的原动件数。

2、28。

3、齿顶。

4、

。

5、槽轮机构、棘轮机构。

6、tgα=

。

7、m、Z、α。

8、调节周期性速度波动。

9、

。

10、

三、1、齿廓在任意位置接触时，其啮合点的法线与中心线的交点必为一定点。

2、复合铰链，局部自由度，虚约束。

3、1）正确区分基本轮系；2）列出所区分出来的各基本轮系的传动比计算公式；3）

找相关条件，即找出各基本轮系之间的联系条件；4）联立方程式求解未知量。

4、当“最短杆长度加最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和”时，固定最短

杆，可得双曲柄机构。

5、等效力矩，等效力，等效质量和等效转动惯量。

等效力矩和等效力是根据机械中

瞬时功率相等的原则求得的，而等效质量和等效转动惯量是根据机械中瞬时动能相等的原则求得的。

四、n=6，Pl=8，Ph=1，F=1

五、1）a12=68，a34=67.52）正传动，α34′=21.127°，r3′=22.67

3）β=6.95°，r3=22.67，r4=45.33

六、n5=206.666，方向与n1相反（↑）

七、1）JF=2.994（kgm2），2）ωmax=82（1/s），

3）Md=314（Nm），Mrmax=1256（Nm）

八、解：

机构中全部瞬心见图8.5题所示。

九、解:

图解见图8.6题。

十、解：

;图解见图8.7题，AB1C1为机构的第一位置。

机械原理重要概念

零件：

独立的制造单元构件：

机器中每一个独立的运动单元体

运动副：

由两个构件直接接触而组成的可动的连接

运动副元素：

把两构件上能够参加接触而构成的运动副表面

运动副的自由度和约束数的关系f=6-s

运动链：

构件通过运动副的连接而构成的可相对运动系统

平面运动副的最大约束数为2，最小约束数为1；引入一个约束的运动副为高副，引入两个约束的运动副为平面低副

机构具有确定运动的条件：

机构的原动件的数目应等于机构的自由度数目；根据机构的组成原理，任何机构都可以看成是由原动件、从动件和机架组成

高副：

两构件通过点线接触而构成的运动副

低副：

两构件通过面接触而构成的运动副

由M个构件组成的复合铰链应包括M-1个转动副

平面自由度计算公式：

F=3n-（2Pl+Ph）

局部自由度：

在有些机构中某些构件所产生的局部运动而不影响其他构件的运动

虚约束：

在机构中有些运动副带入的约束对机构的运动只起重复约束的作用

虚约束的作用：

为了改善机构的受力情况，增加机构刚度或保证机械运动的顺利

基本杆组：

不能在拆的最简单的自由度为零的构件组

速度瞬心：

互作平面相对运动的两构件上瞬时速度相等的重合点。

若绝对速度为零，则该瞬心称为绝对瞬心

相对速度瞬心与绝对速度瞬心的相同点：

互作平面相对运动的两构件上瞬时相对速度为零的点；不同点：

后者绝对速度为零，前者不是

三心定理：

三个彼此作平面平行运动的构件的三个瞬心必位于同一直线上

速度多边形：

根据速度矢量方程按一定比例作出的各速度矢量构成的图形

驱动力：

驱动机械运动的力

阻抗力：

阻止机械运动的力

矩形螺纹螺旋副：

拧紧：

M=Qd2tan（α+φ）/2

放松：

M’=Qd2tan（α-φ）/2

三角螺纹螺旋副：

拧紧：

M=Qd2tan（α+φv）/2

放松：

M=Qd2tan（α-φv）/2

质量代换法：

为简化各构件惯性力的确定，可以设想把构件的质量按一定条件用集中于构件上某几个选定点的假想集中质量来代替，这样便只需求各集中质量的惯性力，而无需求惯性力偶距，从而使构件惯性力的确定简化

质量代换法的特点：

代换前后构件质量不变；代换前后构件的质心位置不变；代换前后构件对质心轴的转动惯量不变

机械自锁：

有些机械中，有些机械按其结构情况分析是可以运动的，但由于摩擦的存在却会出现无论如何增大驱动力也无法使其运动

判断自锁的方法：

1、根据运动副的自锁条件，判定运动副是否自锁

移动副的自锁条件：

传动角小于摩擦角或当量摩擦角

转动副的自锁条件：

外力作用线与摩擦圆相交或者相切

螺旋副的自锁条件：

螺旋升角小于摩擦角或者当量摩擦角

2、机械的效率小于或等于零，机械自锁

3、机械的生产阻力小于或等于零，机械自锁

4、作用在构件上的驱动力在产生有效分力Pt的同时，也产生摩擦力F,当其有效分力总是小于或等于由其引起的最大摩擦力，机械自锁

机械自锁的实质：

驱动力所做的功总是小于或等于克服由其可能引起的最大摩擦阻力所需要的功

提高机械效率的途径：

尽量简化机械传动系统；选择合适的运动副形式；尽量减少构件尺寸；减小摩擦

铰链四杆机构有曲柄的条件：

1、最短杆与最长杆长度之和小于或等于其他两杆长度之和

2、连架杆与机架中必有一杆为最短杆

在曲柄摇杆机构中改变摇杆长度为无穷大而形成的曲柄滑块机构

在曲柄滑块机构中改变回转副半径而形成偏心轮机构

曲柄摇杆机构中只有取摇杆为主动件是，才可能出现死点位置，处于死点位置时，机构的传动角为0

急回运动：

当平面连杆机构的原动件（如曲柄摇杆机构的曲柄）等从动件（摇杆）空回行程的平均速度大于其工作行程的平均速度

极为夹角：

机构在两个极位时原动件AB所在的两个位置之间的夹角θ

θ=180°（K-1）/（K+1）

压力角：

力F与C点速度正向之间的夹角α

传动角：

与压力角互余的角（锐角）

行程速比系数：

用从动件空回行程的平均速度V2与工作行程的平均速度V1的比值

K=V2/V1=180°+θ/（180°—θ）

平面四杆机构中有无急回特性取决于极为夹角的大小

试写出两种能将原动件单向连续转动转换成输出构件连续直线往复运动且具有急回特性的连杆机构：

偏置曲柄滑块机构、摆动导杆加滑块导轨（牛头刨床机构）

曲柄滑块机构：

偏置曲柄滑块机构、对心曲柄滑块机构、双滑块四杆机构、正弦机构、偏心轮机构、导杆机构、回转导杆机构、摆动导杆机构、曲柄摇块机构、直动滑杆机构

机构的倒置：

选运动链中不同构件作为机架以获得不同机构的演化方法

刚性冲击：

出现无穷大的加速度和惯性力，因而会使凸轮机构受到极大的冲击

柔性冲击：

加速度突变为有限值，因而引起的冲击较小

在凸轮机构机构的几种基本的从动件运动规律中等速运动规律使凸轮机构产生刚性冲击，等加速等减速，和余弦加速度运动规律产生柔性冲击，正弦加速度运动规律则没有冲击

在凸轮机构的各种常用的推杆运动规律中，等速只宜用于低速的情况；等加速等减速和余弦加速度宜用于中速，正弦加速度可在高速下运动

凸轮的基圆半径是从转动中心到理论轮廓的最短距离，凸轮的基圆的半径越小，则凸轮机构的压力角越大，而凸轮机构的尺寸越小

齿廓啮合的基本定律：

相互啮合传动的一对齿轮，在任一位置时的传动比，都与其连心线O1O2被其啮合齿廓在接触点处的公法线所分成的两线段长成反比

渐开线：

当直线BK沿一圆周作纯滚动时直线上任一一点K的轨迹AK

渐开线的性质：

1、发生线上BK线段长度等于基圆上被滚过的弧长AB

2、渐开线上任一一点的发线恒于其基圆相切

3、渐开线越接近基圆部分的曲率半径越小，在基圆上其曲率半径为零

4、渐开线的形状取决于基圆的大小

5、基圆以内无渐开线

6、同一基圆上任意弧长对应的任意两条公法线相等

渐开线函数：

invαK=θk=tanαk-αk

渐开线齿廓的啮合特点：

1、能保证定传动比传动且具有可分性

传动比不仅与节圆半径成反比，也与其基圆半径成反比，还与分度圆半径成反比

I12=ω1/ω2=O2P/O1P=rb2/rb1

2、渐开线齿廓之间的正压力方向不变

渐开线齿轮的基本参数：

模数、齿数、压力角、（齿顶高系数、顶隙系数）

记P180表10-2

一对渐开线齿轮正确啮合的条件：

两轮的模数和压力角分别相等

一对渐开线齿廓啮合传动时，他们的接触点在实际啮合线上，它的理论啮合线长度为两基圆的内公切线N1N2

渐开线齿廓上任意一点的压力角是指该点法线方向与速度方向间的夹角

渐开线齿廓上任意一点的法线与基圆相切

根切：

采用范成法切制渐开线齿廓时发生根切的原因是刀具齿顶线超过啮合极限点N1

一对涡轮蜗杆正确啮合条件：

中间平面内蜗杆与涡轮的模数和压力角分别相等

重合度：

B1B2与Pb的比值ξα；

齿轮传动的连续条件：

重合度大于或等于许用值

定轴轮系：

如果在轮系运转时其各个轮齿的轴线相对于机架的位置都是固定的

周转轮系：

如果在连续运转时，其中至少有一个齿轮轴线的位置并不固定，而是绕着其它齿轮的固定轴线回转

复合轮系：

包含定轴轮系部分，又包含周转轮系部分或者由几部分周转轮系组成

定轴轮系的传动比等于所有从动轮齿数的连乘积与所有主动轮齿数的连乘积的比值

中介轮：

不影响传动比的大小而仅起着中间过渡和改变从动轮转向的作用

1.什么叫机械？

什么叫机器？

什么叫机构？

它们三者之间的关系

机械是机器和机构的总称

机器是一种用来变换和传递能量、物料与信息的机构的组合。

讲运动链的某一构件固定机架，当它一个或少数几个原动件独立运动时，其余从动件随之做确定的运动，这种运动链便成为机构。

零件→构件→机构→机器（后两个简称机械）

2.什么叫构件？

机械中独立运动的单元体

3.运动副：

这种由两个构建直接接触而组成的可动联接称为运动副。

高副：

凡两构件通过单一点或线接触而构成的运动副称为高副。

低副：

通过面接触而构成的运动副统称为低副。

4.空间自由运动有6歌自由度，平面运动的构件有3个自由度。

5.机构运动简图的绘制

6.自由度的计算

7.为了使机构具有确定的运动，则机构的原动件数目应等于机构的自由度数目，这就是机构具有确定运动的条件。

当机构不满足这一条件时，如果机构的原动件数目小于机构的自由度，则将导致机构中最薄弱的环节损坏。

要使机构具有确定的运动，则原动件的数目必须等于该机构的自由度数目。

8.自由度计算：

F=3n-（2p1+pn）n：

活动构件数目p1：

低副pn：

高副

9.在计算平面机构的自由度时，应注意那些事项？

1.要正确计算运动副的数目2.要除去局部自由度3.要除去虚约束

10.由理论力学可知，互作平面相对运动的两构件上瞬时速度相等的重合点，即为此两构件的速度瞬心，简称瞬心。

11.因为机构中每两个构件间就有一个瞬心，故由N个构件（含机架）组成的机构的瞬心总数K=N（N-1）/2

12.三心定理即3个彼此做平面平行运动飞构件的3个瞬心必位于同一直线上。