机械原理复习题.doc

一、自由度的计算1.试计算图示机构的自由度（若含有复合铰链、局部自由度和虚约束应指出）。参考答案B处有局部自由度，F处为复合铰链。2.试计算图示机构的自由度。参考答案3.试计算图示机构的自由度。参考答案4.试计算图示机构的自由度。参考答案5.试计算图示机构的自由度。参考答案6.试计算图示机构的自由度。参考答案或把三角形看成一刚体，则7.计算图示机构的自由度，并在图上指出其中的复合铰链、局部自由度和虚约束。参考答案B为局部自由度；C(或D)为虚约束；G为复合铰链。8.试计算图示机构的自由度。参考答案9.试述机构有确定运动的条件，并判断下图所示两机构是否有确定运动。参考答案(1)机构有确定运动的条件是机构自由度大于零且等于原动件数目。(2)图a 原动件数大于自由度，无法运动。(3)图b 原动件数小于自由度，无确定运动。10.试计算图示机构的自由度（若含有复合铰链、局部自由度和虚约束应指出）。参考答案B处有局部自由度。11.试计算图示机构的自由度(若含有复合铰链、局部自由度和虚约束应指出）。参考答案B处为复合铰链。12.试计算图示机构的自由度（若含有复合铰链、局部自由度和虚约束应指出）。参考答案C处有局部自由度、复合铰链。D处为复合铰链。F，G处有局部自由度。去掉局部自由度后，13.试计算图示机构的自由度（若含有复合铰链、局部自由度和虚约束应指出）。参考答案C处为复合铰链。J（或F）处有虚约束。 14.试计算图示机构的自由度，并指出该机构中有无虚约束、局部自由度或复合铰链，若有，指出在何处。参考答案E(或F)处有虚约束，滚轮D处有虚约束及局部自由度，去掉后得：15.试计算图示机构的自由度，并正确指定原动件。参考答案滚轮处为局部自由度，故, 机构的自由度为2，可以滑块和凸轮为原动件。16.试计算图示机构的自由度。参考答案 17.试计算图示机构的自由度。参考答案滚子F处为局部自由度，J或K处为虚约束，C处为复合铰链。去掉虚约束和局部自由度后，所以18.计算图示机构的自由度，并在图上指出其中的复合铰链、局部自由度和虚约束。图中绕I、J转动的构件为齿轮。参考答案B、D处有局部自由度。 19.试分析图示装置能否运动，为什么？（用机构自由度公式加以说明）。参考答案；不能运动，因F为零。20.试计算图示构件系统的自由度，并说明其能否成为机构。参考答案C、D、E均为复合铰链。无法运动，不能成为机构。21.试计算图示运动链的自由度。参考答案A、E、F为复合铰链，故 二、平面连杆机构及其设计1. 图示铰链四杆机构中，已知，AD为机架，若要得到双摇杆机构，试求CD杆长的取值范围。参考答案要得到双摇杆机构有两种可能。（1）机构存在整转副，且是B、C，则为最短。 1）CD杆最长 2）CD杆中间长 （2）机构不存在整转副，亦不符合杆长和条件。 1）CD杆最长 但不超过 三杆和即 2）CD杆中间长 3）CD杆最短 综上得2. 图示铰链四杆机构中，问：为何值时 （给出一取值范围），该机构成为曲柄摇杆机构。参考答案（1）AD不能成为最短杆 （2）AD为最长杆（3）AD为中等长，CD为最长杆时， 3 试设计一曲柄导杆机构，已知导杆的行程速度变化系数，机架长度，求曲柄长度（要求写出设计步骤）。 参考答案。作，作，过A作，得B点。故曲柄长4. 图示曲柄摇块机构中，已知，试计算此机构的极位夹角及从动杆 BE的摆角。参考答案。 。 摆角。 极位夹角5. 在图示铰链四杆机构中，其杆长为，而另两个杆的长度之和为，要求构成一曲柄摇杆机构，c、d 的长度应为多少？参考答案根据有曲柄条件：，且为连架杆，可知，则有 (1)考虑极限状态有 (2)又 故 (3)将(3)代入(2)得：故 同理若c为最大时，则6. 如图所示，在一铰链四杆机构中，已知lBC=500mm，lCD=350mm，lAD=300mm，且AD为机架。试分析：（1）若此机构为曲柄摇杆机构，lAB的最大值；（2）若此机构为双曲柄机构，lAB的最小值；（3）若此机构为双摇杆机构，lAB的取值范围。参考答案解：（1）AB最短：最大值为150mm。（2）AD最短：1）AB不是最长，即，所以2）AB为最长杆，即AB，且所以最小值为450mm。（3）图示机构只有不满足杆长条件时才成为双摇杆机构。lAB的取值范围7. 如图示插床的导杆机构，已知：，行程速比系数， 求曲柄BC的长度及插刀P的行程H，又若需行程速比系数，则柄BC应调整为多？此时插刀行程是否改变？参考答案（1） （2） 插刀行程增大8. 如图示曲柄摇杆机构，已知，试用解析法或图解法确定：（1）摇杆3的最小长度；（2）曲柄1等速转动时机构的行程速度变化系数K；（3）曲柄1为主动时，机构的最小传动传动角。注：用计算。 参考答案（1）曲柄只能是1杆。设（即杆3）是中长杆，（因为是求3杆的最短尺寸），则有 ， （2）设摆杆的左极限位置为C1D，右极限位置为C2D，如图，而 （3）机构的最小传动角可以用解析法如下求得：设，则： 三、凸轮机构及其设计1. 在图示对心直动滚子从动件盘形凸轮机构中，凸轮的实际廓线为一个圆，圆心在A点，其半径mm，凸轮绕轴心线O逆时针方向转动，mm，滚子半径 rr=10mm，试 问：（1）该凸轮的理论廓线为何种廓线？（2）基圆半径 r0 为多少？（3）从动件的行程 h 为多少？（4）推程中的最大压力角为多少？（5）若把滚子半径改为 rr=15mm，从动件的运动规律有无变化？为什么？参考答案(1) 理论廓线是以A为圆心，R+rr=50 mm为半径的圆。 (2) mm (3) mm (4) ,时, 最大,(5)滚子半径变化时，从动件之运动规律发生变化。这是因为高副低代后形成的机构中的连杆长lBA发生改变的缘故。2. 一偏置直动尖项从动件盘形凸轮机构如图所示。已知凸轮为一偏心圆盘，圆盘半径R=30mm，几何中心为A，回转中心为O，从动件偏距OD=e=10mm，OA=10mm。凸轮以等角速度逆时针方向转动。当凸轮在图（1）示位置，即ADCD时，试求：（1）凸轮的基圆半径 r0；（2）图示位置的凸轮机构压力角；（3）图示位置的凸轮转角；（4）图示位置的从动件的位移 s；（5）该凸轮机构中的从动件偏置方向是否合理，为什么？ （1） （2）参考答案(1) mm (2) tg (3) (4) mm (5) 偏置方向不合理。因为tg，图（2）示偏置方向使增大。应把从动件导路偏置在凸轮转动中心的右侧，此时tg，则减小。 3. 设计一偏置直动尖顶从动件盘形凸轮机构的凸轮廓线。已知凸轮以等角速度 rad/s逆时针方向转动。当凸轮从推程起始点处转过时，从动件上升10mm，此时从动件的移动速度 mm/s。（1）试用反转法找出此时凸轮廓线上与从动件相接触的点。（2）在图上标出该点的压力角，并求出其值。（3）若从动件的偏距减为零，则上述位置处的压力角的值为多少？ 参考答案(1) 接触点见图示。 (2) mm，压力角见图示。tg (3) tg 压力角增大。4. 5. 已知：对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构，行程mm，基圆半径mm，推程运动规律 如图，求凸轮转角为时的压力角。 参考答案 (1) 从动件推程运动规律为等速运动规律，当时，s=15 mm (2) tg 四、齿轮机构及其设计1. 有一渐开线外啮合直齿圆柱变位齿轮传动，已知mm， ， 变位系数， 无侧隙啮合中心距mm。 加工后经检验，大轮分度圆齿厚 不合设计要求，其余尺寸均可。(1)测得大轮的mm，试定性分析这对齿轮可否进行安装，啮合有何问题？(2)试另行设计一小齿轮与已加工的大轮配对使用，保持不变，要求无侧隙啮合。 求该小轮的变位系数，分度圆直径和齿顶圆直径。参考答案(1) 设大轮加工后的实际变位系数为，则mm 因，齿厚减小，两轮可安装，但啮合时侧隙较大。(2) 设所设计小轮的变位系数为，则小轮分度圆直径mm分度圆分离系数齿高变动系数 齿顶高mm 齿顶圆直径mm2. 已知一对渐开线直齿圆柱标准齿轮，传动比，mm， ，中心距正确安装。求：，两轮的节圆直径和，两轮的基圆直径和， 两轮的顶圆直径和，两轮的根圆直径和，两轮的齿距和。参考答案 mm mmmm mmmm mmmm mm mm3. 一对渐开线外啮合直齿圆柱齿轮传动，已知 mm，传动比。试求：(1) 若为标准齿轮传动，其中心距mm，试计算两齿轮的齿数、，分度圆半径、，齿顶圆半径、，齿根圆半径、，节圆半径、，啮合角，齿距， 分度圆齿厚，分度圆齿槽；(2) 若中心距mm，则该对齿轮无侧隙啮合属于什么类型的传动？又、是否有变化？若有变化是增大还是减小？参考答案(1) 当 mm 时 联立求得： mm mm mm mm mm mm mm mm mm mm mm(2) 当 mm 时， 属于正传动 、 没有变化； 、 有变化，且均为增大。4. 已知一对渐开线直齿圆柱标准齿轮传动，其模数,分度圆压力角,传动比。（1）在正确安装时，中心距，试求1）分度圆半径； 2）齿数； 3）齿顶圆半径；4）齿根圆半径； 5）节圆半径； 6）啮合角。（2）若上述齿轮传动中心距改为时，1）上述尺寸哪些有变化，哪些没变化？ 2）如有变化求出其数值。参考答案（1） 1） 得 2） 3） 4） 5）6） （2） 1）、不变 、变化 2） 5. 一对标准安装的直齿圆柱标准齿轮外啮合传动。已知其实际啮合线长度，重合度，啮合角。（1）试求这对齿轮的模数（2）这对齿轮啮合传动过程中，其同时啮合齿的对数如何变化？在不变，仍为标准直齿圆柱齿轮标准安装的条件下，若想增大重合度，该怎么办？（3）若该对齿轮的传动比。现若其中心距改为。求这对齿轮的节圆半径、及啮合角，其重合度有何变化？（注：其齿数、模数、压力角等均不变仍为标准值）参考答案（1）因 ， （2）因重合度，故其啮合对数在和对齿之间变化。在一个的范围内2对齿啮合时间占。在其它参数不变的条件下，因与无关，故要增大，则只有增加齿数。 （3） 由于二轮实际安装中心距大于标准中心距，故实际啮合线减短，导致重合度减小。6. 已知一对渐开线直齿圆柱齿轮，其，试计算：（1）求两个齿轮的分度圆半径、和基圆齿距、；（2）求小齿轮的齿顶圆半径和大齿轮的齿根圆半径；（3）求这对齿轮正确安装时的啮合角和中心距；（4）将上述中心距加大，求此时的啮合角及此时两轮的节圆半径、。参考答案（1） （2）（3）正确安装：（4） 7. 一对渐开线直齿圆柱标准齿轮，已知：mm， ， 安 装 中 心 距 比 标 准 中 心 距 大2 mm。 试 求：(1) 中 心 距? (2) 啮 合 角? (3) 有 无 齿 侧 间 隙？ (4) 径 向 间 隙(5) 实 际 啮 合 线 长 度?参考答案(1) mm(2) (3)有齿侧间隙。(4)mm (5)mmmmmm mm mm8. 试设计一个无根切的渐开线直齿圆柱齿轮齿条机构。已知齿轮1的齿数，模 数，齿顶高系数，径向间隙系数，压力角。求：（1）齿轮1的分度圆直径，节圆直径，齿顶圆直径，分度圆齿厚，啮合角；（2）齿条2的顶高，齿根高，分度线上齿厚，齿轮中心至齿条分度线之间 距离。参考答案（1） （2）mm（3）（4）（5）9. 有一对渐开线圆柱直齿轮，已知，用齿条刀加工，求其不发生根切的最小中心距？注： 参考答案（1）（2） （3）10. 已知一对渐开线直齿圆柱标准齿轮，其齿数，模数，试求（取）（1）小齿轮分度圆直径 ； （2）齿顶高 ； （3）小齿轮齿顶圆直径 ；（4）齿根高 ； （5）小齿轮齿根圆直径 ； （6）分度圆周节 ；（7）小齿轮基圆直径 ； （8）分度圆齿厚 ； （9）分度圆齿槽距 ；（10）这对齿轮传动的标准中心距 ；参考答案（1） （2） （3） （4）（5） （6）（7） （8）（9） （10）11. 一 对 等 变 位( 高 度 变 位) 齿 轮， ， mm， ，。今 将 大 齿 轮 齿 数 改 为32，而小齿轮仍 用 原 来的，中心 距 也 不 变， 试 确定大 齿 轮 的 变 位 系 数。注： 无 齿 侧 间 隙 啮 合 方 程 式：参考答案mm mmmm 12. 有一对外啮合齿轮，已知， mm， 无侧隙啮合中心距mm，为加工方便，两齿轮的参数完全一样。试求齿轮的变位系数和, 分度圆半径，基圆半径，齿顶圆半径，齿根圆半径和顶圆齿厚.注：无侧隙啮合方程 中心距变动系数 齿定高变动系数 任意圆上齿厚 参考答案mm 两齿轮参数相同，取 变位后： mm( 不变化)mm mmmm mm =3.49 mm五、轮系及其设计1在图示轮系中，已知各轮齿数为 ，试求传动比。参考答案(1) (2) ， ， (3) 2. 图示为电动三爪卡盘的传动轮系。 已知各轮齿数为， ，试求其传比。参考答案(1) 1,2,3,H 为行星轮系。4,2,2,3,H 为行星轮系。 (2) (3) 3.图示汽车变速器的部分轮系机构， 求传动比。参考答案(1)行星轮系5，3，3，4、H (2)行星轮系1，2，3，3，4，H 4.在图示的周转轮系中，已知各轮齿数为。试求传动 比。参考答案 (1) 1、2、4、H 组成行星轮系。 (2)3、2、2、4、H组成行星轮系。 (3) 5. 图示圆链直齿轮组成的轮系中，, 求。参考答案(1)1、2、3、4、H 组成行星轮系。1、2、5、6、H 组成差动轮系。(2) (3) 6.在图示轮系中，已知各轮齿数为， 轮1 的 转速 r/min, 方向如图示，试求轮5 的转速的大小和方向。参考答案(1) 1、2、3、H(4) 为行星轮系。 方向同。 (2)4、5为定轴轮系。 (3)r/min方向7. 在图示轮系中，已知各轮齿数为，。 轴的 转速 I=750 r/min，方向如图示，试求轴转速II 的大小及方向。参考答案 结构分析：1、2为定轴轮系。2、3、4、H 为行星轮系，II为系杆H。(1) (2) r/min(3) 每分钟180 转，与 方向相反，。8.已知图示轮系的各轮齿数为 z1、z2、z3 、z4、z5、z6、z7、z8，试求该轮系的传动比。参考答案 1、2、3、4为周转轮系 ；5、6、7、8为定轴轮系(1) (2) (3) 9. 已知图示轮系中各轮的齿数：， 试求。参考答案(1)周转轮系33，2，4，H ；定轴轮系2 ,1-1 ,4(2) , ，(3) ，(4) 10. 图示为一卷扬机的减速器轮系，设各轮的齿数为 。 试求传动比。参考答案 1) 1、2、2、3、H 组成行星轮系，4、5、6 组成定轴轮系。 2) 3) ， ， 4) 11. 在图示轮系中，已知各轮的齿数， ，轴A的转速r/min, 转向如图。试求轴B的转速的大小和方向。参考答案(1) 1、2为定轴轮系。 , 以 方 向 为 正。 r/min (2) 2、3、3、4、H(B) 为 周 转 轮 系。 (3) r/min 负号说明 转向 与 相 反。12. 在图示轮系中，轮3和轮4同时和轮2啮合，已知， ，求传动比。 这是一个复合周转轮系，其中1、2、3、H和4、2、3、H分别组成一个独立的基本行星轮系。（1）对于1、2、3、H 组 成 的 行 星 轮 系 （2）对于4、2、3、H 组成的行星轮系 由式 、得（3）13. 在图示轮系中，已知各齿轮的齿数， 。 试求该轮系的传动比并说明轮1与轮6转向的异同（画图说明）。(1) 该轮系为一串联式混合轮系。其中1、2、3、H、7 为 行星轮系，5、4、6、7 为定轴轮系。 故 设 z1 转 向 箭 头 向 上 并 设 为“+”。 则 可 见 H 与 同 向。 (2) 由 图 及 可见。 。 轮 6 与 轮 1 反 向。6、 填空1. 机器和机构的主要区别在于是否完成有用机械功或实现能量转换。2. 计算机机构自由度的目的是 判断该机构运动的可能性（能否运动及在什么条件下才具有确定的运动，即确定应具有的原动件数。 3. 在平面机构中，具有两个约束的运动副是低副，具有一个约束的运动副是高副。4. 计算平面机构自由度的公式为；应用此公式时应注意判断：A、复合铰链，B、局部自由度， C、虚约束。5. 机构中的复合铰链是指由三个或三个以上构件组成同一回转轴线的转动副；局部自由度是指不影响输入与输出件运动关系的自由度；虚约束是指在特定的几何条件下，机构中不能起独立限制运动作用的约束。6. 划分机构的杆组时应先按 低 的杆组级别考虑，机构的级别按杆组中的最高级别确定。7. 机构具有确定的相对运动条件是原动件数等于机构的自由度。8. 构件的自由度是指构件具有独立运动的数目；机构的自由度是指机构具有确定运动时必须给定的独立运动数目。9. 从机构结构观点来看，任何机构是由机架，杆组，原动件三部分组成。10. 机器是由原动机、传动部分、工作机所组成的。11. 组成机构的要素是构件和运动副；构件是机构中的运动单元体。12. 机构瞬心的数目与机构的构件数k的关系是。13. 当两个构件组成移动副时，其瞬心位于 垂直于移动方向的无穷远处 处。当两构件组成纯滚动的高副时，其瞬心就在 接触点 。当两构件组成转动副时，其速度瞬心在 转动副中心 处；组成兼有相对滚动和滑动的平面高副时，其速度瞬心在 在接触点处的公法线 。当求机构的不互相直接联接各构件间的瞬心时，可应用三心定理来求。14. 铰链四杆机构演化成其它型式的四杆机构(1) 改变杆长和形状，(2)扩大回转副轴颈尺寸，(3)转换机架等三种方法。15. 当四杆机构的压力角a=90时，传动角等于，该机构处于死点位置位置。16. 铰链四杆机构具有急回特性时其极位夹角值，对心曲柄滑块机构的值，所以它没有急回特性，摆动导杆机构具有急回特性。17. 压力角是指从动件受力点的速度方向与该点受力方向间所夹锐角；机构中传动角和压力角之和等于。18. 在四连杆机构中，能实现急回运动的机构有（1）曲柄摇杆机构，(2)偏置曲柄滑块机构，（3）摆动导杆机构。19. 铰链四杆机构曲柄的条件 是 其它两杆长之和，双 摇 杆 机构存在的条件是 其它两杆长之和或满足曲柄存在条件时，以最短杆的对面构件为机架。 20. 在曲柄滑块机构中，若以曲柄为主动件、滑块为从