1、机 械 原 理 期 末 考 试 试 题 与 答 案一 、 问 答 题 （ 15 分 ）1 什 么 是 连 杆 机 构 的 压 力 角 、 传 动 角 ？ （ 2 分 ）答 ： 不 考 虑 运 动 副 中 的 摩 擦 力 、 构 件 的 惯 性 力 ， 运 动 副 中 力 的 作 用 线 与 受 力 点 速 度 方 向 所 夹 的 锐 角 称 为 压 力 角 ，压 力 角 的 余 角 称 为 传 动 角 。2 什 么 是 基 本 杆 组 ？ 机 构 的 组 成 原 理 是 什 么 ？ （ 2 分 ）答 ： 机 构 中 ， 结 构 最 简 单 、 不 可 再 分 的 、 自 由 度 为 零 的 构
2、 件 组 称 为 基 本 杆 组 。 任 一 机 构 都 可 以 看 作 是 由 若 干 个基 本 杆 组 依 次 连 接 于 原 动 件 和 机 架 上 所 组 成 的 ， 这 就 是 机 构 的 组 成 原 理 。3 常 用 的 间 歇 运 动 机 构 有 几 种 ？ 其 主 动 件 与 从 动 件 的 运 动 转 换 各 有 什 么 特 点 ？ （ 2 分 ）答 ： 常 用 的 间 歇 运 动 机 构 有 ： 棘 轮 机 构 、 槽 轮 机 构 和 不 完 全 齿 轮 机 构 。 棘 轮 机 构 把 一 个 往 复 摆 动 转 换 为 间 歇 单向 转 动 ； 槽 轮 机 构 把 一 个
3、 连 续 单 向 转 动 转 换 为 间 歇 单 向 转 动 ； 不 完 全 齿 轮 机 构 把 一 个 连 续 单 向 转 动 转 换 为 间 歇 单 向转 动 。4 什 么 是 槽 轮 机 构 的 运 动 系 数 ？ （ 2 分 ）答 ： 槽 轮 的 运 动 时 间 与 拨 盘 的 运 动 时 间 的 比 值 称 为 槽 轮 机 构 的 运 动 系 数 。5 通 常 ， 机 器 的 运 转 过 程 分 为 几 个 阶 段 ？ 各 阶 段 的 特 征 是 什 么 ？ （ 3 分 ）答 ： 机 器 的 运 转 过 程 分 为 三 个 阶 段 ： 启 动 阶 段 ， 稳 定 运 转 阶 段 和
4、停 车 阶 段 。 启 动 阶 段 的 特 点 ： 原 动 件 速 度 由 零上 升 到 稳 定 运 转 速 度 ， 系 统 驱 动 力 所 做 的 功 大 于 阻 抗 力 所 消 耗 的 功 。稳 定 运 转 阶 段 的 特 点 ： 在 一 个 周 期 内 ， 系 统 驱 动 力 所 做 的 功 等 于 阻 抗 力 所 消 耗 的 功 。停 车 阶 段 的 特 点 ： 系 统 驱 动 力 所 做 的 功 小 于 于 阻 抗 力 所 消 耗 的 功 ， 原 动 件 速 度 由 稳 定 运 转 速 度 下 降 为 零 。6 利 用 飞 轮 进 行 机 器 的 周 期 性 速 度 波 动 调 节
5、时 ， 飞 轮 一 般 安 装 在 高 速 轴 还 是 低 速 轴 上 ？ 为 什 么 ？ （ 2 分 ）答 ： 安 装 在 高 速 轴 上 。 这 样 可 以 使 飞 轮 的 质 量 减 小 。 （ 2 分 ）7 平 行 轴 外 啮 合 斜 齿 圆 柱 齿 轮 的 正 确 啮 合 条 件 是 什 么 ？答 ： 模 数 相 等 、 压 力 角 相 等 、 螺 旋 角 大 小 相 等 旋 向 相 反 。二 、 下 图 机 构 中 ， 已 知 NOLMJK / ， 并 且 NOLMJK ， FGGHEG ， FHEF ，求 该 机 构 的 自 由 度 。 若 有 复 合 铰 链 、 局 部 自 由
6、 主 及 虚 约 束 ， 请 说 明 。 （ 10 分 ）解 ： I 处 为 局 部 自 由 度 ， LM 构 件 引 入 虚 约 束 ， FG 构 件 或 者 H 构 件 引 入 虚 约 束 ， C、 E、 O 处 为 复 合 铰 链 ， Q 或R 处 为 虚 约 束 。 n=12， L 17P ， H 1P ， 则 自 由 度 ：L H3 2 3 12 2 17 1 1F n P P 三 、 如 图 所 示 导 杆 机 构 中 ， ADl a ， ABl d ， 导 杆 的 偏 距 为 BEl e ， 90BED 。 如 果 使 该 导 杆 机构 成 为 曲 柄 摆 动 导 杆 机 构 。
7、 推 导 使 AD 成 为 曲 柄 的 条 件 。 （ 10分 ）解 ： 如 下 图 所 示 ， 要 使 该 导 杆 机 构 成 为 曲 柄 摆 动 导 杆 ， 必 须 使 机 构 通 过 如 图 两 个 极 限 位 置 ， 即 BEAD 11 和BEAD 11 。 作 11 ADAC ， 22 ADBC 。在 1ABC 中 有 ： d a e ； 在 2ABC 中 有 ： d a e 。 由 此 可 得 曲 柄 AB 存 在 条 件 为 ：d a e 四 、 根 据 下 图 推 导 凸 轮 机 构 的 压 力 角 表 达 式 。 （ 15 分 ）解 ： 由 图 可 知 ， eOPBP _12
8、_12 ， 1_12OPv ， _12 1 1ddv sOP ， serAB 220_ ， 代 入 凸 轮机 构 的 压 力 角 表 达 式 _12tan ABBP ， 可 得 ： _12 1_ 2 20ddtan s eP B r e sAB 五 、 正 常 齿 制 渐 开 线 标 准 直 齿 圆 柱 齿 轮 的 齿 顶 高 系 数 *ah 、 顶 隙 系 数 *c 及 国 家 标 准 （ GB1356-88） 中 规 定 分 度 圆压 力 角 的 标 准 值 为 多 少 ？ 若 渐 开 线 直 齿 圆 柱 齿 轮 采 用 短 齿 制 ， 且 分 度 圆 压 力 角 25 ， 齿 轮 的 齿
9、 数 是 多 少 时 ，其 齿 根 圆 和 基 圆 最 接 近 重 合 ？ （ 10 分 ）解 ： 正 常 齿 制 渐 开 线 标 准 齿 圆 柱 齿 轮 的 参 数 为 ： 1* ah ， 25.0* c ， 20非 标 准 的 短 齿 制 渐 开 线 直 齿 圆 柱 齿 轮 的 参 数 为 ： 8.0* ah ， 3.0* c当 基 圆 和 齿 根 圆 重 合 时 ， 有 ： b fd d 式 中 ， bd 基 圆 直 径 ， fd 齿 根 圆 直 径 。基 圆 直 径 可 表 示 为 b cosd mz 式 中 ， 分 度 圆 压 力 角 ， 25 。齿 根 圆 直 径 可 表 示 为
10、：* *f a2 ( )d mz m h c 联 立 式 、 及 ， 有 ： * *acos 2 ( )mz mz m h c 所 以 有 ： * *a2( ) 2(0.8 0.3) 2.2 23.481 cos 1 cos25 1 0.9063h cz 由 于 齿 数 只 能 是 整 数 ， 所 以 齿 根 圆 不 可 能 正 好 与 基 圆 重 合 。 从 上 面 的 计 算 结 果 看 ， 渐 开 线 直 齿 圆 柱 齿 轮 在 采 用短 齿 制 及 压 力 角 25 的 条 件 下 ， 当 齿 数 z=23时 ， 齿 根 圆 与 基 圆 最 接 近 重 合 。六 、 如 图 所 示 轮
11、 系 ， 已 知 各 齿 轮 的 齿 数 分 别 是 1z 、 2z 、 3z 、 4z 、 5z 、 5z 、 6z 。 求 H6i 的 表 达 式 并 说 明 构件 H 和 构 件 6 的 转 向 是 相 同 还 是 相 反 ？ （ 15 分 ）解 ： 如 图 轮 系 1、 2、 H、 3 组 成 行 星 轮 系 有 ： 3 3 1 311H 13H 1 1 11 1 1H z z z zni in z z z 如 图 轮 系 6、 5-5 ， 1H （ 1） ， 4 组 成 行 星 轮 系 有 ： 16 5 4 6 5 5 461 641 6 5 6 51 1n z z z z z zi
12、 in z z z z 联 立 、 式 ， 得 ： 6 1 3 6 5 5 46H H 1 6 5( )( )n z z z z z zi n z z z ， 1 6 5HH6 6 1 3 6 5 5 4( )( )z z zni n z z z z z z 七 、 图 示 转 子 上 有 三 个 不 平 衡 质 量 ， 31 m kg， 12 m kg， 43 m kg， 其 回 转 半 径 分 别 为 ： 601 r mm，1402 r mm， 903 r mm， 301 l mm， 302 l mm， 303 l mm。 相 位 分 布 如 图 所 示 。 要 求 选 择 - ， - 两
13、 个 面 对 其 进 行 动 平 衡 ， 试 用 图 解 法 或 解 析 法 求 在 平 面 - ， - 面 上 处 所 加 平 衡 质 量 的 大 小 和 相 位 （ 所 加 平衡 质 量 的 半 径 为 ： 100r r mm） 。 （ 10分 ）解 ： 将 不 平 衡 质 量 的 质 径 积 11rm 、 22rm 、 33rm 分 别 向 - 、 - 两 平 衡 平 面 内 分 解 。 对 于 - 平 面 ：25.14660316013011 rm kg mm， 140140122 rm kg mm909041604033 rm kg mm对 于 - 平 面 ： 75.33603160
14、3011 rm kg mm， 022 rm kg mm27090416012033 rm kg mm采 用 图 解 法 分 别 在 - 、 - 平 面 进 行 平 衡 ， 10 kg mm/mm。选 择 作 图 比 例 尺 10 kg mm/mm 作 图 ， 求 得 ：65m r kg mm， 240m r kg mm由 于 100r r mm， 则 0.65m kg， 2.4m r kg， 相 位 如 下 图 所 示 。（ 左 图 的 数 值 分 别 是 1 1mr 、 2 2m r 、 3 3m r 、 m r 右 图 数 值 分 别 是 3 3m r 、 1 1mr 、 m r ）八 、
15、 已 知 机 组 在 稳 定 运 转 时 期 主 轴 上 的 等 效 阻 力 矩 变 化 曲 线 r( )M 如 图 所 示 ， 等 效 驱 动 力 矩 为 常 数 ， 主 轴 的平 均 速 度 m 10rad/s 。 为 减 小 主 轴 的 速 度 波 动 ， 现 加 装 一 个 飞 轮 ， 其 转 动 惯 量 F 9.8J kg m2， 不 计 主 轴 及其 他 构 件 的 质 量 和 转 动 惯 量 。 试 求 ：（ 1） 等 效 驱 动 力 矩 dM 。（ 2） 主 轴 的 最 大 角 速 度 max 及 最 小 角 速 度 min ， 它 们 发 生 在 何 处 （ 即 相 应 的 值 ） 。 （ 15 分 ）（ 3） 运 动 速 度 不 均 匀 系 数 。解 ：（ 1） d rmax12 2M M ， 因 此 有 ：d 78.4 19.6N m4M （ 2） max 发 生 在 B 点 ， min 发 生 在 C 点 。B 19.6 52 78.4 2 8 ， C 3 19.6 112 78.4 2 8 max 1 11 5(78.4 19.6) 69.272 8 8W J（ 4） max2 2m F 69.27 0.070710 9.8WJ
