（完整版）机械原理期末题库（附答案）

(完整版)机械原理期末题库(附答案) 机械原理期末题库（本科类）
一、填空题：
1.机构具有确定运动的条件是机构的自由度数等于。

2.同一构件上各点的速度多边形必于对应点位置组成的多边形。

3.在转子平衡问题中，偏心质量产生的惯性力可以用相对地表示。

4.机械系统的等效力学模型是具有，其上作用有的等效构件。

5.无急回运动的曲柄摇杆机构，极位夹角等于，行程速比系数等于。

6.平面连杆机构中，同一位置的传动角与压力角之和等于。

7.一个曲柄摇杆机构，极位夹角等于36o，则行程速比系数等于。

8.为减小凸轮机构的压力角，应该凸轮的基圆半径。

9.凸轮推杆按等加速等减速规律运动时，在运动阶段的前半程作运动，后半程 作运动。

10.增大模数，齿轮传动的重合度；
增多齿数，齿轮传动的重合度。

11.平行轴齿轮传动中，外啮合的两齿轮转向相，内啮合的两齿轮转向相。

12.轮系运转时，如果各齿轮轴线的位置相对于机架都不改变，这种轮系是轮系。

13.三个彼此作平面运动的构件共有个速度瞬心，且位于。

14.铰链四杆机构中传动角γ为，传动效率最大。

15.连杆是不直接和相联的构件；
平面连杆机构中的运动副均为。

16.偏心轮机构是通过由铰链四杆机构演化而来的。

17.机械发生自锁时，其机械效率。

18.刚性转子的动平衡的条件是。

19.曲柄摇杆机构中的最小传动角出现在与两次共线的位置时。

20.具有急回特性的曲杆摇杆机构行程速比系数k 1。

21.四杆机构的压力角和传动角互为，压力角越大，其传力性能越。

22.一个齿数为Z，分度圆螺旋角为β的斜齿圆柱齿轮，其当量齿数为。

23.设计蜗杆传动时蜗杆的分度圆直径必须取值，且与其相匹配。

24.差动轮系是机构自由度等于的周转轮系。

25.平面低副具有个约束，个自由度。

26.两构件组成移动副，则它们的瞬心位置在。

27.机械的效率公式为，当机械发生自锁时其效率为。

28.标准直齿轮经过正变位后模数，齿厚。

29.曲柄摇杆机构出现死点，是以作主动件，此时机构的角等于零。

30.为减小凸轮机构的压力角，可采取的措施有和。

31.在曲柄摇杆机构中，如果将杆作为机架，则与机架相连的两杆都可以作____ 运动， 即得到双曲柄机构。

32.凸轮从动件作等速运动时在行程始末有性冲击；
当其作运动时，从动件没有冲击。

33.标准齿轮圆上的压力角为标准值，其大小等于。

34.标准直齿轮经过正变位后齿距，齿根圆。

35.交错角为90的蜗轮蜗杆传动的正确啮合条件是、、。

36.具有一个自由度的周转轮系称为轮系，具有两个自由度的周转轮系称为 ________________轮系。

二、简答题：
1．图示铰链四杆机构中，已知l AB=55mm，l BC=40mm，l CD=50mm，l AD=25mm。试分析以哪个构件为机架可得到曲柄摇杆机构？（画图说明）
2．判定机械自锁的条件有哪些？ 3．转子静平衡和动平衡的力学条件有什么异同？ 4．飞轮是如何调节周期性速度波动的？ 5．造成转子不平衡的原因是什么？平衡的目的又是什么？ 6．凸轮实际工作廓线为什么会出现变尖现象？设计中如何避免？ 7．渐开线齿廓啮合的特点是什么？ 8．何谓基本杆组？机构的组成原理是什么？ 9．速度瞬心法一般用在什么场合？能否利用它进行加速度分析？ 10．移动副中总反力的方位如何确定？ 11．什么是机械的自锁？移动副和转动副自锁的条件分别是什么？ 12．凸轮轮廓曲线设计的基本原理是什么？如何选择推杆滚子的半径？ 13．什么是齿轮的节圆？标准直齿轮在什么情况下其节圆与分度圆重合？ 14．什么是周转轮系？什么是周转轮系的转化轮系？ 15．什么是传动角？它的大小对机构的传力性能有何影响？铰链四杆机构的最小传动角在什么位置？ 16．机构运动分析当中的加速度多边形具有哪些特点？ 17．造成转子动不平衡的原因是什么？如何平衡？ 18．渐开线具有的特性有哪些？ 19．凸轮机构从动件的运动一般分为哪几个阶段？什么是推程运动角？ 20．什么是重合度？其物理意义是什么？增加齿轮的模数对提高重合度有无好处？ 21．什么是标准中心距？一对标准齿轮的实际中心距大于标准中心距时，其传动比和啮合角分别有无变化？ 三、计算与作图题：
1.计算图示机构的自由度，要求指出可能存在的复合铰链、局部自由度和虚约束。

2．求图示机构的全部瞬心和构件1、3的角速度比。

3．用图解法设计一曲柄滑块机构。已知滑块的行程速比系数K=1.4，滑块的行程H=60mm。导路偏距e=20mm,求曲柄长度l AB和连杆长度l BC。

4．已知曲柄摇杆机构的行程速比系数K＝1.25，摇杆长l CD=40mm，摇杆摆角Ψ=60o,机架长l AD=55mm。作图设计此曲柄摇杆机构，求连杆和曲柄的长度。

5．一对外啮合标准直齿圆柱齿轮传动，已知齿数Z1＝24，Z2＝64，模数m＝6mm，安装的实际中心距a’＝265mm。试求两轮的啮合角a’，节圆半径r1’和r2’。

6．已知轮系中各齿轮齿数Z1=20，Z2=40，Z2’= Z3=20，Z4=60，n1=800r/min，求系杆转速n H的大小和方向。

7.计算图示机构的自由度，要求指出可能存在的复合铰链、局部自由度和虚约束。

8．取一机器的主轴为等效构件，已知主轴平均转速n m=1000r/min，在一个稳定运动循环（2π）中的等效阻力矩Mer如图所示，等效驱动力矩Med为常数。若不计机器中各构件的转动惯量，试求：当主轴运转不均匀系数δ＝0.05时，应在主轴上加装的飞轮的转动惯量J F。

2 /34/32 O Me(Nm) 300 Mer 9．设计一铰链四杆机构，已知摇杆长度为40mm，摆角为40度，行程速比系数K为1.4，机架长度为连杆长度与曲柄长度之差，用作图法求各个杆件的长度。

10．设计如题图所示铰链四杆机构，已知其摇杆CD 的长度l CD＝75mm，行程速度变化系数k＝1.5，机 架AD的长度l AD＝100 mm，摇杆的一个极限位置与机架的夹角φ＝45°，用作图法求曲柄的长度l AB和连杆的长度l BC。

11．一正常齿制标准直齿轮m =4, z=30, =20。，计算其分度圆直径、基圆直径、齿距、齿顶圆直径及齿顶圆上的压力角。

12．如图，已知z1=6，z2=z2, =25，z3=57，z4=56，求i14？ 13.计算图示机构的自由度，要求指出可能存在的复合铰链、局部自由度和虚约束。

A F B C D E F 14．如图F为作用在推杆2上的外力，试确定凸轮1及机架3作用给推杆2的总反力R12及R32的方位（不计重力和惯性力，虚线小圆为摩擦圆）。

15．请在图中画出一个死点位置、最小传动角的位置以及图示位置的压力角。

16．已知机构行程速度变化系数k＝1.25，摇杆长度l CD＝400mm, 摆角Ψ＝30°，机架处于水平位置。试用图解法设计确定曲柄摇杆机构其他杆件的长度。

17．已知一对标准安装的外啮合标准直齿圆柱齿轮的中心距a=196mm，传动比i=3.48，小齿轮齿数Z1=25。确定这对齿轮的模数m；
分度圆直径d1、d2；
齿顶圆直径da1、da2；
齿根圆直径d f1、d f2。（10 分）
18．在图示复合轮系中，已知各齿轮的齿数如括弧内所示。求传动比H i 1。

参考答案 一、1．原动件数目 2．相似于 3．质径积 4．等效转动惯量，等效力矩 5．0，1 6．90 7．1.5 8．增大 9．等加速；
等减速 10．不变；
增大 11．相反；
相同 12．定轴 13．3；
一条直线上 14．900 15．机架；
低副 16．扩大转动副半径 17．小于等于0 18．偏心质量产生的惯性力和惯性力矩矢量和为0 19．曲柄；
机架 20．大于 21．余角；
差 22．z/cos3β 23．标准值；
模数 24．2 25．2；
1 26．垂直移动路线的无穷远处 27．η=输出功/输入功=理想驱动力/实际驱动力；
小于等于0 28．不变；
增加 29．摇杆；
传动角 30．增加基圆半径；
推杆合理偏置 31．最短；
整周回转 32．刚性；
五次多项式或正弦加速度运动 33．分度圆；
200 34．不变；
增加 35．m t2=m x1=m；
αt2=αx1=α；
γ1=β2 36．行星；
差动 二、1．作图（略）最短杆邻边AB和CD。

2．1)驱动力位于摩擦锥或摩擦圆内；

2）机械效率小于或等于0 3）工作阻力小于或等于0 3．静平衡：偏心质量产生的惯性力平衡 动平衡：偏心质量产生的惯性力和惯性力矩同时平衡 4．飞轮实质是一个能量储存器。当机械出现盈功速度上升时，飞轮轴的角速度只作微小上升，它将多余的能量储存起来；
当机械出现亏功速度下降时，它将能量释放出来，飞轮轴的角速度只作微小下降。5．原因：转子质心与其回转中心存在偏距；

平衡目的：使构件的不平衡惯性力和惯性力矩平衡以消除或减小其不良影响。

6．变尖原因：滚子半径与凸轮理论轮廓的曲率半径相等，使实际轮廓的曲率半径为0。避免措施：在满足滚子强度条件下，减小其半径的大小。

7．1）定传动比2）可分性3）轮齿的正压力方向不变。

8．基本杆组：不能拆分的最简单的自由度为0的构件组。机构组成原理：任何机构都可看成是有若干基本杆组依次连接于原动件和机架上而构成的。

9．简单机构的速度分析；
不能。

10．1）总反力与法向反力偏斜一摩擦角2）总反力的偏斜方向与相对运动方向相反。

11．自锁：无论驱动力多大，机构都不能运动的现象。移动副自锁的条件是：驱动力作用在摩擦锥里；
转动副自锁的条件是：驱动力作用在摩擦圆内。

12．1）反转法原理 2）在满足强度条件下，保证凸轮实际轮廓曲线不出现尖点和“失真”，即小于凸轮理论轮廓的最小曲率半径。

13．经过节点、分别以两啮合齿轮回转中心为圆心的两个相切圆称为节圆。当两标准齿轮按标准中心距安装时其节圆与分度圆重合。

14．至少有一个齿轮的轴线的位置不固定，而绕其他固定轴线回转的轮系称为周转轮系。在周转轮系中加上公共角速度-ωH后，行星架相对静止，此时周转轮系转化成定轴轮系，这个假想的定轴轮系称为原周转轮系的转化轮系。

15．压力角的余角为传动角，传动角越大，机构传力性能越好。最小传动角出现在曲柄和机架共线的位置。16．1）极点p‘的加速度为0 2）由极点向外放射的矢量代表绝对加速度，而连接两绝对加速度矢端的矢量代表该两点的相对加速度。

3）加速度多边形相似于同名点在构件上组成的多边形。

17．转子的偏心质量产生的惯性力和惯性力偶矩不平衡；
平衡方法：增加或减小配重使转子偏心质量产生的惯性力和惯性力偶矩同时得以平衡。

18．1）发生线BK的长度等于基圆上被滚过的圆弧的长度2）渐开线任一点的法线恒与其基圆相切3）发生线与基圆的切点是渐开线的曲率中心4）渐开线的形状取决于基圆的大小5）基圆内无渐开线。

19．推程、远休止、回程、近休止；
从动件推杆在推程运动阶段，凸轮转过的角度称为推程运动角。20．实际啮合线段与轮齿法向齿距之比为重合度，它反映了一对齿轮同时啮合的平均齿数对的多少。增加模数对提高重合度没有好处。

21．一对标准齿轮安装时它们的分度圆相切即各自分度圆与节圆重合时的中心距为标准中心距。当实际中心距大于标准中心距时，传动比不变，啮合角增大。

三、计算与作图题：
1、F=3*7-2*12-1=1 2、ω1/ω3=P13P34/P13P14=4 4 1 3 2 P12 P14 P34 P23 P13 P24 3、θ=180*（k-1）/(k+1)=30° 按题意作C1C2=H,作∠OC1C2=∠OC2C1=90-θ=60°交O点，作以O圆心的圆如图，再作偏距直线交于A点。AC1=b-a AC2=b+a 由此得曲柄a和连杆b的长度。

4．θ=180*（k-1）/(k+1)=2 0° 1)按已知条件作DC1、DC2；

2)作直角三角形及其外接圆如图；

3）以D为圆心，55mm为半径作圆交于A点。

AC1=b-a AC2=b+a 5．a=0.5m(z1+z2)=264 α’=arcos(264*cos20°/265)=20.6° r b1=0.5m*z1cos20°=67.66 r b2=0.5m*z2cos20°=180.42 r’1=r b1/cosα’=72.3 r’2=r b2/cosα’=192.756 6. 齿轮1、2是一对内啮合传动：n1/n2=z2/z1=2 齿轮2‘-3-4组成一周转轮系，有：
(n’2-n H)/(n4-n H)=-z4/z’2=-3 又因为 n2=n’2 n4=0 解得：n H=100 r/min 方向与n1相同。

7．F=3*6-2*8-1=1 8．M d=(300*4π/3*1/2)/2π=100Nm △ W max=89π(用能量指示图确定) J F=900△ W max/π2n2δ=0.51 9．θ=180*（k-1）/(k+1)=30° 如图，按题意作出D,C1,C2，作直角三角形外接圆；
作C1D的垂直平分线，它与圆的交点即A点。连接AC1、AC2。

AC1=b-a AC2=b+a 10．按题意作图，θ=180*（k-1）/(k+1)=36° AC1 11．d=mz=120 d b=dcos200=112.76 P=mπ=12.56 d a=(z+2)m=128 cosαa=d b/d a=0.881 αa=28.24? 12．齿轮1-2-3组成一周转轮系，有：(n1-n H)/(n3-n H)= - z3/z1= - 57/6 齿轮1-2-2‘-4组成另一周转轮系，有：
(n1-n H)/(n4-n H)= - z2z4/z1z’2= - 56/6=-28/3 从图中得：
n3=0 联立求解得：i14=n1/n4= - 588 13．F=3*7-2*10=1 14．作图：
F12? F32 15．作图：AB处于垂直位置时存在最小传动角。AB1C1为死点位置。压力角如图。

16．θ=180*（k-1）/(k+1)=20° 作图，AC1=b-a AC2=b+a 由此得曲柄a和连杆b的长度。AD为机架的长度。

17．z 2=iz1=87 m=196/[0.5(25+87)]=3.5 d1=mz1=87.5 d2=mz2=304.5 d a1=m(z1+2)=94.5 d a2=m(z2+2)=311.5 d f1=m(z1-2.5)=78.75 d f2=m(z2-2.5)=295.75 18．齿轮1‘-4-5组成一周转轮系，有：(n’1-n H)/(n5-n H)=-z5/z’1=-12/5 齿轮1-2-3组成一周转轮系，有：(n1-n k)/n3-n k)=-z3/z1=-7/3 由图得：n1=n’1 n3=0 n k=n5 联立求解得：i1H=85/43 1.平面铰链四杆机构有曲柄存在的条件为：a.连架杆与机架中必有一杆为四杆机构中的最短杆；

b.最短杆与最长杆杆长之和应小于或等于其余两杆之和（通常称此为杆长和条件）。

2.连杆机构：指所以构建用低副联接而成的机构，又称为低副机构。

3.连杆机构优点：a.运动副都是低副，低副亮元素为面接触，所以耐磨损，承载大。b.低副亮元素几何形状简单，容易制造简单，容易获得较高的制造精度。C .可以实现不同运动规律和特定轨迹要求。缺点：a低副中存在间隙，会引起运动误差，使效率降低。B动平衡较困难，所以一般不宜用于高速传动。C设计比较复杂，不易精确的实现复杂的运动规律。

4.平面四杆机构的基本形式有：（1）曲柄摇杆机构，（2）双曲柄机构，（3）双摇杆机构。

5.速度变化：是指一段时间前后，速度的大小和方向出现的变化，是个矢量，大小可以用后前速率差表示，方向可以用与规定正方向的夹角表示。物理含义可以导出加速度：单位时间内速度的变化量。

6.压力角：概述压力角(pressure angle)(α):若不考虑各运动副中的摩擦力及构件重力和惯性力的影响,作用于点C的力P与点C速度方向之间所夹的锐角。压力角越大，传动角就越小．也就意味着压力角越大，其传动效率越低．所以设计过程中应当使压力角小. 7.死点：从Ft=Fcosα知，当压力角α=90°时，对从动件的作用力或力矩为零，此时连杆不能驱动从动件工作。机构处在这种位置成为死点，又称止点。

8.凸轮机构的特点：优点是只要适当的设计出凸轮的轮廓曲线，就可以是使推杆得到各种预期的运动规律，而且响应快速，机构简单紧凑。缺点：是凸轮廓线与推杆之间为点。线接触，易磨损，.凸轮制造较困难。

9按.凸轮形状分：a盘形凸轮，b圆柱凸轮。按推杆形状分：尖顶推杆，滚子推杆，平底推杆。根据凸轮与推杆白痴接触的方法不同，凸轮可以分为：力封闭的凸轮机构，几何封闭的凸轮机构。

10. 推杆常用的运动规律；
根据推杆常用的运动规律所以数学表达是不同，常用的主要有多项式运动规律和三角函数运动规律两大类。

11.一条直线（称为发生线(generating line)）沿着半径为r b的圆周（称为基圆(base circle)）作纯滚动时，直线上任意点K 的轨迹称为该圆的渐开线。它具有以下特性；
a相应于发生线和基圆上滚过的长度相等，即,即为渐开线在K点的法线。b渐开线上各点的曲率半径不同，离基圆越远，其曲率半径越大，渐开线越平直。c渐开线上任意一点的法线必切于基圆。d渐开基圆以内无渐开线。E渐开线线的形状取决于基圆半径的大小。基圆半径越大，渐开线越趋平直。12..渐开线齿廓的啮合特点：渐开线齿廓能保证定传动比传动，渐开线齿廓间的正压力方向不变，渐开线齿廓传动具有可分性。

13.标准齿轮：是指m 、α 、ha 和c均为标准值，且分度圆齿厚等于齿槽宽（e = s ）的齿轮。

14.渐开线齿轮的基本参数：齿数z，模数m，分度圆压力角，齿顶高系数，顶隙系数。渐开线直齿圆柱齿轮的正确啮合条件和连续啮合传动条件：正确啮合条件：m1 = m2 = m。α1 = α2 = α。连续啮台条件：εα= B1B2 / Pb ≥ 1。

15. 渐开线齿廓的根切现象；
用范成法加工齿轮，当加工好的渐开线齿廓又被切掉的现象时称为根切现象。其原因是；
刀具的齿顶线与啮合线的交点超过了被切齿轮的啮合极限点，刀具齿顶线超过啮合极限点的原因是被加工齿轮的齿数过少，压力角过小，齿顶高系数过大。

16.斜齿轮啮合特点是什么？答：（l）两轮齿廓由点开始接触，接触线由短变长，再变短，直到点接触，再脱离啮合，不象直齿圆柱齿轮传动那样沿整个齿宽突然接触又突然脱离啮合，而是逐渐进入啮合逐渐脱离啮合，这样冲击小噪音小，传动平稳。（2）重合度大ε= εα+εβ。

17.同齿数的变位齿轮与标准齿轮相比，哪些尺寸变了，哪些尺寸不变，为什么？ 答：齿数、模数、压力角、分度圆、基圆、分度圆周节、全齿高不变，齿顶圆、齿根圆、分度圆齿厚、齿槽宽发生变了。原因：用标准齿轮刀具加工变位齿轮，加工方法不变，即正确啮合条件不变，所以分度圆模数、压力角不变。因而由公式可知分度圆、基圆不变，再有齿根高、齿顶高、齿根圆、齿项圆的计算，基准是分度圆，在加工变位齿轮时，标准刀具中线若从分度圆外移齿根高变小，齿根圆变大，而若要保证全齿高不变则齿顶高变大齿顶圆变大，因刀具外移在齿轮分度圆处的刀具齿厚变小，即被加工出的齿槽变小，又因为分度圆周节不变，齿厚变厚。

18.一对斜齿轮的正确啮合条件和连续传动条件是什么？ 答：正确啮合条件：mn1 = mn2 = m αn1 = αn2 = α。外啮合β1 = - β2 内啮合β1 = β2连续传动条件：ε= εα+εβ ≥ 1。

19.什么是变位齿轮？ 答：分度圆齿厚不等于齿槽宽的齿轮及齿顶高不为标准值的齿轮称为变位齿轮。加工中齿条刀具中线不与被加工齿轮的分度圆相切这样的齿轮称为变位齿轮。

20..蜗轮蜗杆机构的特点有哪些？ 答：(1)传递空间交错轴之间的运动和动力，即空间机构。

（2)蜗轮蜗杆啮合时，在理论上齿廓接触是点接触，但是蜗轮是用与蜗轮相啮合的蜗杆的滚刀加出来的，实际为空间曲线接触。

（3）蜗杆蜗轮的传动比，用蜗杆的头数（线数）参与计算。

（4）蜗杆的分度圆直径不是头数乘模数而是特性系数乘模数，即d1 = qm （5）蜗轮蜗杆的中心距也是用特性系数参与计算。

a＝m（q＋Z2）/2 （6）可获得大传动比，蜗轮主动时自锁。

21.蜗轮蜗杆的标准参数面是哪个面；
可实现正确啮合条件是什么？ 答：（1）是主截面，即平行于蜗轮的端面过蜗杆的轴线的剖面称之为主截面。

（2）正确啮合条件：ma1 = mt2 = m αa1 =α t2 = α β1 + β2 = 900 旋向相同 22.为什么确定蜗杆的特性系数q 为标准值？ 答：（1）有利于蜗杆标准化，减少了蜗杆的数目。

（2）减少了加工蜗轮的蜗杆滚刀的数目。

23.当量齿轮和当量齿数的用途是什么？ 答：一对圆锥齿轮的当量齿轮用来研究圆锥齿轮的啮合原理，如重合度和正确啮合条件等，单个当量齿轮用来计算不根切的最小齿数和用仿形法加工圆锥齿轮时用它来选择刀具号及计算圆锥齿轮的弯曲强度。

24. 轮系可以分为三种：定轴齿轮系和周转轮系（基本类型），第三种是复合轮系。

25：轮系的作用：1 实现两轴间远距离的运动和动力的传动、2 实现变速传动、3 实现换向传动、4 实现差速作用，5用做运动的合成和分解，6在尺寸及重量较小的条件下，实现大功率传动。

26.瞬心为互相作平面相对运动的两构件上,瞬时相对速度为零的点;也可以说,就是瞬时速度相等的重合点(即等 速重合点).若该点的绝对速度为零则为绝对瞬心;若不等于零则为相对瞬心. 27. 机构中各个构件之间必须有确定的相对运动，因此，构件的连接既要使两个构件直接接触，又能产生一定的相对运动，这种直接接触的活动连接称为运动副。轴承中的滚动体与内外圈的滚道，啮合中的一对齿廓、滑块与导轨），均保持直接接触，并能产生一定的相对运动，因而都构成了运动副。两构件上直接参与接触而构成运动副的点、线或面称为运动副元素。

28.渐开线标准直齿轮几何尺寸的计算公式 分度圆直径d1 = mz 1 d2 = mz2 齿顶高 h a1 = m h a2 = m 齿根高 hf 1 =( + ) m hf 2 =( + ) m 齿全高 h 1 = h a1 + h f1 =( 2 + ) m h 2 = h a2 + h f2 =( 2 + ) m 齿顶圆直径 d a1 = d 1 +2 h a1 =( 2 + z 1 ) m d a2 = d 2 +2 h a2 =( 2 + z 2 ) m 齿根圆直径 df 1 = d1 -2 hf 1 =( z 1 - 2 -2 ) m d f 22 = d 2 -2hf 222 =( z 2 - 2 -2 ) m 基圆直径 d b1 = d 1 cos α d b2 = d 2 cos α 齿距p = π m 基( 法) 节p b = p cos α 齿厚、齿槽宽 标准中心距 顶隙 c = m 传动比 29.自由度：在平面运动链中，各构件相对于某一构件所需独立运动的参变量数目，称为运动链的自由度。它取决于运动链中活动构件的数目以及连接各构件的运动副类型和数目。

平面运动链自由度计算公式：F=3n-2PL-PH（1.1）式中：F --- 运动链的自由度n --- 活动构件的数目PL --- 低副的数目.PH --- 高副的数目。

30.机械的自锁：有些机械，就其结果情况分析，只要加上足够大的驱动力，按常理就应该能沿着有效驱动力的作用的方向运动，而实际上由于摩擦的存在，却会出现无论这个驱动力如何增大，也无法使它运动的现象，这种现象称为机械的自锁。

31.静平衡：当转子(回转件)的宽度与直径之比（宽径比）小于0.2时，其所有的质量都可以看作分布在垂直于轴线的同一个平面内。这种转子的不平衡是因为其质心位置不在回转轴线上，且不平衡现象在转子静止时就能显示出来，故称为静不平衡。

其平衡条件是: 不平衡惯性力的矢量和为零，即.或表示为: 消去 得: 其中,叫做质径积它相对地表示了各质量在同一转速下离心惯性力的大小和方向. 静平衡又称为单面平衡。

32.机构具有确定运动的条件：运动链和机构都是由机件和运动副组成的系统，机构要实现预期的运动传递和变换，必须使其运动具有可能性和确定性。由3个构件通过3 个转动副联接而成的系统就没有运动的可能性。五杆系统，若取构件1作为主动件，当给定角度时，构件2、3、4既可以处在实线位置，也可以处在虚线或其他位置，因此，其从动件的位置是不确定的。但如果给定构件1、4的位置参数，则其余构件的位置就都被确定下来。四杆机构，当给定构件1的位置时，其他构件的位置也被相应确定。

填空题 1. 每一个单独制造的单元体为零件；

2．每一个具有相同运动规律的单元体为构件。

3．机构具有确定运动的条件为主动件数目等于机构的自由度。

4．一对标准圆柱齿轮的实际中心距比标准中心距大1%，两齿轮基圆半径的反比不发生变化。5．测得某标准直齿圆柱齿轮的全齿高等于18mm，则模数应为8mm。

6、一平面铰链四杆机构尺寸：机构d=44mm，摇杆c=40mm,连杆b=60mm曲柄a，摇杆c,机架 d相邻.当该机构为曲柄摇杆机构时。求a的变化范围. a+607、一曲柄摇块机构的曲柄为主动件，行程速比系数K=1.65，求摇块的摆角的大小ψ=θ=（K —1）180°/(K+1)=（1.65—1）180°/（1.65+1）=44.15° 8. 在斜齿圆柱齿轮传动中，加大斜齿轮的螺旋角可以增加斜齿轮传动的重合 度 9．一偏置直动平底从动件盘形凸轮机构，平底与从动件运动方向垂直，凸轮为主动件，该机构的压力角=0°。

10. 在曲柄摇杆机构中，为了提高机构的传力性能，应该增大传动角γ。

11. 渐开线直齿圆柱齿轮传动的三个特点:相互作用力在一条直线上满足定传动比中心 距变化不影响传动比. 12、飞轮的主要作用为减少速度波动。

13、汽车实现转向的过程中，是等腰梯形机构实现轮子与地面几乎无滑动的转向。

14.圆盘类零件静平衡的条件为∑F i=0 质点的离心力之矢量和为零 15. 斜齿圆柱齿轮的标准参数在法面上，当量齿数为() 16. 在家用缝纫机中，采用曲柄摇杆机构将脚的往复位置转化为转动。

17.在周转轮系中,若自由度等于1,则该周转轮系又被称为行星轮系. 18、圆锥齿轮的标准参数在大端上 , 当量齿轮数为z/cosδ。

19、直齿圆柱齿轮传动的正确啮合条件是模数相等压力角相等。

20.缝纫机踏板机构,会出现踩不动的现象，这是因为出现死点现象。

21．在齿轮传动中，标准齿轮是指m、α、h*a、c*为标准值且s=e= 的齿轮。

22. 确定凸轮机构棍子半径r g时，滚子半径应该满足r g≤0.8p min条件。

23.在自行车中,采用棘轮机构实现可踩蹬与不踩蹬前行. 24、设计一铰链四杆函数生成或轨迹生成机构时，其其设计变量分别为5; 9 25、对于刚性长转子，长径比大于1.5，则其动平衡的条件为惯性力之和等于0，惯性力矩之 和等于0 26.采用齿条刀具加工正变位直齿圆柱齿轮时，齿条刀具的分度线与轮坯的分度 圆分离，而加工负变位齿轮时刀具的分度线与轮坯的分度圆相交。

27. 增大模数，直齿齿轮传动重合度不变，增多齿数，齿轮传动重合度增加。

=B1B2/P b 28. εα=1.43，其单齿对工作区的长度为0.57p b。

29. 在凸轮机构的从动件常用运动规律中,一次多项式运动规律具有刚性冲击,二次多项式 余弦运动规律具有柔性冲击. 30、当曲柄滑块机构达到极限位置时，滑块的速度v与加速度a的特征为v=0;a≠0。

31、在曲柄滑块机构中，当取连杆为机架时，可以得到摇块机构。

32.等效构件的位移、速度与角速度与机器中某一选定构件的关系为一样/相 同。

33．渐开线标准齿轮圆柱齿轮传动顶隙的作用为储存、释放润滑油，存在制造误差时确保正常安装，升温时有膨胀的空间。

34. 等效构件上的等效力矩由什么原理得到：等效力矩所做的功率与机器中所有外力所做的 功率相同。

35. 等效构件上的等效转动惯量由什么原理得到: 等效转动惯量所具有的动能与机器中所有 构件的动能相同。

36.在重型自卸汽车实现自卸过程中,是曲柄摇块机构实现车厢翻转卸货与复位。选择题 1、槽轮机构的运动系数k（A）k=t d/(2π) k=1/2—1/z A、小于1 B、等于1 C、小于1 D、大于2 2、设计滚子从动件盘形凸轮机构的轮廓曲线时，若将滚子半径加大，那么凸轮轮廓线上的各 点的曲率半径（B）
A、一定变大 B、一定变小 C、不变 D、可能变大也可能变小 3. 钻床夹具夹紧工件以后，在钻削过程中，不论切削阻力有多大，工件都不可 能产生运动，这是因为钻床夹具处于③ ①自锁状态②效率太低③死点位置④钻床夹具本身就不能动 4. 在一个平面六杆机构中，相对瞬心的数目是（B）
A．15 B.10 C.5 D.1 N(N-1)/2-(N-1) 5. 渐开线直齿圆柱齿轮在基圆上的压力角等于 (①) ①0°②15°③20°④25° 6. 在计算平面机构自由度时,如果机构中,两构件两点之间距离………..(老师放速度太快没跟 上…….)….把这两点连接起来,则会带来( D ) A是具体情况而定B局部自由度C复合铰链D虚约束 7、在下面四种平面机构中k=1的是（D A、偏置曲柄摇杆 B、摆动导杆 C、曲柄摇杆 D、正弦机构 8、斜齿圆柱齿轮面的啮合面在（B）
A、切于分度圆柱的平面里 B、切于基圆柱的平面里 C、切于齿根圆柱的平面里 D、切于基圆柱的平面里 9. 在曲柄摇杆机构中，若只增大曲柄的长度，则摇杆的摆角将 C A 不变 B 减小 C 加大 D 加大或不变 10. 在机构设计中，引入局部自由度（滚子）的主要作用是（D）
4、…… B. …… C. …… D.减少运动过程中的磨损 机械原理考试题 一、（10分）单项选择题（从给出的A、B、C、D中选一个答案，每小题1分）
1．由机械原理知识可知，自行车应属于。

A机器B机构C通用零件D专用零件 2．平面运动副按其接触特性，可分成。

A移动副与高副B低副与高副C转动副与高副D转动副与移动副 3．铰链四杆机构的压力角是指在不计摩擦情况下作用与上的力与该力作用点速度间所夹的锐角。A主动件B连架杆C机架D从动件 4．与连杆机构相比，凸轮机构最大的缺点是。

A惯性力难于平衡B点、线接触，易磨损C设计较为复杂D不能实现间歇运动5．盘形凸轮机构的压力角恒等于常数。

A摆动尖顶推杆B直动滚子推杆C摆动平底推杆D摆动滚子推杆 6．对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构的推程压力角超过许用值时，可采用措施来解决。

A增大基圆半径B改变凸轮转向C改用滚子从动件D减小基圆半径 7．齿数z=42，压力角α=20°的渐开线标准直齿外齿轮，其齿根圆基圆 A大于B等于C小于D小于且等于 8．渐开线直齿圆柱齿轮传动的重合度是实际啮合线段与的比值。

A齿距B基圆齿距C齿厚D齿槽宽 9．渐开线标准齿轮是指m、α、h a*、c*均为标准值，且分度圆齿厚齿槽宽的齿轮。

A大于B等于C小于D小于且等于 10．在单向间歇运动机构中，的间歇回转角在较大的范围内可以调节。

A槽轮机构B不完全齿轮机构C棘轮机构D蜗杆凸轮式间歇运动机构 二、（10分）试计算下列运动的自由度数。（若有复合铰链，局部自由度和虚约束，必须明确指出），打箭头的为原动件，判断该运动链是否成为机构。

三、已知一偏置曲柄滑块机构，主动件曲柄AB顺时钟回转，滑块C向左为工作行程，行程速比系数为K=1.1，滑块形成S=40mm，偏距e=10mm。

1．试合理确定其偏置方位，用图解法设计该机构，求曲柄AB、连杆BC，并画出机构草图。

2．试用解析法求其非工作形成时机构的最大压力角αmax。

3．当滑块C为主动件时，画出机构的死点位置。

4．当要求偏置曲柄滑块机构尺寸不变的条件下，试串联一个机构，使输出滑块C的行程有所扩大（不必计算尺寸，用草图画出方案即可）。

四、现需设计一偏心直动滚子从动件盘形凸轮机构，设已知凸轮以等角速度ω1=1rad/s沿逆时钟方向回转，从动件向上为工作行程，从动件的行程为h=35mm，偏距e=10mm，滚子半径r r=5mm，凸轮的推程运动角φ1=120°，回程运动角φ2=120°，近停运动角φ3=120°，推程段的许用压力角[α]=30°。

1．试根据在推程段从动件最大速度V max=200mm/s，位移S=20mm的条件下，确定凸轮的基圆半径r b。

2．合理确定从动件的偏置方位，用草图画出所设计的凸轮机构。

3．画出凸轮从最低位置转过φ=90°时，机构的压力角α及其位移S。

五、（22分）（一）采用标准齿条刀具加工渐开线直齿圆柱齿轮，已知刀具齿形角α=20°，齿距为4πmm，加工时刀具移动速度v=60mm/s，轮坯转动角速度为1rad/s。

1．试求被加工齿轮的参数：模数m、压力角α、齿数z，分度圆直径d，基圆直径d b；

2．如果刀具中心线与齿轮毛坯轴心的距离L=58mm，问这样加工的齿轮是正变位还是负变位齿轮，变位系数是多少？ （二）已知斜 机械原理试卷答案 一、填空及选择（每题1分，共20分）
1．零件、构件、原动件-------------------------------------------------------------------3分 2．摇杆连杆从动曲柄----------------------------------------------------------------3分3．模数相等，压力角相等----------------------------------------------------------------1分4．Z / cosδ-----------------------------------------------------------------------------------1分5．蜗杆蜗轮皆可----------------------------------------------------------------------------1分6．摩擦角摩擦圆------------------------------------------------------------------------2分7．一定一定不一定一定----------------------------------------------------------1分8．飞轮调速器----------------------------------------------------------------------------2分9．曲柄滑块齿轮齿条----------------------------------------------------------------2分二、解：------------------------------------------------------------------------------------------5分 F=3×7－2×10－0＝1 三、解：------------------------------------------------------------------------------------------8分 AB＋BC＝AC2＝42.5 BC－AB＝AC1＝20.5, ∴AB =11, BC =31.5 四、解-------------------------------------------------------------10分 1）它是滚子从动件盘形凸轮机构------------------------------2分 2）如图所示------------------------------------------------2分 3）如图所示------------------------------------------------2分 4）如图所示------------------------------------------------2分 5）如图所示------------------------------------------------2分 五、解-------------------------------------------------------------15分 1）i12 = z2 /z1 =2 z1 =14 2）r 1 =1/2 mz 1 =21mm r 2 =1/2 mz 2 =42mm 3）cos α’=a/a’cos α=63/65 cos20 r’1=65/63r 1 r’2=65/63r 2 4）采用正传动 5）S 1=m(π/2+2x 1tg α) 六、解-------------------------------------------------------------------------------------------10分 区分轮系----------------------------------------------------5分 行星轮系H K ------541321＇ 分别计算----------------------------------------------------5分 在K ---321中 20 60 233113-=-=--= z z n n n n i k k K 在H ---541＇ 中 30 60 5＇＇1515＇1-=-=--= z z n n n n i H H K 21 1== H H n n i 七、如图所示------------------------------------------------------------------------------------8分 八、解--------------------------------------------------------------------------------------------9分 W d =0.5×π/6 ×300+π/6×300+0.5×2π/3 ×300=175π [W] =1/2W d =87.5π J F =900[W]/δπ2n 2 =6.966 九、解--------------------------------------------------------------------------------------------15分 AB B B r B B k B B B B n B B AB B B B B B l a a b k k b b b b b BD BD A B B C C B a a a a a V l V b b pb pb B D AB BC V V V 21233 2233＇＇32 32323332323 223 2323＇＇＇ ＇＇＇＇＇//0 0//ωππωωωτ==⊥→⊥→++=+====⊥⊥+=ρ ρρρρρρρ ρρρ 机械原理（课程名）期末考试试卷(A 卷) （闭卷）
一、填空选择题（共18分）
1、(2分)对于绕固定轴回转的构件，可以采用 的方法使构件上所有质量的惯性力形成平衡力系，达到回转构件的平衡。

2、(2分)渐开线圆锥齿轮的齿廓曲线是 ，设计时用 上的渐开线来近似地代替它。

3、(2分)斜齿圆柱齿轮的重合度将随着 和 的增大而增大。

4、（4分）在图示a 、b 、c 三根曲轴中，已知44332211r m r m r m r m ===，并作轴向等间隔布置，且都在曲轴的同一含轴平面内，则其中 轴已达静平衡， 轴已达动平衡。

5、（2分）反 行 程 自 锁 的 机 构， 其正 行 程 效 率 ， 反 行 程 效 率 。

A) η＞;1 B) η=1; C) 01＜＜;η D) η≤0; 6、 (3分)图 示 轴 颈1 在 驱 动 力 矩d M 作 用 下 等 速 运 转，Q ρ 为 载 荷， 图 中 半 径 为ρ的 细 线 圆 为 摩 擦 圆，则 轴 承2作 用 到 轴 颈1 上 的 全 反 力21R ρ 应 是 图 中 所 示 的 作 用 线。

1) A ；

2) B ；

3) C ；

4) D ；

5) E 7、(3分)下图两对蜗杆传动中，a 图蜗轮的转向为 。b 图蜗杆的螺旋方向为 。

(请将所有答案写在答题纸上) 二、（10分）试求图示机构的自由度，进行高副低代和结构分析，并判别机构级别。

三、（10分）图示为一铰链四杆机构的运动简图、速度多边形和加速度多边形。要求：
(1)根据两个矢量多边形所示的矢量关系，标出多边形各杆所代表的矢量，并列出相应的矢量方程；

(2)求出构件2上速度为零的点以及加速度为零的点。

四、（12分）在图示铰链四杆机构中，已知各构件的长度25=AB l mm ，55=BC l mm ，40=CD l mm ，50=AD l mm 。

（1）问该机构是否有曲柄，如有，指明哪个构件是曲柄；

（2）该机构是否有摇杆，如有，用作图法求出摇杆的摆角范围；

（3）以AB 杆为主动件时，该机构有无急回性？用作图法求出其极位夹角θ，并计算行程速度变化系数K ；

（4）以AB 杆为主动件，确定机构的m ax α和min γ。

五、（10分）如图所示，用一个偏心圆盘作凸轮，绕A 轴转动，该圆盘的几何中心在O 点。

（1）为减小从动件在推程中的压力角，试确定凸轮的合理转向；

（2）该图是按比例画出的，试在该图上确定凸轮从图示位置转过90ο 时的机构压力角α，并注明构成α角的两矢量（如v 、F n 或n-等）的物理含义，并标出从动件位移量s 。

六、（16分）在图示行星轮系中,已知：461=z ,142=z ,143=z ,444=z 各轮的模数m =4mm ，行星轮轴线与中心轮轴线之间的距离=120mm 。试求：
(1)指出1、2轮的传动类型，并说明理由；

(2)按不发生根切的条件定出1x ,2x 的大小；

(3)计算1、2两轮的齿顶圆半径1a r ,2a r ；

(4)指出3、4两轮的传动类型，并说明理由。

七、（12分）图示为卷扬机传动机构简图，已知各轮齿数：
z z z z 123318193935====,,,,＇z 4130=,z z z 456183078＇,,,===试计算确定：
（1）传动比i 16=？ （2）当n 1500 = r/min 时，n 6=?,并确定转动方向。

（3）由于工作需要从轴5输出运动，试确定n 5=?,并确定转动方向。

八、（12分）一机器作稳定运动，其中一个运动循环中的等效阻力矩r M 与等效驱动力矩M d 的变化线如图示。机器的等效转动惯量J =1kg ?m 2，在运动循环开始时，等效构件的角速度ω0=20rad/s ，试求：
(1)等效驱动力矩M d ；

(2)等效构件的最大、最小角速度max ω与min ω；
并指出其出现的位置；
确定运转速度不均匀系数；

(3)最大盈亏功max W ?; (4)若运转速度不均匀系数0.1= δ，则应在等效构件上加多大转动惯量的飞轮？ 机械原理试卷（B）
一、填空题（8分）（将正确的答案填在题中横线上方空格处）。

1、(4分)凸轮机构中的从动件速度随凸轮转角变化的线图如图所示。在凸轮转角 处存在刚性冲击，在处，存在柔性冲击。

2、(4分)在下图两对蜗杆传动中，a图蜗轮的转向为。b图蜗杆的螺旋方向为 。

二、是非题（用“Y”表示正确，“N”表示错误填在题末的括号中）。(每小题2分, 共6分) 1、用齿轮滚刀加工一个渐开线直齿圆柱标准齿轮，如不发生根切则改用齿轮插刀加工该 标准齿轮时，也必定不会发生根切。- - - - - - - - -( ) 2、 机 器 稳 定 运 转 的 含 义 是 指 原 动 件(机 器 主 轴) 作 等 速 转 动。- - - - - - - - - - - - - （ ）
3、经 过 动 平 衡 校 正 的 刚 性 转 子 ， 任 一 回 转面 内 仍 可 能 存 在 偏 心 质 量 。

- - - - ( ) 三、试求以下各题 。(本大题共2小题，总计30分) 1、(本小题15分)如 图 所 示 为 一 对 外 啮 合 渐 开 线 直 齿 圆 柱 齿 轮 传 动， ω1、ω2分 别 为 主 动 轮1 和 从 动 轮2的 角 速 度，r b 1、r b 2为 两 轮 的 基 圆 半 径；
r a 1、r a 2为 两 轮 的 顶 圆 半 径，r 1＇、r 2＇为 两 轮 的 节 圆 半 径。

试 在 图 中 标 出 理 论 啮 合 线N N 12、 实 际 啮 合 线B B 12; 啮 合 角α＇和 齿 廓 在 顶 圆 上 的 压 力 角αa 1、αa 2。

2、(本小题15分)图示一行星轮系起吊装置。给定各轮的传动比为i 144=，i 12 =-2， i 1580=，l H =004.m ，各轮质心均在相对转动轴线上，J 1 =J 2 =0.001 kg ?m 2,J 4 =0.016kg m 2?, J 5 =1.6 kg m 2?，m 33=kg ，重物W=100 N ，鼓轮半径R =0.1 m ，试求：
(1)以轮1为等效构件时的等效转动惯量；

(2)使重物等速上升，在轮1上应施加多大的力矩 M d ? (计算中不计摩擦) (3)所加力矩的方向如何？ 四、(16分 )在图示铰链四杆机构中，已知最短杆a=100 mm，最长杆b=300 mm，c=200 mm。

（1）若此机构为曲柄摇杆机构，试求d的取值范围；

（2）若以a为原动件，当d=250 mm时，用作图法求该机构的最小传动角γmin的大小。

五、计算题（列出计算公式，计算出题目所要求解的有关参数）。

( 本大题20分 ) 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R=40mm，凸轮绕轴心线O逆时针方向转动，l OA=25mm，滚子半径r r=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r r=15 mm，从动件的运动规律有无变化？为什么？ 六、计 算 题 （列 出 计 算 公 式 ， 计 算 出 题 目 所 要 求 解 的 有 关 参 数 ）。

( 本 大 题20分 ) 图 示 轮 系 中， 已 知 各 轮 齿 数 分 别 为 z z z z 123430 6015040====￡,,,, z 550=， z 675=， z 715=，z z z n 37811801501800＇＇,,/min ==== r 。

试 求 轮7 的 转 速 n 7及 其 转 向。

一、填空题 1、 传动角越大，则机构传力性能越 好 。

2、 外啮合平行轴斜齿轮的正确啮合条件为：
212121n n n n m m ααββ==-=，， 。

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、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 ＇ ,0 ,4 ,3= = = =F p p n h l ；
所以该机构自由度为：
1 4 2 3 3 ＇ ) 2( 3 = - + ? - ? = - + - = ）
（ F p p n F h l 3、试求机构在图示位置的全部瞬心。（5分）
1 ? 见图该机构有构件数n=4；
所以瞬心数为：
62 3 424=?= C （1）P 12、P 23 、P 34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P 14 在垂直导路的无穷远处。

（3）求P 13？构件1、3非直接接触，采用三心定理。

● P 13在构件1、2、3形成的三个瞬心构成的 直线上，即直线AB 上 ● P 13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P 13在直线AB 与直线c ’c ’’的交点处， 当AB 垂直BC 时，AB//c ’c ’’，此时，P 13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。

● P 24在构件1、2、4形成的三个瞬心构成的直线上，即直线AB 上 ● P 24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P 24在直线AB 与直线BC 的交点处，即B 点。

5、 图示的轮系中，已知各轮齿数为32,64,36＇,34,3243221=====z z z z z ， 24,1765==z z 。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：
9 17 36326434＇21323113-=??-=-=--= z z z z n n n n i H H H （1）
定轴轮系部分：
3 4 243256454664==== z z z z n n i （2）
由图中可知：
H n n =4 （3）
由式1、2、3式联立可得：
m in /303r n =（方向同1、6）
A P 12 B C P 34 P 24 P 23 1 2 3 1 4 P 14 ∞ c’ c＇’ 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?=+-??=+-??=361 5.1) 15.1(1801)1(180K K θ 作图步骤：
1）
作mm h C C 6021== 2）
作?=?-?=-?=∠=∠543690902112θC OC C OC 3）
以交点O 为圆心，过C1、C2作圆。则曲柄的轴心A 应在圆弧21AC C 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 mm AC AC a 62.252 02 .3126.82221=-=-= mm AC AC b 64.56202.3126.82221=+=+= 6）作机构AB ’C ’位置，图中量得?=27min γ 试题2 1、 压力角越大，则机构传力性能越 差 。

2、 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）
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）
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mm m 10=，中心距mm a 350=，传动比5/912=i ，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：5 9 1212== z z i mm z z z z m a 350)(2 10 )(22121=+=+= 得：45;2521==z z b) 两轮的分度圆直径：
mm mz d 250251011=?== mm mz d 450451022=?== 齿顶圆直径：
mm m h z d a a 27010)1225()2(* 11=??+=+= mm m h z d a a 47010)1245()2(*22=??+=+= 齿根圆直径：
mm m c h z d a f 22510)25.021225()22(** 11=??-?-=--= mm m c h z d a f 42510)25.021245()22(**22=??-?-=--= 齿厚：
mm m S 7.152 102=== π π 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）
图3-1 b) 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 20,50,40,60,2536421======z z z z z z （右旋），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：
8 5 4040502004635226263-=??-=-=--= z z z z n n n i （1）
定轴轮系部分：
302 60 122112==== z z n n i （2）
由式1、2与已知参数联立可得：
m in /75.486r n =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?=+-??=+-??= 161 2.1) 12.1(1801)1(180K K θ 2）量得AC 1=34mm ；
AC 2=82mm 3）曲柄长：mm AC AC l 242 34 822121=-=-= 连杆长度：mm AC AC l 58234 822122=+=+= 中南大学现代远程教育课程考试复习题及参考答案 机械原理 一、填空题：
1.机构具有确定运动的条件是机构的自由度数等于。

2.同一构件上各点的速度多边形必于对应点位置组成的多边形。

3.在转子平衡问题中，偏心质量产生的惯性力可以用相对地表示。

4.机械系统的等效力学模型是具有，其上作用有的等效构件。

5.无急回运动的曲柄摇杆机构，极位夹角等于，行程速比系数等于。

6.平面连杆机构中，同一位置的传动角与压力角之和等于。

7.一个曲柄摇杆机构，极位夹角等于36o，则行程速比系数等于。

8.为减小凸轮机构的压力角，应该凸轮的基圆半径。

9.凸轮推杆按等加速等减速规律运动时，在运动阶段的前半程作运动，后半程 作运动。

10.增大模数，齿轮传动的重合度；
增多齿数，齿轮传动的重合度。

11.平行轴齿轮传动中，外啮合的两齿轮转向相，内啮合的两齿轮转向相。

12.轮系运转时，如果各齿轮轴线的位置相对于机架都不改变，这种轮系是轮系。

13.三个彼此作平面运动的构件共有个速度瞬心，且位于。

14.铰链四杆机构中传动角 为，传动效率最大。

15.连杆是不直接和相联的构件；
平面连杆机构中的运动副均为。

16.偏心轮机构是通过由铰链四杆机构演化而来的。

17.机械发生自锁时，其机械效率。

18.刚性转子的动平衡的条件是。

19.曲柄摇杆机构中的最小传动角出现在与两次共线的位置时。

20.具有急回特性的曲杆摇杆机构行程速比系数k 1。

21.四杆机构的压力角和传动角互为，压力角越大，其传力性能越。

22.一个齿数为Z，分度圆螺旋角为 的斜齿圆柱齿轮，其当量齿数为。

23.设计蜗杆传动时蜗杆的分度圆直径必须取值，且与其相匹配。

24.差动轮系是机构自由度等于的周转轮系。

25.平面低副具有个约束，个自由度。

26.两构件组成移动副，则它们的瞬心位置在。

27.机械的效率公式为，当机械发生自锁时其效率为。

28.标准直齿轮经过正变位后模数，齿厚。

29.曲柄摇杆机构出现死点，是以作主动件，此时机构的角等于零。

30.为减小凸轮机构的压力角，可采取的措施有和。

31.在曲柄摇杆机构中，如果将杆作为机架，则与机架相连的两杆都可以作____ 运动， 即得到双曲柄机构。

32.凸轮从动件作等速运动时在行程始末有性冲击；
当其作运动时，从动件没有冲击。

33.标准齿轮圆上的压力角为标准值，其大小等于。

34.标准直齿轮经过正变位后齿距，齿根圆。

35.交错角为90的蜗轮蜗杆传动的正确啮合条件是、、。

36.具有一个自由度的周转轮系称为轮系，具有两个自由度的周转轮系称为 ________________轮系。

二、简答题：
1．图示铰链四杆机构中，已知l AB=55mm，l BC=40mm，l CD=50mm，l AD=25mm。试分析以哪个构件为机架可得到曲柄摇杆机构？（画图说明）
2．判定机械自锁的条件有哪些？ 3．转子静平衡和动平衡的力学条件有什么异同？ 4．飞轮是如何调节周期性速度波动的？ 5．造成转子不平衡的原因是什么？平衡的目的又是什么？ 6．凸轮实际工作廓线为什么会出现变尖现象？设计中如何避免？ 7．渐开线齿廓啮合的特点是什么？ 8．何谓基本杆组？机构的组成原理是什么？ 9．速度瞬心法一般用在什么场合？能否利用它进行加速度分析？ 10．移动副中总反力的方位如何确定？ 11．什么是机械的自锁？移动副和转动副自锁的条件分别是什么？ 12．凸轮轮廓曲线设计的基本原理是什么？如何选择推杆滚子的半径？ 13．什么是齿轮的节圆？标准直齿轮在什么情况下其节圆与分度圆重合？ 14．什么是周转轮系？什么是周转轮系的转化轮系？ 15．什么是传动角？它的大小对机构的传力性能有何影响？铰链四杆机构的最小传动角在什么位置？ 16．机构运动分析当中的加速度多边形具有哪些特点？ 17．造成转子动不平衡的原因是什么？如何平衡？ 18．渐开线具有的特性有哪些？ 19．凸轮机构从动件的运动一般分为哪几个阶段？什么是推程运动角？ 20．什么是重合度？其物理意义是什么？增加齿轮的模数对提高重合度有无好处？ 21．什么是标准中心距？一对标准齿轮的实际中心距大于标准中心距时，其传动比和啮合角分别有无变化？ 三、计算与作图题：
1.计算图示机构的自由度，要求指出可能存在的复合铰链、局部自由度和虚约束。

2．求图示机构的全部瞬心和构件1、3的角速度比。

3．用图解法设计一曲柄滑块机构。已知滑块的行程速比系数K=1.4，滑块的行程H=60mm。导路偏距e=20mm,求曲柄长度l AB和连杆长度l BC。

4．已知曲柄摇杆机构的行程速比系数K＝1.25，摇杆长l CD=40mm，摇杆摆角Ψ=60o,机架长l AD=55mm。作图设计此曲柄摇杆机构，求连杆和曲柄的长度。

5．一对外啮合标准直齿圆柱齿轮传动，已知齿数Z1＝24，Z2＝64，模数m＝6mm，安装的实际中心距a’＝265mm。试求两轮的啮合角a’，节圆半径r1’和r2’。

6．已知轮系中各齿轮齿数Z1=20，Z2=40，Z2’= Z3=20，Z4=60，n1=800r/min，求系杆转速n H的大小和方向。

7.计算图示机构的自由度，要求指出可能存在的复合铰链、局部自由度和虚约束。

8．取一机器的主轴为等效构件，已知主轴平均转速n m =1000r/min ，在一个稳定运动循环（2π）中的等效阻力矩Mer 如图所示，等效驱动力矩Med 为常数。若不计机器中各构件的转动惯量，试求：当主轴运转不均匀系数δ＝0.05时，应在主轴上加装的飞轮的转动惯量J F 。

2/34/32 O Me(Nm)300 Mer 9．设计一铰链四杆机构，已知摇杆长度为40mm ，摆角为40度，行程速比系数K 为1.4，机架长度为连杆长度与曲柄长度之差，用作图法求各个杆件的长度。

10．设计如题图所示铰链四杆机构，已知其摇杆CD 的长度l CD ＝75mm ，行程速度变化系数k ＝1.5，机架AD 的长度l AD ＝100 mm ，摇杆的一个极限位置与机架的夹角φ＝45°，用作图法求曲柄的长度l AB 和连杆的长度l BC 。

11．一正常齿制标准直齿轮m =4, z=30, α=20。

，计算其分度圆直径、基圆直径、齿距、齿顶圆直径及齿 顶圆上的压力角。

12．如图，已知z1=6，z2=z2, =25，z3=57，z4=56，求i14？ 13.计算图示机构的自由度，要求指出可能存在的复合铰链、局部自由度和虚约束。

A F B C D E F 14．如图F为作用在推杆2上的外力，试确定凸轮1及机架3作用给推杆2的总反力R12及R32的方位（不计重力和惯性力，虚线小圆为摩擦圆）。

15．请在图中画出一个死点位置、最小传动角的位置以及图示位置的压力角。

16．已知机构行程速度变化系数k ＝1.25，摇杆长度l CD ＝400mm, 摆角Ψ＝30°，机架处于水平位置。试用图解法设计确定曲柄摇杆机构其他杆件的长度。

17．已知一对标准安装的外啮合标准直齿圆柱齿轮的中心距a=196mm ，传动比i=3.48，小齿轮齿数Z 1=25。确定这对齿轮的模数m ；
分度圆直径d 1、d 2；
齿顶圆直径da 1、da 2；
齿根圆直径d f1、d f2。（10分）
18．在图示复合轮系中，已知各齿轮的齿数如括弧内所示。求传动比H i 1。

参考答案 一、1．原动件数目 2．相似于 3．质径积 4．等效转动惯量，等效力矩 5．0，1 6．90 7．1.5 8．增大 9．等加速；
等减速 10．不变；
增大 11．相反；
相同 12．定轴 13．3；
一条直线上 14．900 15．机架；
低副 16．扩大转动副半径 17．小于等于0 18．偏心质量产生的惯性力和惯性力矩矢量和为0 19．曲柄；
机架 20．大于 21．余角；
差 22．z/cos3β 23．标准值；
模数 24．2 25．2；
1 26．垂直移动路线的无穷远处 27．η=输出功/输入功=理想驱动力/实际驱动力；
小于等于0 28．不变；
增加 29．摇杆；
传动角 30．增加基圆半径；
推杆合理偏置 31．最短；
整周回转 32．刚性；
五次多项式或正弦加速度运动 33．分度圆；
200 34．不变；
增加 35．m t2=m x1=m；
αt2=αx1=α；
γ1=β2 36．行星；
差动 二、1．作图（略）最短杆邻边AB和CD。

2．1)驱动力位于摩擦锥或摩擦圆内；

2）机械效率小于或等于0 3）工作阻力小于或等于0 3．静平衡：偏心质量产生的惯性力平衡 动平衡：偏心质量产生的惯性力和惯性力矩同时平衡 4．飞轮实质是一个能量储存器。当机械出现盈功速度上升时，飞轮轴的角速度只作微小上升，它将多余的能量储存起来；
当机械出现亏功速度下降时，它将能量释放出来，飞轮轴的角速度只作微小下降。

5．原因：转子质心与其回转中心存在偏距；

平衡目的：使构件的不平衡惯性力和惯性力矩平衡以消除或减小其不良影响。6．变尖原因：滚子半径与凸轮理论轮廓的曲率半径相等，使实际轮廓的曲率半径为0。避免措施：在满足滚子强度条件下，减小其半径的大小。

7．1）定传动比2）可分性3）轮齿的正压力方向不变。

8．基本杆组：不能拆分的最简单的自由度为0的构件组。机构组成原理：任何机构都可看成是有若干基本杆组依次连接于原动件和机架上而构成的。

9．简单机构的速度分析；
不能。

10．1）总反力与法向反力偏斜一摩擦角2）总反力的偏斜方向与相对运动方向相反。11．自锁：无论驱动力多大，机构都不能运动的现象。移动副自锁的条件是：驱动力作用在摩擦锥里；
转动副自锁的条件是：驱动力作用在摩擦圆内。

12．1）反转法原理 2）在满足强度条件下，保证凸轮实际轮廓曲线不出现尖点和“失真”，即小于凸轮理论轮廓的最小曲率半径。

13．经过节点、分别以两啮合齿轮回转中心为圆心的两个相切圆称为节圆。当两标准齿轮按标准中心距安装时其节圆与分度圆重合。

14．至少有一个齿轮的轴线的位置不固定，而绕其他固定轴线回转的轮系称为周转轮系。在周转轮系中加上公共角速度-ωH后，行星架相对静止，此时周转轮系转化成定轴轮系，这个假想的定轴轮系称为原周转轮系的转化轮系。

15．压力角的余角为传动角，传动角越大，机构传力性能越好。最小传动角出现在曲柄和机架共线的位置。

16．1）极点p‘的加速度为0 2）由极点向外放射的矢量代表绝对加速度，而连接两绝对加速度矢端的矢量代表该两点的相对加速度。

3）加速度多边形相似于同名点在构件上组成的多边形。

17．转子的偏心质量产生的惯性力和惯性力偶矩不平衡；
平衡方法：增加或减小配重使转子偏心质量产生的惯性力和惯性力偶矩同时得以平衡。

18．1）发生线BK的长度等于基圆上被滚过的圆弧的长度2）渐开线任一点的法线恒与其基圆相切3）发生线与基圆的切点是渐开线的曲率中心4）渐开线的形状取决于基圆的大小5）基圆内无渐开线。

19．推程、远休止、回程、近休止；
从动件推杆在推程运动阶段，凸轮转过的角度称为推程运动角。

20．实际啮合线段与轮齿法向齿距之比为重合度，它反映了一对齿轮同时啮合的平均齿数对的多少。增加模数对提高重合度没有好处。

21．一对标准齿轮安装时它们的分度圆相切即各自分度圆与节圆重合时的中心距为标准中心距。当实际中心距大于标准中心距时，传动比不变，啮合角增大。

三、计算与作图题：
1、F=3*7-2*12-1=1 2、ω1/ω3=P13P34/P13P14=4 4 1 3 2 P12 P14 P34 P23 P13 P24 3、θ=180*（k-1）/(k+1)=30° 按题意作C1C2=H,作∠OC1C2=∠OC2C1=90-θ=60°交O点，作以O圆心的圆如图，再作偏距直线交于A点。

AC1=b-a AC2=b+a 由此得曲柄a和连杆b的长度。

4．θ=180*（k-1）/(k+1)=2 0° 1)按已知条件作DC1、DC2；

2)作直角三角形及其外接圆如图；

3）以D为圆心，55mm为半径作圆交于A点。

AC1=b-a AC2=b+a 5．a=0.5m(z1+z2)=264 α’=arcos(264*cos20°/265)=20.6° r b1=0.5m*z1cos20°=67.66 r b2=0.5m*z2cos20°=180.42 r’1=r b1/cosα’=72.3 r’2=r b2/cosα’=192.756 6. 齿轮1、2是一对内啮合传动：n1/n2=z2/z1=2 齿轮2‘-3-4组成一周转轮系，有：
(n’2-n H)/(n4-n H)=-z4/z’2=-3 又因为 n2=n’2 n4=0 解得：n H=100 r/min 方向与n1相同。

7．F=3*6-2*8-1=1 8．M d=(300*4π/3*1/2)/2π=100Nm △ W max=89π(用能量指示图确定) J F=900△ W max/π2n2δ=0.51 9．θ=180*（k-1）/(k+1)=30° 如图，按题意作出D,C1,C2，作直角三角形外接圆；
作C1D的垂直平分线，它与圆的交点即A点。连接AC1、AC2。

AC1=b-a AC2=b+a 10．按题意作图，θ=180*（k-1）/(k+1)=36° AC1 11．d=mz=120 d b=dcos200=112.76 P=mπ=12.56 d a=(z+2)m=128 cosαa=d b/d a=0.881 αa=28.24? 12．齿轮1-2-3组成一周转轮系，有：(n1-n H)/(n3-n H)= - z3/z1= - 57/6 齿轮1-2-2‘-4组成另一周转轮系，有：
(n1-n H)/(n4-n H)= - z2z4/z1z’2= - 56/6=-28/3 从图中得：
n3=0 联立求解得：i14=n1/n4= - 588 13．F=3*7-2*10=1 14．作图：
F12? F32 15．作图：AB处于垂直位置时存在最小传动角。AB1C1为死点位置。压力角如图。

16．θ=180*（k-1）/(k+1)=20° 作图，AC1=b-a AC2=b+a 由此得曲柄a和连杆b的长度。AD为机架的长度。

17．z 2=iz1=87 m=196/[0.5(25+87)]=3.5 d1=mz1=87.5 d2=mz2=304.5 d a1=m(z1+2)=94.5 d a2=m(z2+2)=311.5 d f1=m(z1-2.5)=78.75 d f2=m(z2-2.5)=295.75 18．齿轮1‘-4-5组成一周转轮系，有：(n’1-n H)/(n5-n H)=-z5/z’1=-12/5 齿轮1-2-3组成一周转轮系，有：(n1-n k)/n3-n k)=-z3/z1=-7/3 由图得：n1=n’1 n3=0 n k=n5 联立求解得：i1H=85/43