题目部分,(卷面共有 99 题,999.0 分,各大题标有题量和总分) 一、填空题(5 小题,共 9.0 分) 1. (1.5 分)速度瞬心的概念是: ; 绝对速度瞬心与相对速度瞬心的相同点是: 不同点是: 2.(1 分)如果一个机构由 K 个构件组成,则瞬心总数为; 。 3.(2 分)当两构件组成转动副时,速度瞬心的位置在 ;当两构件组成移动 副时,速度瞬心的位置在 ;两构件组成滑动兼滚动的高副时,速度瞬心的 位置在 ;特殊情况下,两构件组成纯滚动的高副时,瞬心的 位置在 。 4.(2 分)三心定理的内容是: 。 5.(2 分)速度影像原理只能应用于 ;而不能应用于 。 二、问答题(36 小题,共 212.0 分) 1.(10 分)试 列 举 出 五 种 能 将 连 续 回 转 运 动 转 换 为 直 线 运 动 的 机 构 , 要 求 画 出 机 构 示 意 图 , 写 上 机 构 名 称 。 2.(10 分)转动轴线互相平行的两构件中,主动件作匀速转运,从动件作往复摆动,若要求 主动 件每转动一周,从动 件往复摆动一次,试: (1)确定采用什么机构(至少确定两种机构) ; (2)画出其简图; (3)简单说明设计该机构尺寸时应注意哪些问题。 3.(5 分)要齿轮传动匀速、连续、平稳的进行,必须满足哪些条件? 4.(10 分)何谓齿轮的模数?为什么要规定模数的标准值?在直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮、 圆锥齿轮以及蜗杆蜗轮上,何处的模数为标准值? 5. (5 分)渐开线齿轮的基本参数有哪些?其中哪些是有标准的?为什么说这些参数是基本参 数? 6.(6 分)渐开线的形状因何而异?一对啮合的渐开线齿轮,若其齿数不同,其齿廓渐开线形 状是否相同?又如有两个齿轮,其分度圆及压力角相同,但模数不同,试问其齿廓的渐开线 形状是否相同?又若两个齿轮的模数和齿数均相同, 但压力角不同, 其齿廓渐开线形状是否 相同? 7.(6 分)何谓标准齿轮?何谓标准中心距?一对标准齿轮的实际中心距 a? 略大于标准中心 距 a 时, 其传动比有无变化?仍能继续正确啮合吗?其顶隙、齿侧间隙和重合度有何变化? 8. (5 分)重合度的物理意义是什么?影响重合度的主要参数有哪些?增大齿轮的模数对提高 重合度有无好处? 9. (6 分)何谓齿廓的根切现象?在什么情况下会产生根切现象?是否基圆半径愈小就愈容易 产生根切?齿廓的根切有什么危害?要切与被切齿轮的齿数有什么关系?如何避免根切? 10.(7 分)何谓变位齿轮?为什么要对齿轮进行变位修正?齿轮变位修正后哪些尺寸改变 了?哪些尺寸没有改变? 11.(8 分)斜齿轮传动和直齿轮传动相比有什么特点和优缺点?为什么斜齿轮的模数和压力 角有法面和端面之分?为什么要取法面参数为标准值? 12.(6 分)斜齿轮的螺旋角 ? 对传动有什么影响?它的常用范围是多少?为什么要作这样的 限制? 13.(6 分)何谓斜齿轮的当量齿轮和圆锥齿轮的当量齿轮?提出当量齿轮的意义何在? 14.(6 分)为什么要规定蜗杆分度圆直径的标准系列?为什么蜗杆的分度圆直径 d1 ? mz1 ? 而蜗轮的分度圆直径却为 d2 ? mz2 ,为什么蜗杆传动的传动比 i2 ? d2 / d1 ? 15.(6 分)在凸轮机构设计中有哪几种常用的推杆运动规律?各有什么特点及优缺点?在选 择推杆的运动规律时,主要应考虑哪些因素? 16.(4 分)哪几种推杆运动规律有刚性冲击?哪几种推杆运动规律有柔性冲击? 17.(6 分)何谓凸轮机构的变尖现象和失真现象?它对凸轮机构的工作有何影响?如何加以 避免? 18.(6 分)何谓凸轮机构的压力角?压力角的大小在凸轮机构的设计中有何重要意义? 19.(4 分)平底推杆凸轮机构的压力角为多少?是否恒为零?这种凸轮机构是否也存在自锁 问题?为什么? 20.(4 分)从受力的观点考虑,直动推杆的导轨长度 l 和悬臂尺寸 b 是大一些好,还是小一 些好? 21.(6 分)何谓周期性速度波动和非周期性速度波动产生生周期性速度波动和非周期性速度 波动的原因是什么?为什么要加以调节?各可用什么办法来加以调节? 22.(6 分)何谓机器运转的“平均转速”和运转速度“不均匀系数”?[ ? ]是否选得越小越 好? 23.(5 分)机器安装了飞轮以后能否得到绝对匀速运转?飞轮能否用来调节非周期性速度波 动? 欲减小机器的周期性速度波动, 转动惯量相同的飞轮应安装在机器的高速轴上还是安装在低 速轴上? 24.(5 分)飞轮设计的基本问题是什么?如何确定最大盈亏功? 25.(5 分)为什么要对回转构件进行平衡? 26.(7 分)何谓动平衡?何谓静平衡?它们各需要满足什么条件?哪一类构件只需要进行静 平衡? 哪一类构件必须进行动平衡? 27.(5 分)要求进行动平衡的回转构件,如果只进行静平衡,是否一定能减轻偏听偏心质量 造成的不良影响? 28.(5 分)经过平衡以后的回转构件,当其运转速度发生波动时是否仍有动载荷产生? 29.(6 分)在工程上为什么要规定许用不平衡量?为什么说完全的绝对平衡是不可能的,也 是不必要的? 30.(4 分)对于作往复移动或平面运动的构件,能否在构件本身将其惯性力平衡? 31.(5 分)平面四杆机构的基本型式是什么?它有哪些演化型式? 32.(5 分)何谓曲柄?四杆机构具有曲柄的条件是什么?曲柄是否就是最短杆? 33.(6 分)何谓行程速比系数?何谓急回特性?何谓极位夹角?三者之间的关系如何? 34.(6 分)何谓连杆机构的压力角和转动角?研究传动角有何意义?在连杆机构设计中对传 动角有何限制?在曲柄摇杆机构中,最小传动角出现在什么位置? 35.(5 分)在曲柄摇杆机构中,死点和极位实际上是同一个位置,那么为什么有时叫它死点, 有时又叫它极位,它们的区别在什么地方? 36.(5 分)死点与自锁有什么区别?说明死点的危害及其克服方法,以及死点在机械工程中 的应用情况。 三、图解题(13 小题,共 225.0 分) ? h ? 500? mm, ? ?1 ? 10? rad/s, 构 件 3 的 重 量 1 . (15 分 ) 在 图 示 机 构 中 , 已 知 ?1 ? 60? , Q 3 ? 10 N, N ,其余构件的重量和惯性力不计,试: 生产阻力 Pr ? 100? (1)写出速度和加速度向量方程式,作速度和加速度多边形图,确定在图示位置 时构件 3 的 速度和加速度的大小及方向; (2)计算构件 3 的惯性力 PI3 ,并在构件 3 上标明方向; (3)计算作用在构件 3 上的力 P r、 Q 3 , PI3 等效到构件 1 上的等效力矩 M,并标明其方向。 r /s, ?1 ? 45 , 2.(15 分)图示正切机构中,已知 x ? 50 mm, l AD ? 100 mm, ?1 ? 10 rad ? 构件 N (重力 3 的质量 m 3 ? 10 kg,其它构件质量忽略不计。作用在 D 点的驱动力 Fd ? 10? 2 加速度 g ? 10 m /s ),试: (1)用相对运动图解法求 C 点的速度 vC 和加速度 aC ; (2)计算构件 3 的惯性力 PI3 ,并求作用在 C 点的阻力 F r 。 3 . (15 分 ) 已知平底从动件凸轮机构,其中 S 1 为凸轮的质心, R ? 100 mm , O 1O ? R, O 1S1 ? R 2 ,构件 1 的质量 m 1 ? 10 kg,构件 2 的质量 m 2 ? 1 kg。构件 1 的角速度 ? 1 ? 10 ? rad/s,且为常数,转向如图示。加在构件 2 上的载荷 F2 ? 100 N ,试在图示位置 ?1 ? 30? 时, 求: (1)高副低代后的机构简图; (2)从动件 2 的速度和加速度(用相对运动图解法) ; (3)求作用在凸轮 1 上的平衡力矩。 (忽略重力作用,但需考虑构件的惯性力。 ) 4.(20 分)在图示六杆机构中,构件 2 和构件 4 形成移动副,同时也与构件 3 形成移动副。 原动件 1 以等角速度 ?1 转动,在图示位置时 B 点的速度 v B ,加速度 a B 如图所示 (速度、加速 度比例尺分别为 ? v ,? a ),驱动力矩 M d 及作用在构件 5 上的力矩 M 5 的方向如图所示, 试求 解: (1)构件 5 的角速度 ? 5 (用相对速度图解法,写出矢量方程和算式,不作具体数 学计算。方 向标在图上)。 (2)构件 4 的角加速度 ? 4 。 (3)设不计移动副中的摩擦,各转动副中的摩擦圆如图中虚线所示,试画出铰链 的反力 R 12 , R 64 和 R 53 的方位及指向。 B、C、D 中 5.(20 分)在图示机构中,已知 H ? 540 mm, AC ? 375 mm, ?1 ? 60 ,构件 1 以等角速 ? 5 N ? m ,试: 度 ? 1 ? 10 rad/s转动,作用在构件 3 上的力矩 M 3 ? 3. (1)用相对速度图解法求构件 3 的角速度 ? 3 和角加速度 ? 3 ; (2)不计摩擦和惯性力,求作用在构件 1 上的平衡力矩 M 1 的大小和方向。 6.(15 分)图示机构中,构件 1 为主动件,构件 5 与曲柄 AB 固接。已知:各轮齿数为 z1 ? z2 ? z3 ? 20 ,杆长为 lAB ? 100 mm, l BC ? 250 mm ,杆 2 的重力 G 2 ? 50 N ,工作阻 力 P ? 500 N ,驱动力矩 M 1 ? 25 N ? m ,质心 S 6 在 BC 中点,曲柄及 1、2、3 轮和构件 5 的总质心 S 5 如图示, lAS 5 ? lAB ,其重力为 G 5 ? 100 N, ?1 ? 40 rad/s, ?1 ? 0,试: (1)用图解法确定在图示位置时点 C 及 S6 的加速度 aC 及 a S 6 ; (2)设以曲柄为等效构件,求等效力矩 M。 7.(15 分)在图示机构运动简图中,凸轮转动中心为 O1,凸轮轮廓为一圆,圆心为 O2。摆杆 AB 通过一连杆拉动滑块 D 运动。 D 1 、 D 2 为摆杆处于两极限位置时滑块对应的位置。 求 : (1)凸轮机构在图示位置的压力角; (2)绘出摆杆两极限位置; (3)用图解法求连接滑块与摆杆的连杆长及连杆与摆杆的铰链中心(中心在 AB 的延 长线上) 。 8.(20 分)在图示机构中,当偏心轮 1 绕固定中心 A 转动时,滑块 2 在圆柱体 3 的直槽内滑 动, 因而使 3 绕固定中心 C 转动。 (1)试作出机构运动简图; (2)若已知 AB ? 60 mm, AC ? 120 mm ,试问这是什么类型的四杆机构?其行 程速度变 化系数 K 为多少? (3) 当偏心轮 1 以等角速度 ? 1 ? 30 rad/s转动时,求在图示位置时构件 3 的角速度 ? 3 和角 加速度 ? 3 ,并在图中标出它们的方向。 9.(10 分)图示为一工作台的摆动机构。工作台下固定一支座 4,液压马达装在支座上,驱 动 凸轮 1 逆时针方向以 ? 1 ? 1 rad/s绕 A 等速转动。 凸轮是半径 R ? 22 mm 的偏心圆,偏 ? 10 mm, AB ? 60 mm ,在图示位置时,试: (1)计算机构的自由度 F; 心 距 OA (2)图示机构是由哪种基本凸轮机构通过什么方式演化而来的?按比例画出其基 本形式。 (3)将高副低代后,画出相应的替代机构。 10.(20 分)图示为凸轮?连杆机构的工作位置。已知全部尺寸和工作阻力 Q,其方向如图示, 并给出了各转动副处的摩擦圆(图中各转动副处较大的圆) 。试: (1)画出机架 6 给构件 3 的反作用力 R 63 的作用线(滚子与凸轮间的滚动摩擦忽 略不计)。 (2)用作图法求出当滑块 5 从最高位置到达图示位置时,凸轮转过的角度 ? (在图中应标注 清楚)。 注:作图线要画全,画清楚。 11.(20 分)图示机构中,已知各构件尺寸: lAB ? 15 mm, l BD ? 60 mm , l ED ? 40 mm , l 001 CE ? 38 mm , e ? 5 mm , x ? 20 mm , y ? 50 mm , 长 度 比 例 尺 ? l ? 0. m/mm, 原 动 件 1 以 等 角 速 度 ? 1 ? 100 rad/s 逆 时 针 方 向 转 动。 试 求: (1) 构 件 2、3、4 和 5 的 角 速 度 ? 2 、 ? 3 、 ? 4 、 ? 5 的 大 小 及 方 向; (2 ) 在 图 上 标 出 构 件 4 上 的 点 F 4 , 该 点 的 速 度 vF 4 的 大 小、 方 向 与 构 件 3 上 的 点 D 速 度 vD 4 相 同; 2、3、4 和 5 的 角 加 速 度 ?2、?3、?4、?5 的 大 小 和 方 向。 ( 建 2 04 (m/s)/mm, 加 速 度 比 例 尺 ? a ? 2 (m/s )/mm。 议 速 度 比 例 尺 ? v ? 0. ) (3) 构 件 ( 要 求 列 出 相 应 矢 量 方 程 式 和 计 算 关 系 式。 ) 001 m/mm, 其 中 lAB ? 15 12.(20 分) 图 示 连 杆 机 构, 长 度 比 例 尺 ? l ? 0. l l ? 1 ? 20 rad/s。 mm, l CD ? 40 mm, l BC ? 40 mm, BE ? l EC ? 20 mm, EF ? 20 mm, 试 用 相 对 运 动 图 解 法 求: (1) ? 2 、 ? 3 、 ? 4 、 ? 5 的 大 小 及 方 向; (2)?2、?3、?4、?5 的 大 小 和 方 向; (3)构 件 5 上 的 点 F5 的 速 度 vF 5 和 加 速 度 a F 5 ; (4) 构 件 4 上 的 点 F4 的 速 度 vF 4 和 加 速 度 a F 4 。 (速 度 多 边 形 和 加 速 度 多 边 形 的 比 例 尺 分 别 为 ? v ? 0.0 0 5 (m/s)/mm, ? a ? 0.06 (m/s2)/mm, 要 求 列 出 相 应 的 矢 量 方 程 式 和 计 算 关 系 式。 ) 13.(20 分) 机 构 如 图 所 示, 已 知 构 件 长 度, 并 且 已 知 杆 1 以 匀 角 速 度 ?1 回 转, 用 相 对 运 动 图 解 法 求 该 位 置 滑 块 5 的 速 度 及 加 速 度。 四、计算(44 小题,共 543.0 分) 1.(10 分) 已 知 机 组 在 稳 定 运 转 时 期 主 轴 上 的 等 效 阻 力 矩 变 化 曲 线 M r (? ) 如 图 所 示, 等 效 驱 动 力 矩 为 常 数, 主 轴 的 平 均 角 速 度 ? m ? 10? rad/s。 为 减 小 主 轴 的 速 度 波 动, 现 加 装 一 个 飞 轮, 其 转 动 惯 8? 量 JF ? 9. kg?m2, 不 计 主 轴 及 其 它 构 件 的 质 量 和 转 动 惯 量 。 试 求: (1) 等 效 驱 动 力 矩 M d ; (3) (2) 运 转 速 度 不 均 匀 系 数 ? ; ( 即 相 应 的 ? 值)。 主 轴 的 最 大 角 速 度 ? max 及 最 小 角 速 度 ? min , 它 们 发 生 在 何 处 2. (10 分)某 机 械 在 稳 定 运 转 阶 段 内 的 一 个 运 动 循 环 中, 其 主 轴 上 的 等 效 阻 力 矩 M r (? ) 如 图 所 示, 等 效 驱 动 力 矩 M d 为 常 值, 等 效 转 动 惯 量 J ? 1. 5 (2) ? max 和 kg?m2, 平 均 角 速 度 ? m ? 30? rad/s, 试 求: (1) 等 效 驱 动 力 矩 M d ; ? min 的 位 置; (3) 最 大 盈 亏 功 ?W max ; (4) 运 转 速 度 不 均 匀 系 数 ?? 。 3. (10 分)某 机 械 在 稳 定 运 动 的 一 个 周 期 中, 作 用 在 等 效 构 件 上 的 等 效 阻 力 矩M 角 速 度 ? m ? 20? rad/s, 要 求 运 转 速 度 不 均 匀 系 数 ? ? 0. 05, 忽 略 除 飞 轮 以 外 构 件 的 等 效 转 动 惯 量。试 求: (1) 等 效 驱 动 力 矩 M (2) 最 大 盈 亏 功 ?W (3) max d; r 的 变 化 规 律 如 图 示, 等 效 驱 动 力 矩 M d 为 常 数, 平 均 ; 应 在 等 效 构 件 上 安 装 的 飞 轮 转 动 惯 量 JF 。 4.(5 分) 一 多 缸 发 动 机 驱 动 某 工 作 机 时,其 等 效 驱 动 力 矩 M 效 阻 力 矩M r 与 等 效 构 件 的 转 角 ? 的 关 系 如 图 示。 图 中 画 出 稳 定 运 d 和 等 转 时 期 一 个 运 动 周 期 的 变 化。 两 曲 线 之 间 的 各 块 面 积 标 注 在 图 中, 单 位 为 mm 2 。 图 的 横 坐 标 比 例 尺?? ? ? rad/mm, 纵 坐 标 比 例 尺 ? ?? 为 ? M ? 2 N?m/mm。 等 效 转 动 惯 量 为 常 数。 试 求: (1) 等 效 构 件 的 最 大、 最 小 角 速 度 ? max 、 ? min 明 并 标 注 在 图 上。 (2) 最 大 盈 亏 功 ?W max 所 对 应 的 转 角, 说 。 π 5.(5 分)(1) 计 算 各 点 的 能 量。 a :E = 0J b :E = 580 J c :E = 580 - 320 = 260J d :E = 260 + 390 = 650J e :E = 650 - 520 = 130J f :E = 130 + 190 = 320J g :E = 320 - 390 = -70J h :E = -70 + 260 = 190J i:E = 190 - 190 = 0J (2) ? max 在 点 d 处, ? min 在 点 g 处。 (3) ?W max ? 650 ? (?70 ) ? 720 J 6.(5 分)某 机 器 在 稳 定 运 转 的 一 个 周 期 中 的 等 效 驱 动 力 矩 M 效 阻 力 矩M r d 和 等 如 图 所 示。 由 M d 和 M r 所 围 成 的 各 块 面 积 所 代 表 的 功 分 别 为 F1 ? 1500 J ,F 2 ? 1000 J, F 3 ? 400 J, F 4 ? 1000 J, F5 ? 100 J, 设 等 效 转 动 惯 量 为 常 数, 试 确 定: (1) 最 大 及 最 小 角 速 度 ? max 和 ? min 对 应 的 等 效 构 件 的 转 角 ? 在 什 么 位 置? (2) 机 器 的 最 大 盈 亏 功 是 多 少? 7.(5 分)某 机 器 在 稳 定 运 动 阶 段 的 一 个 运 动 周 期 中,等 效 驱 动 力 矩 M d (? )(实 线)和 等 效 阻 力 矩 M r (? ) (虚线)曲 线 如 图 示。 两 曲 线 所 围 成 的 各 块 面 积 上 标 出 的 数 字 表 示 相 应 的 盈 亏 功 的 绝 对 值(J) ,设 等 效 转 动 惯 量 J 为 常 数, 试 求: (1) 等 效 构 件 的 最 大、 最 小 角 速 度 ? max 、 ? min 分 别 位 于 何 处( 相 应 的 转 角 位 置)? (2) 最 大 盈 亏 功 ?W max 。 8.(5 分) 一 机 组 在 稳 定 运 转 的 一 个 周 期 中, 等 效 驱 动 力 矩 M 效 阻 力 矩M r d 和 等 的 变 化 曲 线 如 图 示, 等 效 阻 力 矩 为 常 数。 两 曲 线 间 围 成 的 各 块 面 积 如 下: F1 ? 340 , F 2 ? 810 , F 3 ? 600 , F 4 ? 910 , F5 ? 555 , F 6 ? 470 及 F 7 ? 695 , 面 积 单 位 为 mm2 , 图 中 横 坐 标 比 例 尺 ? ? ? 1 rad/mm, 纵 坐 标 比 例 尺 ? M ? 1 N?m/mm, 等 效 转 动 惯 量 为 常 量。 试 求: (1) 等 效 构 件 最 大、 最 小 角 速 度 ? max 与 ? min 的 位 置; (2) 最 大 盈 亏 功 ?W max 。 9. (5 分) 已 知 机 器 在 稳 定 运 转 一 周 期 内 等 效 驱 动 力 矩 M d (? ) 和 等 效 阻 力 矩M r (为 常 值)如 图 示。 两 曲 线 间 所 包 容 的 面 积 表 示 盈 亏 功 的 大 小, 自 左 至 右 分 别 为 2000 , 3000 , 2000 , 3000 , 2000 , 单 位 为 J, 等 效 转 动 惯 量 为 常 量。 试 求: (1) 等 效 构 件 最 大、 最 小 角 速 度; (2) ? max 、 ? min 的 位 置; (3) 最 大 盈 亏 功 ?W max 。 10. (20 分) 在 图 示 的 传 动 机 构 中,轮 1 为 主 动 件,其 上 作 用 有 驱 动 力 矩 M 1 = 常 数, 轮 2 上 作 用 有 阻 力 矩 M 2 , 它 随 轮 2 转 角 ? 2 的 变 化 关 系 示 于 图 b 中。 轮 1 的 平 均 角 速 度 ? m ? 50? rad/s , 两 轮 的 齿 数 为 z1 ? 20 , z 2 ? 40 。 试 求: (1) 以 轮 1 为 等 效 构 件 时,等 效 阻 力 矩 M r ; (2) 在 稳 定 运 转 阶 段( 运 动 周 期 为 轮 2 转 360?), 驱 动 力 矩 M 小; (3) 最 大 盈 亏 功 ?W (4) 为 减 小 轮 max 1 的 大 ; 1 的 速 度 波 动, 在 轮 1 轴 上 安 装 飞 轮, 若 要 求 速 度 不 均 匀 系 数 ? ? 0. 05, 而 不 计 轮 1、2 的 转 动 惯 量 时, 所 加 飞 轮 的 转 J 动 惯 量 F 至 少 应 为 多 少? (5) 如 将 飞 轮 装 在 轮 2 轴 上, 所 需 飞 轮 转 动 惯 量 是 多 少? 是 增 加 还 是 减 少? 为 什 么? 11.(20 分) 已 知 一 齿 轮 传 动 机 构, 其 中 z2 ? 2 z1 , z 4 ? 2z 3, 在 齿 轮 4 上 有 一 工 作 阻 力 矩 M 4 , 在 其 一 个 工 作 循 环 (?4 ? 2? ) 中, M 4 的 变 化 如 图 示。 轮 1 为 主 动 轮。 如 加 在 轮 1 上 的 驱 动 力 矩 M d 为 常 数, 试 求: (1) 在 机 器 稳 定 运 转 时, M d 的 大 小 应 是 多 少? 并 画 出 以 轮 1 为 等 效 构 件 时 的等 效 力 矩 M r ? ? 1 、 M d ? ? 1 曲 线; (2) 最 大 盈 亏 功 ?W max ; ( 3 ) 设 各 轮 对 其 转 动 中 心 的 转 动 惯 量 分 别 为 J1 ? J 3 ? 0. 1 kg?m2 , J2 ? J4 ? 0.2 kg?m2, 匀 系 数 如 轮 1 的 平 均 角 速 度 ? m ? 10 ??? rad/s, 其 速 度 不 均 ? ? 0. 1 ,则 安 装 在 轮 1 上 的 飞 轮 转 动 惯 量 JF ? ? (4) 如 将 飞 轮 装 在 轮 4 轴 上,则 所 需 飞 轮 转 动 惯 量 是 增 加 还 是 减 少? 为 什 么? 12.(15 分)在图示轮系中,已知 z1 ? 22 , z3 ? 88, z4 ? z6,试求: (1)传动比 i 16 ; (2)该机构的自由度 F,并指明虚约束、复合铰链和局部自由度。 13 . (15 分 ) 在 图 示 的 齿 轮 ? 连 杆 组 合 机 构 中 , 已 知 lAB ? 45 mm, l BC ? 100 mm, l CD ? 70 mm, lAD ? 120 mm 。试分析: (1)齿轮 1 能否绕 A 点作整周转动(说明理由)? (2)该机构的自由度为多少(要有具体计算过程)? (3)在图示位置时,瞬心 P13 在何处? i 13 ? ?1 ? ?(列出计算式即可。) ?3 14.(15 分)图示轮系,已知各轮齿数: z1 ? 90 , z2 ? 60 , z2 ? ? 40 , z3 ? 30 , z3? ? 24 , z4 ? 18 , z5 ? 15 , z5? ? 30,z6 ? 105,z6? ? 35,z7 ? 32 ,转速 n1 ? 190 r/min ,转向如图所示。试 求: (1)计算该轮系的自由度; (2)计算 n 7 的大小和方向; (3)如作用在构件 7 上的阻力矩 M r ? 200? N ? m ,计算以构件 1 为等效构件时它的 等效力 矩 M。 z1 ? 100 ,z2 ? 99 ,z3 ? 100 ,z4 ? 101,z5 ? 1,z6 ? 99 , 15. (15 分)图示轮系中, 已知各轮齿数: r/min ,问: 电 动机的转向如图所示,其铭牌上标出的转速 nM ? 1000? (1)蜗轮 6 的转速大小和方向; (2)结构上要求齿轮 1、2 的中心距 a12 等于齿轮 3、4 的中心距 a34 。若 1、2、3、4 齿轮都用 标准齿轮, 则哪对齿轮应该用斜齿轮?若斜齿轮的法面模数等于直齿轮的模数 m, 则该对 斜 齿轮的螺旋角? ? ? r/min ,4 个圆柱直齿轮的模数 m ? 2 mm , 16. (20 分)图示轮系中, 电动机的转速 nM ? 30? 压 ? ? 1,齿数为 z1 ? 60,z2 ? 20,z3 ? 10,z4 ? 30 ,内啮合齿轮对 1、2 是标准 力角 ? ? 20 , ha ? 齿轮、标准安装。求: (1)齿轮 3 的转速 n 3 及齿轮 4 的转速 n 4 的大小和方向; (2)齿轮 3 的节圆半径 r3? 及其齿顶圆半径 ra 3 ,齿轮 4 的齿顶圆半径 r 。(注:保证 a4 齿轮 3 不产生根切。) ? 17.(10 分)在图示轮系中,各轮均为直齿圆柱齿轮。已知模数 m ? 2 mm ,压力角 ? ? 20 , 齿 ? ? 1,各轮齿数为: z1 ? 顶高系数 ha z3 ? 20,z2 ? 16,z4 ? 60 。电动机装在内齿轮 4 上,电 动机转速 n M ? 10 r/min ,转向如图所示。试求: (1)壳体(即齿轮 4)的转速 n 4 及其转向; (2)齿轮 1 与 2 的中心距可否为 a12 ? 36 mm ?若 a12 ? 36 mm ,这对齿轮属于何种类 ?? 型的传动?齿轮 2 的齿顶圆半径 r a2 18.(20 分)图示轮系中,已知各轮齿数(表示在图中括号内) ,齿轮对 6、1 的中心距与齿 轮 对 1、2 的中心距 相等。求: (1)i63 ; (2)当 n6 ? 1500 r/min 时, n 3 转速为多少?并说明其方向; (3)图示轮系中有 5 对齿轮啮合,设各轮模数均相同。试说明哪些齿轮对需进行 变位?理 ' ' 由为何?任选其中一对变位齿轮,求其变位系数之和( ? x )。 014904 。 注: inv20 ? 0. ? ? tg ? ? ? 计算。 其它角度时,可采用 inv ? 19.(15 分)图示轮系中,已知蜗杆 1 的齿数 z1 ? 2(右旋),其余各轮的齿数为: z2 ? z2 ? ? z5 ? 40 , z2?? ? z3? ? 20,z3 ? 60,z5? ? 30 ,各齿轮模数相同,且均为标准齿轮。蜗杆 1 的转速 n1 ? 3000 r/min ,方向如图示。求: (1)齿数 z4 ,z6 等于多少? (2) n 6 的大小和方向; 5,作用于轮 6 上的阻力矩 M (3)设轮系总效率 ? ? 0. 加的驱动力矩 M d 等于多少? r ? 100? N ? m ,求蜗杆 1 上应 20.(10 分)图示为起重葫芦传动示意图,其总机械效率 ? ? 90% ,已知手动链轮的直径 D 1 ? 250 mm ,起重吊钩链轮的直径 D 2 ? 80 mm , z1 ? 14 ,z2 ? 38,z3 ? 18,z4 ? 70 ,如果 给手动链条以 P ? 200 N 的拉力,求起重吊钩能提起的重量 Q 为多少? 21.(15 分)图示为由行星轮系与曲柄摇杆机构组成的组合机构,曲柄 4 以 ? 4 顺时针方向转 动, 若已知各轮齿数 z1 ? 40,z2 ? 20 ,且均为标准直齿圆柱齿轮,曲柄摇杆机构的行程速度变 化系数 K ? 1. 5,试求摇杆 6 由左极限位置摆到右极限位置时,齿轮 1 的转角 ? 1 及其转向。 22.(10 分)在图示机构中,ABCD 为平行四边形。若已知杆长 lAB ,齿数 z1 、 z2 及有关构件 的 质量和转动惯量。构件 1、3、4 的质心分别在 A、D、A 点,对质心的转动惯量分别为 J1 A , J3 D , J4 A ,杆 BC 的质心在 S,质量为 m 2 ? ,齿轮 2 和 BC 杆固连,齿轮 2 的质量为 m 2 ?? ,质心在 B 点,由齿轮 2 和杆 BC 组成的构件 2 '对 B 的转动惯量为 J2 B 。试求转化到构 件 1 上的 等效转动惯量 J 。 23.(15 分)图示机构中,ABCD 为平行四边形。齿轮 2 和连杆 BC 固连,其上受有力 F。 构件 3 上受一力矩 M3。已知齿轮齿数 z1 、 z2 ,AB 杆长 lAB ,构件 4 的转角 ? 4 。试求在此位 置时, F、M3 转化到构件 1 上的等效力矩 M。 24. (15 分)图示行星轮系中, 已知各轮为标准齿轮, 且为正确安装, 其模数均为 m ? 10 mm , 齿数 z1 ? 60 , z2 ? 20 , z2 ? ? 22 ,各构件质心均在其相对回转轴线上,且其转动惯量分别 04 kg? m ,J2 ? 0. 01 kg? m ,J2? ? 0. 为: J1 ? 0. 012? kg? m 2 ,JH ? 0. 18? kg? m 2 ,行星轮质 2 2 5 kg。 量 m 2 ? 2 kg, m 2 ? ? 2. (1)试按同心条件求出 z3 ; (2)求由作用在行星架 H 上的力矩 M H ? 40 N ? m 换算到轮 1 的轴 O1 上的等效力矩 M; (3)求换算到轴 O1 上的各构件质量及转动惯量的等效转动惯量 J。 25 . (15 分 ) 图 示 为 油 泵 机 构 。 已 知 AB ? 20 mm, AC ? 60 mm ,在图示位置, ?ABC ? 90 ? , 角速度 ? 2 ? 10 rad/s,方向如图示。试: (1)按比例画出机构运动简图; (2)求构件 4 的行程 速 度变化系数 K; (3)若直径 d 3 ? 8 mm, d 0 ? 4 mm ,求油液压出泵体的速度 v ; (4)若油压 p ? 1 MPa (N /m ),求加在构件 2 的力矩 M 2 2。 26. (15 分)图示装置中 A 为转筒,已知其转速 n A ? 100 r/min ,螺母 6 的螺距 p ? 6 mm ,右 旋, 单头,只移不转,各齿轮数为 z1 ? z2 ? 20,z3 ? 25,z5 ? 50 。 试求:螺母 6 在一秒钟内沿螺杆移动的距离,并指明移动方向。 27. (15 分)在图示手摇提升装置中, 已知各轮齿数:z1 ? 18 , z2 ? 36 , z2 ? ? 15 , z3 ? 30 , z3? ? 1 , z4 ? 40 ,试: (1) 判 定 当提升重物 Q 时,手柄的转向(从 A 向看) ; (2)计算传动比i 14 的大小; 01, (3)各齿轮的质心在其圆心处,它们绕各自的质心的转动惯量(单位: kg ? m )为 J1 ? 0. 2 J2 ? 0.04 , J2? ? 0.01, J3 ? 0.02 ,J3? ? 0.01,J4 ? 0.03 ,重物 Q 的质量 m ? 100 kg,鼓 轮半径 R ? 0. 3 m ,计算以齿轮 1 的轴为等效构件时,该机械系统的等效 转动惯量 J。 28.(20 分)在图示轮系中,已知 za ? 50,zb ? 49 ,zg ? 30,zf ? 30 。齿轮模数 m 相同,压力角 ? ? ? 20 ? ,齿顶高系数 ha ? 1,试: (1)计算机构自由度,该轮系是什么轮系? (2)求手柄 c 对齿轮 a 的传动比 i ca';能否用作微调机构? (3)当模数 m (4)由于 zg ? 1时,若 za 和 zg 采用标准齿轮传动,则 zb 和 z f ,应采用何种齿轮传 动类型? ? zf ,能否把它们做成一个齿轮?该齿轮用范成法加工时,会不会根 切? (5)能否把 zb ,zf 做成标准斜齿圆柱齿轮来满足中心距要求?若可以,写出斜齿圆 柱齿轮的螺 旋角 ? 的关系式。 29.(10 分)图示为某机床中的进给机构,当手轮拉出或推入时,齿轮 1 可分别与齿轮 2 或 4 (内齿 轮)相啮合。已知齿数: z1 ? z2 ? z4 ? 16,z3 ? 48 ,丝杠 5 为单线,其螺距 P ? 4 mm , 求当手轮处于拉出和推入两个位置时,问: (1)手轮转一圈,执行件的位移各为多少? (2)若在两个位置时,手轮同一方向转动,执行构件的运动方向是否一致? 30.(20 分)在图示轮系中,已知:液压马达转速 n ? 10 r /min ,转向如图示。圆柱直齿轮模 数m ? 2mm,压力角 ? ? 20 ? ,齿数 z1 ? z2 ? 39 ,z3 ? z4 ? z5 ? 20,交错轴圆柱斜齿轮(螺 旋齿轮)齿数 z6 ? 100 ,z7 ? 16 ,试: n2 ,n4 ,n7 ; (1)求转速 n1 , (2)分析以下问题: (a)齿轮 1、2 可否用标准直齿轮标准安装? (b)齿轮 1、2 可否用标准直齿轮,拉大中心距安装?如果这样做,会产生什么问题? (c)齿轮 1、 2 可否用变位齿轮?如可以, 则应属于哪一类传动类型?并求齿轮 1 的 分度圆、 ? 014904 ,其它值时可用 inv ? ? tg ? ? ? 计算,无齿 节圆、齿顶圆半径 ra 1 (注: inv20 ? 0. 侧啮合方程为 inv? ? ? 2( x1 ? x2 )tg? ? inv? )。 z1 ? z2 (3)设齿轮 6 是右旋斜齿轮,它的转速 n 6 方向用向上箭头表示(即与液压马达 n 的方向一致〕 , 则斜齿轮 7 应是何旋向?它的转速 n 7 方向是顺时针,还是逆时针? M 31.(20 分)图示轮系中,电动机的转速 n1 ? 1440 r/min ,各轮齿数为 z1 ? 30 , z2 ? 15 , z2 ? ? 25, z3 ? 70 , z4 ? 2,z5 ? 40 。各轮模数 m ? 2 mm ,压力角 ? ? 20 ? ,齿顶高系数 ? ha ? 1,蜗杆 4 为右旋。试求: (1)轮系的传动比i 15 ,蜗轮 5 的转速 n 5 的大小和方向; (2)齿轮 2 的转速和转向; (3)内啮合齿轮 2 ? 、3 是标准齿轮标准安装,轮系中各齿轮都应无根切,在此条件 下,求齿轮 2 的节圆半径 r2? 、齿顶圆半径 r 和齿轮 1 的齿顶圆半径 ra1 。 a2 32.(20 分)如图所示的曲柄滑块机构,已知曲柄长 a ? 120 mm ,连杆长 b ? 300 mm ,偏距 e ? 120 mm 。试: (1)说明该机构是否有曲柄存在,为什么? (2)用作图法或解析法求出该机构的极位夹角 ? 及滑块的行程 h 。 (3)给定许用最小传动角[? ]? 40 ,验证此机构是否满足 要 求。? ? (4) 设计一滚子直动从动件盘状凸轮机构,完全代替此曲柄滑块机构,两者具有 完全相同的运 ? 20? mm ,要求在凸轮机构图上标注出对应 的 动规律。现若给定滚子半径 r r 及长度尺寸 a、b、e,并求出此凸轮机构出现最大压力角的位置。 O、A、B 点, 33.(20 分)图示齿轮连杆机构中,连杆 BC 和齿轮 2 ? 刚性联接,外齿轮 5 和内齿轮 6 均空套 在曲 柄轴 A 上, 已知 ?1 ? 60? ,z5 ? 30,z6 ? 60,z2? ? 15, m ? 2? mm, 试求齿轮 5、6 的角速度 ? 5 、 ? 6 大小及方向。 lAC ? 75? mm , ? 1 ? 10 rad/s, 34 . (9 分 ) 如图所示一偏置平底从动件盘形凸轮机构,凸轮 1 的廓线为渐开线,凸轮以 逆时针转动, 图中偏心距 e=基圆半径 rb ? 30mm, B 点向径 R=50mm, 试问: ?1 ? 10rad / s , (1)从动件 2 在图示位置的速度 v 2 = (2)从动件 2 向上的运动规律是 (3)凸轮机构在图示位置的压力角 a= ; 运动规律; 。 35.(9 分)在图所示凸轮机构中,已知凸轮为一偏心圆盘。要求: (1)给出此凸轮机构的名称; (2)画出此凸轮机构的基圆(其半径以 r0 表示)和凸轮的理论轮廓曲线; (3)标出图示位置时推杆的位移 s; (4)标出凸轮机构在图示位置时的压力角 a。 36.(9 分)试以作图法设计一偏置直动滚子杆盘形凸轮机构的凸轮轮廓曲线。已知凸轮以等 角速度逆时针廻转。正偏距 e=10mm,基圆半径 rb ? 30mm ,滚子半径 rr ? 10mm 。推杆运 动规律为:凸轮转角 ? ? 0 150 ,推杆等速上升 16mm, ? ? 150 180 时,推杆远休; ? ? 180 300 时,推杆等加速等减速回程 16mm, ? ? 300 360 时,推杆近休。 37.(9 分)试以作图法设计一对心平底直动推杆盘形凸轮机构的凸轮廓曲线。已知凸轮以等 角速度顺时针廻转。凸轮基圆半径 rb ? 30mm ,推杆平底与导轨的中心线垂。推杆运动规律 为:凸轮转角 ? ? 0 150 ,推杆以五次多项式运动上升 20mm, ? ? 150 270 时,推 杆又以佘弦加速度运动回到原位,凸轮转过其余 90 时,推杆静止不动。 38.(8 分)一机器作稳定运动,其中一个运动循环中的等效阻力矩 M t ;与等效驱动力矩 M d 的变化线如图所示。等效阻力矩 M t 最大值为 200Nm,机器的等效转动惯量 J ? 1kgm 在运 2 动循环开始时,等效构件的平均角速度 ?0 ? 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与?min ;并指出其出现的位置; (3) 最大盈亏功 ?Wmax ; (4) 若运转速度不均均系数 ? ? 0.125,则应在等效构件上加多大转动惯量的飞 轮? 39.(10 分)某机组在稳定支转时,一个运动循环对应于等效构件旋转一周。已知等效阻力矩 M r 的变化曲线如图所示,等效驱动力矩为常数,等效构件的平均转速为 100/r min,要求其 转速误差不超过 ?1% 。 试求安装在等效构件上的飞轮转动惯量 J F (其它构件的质量和转动 惯量忽略不计) 。并求该机组在运转中的最大转速 nmax 和最小转速 nmin 及其出现的位置。 40. (9 分)图所示为某机械转化到主轴上的等效阻力矩 M r 的变化曲线。 设等效驱动力矩 M d 为常数,主轴转速 n ? 300r / min ,若运转不均匀系数 ? 取为不超过 0.1,试求安装在主轴 上的飞轮的转动惯量 J1 和机械所需的驱动功率(机械中其他各构件的等效转动惯均略去不 计) 。 41.(10 分)已知某电动机的驱动力矩为 M d ? 1000 ? 9.55? N 矩为 M r ? 200 N m,用它来驱动一个阻抗力 m 的单级齿轮减速器,其等效转动惯量 J e ? 5kg m 2 。试求电动机角 速度从零增至 50rad/s 时需要多长时间? 42.(8 分)已知某机器主轴转动一周为一个稳定运转循环,若取主轴为等效构件,其等效阻 抗力矩 M er 如图所示。设等效驱动力矩 M ed 为常数。 试求: (1) 该机器的最大盈亏功,并指出最大和最小角速度 ?max 及 ?min 出现的位置; (2) 设主轴的平均角速度 ?m =100rad/s,在主轴上装一个转动惯量 J F ? 0.5235kgm2 的 飞轮,试求其运转速度不均匀系数(不计其他构件的等效转动惯量 J e ) 43.(8 分)在图所示的盘形转子中,有四个偏心质量拉于同一回转达平面内,其大小及回转 半径分别为 m1=5kg,m2=7kg,m3=8kg,m4=10kg;r1=rd=10cm,r2=20cm,r3=15cm,方位如 图所示。设平面质量 mb 的回转半径 rb=15cm。试求平面质量 mb 的大小及方位。 44.(9 分)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。 五、证明题(1 小题,共 10.0 分) 1. (10 分)一操纵机构如图示, 原动件 1 绕 O 匀速转动, 通过 2 驱使 3 运动。 已知 R1 ? 12 cm , R 2 ? 20 cm , ? R 3 ? 30? cm,? l cm,? l cm ,试: O 1O 2 ? l O 2O 3 ? l O 3O ? 7? O 1O ? 4? (1)按比例画出机构运动简图; (2)构件 1 作匀速整周转动时,构件 3 是作整周转动还是摆动?用数学式证明。 ====================答案==================== 答案部分,(卷面共有 99 题,999.0 分,各大题标有题量和总分) 一、填空题(5 小题,共 9.0 分) 1.(1.5 分)[答案] 两个构件组成;两构件直接接触;两构件具有相当运动 2.(1 分)[答案] 面;点、线;2;1 3.(2 分)[答案] 自由度数目 F ? 1 ,且原动件数目与自由度数相等 4.(2 分)[答案] 3 个或 3 个以上构件在一点处用铰链联接称为复合铰链;在机构中个别构件具有的不影响整 体机构运动的自由度为局部自由度; 在机构中不起实际约束作用的重复约束称为虚约束; 在 计算机构自由度时,由 m 个构件组成的复合铰链组成 m-1 个转动副;将产生局部自由度的 构件焊接;将产生虚约束的构件及其引入的运动副去除。 5.(2 分)[答案] 机构中产生虚约束的主要情况有以下几种: (1)不同构件上的两点之间的距离始终保持恒定时,如果在这两点之间加上一个构件和 两个转动副,则这个构件以及它引进的两个转动副为虚约束。 (2)如果两个构件在多处形成移动副,且这些移转动副的导路互相平行,则这些移动副, 只有一个是真实的约束,其余都是虚约束。 (3)如果两个构件在多处形成转动副,且这些转动副的轴线重合,则这些转动副只有一 个是真实的约束,其余都是虚约束。 (4)在输入构件和输出构件之间用多组完全相同的运动链来传递运动时,只有一组起独立 传递运动的作用,其余各组通常为虚约束。 二、问答题(36 小题,共 212.0 分) 1.(10 分)[答案] 件 2.(10 分)[答案] 1)曲柄机构:a. 有曲柄存在的条件。 见 图 (a) b. ? min ? [? ]。 2) 凸轮机构:a. ? max ? [? ]或 r 0 ?r 0 max 见 图 (b) b.若采用平底从动件,应保证推杆长度,凸轮不能有凹廓(也可用尖底从动件)。 3)导杆机构: l AB ? l AC 时,有曲柄存在。 见 图 (c) (a) (b) (c) 3.(5 分)[答案] 必须满足传动比为常数,两轮的模数和压力角分别相等以及重合度大于 1 等条件。 4.(10 分)[答案] 将比值 p ? 称为齿轮的模数。将其规定为标准值是为了给齿轮的设计计算、制造和检验等带 来方便。直齿圆柱齿轮的端面模数、斜齿圆柱齿轮的法面模数、圆锥齿轮的大端模数、蜗杆 的轴面模数和蜗轮的端面模数为标准值。 5.(5 分)[答案] 渐开线齿轮的基本参数有齿数、模数、压力角、齿顶高系数和顶隙系数。其中模数、压力、 齿顶高系数和顶隙系数是有标准的。因为齿轮的各个基本尺寸完全取决于上述五个参数。 6.(6 分)[答案] 渐开线的形状取决于基圆的大小。一对啮合的渐开线齿轮,应模数、压力角相同,若其齿数 不同,则基圆的大小不同,故其齿廓渐开线形状不同。若两个齿轮,其分度圆珠笔及压力角 相同,但模数不同,其齿廓的渐开线形状应相同。又若两上齿轮的模数和齿数均相同,但压 力角不同,其齿廓渐开线形状将不相同。 7.(6 分)[答案] 具有标准模数、标准压力角、标准齿顶高系数、顶隙系数,且分度圆上齿厚与齿槽宽相等的 齿轮叫标准齿轮。 两轮中心之间的距离正好等于两轮分度圆半径之和时的中心距即为标准中 心距。一对标准齿轮的实际中心距 a? 略大于标准中心距 a 时,其传动比无变化,仍能继续 正确啮合,但其顶隙增大,齿侧间隙增大,重合度减小。 8.(5 分)[答案] 重合度的大小实质上表明同时参与啮合的轮齿对数的平均值的多少, 影响重合度的主要参数 有齿数、啮合角、齿顶圆压力角,而与齿轮的模数无关。 9.(6 分)[答案] 齿廓的根切是指刀具的齿顶切入被加工轮齿的根部,将齿根的渐开线齿廓切去一部分的现 象。当用展成法切齿时,刀具的齿顶圆超过了啮合极限点时就会发生根切现象。产生严重根 切的轮齿,不仅消弱齿根的抗弯强度,而且将使齿轮传动的重合度降低。当被切齿轮的齿数 小于 zmin 时,就会发生根切现象,因而,设计齿轮时一般要求小齿轮的齿数大于 zmin。 10.(7 分)[答案] 改变刀具与被切齿轮的相对位置, 使刀具的分度线与其节线不再重合, 用这种方法加工的齿 轮称为变位齿轮。采用变位齿轮,不仅当其齿数 z