碩士研究生招生入學(xué)考試機(jī)械原理答案

1、試題代碼：424西南交通大學(xué)2004年碩士研究生入學(xué)考試答案試題名稱：機(jī)械原理 (a) (b)一、 （16分）計(jì)算圖示平面機(jī)構(gòu)的自由度，如果有復(fù)合鉸鏈、局部自由度和虛約束請(qǐng)予以指出。解：（a）、其中：滾子和滾子處是局部自由度，移動(dòng)副E或中有一處是虛約束，沒(méi)有復(fù)合鉸鏈。（b）、其中：O1和O2處是復(fù)合鉸鏈，沒(méi)有局部自由度和虛約束。二、 （25分）漸開(kāi)線直齒圓柱齒輪齒條傳動(dòng),齒輪的基本參數(shù)如下表所示齒數(shù)齒頂高系數(shù)徑向間隙系數(shù)模數(shù)壓力角變位系數(shù)齒輪1010.254mm20°0.421 說(shuō)明這對(duì)齒輪-齒條傳動(dòng)是否存在根切現(xiàn)象？2 確定正確安裝時(shí)，齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)中心到齒條分度線之間的距離；3 推出

2、正確安裝時(shí)，寫出實(shí)際嚙合線B1B2長(zhǎng)度的計(jì)算公式；4 當(dāng)齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)中心到齒條分度線之間的距離增大時(shí)，說(shuō)明在傳動(dòng)節(jié)點(diǎn)P的位置、齒輪的節(jié)圓半徑嚙合角、重合度中，哪些發(fā)生了變化，哪些沒(méi)有發(fā)生變化，發(fā)生變化的又是發(fā)生了什么樣的變化。解：、上述條件下齒輪不根切的最小齒數(shù)為變位齒輪不根切的最小變位系數(shù)為而齒輪的變位系數(shù)為0.42，大于，所以這對(duì)齒輪-齒條傳動(dòng)不存在根切現(xiàn)象。、正確安裝時(shí)，齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)中心到齒條分度線之間的距離為齒條分度線齒條節(jié)線齒條齒頂線、正確安裝時(shí)，其嚙合圖如上圖示，實(shí)際嚙合線B1B2長(zhǎng)度的計(jì)算公式為式中：；最后得式中：、當(dāng)齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)中心到齒條分度線之間的距離增大時(shí)，傳動(dòng)節(jié)點(diǎn)P的位置、齒輪

3、的節(jié)圓半徑嚙合角都不發(fā)生變化；而重合度將發(fā)生變化，隨著齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)中心到齒條分度線之間的距離的增大，重合度將減小。三、（15分）現(xiàn)要設(shè)計(jì)一個(gè)雙滑塊機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)滑塊A、B之間的相互對(duì)應(yīng)關(guān)系。問(wèn)應(yīng)當(dāng)如何確定構(gòu)件AB的桿長(zhǎng)。（本題采用圖解法或解析法均可。若采用圖解法，則需說(shuō)明作圖的原理和步驟；若采用解析法，則需說(shuō)明如何得到設(shè)計(jì)方程，并簡(jiǎn)要說(shuō)明如何求解設(shè)計(jì)方程）。解：首先建立如圖所示的直角坐標(biāo)系，坐標(biāo)原點(diǎn)在處，x軸沿滑塊的移動(dòng)導(dǎo)路方向，y軸沿滑塊的移動(dòng)導(dǎo)路方向。由題義，可知設(shè)計(jì)變量為，。根據(jù)已知條件，建立滑塊的位移矩陣為(1)滑塊的位移矩陣為 (2)點(diǎn)、分別滿足上述位移矩陣方程，即 (3) (4)從連桿A

4、B看，點(diǎn)、還滿足A、B之間的距離不變的約束，為此建立約束方程為(5)將(1)、(2)、(3)、(4)式代入(5)式，就得到僅含設(shè)計(jì)變量的方程。當(dāng)時(shí)，就可得到只含個(gè)設(shè)計(jì)變量的個(gè)非線性方程，因而有確定解。在上述坐標(biāo)系下，顯見(jiàn)，因而只要就可解出和。在確定出，后，構(gòu)件AB的桿長(zhǎng)就為四、 （20分）在下圖所示機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中，還要求輸出構(gòu)件具有急回作用（其中構(gòu)件AB為原動(dòng)件，并作勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，滑塊3為運(yùn)動(dòng)輸出構(gòu)件）。1. 問(wèn)應(yīng)當(dāng)如何修改圖示機(jī)構(gòu)，才能夠滿足設(shè)計(jì)要求；2. 在保持系統(tǒng)的輸入運(yùn)動(dòng)為整周勻速轉(zhuǎn)動(dòng)、輸出運(yùn)動(dòng)為往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，并且有急回作用的條件下，請(qǐng)?jiān)偬岢鰞蓚€(gè)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)方案（以機(jī)構(gòu)示意圖表示）。解：、該對(duì)

5、心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)沒(méi)有急回作用，應(yīng)改為如下圖示的偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，機(jī)構(gòu)才具有急回作用，才能滿足設(shè)計(jì)要求。、在不改變機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)輸入和輸出的條件下，以下（a）、（b）兩個(gè)機(jī)構(gòu)均可以滿足上述設(shè)計(jì)要求。（注：本問(wèn)還可以有其他方案）五、 （27分）圖示雙滑塊機(jī)構(gòu)，構(gòu)件1上作用有驅(qū)動(dòng)力P，構(gòu)件3上作用有工作阻力Q。1. 機(jī)構(gòu)出現(xiàn)死點(diǎn)位置時(shí)，角的值是多少？2. 不考慮重力、慣性力等，并設(shè)所有移動(dòng)副、的摩擦角均為，所有轉(zhuǎn)動(dòng)副的摩擦圓半徑為，畫出圖示位置時(shí)各個(gè)運(yùn)動(dòng)副反力的方向；3. 機(jī)構(gòu)自鎖時(shí)，角的值是多少？解：、機(jī)構(gòu)出現(xiàn)死點(diǎn)位置時(shí)，其傳動(dòng)角為零，所以角；、圖示位置時(shí)各個(gè)運(yùn)動(dòng)副反力的方向如圖所示；、機(jī)構(gòu)自鎖時(shí)式中：

6、 ，為構(gòu)件的桿長(zhǎng)。最后得六、 （27分）圖示為一個(gè)漸開(kāi)線齒輪-連桿機(jī)構(gòu)。齒輪1為主動(dòng)，勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，角速度為，圖示比例為。1. 確定圖示位置時(shí)齒輪1與構(gòu)件4之間的速度瞬心，并確定構(gòu)件4的轉(zhuǎn)速大小和轉(zhuǎn)動(dòng)方向；2. 齒輪1及其轉(zhuǎn)動(dòng)軸上零件對(duì)軸A的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量, 齒輪2及其轉(zhuǎn)動(dòng)軸上零件對(duì)軸C的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，構(gòu)件3對(duì)質(zhì)心B的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，質(zhì)量為，構(gòu)件 4 及其轉(zhuǎn)動(dòng)軸上零件對(duì)軸D的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,構(gòu)件4的質(zhì)心位于鉸鏈點(diǎn)D。齒輪1、2均為標(biāo)準(zhǔn)齒輪，齒數(shù)分別為，模數(shù)為，CB的長(zhǎng)度與齒輪2的分度圓半徑相同。試以構(gòu)件1為運(yùn)動(dòng)等效構(gòu)件，寫出系統(tǒng)的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的表達(dá)式；3. 忽略其他外力的影響，只考慮作用在齒輪1上的驅(qū)動(dòng)力矩和作用在構(gòu)件

7、4上的工作阻力矩。試寫出保持齒輪1勻速穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)的條件。解：、齒輪1與構(gòu)件4之間的速度瞬心如下圖示。構(gòu)件4的轉(zhuǎn)動(dòng)方向?yàn)轫槙r(shí)針?lè)较?，也如圖所示。由速度瞬心的概念，有所以，其中和的長(zhǎng)度由圖上直接量取。、以構(gòu)件1為運(yùn)動(dòng)等效構(gòu)件，系統(tǒng)的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的表達(dá)式為式中：，；所以，最后得、若忽略其他外力的影響，只考慮作用在齒輪1上的驅(qū)動(dòng)力矩和作用在構(gòu)件4上的工作阻力矩。保持齒輪1勻速穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)的條件是：七、 （20分）圖示凸輪機(jī)構(gòu)，圖中所給出的部分廓線為以圓心為O，半徑為的圓為基圓所得到的漸開(kāi)線。1. 寫出機(jī)構(gòu)的名稱；2. 標(biāo)出當(dāng)凸輪由圖示位置、逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)件的位移和機(jī)構(gòu)的壓力角；3. 當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)任意角，如何確定 。解：、該機(jī)構(gòu)為對(duì)心尖端推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)。、當(dāng)凸輪由圖示位置、逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)