哈爾濱工業(yè)大學(xué)《機(jī)械原理》期末考試試題與答案

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一、問(wèn)答題（15分）

1．什么是連桿機(jī)構(gòu)的壓力角、傳動(dòng)角？（2分）

答：不考慮運(yùn)動(dòng)副中的摩擦力、構(gòu)件的慣性力，運(yùn)動(dòng)副中力的作用線與受力點(diǎn)速度方向所夾的銳角稱為壓力角，壓力角的余角稱為傳動(dòng)角。

2．什么是基本桿組？機(jī)構(gòu)的組成原理是什么？（2分）

答：機(jī)構(gòu)中，結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單、不可再分的、自由度為零的構(gòu)件組稱為基本桿組。任一機(jī)構(gòu)都可以看作是由若干個(gè)基本桿組依次連接于原動(dòng)件和機(jī)架上所組成的，這就是機(jī)構(gòu)的組成原理。

3．常用的間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)有幾種？其主動(dòng)件與從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換各有什么特點(diǎn)？（2分）

答：常用的間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)有：棘輪機(jī)構(gòu)、槽輪機(jī)構(gòu)和不完全齒輪機(jī)構(gòu)。棘輪機(jī)構(gòu)把一個(gè)往復(fù)搖擺轉(zhuǎn)換為間歇單向轉(zhuǎn)動(dòng)；槽輪機(jī)構(gòu)把一個(gè)連續(xù)單向轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為間歇單向轉(zhuǎn)動(dòng)；不完全齒輪機(jī)構(gòu)把一個(gè)連續(xù)單向轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為間歇單向轉(zhuǎn)動(dòng)。

4．什么是槽輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)系數(shù)？（2分）

答：槽輪的運(yùn)動(dòng)時(shí)間與撥盤的運(yùn)動(dòng)時(shí)間的比值稱為槽輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)系數(shù)。5．尋常，機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程分為幾個(gè)階段？各階段的特征是什么？（3分）

答：機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程分為三個(gè)階段：?jiǎn)?dòng)階段，穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)階段和停車階段。啟動(dòng)階段的特點(diǎn)：原動(dòng)件速度由零上升到穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)速度，系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)力所做的功大于阻抗力所消耗的功。

穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)階段的特點(diǎn)：在一個(gè)周期內(nèi)，系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)力所做的功等于阻抗力所消耗的功。

停車階段的特點(diǎn)：系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)力所做的功小于于阻抗力所消耗的功，原動(dòng)件速度由穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)速度下降為零。6．利用飛輪進(jìn)行機(jī)器的周期性速度波動(dòng)調(diào)理時(shí)，飛輪一般安裝在高速軸還是低速軸上？為什么？（2分）答：安裝在高速軸上。這樣可以使飛輪的質(zhì)量減小。（2分）7．平行軸外嚙合斜齒圓柱齒輪的正確嚙合條件是什么？答：模數(shù)相等、壓力角相等、螺旋角大小相等旋向相反。

二、下圖機(jī)構(gòu)中，已知JK//LM//NO，并且JK?LM?NO，EG?GH?FG，EF?FH，求該機(jī)構(gòu)的自由度。若有復(fù)合鉸鏈、局部自由主及虛約束，請(qǐng)說(shuō)明。（10分）

解：I處為局部自由度，LM構(gòu)件引入虛約束，F(xiàn)G構(gòu)件或者H構(gòu)件引入虛約束，C、E、O處為復(fù)合鉸鏈，Q或R處為虛約束。n=12，PL?17，PH?1，則自由度：

F?3n?2PL?PH?3?12?2?17?1?1

三、如下圖導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)中，lAD?a，lAB?d，導(dǎo)桿的偏距為lBE?e，?BED?90?。假使使該導(dǎo)桿機(jī)

構(gòu)成為曲柄搖擺導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。推導(dǎo)使AD成為曲柄的條件。（10分）

解：如下圖所示，要使該導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)成為曲柄搖擺導(dǎo)桿，必需使機(jī)構(gòu)通過(guò)如圖兩個(gè)極限位置，即AD1E1B和

AD1E1B。作AC1?AD1，BC2?AD2。

在?ABC1中有：d?a?e；在?ABC2中有：d?a?e。由此可得曲柄AB存在條件為：

d?a?e

四、根據(jù)下圖推導(dǎo)凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角表達(dá)式。（15分）

______________________解：由圖可知，P12B?OP12?e，v?OP12?1，OP12?______v?1?dsd?1____，AB?r0?e?s，代入凸輪

22機(jī)構(gòu)的壓力角表達(dá)式tan??P12B_____，可得：

AB______ds?d?120tan??P12B____?e2

AB*r?e?s*五、正常齒制漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪的齒頂高系數(shù)ha、頂隙系數(shù)c及國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB1356-88）中規(guī)定分度圓壓力角?的標(biāo)準(zhǔn)值為多少？若漸開線直齒圓柱齒輪采用短齒制，且分度圓壓力角??25?，齒輪的齒數(shù)是多少時(shí)，其齒根圓和基圓最接近重合？（10分）

解：正常齒制漸開線標(biāo)準(zhǔn)齒圓柱齒輪的參數(shù)為：ha?1，c?0.25，??20?非標(biāo)準(zhǔn)的短齒制漸開線直齒圓柱齒輪的參數(shù)為：ha?0.8，c?0.3當(dāng)基圓和齒根圓重合時(shí)，有：

****db?df①

式中，db——基圓直徑，df——齒根圓直徑?；鶊A直徑可表示為

db?mzcos?②

式中，?——分度圓壓力角，??25?。齒根圓直徑可表示為：

df?mz?2m(ha?c)③

聯(lián)立式①、②及③，有：

**mzcos??mz?2m(ha?c)

所以有：

**z?2(ha?c)1?cos?**?2(0.8?0.3)1?cos25??2.21?0.9063?23.48

由于齒數(shù)只能是整數(shù)，所以齒根圓不可能正好與基圓重合。從上面的計(jì)算結(jié)果看，漸開線直齒圓柱齒輪在采用短齒制及壓力角??25?的條件下，當(dāng)齒數(shù)z=23時(shí)，齒根圓與基圓最接近重合。

?、z6。求iH6的表達(dá)式并說(shuō)明構(gòu)六、如下圖輪系，已知各齒輪的齒數(shù)分別是z1、z2、z3、z4、z5、z5件H和構(gòu)件6的轉(zhuǎn)向是一致還是相反？（15分）

解：如圖輪系1、2、H、3組成行星輪系有：

i1H?n1nH?1?i13H?z?zz?z3?1???3??1?3?1①

z1z1?z1?如圖輪系6、5-5＇，H1（1），4組成行星輪系有：

i61?聯(lián)立①、②式，得：

n6n1?1?i164?z5?z4?z6z5?z5?z4?1???②??zzzz65?65?i6H?n6nH??z4)(z1?z3)(z6z5?z5z1z6z5，iH6?nHn6?z1z6z5?z4)(z1?z3)(z6z5?z5

七、圖示轉(zhuǎn)子上有三個(gè)不平衡質(zhì)量，m1?3kg，m2?1kg，m3?4kg，其回轉(zhuǎn)半徑分別為：r1?60mm，

r2?140mm，r3?90mm，l1?30mm，l2?30mm，l3?30mm。相位分布如下圖。要求選擇Ⅰ-Ⅰ，Ⅱ

-Ⅱ兩個(gè)面對(duì)其進(jìn)行動(dòng)平衡，試用圖解法或解析法求在平面Ⅰ-Ⅰ，Ⅱ-Ⅱ面上處所加平衡質(zhì)量的大小和相位（所加平衡質(zhì)量的半徑為：r。（10分）?rⅡ?100mm）Ⅰ

解：將不平衡質(zhì)量的質(zhì)徑積m1r1、m2r2、m3r3分別向Ⅰ-Ⅰ、Ⅱ-Ⅱ兩平衡平面內(nèi)分解。對(duì)于Ⅰ-Ⅰ平面：

?r2??1?140?140kg·mm?3?60?146.25kg·mm，m216040?r3??m3?4?90?90kg·mm

160?r1??m1對(duì)于Ⅱ-Ⅱ平面：

130??r1???m1??r3???m312023030160??r2???0kg·mm?3?60?33.75kg·mm，m2?4?90?270kg·mm

采用圖解法分別在Ⅰ-Ⅰ、Ⅱ-Ⅱ平面進(jìn)行平衡，??10kg·mm/mm。選擇作圖比例尺??10kg·mm/mm作圖，求得：

mⅠⅠr?65kg·mm，mⅡrⅡ?240kg·mm

?rⅡ?100mm，則mⅠ?0.65kg，mⅡrⅡ?2.4kg，相位如下圖所示。由于rⅠ

?r1?、m2?r2?、m3?r3?、mⅠr??r3??、m1??r1??、mⅡrⅡ）m3（左圖的數(shù)值分別是m1Ⅰ右圖數(shù)值分別是

八、已知機(jī)組在穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)期主軸上的等效阻力矩變化曲線Mr(?)如下圖，等效驅(qū)動(dòng)力矩為常數(shù)，主軸的平均速度?m?10rad/s。為減小主軸的速度波動(dòng)，現(xiàn)加裝一個(gè)飛輪，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JF?9.8kg·m2，不計(jì)主軸及

其他構(gòu)件的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。試求：

（1）等效驅(qū)動(dòng)力矩Md。

（2）主軸的最大角速度?max及最小角速度?min，它們發(fā)生在何處（即相應(yīng)的?值）。（15分）（3）運(yùn)動(dòng)速度不均勻系數(shù)?。

解：

（1）Md?2π?12?π?Mrmax，因此有：

Md?78.44?19.6N?m

（2）?m