《機械原理》考試題及答案

（通用版）《機械原理》考試題及答案

班級姓名學(xué)號

成績.

溫馨提示：同學(xué)們，經(jīng)過本學(xué)期的學(xué)習(xí)，你一定積累了很多

知識，現(xiàn)在請認(rèn)真、仔細(xì)地完成這張試卷吧。加油！

一、選擇題（每空2分，共10分）

1、平面機構(gòu)的平衡問題中，對“動不平衡”描述正確的是

Bo

A、只要在一個平衡面內(nèi)增加或出去一個平衡質(zhì)量即可

獲得平衡

B、動不平衡只有在轉(zhuǎn)子運轉(zhuǎn)的情況下才能表現(xiàn)出來

C、靜不平衡針對軸尺寸較小的轉(zhuǎn)子（轉(zhuǎn)子軸向?qū)挾萣

與其直徑D之比b/D<0.2）

D、使動不平衡轉(zhuǎn)子的質(zhì)心與回轉(zhuǎn)軸心重合可實現(xiàn)平衡

2、平面機構(gòu)中，從動件的運動規(guī)律取決于D。

A、從動件的尺寸

B、機構(gòu)組成情況

C、原動件運動規(guī)律

D、原動件運動規(guī)律和機構(gòu)的組成情況

3、一錢鏈四桿機構(gòu)各桿長度分別為30mm,60mm,80mm,

100mm,當(dāng)以30mm的桿為機架時，則該機構(gòu)為A機

構(gòu)。

A、雙搖桿

B、雙曲柄

C、曲柄搖桿

D、不能構(gòu)成四桿機構(gòu)

4、凸輪機構(gòu)中，當(dāng)推桿運動規(guī)律采用C時,既無柔

性沖擊也無剛性沖擊。

A、一次多項式運動規(guī)律

B、二次多項式運動規(guī)律

C、正弦加速運動規(guī)律

D、余弦加速運動規(guī)律

5、漸開線齒輪齒廓形狀決定于D。

A、模數(shù)

B、分度圓上壓力角

C、齒數(shù)

D、前3項

二、填空題（每空2分，共20分）

1、兩構(gòu)件通過面接觸而構(gòu)成的運動副稱為_____低

副O(jiān)

2、作相對運動的三個構(gòu)件的三個瞬心必在同一條直

線上。

3、轉(zhuǎn)動副的自鎖條件是驅(qū)動力臂五摩擦圓半

徑o

4、斜齒輪傳動與直齒輪傳動比較的主要優(yōu)點：嚙合性能

好，重合度大，結(jié)構(gòu)緊湊。

5、在周轉(zhuǎn)輪系中，根據(jù)其自由度的數(shù)目進(jìn)行分類：若其

自由度為2,則稱為差動輪系，若其自由度為1,則

稱其為行星輪系。

6、裝有行星輪的構(gòu)件稱為行星架（轉(zhuǎn)臂或系桿）。

7、棘輪機構(gòu)的典型結(jié)構(gòu)中的組成有：搖桿、棘

爪、棘輪等。

三、簡答題（15分）

1、什么是構(gòu)件？

答：構(gòu)件：機器中每一個獨立的運動單元體稱為一個構(gòu)件；

從運動角度講是不可再分的單位體。

2、何謂四桿機構(gòu)的“死點”？

答：當(dāng)機構(gòu)運轉(zhuǎn)時，若出現(xiàn)連桿與從動件共線時，此時丫二0,

主動件通過連桿作用于從動件上的力將通過其回轉(zhuǎn)中心，從

而使驅(qū)動從動件的有效分力為零，從動件就不能運動，機構(gòu)

的這種傳動角為零的位置稱為死點。

3、用范成法制造漸開線齒輪時，出現(xiàn)根切的根本原因是

什么？避免根切的方法有哪些？

答：出現(xiàn)根切現(xiàn)象的原因：刀具的頂線（不計入齒頂比普通

齒條高出的一段c*m)超過了被切齒輪的嚙合極限點N”則

刀具將把被切齒輪齒根一部分齒廓切去。

避免根切的方法：(a)減小齒頂高系數(shù)ha*.(b)加大刀具

角Q.(c)變位修正

四、計算題(45分)

1、計算如圖1所示機構(gòu)的自由度，注意事項應(yīng)說明？

(5*2)

小題a：其中A、B處各有一個轉(zhuǎn)動副，B處有一個移動副，

C、D處的移動副記作一個移動副。即

〃=3,pt=4,p〃=0,"=F=0;所以該機構(gòu)自由度為：

F=3n-(2pt+ph-p')-F'

=3x3-(2x4+0-0)-0

=1

小題b：其中A、B、C、G、H處各有一個轉(zhuǎn)動副，F(xiàn)處為復(fù)

合較鏈有兩個轉(zhuǎn)動副，B處有一個局部自由度，D、E處的兩

個移動副記作一個移動副。即

〃=7,〃尸9,「『I,p'=0,F=1;所以該機構(gòu)自由度為：

,,

F=3n-(2p/+p/]-p)-F

=3x7-(2x9+l-0)-l

=1

2、如圖2所示機構(gòu)中，各尺寸為：乙尸30mm,7^=100mm,

//50mm,/%=40nim,曲柄以等角速度s尸10rad/s運動，

試用圖解法求機構(gòu)在冊45。時，點D和E的加速度，以及

構(gòu)件2的角速度和角加速度。(15分)

機構(gòu)中構(gòu)件2和搖塊3組成移動副，且構(gòu)件2作平面一般運

動，選C（C2和C3）為重合點，則Vc3=VC4=0,ac3=ac4=0,

33=s2,a3=a2o

i.速度分析

vB=coj=10x0.03=0.3m/s

VC2=VB+VC2B=VC3+VC2C3

方向LABA.BCIIBC

大小Y?o?

取uk0.005m?sT/mm作上式的速度圖（圖b）,再根據(jù)

速度影像原逑得點d及e。

vD=氏pd-0.005x45.2=0.23切/s（沿p昉向）

vE=juvpe-0.005x34.4=0.11mls（沿pe方向）

氏be、0.005x48.5”八‘好比卜酊、

lbc0.123

ii.加速度分析

an=aB，==Lx0.03=3m/s2

啖ZB=2.0（）2x0.123=0.49m/s?

a葭3=2碼%2c3=2X2X0.005x34.5=0.69w/52（方向OfE）

aC2=+aC2B+aC2B=〃C3+aC2C3+aC2C3

方向3—ACfBIBCIBCIIBC

大小vv?0V?

以Ua=0.04m?S-7mm作加速度圖（圖c）,再加速度影像原理

得點d'和e’,史圖可得：

沏=4*=0.04x65.14=2.61m/s2（?！狈较颍?/p>

aE=兒^7'=0.04x71.01=2.84m/』（/N方向）

合心=ZWl=O.x25.85=MXrad/s2（j頓時針）

%B50-123

3、設(shè)計一對漸開線外嚙合標(biāo)準(zhǔn)齒輪圓柱齒輪機構(gòu)。已知

Z,=18,Zk36,模數(shù)爐3,壓力角。與齒頂高系數(shù)瓦為標(biāo)準(zhǔn)值,

試求：（10分）

1）該圓柱齒輪機構(gòu)的傳動比i12

2）兩輪的分度圓直徑、齒頂圓直徑、齒根圓直徑、基圓

直徑、分度圓上齒厚

3）求兩輪的中心距

答：

a）該圓柱齒輪機構(gòu)的傳動比

.Z）36

b）兩輪的分度圓直徑：

4="4=3x18=54nvnd2=inz2=3x36=108/m?

齒頂圓直徑：’~

da}=（Z1-2優(yōu)）6=（18+2x1）x3=63/run

da2=（z24-2h：）m=（36+2xl）x3=H7inm

齒根圓直徑：

dfx=（zI-2/^-2r*）/n=（18-2xl-2x0.25）x3=46.5/Mn?

df2=（z2-2〃；-2c）m=（36-2x1-2x0.25）x3=1005加

基圓直徑：

dhi=4xcosG=54xcos20°=50.74/m?

dh2=d2xcos5=117xcos20°=109.9^nvn

分度圓上齒厚：

mn3.14x3

=4.7\m/n

~22

C）兩輪中心距:

4+d54+108

2=8\mm

22

4、在圖示輪系中，已知:Zi=22,Z3=88,

Z3'=Z5o試求傳動比i15。（10分）

答：齒輪1、2、3、H組成行星輪系部

分；

齒輪丁、4、5組成定軸輪系部分；

其中行星輪系部分的傳動比：圖3

卜①L為=_咨-_生=_瑾=_4（1）

13①3一叫ZlZ2Z]22

定軸輪系部分：

殺=竺_咨=一三=_1（2）

^3,^4Z3，

由圖中可知：

co5=coH（3）

又有：

（Oy=COy（4）

由式1、2、3、4聯(lián)立可得：

五、設(shè)計題（10分）

設(shè)計一導(dǎo)桿機構(gòu)，已知機架長度100mm,行程速比系數(shù)

K=1.5O（要求保留作圖軌跡，以及必要的文字說明）

解：導(dǎo)桿機構(gòu)的極位夾角。J8O°X（K-I）=18。*1.5-1）=36。

K+11.5+1

根據(jù)導(dǎo)桿機構(gòu)的特性知：其中。為導(dǎo)桿的擺角

作圖步驟：

a）"（乍Z.mDn=（p=O

7

b）作N/wD?的角平分線，在該線上取"A="加（即機架

長度）

c）過A點作導(dǎo)桿任一極位的垂線AG（或AC?）,其即為曲

柄，故

a=Jsin(^/2)=100xsin(36/2)=30.90/71/7/

D

試題2

一、填空題（每題2分，共20分）

1、機構(gòu)具有確定運動的條件：機構(gòu)自由度數(shù)二機構(gòu)的

原動件數(shù)。

2、速度影像的相似原理只能應(yīng)用于同一構(gòu)件上

的各點。

3、對心曲柄滑塊機構(gòu)，若以滑塊為機架，則該機構(gòu)演化為

定塊機構(gòu)（或直動導(dǎo)桿機構(gòu)）。

4、移動副的自鎖條件是：驅(qū)動力作用在移動副的摩擦

角內(nèi)o

5、凸輪機構(gòu)推桿的常用運動規(guī)律中，一次多項式

運動規(guī)律有剛性沖擊。

6、漸開線的形狀取決于基圓的大小。

7、直齒圓柱齒輪機構(gòu)的正確嚙合條件是：模數(shù)相

等、壓力角相等。

8、有一外槽輪機構(gòu)，已知槽輪的槽數(shù)z=4,轉(zhuǎn)盤上裝有一個

圓銷，則該槽輪機構(gòu)的運動系數(shù)k=0.25。

9、回轉(zhuǎn)構(gòu)件進(jìn)行動平衡時，應(yīng)在兩個平衡基面上

加平衡質(zhì)量。

10、當(dāng)兩構(gòu)件組成兼有滑動和滾動的高副時，其瞬心在過

接觸點高副元素的公法線

處。

二、簡答題（每小題5分，共25分）

1、簡述構(gòu)件和零件的區(qū)別和聯(lián)系？

答：

a）構(gòu)件：從運動角度講是不可再分的單位體。

b）零件；從制造角度講是不可再分的單位體。

c）構(gòu)件可以由多個零件通過剛性聯(lián)結(jié)獲得。

2、什么是當(dāng)量摩擦系數(shù)？

答：為了計算摩擦力簡便，把運動副元素幾何形狀對運動副

的摩擦力的影響因素計入到摩擦系數(shù)中，這種轉(zhuǎn)化后的摩擦

系數(shù)稱為當(dāng)量摩擦系數(shù)。

3、實現(xiàn)往復(fù)移動或往復(fù)擺動的機構(gòu)有哪些？

答：

（1）連桿機構(gòu)

（2）凸輪機構(gòu)

（3）螺旋機構(gòu)

（4）齒輪齒條機構(gòu)

（5）組合機構(gòu)

4、機械的“平衡”與“調(diào)速”都可以減輕機械中的動載

荷，但兩者有何本質(zhì)區(qū)別？

答：1）機械平衡是通過消除或減小慣性力和慣性力矩來減輕

機械中的動載荷。

2）調(diào)速是使機械的運動避開其共振區(qū)域，從而減小軸的撓

度，獲得減輕機械中動載荷的目的。

5、簡述漸開線圓柱斜齒輪機構(gòu)主要有哪些優(yōu)缺點？

答：優(yōu)點：

（1）嚙合性能好：逐漸嚙入，逐漸嚙出，傳動平穩(wěn),，噪

音小。

（2）重合度大：降低每對齒輪的載荷，提高承載能力。

（3）結(jié)構(gòu)緊湊：避免根切的最小齒數(shù)小。

缺點：運轉(zhuǎn)時有軸向力。

三、計算題（共45分）

1、繪制縫紉機下針機構(gòu)簡圖（草圖）。

（5分）

2、圖示為一內(nèi)燃機的機構(gòu)簡圖，試計算其自由度，并分析

組成此機構(gòu)的基本桿組及機構(gòu)級

別。（10分）□

D

答：見圖所示?；顒訕?gòu)件n=7；H

副pl=10；□

所以機構(gòu)的自由度為

F=3n_Qp1+尸'=

3x7-(2xl0+lx()-0)-0=l

以AB為原動件:

機

構(gòu)可分解

成下圖。

II級機構(gòu)

因此該機構(gòu)為：II級機構(gòu)

3、試求機構(gòu)在圖示位置的全部瞬心。（5分）

答：A點為%;

B點為九;

P23由三心定理求得，見圖。

4、在圖示導(dǎo)桿機構(gòu)中，ZE4C=90°,岫=60〃〃九，ZAC=120/wn,曲柄

AB以等角速度叼=30%d/s轉(zhuǎn)動，試用相對運動圖解法求構(gòu)件3

的角速度和角加速度。（15分）

解：以U尸0.001m/mni作機構(gòu)的位置簡圖，如圖A/

a所示。1

=在c=V1202+602m134mm

a）速度分析

求VB2

vB2=%[=694=30x0.06=1.8W/J（方向垂直AB轉(zhuǎn)

向同Oh）

求1

以3+VB2B3

方向1AB1BC//AB

大小1.8

取U尸0.01m?sT/mm作上式的速度圖（圖b）

%=4法=0.01x80.36?0.8/n/5（方向見圖）

%283=〃\,b2b3=0.01x161.07?1.6/W/5（方向見圖）

=工1=————三起6rad/s（逆時針）

lar134x10-3

a）加速度分析

22

aB2=編2=EL=30X0.06=54/H/5（方向5—4）

/3=或xZBC=6?x0.134x4.8/w/s（方向8fC）

4283=犯％253=2乂6乂1.6=19.2m/$（方向_1_%283）

aB2=唯+aB3+aB2B3+“8283

方向ABfCIBC，VB2B3UBC

大小544.8?19.2?

以ua=lm?s'/mm作加速度圖（圖c）

力3=4,西=1X29.08?29〃〃Y（方向見圖）

29

-----=21brad/s2

0.134

,=

5、圖本輪系中，已知：Z|=60,z2=z2z3=z4=20,z5=100o試求傳

動比i4io（10分）

11—1

答：2.

tVT2*

：H_例一0〃20x10（）_5壟

l=--^=.3W1

\5~八60x20-3（1）J

z,'HQ心a

1

：H_助一如_Z2Z3Z420x20_1吻41隗

-（）

*1460x20~32

g一%z^Z

5T

由式1、2聯(lián)立可得:

配=-1.5

四、設(shè)計題（10分）

如圖所示，設(shè)已知破碎機的行程速比系數(shù)K=L2,顆板

長度=300nun,頡板璞角°=35°,

曲柄長60mm。試設(shè)計該四桿機構(gòu)。

解：作圖步驟：

d）由給定的行程速比變化系數(shù)

K,得曲柄搖桿機構(gòu)的極位夾

角

0180°x(K—1)180°x(1.2-l)_

U=----------------=-------------=16A.36O

K+l1.2+1

e)作出搖桿兩個極限位置CiD和C2D,使NGDC?=35。

f)連接C、C2,并作GM垂直于CC。

g）作4。2%=90。-夕=90。-16.36。=73.64。，N與M相交于P點,

由圖可見，=。=16.36。。

h）利用余弦定理求AG（令為X）

(2X/八8+x)+X―/m2

2(2x3+沙

量得/CQUI8042"""

代入求得連桿的長度：x=225.44mm

i）以G為圓心，X為半徑作圓，與前述

外接圓的交點即為所求的A點。

j）量得機架長：309.43mm

試題3

一、填空題（每空2分，共20分）

1、機構(gòu)中按給定的運動規(guī)律對立運動的構(gòu)件稱為____原

動件；而其余活動構(gòu)件稱為_________叢動

件o

2、轉(zhuǎn)動副的自鎖條件是:驅(qū)動力作用在摩擦

圓內(nèi)O

3、對心曲柄滑塊機構(gòu)，若以曲柄為機架，則該機構(gòu)演化為

導(dǎo)桿機構(gòu)。

4、機構(gòu)的壓力角是指力與速度所夾銳

角_____________________________O

5、凸輪機構(gòu)推桿的常用運動規(guī)律中，余弦加速度運動規(guī)律

有柔性沖擊。

6、齒輪機構(gòu)的重合度愈大，表明同時參加嚙合的輪齒對數(shù)

愈多O

7、棘輪機構(gòu)的主要組成構(gòu)件有：棘輪、_____棘

瓜__、止動爪等。

8、機器速度波動的類型有：周期性速度波動、

非周期性速度波動。

9、設(shè)計滾子推桿盤形凸輪輪廓線時，若發(fā)現(xiàn)工作廓線有變

尖現(xiàn)象時，則尺寸參數(shù)上應(yīng)采取的措施是：加大

基圓半徑。

10、在曲柄搖桿機構(gòu)中，當(dāng)曲柄與機架兩次共

線位置時出現(xiàn)最小傳動角。

二、簡答題（每小題5分，共25分）

1、何謂運動副及運動副元素？

答：運動副是指兩構(gòu)件直接接觸具有確定的相對運動關(guān)系

的一種聯(lián)結(jié)。

（書本）：兩個構(gòu)件直接接觸而組成的可動的聯(lián)接。

運動副元素：參加接觸的部分。

兩構(gòu)件上能夠參加接觸而構(gòu)成運動副的表面。

2、列舉5種能實現(xiàn)連續(xù)回轉(zhuǎn)運動的機構(gòu)。

答：

1）摩擦傳動機構(gòu)：如帶傳動、摩擦輪等

2）嚙合傳動機構(gòu)：如齒輪傳動、蝸桿傳動、鏈傳動等

3）連桿機構(gòu)：如雙曲柄機構(gòu)、平行四邊形機構(gòu)等。

3、簡述進(jìn)行質(zhì)量代換需要滿足的三個條件？動代換和靜

代換各應(yīng)滿足什么條件？

答：質(zhì)量代換法需滿足三個條件：

1、代換前后構(gòu)件的質(zhì)量不變；

2、代換前后構(gòu)件的質(zhì)心位置不變；

3、代換前后構(gòu)件對質(zhì)心軸的轉(zhuǎn)動慣量不變：

其中：動代換需要滿足前面三個條件；靜代換滿足前兩個

條件便可。

4、缶輪傳動要勻速、平穩(wěn)地進(jìn)行，必須滿足哪些條件？

答：

1）對齒廓的要求：齒廓滿足定傳動比的齒廓嚙合基本

定律。

2）對重合度要求：齒輪嚙合的重合度大于1。

3）對正確嚙合要求：滿足正確嚙合條件。

5、有一滾子推桿盤形凸輪機構(gòu)，在使用中發(fā)現(xiàn)推桿滾子的

直徑偏小，欲改用較大的滾子，問是否可行？為什么？

答：不一定。

令滾子半徑為小凸輪理論輪廓線的最小曲率半徑為外加

當(dāng)：人＞外而時：工作廓線出現(xiàn)交叉，出現(xiàn)失真現(xiàn)象。這時

不可行。

當(dāng)：「”片面時：工作廓線出現(xiàn)尖點，凸輪輪廓在尖點處易

磨損而導(dǎo)致失真。這時也不可行。

當(dāng)：時：這時也不可行。

三、計算題（共45分）

1、繪制唧筒機構(gòu)簡圖（草圖）。（5分）

□

D

□H

答:活動構(gòu)件n=7；低副pl=10；G

所以機構(gòu)的自由度為

F=3n-（2pf+ph-p,）-F=

3x7-（2xl0+lx0-0）-0=l

以AB為元動件：

機構(gòu)可分解成下圖。為in級機構(gòu)

□H

DEO

F

1【級組

機架與原動件G

3、試求機構(gòu)在圖示位置的全部瞬心。（5分）

答：A點為P,

B點為P23；

C點為P34；

D點為九;

P.3由三心定理求得為B

點，見圖。

P24由三心定理求得為D

點，見圖。

4、圖不釵鏈四桿機構(gòu)中，已知"c=50〃肛lCD=35〃嘰4。=30AD

為機架，（15分）

（1）若此機構(gòu)為曲柄推桿機構(gòu)，且AB為曲柄，求儲的最

大值；

（2）若此機構(gòu)為雙曲柄機構(gòu)，求的的

最小值；

（3）若此機構(gòu)為雙搖桿機構(gòu)，求3值

的范圍；

解：1）曲柄搖桿機構(gòu)要求滿足“桿長條

件”；曲柄為連架桿且最短三個條件。

由“桿長條件”知：小LHe

SP:lAB<lAD+lCD-lBC=30+35-50=15mm

所以*的最大值為：15mm

2）為雙曲柄機構(gòu)有兩種情況：

＞滿足“桿長條件”；最短桿為機架；。

＞滿足平行四邊形機構(gòu)條件。（RCUD，排除）

當(dāng)BC為最長桿時：

由“桿長條件”知:IAD+IBCSCD

艮:lAB＞lAD+lBC-lCD=30+50-35=45nini

當(dāng)AB為最長桿時：

由“桿長條件”知-“c+L

:lAB＜lBC+lCD_4。=50+35—30=55mtn