航天大學(xué)機械原理（A3）第二學(xué)期期末考試試卷1及答案

航火人學(xué)

2011-2012學(xué)年第二學(xué)期期末

《機械原理(A3)?

考試A卷

班級學(xué)號

姓名成績

2012年6月18日

班號學(xué)號姓名成績

《機械原理（A3）》期末考試卷（A卷）

注意事項：1、請將解答寫在試卷上；

2、草稿紙上的解答不作為批改試卷的依據(jù)；

3、用鉛筆繪圖，圖解法解答請保留作圖過程和作圖輔助線。

題目：

一、機構(gòu)自由度計算............................................（分）

二、機構(gòu)運動分析..............................................（分）

三、連桿機構(gòu)設(shè)計..............................................（分）

四、凸輪機構(gòu)..................................................（分）

五、齒輪機構(gòu)..................................................（分）

六、輪系......................................................（分）

七、機械系統(tǒng)動力學(xué)............................................（分）

2

一、計算圖示運動鏈的自由度。若有復(fù)合較鏈、局部自由度或虛約束，必須指出。

（已知ABCD和CDEF是平行四邊形）

（本題14分）

3

二、在下圖所示的機構(gòu)中，已知原動件1以等角速度劭沿逆時針方向轉(zhuǎn)動，試確定:

(1)機構(gòu)的全部瞬心；

(2)構(gòu)件3的速度以(寫出表達式)。

(本題14分)

4

三、試用圖解法設(shè)計一曲柄搖桿機構(gòu)43co（其中A3為曲柄）。已知連桿的長

度，當機構(gòu)處于一個極限位置時，連桿處于bG（圖中S位置），請確定A、。較

鏈點的位置，并使機構(gòu)滿足以下條件：（1）當機構(gòu)處于另一個極限位置時，連桿

處于S2這條線上；（2）機構(gòu)處于S2位置時，其壓力角為零，如下圖所示（保留作

圖線，并簡要敘述作圖步驟）。

（本題15分）

5

四、試在圖示偏置直動滾子從動件盤形凸輪機構(gòu)中,

(1)畫出凸輪基圓；

(2)標出從動件與凸輪從接觸點C到接觸點。時，該凸輪轉(zhuǎn)過的轉(zhuǎn)角已

(3)標出從動件與凸輪在。點接觸的壓力角a；

(4)標出從動件從最低位置到在。點接觸時的位移s。

(本題14分)

6

五、在題圖所示的齒輪減速器中，已知兩齒輪為用范成法加工的漸開線標準直齒圓

柱齒輪，標準安裝，傳動比2=2,模數(shù)〃『5mm,齒頂高系數(shù)力:二1.0,壓力角0=20。，

箱體內(nèi)壁的寬度卬=270mm,高度H=185mm。試設(shè)計這兩個齒輪，求出：

（1）齒輪的齒數(shù)Z1和Z2；

<2）按標準中心距安裝，試畫出兩齒輪的嚙合圖，并在圖中標出起始嚙合點&,

終止嚙合點8,實際嚙合線B&；

（3）求出兩齒輪嚙合的重合度的大小。

（本題15分）

7

六、在下圖所示輪系中，己知各輪齒數(shù)為Zi=99,Z2=100,Z2'=101,Z3=100,Z3'=18,

Z4=36,Z4,=14,Z5=28,A軸轉(zhuǎn)速為〃4=1000r/min,轉(zhuǎn)向如下圖，求8軸的轉(zhuǎn)速〃小

并指出其轉(zhuǎn)向。

（本題14分）

8

七、圖（a）為某機器傳動系統(tǒng)簡圖。圖中Oi為輸入軸，滑塊3為執(zhí)行構(gòu)件。其中，

各輪的齒數(shù)為zi=25,Z2=5O,Z3=Z5=3O,Z4=60,Z6=90O齒輪2與齒輪3固連，齒輪

4與齒輪5固連，曲柄與齒輪6固連。取。4軸為等效構(gòu)件，一個運動周期內(nèi)作用在

。4軸的等效阻力矩Mer如圖（b）所示，。4軸上的等效驅(qū)動力矩Med為常數(shù)。軸。4

的平均轉(zhuǎn)動角速度為祈=2.5rad/s,傳動系統(tǒng)各構(gòu)件在0\軸的等效轉(zhuǎn)動慣量為

Jci=1.0kgm2o試求：

（1）軸Qi上的等效驅(qū)動力矩Mxl；

（2）機械系統(tǒng)在軸。4的等效轉(zhuǎn)動慣量44；

（3）最大盈虧功AWmax；

（4）要求速度不均勻系數(shù)6W0.02,則加在軸01上的飛輪轉(zhuǎn)動慣量介至少應(yīng)為多少？

（共14分）

9

航火大學(xué)

2011-2012學(xué)年第二學(xué)期期末

《機械原理》

A卷

評分標準

2012年6月5B

10

班級學(xué)號姓名成績

《機械原理》期末考試卷

注意事項：1、請將解答寫在試卷上；

2、草稿紙上的解答不作為批改試卷的依據(jù)；

3、圖解法解答請保留作圖過程和作圖輔助線。

題目：

?、機構(gòu)自由度計算.............................................（14；｝）

二、機構(gòu)運動分析................................................（14分）

三、連桿機構(gòu)設(shè)計................................................（15分）

四、凸輪機構(gòu)....................................................（14分）

五、齒輪機構(gòu)....................................................（15分）

六、輪系........................................................（14分）

七、機械系統(tǒng)動力學(xué).............................................（14分）

11

一、計算圖示運動鏈的自由度。若有復(fù)合較鏈、局部自由度或虛約束，必須指出。（已知ABCD

和CDE戶是平行四邊形。）

共14分

尸處為復(fù)合錢鏈（2分）

I（或J）為虛約束（1分）

C。（或A8）為虛約束（2分）

滾子K處為局部自由度（1分）

n=9,PL=12,pH=1（5分）

F=3n-2pL-pH=3x9-2x12-1=2（3分）

二、在下圖所示的機構(gòu)中，已知原動件1以等角速度劭沿逆時針方向轉(zhuǎn)動，試確定:

（1）機構(gòu)的全部瞬心；

（2）構(gòu)件3的速度力（寫出表達式）。

共14分

（1）該機構(gòu)有4個構(gòu)件，所以共有6個瞬心。通過直接判斷，可以得到瞬心PM、P24和PM的位置，

如習(xí)題2?21解圖所示。（3分）

依據(jù)三心定理，瞬心修2應(yīng)位于P14和P24的連線上；另外，構(gòu)件1和2組成高副，所以瞬

心丹2還應(yīng)位于構(gòu)件1和2廓線在接觸點處的公法線〃〃上，這樣就得到了瞬心P2的位置，如下

圖所示。

同理可得到瞬心P23,再應(yīng)用三心定理，就可以求得瞬心尸13。（6分）

（2）因為構(gòu)件1的運動為己知，而要求的是構(gòu)件3的速度，所以應(yīng)用瞬心外3來求得構(gòu)件3的

速度為

為=%3，方向向上。（5分）

13

三、試用圖解法設(shè)計一曲柄搖桿機構(gòu)ABC。（其中AB為曲柄）。已知連桿BC的長度，當機構(gòu)處

于一個極限位置時，連桿處于（圖中S位置），靖確定4、。較鏈點的位置，并使機構(gòu)滿足

以下條件：（1）當機構(gòu)處于另一個極限位置時，連桿處于S2這條線上；（2）機構(gòu)處于S2位置時，

其壓力角為零，如下圖所示（保留作圖線，并簡要敘述作圖步驟）

共15分

作圖步驟:

（1）延長S2與S相交于A點，4點即為曲柄的固定較鏈點（3分）

（2）以4為起點，在S2上截取A&=AS，得%點（3

分）

（3）截取B2C2=B]C]得Ci點

（3分）

（4）作GG的垂直平分線皿。較鏈點應(yīng)在nn線上（3分）

（5）機構(gòu)處于S2極限位置.時，其壓力角為0.故作。C2U2C2交〃〃于。，。較鏈點即為搖桿的

Bi

14

四、試在圖示偏置直動滾子從動件盤形凸輪機構(gòu)中，

（1）畫出凸輪基圓；

<2）標出從動件與凸輪從接觸點C到接觸點。時，該凸輪轉(zhuǎn)過的轉(zhuǎn)角仍

（3）標出從動件與凸輪在。點接觸的壓力角①

（4）標出從動件從最低位置到在D點接觸時的位移So

11

1

Ci

共14分

基圓如圖（3分）

*如圖示（5分）

a如圖示（3分）

s如圖示（3分）

作圖結(jié)果如下圖所示。

/（斗

-fX>

五、在題圖所示的齒輪減速器中，已知兩齒輪為用范成法加工的漸開線標準直齒圓柱齒輪，標準

安裝，傳動比八2二2,模數(shù)m=5mm,齒頂高系數(shù)力：=1.0,壓力角?=20°，箱體內(nèi)壁的寬度W=270mm,

高度”二185mm。試設(shè)計這兩個齒輪，求出：

（1）齒輪的齒數(shù)Z］和Z2；

（2）按標準中心距安裝，試畫出兩齒輪的嚙合圖，并在圖中標出起始嚙合點&,

終止嚙合點8，實際嚙合線當歷；

（3）求出兩齒輪嚙合的重合度的大小。

共15分

(1)減速器在寬度方向應(yīng)滿足：

〃+g+ra2=g皿4+Z2)+(gwZ|+〃；M+(gwZ2+〃;加)

（4分）

-m(Z|+z2)+=m(z]+inzx)+2liam<W

即

WX*

--2ha

z,<-^——

也

270「,

-----2x1

z,-------=17.333（1分）

1+2

考慮加工時齒輪不產(chǎn)生根切，則:

zI>17（1分）

所以得

Z|=17,z2=ii2zx=2x17=34（2分）

減速器在高度方向應(yīng)滿足:

da2=+2%;〃z<H（1分）

16

dal=/nz2+2/z>=5x34+2x1=172<H=185

滿足高度方向的要求。

（2）齒輪的基圓半徑、和%2（要求通過作圖求解）

a=g/n(Zi+Z2)=gx5x(17+34)=127.5mm

—tnz.=-x5x17=42.5mm

212

（4分）

（3）兩齒輪嚙合的重合度的大小。

L

,nax=〃+%+”=gm(％+z2)+(^wz1+/z>)+(1mz2+hjn)

（2分）

=m(z1+z2)+2〃；優(yōu)=5x(17+34)+2x1x5=265mm

17

六.在下圖所示輪系中，已知各輪齒數(shù)為Zi=99,Z2=100,Z2'=101,Z3=100,Z3'=18,4=36,ZT=14,

Z5=28,A軸轉(zhuǎn)速為〃A=1000r/min,轉(zhuǎn)向如下圖，求8軸的轉(zhuǎn)速并指出其轉(zhuǎn)向。

共14分

輪系總傳動比:（2分）

101x99_1

i=10000（5分）

100x100~10000ffi

ZZ5_36X28

4（3分）

z3.z4.18x14

（2分）

〃3和〃A同向，用指向法確定如方向，"8與/〃轉(zhuǎn)向相反。（2分）

18

七、圖（a）為某機器傳動系統(tǒng)簡圖。圖中Oi為輸入軸，滑塊8為執(zhí)行構(gòu)件。其中，各輪的齒數(shù)

為21=25,22=50,23=25=30,24=60,26=90齒輪2與齒輪3固連，齒輪4與齒輪5固連，曲

柄與齒輪6固連。取Q軸為等效構(gòu)件，一個運動周期內(nèi)作用在Q軸的等效阻力矩Mcr如圖（b）

所示，Q軸上的等效驅(qū)動力矩Med為常數(shù)。軸。4的平均轉(zhuǎn)動角速度為⑷后2.5rad/s,傳動系統(tǒng)各

構(gòu)件在0\軸的等效轉(zhuǎn)動慣量為Jei=L0kgm2o試求:

（I）軸。4上的等效驅(qū)動力矩A/ed；

（2）機械系統(tǒng)在軸Q|的等效轉(zhuǎn)動慣量44；

（3）最大盈虧功AWmax；

（4）要求速度不均勻系數(shù)540.02,則加在軸01上的飛輪轉(zhuǎn)動慣量介至少應(yīng)為多少？

共14分

（1）?個周期內(nèi)等效驅(qū)動力矩所作的功與等效阻力矩所作的功相等，有（1分）

41兀

M,-2^=100--+--200--=75Nm（1分）

“222

(2)由等效原理，有

172172（1分）

d>iZ2,Z4,Z650-60-9012

-

~co^~Z,Z3Z5-25-30-30

19

2:

Je4=JeI12=144Kgm（1分）

（3）計算各時刻動能如下：

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