河南理工大学机械原理试题

机械原理试卷 （参考答案）

《机械原理试卷参考答案》 （№1） 一、填空题： （30分）

1．机构中的速度瞬心是两构件上（相对速度 ）为零的重合点，它用于平面机构（ 速度 ）分析。 2．下列机构中，若给定各杆长度，以最长杆为连架杆时，第一组为 （双摇杆机构 ）机构；第二组为（ 曲柄摇杆机构 ）机构。

(1)a=250 b=200 c=80 d=100； (2)a=90 b=200 c=210 d=100 。 3.机构和零件不同，构件是（运动的单元 ），而零件是（制造的单元 ）。

4．凸轮的基圆半径越小，则机构尺寸（越大 ）但过于小的基圆半径会导致压力角（增大 ）。 5．用齿条型刀具范成法切制渐开线齿轮时，为使标准齿轮不发生根切，应使刀具的（齿顶线不超过极限啮合点 ）。 6．当要求凸轮机构从动件的运动没有冲击时，应选用（摆线运动）规律。

7．间歇凸轮机构是将（主动轮的连续转动）转化为（从动转盘的间歇 ）的运动。 8．刚性转子的平衡中，当转子的质量分布不在一个平面内时，应采用 （动平衡 ）方法平衡。其平衡条件为（∑M = O ；∑F = 0）。 1． 9．机械的等效动力学模型的建立，其等效原则是：等效构件所具有的动能应（ 等于整个系统的总动能 ）。等效力、等效力矩所作的功或瞬时功率应（等于整个系统的所有力，所有力矩所作的功或所产生的功率之和 ）。 10．平面机构结构分析中，基本杆组的结构公式是（ 3n = 2PL ）。而动态静力分析中，静定条件是（ 3n = 2PL ）。 一、 选择题： （20分）

1．渐开线齿轮齿条啮合时，若齿条相对齿轮作远离圆心的平移，其啮合角（B ）。 A)增大 ； B)不变； C)减少。

2．为保证一对渐开线齿轮可靠地连续传动，应便实际啮合线长度（ C ）基圆齿距。 A)等于； B)小于； C)大于。 3．高副低代中的虚拟构件的自由度为（ A ）。 A) -1 ； B) +1 ； C) 0 ；

4．压力角是在不考虑摩擦情况下，作用力与作用点的（ B ）方向的夹角。 A)法线； B)速度； C)加速度； D)切线；

5．理论廓线相同而实际廓线不同的两个对心直动滚子从动件盘形凸轮，其推杆的运动规律是（ A ）。 A)相同的； B)不相同的； C)不一定的。

6．飞轮调速是因为它能（ C ①）能量，装飞轮后以后，机器的速度波动可以（ B ②）。 ① A)生产； B)消耗； C)储存和放出。 ② A)消除； B)减小； C)增大。

7．作平面运动的三个构件有被此相关的三个瞬心。这三个瞬心（ C ）。 A)是重合的； B)不在同一条直线上； C)在一条直线上的。

8．渐开线标准齿轮在标准安装情况下，两齿轮分度圆的相对位置应该是（ C ）。 A)相交的； B)分离的； C)相切的。

9．齿轮根切的现象发生在（ D ）的场合。

A) 模数较大； B)模数较小； C)齿数较多； D)齿数较少 10．重合度

1.6 表示一对轮齿啮合的时间在齿轮转过一个基圆齿距的时间内占（ A ）。

A) 40%；B) 60%； C) 25%

三．计算下列机构自由度。 (10分)

F = 3 × 5 － 2 × 6 － 1 = 2 F = 3 × 8 － 2 × 11 － 1 = 1 四、 图示轮系中，已知 Z1＝1（右旋），Z2＝60，Z3＝40，Z4＝20，

Z5＝18，齿轮3、4、5、6的模数和压力角分别相等。求 Z6 齿数和传动比i1H。 (10分)

解：区分轮系 3-4-5-6-H 为行星轮系，1-2 为定轴轮系。 由同心条件： Z6 = Z3 － Z4 + Z5 = 40 － 20 + 18 = 38

H

i3H 1 i36 1

Z4Z620 381Z60

1 i12 2 60

Z3Z540 1818Z11

110

183

∵ n3 = n2 i1H i12 i3H 60

五．作图求出图示凸轮机构滚子中心B1到B2时凸轮转角φ，B2点时的压力角α和基圆半径R。

六．设一对渐开线正常齿制标准直齿轮啮合，Z1 = 33 ，Z2 =67,m =3 。 若在安装时，将中心距比标准中心距增大1.5 mm ,求此时啮合角及重合度。 (10分) 解：标准中心距 a r1 r2

1

Z1 Z2 m 1 33 67 3 150 22

实际安装中心距 a

a 1.5 151.5 acos a ccos

cos 1

a 150

cos cos 1 cos20 21.5 a 151.5

mZ1mZ2

rb1 cos 46.515rb2 cos 94.439

22

ra1 r1 ham 49.5 3 52.5ra2 r2 ham 100.5 3 103.5

rb1 1 rb2 1 cos 2 cos a

r 24.153 r 27.625 a

a2 a1

1

1

Z1 tan a1 tan Z2 tan a2 tan 2

1

33 tan27.625 tan21.5 67 tan24.153 tan21.5 1.261七、设计一曲柄摇杆2

机构，已知摇杆一极限位置与机架夹角为 ψ= 60°，行程速比系数K = 1.4，摇杆CD = 40 mm，机架AD = 50 mm。图解出曲柄AB及连杆BC的长度。并作出所设计机构的最小传动角。 (10分) 解： 求出极位夹角 180

K 11.4 1

180 30

K 11.4 1

《机械原理试卷参考答案》

一、 填空题（每题3分，共30分）

1.渐开线直齿圆柱齿轮的正确啮合条件（两轮模数和压力角相等

2．用齿条形刀具范成法加工渐开线齿轮时，为了使标准齿轮不发生根切，刀具的齿顶线（圆）应N1。其最少齿数为17 。 1． 3．机器产生速度波动的类型有分别用 ，和来调节。 4．刚性回转件的平衡有两种，一种是静平衡其质量分布特点是 在一同平面内另一种是动平衡其质量分布特点是不在同一平面内。 5．构件与零件不同，构件是单元，零件是单元。

6．斜齿轮的标准参数在面上，圆锥齿轮的标准参数在面。

7．槽轮机构是将运动转换成运动。 8．曲柄摇杆机构出现最小转动角的位置是曲柄与机架两次共线位置。

9．三角螺纹主要用于联接；矩形螺纹主要用于传递运动。这是因为三角螺纹比矩形螺纹摩擦力矩大。

构；在d ＜ 12范围内为双曲柄机构。 二、 计算下列机构的自由度 10分

F = 3n – 2PL – PH =3×4－2×5－1 = 1

F = 3n – 2PL – PH =3×4－2×5－1 = 1

三、 图示提升机构，已知各轮齿数Z1 = 15，Z2 = 25，Z2‘ = 23，Z3 = 69， Z4 = 30，Z5 = 40，绳轮半径R = 0.2 m重物Q = 1000 N，该机械总效率η= 0.9，重物匀速提升速度V = 3 m/min。 15分 求：（1）该机构的总传动比

（2）轴1的转速η1及转向 （3）轴1的输入功率N

解： 区分轮系：1-2-2-3（4）为行星轮系，4-5为定轴轮系。 i1H = i14 =1－iH13 =1－(-1)Z2 Z3／ Z1 Z2’ = 1+(25×69)／(15×23)=6 i45=－Z5／ Z4=－4／3 i15 = i14 . i45 = 6 ×(－4／3) =－8 n

i45 = v／(2πR)* i15 =3／(2π×0.2)×8 =19.1转／分 1 = n5 ×

N1 = N5／η = Q V ／η = 1000×3／(60×0.9) =55.6 W

四、 在图示凸轮机构中，已知偏心圆盘为凸轮实际轮廓，其余尺寸如图 μ= 0.001 m/mm.。 (10分)

‘

求：（1）基圆半径R。

（2）图示位置凸轮机构压力角α

（3）凸轮由图示位置转60°后，推杆移动距离S。

五、 如图已知机架AD=50mm，摇杆离机架最近的极限位置β=45°。且CD=40mm，该机构为曲柄摇杆机构，位置速比系数K=1.4，试用作图法求出曲柄AB和连杆BC的长度，并绘出机构图。（写出作图步骤，保留各作图线） （10分）

六、 在图示凸轮机构中，已知偏心圆凸轮半径R = 50 ，图中OA = 22，AC = 80 ，凸轮1的角速度ω1= 10 rad /s, 逆时针转动。用瞬心法求从动件2的角速度ω2。 （10分）

解： 由三心定理，构件1、2、3共有三个瞬心P12 、P13、P23 ，并在一条直线上。连接OB与AC相交得相对瞬心P12。

∴ ω2 =ω1×P12 P13／P12 、P23 = 10×14／54

=2.6 1/S 方向为逆时针.

七、 图示为一渐开线标准直齿圆柱齿轮中心度O1O2为标准中心距，试在图上画出 （ 15分） 1） 基圆rb、分度圆r、节圆r’、节点C。 2） 理论啮合线B2B1、实距啮合线N1N2。 3） 啮合角α。 4） 两轮齿廓的实际工作段。 5） 由图求出重分度ε。 6） 单齿、双齿啮合区。

《机械原理试卷参考答案》

班级： 学号 ： 姓名： 评分 一、 填空题： （30分）

1.在曲柄摇杆机构中（ 曲柄 ）与（ 机架 ）两次共线位置时可能出现最小传动角。 2．连杆机构的急回特性用（ 行程速比系数K ）表达。

3．转动副摩擦中，总反力的作用应与（ 摩擦圆）相切。其轴承对轴颈的摩擦力矩的方向与（相对角速度ω）方向（ 相反 ）。

4．一对渐开线标准直齿轮非标准安装时，节圆和分度圆（ 不重合 ）分度圆的大小取决于（基圆 ），节圆的大小取决于（啮合角 ）。

5．渐开线齿轮传动须满足三个条件为（ 正确啮合条件、连续传动条件、无侧隙啮合条件 ）。 6．槽轮机构是将（主动销的连续转动）转换为（槽轮的单向间歇）运动。

7．行星轮系中各轮齿数的确定需要满足的条件为（传动比条件、同心条件、装配条件和邻接条件 ）。 8．机械产生速度波动的原因是（ 等效驱动力矩不等于等效阻力矩，使机械的动能发生变化引起的 ）。 9．机械在稳定运转时期，在一个运动循环周期的始末，驱动功和阻抗功的大小（相等），动能的增量（等于零 ）。 10．在具有自锁性的机械中，正行程的效率应（大于零）反行程的效率应（ 小于零 ）。 二．选择题： （20分）

1．在移动滚子从动件盘型凸轮机构中，若凸轮实际廓线保持不变，而增大或减小滚子半径，从动件运动规律会（ B ）。

A）改变 ； B）不变

2．齿轮渐开线在（ B ）上的压力角，曲率半径最小。 A）根圆； B）基圆； C）分度圆； D）齿顶圆。 3．速度瞬心是（ A ）为零的重合点。

A）相对速度； B）绝对速度； C）加速度。

4．要将一个曲柄摇杆机构转化成为双摇杆机构，可将（ C ）。 A）原机构的曲柄作机架； B）原机构的连杆作机架； C）原机构的摇杆作机架。

5．渐开线齿轮采用齿条型刀具加工时，刀具向轮坯中心靠近，是采用（ B ）。 A）正变位； B）负变位； C）零变位。

6．在建立等效动力模型时，等效力（或等效力矩）来代替作用在系统中的所有外力，它是按（ A A）作功相等 B）动能相等

7．为减小机器运转中非周期性速度波动的程度，应在机械系统中安装（ C ） A）飞轮； B）变速装置； C）调速器。

8．高副低代的方法是（ A ） A）加上一个含有两低副的虚拟构件； B）加上一个含有一个低副的构件； C）减去一个构件和两个低副。

9．在机构力分析中，具有惯性力，又有惯性力矩的构件是（ C ） A）作平面移动的构件 ； B）绕通过质心的定轴转动构件； C）作平面复合运动的构件。

10．图示的四个铰链机构中，图（ A ）是双曲柄机构。

三．计算下列机构的自由度。 （10分）

）原则确定的。

F 3 6 2 8 1 1F 3 3 2 3 2 1

四．计算图示轮系的传动比 i1H, 并确定输出杆H的转向.已知各轮齿数 Z1 =1(右旋)，Z2 =40， Z2’ =20，Z3 =22，Z3’ =20，Z4 =100。 （10分）

2-3-3-4-H 为行星轮系

1-2为定轴轮系

‘

Z240i12 40

Z11

i2 H 1 i

H

2 4

Z3Z422 10013

1 ( ) 1

Z2 Z3 20 202

i1H i12 i2 H

13

40 260

2

五．作出图示凸轮机构转过90°时的压力角，及从动件位移量S

一对正常齿制

的渐开线直齿圆柱齿轮外啮合传动，已知齿数分别为25和69，模数为3 mm。试求在标准安装位置及中心距增大2 mm

时，重合度变化多少？

解：

a1

cos 1

rb1

cos 1

ra1

1

mZ1cos 25cos20 cos 1 29 33 125 2(Z1 2)m2

a2 cos 1

rb2

cos 1

ra2

1

mZ2cos 69cos20 cos 1 24 3 169 2(Z2 2)m2

标准安装：

1

Z1 tan a1 tan Z2 tan a2 tan 1.7 2

m

Z1 Z2 2 141 2 143 2

增大中心距2mm后：a

cos 1(

1

2

acos

) 22.096 a

Z2 tan a2 tan22 6 1.06

Z1 tan a1 tan22 6

增大中心距2mm后，重合度减小

1.7 1.06 0.63

七．用图解法设计一摇杆滑块机构，已知摇杆AB的两位置线AE1和AE2，以及滑块C的两个对应位置C1和C2，试确

定摇杆上铰链B的位置，并要求摇杆的长度 AB 为最短。（直接在图上作图）

《机械原理试卷参考答案》 班级：学号：姓名：评分： 二、 选择题： （10分）

1．齿轮的渐开线形状取决于它的（ C ）直径。 A)齿顶圆； B)分度圆； C)基圆。

2．为保证一对渐开线齿轮可靠地连续传动，重合度应（ C ）。 A)等于0； B)小于1； C)大于1。 3．基本杆组的自由度应为（ C ）。

A) -1 ； B) +1 ； C) 0 ；

4．为使机构具有急回运动，要求行程速比系数（ B ）。 A) K = 1； B) K > 1； C) K < 1；

5．对于转速很高的凸轮机构，为了减小冲击，其推杆的运动规律最好采用（ C ）。 A)等速运动； B)等加等减速运动； C)正弦加速度运动。

6．为了减小机器运转中周期性速度波动的程度，应在机器中安装（ B ）。 A)调速器； B)飞轮； C)变速装置。

7．用滚刀加工的斜齿圆柱齿轮的标准参数，以（ A ）为标准值。 A)法面； B)轴面； C)端面。

8．要将一个曲柄摇杆机构转化成双摇杆机构，可以将原机构机架松开，而将原机构的（ C ）作为机架。 A) 曲柄； B) 连杆； C) 摇杆。

9．渐开线齿轮齿条啮合时，其齿条相对齿轮作远离圆心的平移时，其啮合角（ B ）。 B) 增大； B) 不变； C) 减小； 10．机械自锁的效率条件是（ A ）

A) 效率小于零； B) 效率大于等于1； C) 效率为无穷大。 三、 填空题： （每空1分，共20分）

1、渐开线直齿圆柱齿轮的正确啮合条件是两轮（模数相等 ）和（ 压力角相等 ）。

**

2、所谓标准齿轮是指（ ha ）（ c ）为标准参数，（ s 和 e ）相等。 3、一对渐开线标准直齿轮非正确安装时，节圆与分度圆（ 不重合 ），分度圆大小取决于（模数和齿数 ），节圆的大小取决于（ 中心距 ）。

4、圆锥齿轮用于传递两轴线（ 相交 ）的运动，蜗杆传动用于传递两轴线（ 交错 ）的运动。

**

5、标准直齿轮的基本参数是（ Z、 m 、α、 ha 、 c ）。 6、周转轮系由（行星轮 ）、（ 行星架 ）、（ 中心轮 ）等基本构件组成。 7、机构具有确定的相对运动条件是原动件数（ 等于）机构的自由度数。 8、机构处于死点位置时，传动角等于（ 0° ），压力角等于（ 90° ）。 9、铰链四杆机构的基本形式有（ 曲柄摇杆机构）、（ 双曲柄机构）、（ 双摇杆机构 ）。

三．计算下列机构自由度。 (10分)°

F 3 6 2 8 1 1F 3 4 2 5 1 1

四、在图示万能刀具磨床工作台横向微动进给装置中，Z1＝ Z2＝ 19 ，Z3＝ 18，Z4 ＝ 20，运动经手柄输入，由丝杆传给工作台。已知丝杆螺距L = 5 mm ，且单头。试计算手柄转一周时工作台的进给量S。 (12分)

解：Z1 、Z2 、Z3、Z4和H组成行星轮系。、、

i4H

4Z3Z118 191H

1 I41 1 1 HZ4Z219 2010

1

4 H

101S 5 0.5mm

10

五、在图示凸轮机构中，已知偏心圆盘为凸轮实际轮廓，其余如图。 试求： （μl =0.001 m/mm ） （12分） 1) 基圆半径R；

2) 图示位置凸轮机构的压力角α；

3） 凸轮由图示位置转90°后，推杆移动距离S。

六、图示为一对互相啮合的渐开线直齿圆柱齿轮。已知n─n 为两齿廓接触点的公法线，试在该图上 ⑴标出节点P ⑵画出啮合角α'

⑶画出理论啮合线N1 N2 ⑷画出实际啮合线B1 B2

（5）写出重合度的表达式 （12分）

B1B2B1B2

P mcos b

七、设计一曲柄滑块机构，已知滑块两极限位置距离C1C2 = 40 mm，行程速比系数K = 1.4，偏距e = 20 mm，图

解出曲柄AB及连杆BC的长度。 (12分)

八、用瞬心法求图示机构中构件3的角速度。（ 12分 ）

P 3P14P1314P13 3 1

1PP34P1334P13