机械原理复习题.docx
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机械原理复习题
2016年-机械原理复习题
机械原理复习思考题
1.1.构件——独立的运动单元。
1.2.零件——独立的制造单元。
1.3.运动副——两个构件的相关联(接触、联接)部位,并能产生某种相对运动。
1.4.构成运动副个条件:
a)两个构件、b)直接接触、c)有相对运动
1.5运动副元素——直接接触的部位的形态(点、线、面)。
1.6.P7两个构件之间的相对运动为转动副的运动副称为转动副或回转副,也称为铰链;相对运动为移动的运动副称为移动副;相对运动为螺旋运动的运动副称为螺旋副;相对运动为球面运动的运动副称为球面运动副。
1.7运动链P9——构件通过运动副的连接,构成可相对运动的系统称为运动链。
1.8.原动件P10——机构中按给定运动规律运动构件称为原动件。
(或主动件)
1.9.机构简图——用以说明机构中各构件之间的相对运动关系的简单图形。
1.10.机构(定义)——具有确定运动的运动链称为机构。
1.11.机构运动简图的作用1)用以说明机构中各构件之间的相对运动关系的简单图形:
2)作为运动分析和动力分析的依据。
1.12.机构运动简图应满足的条件:
1)构件数目与实际相同;2)运动副的性质、数目与实际相符;3).运动副之间的相对位置以及构件尺寸与实际机构成比例。
1.13.机构具有确定运动的条件为:
自由度数目=原动件数目
1.14.最小阻力定律P15:
当机构原动件数目小于机构自由度数目时,机构的运动将遵守最小阻力定律,即优先沿阻力最小的方向运动。
1.15.欠驱动机构---机构原动件数目少于自由度~。
P15图2-9
11.5.1冗驱动机构---机构原动件数目多于自由度~。
P16图2-10
1.16.虚约束---对机构的运动不起实际作用的约束。
1.17.试计算下例机构简图的自由度,首先明确标注杆件数量?
复合铰链点?
高副接触?
原动件?
对原动件的运动进行分析说明。
(1)控掘机机构及自由度计算。
解:
机构自由度为F=3n-2m-p=3×11-2×15-0=3;原动件为液压油缸,共有3个与自由度F相等,机构能够作唯一运动。
(2)装载机机构及自由度计算。
解:
机构自由度为F=3n-2m-p=3×8-2×11-0=2
原动件为2个液压油缸,原动件数量与自由度F相等,机构能够作唯一运动。
(3)小汽车机械千斤顶机构及自由度计算。
解:
(1)计算机构自由度:
F=3n-2m-p=3×8-2×10-2=2;
(2)原动件为丝杠,一个双向作用丝杠,转动丝杠同时驱动2个复合滑块。
所以原动件为2与自由度2相等,机构能够作唯一运动。
一运动。
(4)圆盘锯机构及自由度计算。
(5)振动筛机构及自由度计算。
解:
解:
机构自由度为F=3n-2m-p=3×7-2×9-1=2;
解:
图中原动件为曲柄1和凸轮6。
2.1.什么是速度瞬心——两个作平面运动构件上速度相同的一对重合点,在某一瞬时两构件相对于该点作相对转动,该点称瞬时速度中心。
2.2.什么是三心定律——三个彼此作平面运动的构件共有三个瞬心,且它们位于同一条直线上。
(此法特别适用于两构件不直接相联的场合)。
2.3.两构件通过运动副直接相连,试确定其瞬心位置?
P39P45
①以转动副连接——铰链中心就是其瞬心位置;
②以移动副连接——瞬心就在垂直于其导路方向无穷远处;
③以纯滚动高副连接——瞬心就在其接触点处;
④以滚动兼滑动的高副连接——瞬心就在过接触点高副元素的公法线上,视其他条件确定。
2.4.用瞬心法和三心定律求下例图形的速度瞬心?
已知构件2的转速ω2,求构件4的角速度ω4?
解:
①瞬心数为6个;
②直接观察能求出4个,余下的2个用三心定律求出。
③求瞬心P24的速度,
VP24=μl(P24P12)·ω2
VP24=μl(P24P14)·ω4
ω4=ω2·(P24P12)/P24P14
2.5.用瞬心法和三心定律求下例图形的速度瞬心。
已知构件2的转速ω2,求构件4的速度ν4。
2.7.试求图示各机构在图示位置时全部瞬心的位置,并给出连杆上E点上速度方向位置。
22.8.试题图所示,偏心圆凸轮机构中,AB=L,凸轮半径为R,OA=h,∠OAB=90°,凸轮以角速度ω转动,试求推杆2的角速度ω2?
(提示:
使用三心定理,正确标注瞬心位置)
(1)应用三心定理,瞬心位置标注见图;
(2)∵∠P0BC=∠BP0C=45°
又∵OA=AP0=h
∴AP0·ω=BP0·ω2
ω2=AP0·ω/BP0=h·ω/(L+h)
2.9.试题图所示,滑块导轨机构中,ω=10rad/s,θ=30°,AB=200mm,试用瞬心法求构件3的速度v3?
(提示:
使用瞬心法,正确标注瞬心位置)
(2.9)解:
(1)应用瞬心法,瞬心位置标注见图;
(2)∵AB=P14P23=0.2
P14P0=AB/(√3/2)=0.2/(√3/2)
V3=P14P0·ω=0.2/(√3/2)·ω
=0.2/(√3/2)×10
=4/√3
2.10.速度影像P37——同一构件上各点间的相对速度矢量构成的图形bce称为该构件图形BCE的速度影像。
2.11.机构速度分析图解法P36;P50题3-5;P50题3-6;
5.1采用非平面运动副,摩擦力为什么会增大?
——因为G一定时,其法向力N21的大小取决于运动副元素的几何形状,形成当量摩擦系数fv。
5.1.1当量摩擦系数fv大于摩擦系数f,即fv>f是因为运动副元素的_几何形状改变而产生的。
2.6.fv称为当量摩擦系数,其取值为:
(1)平面接触:
fv=f;
(2)槽面接触:
fv=f/sinθ;
(3)半圆柱面接触:
fv=kf,(k=1~π/2)。
5.2.为了提高机械效率,在进行设计机械时应尽量减少摩擦损失,具体措施有:
a)用滚动代替滑动;b)考虑润滑;c)合理选材。
5.2.1机械效率η----输出功W出与输入功W入的比值(η=W出/W入)。
5.3.当机械出现自锁时,无论驱动力多大,都不能运动,从能量的观点来看,就是
:
驱动力做的功永远≤由其引起的摩擦力所做的功
5.4.机械的自锁的条件是什么?
。
1)传动效率η<0;
2)对于移动副,当驱动力F的作用线落在摩擦锥内时,则机械发生自锁。
3)对于转动副,当驱动力F的作用线穿过摩擦圆(a<ρ)时,发生自锁。
5.5摩擦圆半径ρ--摩擦阻力矩Mf21与轴承总反力R2之比,即ρ=Mf21/R21=fvr,(a<ρ)时,发生自锁
6.1.平面机构的平衡有两种方法一种是完全平衡,另一种是。
6.2.平面机构部分平衡的措施是?
1)利用非对称机构平衡;
2)利用平衡质量平衡
3)利用弹簧平衡
6.3.质量代换的条件:
P57
1)代换前后各构件质量不变;
2)质心位置不变;
3)对质心轴的转动惯量不便。
6.4.质量代换法?
P57
将各构件的质量,按一定条件用集中于某些特定点的假象质量来替代,这样只需求集中质量的惯性力,而无需求惯性力偶矩。
从而将问题简化。
这上方法称为~。
6.5.δ=(ωmax-ωmin)/ωm为机器运转速度不均匀系数,它表示了机器速度波动的程度。
6.6机械运转速度波动调节方法?
1)对周期性速度波动,可在转动轴上安装一个质量较大的回转体(俗称飞轮)达到调速的目的。
2).对非周期性速度波动,需采用专门的调速器才能调节。
8.1平面连杆机构的三种基本型式:
曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构。
8.2曲柄摇杆机构特征、作用?
特征-----曲柄+摇杆
作用-----将曲柄的整周回转转变为摇杆的往复摆动。
8.3.双曲柄机构的特征、作用及特例?
特征------两个曲柄;
作用------将等速回转转变为等速或变速回转。
特例------平行四边形机构。
铸造翻箱机构、风扇摇头机构;之
8.4双摇杆机构的特征、作用及特例?
特征------两个摇杆;
特例:
等腰梯形机构------汽车转向机构
8.5压力角α:
——从动件驱动力F与力作用点绝对速度之间所夹锐角。
8.5.1传动角γ:
——γ是作用力与构件半径线之间的夹角,α与γ互为余角,α+γ=90°。
通常用γ衡量机构传动力性能,并称之为~。
α越小,则γ越大,机构传动力性能越好,反之越差。
为了保证机构正常循环工作,要求:
γmin≥40°--50°
8.6什么是机构的死点位置?
摇杆为主动件,且连杆与曲柄两次共线时,有:
γ=0,此时机构不能运动.
8.7避免机构“死点”措施是什么?
(1)两组机构错开排列,如火车轮机构;
(2)装加飞轮,靠飞轮的惯性力越过(如内燃机、缝纫机等)。
8.8曲柄存在的条件?
1)最长杆与最短杆的长度之和应≤其他两杆长度之和,称为杆长条件。
2)连架杆或机架之一为最短杆。
8.9对于四杆机构而言,当选择不同的构件作为机架时,可得不同的机构。
下例图形各为什么机构?
a.()b.()c.()d.()
(如果铰链四杆机构各杆长度满足杆长条件,当最短杆为连架杆时,则机构为曲柄摇杆机构;当最短杆为机架时,则机构为双曲柄机构;当最短杆的相对杆为机架时,机构为双摇杆机构。
)
8.10铰链四杆机构的三类设计要求是什么?
1)满足预定的运动规律,两连架杆转角对应,如:
飞机起落架、函数机构。
2)满足预定的连杆位置要求,如铸造翻箱机构。
3)满足预定的轨迹要求,如鹤式起重机、搅拌机等。
8.11P145,试用做图法按给定的行程速比系数K设计四杆机构。
已知:
CD杆长,摆角φ及K。
(提示:
在已有的图形上完成最后两部设计)
解:
步骤如下:
①计算θ=180°(K-1)/(K+1);
②任取一点D,作等腰三角形腰长为CD,夹角为φ;
③作C2P⊥C1C2,作C1P使∠C2C1P=90°-θ,交于P;
④作△PC1C2的外接圆,则A点必在此圆上。
⑤在PC21圆弧上确定曲柄中心A的位置(同一弦长所对应的圆周角处处相等),设曲柄为l1,连杆为l2,则:
AC1=l1+l2;A2=l2-l1=>l1=(AC1-AC2)/2
⑥以A为圆心,AC2为半径作弧交于E,得:
l1=EC1/2;l2=AC1-(EC1/2)
8.12图示为四杆机构中连杆BC的两个极限位置B1C1和B2C2,当连杆位于B1C1时,摇杆DC处于铅垂位置;当连杆位于B2C2时,B1B2连线为水平线,且此时四杆机构的传动角为最小。
试用作图法求出各杆长度,要求保留作图线。
解:
(保留作图线)
8.13.用做图法设计导杆机构。
已知:
机架长度d,行程速比K,设计此机构。
解:
由于θ与导杆摆角φ相等,设计此机构时,仅需要确定曲柄长度a。
①计算θ=180°(K-1)/(K+1);
②任选D作∠mDn=φ=θ;作角分线;
③取A点,使得AD=d,则:
a=dsin(φ/2)。
8.14.用做图法设计曲柄滑块机构。
已知K,滑块行程H,偏距e,设计此机构
①计算:
θ=180°(K-1)/(K+1);
②作C1C2=H;
③作射线C1O使∠C2C1O=90°-θ,
作射线C2O使∠C1C2O=90°-θ,两射线交点为O;
④以O为圆心,C1O为半径作圆;
⑤作偏距线e,交圆弧于A,即为所求的曲柄轴心;
⑥以A为圆心,AC1为半径作弧交于E,得:
l1=EC2/2;l2=AC2-EC2/2。
8.15.万向机构-----用于传递两相交轴或平行轴之间运动和动力的机构。
8.16.双万向铰链机构安装要求是?
①主动、从动、中间三轴共面;
②主动轴、从动轴的轴线与中间轴的轴线之间的夹角应相等;
③中间轴两端的叉面应在同一平面内。
9.1.描述凸轮机构推杆的运动规律的名词术语有:
基圆、基圆半径、推程运动角、远休止角、回程、回程运动角、近休止角、行程。
9.2.简述凸轮廓线设计方法的基本原理(反转原理):
给整个凸轮机构施以-ω1时,不影响各构件之间的相对运动,此时,凸轮将静止,而从动件尖顶复合运动的轨迹即为凸轮的轮廓曲线。
9.3.按从动件运动副元素的形状分:
尖顶从动件、平底从动件、滚子从动件。
9.4.当凸轮机构从动件以余弦规律运动时,在行程的起点和终点处存在有限的突变,故会产生。
P127
9.5.当凸轮机构从动件以正弦规律运动时,其速度和加速度均无突变,故在运动中不会产生,适用于。
P128
9.6设计凸轮机构时若发现设计结果α>[α](压力角>许用压力角)时,可增大rmin(基圆半径)。
9.7设计凸轮机构时,导路和瞬心位于中心同侧时,压力角将减小。
9.8设计凸轮机构时,导路和瞬心位于中心两侧时,压力角将增大。
10.渐开线--------―条直线在圆上作纯滚动时,直线上任一点的轨迹
10.1.渐开线齿廓的啮合特性是什么?
(1)渐开线齿廓满足定传动比要求;
(2)齿廓间正压力方向不变;
(3)运动可分性。
10.2.模数m.渐开线齿廓参数之一,人为规定__没_______(无理数)只能取某些________。
(模数m渐.开线齿廓参数之一,人为规定m=pn/π(无理数)只能取某些简单数。
)
10.2.1分度圆-----具有标准模数m和压力角的圆称为分度圆,或齿厚=齿间距的圆。
10.3..渐开线齿轮的三个基本参数是_________、__________和__________。
10.4.渐开线齿轮的齿顶圆直径:
da=d+2ha=(z+2ha*)m
渐开线齿轮的齿根圆直径:
df=d-2hf=(z-2ha*-2c*)m
渐开线齿轮的顶隙系数:
c*;正常齿:
c*=0.25;短齿制:
c*=0.3
渐开线齿轮的基圆直径:
db=dcosα=mzcosα
10.5.一对渐开线齿轮的正确啮合条件是它们模数和压力角应分别相等。
10.6.已知一对外啮合渐开线直齿齿轮模数为5,压力角为20°,中心距为350mm,传动比为9︰5,分别求:
(1)齿轮的齿数?
(2)小齿轮的分度圆、齿顶圆、齿根圆、基圆直径和齿距?
解:
(1)a=m(z1+z2)/2=350mm;i12=ω1/ω2=z2/z1=9/5
得:
z1=50;z2=90;
(2)d1=mz1=5×50=250mm,da=d+2ha=(z1+2ha*)m=(50+2×1)5=260mm;
df=d-2hf=(z-2ha*-2c*)m=(50-2×1-2×0.25)5=237.5
db1=d1cosα=mz1cosα=250cos20°=234.923
P=mπ=5×3.14=15.7
10.7.一对标准渐开线齿轮是否是安装正确,应满足的两个要求是?
1)齿侧间隙为零(或两个齿轮的中心距为a=mz1+mz2);
2)齿顶间隙c为标准值。
10.8一对标准渐开线齿轮在标准安装时节圆与分度圆重合。
10.9对于渐开线齿轮分度圆和压力角是单个齿轮就有的;而节圆和啮合角是两个齿轮啮合后才出现的。
10.10重合度——定义:
ε=B1B2/pb或啮合线长度与齿节距(法向齿距)之比。
10.11一对齿轮的连续传动条件是:
ε≥1
10.12.成形法(仿形法)加工的特点:
产生齿形误差和分度误差,精度较低,加工不连续,生产效率低。
适于单件生产。
10.13.范成法加工的特点:
一种模数只需要一把刀具连续切削,生产效率高,精度高,用于批量生产。
1014渐开线齿轮产生根切的原因是:
被加工齿轮的模数m确定之后,根切随zmin和Dbmin的出现而出现。
10.15.渐开线齿轮的根切现象是在展成法加工齿轮时发生的,使用齿条型刀具比用齿轮型刀具更易产生根切。
10.15.1渐开线齿轮的根切的后果:
弱轮齿的抗弯强度;
使重合度ε下降。
10.16.渐开线齿轮不发生根切的最少齿数zmin=17。
10.17正变位齿轮的特点是:
齿厚变宽,齿槽变窄;负变位齿轮的特点是:
正好相反。
10.18变位齿轮优缺点?
①可采用z1≤zmin的小齿轮,仍不根切,使结构更紧凑;
②改善了小齿轮的磨损情况;
③因大小齿轮强度趋于接近,相对提高了小齿轮的承载能力;
④缺点是:
没有互换性,必须成对使用,ε略有减小。
10.19.一对斜齿圆柱齿轮的正确啮合条件:
外啮合:
β1=-β2;内啮合:
β1=β2
法面模数mn1=mn2,法面压力角αn1=αn1
端面模数mt1=mt2,端面法面αt1=αt2
10.20.斜齿圆柱齿轮的当量齿数-------与斜齿轮法面齿形相当的直齿轮,称为该斜齿轮的当量齿轮,其齿数称当量齿数。
10.21.斜齿轮不发生根切的最少齿数:
zmin=14。
10.22与直齿齿轮相比斜齿轮传动的优缺点是什么?
①啮合线变化规律是短、长、短;传动平稳:
②重合度ε大于直齿齿轮,承载能力大;
③冲击、振动小,噪音小;
④缺点,传动时会产生轴向载荷。
10.23一对斜齿轮中心距:
a=r1+r2=m(z1′+z2′)/2cosβ可通过改变β来调整a的大小。
11.1图示为一固定轮系。
已知各轮齿数,z1=20,z2=20,z3=60,z3′=20,z4′=20,z5=20。
求传动比i15。
并判断z1与z5旋向是否相同。
=
11.1.2.若周转轮系的自由度为2,则称其为差动轮系。
11.2图示为滚齿机工作台的传动机构,工作台与蜗轮5相互固定连结。
已知z1=z1′=20;z2=35;蜗杆z4′=1(右旋);z5=40;滚刀z6=1(左旋);z7=30若加工一个z5′=64齿轮,试确定各交换齿轮的齿数z2′=?
和z4=?
解:
要加工一个z5′=64齿轮,必要的条件是滚刀与齿轮毛坏的传动比i1′5′应等于电机与工作台之间的传动比i15。
即i1′5′=i15。
(1)i1′5′=(z7/z1′)×(z5′/z6)
=(-1)2(30/20)×(64/1)
=96
(2)i15=(-1)4(z2/z1)×(z3/z2′)×(z4/z3)×(z5/z4′)
=35/20×z4/z2′×40/1
=70×z4/z2′
z4/z2′=96/70=48/35
得:
z4=48;z2′=35
11.3图示为电动卷扬机减速速器简图。
已知z1=24,z2=33,z2′=21,z3=78,z3′=18,z4=30,z5=78,试求传动比i15=?
1)解:
首先将轮系分解为由齿轮1、2、2′、3、H(即齿轮5)组成的差动轮系(b)和由齿轮3′、4、5组成的定轴轮系,分别列出它们的传动比。
(1)差动轮系传动比为
i13H=(ω1-ωH)/(ω3-ωH)
=(ω1-ω5)/(ω3-ω5)
=-z2/z1·z3/z2′
或
ω1=z2/z1·z3/z2′(ω5-ω3)+ω5
(2)定轴轮系传动比为
i3′5=ω31/ω5=-z5/z3′
ω3′=-ω5z5/z3′
两个基本轮系之间的关系是
ω3=ω31
将上式代入差动轮系传动比
(1)公式
得:
i15=ω1/ω5=z2/z1×z3/z2(1+z5/z3)+1
将各齿轮齿数代入上式得
i15=33/21×78/21×(1+78/18)+1=28.24
11.3图示为输送带的行星轮减速速器。
已知z1=18,z2=32,z2′=20,z3=82,z4=68;电动机转速为1450r/min;求输出轴的转速n4=?
1)求n4=?
11.2.图示的轮系中,已知:
z1=20,z2=30,z3=80,z4=40,z5=20。
求:
传动比i15?
并确定轮1和轮5转向是否相同?
=-80/20=-4
IH13=5;
2)定轴轮系的传动比I15=-z5/z4=-20/40=-1/2
3)轮系的传动比I15=I13H×I45=5×20/40=2.5;
Z1和Z5方向相同。
11.3..在图示的轮系中,已知各轮齿数为z1=20,z2=40,z2'=15,z3=45,z4=30,z5=20。
试求传动比i15?
并说明轴1与轴5的转向关系。
2
1
6
5
4
3
2/
O1
O5
H
解:
由图知ω6=0
1)求z6=?
mz6=2(mz4+mz5/2);z6=2(30+20/2)=80
53.图示锥齿轮组成的周转轮系。
已知各轮齿数为z1=60,z2=40,z2'=z3=20;
n1=n3=120r/min。
设太阳轮1、3转向相反,试求nH的大小与方向。
解:
由图知ω6=0
I13H=(n1-nH)/(n3-nH)=+z2/z1·z3/z12
等式右边的“+”号,是在转化轮系中用划箭头的方法判断的。
表示轮1与轮3转向相同。
而在图a的轮系中轮1轮3的箭头是输入真实的转向,这两个概念不能混淆。
根据已知条件,轮1、3转向相反,故若设n1为正,则n2为负;
取n1=+120r/min,则n2=+120r/min,分别带入上式得
(120-nH)/(-120-nH)=+40×20/60×20
nH=+600r/min
上式表示系杆H的转向与太阳轮1相同。
53棘轮机构的类型与应用
按棘轮转向是否可调:
单向、双向运动棘轮机构。
按转角是否可调:
固定转角、可调转角
按工作原理分:
轮齿棘轮、摩擦棘轮
54.填空题
1.正变位直齿圆柱齿轮与标准直齿轮相比,其齿厚将会__________。
2.斜齿轮不发生根切的最少齿数较直齿轮__________。
3.fv称为当量摩擦系数,平面接触时:
fv=f;槽面接触时:
fv=__________;半圆柱面接触时:
fv=(=)。
9.渐开线齿轮的齿顶圆直径:
da=d+2ha=_____________,齿根圆直径:
df=d-2hf=_____________,基圆直径:
db=dcosα=________;渐开线齿轮的顶隙系数,正常齿:
c*=____;短齿制:
c*=_0.3_;
4.分度圆和压力角是单个齿轮就有的,而______和______是两个齿轮啮合后才出现的。
5.渐开线齿轮的根切现象是在展成法加工齿轮时发生的,使用_______刀具比使用_______刀具更易产生根切。
5.1.一对斜齿轮中心距:
a=r1+r2=mn(z1+z2)/2cosβ可通过改变β来调整a的大小。
5.2为了提高机械效率,在进行设计机械时应尽量减少摩擦损失,具体措施有:
用滚动代替滑动;、考虑润滑_和_合理选材。
5.机器中每一个独立的运动单元体称为__________。
6.机构具