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机械原理习题及答案

兰州

2017年第2章

7月

4日于家眷院复习资料

平面机构的构造剖析

中的

1.构成机构的因素是

单元体。

和

；构件是机构

2.拥有

、

、

等三个特点的构件组合体称为机器。

3.从机构构造看法来看，任何机构是由

三部分构成。

4.运动副元素是指

。

5.构件的自由度是指

；机构的自由

度是指。

6.两构件之间以线接触所构成的平面运动副，称为副，它产生

而保存个自由度。

7.机构拥有确立的相对运动条件是原动件数机构的自由度。

8.在平面机构中若引入一个高副将引入个拘束，而引入一个低副将引入个拘束，构件

数、拘束数与机构自由度的关系是。

个拘束，

9.平面运动副的最大概束数为

，最小拘束数为

。

10.当两构件构成运动副后，仍需保证能产生必定的相对运动，故在平面机构中，每个

运动副引入的拘束至多为，起码为。

11.计算机机构自由度的目的是。

12.在平面机构中，拥有两个拘束的运动副是副，拥有一个拘束的运动

副是副。

13.计算平面机构自由度的公式为Ｆ=

注意判断：

（A）铰链，（B）

14.机构中的复合铰链是指

自由度，；局部自由度是指

（C）

，应用此公式时应

拘束。

；虚拘束

是指

。

15.区分机构的杆组时应先按

组中的级别确立。

的杆组级别考虑，机构的级别按杆

16.图示为一机构的初拟设计方案。

试：

（1〕计算其自由度，剖析其设计能否合理？

若有复合铰链，局部自由度和虚拘束需说

明。

（2）这样初拟方案不合理，请改正并用简图表示。

题16图

题17图

17.在图示机构中，若以构件

1为主动件，试：

（1）计算自由度，说明能否有确立运动。

（2）

如要使构件6有确立运动，并作连续转动，则可怎样改正？

说明改正的重点，并用

简图表示。

18.计算图示机构的自由度，将高副用低副取代，并选择原动件。

19.试画出图示机构的运动简图，并计算其自由度。

对图示机构作出仅含低副的代替机构，进行构造剖析并确立机构的级别。

题19图

题20图

20.画出图示机构的运动简图。

21.画出图示机构简图，并计算该机构的自由整体构件，构件2在构件3的导轨中滑移，圆盘

度。

构件3为在机器的导轨中作滑移的1的固定轴位于偏爱处。

题21图题22图

22.对图示机构进行高副低代，并作构造剖析，确立机构级别。

点P1,P2为在图示地点时，凸轮廓线在接触点处的曲率中心。

第3章平面机构的运动剖析

1.图示机构中尺寸已知（μ，机构1沿构件4作纯转动，其上S点的速度为（μ0.6）。

（1）在图上作出所有瞬心；

（2）用瞬心法求出K点的速度。

题1图题2图

2.画出图示机构的指定瞬心。

（1）所有瞬心。

（2）瞬心P24，P26。

3.在机构图示地点时（⊥）有无哥氏加快度2C3？

为何？

题3图

4.图示机构中已知ω1=100，α1=0，试剖析

5.图示机构有无哥氏加快度2B3？

为何？

题4图

ω3及α3为多大。

题5图

题6图

题8图

6.图示为曲柄导杆机构，滑块2

在导杆3（）中作相对滑动，为曲柄。

当在图示地点时，

即曲柄（构件1）和导杆（构件3）重合时，有无哥氏加快度

2B3？

为何？

7.什么叫机构运动线图？

8.已知六杆机构各构件的尺寸、地点及原动件的角速度

ω

1常数，欲求ω5，α5。

如采

用相对运动图解法时，本题的解题次序应怎样？

9.图示机构的运动简图取长度比率尺

μ，此中

，，，构件

1以

ω1=20等角速度顺时针方向转动，试用相对运动图解法求图示地点：

（1）ω2，ω3，ω4和ω5的大小和方向；

（2）α2，α3，α4和α5的大小和方向；

（3）在机构运动简图上标明出构件2上速度为零的点I2，在加快度多边形图上标明出构

件2上点I2的加快度矢量πi2，并算出点I2的加快度a12的大小。

在画速度图及加快度图时的比率尺分别为：

μ，μ2。

（要列出相应的矢量方程式和计算关系式。

）

题9图

题10图

10.试按给定的机构运动简图绘制速度多边形、加快度多边形。

已知：

ω1=10，100，

200，μ。

试求：

（2）v5，a5大小和方向。

（1）ω2，ω4，α2，α4大小和方向；

第4章平面机构的力剖析第五章机械的效率和自锁

1.举出在工程实质中驱动力的一个例子。

2.举出在工程实质中生产阻力的一个例子。

3.以转动副联接的两构件，当外力（驱动力）分别作用在摩擦圆以内、以外，或与该摩擦圆相切时，两构件将各呈何种相对运动状态？

4.图示轴颈1在轴承2中沿ω方向转动，Q为驱动力，ρ为摩擦圆半径。

（1）试判断图A、B、C中哪个图的总反力R21是正确的？

（2）针对正确图形，说明轴颈是匀速、加快、减速运动仍是自锁？

题4图

题5图

5.图a、b对轴颈的总反力

给出运行着轴颈受力的两种状况，Q为外力，ρ为摩擦圆半径。

试画出轴承R21，并说明在此两种状况下该轴的运动状态（匀速、加快或减速转动）。

6.若机器的输出功为，消耗功为，试写出用，表达的机器输入功，并给出机器效率η的公式。

7.何谓机械自锁？

举出两种工程中利用机械自锁达成工作要求的实例。

8.图示滑块1遇到驱动力P的作用，挪动副间的摩擦系数为f。

试：

（1）在图上标出压力角α；

（2）写出自锁条件。

题8图

题11图

9.拥有自锁性的蜗杆蜗轮传动，工作时应以哪个构件为主动件？

自锁的几何条件是什

么？

10.拥有自锁性的机构其正、反行程的机械效率能否相等？

为何？

11.图示铰链四杆机构，在铰链B，C处的细线大圆为该处之摩擦圆。

为驱动力矩，

为生产阻力。

试画出在图示地点时，连杆2所受力的作用线及方向。

Q

12.在图示的曲柄滑块机构中，细线小圆表示转动副处的摩擦圆。

试在图上画出图示刹时作用在连杆上的运动副总反力的方向。

题12图

13.图示杠杆起重机构中，A，B，C处的细实线圆为摩擦圆，驱动力

提起重物Q。

试求：

（1）用图解法求驱动力P（由力多边形表示）。

（2）写出刹机遇械效率η计算式。

题13图

P作用于杆

1上以

第6章机械的均衡

1.为何说经过静均衡的转子不必定是动均衡的，而经过动均衡的转子必然是静均衡

的？

2.举出工程中需知足静均衡条件的转子的两个实例，需知足动均衡条件的转子的三个实

例。

3.何谓转子的静均衡及动均衡？

关于任何不均衡转子，采纳在转子上加均衡质量使其达到静均衡的方法能否对改良支承反力老是有益的？

为何？

4.图示刚性转子能否切合动均衡条件，为何？

题4图

题5图

5.在图示曲轴上，四个曲拐位于同一平面内，若质径积

m1r12r23r34r4，l13≠l2，试判断该

曲轴能否切合动均衡条件？

为何？

6.图示盘状转子上有两个不均衡质量：

m1=1，5，m2=0.8，r1=140，r2=180，相位如

图。

现用去重法来均衡，求所需挖去的质量的大小和相位

（设挖去质量处的半径140）。

题6图

题7图

题8图

7.以下图一单缸卧式煤气机，在曲柄轴的两头装有两个飞轮A和B。

已知曲柄半径

250及换算到曲柄销S的不均衡质量为50。

欲在两飞轮上各装一均衡质量，，其展转半径

600，试求，的大小和地点。

8.图示为绕

O点展转的薄片圆盘，在地点

、

1

2

，孔部分材

12

处钻孔，r

=0.1m，r

料质量分别为

m1=1，m2。

为进行静均衡，欲在半径

0.5m的圆周上钻一孔。

试表示出

孔的方向’，

并求出钻去资料的质量。

第7章机械的运行和速度颠簸的调理

1.试述机器运行过程中产生周期性速度颠簸及非周期性速度颠簸的原由，以及它们各自的调理方法。

2.分别写出机器在起动阶段、稳固运行阶段和泊车阶段的功能关系的表达式，并说明原动件角速度的变化状况。

3.何谓机器的周期性速度颠簸？

颠簸幅度大小应怎样调理？

可否完整除去周期性速度颠簸？

为何？

4.何谓机器运行的周期性速度颠簸及非周期性速度颠簸？

二者的性质有何不一样？

各用什么方法加以调理？

5.机器等效动力学模型中，等效质量的等效条件是什么？

试写出求等效质量的一般表达式。

不知道机构的真切的运动，可否求得其等效质量？

为何？

6.机器等效动力学模型中，等效劳的等效条件是什么？

试写出求等效劳的一般表达式。

不知道机器的真切运动，可否求出等效劳？

为何？

7.在图示曲柄滑块机构中，设已知各构件的尺寸、质量m、质心地点S、转动惯量，构

件1的角速度ω1。

又设该机构上作用有常量外力（矩）M1，R3，F2试：

（1）写出在图示地点时，以构件1为等效构件的等效劳矩和等效转动惯量的计算式。

（2）等效劳矩和等效转动惯量是常量仍是变量？

假如变量则需指出是机构什么参数的函数，为何？

题7图

题8图

’=20，z23

8.图示车床主轴箱系统中，带轮半径

0

1

=120，各齿轮齿数为z

12

R

=40，R

=40，

各轮转动惯量为

J1’2’，J23=0.042，J0=0.022，J1=0.082，作用在主轴

Ⅲ上的阻力矩

M3=60。

当取轴Ⅰ为等效构件时，试求机构的等效转动惯量

J和阻力矩的等效劳矩。

9.以下图，为一机器的主轴，在机器稳固运行时，一个运动循环对应的转角

φ2π，

等效驱动力矩以及转变转动惯量

J均为常数，等效阻力矩的变化如图

b所示。

试求：

（1）的大小。

（2）当主轴由φ0=0转至φ1=7π/8时，与所作的盈亏功（节余功）?

（3）若ω0=20，2，当主轴由φ0～φ1时主轴角速度ω1=?

（4）在一个运动循环中，主轴最大和最小角速度发生在哪些地点？

（在图b中标出。

）

1

题9图题10图

10.图示机构中，齿轮1、2的齿数z1=20，z2=40，0.1m，，φ=90，滑块的质量

m4=50，齿轮2绕轴线A的转动惯量2=1

2，忽视其余构件的质量和转动惯量。

又知作用在轮

1上的驱动力矩M1=50，滑块上作用有力

F5=500N。

设机构在图示地点起动，求起动时轮1

的角加快度α1。

第8章连杆机构及其设计

1.铰链四杆机构的基本形式有哪几种？

已知铰链四杆机构各构件的长度分别为240，

600，400，500。

试问当分别取a、b、c、d为机架时，将各获取何种机构？

2.铰链四杆机构各杆长如图示，分别以1、2、3构件为机架时将演化成何种机构？

题2图

题3图

3.图示为偏置曲柄滑块机构。

问：

（1）此机构有无急回运动？

为何？

（2）其行程速度变化系数?

？

（需列出计算公式

）

4.试问图示各机构能否均有急回运动？

以构件

1为原动件时，能否都有死点？

在什么情

况下才会有死点？

偏置式曲柄滑块机构

b）题

a）

4

图

题5图5.写出图a、b所示机构的名称？

试述图

a

所示机构是怎样转变为图

b所示机构的？

6.指出以下机构中，哪些机构在运动学上是等价

a）b）c）

的。

d）

7.在飞机起落架所用的铰链四杆机构中，已知连杆的两地点以下图，比率尺为

μL，

要求连架杆的铰链

A位于B1C1的连线上，连架杆的铰链

D位于B2C2的连线上。

试设计此

铰链四杆机构。

a）

b）

题7图题8图题9图

8.以下图为一飞机起落架机构，实线表示放下时的死点地点，虚线表示收起时的位

置。

已知520，340，且1在垂直地点（即α=90°），θ=10°，β=60°。

试用作图法求，。

9.标出图示各机构的压力角与传动角，箭头标明的杆件是主动件。

10.如图示曲柄滑块机构的运动简图，试确立当曲柄

1等速转动时，

（1）

机构的行程速度变化系数Ｋ。

（2）

最小传动角γ的大小。

（3）

滑块3

来去运动时向左的均匀速度大仍是向右的均匀速度大。

（4）

当滑块

3为主动时，机构能否出现死点，为何？

题10图

题11图

11.图示为偏置曲柄滑块机构，偏距为

e。

试在图上标出滑块的压力角αC和传动角γ

C，画出极位夹角θ及最小传动角γ。

并求出该机构有曲柄的条件。

第9章凸轮机构及其设计

1.在直动从动件盘形凸轮机构中，试问同一凸轮采纳不一样端部形状的从动件时，其从动件运动规律能否同样？

为何？

2.设计哪一种种类的凸轮机构时可能出现运动失真？

当出现运动失真时应当考虑用哪些方法除去？

3.何谓凸轮机构的压力角？

它在凸轮机构的设计中有何重要意义？

4.直动从动件盘形凸轮机构压力角的大小与该机构的哪些因素相关？

5.图示为一凸轮机构从动件推程位移曲线，，平行横坐标轴。

试剖析该凸轮机构在哪处有最大压力角，并简要说明原由。

题5图题6图

6.图示凸轮机构从动件推程运动线图是由哪两种常用的基本运动规律组合而成？

并指出

有无冲击。

假若有冲击，哪些地点上有何种冲击？

从动件运动形式为停升停。

7.在图示直动尖顶从动件盘形凸轮机构中，凸轮转向以下图。

试写出该地点时从动件压力角计算公式，并说明从动件相对凸轮轴心的配置能否合理，为何？

a）

b）

题7图

题8图

题10图

8.有一对心直动尖顶从动件偏爱圆凸轮机构，

O为凸轮几何中心，

O1

为凸轮转动中

心，直线⊥，O12，圆盘半径60。

（1）依据图a及上述条件确立基圆半径r0、行程h，C点压力角αC和D点接触时的位移、压力角αD。

（2）若偏爱圆凸轮几何尺寸不变，仅将从动件由尖顶改为滚子，见图b，滚子半径10。

试问上述参数r0，h，αC，，αD有否改变？

如以为没有改变需明确回答，但可不用计算数

值；若有改变也需明确回答，并计算其数值。

9.有一对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构，为改良从动件尖端的磨损状况，将其尖端改为滚子，仍使用本来的凸轮，这时该凸轮机构中从动件的运动规律有无变化？

简述原由。

10.图示凸轮机构中，已知凸轮廓线段为渐开线，形成段渐开线的基圆圆心为O，0，试确立对应段廓线的以下问题：

（1）从动件的运动规律；

（2）当凸轮为主动件时，机构的最大压力角与最小压力角；

（3）当原从动件主动时，机构的最大压力角出此刻哪一点？

（4）当以凸轮为主动件时，机构的优弊端是什么？

怎样改良？

11.画出图示凸轮机构从动件升到最高时的地点，标出从动件行程h，说明推程运动角和回程运动角的大小。

题11图题12图

12.按图示的位移线图设计一偏置直动滚子从动件盘形凸轮的部分廓线。

已知凸轮基圆

半径r0=25，滚子半径5，偏距10，凸轮以等角速度ω逆时针方向转动。

设计时可取凸轮转角φ=0°，30°，60°，90°，120°，μ。

第10章齿轮机构及其设计

1.渐开线直齿圆柱齿轮的分度圆和节圆有何差别？

在什么状况下，分度圆和节圆是相等

的？

2.为了实现定传动比传动，对齿轮的齿廓曲线有什么要求？

3.一对齿顶高系数*=0.8和另一对*=1的标准直齿圆柱齿轮若拥有同样的模数、分度圆压力角和齿数z1，z2，问哪一对齿轮拥有较大的重合度？

并说明其原由。

4.渐开线直齿圆柱标准齿轮的分度圆拥有哪些特征？

5.一对渐开线直齿圆柱齿轮传动中齿廓之间能否有相对滑动？

一般在齿廓的什么地点相对滑动较大？

什么地点无相对滑动？

6.一对轮齿的齿廓曲线应知足什么条件才能使其传动比为常数？

渐开线齿廓为何能知足定传动比的要求？

7.试问以渐开线作为齿廓的齿轮副为何能作定传动比传动？

8.当α=20，*=1，c*=0.25时，若渐开线直齿圆柱标准齿轮的齿根圆和基圆相重合，其齿数应为多少？

又当齿数大于以上求得的齿数时，试问基圆与齿根圆哪个大？

9.周节（齿距）为p1=12.566371、压力角为α1=20的渐开线直齿圆柱齿轮能够与周节为p2、压力角为α2=0的直齿齿条正确啮合传动吗？

为何？

10.用模数，2，

α=20的滚刀加工向来齿圆柱变位外齿轮，要使该齿轮的分度圆齿厚

比标准齿轮的齿厚减薄

。

问其变位系数?

11.变速箱中各轮的齿数、模数和中心距以下图，指出齿轮副

z1，z2和z3，z4各应采

用何种变位齿轮传动种类，并简述原由。

12.有两个3，α=20，*=1，c*

标准齿条，此中线间的距离为

52，现欲设计一个

齿轮同时带动两齿条，但需作无侧隙传动，而齿轮的轴心

O1在两齿条中线间距的中点上

（如图示）。

试问

d1、齿顶圆直径1、齿根圆直

（1）齿轮能否为标准齿轮？

试确立其齿数

z1、分度圆直径

径1及齿厚s1；

（2）齿条挪动的速度v2能否为（52/2）×ω1为何？

13.

（1）齿轮计算。

已知一对外啮合渐开线直齿圆柱标准齿轮传动，其

**

10，α=20，=1，，试求（注：

计算重合度时，依据μ4

i12=2，z1=20，绘图，从图中量得所需尺

寸计算）大齿轮齿数z2及两轮的分度圆半径、基圆半径、顶圆半径、齿全高齿距、基圆齿

距、啮合角、节圆半径、中心距、节圆处齿廓曲率半径、实质啮合线段（作图）、重合度。

14.若一对直齿圆柱齿轮传动的重合度ε，试说明若以啮合点挪动一个基圆周节为

单位，啮合时有多少时间为一对齿，多少时间为两对齿，试作图标出单齿啮合地区，并注明地区长度与的关系。

15.已知一对正确安装的渐开线直齿圆柱标准齿轮传动，中心距O1O2=100，4α=20，ω1/ω2，小齿轮主动，试：

（1）计算齿轮1和2的齿数，分度圆，基圆，齿顶圆和齿根圆半径，并在图中画出；

（2）在图中标出开始啮合点B2、终了啮合点B1、节点P、啮合角和理论啮合线与实质啮合线。

16.以下图的齿轮传动装置，其相关参数以下，

z1=19，z2=58，z3=17，z4=63，

**

a1234=160，4α=α20，=1，，求

（1）斜齿轮2的螺旋角方向（可在图上直接标出）;

（2）为了知足中心距的要求，斜齿轮的螺旋角为多少度;

（3）若两对齿轮均采纳直齿圆柱齿轮传动，则分别采纳何种传动种类

?

啮合角各为多大

?

题317图

题18图

17.用α=20，*=1，c*=0.25的标准滚刀加工一对直齿圆柱齿轮，其齿数

z12=20，

x1=0，其实质中心距a比标准中心距增大了

40，试求：

（1）齿轮2的变位系数x2应为若干？

（2）若不采纳变位齿轮，而改用斜齿圆柱齿轮来知足中心距要求，加工齿轮的滚刀不

变，齿轮齿数不变。

确立两斜齿轮螺旋角β。

注：

α’=2（x）/（z）αα1212

18.在图示的回归轮系中，齿轮1，2为一对渐开线直齿圆柱齿轮，z1=30，z2=40，

m12，α=20°，齿轮3，4为一对渐开线斜齿圆柱齿轮，z3=37，z4=50，342，现需安装

成实质中心距a’=88，试求:

（1）齿轮1，2的传动种类及变位系数和xΣ12;

（2）齿轮3，4的螺旋角β。

第11章齿轮系及其设计

1.在图示轮系中，已知：

蜗杆为单头且右旋，转速n1=1440，转动方向如图示，其余各

轮齿数为：

z2=40，z2'=20，z3=30，z3'=18，z4=54，试：

（1）说明轮系属于何种种类；

（2）计算齿轮4的转速n4；

（3）在图中标出齿轮4的转动方向。

2.在图示轮系中，所有齿轮均为标准齿轮，又知齿数z1=30，z4=68。

试问：

（1）z2=?

，z3=?

（2）该轮系属于何种轮系？

题2图题3图3.在图示轮系中，依据齿轮1的转动方向，在图上标出蜗轮4.在图示的轮系中，已知各轮齿数为z12356=20，已知齿轮

题4图

4的转动方向。

1、4、5、7为同轴线，试求

该轮系的传动比i17。

5.在图示全能刀具磨床工作台横向微动进给装置中，运动经手柄输入，由丝杆传给工作

台。

已知丝杆螺距50，且单头。

z12=19，z3=18，z4=20，试计算手柄转一周时工作台的进给

量s。

题5图

题6图

6.在图示行星搅拌机构简图中，已知

z1=40，z2=40，ω31，方向如图。

试求：

（1）机构自由度F；

（2）搅拌轴的角速度ωF及转向。

7.在图示轮系中，轮3和轮4同时和轮2啮合，已知

z12=20，z3=60，z4=58，求传动比

i14。

题7图题8图题9图

8.图示轮系中，宽齿轮

、、

、

4及构件A均空套在轴

1同时与234齿轮啮合，齿轮

3

上。

Z1=20，z2=100，z3=101，z4=99，1000，转动，其方向如图示，求齿轮

3、4的转速

n3，n4及与转向的异同。

2及4

9.在图示轮系中，已知

z1=34，z23=20，z3为一宽齿轮，同时和

轮啮合，求传动

比。