航天大學(xué)2012年6月5日

班級(jí)__________ 學(xué)號(hào)__________ 姓名__________ 成績(jī)__________《機(jī)械原理》期末考試卷注意事項(xiàng)：1、請(qǐng)將解答寫(xiě)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(qǐng)保留作圖過(guò)程和作圖輔助線。題目：一、機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算…………(14分)二、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析……………(14分)三、連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)……………(15分)四、凸輪機(jī)構(gòu)…………………(14分)五、齒輪機(jī)構(gòu)…………………(15分)六、輪系………………………(14分)七、機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)…………(14分)一、計(jì)算圖示運(yùn)動(dòng)鏈的自由度。若有復(fù)合鉸鏈、局部自由度或虛約束，必須指出。（已知ABCD和CDEF是平行四邊形。）共14分F處為復(fù)合鉸鏈（2分）I（或J）為虛約束（1分）CD（或AB）為虛約束（2分）滾子K處為局部自由度（1分）（5分）（3分）

二、在下圖所示的機(jī)構(gòu)中，已知原動(dòng)件１以等角速度1沿逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，試確定：（1）機(jī)構(gòu)的全部瞬心；（2）構(gòu)件3的速度v3（寫(xiě)出表達(dá)式）。共14分（1）該機(jī)構(gòu)有4個(gè)構(gòu)件，所以共有6個(gè)瞬心。通過(guò)直接判斷，可以得到瞬心P14、P24和P34的位置，如習(xí)題2-21解圖所示。（3分）依據(jù)三心定理，瞬心P12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P12還應(yīng)位于構(gòu)件1和2廓線在接觸點(diǎn)處的公法線nn上，這樣就得到了瞬心P12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P13。（6分）（2）因?yàn)闃?gòu)件1的運(yùn)動(dòng)為已知，而要求的是構(gòu)件3的速度，所以應(yīng)用瞬心P13來(lái)求得構(gòu)件3的速度為，方向向上。（5分）

三、試用圖解法設(shè)計(jì)一曲柄搖桿機(jī)構(gòu)ABCD（其中AB為曲柄）。已知連桿BC的長(zhǎng)度，當(dāng)機(jī)構(gòu)處于一個(gè)極限位置時(shí)，連桿處于B1C1（圖中S1位置），請(qǐng)確定A、D鉸鏈點(diǎn)的位置，并使機(jī)構(gòu)滿(mǎn)足以下條件：（1）當(dāng)機(jī)構(gòu)處于另一個(gè)極限位置時(shí)，連桿處于S2這條線上；（2）機(jī)構(gòu)處于S2位置時(shí)，其壓力角為零，如下圖所示（保留作圖線，并簡(jiǎn)要敘述作圖步驟）共15分作圖步驟：（1）延長(zhǎng)S2與S1相交于A點(diǎn)，A點(diǎn)即為曲柄的固定鉸鏈點(diǎn)（3分）（2）以A為起點(diǎn)，在S2上截取AB2=AB1，得B2點(diǎn)（3分）（3）截取B2C2=B1C1，得C2點(diǎn)（3分）（4）作C1C2的垂直平分線nn，D鉸鏈點(diǎn)應(yīng)在nn線上（3分）（5）機(jī)構(gòu)處于S2極限位置時(shí)，其壓力角為0.故作DC2B2C2交nn于D，D鉸鏈點(diǎn)即為搖桿的固定鉸鏈點(diǎn)。（3分）

四、試在圖示偏置直動(dòng)滾子從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)中，（1）畫(huà)出凸輪基圓；（2）標(biāo)出從動(dòng)件與凸輪從接觸點(diǎn)C到接觸點(diǎn)D時(shí)，該凸輪轉(zhuǎn)過(guò)的轉(zhuǎn)角；（3）標(biāo)出從動(dòng)件與凸輪在D點(diǎn)接觸的壓力角；（4）標(biāo)出從動(dòng)件從最低位置到在D點(diǎn)接觸時(shí)的位移s。共14分基圓如圖（3分）如圖示（5分）如圖示（3分）s如圖示（3分）作圖結(jié)果如下圖所示。

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(kāi)線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪，標(biāo)準(zhǔn)安裝，傳動(dòng)比i12=2，模數(shù)m=5mm，齒頂高系數(shù)=1.0，壓力角=20°，箱體內(nèi)壁的寬度W=270mm，高度H=185mm。試設(shè)計(jì)這兩個(gè)齒輪，求出：（1）齒輪的齒數(shù)z1和z2；（2）按標(biāo)準(zhǔn)中心距安裝，試畫(huà)出兩齒輪的嚙合圖，并在圖中標(biāo)出起始嚙合點(diǎn)B2，終止嚙合點(diǎn)B1，實(shí)際嚙合線B1B2；（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(mǎn)足：（4分）即（1分）考慮加工時(shí)齒輪不產(chǎn)生根切，則：（1分）所以得，（2分）減速器在高度方向應(yīng)滿(mǎn)足：（1分）滿(mǎn)足高度方向的要求。（2）齒輪的基圓半徑rb1和rb2（要求通過(guò)作圖求解）127.5mm42.5mm83mm39.94mm79.87mm（4分）（3）兩齒輪嚙合的重合度的大小。（2分）

六.在下圖所示輪系中，已知各輪齒數(shù)為Z1=99，Z2=100，Z2'=101，Z3=100，Z3'=18，Z4=36，Z4'=14，Z5=28，A軸轉(zhuǎn)速為nA=1000r/min，轉(zhuǎn)向如下圖，求B軸的轉(zhuǎn)速nB，并指出其轉(zhuǎn)向。共14分輪系總傳動(dòng)比：（2分），（5分）（3分）r/min（2分）n3和nA同向，用指向法確定nB方向，nB與nA轉(zhuǎn)向相反。（2分）

七、圖（a）為某機(jī)器傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖。圖中O1為輸入軸，滑塊B為執(zhí)行構(gòu)件。其中，各輪的齒數(shù)為z1=25，z2=50，z3=z5=30，z4=60，z6=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O4軸為等效構(gòu)件，一個(gè)運(yùn)動(dòng)周期內(nèi)作用在O4軸的等效阻力矩Mer如圖（b）所示，O4軸上的等效驅(qū)動(dòng)力矩Med為常數(shù)。軸O4的平均轉(zhuǎn)動(dòng)角速度為m=2.5rad/s，傳動(dòng)系統(tǒng)各構(gòu)件在O1軸的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為Je1=1.0kgm2。試求：（1）軸O4上的等效驅(qū)動(dòng)力矩Med；（2）機(jī)械系統(tǒng)在軸O4的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Je4；（3）最大盈虧功ΔWmax；（4）要求速度不均勻系數(shù)0.02，則加在軸O1上的飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JF至少應(yīng)為多少？共14分（1）一個(gè)周期內(nèi)等效驅(qū)動(dòng)力矩所作的功與等效阻力矩所作的功相等，有（1分）（1分）（2）由等效原理，有（1分）（1分）（1分）（3）計(jì)算各時(shí)刻動(dòng)能如下：時(shí)：（1分）時(shí)：（1分）時(shí)：（1分）時(shí)：（1分）時(shí)：