北航机械设计期末试卷答案［DOC可编辑］.doc

北京航空航天大学
2011-2012 学年第二学期期末
《机械原理》
A卷
评分标准
2012年6月5日
班级__________ 学号__________ 姓名__________ 成绩__________
《机械原理》期末考试卷
注意事项: 1、请将解答写在试卷上;
2、草稿纸上的解答不作为批改试卷的依据;
3、图解法解答请保留作图过程和作图辅助线。
题目:
一、机构自由度计算…………………………………………………………(14分)
二、机构运动分析……………………………………………………………(14分)
三、连杆机构设计……………………………………………………………(15分)
四、凸轮机构…………………………………………………………………(14分)
五、齿轮机构…………………………………………………………………(15分)
六、轮系………………………………………………………………………(14分)
七、机械系统动力学…………………………………………………………(14分)
一、计算图示运动链的自由度。若有复合铰链、局部自由度或虚约束,必须指出。(已知ABCD和CDEF是平行四边形。)
共14分
F处为复合铰链(2分)
I(或J)为虚约束(1分)
CD(或AB)为虚约束(2分)
滚子K处为局部自由度(1分)
(5分)
(3分)
二、在下图所示的机构中,已知原动件1以等角速度w1沿逆时针方向转动,试确定:
(1)机构的全部瞬心;
(2)构件3的速度v3(写出表达式)。
共14分
(1)该机构有4个构件,所以共有6个瞬心。通过直接判断,可以得到瞬心P14、P24和P34的位置,如习题2-21解图所示。(3分)
依据三心定理,瞬心P12应位于P14和P24的连线上;另外,构件1和2组成高副,所以瞬心P12还应位于构件1和2廓线在接触点处的公法线nn上,这样就得到了瞬心P12的位置,如下图所示。
同理可得到瞬心P23。再应用三心定理,就可以求得瞬心P13。(6分)
(2)因为构件1的运动为已知,而要求的是构件3的速度,所以应用瞬心P13来求得构件3的速度为
,方向向上。(5分)
三、试用图解法设计一曲柄摇杆机构ABCD(其中AB为曲柄)。已知连杆BC的长度,当机构处于一个极限位置时,连杆处于B1C1(图中S1位置),请确定A、D铰链点的位置,并使机构满足以下条件:(1)当机构处于另一个极限位置时,连杆处于S2这条线上;(2)机构处于S2位置时,其压力角为零,如下图所示(保留作图线,并简要叙述作图步骤)
共15分
作图步骤:
(1)延长S2与 S1相交于A点,A点即为曲柄的固定铰链点(3分)
(2)以A为起点,在S2上截取AB2=AB1,得B2点(3分)
(3)截取B2C2=B1C1,得C2点(3分)
(4)作C1C2的垂直平分线nn,D铰链点应在nn线上(3分)
(5)机构处于S2极限位置时,^B2C2交nn于D,D铰链点即为摇杆的固定铰链点。(3分)
四、试在图示偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构中,
(1)画出凸轮基圆;
(2)标出从动件与凸轮从接触点C到接触点D时,该凸轮转过的转角j;
(3)标出从动件与凸轮在D点接触的压力角a;
(4)标出从动件从最低位置到在D点接触时的位移s。
共14分
基圆如图(3分)
j如图示(5分)
a如图示(3分)
s如图示(3分)
作图结果如下图所示。
五、在题图所示的齿轮减速器中,已知两齿轮为用范成法加工的渐开线标准直齿圆柱齿轮,标准安装,传动比i12=2,模数m=5mm,齿顶高系数=,压力角a=20°,箱体内壁的宽度W=270mm,高度H=185mm。试设计这两个齿轮,求出:
(1)齿轮的齿数z1和z2;
(2)按标准中心距安装,试画出两齿轮的啮合图,并在图中标出起始啮合点B2,
终止啮合点B1,实际啮合线B1B2;
(3)求出两齿轮啮合的重合度e a 的大小。
共15分
(1)减速器在宽度方向应满足:
(4分)
即
(1分)
考虑加工时齿轮不产生根切,则:
(1分)
所以得
, (2分)
减速器在高度方向应满足:
(1分)

满足高度方向的要求。
(2)齿轮的基圆半径rb1和rb2(要求通过作图求解)


83mm
(4分)
(3)两齿轮啮合的重合度e a 的大小。
(2分)
,已知各轮齿数为Z1=99,Z2=100,Z2'=101,Z3=100,Z3'=18,Z4=36,Z4'=14,Z5=28,A轴转速为nA=