【考研类试卷】考研机械原理-5及答案解析.doc
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1、考研机械原理-5 及答案解析(总分:100.00,做题时间:90 分钟)一、计算题(总题数:20,分数:100.00)1.如下图(a)所示为凸轮机构推杆的速度曲线,它由四段直线组成。要求:在题图上画出推杆的位移曲线、加速度曲线;判断在哪几个位置有冲击存在,是刚性冲击还是柔性冲击;在图示的 F 位置,凸轮与推杆之间有无惯性力作用,有无冲击存在。 (分数:5.00)_2.题图所示凸轮的廓线由三段圆弧(圆心分别在 O、O“、O“点)及一段直线组成,推杆为圆心在 B 点的一段圆弧构成的曲底摆动推杆。试求该凸轮机构的推程运动角 0 ,回程运动角 “ 0 ,推杆的最大摆角,推杆在图示位置的角位移 及压力角
2、 ,以及凸轮在图示位置再转过 70后,推杆的角位移 “及压力角 “。 (分数:5.00)_3.在图(a)所示的直动滚子推杆盘形凸轮机构中,已知推程运动角 0 =120,推杆作等加速等减速运动,推杆的行程为 h=25mm,等加速段的位移方程为 等减速段为 凸轮实际轮廓的最小半径 r min =30mm,滚子半径 r T =12mm,偏距 e=14mm。试求以下内容。 (分数:5.00)_4.如图所示为一偏置直动滚子推杆盘形凸轮机构,凸轮的回转方向如图所示。试问该凸轮机构为何种偏置?偏置方向对凸轮机构压力角有何影响?对一个已制作好的凸轮,偏置方向、偏距的大小以及滚子半径的大小是否允许再改变? (分
3、数:5.00)_5.如图所示为一直动平底推杆盘形凸轮机构。已知基圆半径 r 0 ,推杆运动规律 s=s(),凸轮等角速度顺时针方向转动。试求凸轮廓线的极坐标方程,并问:该凸轮机构的压力角为多大?其基圆半径 r 0 是否取决于压力角的大小? (分数:5.00)_6.如图所示,现需设计一对心直动滚子推杆盘形凸轮机构,设已知凸轮以等角速度沿顺时针方向回转,推杆的行程为 h=50mm,推程运动角 0 =90,推杆的运动规律为 推程段的许用压力角=30。试确定推程段凸轮的最佳基圆半径 r 0 。又如为右偏置直动滚子推杆盘形凸轮机构,偏距 e=10mm,试求其最小基圆半径 r 0 。 (分数:5.00)_
4、7.如图(a)所示为渐开线齿廓与一直线齿廓相啮合的传动,渐开线的基圆半径为 r 1 ,直线的相切圆半径为 r 2 。试求当直线齿廓处于与连心线成 角时,两轮的传动比 i 12 = 1 / 2 之值。已知:r 1 =40mm,r 2 =20mm,=30,O 1 O 2 =100mm。又问该两轮是否作定传动比传动?为什么? (分数:5.00)_8.一对标准安装的渐开线标准直齿圆柱齿轮外啮合传动,已知:a=100mm,z 1 =20,z 2 =30,=20,d a1 =88mm。 (1)试计算下列几何尺寸: 齿轮的模数 m; 两轮的分度圆直径 d 1 、d 2 ; 两轮的齿根圆直径 d f1 、d
5、f2 ; 两轮的基圆直径 d b1 、d b2 ; 顶隙 c。 (2)若安装中心距增至 a“=102mm,试问: 上述各值有无变化,如有应为多少? 两轮的节圆半径,r“ 1 、r“ 2 和啮合角 “为多少? (分数:5.00)_9.已知一对外啮合渐开线标准直齿圆柱齿轮的参数为:z 1 =40,z 2 =60,m=5mm,=20,h* a =1,c * =0.25。 (1)求这对齿轮标准安装时的重合度 ,并绘出单齿及双齿啮合区; (2)若将这对齿轮安装得刚好能够连续传动,求这时的啮合角 “;节圆半径 r“ 1 和 r“ 2 ;两轮齿廓在节圆处的曲率半径 “ 1 和 “ 2 。 (分数:5.00)
6、_10.用齿条刀具加工齿轮,刀具的参数如下:m=2mm,=20, (分数:5.00)_11.在一对外啮合的渐开线直齿圆柱齿轮传动中,已知:z 1 =12,z 2 =28,m=5mm, (分数:5.00)_12.已知渐开线直齿圆柱齿轮 z 1 =17,z 3 =33,z 2 =34,m=2mm,=20, 齿轮 1 和 3 是一对标准齿轮。今以齿轮 1 为公共滑移齿轮(如图),试计算齿轮 2 的变位系数 2 。(注意:inv =tan-) (分数:5.00)_13.某机器上有一对标准安装的外啮合渐开线标准直齿圆柱齿轮机构,已知:z 1 =20,z 2 =40,m=4mm, (分数:5.00)_14
7、.一对外啮合的斜齿圆柱齿轮传动(正常齿制),已知:m n =4mm,z 1 =24,z 2 =48,a=150mm。试求: (1)螺旋角 ; (2)两轮的分度圆直径 d 1 、d 2 ; (3)两轮的齿顶圆直径 d a1 、d a2 ; (4)若改用 m=4mm,a=20的外啮合直齿圆柱齿轮传动,要求中心距和齿数均不变,试问采用何种类型的变位齿轮传动?并计算变位系数之和 1 + 2 。 (分数:5.00)_15.在图所示的轮系中,已知 z 1 =z 2 =z 4 =z 5 =20,z 3 =z 6 =60,齿轮 1 的转速 n 1 =1440(r/min),求齿轮 6 的转速(大小及方向)。
8、(分数:5.00)_16.在题图所示的轮系中,已知双头右旋蜗杆的转速 n 1 =900r/min,z 2 =60,z 2 “=25,z 3 =20,z 3 “=25,z 4 =20,z 4 “=30,z 5 =35,z 5 “=28,z 6 =135,求 n 6 的大小和方向。 (分数:5.00)_17.在题图所示的轮系中,已知 z 1 =20,z 2 =30,z 3 =15,z 4 =65,n 1 =150r/min,求 n H 的大小及方向。 (分数:5.00)_18.已知齿轮 1 的转速 n 1 =120r/min,而 z 1 =40,z 2 =20,求(1)z 3 ;(2)行星架的转速
9、 n H =0 时齿轮 3 的转速 n 3 (大小及方向)。 (分数:5.00)_19.已知轮系中 z 1 =60,z 2 =15,z 2“ =20,各轮模数均相同,求 z 3 及 i 1H 。 (分数:5.00)_20.在如图所示周转轮系中,已知各齿轮的齿数为 z 1 =15,z 2 =25,z 2“ =20,z 3 =60,齿轮 1 的转速n 1 =200r/min,齿轮 3 的转速 n 3 =50r/min,其转向相反,求行星架 H 的转速 n H 的大小和方向。 (分数:5.00)_考研机械原理-5 答案解析(总分:100.00,做题时间:90 分钟)一、计算题(总题数:20,分数:1
10、00.00)1.如下图(a)所示为凸轮机构推杆的速度曲线,它由四段直线组成。要求:在题图上画出推杆的位移曲线、加速度曲线;判断在哪几个位置有冲击存在,是刚性冲击还是柔性冲击;在图示的 F 位置,凸轮与推杆之间有无惯性力作用,有无冲击存在。 (分数:5.00)_正确答案:()解析:解题要点: (1)明确位移是速度的积分,加速度是速度的微分; (2)明确刚性冲击是由速度突变产生的,而柔性冲击是由加速度突变产生的; (3)明确有加速度存在就会有惯性力产生。 解:由题图(a)所示推杆的速度曲线可知如下情况。 在 OA 段内(0/2),因推杆的速度 v=0,故此段为近休止段,推杆的位移和加速度均为零,即
11、s=0,a=0,如题图(b)及(c)所示。 在 AD 段内(/23/2),因 v0,故推杆为推程段。在 AB 段内,因速度线图为上升的斜直线,故推杆先等加速上升,位移线图为抛物线,而加速度曲线为正的水平线段;在 BC 段内,速度线图为水平直线,推杆继续等速上升,位移线图为上升的斜直线,而加速度曲线为与 轴重合的线段;在 CD 段内,速度线图为下降的斜直线,故推杆继续等减速上升,位移曲线为抛物线,而加速度曲线为负的水平线段。推杆在推程段的位移及加速度线图如题图(b)及(c)所示。 在 DE 段内(3/22),因 v0,故为推杆的回程段,且速度曲线为水平线段,则推杆做等速下降运动,其位移曲线为下降
12、的斜直线,加速度曲线与 轴重合,在 D 和 E 处其加速度分别为负无穷大和正无穷大,如题图(b)及(c)所示。 由推杆的速度曲线(见题图(a)可知,在 D 和 E 处有速度突变,故凸轮机构在 D 和 E 处有刚性冲击;由加速度曲线(见题图(c)可知,在 A“、B“、C“及 D“处有加速度突变,故在这几处凸轮机构有柔性冲击。 在 F 处有正的加速度值,故有惯性力,但既无速度突变,又无加速度突变,因此,F 处无冲击存在。2.题图所示凸轮的廓线由三段圆弧(圆心分别在 O、O“、O“点)及一段直线组成,推杆为圆心在 B 点的一段圆弧构成的曲底摆动推杆。试求该凸轮机构的推程运动角 0 ,回程运动角 “
13、0 ,推杆的最大摆角,推杆在图示位置的角位移 及压力角 ,以及凸轮在图示位置再转过 70后,推杆的角位移 “及压力角 “。 (分数:5.00)_正确答案:()解析:解题要点: (1)对于滚子推杆凸轮机构,其基圆半径、压力角等参数均应在理论廓线上度量; (2)在用反转法分析和设计凸轮机构时,凸轮的转角应为机架所转过的角度,不是凸轮廓线的位置角; (3)注意凸轮的转动方向。 解:题中的曲底推杆等效于一滚子推杆,滚子半径为 r T ,滚子中心在 B 点。因此在解题时应先求出凸轮的理论廓线(如图中的细线轮廓所示)。再根据反转法的原理,以凸轮的回转中心 O 为圆心,以 为半径作圆,即为摆动推杆的摆动中心
14、在反转运动中的轨迹圆 。 OO“的延长线与理论廓线的交点 B。为推程廓线的起始点,OO“的延长线与理论廓线的交点 B“ 1 为理论廓线的最高点;分别以 B 0 和 B“ 1 为圆心,以 为半径画圆弧与轨迹圆 交于 A 0 和 A 1 点,即为推程起始点和终止点推杆摆动中心的位置,故A 0 OA 1 = 0 ,即为推程运动角。 过 O 点作凸轮廓线直线部分的垂线,与理论廓线的交点 B 2 即为回程的终止点,以 B 2 为圆心, 为半径画圆弧与轨迹圆 的交点为 A 2 ,即回程终止时推杆摆动中心的位置。故A 1 OA 2 =“ 0 ,即为回程运动角。 以 A 1 为圆心,以 为半径画圆弧与基圆交于
15、 B 1 点,B 1 A 1 B“ 1 =,即为推杆的最大摆角。 以 A 为圆心,以 为半径画圆弧与基圆交于 B“点,B“AB= 为推杆在图示位置的角位移。连线 O“B 为凸轮廓线在 B 点的法线,过 B 点所作的 AB 的垂线即为推杆在 B 点的速度方向线,两者之间的夹角 即为凸轮机构在图示位置时的压力角。 由于凸轮沿逆时针方向回转,故从 OA 开始沿顺时针方向取凸轮转角 70,得机架在反转运动中所占有的位置 A“。以 A“为圆心,以 3.在图(a)所示的直动滚子推杆盘形凸轮机构中,已知推程运动角 0 =120,推杆作等加速等减速运动,推杆的行程为 h=25mm,等加速段的位移方程为 等减速
16、段为 凸轮实际轮廓的最小半径 r min =30mm,滚子半径 r T =12mm,偏距 e=14mm。试求以下内容。 (分数:5.00)_正确答案:()解析:解题要点: (1)基圆半径、推杆的位移、压力角等参数均应在理论廓线上度量; (2)凸轮的转角不是凸轮廓线的位置角; (3)凸轮廓线上某点法线的斜率与该点切线的斜率互为倒数。 解:(1)凸轮的基圆半径为 r 0 =r min +r T =(30+12)mm=42mm。 (2)当 =90时,推杆处于推程减速段,故对应的推杆位移和类速度为 (3)取长度比例尺 l=0.002m/mm,如题图(b)所示。 以 O 为圆心,分别以 r 0 和 e
17、为半径作基圆和偏距圆,K 0 为推杆导路线与偏距圆的切点,导路线与基圆的交点 B 0 便是推杆滚子中心的初始位置。 根据反转法原理,推杆由 B 0 K 0 位置沿- 方向反转 90角,可在基圆上定出 C 点,过 C 点作偏距圆的切线 CK 即得到推杆在此位置时的导路位置线,在 KC 延长线上取 =s=21.875mm,求得 B 点,即为凸轮转过 90时理论廓线上所求的对应点。 凸轮理论廓线 B 点的法线与过凸轮轴心 O 且垂直于推杆导路的直线交于点 P 12 ,即为凸轮与推杆的相对瞬心位置。 (4)选取坐标系如题图(c)所示,推杆滚子中心处 B 0 为起始位置,当凸轮转过 角时,推杆相应的位移
18、为 s,由反转法可知,凸轮理论廓线上 B(即滚子中心)的直角坐标为 x=(s 0 +s)cos-esin y=(s 0 +s)sin+ecos 式中: 再过 B 点作凸轮理论廓线的法线 nn,其与 x 轴的夹角 即凸轮理论廓线的法线倾角。法线 nn 与 B 点处滚子交于点 B“,即凸轮实际轮廓上的对应点,由题图(c)可知,凸轮实际廓线的方程即 B“的坐标方程为 求凸轮理论廓线上的对应点。 当 =90时 因为 ds/d=11.937mm/rad,s=21.875mm 所以 x=(s 0 +s)cos-esin=-14sin90mm=-14mm y=(s 0 +s)sin+ecos=(39.598
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