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三、简答题和作图题

1. 请写出机器与机构的区别。( 6分 )

答：机构只是一个构件系统，而机器除构件系统之外，还包含电气、液压等其他装置； 机构只用于传递运动和力，而机器除传递运动和力之外，还具有变换或传递能量、物料、信息的功能。

2. 请简单写出常用机构和通用零件的定义，并各举三个实例。( 6分 )

答：常用机构是机器中普遍使用的机构，例如，连杆机构，凸轮机构，齿轮机构。 通用零件是机器中普遍使用的零件，例如，齿轮，螺钉，轴。

3. 请作图设计一导杆机构。已知机架长度l4=45mm，行程速比系数K=2.6，试求导杆的摇角ψ并作图求出曲柄的长度l1 ( 7分 ) 答：1) 求导杆的摇角ψ

ψ＝θ＝180o(K-1)/(K+1) ＝180o(2.6-1)/(2.6+1) ＝80o

2) 画出右图所示图形，其上三角形AB1C 为直角三角形，已知AC=l4=45mm , 曲柄长度l1=AC×sin(ψ/2)

=45×sin(40o)=28.925mm

或在尽量精确绘图后从图中量出l1（图解法）。绘图步骤见教材P33页

4. 请根据示意图上标明的四杆尺寸值来判断下述三种机构各属于括号内哪一种机构（曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构）？（提示：带细斜线的构件为机架）（8分） 答： 根据以下规则判定机构类型：

存在整转副的条件：最短杆与最长杆长度之和≤其余两杆长度之和，若符合该条件，则按以下规则判定，否则只能是双摇杆机构： 1）以最短杆邻边为机架是曲柄摇杆机构； 2）以最短杆为机架是双曲柄机构； 3）以最短杆对边为机架是双摇杆机构。

上面3个机构都符合存在整转副的条件，由此得出：

（A）图机构为曲柄摇杆机构。 （B）图机构为双曲柄机构。 （C）图机构为双摇杆机构。

5. 加大平面四杆机构原动件上的驱动力，能否使该机构越过死点位置？为什么？

答：不能。根据机构死点的概念，因为在死点位置的传动角为0°，驱动力的有效分力为0，机构无法运动。加大驱动力后，传动角仍为0°，驱动力的有效分力仍为0。 6. 图示为尖顶对心直动从动件盘形凸轮机构。已知凸轮为一偏心圆，其半径R=40mm，圆心C点到固定铰链O点的距离S=20mm，从动件导轨延伸线通过固定铰链O点，试： 1）在图上画出凸轮的基圆并求出其半径r0 2）求出从动件的升程h大小并在图上标出

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3）写出图上A点的压力角大小 （8分） 答：1)画基圆，见右下图，其半径

r0=R-S=40-20=20mm

2) 升程h=2(R- r0) =2(40-20)=40mm

(也可以另精确作图并从图上量出)

3）A点压力角为零(法线与从动件运动方向重合)。

7. 某凸轮机构从动件的推程运动规律为简谐运动，设凸轮推程运动角为φ，从动件的升程为h，试定性画出从动件推程的位移s、速度v和加速度a线图并写出其在何处有冲击。（7分）

答：1）位移s、速度v和加速度a线图见右图

2）在开始和终止处，理论上a为有限值，会产生柔性冲击。

8. 某凸轮机构从动件的推程运动规律为等速运动，设凸轮推程运动角为φ，从动件的升程为h，试定性画出从动件推程的位移s、速度v和加速度a线图并写出其推程运动方程和最大加速度值及其发生位置。（8分） 答：1）推程的位移s、速度v和加

速度a线图如下图所示。

从加速度a线图中可看出：最大加速度为无穷大，发生在起点和终点。 2）推程运动方程为：

9.一偏置直动尖项从动件盘形凸轮机构如图所示。已知凸轮为一半径R=30mm的偏心圆盘，几何中心为A，回转中心为O，从动件偏距OD=e=10mm，OA=10mm。凸轮以等角速度?顺时针方向转动。当凸轮在图示位置，即AD?BD时，试求： （1）凸轮的基圆半径r0；（2）图示位置的凸轮机构压力角?； （3）图示位置的凸轮转角?；（4）图示位置的从动件的位移s； 提示：要求在图上画出r0、?、? 。

答：(1) 基圆半径ro=R-OA=30-10=20mm（见图，用反转法绘图）

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(2) (3)

(4)

10.图示为s?AB2?AD2?OB220?OD0一偏置式

尖底?302?202?202?102?5.04mm直动

从动件盘形凸轮机构。已知从动件尖底与凸轮廓线在B0点接触时为初始位置。试用作图法在图上标出： (1)当凸轮从初始位置转过?1=90°时，从动件走过的位移S1；

(2)当从动件尖底与凸轮廓线在B2点接触时，凸轮转过的相应角度?2。 说明：不必作文字说明，但必须保留作图线； 答：(1)如图所示，正确作出偏距圆。 按-ω（反转法）方向转90°，在图上正确标出S1 。

(2)过B2点作偏距圆切线，正确标出?2角。 11. 齿轮的切齿方法按其原理可分为哪两类？试写出5种加工齿轮刀具的名称和所属类型。

答： 1）分为成形法和范成法两类。

2）成形法：盘形铣刀，指状铣刀； 范成法：齿轮插刀，齿条插刀，

齿轮滚刀。

12. 请写出齿轮机构的优点

答：1) 使用的圆周速度和功率范围广；

2) 效率较高； 3) 传动比稳定 ； 4) 寿命长;

5 ) 工作可靠性高;

6) 可实现平行轴、任意角相交轴和交错轴之间的传动。 13. 试写出平键的失效形式和相应计算公式？（6分） 答: 平键连接有普通平键连接和导向平键连接： 1）对于普通平键连接（静连接），其主要失效形式是工作面被压溃，因此，通常只按工作面上的挤压应力进行强度校核计算。 2） 对于导向平键连接（动连接），其主要失效形式是工作面的过度磨损，通常按工作面上的压强进行条件性的强度校核计算。

普通平键连接的强度条件公式为：?p?4Tdhl???p?

导向平键连接的强度条件公式为：p?4Tdhl??p?

14．请写出渐开线斜齿圆柱齿轮的优缺点（5分）

答：优点：1）啮合性能好，运转平稳，噪音小。

2）重合度大，承载能力高，运转平稳，适合高速传动。 3）比直齿轮的不根切齿数小。

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缺点：产生轴向力Fa ，且随螺旋角β增大而增大，一般取β= 8°～20°。 15．请写出一对斜齿圆柱齿轮正确啮合的条件。

答：一对斜齿圆柱齿轮正确啮合的条件是：两轮的法面模数和压力角应分别相等，且其螺旋角必须匹配,即:

外啮合：β1= -β2 旋向相反；mn1=mn2 ；αn1 =αn2

内啮合：β1= β2 旋向相同；mn1=mn2 ；αn1 =αn2

、

16．请写出一对直齿圆锥齿轮正确啮合的条件。 答：一对直齿圆锥齿轮正确啮合的条件是： 1）两轮大端模数和压力角必须分别相等， 2）两轮的外锥距也必须分别相等。 17．什么叫标准齿轮？

答：在分度圆上：压力角=20，齿顶高和齿根高均为标准值，齿厚等于齿槽宽的齿轮。 18．一对标准直齿轮，安装中心距比标准值略大，试定性说明以下参数变化情况： （1）齿侧间隙；（2）节圆直径；（3）分度圆；（4）顶隙。 答：（1）齿侧间隙增加； （2）节圆直径变大； （3）不变； （4）顶隙变大。

19．什么是轮系、定轴轮系、周转轮系和复合轮系？（8分） 答：轮系：是由一系列互相啮合的齿轮组成的传动系统。

定轴轮系：传动时每个齿轮的几何轴线都是固定的轮系。

周转轮系：是运转时至少有一个齿轮的几何轴线绕另一个齿轮的几何轴线转动的轮系。 复合轮系：是由定轴轮系和周转轮系或由两个及以上的周转轮系构成的复杂轮系。 20.花键连接与平键连接相比，有那些优点？请写出其适用场合(6分)

答：1）优点：与平键比，其承载能力高、对轴的削弱程度小 、定心好、导向性能好； 2）适用于定心精度要求高、载荷大或经常滑移的连接 。 21．渐开线齿廓是齿轮最常用的齿廓，请写出渐开线的特性（5分）

答：1）圆弧AB = 直线BK

2）渐开线上任意点的法线切于基圆。 3）离中心越远，渐开线上的压力角越大。 4）渐开线形状取决于基圆。 5）基圆内无渐开线。

22. 根据应力随时间的变化情况，应力分哪些类型（要细分）？请写出其循环特性r值（或公式）并画出其应力变化示意图。（8分） 答：1）应力分为：

（a）静应力，其循环特性r＝＋1

（b）不对称循环变应力，其循环特性r= ?min / ?max （c）对称循环变应力，其循环特性r＝-1 （d）脉动循环变应力，其循环特性r＝0 2）各应力变化示意图分别为：

23. 在轴与轮毂的连接中设计使用普通平键时，普通平键的截面尺寸b×h和长度尺寸L是

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