资源描述
《机械原理》课程学习指南
说明：为配合学生《机械原理》课程的学习，根据机电工程学院本科《机械原理》课程教学大纲的要求，对本课程基本情况、性质、任务、教材和多媒体课件的处理、学习参考书、考核要求及各章节重点、难点等均在本学习指南中做出了较详细的说明。同时针对各章的不同要求，配备了一定数量的自测练习题，学生通过自测检查可以发现自身学习中存在的问题，有的放矢地进行学习。
一、 课程基本情况、性质、研究对象和任务
总学时：56学时，课堂教学：50学时，实验教学：6学时。
先修课：大学物理、高等数学、机械制图、理论力学、材料力学、计算机应用基础等。
《机械原理》是高等工业院校机械类专业普遍开设的一门重要技术基础课，在整个教学计划中，以主干课程的角色，起着承上启下的作用，具有十分重要的地位。本课程主要研究机械系统的运动学和动力学分析及机械系统方案设计基本理论，包括各种机构的结构分析、运动分析和受力分析问题，常用机构的设计问题，机器动力学问题和机械运动系统设计的问题。它的主要任务是：
1)通过本课程的学习，使学生掌握机构学和机器动力学的基本理论、基本知识和基本技能。
2)通过本课程的学习，使学生学会常用机构的分析和综合方法，培养学生的创新精神和机械系统运动方案创新设计的能力。
二、 教材及多媒体课件说明
1．教材：
本课程教材选用由刘会英、杨志强、张明勤编著，机械工业出版社出版的新世纪高校机电工程规划教材《机械原理》。本教材内容精炼、结构合理、理论性强，是“十一五”国家级规划教材。由于计划学时有限，不可能在课堂上对教材所有内容一一进行详细讲解。因此，学生应该抓住每章节的重点、难点，搞清分析问题、解决问题的基本思路，并注意寻找同类问题间的内存规律。真正做到举一反三，将问题由“繁”变“易”，将课本由“厚”读“薄”。
2．多媒体课件：
机械原理多媒体教学课件是本校机械基础学科组集体创作的，它综合了图、文、声、像、二维图形、三维动画等多种媒体手段，经科学、合理的重组、整合、加工，构筑了一种虚拟实际场景的教学氛围。对学生开阔视野、扩展思路、增强工程实践意识以及提高分析问题、解决问题的能力和创造能力都具有非常重要的作用。但是，应该提醒的是，在利用多媒体课件进行学习时，不能将注意力只集中在丰富多彩的课件画面上，而忽视对课程内容的关注和理解；课堂学习中，由于信息量较大，课堂进度较快，应注意对重要内容作记录，并在课下及时复习和总结。
三、 学习参考书
《机械原理》 孙桓 陈作模 主编
《机械原理教程》 申永胜 主编
《机械原理学习指南》 孙桓 主编
《机械原理辅导与习题》 申永胜 主编
《机械原理常见题型解析及模拟题》 葛文杰 主编
《机械原理试题精选与答题技巧》 焦映厚 编
四、 关于课程的考核
《机械原理》课程的考核成绩由以下几部分构成：
● 课外作业(未完成作业者不得参加期末考试) 10 %
● 平时表现（包括课程出勤、课堂讨论、答疑等情况） 10 %
● 实验(未完成规定实验者不得参加期末考试) 10 %
● 期末考试 70 %
五、 各章基本内容、重点难点及自测练习题
第一章 绪论
1． 填空题
1）零件是机器中的 单元体；构件是机构中的 单元体。
2）内燃机中的连杆属于 。
A．零件 B.机构 C.构件
3）机器与机构的主要区别是： 。
A.机器较机构运动复杂； B.机器能完成有用的机械功或转换能量；
C.机器能变换运动形式。
4）一种相同的机构 机器。
A． 只能组成相同的 B.可以组成不同的 C.只能组成一种
2．简答题
1） 什么是机械、机器、机构、构件、零件?各举一例说明。
2）《机械原理》课程研究的对象与内容是什么?
第二章 平面机构的结构分析
1． 填空题
1）两构件通过点或线接触而构成的运动副为 ；它引入 个约束。两构件通过面接触而构成的运动副为 ，它引入 个约束。
2）根据平面机构组成原理，任何机构都可看成是由 加 和 组成。
3）机构中相对静止的构件称为 ，机构中按给定运动规律运动的构件称为 。
4）杆组是自由度等于 的运动链。
A .1 B.0 C .原动件数
5）某机构为Ⅲ级机构，那么该机构应满足的必要充分条件是 。
A .至少含有一个Ⅲ级杆组 B.至少含有三个基本杆组 C .含有基本机构和二个基本杆组
6） 机构中只有一个 。
A .原动件 B.从动件 C .机架
7）有两个平面机构的自由度都等于１，现用一个有两铰链的运动构件将它们串成一个平面机构，这时其自由度等于 。
A .1 B.0 C .2
2． 计算分析题
1）画出下图所示各机构的运动简图。
(a)
(c)
A
B
C
D
2）计算下图所示各机构的自由度并判断机构是否具有确定的运动。（在计算中，如有复合铰链、局部自由度和虚约束应说明）
(b)
(a)
3）下面所示两图分别为一机构的初拟设计方案。试：计算图示各机构的自由度，如有复合铰链，局部自由度和虚约束需说明。分析其设计是否合理，如此初拟方案不合理，请用简图表示其修改方案，并对其合理性进行验证。
(b)
(a)
4）分析右图所示机构的杆组组成，画图表示拆杆组过程并指出各级杆组的级别和机构的级别。
① 若构件1为机架、构件5为原动件，分析机构组成；
② 若构件2为机架、构件3为原动件，分析机构组成。
第三章 平面机构的性能分析
1．填空题
1）在由6个构件组成的机构中，瞬心总数为 个，其中有 个相对瞬心，有 个绝对瞬心。
2）当两构件的相对运动为 动，牵连运动为 动时，两构件的重合点之间将有哥式加速度。
3）在用矢量方程图解法对机构进行运动分析时，影像原理适用于 各点之间速度和加速度关系。
A．任意构件上； B．同一机构上； C．同一构件上。
4）机械效率等于 功与 功之比，它反映了输入功在机械中的有效利用程度。
5）平面移动副的自锁条件是：驱动力作用在 ；转动副的自锁条件是：驱动力作用在 ；用机械效率判断自锁的条件是： 。
6）当移动副中摩擦系数大于零时，滑块所受导路总反力的方向与滑块运动方向成 。
A .直角； B. 锐角； C. 钝角
7） 两运动副的材料一定时，当量摩擦系数取决于 。
A . 运动副元素的几何形状 B.运动副元素间的相对运动速度 C .运动副元素间作用力
8）一台机器空运转，对外不作功，这时机器的效率 。
A .大于零 B. 等于零 C. 小于零
60°
60°
2．作图分析题
1）在右图所示机构中，设已知各构件长度lAD=85mm, lAB=25mm, lCD=45mm, lBC=70mm, 原动件以角速度ω1=10 rad/s转动，试用图解法求在图示位置时E点的速度vE和加速度aE，及构件2的角速度ω2和角加速度ε2。
2）在下图a所示曲柄滑块机构中，已知各构件的尺寸及位置，设原动件的角速度ω1为常数。图b和图c分别为该机构在图示位置时的速度多边形和加速度多边形，各图的比例尺分别为：
，，
①列出与图b速度多边形相对应的速度矢量方程式，并标明速度多边形中各线段所代表的矢量。
②列出与图c加速度多边形相对应的加速度矢量方程式，并标明加速度多边形中各线段所代表的矢量。
③求构件2的角速度ω2和角加速度ε2。要求写出计算关系式，并根据图中线段尺寸比例求出其大小，说明其方向。
④利用影像原理，求出构件2上速度为零的点E2和加速度为零的点F2。
1
2
3
A
B
C
ω1
图a
p′
b′
n2′
c′
图c
p
c
b
图b
3）在右图所示机构中， 曲柄1上作用着驱动力矩M，滑块3上作用有工作阻力Q。设已知机构尺寸、移动副中的摩擦角φ以及转动副中摩擦圆（图中虚线圆所示）。若不计各构件的质量，试求：
3）题图
构件2上运动副B、C处的反力方向和位置；构件1上运动副A处的反力方向和位置；并分析滑块的受力情况（列出平衡方程，并画力多边形）。
第四章 平面连杆机构
1．填空题
1）当曲柄摇杆机构处于死点位置时，原动件应是 ，此时，机构的压力角为 。
2）在曲柄摇杆机构中，若把摇杆变换为机架，则机构演变成 机构。
3）一对心曲柄滑块机构，若以滑块为机架，则将演化成 机构。
4）在四杆机构中，能实现急回运动的机构有 、 、 。
5）摆动导杆机构，当以曲柄为原动件时，传动角总是 。
A．等于0º ； B．等于9 0º； C． 大于0º而小于9 0º。
6）曲柄滑块机构中，若增大曲柄长度，则滑块行程将 。
A．增大； B．不变； C．减小。
7）铰链四杆机构ABCD各杆长度分别为 lA B= 40mm lBc = 90mm，lcD= 55mm，lAD = 100mm，
取AB杆为机架，则该机构为 。
A．双摇杆机构； B．双曲柄机构； C．曲柄摇杆机构。
2．作图分析题
1）已知如左下图所示曲柄滑块机构中，LAB=20mm,LBC=70mm，偏距e=10mm。试用作图法决定：
①滑块的行程长度H；
②极位夹角θ并计算行程速比系数K；
③出现机构最小传动角的位置AB’C’及最小传动角γmin；
④如果该机构用作曲柄压力机，滑块朝右运动是冲压工件的工作过程，请确定曲柄的合理转向和传力效果最好的机构瞬时位置，并说明最大传动角γmax＝？
2）题图
1）题图
2）设计一曲柄摇杆机构，当曲柄为原动件，从动摇杆处于两极限位置时，连杆的两铰链点的连线正好处于右上图示C11和C22位置。并且在连杆处于C11位置时机构的传动角为40°。若连杆与摇杆的铰链点取在C点（即图中C1点或C2点）试用图解法求曲柄AB、连杆BC、摇杆CD和机架AD之长。
第五章 凸轮机构
1．填空题
1）在凸轮机构推杆常用的运动规律中， 运动规律会使机构产生刚性冲击，而 运动规律会使机构产生柔性冲击。
2）右图所示几种凸轮机构中， 的润滑条件和传力性能最好。
A、a图 B、b图 C、c图
3）尖顶从动件凸轮机构中，基圆的大小会影响 。
A．从动件位移 ； B．从动件加速度； C．机构的压力角
4）与其它机构相比，凸轮机构的最大优点是 。
A．便于润滑； B．制造方便； C．可实现各种预期的运动规律。
5）为避免从动件运动失真，滚子从动件凸轮的理论轮廓不能 。
A．内凹； B．有尖点； C．变平。
6）若凸轮机构出现运动失真，可采取 的措施。
A．增大滚子半径； B．增大基圆半径； C、减小基圆半径。
7）设计滚子直动从动杆盘形凸轮机构时，若压力角超过许用值，则应 。
A 、增大滚子半径 B、增大基圆半径 C 、减小基圆半径
2．作图分析题
1）右图所示一对心直动滚子从动杆盘形凸轮机构，已知凸轮转向为逆时针方向，凸轮工作轮廓由两段圆弧和两段直线光滑连接而成，要求：
① 画出凸轮的理论轮廓；
② 画出凸轮的基圆；
③ 标出从动杆的行程h；
④ 标出凸轮的推程角δ0、远休止角δ01、回程角δ0′、近休止角δ02；
⑤ 标出凸轮由图示位置按逆时针方向转过45°时机构的压力角α。
ω
2）图示为一偏心圆盘构成的凸轮机构。已知凸轮转向如图，要求：
①标出基圆、推程运动角d0及推杆图示位置的位移s 。
②标出图示位置的压力角a及凸轮转过90° 时的压力角a90。
③若推杆末端改为平底，试分析其压力角a和a90 与②中情况有何不同。
第六章 齿轮机构
1． 填空题
1）渐开线直齿圆柱齿轮的正确啮合条件是 ；外啮合渐开线斜齿圆柱齿轮的正确啮合条件是 ；渐开线锥齿轮正确啮合条件是 ；蜗杆与蜗轮正确啮合条件是 。
2）一对渐开线直齿圆柱齿轮外啮合传动时，两轮的 圆总是相切并相互作纯滚动的，而两轮的中心距不一定总等于两轮的 圆半径之和。
3）渐开线标准齿轮除了模数、压力角、齿顶高系数和顶隙系数为标准值外，还应当满足的条件是 。
4）用齿条刀具加工标准齿轮时，齿条刀具中线与齿轮分度圆 ；加工正变位齿轮时，齿条刀具中线与齿轮分度圆 。
5）一对渐开线齿廓啮合时，接触点处两者的压力角 ，而在节点啮合时两者的压力角则 。
A .一定相等 B.一定不相等 C. 一般不相等
6）渐开线斜齿轮 参数为标准值；
A .端面 B.法向 C. 轴向
7）渐开线锥齿轮在 具有标准模数和标准压力角。
A .大端 B.小端 C. 齿宽中点处
8）若两轴夹角为90°的渐开线直齿锥齿轮的齿数分别为Z1=25,Z2=40,这两轮的分度圆锥角分别为δ1＝ 和δ2＝ 。
9）渐开线齿轮的传动比不仅与两轮 圆半径成反比，也与 圆半径成反比，还与 圆半径成反比。
10） 的圆称为分度圆。
A .齿厚等于齿槽宽处 B.齿顶高等于齿根高处 C. 具有标准模数和标准压力角
11）渐开线齿轮传动的可分性是指 不受中心距变化的影响。
A .节圆半径 B.传动比 C. 啮合角
12）斜齿圆柱齿轮的当量齿数是用来 的。
A .计算传动比 B.计算重合度 C. 选择盘形铣刀
13）范成法加工齿数少于17的渐开线 时，一定会产生根切。
A .标准直齿圆柱齿轮 B.标准斜齿圆柱齿轮 C.变位直齿圆柱齿轮
14）正变位齿轮与标准齿轮相比其分度圆 ，齿顶高 ，齿根高 。
A .变大 B.变小 C. 不变
2．分析计算题
1）已知一对正常齿渐开线标准直齿圆柱齿轮传动，箱体的标准中心距a=150mm ，工作一段时间后小齿轮发生轮齿折断。
①测得大齿轮的齿数z2 = 60，齿顶圆直径da2=248mm。试求：小齿轮的模数m、齿数z1、分度圆直径d1、齿顶圆直径da1、齿根圆直径df1、基圆直径db1、齿距p1、齿厚s1、齿槽宽e1及两轮的节圆直径d1′d2′、啮合角α′、传动比i，并简要分析小齿轮发生轮齿折断的主要原因；
②若要利用原有箱体及大齿轮，保持传动比不变，重新恢复并改善这对齿轮传动，请说明新设计的齿轮传动应是什么类型？其大小齿轮的主要参数有何变化？节圆直径、啮合角是否会改变？
1
2
3
4
a′
2） 图示为万能铣床升降台进给系统中的两对渐开线齿轮传动，已知z1=20, z2=48, m1=m2=2mm z3=18, z4=36, m3=m4=2.5 mm, 各轮均为α=20º，ha*=1, c*=0.25。
① 若两对齿轮均采用标准齿轮，当安装两对齿轮的轴间距离a’
等于齿轮1、2的标准中心距时，问：齿轮1、2是否为无侧隙啮合？
其分度圆直径d1 d2、节圆直径d1’ d2’、顶隙c、啮合角α′、传动比
i12各为多少？齿轮3、4是否为无侧隙啮合？其节圆直径d3’ d4’是否
等于各自的分度圆直径d3 d4？ 顶隙c是否为标准顶隙？啮合角α′
是否等于压力角α？传动比i34是否为z4/z3 ?
②若可以采用变位齿轮传动，要求两对齿轮均为无侧隙啮合，
试说明两对齿轮应采用的传动类型。
第七章 轮系
1．填空题
1）在轮系传动比计算中，iABH 表示 A、B两轮的传动比。
A．在转化轮系中； B．在实际轮系中； C．在周转轮系中。
2）惰轮对轮系传动比 。
A．大小方向均无影响 B．仅影响大小，不影响方向； C．仅影响方向，不影响大小。
3）下图所示轮系，三个传动比计算式中， 式是正确的。
3）题图
4）题图
4) 右上图示轮系中各轮均为标准齿轮且隙标准安装，其齿数分别为z1=25，z2=z5=z6=20，则齿轮3的齿数 ，齿轮4的齿数 。
2．计算题
1）在右图所示轮系中，已知各轮的齿数z1=z3′=80,z3=z5=20,齿数l的转速n1=70r/min,方向如图所示。试求齿轮5的转速的大小及方向。
1）题图
2） 在左下图所示轮系中，已知各轮齿数为z1 = z1’= z2 = z2’ = z3 = z5 = 20，z4 = 40，，。试问：①该轮系为何种轮系？②为使轮1与轮3转向相反，齿数z5’ 应为多少？
1
2
2′
3
1′
4
5
3）题图
2）题图
3）已知右上图所示轮系中各轮齿数分别为z1=16, z2=24, z3=25, z1′=20, z5=50。试问：
① 该轮系为何种轮系？其组成情况如何？
② 若齿轮1，2，2′3均为模数相同的标准齿轮，则z2′= ?
若齿轮1′，4，5均为模数相同的标准齿轮，z4＝？
传动比i15＝？轮5与轮1的转向是相同还是相反？
第八章 其他常用机构
1．填空题
1）单销外槽轮机构中，槽轮的运动时间总是 静止时间。
A．大于； B．等于； C．小于。
2）若要实现周期性间歇转动，且希望转角大小可调，可选取 机构。
A、槽轮； B、不完全齿轮； C、棘轮。
3）在单向间歇运动机构中，棘轮机构常用于 场合。
A．低速轻载； B．高速重载； C．低速重载。
4）当输入运动为连续匀速转动时，要求输出运动为单向间歇转动，可选用 机构、
机构和 机构。
5）能满足超越要求的机构是 。
A、外啮合棘轮机构 B、内啮合槽轮机构 C、内啮合棘轮机构
6）棘轮机构中止动爪的作用是 。
2．简答题
1）实现间歇转动的机构有哪几种？哪一种间歇回转角可调？那一种较适用于高速情况？为什么？
2）右图所示为一摩擦式单向离合器，若以构件1为原动件，试问构件1在什么转向下能带动构件3同速转动？在什么转向下构件1不能带动构件3转动？
第九章 机械系统动力学设计
（一） 自测练习题
1．填空题
1）在机械系统的 阶段，系统的动能增加，并且输入功大于总消耗功。
A．启动； B．稳定运转； C．仃车。
2）在研究机械系统动力学问题时，常采用等效力（或力矩）来代替作用在系统中的所有外力，它是按 的原则确定的。
A．动能相等； B．做功相等； C．力的平衡。
3）对于单自由度的机构系统，假想用一个移动构件等效时其等效质量按等效前后 相等的条件进行计算。
A．动能； B．瞬时功率； C．转动惯量。
4）在机械系统速度波动的一个周期中的某一时间间隔内，当系统出现亏功时，系统的运动速度
，此时飞轮将 能量。
A．加快， 储存； B．减小，释放； C．减小，储存。
5）在机械系统中安装飞轮后可使其周期性速度波动 。
A．消除； B．保持不变； C．减小。
6）为了减小机械运转中 速度波动的程度，应在机械中安装飞轮。
A．周期性和非周期性； B．周期性； C．非周期性。
7）不论刚性转子上有多少个不平衡质量，也不论它们如何分布，只需在 个平衡平面内分别加一平衡质量，即可达到动平衡。
A．两个； B．一个； C．与不平衡质量相同数量。
8）静平衡的刚性转子 是动平衡的；动平衡的刚性转子 是静平衡的。
9）机构总惯性力在机架上平衡的条件是 。
A．总惯性力合力为零； B．总惯性力合力偶矩为零； C．总质心静止不动。
10）刚性转子静平衡的条件是 ；刚性转子动平衡的条件是 。
11）设转子的直径为D，厚度为b，对于b/D＜0.2的不平衡刚性转子， 。
A．不用平衡； B．需进行静平衡； C．需进行动平衡。
12）机械平衡研究的内容是 。
A．驱动力与阻力间的平衡； B．输入功率与输出功率间的平衡； C．惯性力系间的平衡。
2．分析计算题
在右图a）所示的传动机构中，轮1为主动件，其上作用有驱动力矩M1＝常数，轮2上作用有阻力矩M2，它随轮2转角φ2的变化关系示于图b)中，轮1的平均角速度
ωm＝50rad/s，两轮的齿数分别为Z1=20,Z2=40。试求：
1） 轮1为等效构件时，等效阻力矩Mr；
2）在稳定运转阶段（运动周期为轮2转360°），驱动力矩M1的大小；
3）最大盈亏功ΔWmax；
4）为减小轮1的速度波动，在轮1轴上安装飞轮，若要求速度不均匀系数δ＝0.05，而不计轮1、2的转动惯量时，所加飞轮的转动惯量JF至少应为多少？
5） 若飞轮装在轮2轴上，所需飞轮转动惯量是多少？是增加还是减少？为什么？
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