清华大学机械原理 A 卷
清华大学机械原理A 卷
1. 凡是驱动机械产生运动的力统称为 力，其特征是该力与其作用点的速度方向 或成 ，其所作的功为 。
A ．驱动；
B ．平衡；
C ．阻抗；
D ．消耗功；
E ．正功；
F ．相同；
G ．相反；
H ．锐角；
I ．钝角；
J ．负功 答：AFHE
2. 简述进行质量代换需要满足的三个条件？动代换和静代换各应满足什么条件？ 答：质量代换法需满足三个条件：
1、 代换前后构件的质量不变；
2、 代换前后构件的质心位置不变；
3、 代换前后构件对质心轴的转动惯量不变；
其中：动代换需要满足前面三个条件；静代换满足前两个条件便可。
3. 什么是当量摩擦系数？分述几种情况下的当量摩擦系数数值。
答：为了计算摩擦力简便，把运动副元素几何形状（接触面形状）对运动副的摩擦力的影响因素计入到摩擦系数中，这种转化后的摩擦系数称为当量摩擦系数。 对单一平面 f f V =；槽角为θ2时θ
sin f
f v =
；半圆柱面接触时kf f V =，2/~1π=k
4．移动副中总反力的方位如何确定？
答：1）总反力与法向反力偏斜一摩擦角2）总反力的偏斜方向与相对运动方向相反。
5. 移动副的自锁条件是 驱动力作用在移动副的摩擦角内 。
6. 转动副的自锁条件是 驱动力臂≤摩擦圆半径 。
7. 判定机械自锁的条件有哪些？
答：1)驱动力位于摩擦锥或摩擦圆内； 2）机械效率小于或等于0
3）能克服的工作阻力小于或等于0
8.判断对错，在括号中打上 √ 或 ×：
在机械运动中，总是有摩擦力存在，因此，机械功总有一部分消耗在克服摩擦力上。 （√ ）
分析与计算：
1.图示为一曲柄滑块机构的a)、b)、c)三个位置，F为作用在活塞上的力，转动副A及B上所画的虚线小圆为摩擦圆，试决定在此三个位置时作用在连杆AB 上的作用力的真实方向（构件重量及惯性力略去不计）。
2. 图示为一摆动推杆盘形凸轮机构，凸轮1沿逆时针方向回转，F为作用在推杆2上的外载荷，试确定各运动副中总反力（F R31、F R12及F R32）的方位（不考虑构件的重量及惯性力，图中虚线小圆为摩擦圆，运动副B处摩擦角φ如图所示）。
3. 图示为一带式运输机，由电动机1经带传动及一个两级齿轮减速器，带动运输带8。设已知运输带8所需的曳引力P=5500N，运送速度u=1.2m/s。带传动（包括轴承）的效率η1=0.95,
每对齿轮（包括其轴承）的效率η2=0.97,运输带8的机械效率η3=0.9。试求该系统的总效率及电动机所需的功率。 解：该系统的总效率为
822.092.097.095.0232
21=??==ηηηη
电动机所需的功率为
)(029.8822.0102.155003kw v P N =??=?=-η
4.如图所示为一输送辊道的传动简图。设已知一对圆柱齿轮传动的效率为0.95；一对圆锥齿轮传动的效率为0.92 (均已包括轴承效率)。求该传动装置的总效率。
解：此传动装置为一混联系统。 圆柱齿轮1、2、3、4为串联
圆锥齿轮5-6、7-8、9-10、11-12为并联。 此传动装置的总效率
5.图示为由几种机构组成的机器传动简图。已知：η1=η2=0.98，η3=η4=0.96，η5=η6=0.94，η7=0.42，P r ’=5KW ，P r ’’=0.2KW 。求机器的总效率η。
解：设机构3、4、5、6、7 组成的效率为η3’，则机器的总效率为η=η1η2η3’
而'
'2'2'
'''3
P P P P r r ++=η， P 2’ η3η4= P r ’ ，P 2’’ η5η6η7= P r ’’
将已知代入上式可得总效率η=η1η2η3’=0.837
5 6 1 2
3 4 7 η1
η2
η5
η6
η7 η3
η4
P r ’
P r ’’
2
341295.0'==ηηη92.0''56==ηη83
.092.095.0'''2563412=?==?=ηηηηηη
L
F
100
1
2
6. 如图所示，构件1为一凸轮机构的推杆，它在力F 的作用下，沿导轨2向上运动，设两者的摩擦因数f=0.2，为了避免发生自锁，导轨的长度L 应满足什么条件（解题时不计构件1的质量）？
解：力矩平衡0=∑M 可得：
L R F ?=?100, 得：L F R /100?= ，其中21R R R == R 正压力产生的磨擦力为：L F f R F f /1002.0??=?= 要使推杆不自锁，即能够上升，必须满足：f F F 2>，即L F F /1002.02???>
解得：mm L 401004.0=?>
7. 图示为一焊接用的楔形夹具，利用这个夹具把两块要焊接的工件1及1’预先夹妥,以便焊接。图中2为夹具体，3为楔块，试确定此夹具的自锁条件（即当夹紧后，楔块3不会自动松脱出来的条件）。
解：此题是判断机构的自锁条件，因为该机构简单，故可选用多种
方法进行求解。 解法一：根据反行程时0≤'η的条件来确定。
反行程时（楔块3退出）取楔块3为分离体，其受工件1、1′和夹具2作用的总反力F R13
和F R23以及支持力F ′。各力方向如图5-5（a ）、(b)所示 ，根据楔块3的平衡条件，作力矢量三角形如图5-5（c ）所示 。由正弦定理可得
()
φαφ
2sin cos 23-'
=F F R 当0=φ时，α
sin 230F F R '
=
2
1
3
F R23
F
R13
F'
v 31
α
φ
φF R23
F R13
F'
α
φ
φF R23
F'
F R13
图5-5
(a)
(b)
(c)
α-2φ
90°+φ
于是此机构反行程的效率为 ()α
φαηs i n 2s i n 32320-==
'R R F F
令0≤'η，可得自锁条件为：φα2≤ 。
解法二：根据反行程时生产阻力小于或等于零的条件来确定。
R 1 F R 2
F f
根据楔块3的力矢量三角形如图5-5（c ），由正弦定理可得
()
φ
φαcos 2sin 23-=
'R F F 若楔块不自动松脱，则应使0≤'F 即得自锁条件为：
φα2≤ 解法三：根据运动副的自锁条件来确定。
由于工件被夹紧后F ′力就被撤消，故楔块3的受力如图5-5(b)所示，楔块3就如同受到F R23（此时为驱动力）作用而沿水平面移动的滑块。故只要F R23作用在摩擦角φ之内，楔块3即发生自锁。即 φφα≤- ，由此可得自锁条件为：φα2≤ 。
讨论：本题的关键是要弄清反行程时F R23为驱动力。用三种方法来解，可以了解求解这类问题的不同途径。
8. 图示楔块机构。已知：αβ==60o
，各摩擦面间的摩擦系数均为f =015.,阻力
Q =1000N 。试：
①画出各运动副的总反力； ②画出力矢量多边形；
③求出驱动力P 值及该机构效率。
153077.8==-f tg ?
由正弦定理：
)90sin()2180sin(0
210?βγ?-=--+R P 和)90sin()2sin(012??β+=-R Q
于是
Q
P *-+*---+=)2sin()90sin()90sin()2180sin(00?β??βγ?
代入各值得：N P 7007.1430=
取上式中的0
0=?，可得N P 10000
=于是6990.00
==
P P η
第6章机械的平衡
概念：
1. 在转子平衡问题中，偏心质量产生的惯性力可以用相对地表示。
答：质径积
2. 刚性转子的动平衡的条件是。
答：偏心质量产生的惯性力和惯性力矩矢量和为0
3.转子静平衡和动平衡的力学条件有什么异同？
答：静平衡：偏心质量产生的惯性力平衡
动平衡：偏心质量产生的惯性力和惯性力矩同时平衡
4．造成转子不平衡的原因是什么？平衡的目的又是什么？
答：原因：转子质心与其回转中心存在偏距；
平衡目的：使构件的不平衡惯性力和惯性力矩平衡以消除或减小其不良影响。
5.造成转子动不平衡的原因是什么？如何平衡？
答：转子的偏心质量产生的惯性力和惯性力偶矩不平衡；
平衡方法：增加或减小配重使转子偏心质量产生的惯性力和惯性力偶矩同时得以平衡。
6. 回转构件进行动平衡时，应在两个平衡基面上加平衡质量。
7. 质量分布在同一平面内的回转体，经静平衡后_______________（一定、不一定、一定不）满足动平衡，经动平衡后___________（一定、不一定、一定不）满足静平衡；质量分布于不同平回转面内的回转体，经静平衡后____________（一定、不一定、一定不）满足动平衡，经动平衡后____________（一定、不一定、一定不）满足静平衡。
答：一定一定不一定一定
8. 机构的完全平衡是使机构的总惯性力恒为零，为此需使机构的质心恒固定不动。
9. 平面机构的平衡问题中，对“动不平衡”描述正确的是 B 。
A只要在一个平衡面内增加或出去一个平衡质量即可获得平衡
B动不平衡只有在转子运转的情况下才能表现出来
C静不平衡针对轴尺寸较小的转子（转子轴向宽度b与其直径D之比b/D<0.2）
D使动不平衡转子的质心与回转轴心重合可实现平衡
10.平面机构的平衡问题，主要是讨论机构惯性力和惯性力矩对 的平衡。 A. 曲柄 B. 连杆 C. 机座 答：C
11.判断对错，在括号中打上 √ 或 ×：
①经过动平衡校正的刚性转子，任一回转面内仍可能存在偏心质量。 ( √ )
②若刚性转子满足动平衡条件，这时我们可以说该转子也满足静平衡条件。 ( √ )
③设计形体不对称的回转构件，虽已进行精确的平衡计算，但在制造过程中仍需安排平衡校正工序。 ( √ ) ④不论刚性回转体上有多少个平衡质量，也不论它们如何分布，只需要在任意选定两个平面内，分别适当地加平衡质量即可达到动平衡。 ( × )
⑤通常提到连杆机构惯性力平衡是指使连杆机构与机架相联接的各个运动副内动反力全为零，从而减小或消除机架的振动。 ( × ) ⑥作往复运动或平面复合运动的构件可以采用附加平衡质量的方法使它的惯性力在构件内部得到平衡。 ( √ ) ⑦若机构中存在作往复运动或平面复合运动的构件，则不论如何调整质量分布仍不可能消除运动副中的动压力。 ( √ )
⑧绕定轴摆动且质心与摆动轴线不重合的构件，可在其上加减平衡质量来达到惯性力系平衡的目的。 ( √ )
⑨为了完全平衡四杆铰链机构ABCD 的总惯性力，可以采用在原机构上附加另一四杆铰链机构AB ’C ’D 来达到。条件是l AB =l AB ’，l BC =l BC ’l CD =l CD ’，各杆件质量分布和大小相同。 ( × )
⑩为了完全平衡四杆铰链机构的总惯性力，可以采用在AB 杆和CD 杆上各自加上平衡质量m '和
m ''来达到。平衡质量的位置和大小应通过计算求得。 ( √ )
12.在图示a 、b 、c 三根曲轴中，已知
44332211r m r m r m r m ===，并作轴向等间隔布置，
且都在曲轴的同一含轴平面内，则其中 轴已达静平衡， 轴已达动平衡。
答：（a ）、（b ）、（c ）；（c ）
分析与计算：
1. 图示为一钢制圆盘，盘厚b=50mm ，位置Ⅰ处有一直径φ=50mm 的通孔，位置Ⅱ处是一质量m 2=0.5kg 的重块。为了使圆盘平衡，你在圆盘上r=200mm 处制一通孔。试求此孔的直径与位置。（钢的密度γ=7.8g/cm 3）
解：解法一：先确定圆盘的各偏心质量大小
kg b m 7648.08.754
542
2
1-=???-=-=πγφπ kg m 5.02=
设平衡孔质量
γπb d m b 4
2
-= 根据静平衡条件 02211=++b b r m r m r m
mm kg r m r m r m b b b ?=?-?-=52.32210cos 135cos cos 2211θ
mm kg r m r m r m b b b ?=?-?-=08.104210sin 135sin sin 2211θ
mm kg r m r m r m b b b b b b b b ?=+=04.109)cos ()sin (22θθ
由mm r b 200= kg m b 54.0=∴ mm b m d b
2.424==γ
π 在位置b θ相反方向挖一通孔
?=?+?=?+???
?
??=?+-66.28218066.72180cos sin 1801b b b b b b b r m r m tg θθθ
解法二：
由质径积矢量方程式，取 mm
mm
kg W ?=2μ 作质径积矢量多边形如图
平衡孔质量 kg r W m b
b
W b 54.0==μ 量得 ?=6.72b θ
2. 在图示的转子中，已知各偏心质量m 1=10kg ，m 2=15kg ，m 3=20kg ，m 4=10kg ，它们的回转半径分别为r 1=40cm ，r 2=r 4=30cm ，r 3=20cm ，又知各偏心质量所在的回转平面的距离为l 12=l 23=l 34=30cm ，各偏心质量的方位角如图。若置于平衡基面Ⅰ及Ⅱ中的平衡质量m b Ⅰ及m b Ⅱ的回转半径均为50cm ，试求m b Ⅰ及m b Ⅱ的大小和方位。
解：解法一：先确定圆盘的各偏心质量在两平衡基面上大小
kg m m 10906022==
Ⅰ kg m m 590302
2==Ⅱ kg m m 320906033==Ⅰ kg m m 3
40906033==Ⅱ 根据动平衡条件
cm kg r m r m r m r m r m i i i x b b ?-=?-?-?-=-=∑3.283300cos 240cos 120cos cos )(332211ⅠⅠⅠαcm kg r m r m r m r m r m i i i y b b ?-=?-?-?-=-=∑8.28300sin 240sin 120sin sin )(332211Ⅰ
ⅠⅠα()()()cm kg r m r m r m y b b x b b b b ?=-+-=+=8.2848.288.283)()(2
22
2）（）（ⅠⅠⅠ
kg r r m m b b b b 6.5508
.284)(===
ⅠⅠ 845)()(1'?==-x
b b y b b b r m r m tg ⅠⅠⅠθ 同理
cm kg r m r m r m r m r m i i i x b b ?-=?-?-?-==-=∑2.359300cos 240cos 30cos cos )(332244ⅡⅡⅡαcm
kg r m r m r m r m r m i i i y b b ?-=?-?-?-==-=∑8.210300sin 240sin 30sin sin )(332244ⅡⅡⅡα()()()()()cm kg r m r m r m y b b x b b b b ?=-+-=
+=5.4168.2102.359)()(2
22
2ⅡⅡⅡ
kg r r m m b b b b 4.7505.416)(===ⅡⅡ ?==-145)()(1
x
b b y b b b r m r m tg ⅡⅡⅡθ
解法二：
根据动平衡条件
031
32332211=+++
b b r m r m r m r m Ⅰ 03
2
31332244=+++b b r m r m r m r m Ⅱ
由质径积矢量方程式，取mm mm
kg W ?=10μ 作质径积矢量多边形如图6-2（b ）
(a)
r 1
r 2
m 1
m 2
m 4
r 4
m 3
r 3
(b)
W 1Ⅰ
W 2Ⅱ
W 2Ⅰ
W 3Ⅰ
W b Ⅰ
W 3ⅡW 4Ⅱ
W b Ⅱ
图6-2
θ
bⅠ
θ
bⅡ
kg r W m b b W b 6.5==ⅠⅠμ ?=6Ⅰb θ kg r W m b
b W
b 4.7==Ⅱ
Ⅱμ ?=145Ⅱb θ
提高思考题：如图所示转子，其工作的转速n =300r/min ，其一阶临界转速
01n =6000r/min ，
现在两个支撑轴承的垂直方向分别安装测振传感器，测得的振动线图如图9-15（b ）所示，
试问：
1) 该转子是刚性转子还是挠性转子？若此转子的工作转速为6500r/min,该转子又属于哪种转子？
2) 该转子是否存在不平衡质量？
3) 能否从振动线图上判断其是静不平衡还是动不平衡？
(a) (b)
第7章机械的运转及其速度波动的调节
概念：
1.等效构件的等效质量或等效转动惯量具有的动能等于原机械系统的总动能；等
的函数，只与位置有关，而与机器效质量（或等效转动惯量）的值是
的运动无关。按功率等效的原则来计算等效力矩，按动能等效的原则来计算转动惯量。
2.机器产生速度波动的主要原因是输入功不等于输出功。
3. 速度波动的类型有周期性和非周期性两种。
4. 什么是机械系统的等效动力学模型?
具有等效质量或等效转动惯量，其上作用有等效力或等效力矩的等效构件称为原机械系统的等效动力学模型。
5. 等效构件上作用的等效力或力矩产生的瞬时功率等于原机械系统所有外力产生
的瞬时功率之和。
6. 试论述飞轮在机械中的作用。
答案：
飞轮在机械中的作用，实质上相当于一个储能器。
当外力对系统作盈功时，它以动能形式把多余的能量储存起来，使机械速度上升的幅度减小；当外力对系统作亏功时，它又释放储存的能量，使机械速度下降的幅度减小。
另外还有一种应用，渡过死点
7. 飞轮在机械中的作用，实质上相当于一个储能器。
8. 机器周期性速度波动的调节方法一般是加装飞轮___，非周期性速度波动调节方法是除机器本身有自调性的外一般加装调速器。
9. 机器安装飞轮后，原动机的功率可以比未安装飞轮时 D 。
A.一样
B.大
C.小
D. A、C 的可能性都存在
10.机器运转出现周期性速度波动的原因是 C 。
A．机器中存在往复运动构件，惯性力难以平衡；
B.机器中各回转构件的质量分布不均匀；
C.在等效转动惯量为常数时，各瞬时驱动功率和阻抗功率不相等，但其平均值相等，且
有公共周期；
D.机器中各运动副的位置布置不合理。
11.采用飞轮进行机器运转速度波动的调节，它可调节 B 速度波动。 A ．非周期性； B ．周期性；
C ．周期性与非周期性；
D ．前面的答案都不对
12.机器等效动力学模型中，等效力的等效条件是什么？不知道机器的真实运动，能否求出等效力？为什么？
答：等效力的等效条件：作用在等效构件上的外力所做之功，等于作用在整个机械系统中的所有外力所做之功的总和。不知道机器的真实运动，可以求出等效力，因为等效力只与机构的位置有关，与机器的真实运动无关。 13.机器产生周期性速度波动的原因是什么？ 答：1）
ed M 和er M 的变化是具有规律地周而复始，Je 为常数或有规律地变化
2）在一个周期内，能量既没有增加也没有减少。 14.判断对错，在括号中打上 √ 或 ×：
①机器中安装飞轮后，可使机器运转时的速度波动完全消除。 ( × ) ②为了减轻飞轮的重量，最好将飞轮安装在转速较高的轴上。 ( √ ) ③机器稳定运转的含义是指原动件(机器主轴)作等速转动。 ( × ) ④机器作稳定运转，必须在每一瞬时驱动功率等于阻抗功率。 ( × ) ⑤机器等效动力学模型中的等效质量(转动惯量)是一个假想质量(转动惯量)，它的大小等于原机器中各运动构件的质量(转动惯量)之和。 ( × ) ⑥机器等效动力学模型中的等效力(矩)是一个假想力(矩)，它的大小等于原机器所有作用外力的矢量和。 ( × ) ⑦机器等效动力模型中的等效力(矩)是根据瞬时功率相等原则转化后计算得到的，因而在未求得机构的真实运动前是无法计算的。 ( × ) ⑧机器等效动力学模型中的等效质量(转动惯量)是根据动能相等原则转化后计算得到的，因而在未求得机构的真实运动前是无法计算的。 ( × ) ⑨为了调节机器运转的速度波动，在一台机器中可能需要既安装飞轮，又安装调速器。( × ) ⑩为了使机器稳定运转，机器中必须安装飞轮。 ( × )
分析与计算：
1. 某内燃机的曲柄输出力矩Md 随曲柄转角φ的变化曲线如图所示，其运动周期φT=π，曲柄的平均转速nm=620r/min 。当用该内燃机驱动一阻抗力为常数的机械时，如果要求其运转不均匀系数δ=0.01。试求
?曲柄最大转速nmax 和相应的曲柄转角位置φmax ；
?装在曲柄上的飞轮转动惯量JF （不计其余构件的转动惯量）。
解 选定曲柄为等效构件，所以 等效驱动力矩Med=Md 等效阻力矩Mer=常数 在一个运动循环内，驱动功Wd 应等于阻抗功Wr ，即
Mer ·π= Wr =Wd=(π/9)·200/2+(π/6)·200+(13π/18)·200/2=350π/3 所以 Mer=350/3 N ·m
画出等效阻力矩Mer 曲线，如答图a)所示。
由35032009DE π=得DE=7π/108，由35031320018FG
π=得FG=91π/216，EF=π－DE －FG=111π/216
各区间盈亏功，即等效驱动力矩Med 曲线与等效阻力矩Med 曲线之间所围的面积
s1=⊿DE0面积=-135023DE ??=-1225
324π
=-3.781π
s2=梯形ABFE 面积=＋()13506125
2002
3216AB EF π??+-=
???=28.356π s3=⊿FGC 面积=-135015925
23648FG π??=-=-24.576π
作能量指示图，如图b)所示，可知：
M
φ
A B
C
0 M d
π/9
π/6
13π/18
200N ·m
M
φ
A
B
C
0 M d π/9
π/6
13π/18
200N ·m
M er
=M ed
350/3
D E
F
G s 1 s 2
s 3
a)
φE φF
φC
b)
在φ=φE=7π/108=11.667o处，曲柄有最小转速nmin 在φ=φF=125π/216=104.167o处，曲柄有最大转速nmax 由ωmax=ωm(1+δ/2) ωmin=ωm(1-δ/2) 知 nmax=nm(1+δ/2)=620×(1+0.01/2)=623.1 r/min 最大盈亏功⊿Wmax=s2=6125π/216=89.085
装在曲柄上的飞轮转动惯量JF=
max
max
222900m m W W n ωδπδ??=
=2.11 kg ·m2
2. 图a 所示为某机械系统的等效驱动力矩ed M 及等
效阻抗力矩
er M 对转角φ的变化曲线，T φ为其变化的
周期转角。设己知各下尺面积为2
200mm A ab =，
2260mm A bc =，2100mm A cd =，2190mm A de =，
2320mm A ef =，
2
220mm A fg =，
2
500mm A a g ='，
而单位面积所代表的功为2
10mm m N A ?=μ，试求
系统的最大盈亏功max W ?。又如设己知其等效构件的
平均转速为
min 1000r
n m =。等效转动惯量为
25m kg J e ?=。
试求该系统的最大转速max n 及最小转速min n ，并指出最大转束及最小转速出现的位置。
解：1）求
max W ?
作此系统的能量指示图（图b ），由图b 知：此机械系统的动能 最小及最大值分别出现在b 及e 的位置，即系统在b φ及e φ处，
分别有
max n 及min n 。
()()m
N A A A W de cd bc A ?=+-=+-=?250019010026010max μ
2)求运转不均匀系数
δπ22max
900m e F n W J J ?=
+
设0=F J 0456.0510002500
9009002
222m a x =???=?=
ππδe m J n W
求
max n 和min n
()()min 8.1022100020456.0121max r n n m =?+=+=δ (
)e
φφ=m a x
()()min 2.977100020456.0121min
r n n m
=?-=-=δ (
)b
φφ=m i n
3. 已知某轧机的原动机功率等于常数：N1=300KW ，钢板通过轧辊时消耗的功率为常数：N2=900KW ，钢材通过轧辊的时间t2=5s ，主轴平均转速n1=50r/min, 机械运转不均匀系数δ=0.2，设轧钢机的全部转动惯量集中在飞轮上。求： (1) 此轧钢机的运转周期； (2) 飞轮的最大转速和最小转速；
(3) 安装在主轴上的飞轮的转动惯量。(13分) 答案：
(1) 设运动周期为T ，则有： T ×N1 = N2×t2 所以：T= N2×t2/N1 = 900×5/300 = 15s (2) 平均转速：ωm = n1×2π/60 = 5.23 rad/s 最大转速：ωmax =ωm(1+δ/2) = 5.75 rad/s 最小转速：ωmin =ωm(1-δ/2) = 4.71 rad/s (3) 最大盈亏功：Amax = (N2-N1)×t2 = 3×106 Nm 飞轮的转动惯量：
(Kg.m2)
清华大学机械原理 A 卷
清华大学机械原理A 卷 1. 凡是驱动机械产生运动的力统称为 力，其特征是该力与其作用点的速度方向 或成 ，其所作的功为 。 A ．驱动； B ．平衡； C ．阻抗； D ．消耗功； E ．正功； F ．相同； G ．相反； H ．锐角； I ．钝角； J ．负功 答：AFHE 2. 简述进行质量代换需要满足的三个条件？动代换和静代换各应满足什么条件？ 答：质量代换法需满足三个条件： 1、 代换前后构件的质量不变； 2、 代换前后构件的质心位置不变； 3、 代换前后构件对质心轴的转动惯量不变； 其中：动代换需要满足前面三个条件；静代换满足前两个条件便可。 3. 什么是当量摩擦系数？分述几种情况下的当量摩擦系数数值。 答：为了计算摩擦力简便，把运动副元素几何形状（接触面形状）对运动副的摩擦力的影响因素计入到摩擦系数中，这种转化后的摩擦系数称为当量摩擦系数。 对单一平面 f f V =；槽角为θ2时θ sin f f v = ；半圆柱面接触时kf f V =，2/~1π=k 4．移动副中总反力的方位如何确定？ 答：1）总反力与法向反力偏斜一摩擦角2）总反力的偏斜方向与相对运动方向相反。 5. 移动副的自锁条件是 驱动力作用在移动副的摩擦角内 。 6. 转动副的自锁条件是 驱动力臂≤摩擦圆半径 。 7. 判定机械自锁的条件有哪些？ 答：1)驱动力位于摩擦锥或摩擦圆内； 2）机械效率小于或等于0 3）能克服的工作阻力小于或等于0 8.判断对错，在括号中打上 √ 或 ×： 在机械运动中，总是有摩擦力存在，因此，机械功总有一部分消耗在克服摩擦力上。 （√ ）
分析与计算： 1.图示为一曲柄滑块机构的a)、b)、c)三个位置，F为作用在活塞上的力，转动副A及B上所画的虚线小圆为摩擦圆，试决定在此三个位置时作用在连杆AB 上的作用力的真实方向（构件重量及惯性力略去不计）。 2. 图示为一摆动推杆盘形凸轮机构，凸轮1沿逆时针方向回转，F为作用在推杆2上的外载荷，试确定各运动副中总反力（F R31、F R12及F R32）的方位（不考虑构件的重量及惯性力，图中虚线小圆为摩擦圆，运动副B处摩擦角φ如图所示）。 3. 图示为一带式运输机，由电动机1经带传动及一个两级齿轮减速器，带动运输带8。设已知运输带8所需的曳引力P=5500N，运送速度u=1.2m/s。带传动（包括轴承）的效率η1=0.95,
【精品】清华大学机械原理各章重点
清华大学机械原理各章重点、难点总结第1章机构的组成和结构机构运动简图的绘制、运动链成为机构的条件和机构的组成原理是本章学习的重点。1。机构运动简图的绘制机构运动简图的绘制是本章的一个重点，也是一个难点.初学者一般可按下列步骤进行。①分析机械的实际工作情况,确定原动件（驱动力作用的构件）、机架、从动件系统(包括执行系统和传动系统)及其最后的执行构件. ②分析机械的运动情况,从原动件开始，循着运动传递路线，分析各构件间的相对运动性质，确定构件的总数、运动副的种类和数目。③合理选择投影面。④测量构件尺寸，选择适当比例尺,定出各运动副之间的相对位置,用表达构件和运动副的简单符号绘出机构运动简图。在机架上加上阴影线，在原动件上标上箭头，按传动路线给各构件依次标上构件号1，2，3,…将各运动副标上字母A，B，C，… ⑤为保证机构运动简图与实际机械有完全相同的结构和运动特性,对绘制好的简图需进一步检查与核对。运动链成为机构的条件" 判断所设计的运动链能否成为机构,是本章的重点.运动链成为机构的条件是：运动链相对于机架的自由度大于零，且原动件数目等于运动链的自由度数目。机构自由度的计算错误会导致对机构运动的可能性和确定性的错误判断，从而影响机械设计工作的正常进行.因此机构自由度计算是本章学习的重点之一。准确识别复合铰链、局部自由度和虚约束，并做出正确处理,是自由度计算中的难点，也是初学者容易出现错误的地方。(1)复合铰链复合铰链是指两个以上的构件在同一处以转动副相联接时组成的运动副。准确识别复合铰链的关键是要分辨哪几个构件在同一处形成了转动副。复合铰链的正确处理方法是:若有k个构件在同一处形成复合铰链，则其转动副的数目应为(k-1）个。（2)局部自由度局部自由度是机构中某些构件所具
清华大学机械原理A卷
一.单项选择题 1．与连杆相比，凸轮机构的最大的缺点是。 A．惯性力难以平衡 C．设计较为复杂 D．不能实现间歇运动 2．与其他机构相比，凸轮机构最大的优点是。 B．便于润滑 C．制造方便，易获得较高的精度 D．从动件的行程可较大 3．盘形凸轮机构的压力角恒等于常数。 A．摆动尖顶推杆 B．直动滚子推杆 D．摆动滚子推杆 4．对于直动推杆盘形凸轮机构来讲，在其他条件相同的情况下，偏置直动推杆与对心直动相比，两者在推程段最大压力角的关系为。 A．偏置比对心大 B．对心比偏置大 C．一样大 5．下述几种运动规律中，即不会产生柔性冲击也不会产生刚性，可用于调整场合。 A．等速运动规律(正弦加速度运动规律) C．等加速等减速运动规律 D．简谐运动规律(余弦加速度运动规律) 6．对心直动尖顶推杆盘形凸轮机构的推程压力角超过许用压力角许用值时，可采用
措施来解决。 B．改用滚子推杆 C．改变凸轮转向 D．改为偏置直动尖顶推杆 二.填空题 1．在凸轮机构几种常用的推杆运动规律中，等速运动规律只宜用于低速；等加速、等减速运动规律和余弦加速度运动规律不宜用于高速；而正弦加速度运动规律和五次多项式运动规律都可在高速下应用。 2．滚子推杆盘形凸轮的基圆半径是从凸轮回转中心到凸轮理论廓线的最短距离。 3．平底垂直于导路的直动推杆盘形凸轮机构中，其压力角等于 0 。 4．在凸轮机构推杆的常用运动规律中，等速运动规律有刚性冲击；等加速等减速运动规律、余弦加速度运动规律有柔性冲击；正弦加速度运动规律和五次多项式运动规律无冲击。 5．凸轮机构推杆运动规律的选择原则为：①满足机器工作的需要；②考虑机器工作的平稳性；③考虑凸轮实际廓线便于加工。 6．凸轮机构中，使凸轮与从动件保持接触的方法有力封闭法和几何封闭法两种。 7．凸轮的基圆半径越小，则凸轮机构的压力角越大，而凸轮机构的尺寸越紧凑。 8．用作图法绘制直动从动件盘形凸轮廓线时，常采用反转法法。即假设凸轮静止不动，从动件作作绕凸轮轴线的反向转动（-ω方向转动）和沿从动件导路方向的往复移动的复合运动。
清华大学机械原理B卷
清华大学机械原理B卷 一、填空题： 1.平面连杆机构是由一些刚性构件用转动副和移动副连接组成的。 2.在铰链四杆机构中，运动副全部是低副。 3.在铰链四杆机构中，能作整周连续回转的连架杆称为曲柄。 4.在铰链四杆机构中，只能摆动的连架杆称为摇杆。 5.在铰链四杆机构中，与连架杆相连的构件称为连杆。 6.某些平面连杆机构具有急回特性。从动件的急回性质一般用行程速度变化系数表示。 7.对心曲柄滑块机构无急回特性。 8.平行四边形机构的极位夹角θ=00，行程速比系数K= 1 。 9.对于原动件作匀速定轴转动，从动件相对机架作往复直线运动的连杆机构，是否有急回 特性，取决于机构的极位夹角是否为零。 10.机构处于死点时，其传动角等于0?。 11.在摆动导杆机构中，若以曲柄为原动件，该机构的压力角α=00。 12.曲柄滑块机构，当以滑块为原动件时，可能存在死点。 13.组成平面连杆机构至少需要 4 个构件。 二、判断题： 14.平面连杆机构中，至少有一个连杆。（√） 15.在曲柄滑块机构中，只要以滑块为原动件，机构必然存在死点。（√） 16.平面连杆机构中，极位夹角θ越大，K值越大，急回运动的性质也越显著。（√） 17.有死点的机构不能产生运动。（×） 18.曲柄摇杆机构中，曲柄为最短杆。（√） 19.双曲柄机构中，曲柄一定是最短杆。（×） 20.平面连杆机构中，可利用飞轮的惯性，使机构通过死点位置。（√） 21.在摆动导杆机构中，若以曲柄为原动件，则机构的极位夹角与导杆的最大摆角相等。 （√） 22.机构运转时，压力角是变化的。（√） 三、选择题：
23.铰链四杆机构存在曲柄的必要条件是最短杆与最长杆长度之和 A 其他两杆之和。 A ≤ B ≥ C > 24.铰链四杆机构存在曲柄的必要条件是最短杆与最长杆长度之和小于或等于其他两杆之和，而 充分条件是取 A 为机架。 A 最短杆或最短杆相邻边 B 最长杆 C 最短杆的对边。 25.铰链四杆机构中，若最短杆与最长杆长度之和小于其余两杆长度之和，当以 B 为机架时， 有两个曲柄。 A 最短杆相邻边 B 最短杆 C 最短杆对边。 26.铰链四杆机构中，若最短杆与最长杆长度之和小于其余两杆长度之和，当以 A 为机架时， 有一个曲柄。 A 最短杆相邻边 B 最短杆 C 最短杆对边。 27.铰链四杆机构中，若最短杆与最长杆长度之和小于其余两杆长度之和，当以 C 为机架时， 无曲柄。 A 最短杆相邻边 B 最短杆 C 最短杆对边。 28.铰链四杆机构中，若最短杆与最长杆长度之和 B 其余两杆长度之和，就一定是双摇杆 机构。 A < B > C = 29.对曲柄摇杆机构，若曲柄与连杆处于共线位置，当 C 为原动件时，此时机构处在死点位 置。 A 曲柄 B 连杆 C 摇杆 30.对曲柄摇杆机构，若曲柄与连杆处于共线位置，当 A 为原动件时，此时为机构的极限 位置。 A 曲柄 B 连杆 C 摇杆 31.对曲柄摇杆机构，当以曲柄为原动件且极位夹角θ B 时，机构就具有急回特性。 A <0 B >0 C =0 32.对曲柄摇杆机构，当以曲柄为原动件且行程速度变化系数K B 时，机构就具有急 回特性。 A <1 B >1 C =1 33.在死点位置时，机构的压力角α= C 。 A 0 o B 45o C 90o 34.若以 B 为目的，死点位置是一个缺陷，应设法通过。 A 夹紧和增力B传动 35.若以 A 为目的，则机构的死点位置可以加以利用。 A 夹紧和增力；B传动。
清华大学机械原理 B 卷
清华大学机械原理B卷 3－１填空题： 1．速度瞬心是两刚体上瞬时速度相等的重合点。 2．若瞬心的绝对速度为零，则该瞬心称为绝对瞬心； 若瞬心的绝对速度不为零，则该瞬心称为相对瞬心。 3．当两个构件组成移动副时，其瞬心位于垂直于导路方向的无穷远处。当两构件组成高副时，两个高副元素作纯滚动，则其瞬心就在接触点处；若两个高副元素间有相对滑动时，则其瞬心在过接触点两高副元素的公法线上。 4．当求机构的不互相直接联接各构件间的瞬心时，可应用三心定理来求。 5．3个彼此作平面平行运动的构件间共有 3 个速度瞬心，这几个瞬心必定位于一条直线上。 6．机构瞬心的数目K与机构的构件数N的关系是K＝N(N－1)/2 。 7．铰链四杆机构共有6个速度瞬心，其中3个是绝对瞬心。 8．速度比例尺μν表示图上每单位长度所代表的速度大小，单位为：(m/s)/mm 。 加速度比例尺μa表示图上每单位长度所代表的加速度大小，单位为(m/s2)/mm。9．速度影像的相似原理只能应用于构件，而不能应用于整个机构。 10．在摆动导杆机构中，当导杆和滑块的相对运动为平动，牵连运动为转动时（以上两空格填转动或平动），两构件的重合点之间将有哥氏加速度。哥氏加速度的大小为2×相对速度×牵连角速度；方向为相对速度沿牵连角速度的方向转过90°之后的方向。 3－2试求出图示各机构在图示位置时全部瞬心的位置(用符号 ij P直接标注在图上)。 ）
3－3在图a所示的四杆机构中，l AB=60mm,l CD=90mm，l AD=l BC=120mm，ω2=10rad/s，试用瞬心法求： 1）当φ＝165°时，点C的速度v C； 2）当φ＝165°时，构件3的BC线上速度最小的一点E的位置及速度的大小； 3）当v C＝0时，φ角之值（有两个解）； 解：1）以选定的比例尺μl作机构运动简图（图b）。 2）求v C，定出瞬心P13的位置（图b） v C=ω3μl = =≈2.4×174=418(mm/s) 3）定出构件3的BC线上 速度最小的点E的位置： E点位置如图所示。 C 13