1、考研机械原理-7 及答案解析(总分：100.00，做题时间：90 分钟)一、填空题(总题数：5，分数：10.00)1.机械系统有目的性、 1、整体性、环境适应性等特性。 （分数：2.00）2.结构设计时要求 1、部件设计满足机械的功能要求。 （分数：2.00）3.机电一体化系统的设计思想为开创新的应用领域和增加机械产品的新 1。 （分数：2.00）4.工程设计的基本特征为 1、多解性、相对性。 （分数：2.00）5.仿生思维就是在 1 中寻找解决问题的方程式。 （分数：2.00）二、是非题(总题数：5，分数：10.00)6.运动规律设计不相同，综合出的机构也就完全不相同，而不同的机构却可以实现
2、同一运动规律，满足同样的使用要求。 （分数：2.00）A.正确B.错误7.机械系统运动方案设计中机构愈复杂，构件数目愈多愈好。 （分数：2.00）A.正确B.错误8.运动方案的构思是设计者通过机构简图计算出来的。 （分数：2.00）A.正确B.错误9.设计和制造一种什么活都能干的机器是很困难的。 （分数：2.00）A.正确B.错误10.千百年来人们洗涤衣服都是靠手工搓、擦板擦、刷子刷，更原始的方法是用棒打或脚踩。现代的洗衣机也是利用机械模仿人工洗涤的动作设计的。 （分数：2.00）A.正确B.错误三、计算题(总题数：9，分数：45.00)11.已知某机械一个稳定运动循环内的等效阻力矩 M r
3、如图所示，等效驱动力矩 M d 为常数，等效构件的最大及最小角速度分别为 max =200rad/s 及 min =180rad/s。 试求： (1)等效驱动力矩 M d 的大小； (2)运转的速度不均匀系数 ； (3)当要求 在 0.05 范围内，并不计其余构件的转动惯量时，应装在等效构件上的飞轮的转动惯量 J F 。 （分数：5.00）_12.如图所示的盘状转子上有两个不平衡质量：m 1 =1.5kg，m 2 =0.8kg，r 1 =140mm，r 2 =180mm，相位如图。现用去重法来平衡，试求所需挖去的质量的大小和相位(设挖去质量处的半径 r=140mm)。 （分数：5.00）_13
4、.现欲设计一机构系统，该机构系统的输入运动为连续转动，输出运动为间歇往复移动。若设移动行程为 H，则正行程运动过程为从左极限位置开始移动 H/2(设其移动时间为 t d )，然后停歇(停歇时间为 t j )；再移动 H/2(移动时间仍为 t d )，再停歇(停歇时间仍为 t j )。反行程运动过程为从右极限位置开始移动H/2(设其移动时间为 t d )，然后停歇(停歇时间为 t j )；再移动 H/2(移动时间仍为 t d )，再停歇(停歇时间仍为 t j )。现选定如题图所示的对心曲柄滑块机构为该系统的一部分，且设滑块为该机构系统的输出构件。若已知 移动时间 t d =停歇时间 t j 试进
5、行该机构系统的方案设计，并画出该机构系统的示意图。 （分数：5.00）_14.如图所示为一摆动导杆一齿轮组合机构，曲柄 1 及齿轮 4 各自可绕支座 A 回转，齿轮 2 与滑块刚性连接，已知齿数 z 2 =18，z 4 =54，构件尺寸为 l AB =0.1m，l AC =0.3m，曲柄以 1 =2rad/s 角速度顺时针方向匀速回转。试求： (1)齿轮 4 的角速度 4 的计算式； (2) 4max =? 4min =?并在图中标注此二极值所对应的曲柄位置。 （分数：5.00）_15.在如图所示机构中，l AB =20mm，l AC =40mm，导杆 3 上固联有节圆半径为 r“ 3 =10
6、0mm 的扇形齿轮，它与一节圆半径为 r“ 4 =40mm 的齿轮相啮合，曲柄 AB 为原动件。试用解析法求： (1)机构的行程速比变化系数 K； (2)齿轮 4 的摆动行程角 。 （分数：5.00）_16.在如图所示棘轮机构中，棘爪是装在曲柄摇杆机构中的摇杆 CD 上。已知棘轮的运动时间与静止时间之比为 1.2，棘轮的齿数 z=24。当棘爪往复摆动一次，要求棘轮拨 4 个齿，摇杆 CD 的长度为 150mm，机架AD 与摇杆 CD 长度之比为 2。试确定曲柄 AB、连杆 BC 的长度及曲柄 AB 转动的方向。 （分数：5.00）_17.某机床的进刀机构如图所示，进刀箱由丝杠带动。丝杠的导程为
7、 P=10mm，丝杠与轮系中的齿轮 3 固联，轮系中的中心轮 1 由棘轮 5 带动。已知 z 1 =12，z 2 =z 2“ =24，z 3 =50，z 4 =60，z 5 (棘轮齿数)=100。试求当棘轮转过一个齿时，进刀箱移动的距离 s。 （分数：5.00）_18.如图所示为一种平台印刷机的版台传动机构。其基础机构是由上、下齿条(均为可移动齿条)和轴线可动的齿轮组成的齿轮一齿条机构，而附加机构包括双曲柄机构、曲柄滑块机构“和凸轮机构。系统的输入运动为曲柄 AB 的匀速转动，输出运动为与上齿条固联的版台的往复移动。该机构在工作行程的一个区间内，速度比较均匀。设置凸轮机构是为了修正版台(即上齿
8、条)的运动，使其在压印区满足一定的速度要求。 (1)试分析机构的组合方式。 (2)说明凸轮机构在机构系统中的作用。 （分数：5.00）_19.在图所示传动机构中，已知：轮系 z 1 =z 2 =20，z 3 -z 4“ =25，z 4 =z 5 =100，蜗杆 z 6 =1(右旋)，蜗轮 z 7 =75；一偏置曲柄滑块机构的曲柄与轴固联在蜗轮上，曲柄长度为 l AB ，连杆长度为 l BC ，偏距为 e，行程速比变化系数 K=1.4；原动件为齿轮 1，其转动方向如图所示。试问： (1)当滑块 C 向右远离蜗轮中心为工作行程时，蜗轮的转向是否合理?并简述理由； (2)当齿轮 1 转过 40 转时
9、，曲柄滑块机构的滑块 C 是否到达右极限位置?如没有到达右极限位置，蜗轮需再转多少角度才能到达该位置?(曲柄滑块机构的左极限位置为起点) （分数：5.00）_四、问答题(总题数：2，分数：10.00)20.洗衣机的发明过程是如何突破思维定势的，对你创新思维有何启示? （分数：5.00）_21.简述机器人与一般机器的不同之处，并说出对你创造新产品的启示? （分数：5.00）_五、分析题(总题数：2，分数：10.00)22.试根据设计原则分析下图所示自行车防盗锁的特点，并提出改进建议? （分数：5.00）_23.试根据设计原则分析下图所示自行车的特点及不足。 （分数：5.00）_六、设计题(总题数
10、：3，分数：15.00)24.试构思一种下图所示方轮自行车能在地面上骑行的方法。 （分数：5.00）_25.有一小型工件(见下图)，需要以手动快速压紧或松开，并要求工件被压紧后，在工人手脱离的情况下不会自行松脱。试确定用什么机构实现这一要求；绘出机构在压紧工件状态时的运动简图，并说明设计该机构时的注意事项。 （分数：5.00）_26.潜艇在发射鱼雷或导弹时(见下图)，为防止海水涌进潜艇发射筒内，用什么方法来保证潜艇发射鱼雷或导弹时，发射筒具有严密的防水性的呢? （分数：5.00）_考研机械原理-7 答案解析(总分：100.00，做题时间：90 分钟)一、填空题(总题数：5，分数：10.00)1
11、.机械系统有目的性、 1、整体性、环境适应性等特性。 （分数：2.00）解析：相关性2.结构设计时要求 1、部件设计满足机械的功能要求。 （分数：2.00）解析：零件3.机电一体化系统的设计思想为开创新的应用领域和增加机械产品的新 1。 （分数：2.00）解析：功能4.工程设计的基本特征为 1、多解性、相对性。 （分数：2.00）解析：约束性5.仿生思维就是在 1 中寻找解决问题的方程式。 （分数：2.00）解析：大自然二、是非题(总题数：5，分数：10.00)6.运动规律设计不相同，综合出的机构也就完全不相同，而不同的机构却可以实现同一运动规律，满足同样的使用要求。 （分数：2.00）A.正
12、确 B.错误解析：7.机械系统运动方案设计中机构愈复杂，构件数目愈多愈好。 （分数：2.00）A.正确B.错误 解析：8.运动方案的构思是设计者通过机构简图计算出来的。 （分数：2.00）A.正确B.错误 解析：9.设计和制造一种什么活都能干的机器是很困难的。 （分数：2.00）A.正确 B.错误解析：10.千百年来人们洗涤衣服都是靠手工搓、擦板擦、刷子刷，更原始的方法是用棒打或脚踩。现代的洗衣机也是利用机械模仿人工洗涤的动作设计的。 （分数：2.00）A.正确B.错误 解析：三、计算题(总题数：9，分数：45.00)11.已知某机械一个稳定运动循环内的等效阻力矩 M r 如图所示，等效驱动力
13、矩 M d 为常数，等效构件的最大及最小角速度分别为 max =200rad/s 及 min =180rad/s。 试求： (1)等效驱动力矩 M d 的大小； (2)运转的速度不均匀系数 ； (3)当要求 在 0.05 范围内，并不计其余构件的转动惯量时，应装在等效构件上的飞轮的转动惯量 J F 。 （分数：5.00）_正确答案：()解析：解题要点： (1)根据一个周期中等效驱动力矩的功和阻力矩的功相等来求等效驱动力矩。 由 得 (2)直接利用 求 。 (3)求出最大盈亏功后，飞轮转动惯量可利用 求解(参见本例图解)。 12.如图所示的盘状转子上有两个不平衡质量：m 1 =1.5kg，m 2
14、 =0.8kg，r 1 =140mm，r 2 =180mm，相位如图。现用去重法来平衡，试求所需挖去的质量的大小和相位(设挖去质量处的半径 r=140mm)。 （分数：5.00）_正确答案：()解析：解题要点： (1)计算出各不平衡质量的质径积。 m 1 r 1 =210kgmm，m 2 r 2 =144kgmm (2)列出静平衡矢量方程。 静平衡条件 m 1 r 1 +m 2 r 2 +m b r b =0 (3)按比例作图求解。 解得 m b r b =140kgmm 应加平衡质量 m b =140/140=1kg 挖去的质量应在 m b r b 矢量的反方向，140mm 处挖去 1kg
15、质量。 13.现欲设计一机构系统，该机构系统的输入运动为连续转动，输出运动为间歇往复移动。若设移动行程为 H，则正行程运动过程为从左极限位置开始移动 H/2(设其移动时间为 t d )，然后停歇(停歇时间为 t j )；再移动 H/2(移动时间仍为 t d )，再停歇(停歇时间仍为 t j )。反行程运动过程为从右极限位置开始移动H/2(设其移动时间为 t d )，然后停歇(停歇时间为 t j )；再移动 H/2(移动时间仍为 t d )，再停歇(停歇时间仍为 t j )。现选定如题图所示的对心曲柄滑块机构为该系统的一部分，且设滑块为该机构系统的输出构件。若已知 移动时间 t d =停歇时间
16、t j 试进行该机构系统的方案设计，并画出该机构系统的示意图。 （分数：5.00）_正确答案：()解析：解题要点： 由槽轮机构与曲柄滑块机构串联，曲柄 AB 与槽轮固联，通过连杆 BC，带动输出件滑块 C 作间歇往复移动。此图为滑块处于左极限位置时的机构运动简图。(也可用不完全齿轮机构) 解：解题结果如下图所示。 14.如图所示为一摆动导杆一齿轮组合机构，曲柄 1 及齿轮 4 各自可绕支座 A 回转，齿轮 2 与滑块刚性连接，已知齿数 z 2 =18，z 4 =54，构件尺寸为 l AB =0.1m，l AC =0.3m，曲柄以 1 =2rad/s 角速度顺时针方向匀速回转。试求： (1)齿轮
17、 4 的角速度 4 的计算式； (2) 4max =? 4min =?并在图中标注此二极值所对应的曲柄位置。 （分数：5.00）_正确答案：()解析：解题要点： (1)求导杆 3 的角速度 3 。由机构运动分析可得 (2)轮 4、轮 2 及系杆(即曲柄)AB 组成周转轮系。 解：(1)求 4 。 由 又因 2 = 3 ，可得 (2)求 4max 和 4min 。 由式可知，要得最小值 4min ，则cos( 3 - 1 ) max ，即 3 - 1 =90-90=0 于是得 要得最大值 4max ，则cos( 3 - 1 ) min ，即 3 - 1 =90 或 1 = 3 -90 于是得 1
18、5.在如图所示机构中，l AB =20mm，l AC =40mm，导杆 3 上固联有节圆半径为 r“ 3 =100mm 的扇形齿轮，它与一节圆半径为 r“ 4 =40mm 的齿轮相啮合，曲柄 AB 为原动件。试用解析法求： (1)机构的行程速比变化系数 K； (2)齿轮 4 的摆动行程角 。 （分数：5.00）_正确答案：()解析：解题要点： ABBC 时为极限位置。 解： (1) (2) 16.在如图所示棘轮机构中，棘爪是装在曲柄摇杆机构中的摇杆 CD 上。已知棘轮的运动时间与静止时间之比为 1.2，棘轮的齿数 z=24。当棘爪往复摆动一次，要求棘轮拨 4 个齿，摇杆 CD 的长度为 150
19、mm，机架AD 与摇杆 CD 长度之比为 2。试确定曲柄 AB、连杆 BC 的长度及曲柄 AB 转动的方向。 （分数：5.00）_正确答案：()解析：解题要点： 弄清棘轮与连杆机构的基本概念及机构组合方式。 解：(1)棘轮的齿距角为 360/24=15，而 曲柄的极位夹角： 摇杆的最大摆角：=415=60 又 90-=73.64，AD=2CD=300mm (2)画图比例取 1:5，则画图量得 联立上两式解得 且曲柄 AB 逆时针转动。 17.某机床的进刀机构如图所示，进刀箱由丝杠带动。丝杠的导程为 P=10mm，丝杠与轮系中的齿轮 3 固联，轮系中的中心轮 1 由棘轮 5 带动。已知 z 1
20、=12，z 2 =z 2“ =24，z 3 =50，z 4 =60，z 5 (棘轮齿数)=100。试求当棘轮转过一个齿时，进刀箱移动的距离 s。 （分数：5.00）_正确答案：()解析：解题要点： 轮 1、2、2“、3 组成差动轮系，1、2、4 组成行星轮系。 联立上两式，可得 设进刀箱移动的距离为 s，有 当棘轮转过一个齿时， 18.如图所示为一种平台印刷机的版台传动机构。其基础机构是由上、下齿条(均为可移动齿条)和轴线可动的齿轮组成的齿轮一齿条机构，而附加机构包括双曲柄机构、曲柄滑块机构“和凸轮机构。系统的输入运动为曲柄 AB 的匀速转动，输出运动为与上齿条固联的版台的往复移动。该机构在工
21、作行程的一个区间内，速度比较均匀。设置凸轮机构是为了修正版台(即上齿条)的运动，使其在压印区满足一定的速度要求。 (1)试分析机构的组合方式。 (2)说明凸轮机构在机构系统中的作用。 （分数：5.00）_正确答案：()解析：解题要点： (1)混接组合，其组合方式如下图所示； (2)凸轮机构起运动补偿的作用。 19.在图所示传动机构中，已知：轮系 z 1 =z 2 =20，z 3 -z 4“ =25，z 4 =z 5 =100，蜗杆 z 6 =1(右旋)，蜗轮 z 7 =75；一偏置曲柄滑块机构的曲柄与轴固联在蜗轮上，曲柄长度为 l AB ，连杆长度为 l BC ，偏距为 e，行程速比变化系数
22、K=1.4；原动件为齿轮 1，其转动方向如图所示。试问： (1)当滑块 C 向右远离蜗轮中心为工作行程时，蜗轮的转向是否合理?并简述理由； (2)当齿轮 1 转过 40 转时，曲柄滑块机构的滑块 C 是否到达右极限位置?如没有到达右极限位置，蜗轮需再转多少角度才能到达该位置?(曲柄滑块机构的左极限位置为起点) （分数：5.00）_正确答案：()解析：解题要点： (1)分析轮系：z 1 、z 2 和 z 6 、z 7 各组成定轴轮系，z 3 、z 4 、z 4“ 、z 5 、H(z 2 )组成周转轮系；(2)分别列方程； (3)联立求解； (4)注意分析本机构组合的特点。 解： 由于 故得 n
23、5 与 n 2 同向()，蜗轮顺时针转动，其方向正确。 由于 ，故得 蜗轮还需转 四、问答题(总题数：2，分数：10.00)20.洗衣机的发明过程是如何突破思维定势的，对你创新思维有何启示? （分数：5.00）_正确答案：()解析：如按照思维定势模仿人洗衣的方法以搓揉或捶打动作去设计洗衣机，要设计一个机构像人那样搓揉衣服，又要适合不同大小的衣服，是不容易的；如采用刷子擦洗，怎样才能使衣服各处都能刷到且结构简单，也很难解决；此外还可用古老的捶打法，动作虽简单，但易损坏衣服，如扣子会被打碎等，思维定势妨碍家用洗衣机的发展。 洗衣机的发明采用还原法创新，即跳出以往考虑问题的起点，从人们洗衣方法而还原
24、到问题的创造原点。那么洗衣的原点是什么呢?分析后应该是“洗”和“洁”，再附加一个“安全”，即不损伤衣服，至于采用什么方法，并没有限制，这样突破思维定势后可以创造设计出各类不同的洗衣机。 洗衣机的发明过程是多思，善思，巧思，发明就是要异想天开，如通过水与衣物产生的摩擦而实现“洁”的洗衣机，不用洗衣粉的洗衣机(超声波洗衣机、活性氧去污垢洗衣机、电磁去污洗衣机，如下图所示)。 21.简述机器人与一般机器的不同之处，并说出对你创造新产品的启示? （分数：5.00）_正确答案：()解析：机器人与一般机器的不同之处，主要在于机器是没有“大脑”的，而机器人有“脑子”(电脑)。由此可见，机器人是由机器“进化”
25、而来的。 机器是机器人的躯体和四肢，计算机就是机器人的“大脑”。因此，机器人的“成长”与电脑的进步是分不开的，研制机器人的目的是让它模仿人的功能，以代替人从事各种体力和脑力劳动，如下图所示。但人光有躯体、四肢和大脑是不够用的，人还得有眼、耳、鼻、舌、身等各种感觉器官，才能灵活地适应和从事各种工作。为此也必须给机器人配上各种“感觉器官”传感器。因此，机器人的“成长”过程，就是电脑、传感器和各种机构等系统的创造、改进与综合配置的过程。 对创造新产品的启示是：创造新产品应多学科交叉，可以是过去从未出现过的东西，也可以是已知事物的不同组合，但这种组合的结果不是简单的已知事物的重复，而是总有某种新的成分
26、出现。 五、分析题(总题数：2，分数：10.00)22.试根据设计原则分析下图所示自行车防盗锁的特点，并提出改进建议? （分数：5.00）_正确答案：()解析：分析：该防盗锁是一种锁架式的防盗锁，是用来锁自行车斜梁的，用插锁将自行车的斜梁固定在地上的锁车架上，车锁插锁是一根钢管。这样，采取常规的切、割、撬、压、砸等手段都不管用，也不能把自行车运走，符合实用性原则。 改进建议：创新与新颖性不足，且自行车大小不同，在锁大型自行车的斜梁可能位置不够，建议底板做一凹槽放前车轮，大小自行车均可锁前车轮，插锁开闭操作采用遥控方式。23.试根据设计原则分析下图所示自行车的特点及不足。 （分数：5.00）_正
27、确答案：()解析：分析：产品符合新颖、美观原则，折叠方式巧妙、方便、小巧，但从实用原则、技术规范原则、可持续发展原则上分析，其骑行驱动方式、连接部位的可靠性、骑行时的舒适性、人机工程的考虑、产品用途的功能定位都不完善。六、设计题(总题数：3，分数：15.00)24.试构思一种下图所示方轮自行车能在地面上骑行的方法。 （分数：5.00）_正确答案：()解析：方案构思： 方轮自行车在半圆形的轨道上平稳运行(见下图)，在这个弧形轨道上运动时，方轮的四边始终与轨道相切，并且方轮的四个直角正好落到弧形轨道的最低点，这样方轮的重心是作直线运动的，所以这辆自行车能平稳地运动。 25.有一小型工件(见下图)，
28、需要以手动快速压紧或松开，并要求工件被压紧后，在工人手脱离的情况下不会自行松脱。试确定用什么机构实现这一要求；绘出机构在压紧工件状态时的运动简图，并说明设计该机构时的注意事项。 （分数：5.00）_正确答案：()解析：方案构思： 用铰链四杆机构实现工作要求；机构示意图如下图所示。设计时，以连杆为主动件。在压紧状态时应使ABC 在一直线上，利用机构死点的特性来压紧工件。 26.潜艇在发射鱼雷或导弹时(见下图)，为防止海水涌进潜艇发射筒内，用什么方法来保证潜艇发射鱼雷或导弹时，发射筒具有严密的防水性的呢? （分数：5.00）_正确答案：()解析：方案构思： 发射筒采用水密结构，发射筒上端由水密盖关闭。因为在发射前，发射筒盖大约承受着相当于 3 个大气压的外压作用。在这种情况下，如果不采取措施，发射筒盖是打不开的。 为了解决上述问题，构思解决办法：一是向发射筒内充气，使筒内的气压与筒外的水压相等；二是在发射筒筒盖下方，安装一层半球形气密塑胶薄膜，这层气密塑胶薄膜既不影响导弹的出筒速度，又能承受较小的压力。 在潜艇弹道导弹发射筒口上，都安装有一层 1.8mm 厚的气密塑胶薄膜，前端还有机械阀门装詈。
