大学《机械原理习题集》原稿.docx
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大学《机械原理习题集》原稿
机械原理习题集
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第一章绪论
选择填空
1、机构中的构件是由一个或多个零件所组成,这些零件间产生任何相对运动。
A、可以B、不能
2、构件是组成机器的。
A、制造单位B、独立运动单元C、原动件D、从动件
简答题
1、什么是机构、机器和机械?
机构:
在运动链中,其中一个件为固定件(机架),一个或几个构件为原动件,其余构件具有确定的相对运动的运动链称为机构。
机器:
能代替或减轻人类的体力劳动或转化机械能的机构。
机械:
机器和机构的总称。
2、机器有什么特征?
(1)经过人们精心设计的实物组合体。
(2)各部分之间具有确定的相对运动。
(3)能代替或减轻人的体力劳动,转换机械能。
3、机构有什么特征?
(1)经过人们精心设计的实物组合体。
(2)各部分之间具有确定的相对运动。
4、什么是构件和零件?
构件:
是运动的单元,它可以是一个零件也可以是几个零件的刚性组合。
零件:
是制造的单元,加工制造不可再分的个体。
第二章平面机构的结构分析
判断题
1、具有局部自由度的机构,在计算机构的自由度时,应当首先除去局部自由度。
()
2、具有虚约束的机构,在计算机构的自由度时,应当首先除去虚约束。
()
3、虚约束对运动不起作用,也不能增加构件的刚性。
()
4、六个构件组成同一回转轴线的转动副,则该处共有三个转动副。
()
选择填空
1、原动件的自由度应为。
A、0B、1C、2
2、机构具有确定运动的条件是。
A、自由度>0B、自由度=原动件数C、自由度>1
3、由K个构件汇交而成的复合铰链应具有个转动副。
A、K-1B、KC、K+1
4、一个作平面运动的自由构件有个自由度。
A、1B、3C、6
5、通过点、线接触构成的平面运动副称为。
A、转动副B、移动副C、高副
6、通过面接触构成的平面运动副称为。
A、低副B、高副C、移动副
7、平面运动副的最大约束数是。
A、1B、2C、3
8、原动件数少于机构自由度时,机构将。
A、具有确定的相对运动B、无规则地乱动C、遭到破坏。
填空题
1、使两构件直接接触并能产生一定相对运动的联接称为。
2、平面机构中的低副有和副两种。
3、机构中的构件可分为三类:
、和。
4、在平面机构中若引入一个高副将引入个约束。
5、在平面机构中若引入一个低副将引入个约束。
6、平面运动副按组成运动副两构件的接触特性,分为和两类。
其中两构件间为面接触的运动副称为;两构件间为点接触或线接触的运动副称为。
7、在平面机构中构件数、约束数与机构自由度的关系是。
8、机构具有确定的相对运动条件是原动件数机构的自由度数。
简答题
1、什么是平面机构?
组成机构的所有构件都在同一平面或相互平行的平面上运动。
2、什么是运动副?
平面运动副分几类,各类都有哪些运动副?
其约束等于几个?
运动副:
两个构件直接接触而又能产生一定相对运动的联接叫运动副。
平面运动副分两类:
(1)平面低副(面接触)包括:
转动副、移动副,其约束为2。
(2)平面高副(点、线接触)包括:
滚子、凸轮、齿轮副等,约束为1。
3、什么是运动链,分几种?
若干个构件用运动副联接组成的系统。
分开式链和闭式链。
4、什么是机架、原动件和从动件?
机架:
支承活动构件运动的固定构件。
原动件:
运动规律给定的构件。
从动件:
随原动件运动,并且具有确定运动的构件。
5、机构确定运动的条件是什么?
什么是机构自由度?
条件:
原动件的数目等于机构的自由度数。
机构自由度:
机构具有确定运动所需要的独立运动参数。
6、平面机构自由度的计算式是怎样表达的?
其中符号代表什么?
F=3n-2PL-PH其中:
n----活动构件的数目,PL----低副的数目,PH----高副的数目。
7、在应用平面机构自由度计算公式时应注意些什么?
应注意复合铰链、局部自由度、虚约束。
8、什么是复合铰链、局部自由度和虚约束,在计算机构自由度时应如何处理?
复合铰链:
多个构件在同一轴线上组成转动副,计算时,转动副数目为m-1个
局部自由度:
与整个机构运动无关的自由度,计算时将滚子与其组成转动副的构件假想的焊在一起,预先排除局都自由度。
虚约束:
不起独立限制作用的约束,计算时除去不计。
9、什么是机构运动简图,有什么用途?
抛开构件的几何形状,用简单的线条和运动副的符号,按比例尺画出构件的运动学尺寸,用来表达机构运动情况的图形。
用途:
对机构进行结构分析、运动分析和力分析。
习题
2-1如图所示为一简易冲床的初拟设计方案。
设计的思路是:
动力由1输入,使轴A连续回转;而固定在轴A上的凸轮2与杠杆3组成的凸轮机构将使冲头4上下运动以达到冲压的目的。
试绘出其机构运动简图,分析其是否能实现设计意图?
并提出修改方案。
2-2如图所示为一具有急回运动的冲床。
图中绕固定轴心A转动的菱形盘1为原动件,其滑块2在B点铰接,通过滑块2推动拨叉3绕固定轴心C转动,而拨叉3与圆盘4为同一构件,当圆盘4转动时,通过连杆5使冲头6实现冲压运动。
试绘制其机构运动简图。
2-3试计算图示齿轮--连杆组合机构的自由度。
2-4试计算图示凸轮--连杆组合机构的自由度。
图a中铰接在凸轮上D处的滚子可在CE杆上的曲线槽中滚动;图b中在D处为铰接在一起的两个滑块。
2-5试计算如图所示各平面机构的自由度。
(a)(b)
2-6计算机构自由度,图中标箭头的构件为原动件(应注明活动件、低副、高副的数目,若机构中存在复合铰链,局部自由度或虚约束,也须注明)。
2-7计算机构自由度并分析组成此机构的基本杆组、确定机构的级别。
第三章平面机构的运动分析
判断题
1、两构件组成一般情况的高副即非纯滚动高副时,其瞬心就在高副接触点处。
()
2、平面连杆机构的活动件数为n,则可构成的机构瞬心数是n(n+1)/2。
()
3、在同一构件上,任意两点的绝对加速度间的关系式中不包含哥氏加速度。
()
4、在平面机构中,不与机架直接相连的构件上任一点的绝对速度均不为零。
()
选择填空
1、在两构件的相对速度瞬心处,瞬时重合点间的速度应有。
A、两点间相对速度为零,但两点绝对速度不等于零;
B、两点间相对速度不等于零,但其中一点的绝对速度等于零;
C、两点间相对速度不等于零且两点的绝对速度也不等于零;
D、两点间的相对速度和绝对速度都等于零。
2、速度影像原理适用于。
A、不同构件上各点B、同一构件上所有点C、同一构件上的特定点。
3、速度瞬心是指两构件上。
A、绝对速度相等的点B、相对速度为零的点C、等速重合点
4、加速度影像原理不能用于。
A、同一构件上的某些点B、同一构件上各点C、不同构件上的点。
填空题:
1、速度瞬心可以定义为相互作平面相对运动的两构件上点。
2、相对瞬心与绝对瞬心的相同点是,不同点是;在由N个构件组成的机构中,有个相对瞬心,有个绝对瞬心。
3、当两构件组成转动副时,其相对瞬心在处;组成移动副时,其瞬心在处;组成兼有滑动和滚动的高副时,其瞬心在处。
4、作相对运动的三个构件的三个瞬心必。
5、平面四杆机构共有相对瞬心个,绝对瞬心个。
6、用矢量方程图解法对机构进行运动分析时,影像原理只能应用于的各点。
简答题
1、平面机构运动分析的内容、目的和方法是什么?
内容:
构件的位置、角位移、角速度、角加速度、构件上点的轨迹、位移、
速度、加速度。
目的:
改造现有机械的性能,设计新机械。
方法:
图解法、解析法、实验法。
2、什么是速度瞬心,机构瞬心的数目如何计算?
瞬心:
两个构件相对速度等于零的重合点。
K=N(N-1)/2
3、速度瞬心的判定方法是什么?
根据瞬心的定义判定有几种?
判定方法有两种:
根据瞬心的定义判定和三心定理,根据瞬心的定义判定有四种:
(1)两构件组成转动副的轴心。
(2)两构件组成移动副,瞬心在无穷远处。
(3)纯滚动副的按触点,
(4)高副接融点的公法线上。
4、用相对运动图解法求构件的速度和加速度的基本原理是什么?
基本原理是理论力学中的刚体平面运动和点的复合运动。
5、什么是基点法?
什么样的条件下用基点法?
动点和基点如何选择?
基点法:
构件上某-点的运动可以认为是随其上任选某一点的移动和绕其点
的转动所合成的方法。
求同一构件上两点间的速度和加速度关系时用基点法,动点和基点选在运动要素己知的铰链点。
6、用基点法进行运动分析的步骤是什么?
(1)选长度比例尺画机构运动简图
(2)选同一构件上已知运动要素多的铰链点作动点和基点,列矢量方程,标出已知量的大小和方向。
(3)选速度和加速度比例尺及极点p、p′按已知条件画速度和加速度多边形,求解未知量的大小和方向。
(4)对所求的量进行计算和判定方向。
7、什么是运动分析中的影像原理?
注意什么?
影像原理:
已知同-构件上两点的速度或加速度求另外-点的速度和加速度,则这三点速度或加速度矢端所围成的三角形与这三点在构件上围成的三角形相似,这就称作运动分析中的影像法,又称运动分析中的相拟性原理。
注意:
三点必须在同一构件上,对应点排列的顺序同为顺时针或逆时针方向。
8.什么是速度和加速度极点?
在速度和加速度多边形中,绝对速度为零或绝对加速度为零的点,并且是绝对速度或绝对加速度矢量的出发点。
9、速度和加速度矢量式中的等号,在速度和加速度多边形中是哪一点?
箭头对顶的点。
10、在机构运动分析中在什么情况下应用应用重合点法?
两个活动构件有相对运动时,求重合点的速度和加速度。
11、应用重合点进行运动分析时,什么情况下有哥氏加速度?
当牵连角速度和重会点间相对速度不等于零时,有哥氏加速度,若其中之一等于零,则哥氏加速度等于零。
大小为:
akB1B2=2ω2VB1B2
方向为:
VB1B2的矢量按牵连角速度ω2方向旋转900。
12、应用重合点法进行运动分析时的步骤是什么?
(1)选择比例尺画机构运动简图。
(2)选运动要素已知多的铰链点为重合点,列速度,加速度矢量方程。
(3)选速度比例尺和速度极点画速度多边形。
(4)选加速度比例尺和加速度极点画加速度多边形图。
(5)回答所提出的问题。
习题
3-1试求图示各机构在图示位置时的全部瞬心的位置。
3-2在图示的机构中,已知各构件长度(机构比例尺μL=实际构件长度/图上长度=0.002m/mm),原动件以等角速度ω1=10rad/s逆时针转动,试用图解法求在图示位置时点E的速度vE和加速度aE,构件2的角速度ω2和角加速度α2。
建议取:
μv=0.005(m/s)/mm;μa=0.05(m/s2)/mm。
3-3在图示的机构中,已知各构件长度(μL=0.002m/mm),原动件以等角速度ω1=10rad/s逆时针转动,试用图解法求点D的速度vD和加速度aD。
建议取:
μv=0.03(m/s)/mm;μa=0.6(m/s2)/mm。
3-4在图示的机构中,已知各构件的尺寸及原动件1的角速度ω1(为常数),试以图解法求在φ1=90°时构件3的角速度ω3及角加速度α3(比例尺任选)。
3-5在图示的摇块机构中,已知LAB=30mm,LAC=100mm,LBD=50mm,LDE=40mm,曲柄以等角速度ω1=10rad/s回转,试用图用法求机构在φ1=45°位置时,点C和点E的速度和加速度,以及构件2的角速度和角加速度。
3-6在图示六杆机构中,已知机构运动简图以及原动件的角速度ω1为常数,试用矢量方程图解法求:
(1)构件2的角速度ω2;
(2)速度vD及角速度ω5。
要求列出矢量方程式,并分析各量的大小和方向,做出矢量多边形,可不按比例尺但方向必须正确。
3-7在图示六杆机构中,已知:
lBC=lCD=l1=l3=420mm,lAB=140mm,l2=180mm,ω1=20rad/s。
(1)分析该机构的自由度以及机构的级别;
(2)用相对运动图解法求解在图示位置时,F点的速度;
(3)构件2的角速度ω2。
3-8图示为干草压缩机中的六杆机构,已知各构件长度lAB=600mm,lOA=150mm,lBC=120mm,lBD=500mm,lCE=600mm及xD=400mm,yD=500mm,yE=600mm,ω1=10rad/s。
欲求活塞E在一个运动循环中的位移、速度和加速度,试写出求解步骤并画出计算流程图。
第四章平面机构的力分析
判断题
1、在机械中,因构件作变速运动而产生的惯性力一定是阻力。
()
2、在车床刀架驱动机构中,丝杠的转动使与刀架固联的螺母作移动,则丝杠与螺母之间的摩擦力矩属于生产阻力。
()
3、考虑摩擦的转动副,不论轴颈在加速、等速、减速不同状态下运转,其总反力的作用线一定都切于摩擦圆。
()
4、三角螺纹的摩擦大于矩形螺纹的摩擦,因此,前者多用于紧固联接。
()
选择填空题
1、作变速运动的构件上的惯性力,。
A、当构件加速运动时它是驱动力,当构件减速运动时它是阻力;
B、当构件加速运动时它是阻力,当构件减速运动时它是驱动力;
C、无论构件是加速运动还是减速运动时,它总是阻力;
D、无论构件是加速运动还是减速运动时,它总是驱动力。
2、相同材料组成的平滑块与楔形滑块相比较,在外载荷相同的情况下,。
A、平滑块的摩擦总小于楔形滑块的摩擦B、平滑块的摩擦与楔形滑块的摩擦相同
C、平滑块的摩擦总大于楔形滑块的摩擦
3、构件1、2间的平面摩擦的总反力R12的方向与构件2对构件1的相对运动方向所成角度恒为。
A、0°B、90°C、钝角D、锐角
4、在机械中阻力与其作用点速度方向。
A、相同B、一定相反C、成锐角D、相反或成钝角
5、在机械中驱动力与其作用点的速度方向。
A、一定同向B、可成任意角度C、相同或成锐角D、成钝角
6、在机械中,因构件作变速运动而产生的惯性力。
A、一定是驱动力B、在原动机中是驱动力,在工作机中是阻力
C、一定是阻力D、无论在什么机器中,它都有时是驱动力,有时是阻力。
7、图示径向轴承,虚线所示为摩擦圆,初始状态为静止不动的轴颈,在外力的作用下,其运动状态是。
A、匀速运动B、仍然静止不动
C、加速运动D、减速运动
8、如果作用在径向轴颈上的外力加大,那么轴颈上摩擦圆。
A、变大B、变小C、不变
9、当考虑摩擦时,径向轴颈转动副中,总反力RBA。
A、必切于摩擦圆,且RBA对轴心的力矩方向与ωAB的方向相反;
B、必切于摩擦圆,且RBA对轴心的力矩方向与ωBA的方向相反;
C、必与摩擦圆相割,且RBA对轴心的力矩方向与ωAB的方向相反。
10、考虑摩擦的转动副,不论轴颈在加速、等速、减速不同状态下运转,其总反力的作用线切于摩擦圆。
A、都不可能B、不全是C、一定都
填空题
1、对机构进行力分析的目的是:
(1);
(2)。
2、静力分析一般适用于情况。
3、所谓动态静力分析是指的一种力分析方法,它一般适用于情况。
4、机械中三角带传动比平型带传动用得更为广泛,从摩擦角度来看,其主要原因是。
简答题
1、什么是机构的动态静力分析?
在什么样的机构中必须考虑惯性力的影响?
在机构中将惯性力视为一般外力加于构件上,再按静力学方法进行分析计算,这种考虑惯性力的机构受力分析的方法称为动态静力分析,在高速重载机械中必须考虑惯性力,因为惯性力很大。
2、什么是惯性力和总惯性力?
惯性力:
是一种加在变速运动构件质心上的虚构的外力。
Pi=-mas
总惯性力:
是质心上的惯性力大小方向不变的平移,即使其对质心的力矩等于惯性力矩。
PihμL=-Jsε。
这时的惯性力称总惯性力。
3、构件组的静定条件是什么?
3n-2pL=0。
4、机构动态静力分析的目的是什么、步骤、方法是什么?
目的:
确定各云动副中的反力,确定机械上的平衡力或平衡力矩。
步骤:
(1)对机构进行运动分析,求出质点s的加速度as和各构件的角加速度。
(2)按Pi=-mas和M=-Jsε确定惯性力和力矩加在相应的构件上作为外力。
(3)确定各个运动副中的反力,首先按静定条件F=3n-2pL=0来拆静定的自由度为零的杆组,把杆组的外端副的反力分解为沿杆长方向的反力Rn和沿杆长垂直方向的反力Rt,再用杆组的力平衡条件写出矢量式,按比例尺画出力封闭多边形求出各外端副的法向反力Rn。
最后用各构件的力平衡条件求出内端副的法向反力。
(4)确定原动件上的平衡力和平衡力矩,用静力学力和力矩平衡条件进行计算。
5、图示轴颈1在轴承2中沿ω方向转动,Q为驱动力,ρ为摩擦圆半径。
(1)试判断图A、B、C中哪个图的总反力R21是正确的?
(2)针对正确图形,说明轴颈是匀速、加速、减速运动还是自锁?
题5题6
6、图a、b给出运转着轴颈受力的两种情况,Q为外力,ρ为摩擦圆半径。
试画出轴承对轴颈的总反力R21,并说明在此两种情况下该轴的运动状态(匀速、加速或减速转动)。
习题
4-1图示为一曲柄滑块机构的三个位置,P为作用在滑块上的驱动力,摩擦圆摩擦角如图所示。
试在图上画出各运动副反力的真实方向。
(构件重量及惯性力略去不计)。
4-2在图示的铰链四杆机构中,已知机构的位置、各构件的尺寸和驱动力F,各转动副的半径和当量摩擦系数均为r和fv。
若不计各构件的重力、惯性力,求各转动副中反作用力的作用线和作用在从动件3上的阻力偶矩M3的方向。
4-3在图示的铰链四杆机构中,已知机构的位置和各构件的尺寸,驱动力为Pd,图中的虚线小圆为摩擦圆,不计各构件的重力和惯性力,要求各转动副中反作用力的作用线和机构能克服的作用在从动件3上的阻力偶矩M3的转向。
4-4在图示的曲柄滑块机构中,已知lAB=90mm,lBC=240mm;曲柄上E点作用有生产阻力Q且与曲柄垂直;滑块与机架间的摩擦角φ=8°,铰链A、B、C处的虚线小圆为摩擦圆,其半径分别为ρA=8mm,ρB=ρC=6mm;滑块上作用有水平驱动力F=1000N。
设不计各构件的重力和惯性力,求当曲柄处于θ=50°位置时,驱动力F所能克服的生产阻力Q的大小
4-5、在图示双滑块机构中,已知工作阻力Q=500N,转动副A、B处摩擦圆及移动副中的摩擦角φ如图所示。
试用图解法求出所需驱动力P。
[规定]:
取力比例尺μP=10N/mm。
第五章机械效率与自锁
选择填空题
1、在机器稳定运转的一个运动循环中,若输入功为Wd,输出功为Wr,损失功为Wf,则机器的机械效率为。
A、Wr/WdB、Wf/WdC、Wr/Wf
2、机械出现自锁是由于。
A、机械效率小于零B、驱动力太小C、阻力太大D、约束反力太大
3、从机械效率的观点分析,机械自锁的条件为。
A、机械效率≥0B、机械效率≤0C、机械效率≠0
4、在由若干机器并联构成的机组中,若这些机器中单机效率相等均为η0,则机组的总效率η必有如下关系。
A、η>η0B、η<η0C、η=η0D、η=nη0(n为单机台数)
5、在由若干机器并联构成的机组中,若这些机器的单机效率均不相同,其中最高效率和最低效率分别为ηmax和ηmin,则机组的总效率η必有如下关系。
A、η<ηminB、η>ηmaxC、ηmin≤η≤ηmaxD、ηmin<η<ηmax
6、在由若干机器串联构成的机组中,若这些机器的单机效率均不相同,其中最高效率和最低效率分别为ηmax和ηmin,则机组的总效率η必有如下关系。
A、η<ηminB、η>ηmaxC、ηmin≤η≤ηmaxD、ηmin<η<ηmax
7、反行程自锁的机构,其正行程效率,反行程效率。
A、η>1B、η=1C、0<η<1D、η≤0
8、自锁机构一般是指的机构。
A、正行程自锁B、反行程自锁C、正反行程都自锁
9、在其他条件相同的情况下,矩形螺纹的螺旋与三角螺纹的螺旋相比,前者。
A、效率较高,自锁性也较好B、效率较低,但自锁性较好
C、效率较高,但自锁性较差D、效率较低,自锁性也较差
填空题
1、设机器中的实际驱动力为P,在同样的工作阻力和不考虑摩擦时的理想驱动力为P0,则机器效率的计算式是η=。
2、设机器中的实际生产阻力为Q,在同样的驱动力作用下不考虑摩擦时能克服的理想生产阻力为Q0,则机器效率的计算式是η=。
3、在认为摩擦力达极限值条件下计算出机构效率η后,则从这种效率观点考虑,机器发生自锁的条件是。
4、设螺纹的升角λ,接触面的当量摩擦系数为fv,则螺旋副自锁的条件是。
5、并联机组的效率与机组中与有关。
简答题
1、写出移动副中的摩擦的几种情况下其水平驱动力与铅垂载荷之间的关系式。
(1)平面摩擦P=Qtgφ,tgφ=f。
(2)斜平面摩擦P=Qtg(α+φ)。
(3)平槽面摩擦P=Qtgφv,tgφv=fv=f/sinθ,θ为槽形半角,φv、fv分别为当量摩擦角、当量摩擦系数。
(4)斜槽面摩擦P=Qtg(α+φv)。
2、螺旋副中的水平驱动力和铅垂载荷关系如何?
(1)矩形螺纹P=Qtg(α+φ),M=Pd2/2。
(2)三角螺纹P=Qtg(α+φv),M=Pd2/2,φv=arctgfv,fv=f/cosβ,β为牙形半角。
3、转动副中轴颈摩擦的摩擦力或摩擦力矩公式如何?
Fv=fvQ式中的fv是转动副的当量摩擦系数。
Mf=ρR21=rfvQ=ρQ,ρ=rfv。
4、移动副和转动副中总反力的确定方法是什么?
移动副:
R21与V12成90°+φ。
转动副:
R21对摩擦圆中心力矩方向与ω12转向相反并切于摩擦圆。
摩擦圆半径ρ=rfv,fv=(1~1.5)f。
5、什么是机械效率?
考虑摩擦时和理想状态机械效率有何不同?
机械稳定转动时的一个能量循环过程中,输功出与输入功的比值称为机械效率。
考虑摩擦时机械效率总是小于1,而理想状态下的机械效率等于1。
6、机械效率用力和力矩的表达式是什么?
理想驱动力(或力矩)实际工作阻力(或力矩)
η=———————————=———————————
实际驱动力(或力矩)理想工作阻力(或力矩)
7、串联机组的机械效率如何计算?
等于各个单机机械效率的乘积。
8、什么是机械的自锁?
自锁与死点位置有什么区别?
自锁:
因为存在摩擦,当驱动力增加到无穷时,也无法使机械运动起来的这种现象。
区别;死点位置不是存在摩擦而产生的,而是机构的传动角等于零。
自锁是在任何位置都不能动,死点只是传动角等于零的位置不动,其余位置可动。
9、判定机械自锁的方法有几种?
(1)平面摩擦:
驱动力作用在摩
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