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机械原理作业55页word
第二章机构的结构分析
2-1填空题
(1)一个平面运动副最多提供____个约束,最少提供____个约束。
(2)机构具有确定运动的条件是。
(3)机构中相对静止的构件称为;按给定运动规律而独立运动的构件称为;其余运动构件称为。
(4)根据机构的组成原理,任何机构都看成是由、和组成的。
(5)在平面机构中,两构件通过面接触而构成的运动副为____副,它引入____个约束;通过点、线接触而构成的运动副称为____副,它引入____个约束。
(6)高副低代必须满足的条件是,
(7)由M个构件组成的复合铰链应包括______个转动副。
(8)在图示平面运动链中,若构件1为机架、构件5为原动件,则成为____级机构;若以构件1为机架,构件2为原动件,则成为____级机构;若以构件2为机架,3为原动件,则成为____级机构。
2-2选择题
(1)两构件组成运动副的必备条件是____。
A.直接接触且具有相对运动;B.直接接触但无相对运动;
C.不接触但有相对运动;D.不接触也无相对运动。
(2)在机构中,某些不影响机构运动传递的重复部分所带入的约束为____。
A.虚约束;B.局部自由度;C.复合铰链。
(3)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.至少含有一个原动件;B.至少含有一个基本杆组;
C.至少含有一个Ⅱ级杆组;D.至少含有一个Ⅲ级杆组。
(4)机构中只有一个____。
A.闭式运动链;B.原动件;C.从动件;D.机架。
2-3绘出下列图示机构的机构运动简图。
图a为唧筒机构;图b为回转式柱塞泵;图c为缝纫机下针机构;图d为活塞泵。
解:
解:
a)b)
解:
解:
c)d)
2-4图示为一小型压力机。
图中齿轮1与偏心轮1′为同一构件,绕固定轴心O连续转动。
在齿轮5上开有凸轮凹槽,摆杆4上的滚子6嵌在凹槽中,从而使摆杆4绕C轴上下摆动;同时,又通过偏心轮1′、连杆2、滑杆3使C轴上下移动;最后,通过在摆杆4的叉槽中的滑块7和铰链G使冲头8实现冲压运动。
试绘制其机构运动简图,并计算其机构自由度。
解:
1)绘制机构运动简图;
2)计算该机构自由度
n=
pl=
ph=
p′=
F′=
F=
想一想:
机构运动简图有何用处?
它能表达出原机构哪些方面的特征?
2-5试指出下列机构运动简图中的复合铰链、局部自由度和虚约束,并计算各机构的自由度。
图a为平炉渣口堵塞机构;图b为缝纫机送布机构;图c为锯木机机构;图d为冲压机构;图e为加药泵加药机构;图f为测量仪表机构;图g为差动轮系;图h为凸轮连杆机构;图i为凸轮连杆组合机构;图j为精压机构。
解:
解:
n=n=
pl=pl=
ph=ph=
p′=a)p′=b)
F′=F′=
F=F=
解:
解:
n=n=
pl=pl=
ph=ph=
p′=p′=
F′=F′=
F=c)F=d)
想一想:
在计算平面机构自由度时,应注意哪些事项。
解:
解:
n=n=
pl=pl=
ph=ph=
p′=e)p′=f)
F′=F′=
F=F=
解:
解:
n=n=
pl=pl=
ph=ph=
p′=p′=
F′=g)F′=h)
F=F=
解:
解:
n=n=
pl=pl=
ph=ph=
p′=p′=
F′=i)F′=j)
F=F=
2-6图示为一刹车机构。
刹车时,操作杆1向右拉,通过构件2、3、4、5、6使两闸瓦刹住车轮。
试计算机构的自由度,并就刹车过程说明此机构自由度的变化情况。
(注:
车轮不属于刹车机构中的构件)
解:
1)未刹车时,刹车机构的自由度
F=
2)闸瓦G、J之一刹紧车轮时,刹车机构的自由度
F=
3)闸瓦G、J同时刹紧车轮时,刹车机构的自由度
F=
2-7图示为一牛头刨床的初拟设计方案。
设计思路是:
动力由小齿轮1输入,并推动大齿轮2绕其轴A连续转动,又通过铰接在大齿轮2上B处的滑块3使摆动导杆4往复摆动,并带动滑枕5往复运动以达到刨削的目的。
分析其运动是否能实现设计意图,并提出修改方案(画出修改后的机构运动简图)。
解:
2-8图示为小型压力机的设计方案图,试审该设计方案是否合理?
如不合理,试绘出合理的设计方案简图。
解:
2-9计算下图所示机构的自由度,分别以2、8为原动件,确定机构的杆组及机构的级别。
解:
想一想:
何谓机构的组成原理?
何谓基本杆组?
它有什么特征?
如何确定基本杆组的级别及机构的级别?
2-10如图所示的冲压机高副机构由原动件齿轮1、齿轮2、凸轮3、滚子4、摆杆5、滑块6和执行构件7所组成。
试求机构的自由度,并用“高副低代法”进行机构的组成分析。
解:
想一想:
为何要对平面高副机构进行“高副低代”?
“高副低代”应满足的条件是什么?
第三章平面机构的运动分析
3-1填空题
(1)当构件组成转动副时,其瞬心在处;当组成移动副时,其瞬心在处;当组成兼有滑动和滚动的高副时,其瞬心在处。
(2)哥氏加速度的大小为________;方向为。
(3)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,共有个瞬心,其中个绝对瞬心。
(4)速度影像的相似原理只能应用于的各点,而不能应用于机构中不同构件上的各点。
3-2试求图示各机构在图示位置时全部瞬心的位置(用符号Pij直接标在图上)。
解:
解:
a)b)
解:
解:
c)d)
想一想:
在图c及图d所示的机构中,两高副元素间是否为纯滚动?
它们的瞬心应位于何处?
3-3在图示的齿轮连杆组合机构中,试用瞬心法求齿轮1与齿轮3的传动比1/3。
解:
1)计算此机构所有瞬心的数目
K=
2)为了求传动比1/3需求出如下瞬心(填出下角标)
PPPPP
3)传动比1/3的计算公式是
想一想:
齿轮1与齿轮3的转向是相同还是相反?
3-4判断图中哥氏加速度的方向是否正确(正确的在括号里打“√”,错误的在括号里打“×”,)。
解:
图a()图b()图c()
想一想:
在什么条件下存在哥氏加速度?
在判断哥氏加速度时需要注意哪些事项?
3-5在图示的摇杆机构中,已知lAB=30mm,lAC=100mm,lBD=50mm,lDE=40mm,,曲柄以等角速度=10rad/s回转,试用图解法求机构在º位置时,点D和点E的速度和加速度,以及构件2的角速度和角加速度。
解:
(1)选取比例尺(l=0.002m/mm)做机构运动简图
(2)速度分析(v=0.005(m/s)/mm)
vD=
vE=
2=
=(时针)
(3)加速度分析(a=0.05(m/s2)/mm)
aD=
aE=
2=
=(时针)
想一想:
试述对机构进行速度和加速度分析的具体步骤是什么?
3-6已知铰链四杆机构如图(a)所示,构件1以顺时针等角速度转动。
现已作出速度多边形图(b)和加速度多边形图(c)。
试求:
(1)构件1、2和3上速度为vX的点X1、X2和X3的位置;
(2)构件2上速度为零的点I的位置,并求出该点的加速度aI;
(3)构件2上加速度为零的点Q的位置,并求出该点的速度vQ。
解:
3-7求出图示导杆机构的全部瞬心和构件1与构件3的角速度比1/3。
解:
1)计算此机构所有瞬心的数目
K=
2)角速度比1/3的计算公式是
3-8求出图示正切机构的全部瞬心。
设1=10rad/s,求构件3的速度v3。
解:
1)计算此机构所有瞬心的数目
K=
2)构件3的速度v3的计算公式是
v3=
3-9如图所示为摩擦行星传动机构,设行星轮2与构件1、4保持纯滚动接触,试用瞬心法求轮1与轮2的角1/2。
解:
1)计算此机构所有瞬心的数目
K=
2)角速度比的计算公式是
想一想:
试述利用速度瞬心法対机构进行速度分析的具体步骤和思路。
3-10在图示的直线运动机构中,如果lAB=15mm,lAD=45mm,lBC=lCD=lCE=60mm,试画出其连杆上点E的轨迹。
解:
选取比例尺l=0.005m/mm
3-11在图示的机构中,已知原动件1以等角速度1=10rad/s逆时针方向转动,lAB=100mm,lBC=300mm,e=30mm。
当º、120º、220º时,试用矢量方程解析法求构件2的角位移、角速度及角加速度和构件3的速度v3及加速度a3。
解:
(°)
50
120
220
(°)
(rad/s)
(rad/s2)
v(m/s)
(rad/s2)
第四章平面机构的力分析
4-1选择或填空题
(1)如果作用在轴颈上的径向外力加大,那么轴颈上摩擦圆。
A.变大;B.变小;C.不变;D.不确定。
(2)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大小;
C.运动副元素间作用力的大小;D.运动副元素间温差的大小。
(3)机械中采用环形支承的原因是。
A.加工方便;B.避免轴端中心压强过大;C.便于跑合轴端面;D.提高承载能力。
(4)移动副中总反力与其相对运动方向的夹角是____。
A.锐角;B.钝角;C.直角;D.不确定。
(5)风力发机的叶轮受到空气的作用力,此力在机械中属于____。
A.驱动力;B.工作阻力;C.有害阻力;D.摩擦力。
(6)轴径1与轴承2组成转动副,设初始状态时轴径相对轴承静止,轴径受单外力Q作用,当外力Q的作用线与摩擦圆相交时,轴承对轴径的总反力R12的作用线与摩擦圆____;当外力Q的作用线与摩擦圆相切时,轴承对轴径的总反力R12的作用线与摩擦圆____;当外力Q的作用线与摩擦圆相离时,轴承对轴径的总反力R12的作用线与摩擦圆____。
A.相切;B.相交;C.相离;D.不确定。
(7)在外载荷和接触表面状况相同的条件下,三角螺纹的摩擦力要比矩形螺纹的大,是因为____。
A.当量摩擦角大;B.当量摩擦角小;C.摩擦系数大;D.不确定。
4-2在图示的曲柄滑块机构中,设已知lAB=0.1m,lBC=0.33m,n1=1500r/min(常数),活塞及其附件的重量G3=21N,连杆重量G2=25N,连杆对质心的转动惯量JS2=0.0425kg·m2,连杆质心S2至曲柄销B的距离lBS2=lBC/3。
试确定在图示位置时活塞的惯性力以及连杆的总惯性力。
解:
(1)选取比例尺(l=0.005m/mm)做机构运动简图
(2)运动分析:
(v=0.5(m/s)/mm),(a=75(m/s2)/mm)
(3)确定惯性力:
想一想:
构件的惯性力的大小、方向及作用点和惯性力偶矩的大小及方向是怎样确定的?
总惯性力的大小及作用线方向又如何确定?
4-3在图示楔块机构中,已知º,Q,各接触面摩擦系数f=。
如Q为有效阻力,试求所需的驱动力F。
解:
4-4在图示正切机构中,已知h=500mm,l=100mm,1=10rad/s(为常数),构件3的重量G3=10N,质心在其轴线上,生产阻力Fr=100N,其余构件的重力、惯性力及所有构件的摩擦力均略去不计。
试求当1
60°时,需加在构件1上的平衡力矩Mb。
解:
想一想:
在对机构进行力分析时,分离体是如何选取的?
有何特征?
4-5图示为一曲柄滑块机构的三个位置,P为作用在滑块上的力,转动副A和B上所画的虚线小圆为摩擦圆。
(1)判断力P是驱动力还是阻抗力;
(2)在图上画出机构在此三个位置时,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)。
解:
4-6图示铰链四杆机构中,已知构件1为原动件,lAB=80mm,lBC=lCD=320mm,当°时,BC在水平位置,CD与水平位置夹角°。
P3=1000N,作用在CD的中点E,°,作用在构件3上的力偶矩为M3=20N·m。
试求各运动副中的反力以及应加于构件1上的平衡力矩M1。
解:
想一想:
试总结机构运动分析和力分析的思路及具体分析步骤。
第五章机械的效率和自锁
5-1填空与选择题
(1)移动副的自锁条件是,转动副的自锁条件是,螺旋副的自锁条件是。
(2)从效率的观点来看,机械的自锁条件是。
(3)并联机组的总效率不仅与各机器的有关,而且与各机器所传递的有关。
(4)单运动副机械自锁的原因是驱动力摩擦锥(圆)。
A.切于;B.交于;C.分离。
(5)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。
5-2判断题
(1)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。
()
(2)当机械的效率≤0时,机械则发生自锁,其绝对值越大,则表明机械自锁越可靠。
()
5-3在图示的电动卷扬机中,已知其每一对齿轮传动(包括其轴承)的效率为η1=0.95,鼓轮(包括其轴承)的效率为η2=0.96,载荷G=50kN,其上升的速度v=0.2m/s,求电动机的功率应为若干?
解:
此传动为联。
传动总效率为
输出功率为
Nr=
电动机所需的功率为
Nd=
想一想:
何谓机械效率?
效率高低的实际意义是什么?
提高机械效率的途径有哪些?
在串联机组中,总效率与各部分效率关系如何?
如何才能提高这类机组的效率?
5-4如图所示的机组是由一电动机经带传动、减速器带动两个工作机A和B。
已知两个工作机的输出功率和效率分别为NA=2kW,ηA=0.8;NB=3kW,ηB=0.7,每对齿轮传动(包括其轴承)的效率η1=0.95,带传动(包括其轴承)的效率η2=0.9。
求电动机的功率和机组的效率。
解:
此传动为联。
输入功率为
NA′=
NB′=
电动机所需的功率为
N=
传动总效率为
想一想:
在这种联接的机械传动中,其总效率主要取决于什么?
5-5图示定滑轮2的直径为D,虚线圆为转动副A中的摩擦圆,其半径为,F为驱动力,若不计绳与轮间的摩擦力,试确定:
(1)转动副A中的总反力FR12的位置和方向(在图上标出);
(2)使重物G等速上升的驱动力F的表达式(用G表示);
(3)该滑轮的机械效率。
解:
想一想:
定滑轮2上共受几个力作用?
A处作用力的方向线应如何确定?
5-6对于图1所示斜面机构,当其反行程自锁时,其正行程的效率η一定≤1/2,试问这是不是一个普遍规律?
试分析图2所示斜面机构的临界自锁条件,和在此情况下正行程的效率。
(设f=0.2)
解:
(1)针对图1,确定当其反行程自锁时,正行程的效率。
图1
(2)针对图2,确定反行程自锁条件。
图2
自锁条件为:
临界时正行程的效率为:
想一想:
通过对本题的计算,你得到了什么重要的结论?
当反行程自锁时,则正行程的效率除了与和有关外,还与什么因素有关?
从机械效率的观点来看,机械的自锁条件是什么?
自锁机械是否就是不能运动的机械?
5-7在图示缓冲器中,已知滑块斜面的倾角,各摩擦面间的摩擦系数f及弹簧的压力G,求:
1)当楔块2、3被等速推开时,力F的大小和该缓冲器的效率;2)此缓冲器正、反行程均不发生自锁时,应该如何选择倾角的值?
解:
想一想:
生产阻力小于零的物理意义是什么?
从受力的观点来看,机械自锁的条件是什么?
机械正反行程的效率是否相同?
其自锁条件是否相同?
原因何在?
第六章机械的平衡
6-1填空题
(1)机械平衡的目的是部分或完全消除构件在运动时所产生的,减少或消除在机构各运动副中所引起的,减轻有害的机械振动,改善机械工作性能和延长使用寿命。
(2)刚性转子的不平衡可以分为两种类型,一种是,其质量分布特点是;另一种是,其质量分布特点是。
(3)刚性转子的静平衡就是要使之和为零。
而刚性转子的动平衡则要使
之和以及之和均为零。
(4)转子静平衡时,至少选个校正平面(平衡平面);而动平衡时,至少选个校正平面(平衡平面)。
(5)衡量转子平衡优劣的指标有,。
(6)刚性转子平衡精度A的表达方式是,其单位是。
6-2选择题
(1)达到静平衡的刚性转子,其质心位于回转轴线上。
A.一定;B.不一定;C.一定不。
(2)机械平衡研究的内容是。
A.驱动力与阻力间的平衡;B.各构件作用力间的平衡,
C.惯性力系间的平衡;D.输入功率与输出功率间的平衡。
(3)刚性转子的静平衡条件是;动平衡条件是。
A.惯性力合力为零;B.惯性力合力偶矩为零;C.惯性力合力为零,同时惯性力合力偶矩也为零。
(4)对于结构尺寸为b/D≥0.2的不平衡刚性转子,需进行。
A.动平衡;B.静平衡;C.不用平衡。
(5)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;D.从动件。
6-3在图示的三根曲轴结构中,已知m1=m2=m3=m4=m,r1=r2=r3=r4=r,ll2=l23=l34=l,且曲轴位于过回转轴线的同—平面中,试判断哪根曲轴已达到静平衡的设计要求,哪根曲轴达到了动平衡设计的要求,并说明原因。
解:
想一想:
刚性转子进行了动平衡,是否还需进行静平衡?
为什么?
经过平衡设计后的转子,为什么还要进行平衡试验?
6-4在图示盘形转子中,存在4个不平衡质量。
它们的大小及其质
心到回转轴的距离分别为ml=l0kg,r1=l00mm;m2=8kg,r2=150mm,
m3=7kg,r3=200mm;m4=5kg,r4=l00mm。
试对该转子进行平衡设计。
解:
选取比例尺W=0.04kg·m/mm
想一想:
机械平衡的目的是什么?
造成机械不平衡的原因可能有哪些?
何谓“质径积”?
引入“质径积”概念的意义何在?
6-5图示为一钢制圆盘,盘厚b=50mm,位置I处有一直径=50mm的通孔,位置Ⅱ处是一质量m2=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=7.8g/cm3)
解:
选取比例尺W=0.002kg·m/mm
想一想:
何谓刚性转子和挠性转子?
机械平衡分为哪几类?
何谓静平衡?
在什么情况下采用静平衡?
6-6如图所示为一装有带轮的滚筒轴。
已知带轮上有一不平衡质量ml=0.5kg,滚筒上有三个不平衡质量m2=m3=m4=0.4kg,其回转半径r1=80mm,r2=r3=r4=l00mm,各不平衡质量的分布如图。
试对该滚筒进行动平衡设计。
(建议将平衡基面选在平面T′、T″上)
解:
想一想:
何谓动平衡?
在什么情况下采用动平衡?
动平衡至少要选择几个平衡基面来加以平衡?
为什么?
选择平衡基面要考虑哪些因素?
6-7在图示曲柄滑块机构中,已知各构件的尺寸为lAB=100mm,lBC=300mm,连杆2的质量m2=12kg,质心S2在lBS2=lBC/3处;滑块3的质量m3=20kg,质心在C处;曲柄1的质心与A点重合。
今欲利用平衡质量法对该机构进行平衡。
试问若对机构进行完全平衡和只平衡滑块3处往复惯性力的50%,需加多大的平衡质量mC'和mC"(取lBC'=lAC"=50mm)。
解:
1)完全平衡
2)部分平衡
想一想:
对于作往复移动或平面运动的构件,能否在构件本身将其惯性力平衡?
什么是平面机构的完全平衡和部分平衡法?
为什么要这样处理?
比较上述两种平衡方法,从中得到什么结论?
第七章机械的运转及其速度波动的调节
7-1填充题
(1)机器速度波动的类型有和两种。
前者一般采用的调节方法是,后者一般采用的调节方法是。
(2)用飞轮进行调速时,若其它条件不变,则要求的速度不均匀系数越小,飞轮的转动惯量将越。
在满足同样的速度不均匀系数条件下,为了减小飞轮的转动惯量,应将飞轮安装在轴上。
(3)最大盈亏功是指机械系统在一个运动循环中的与之差的最大值。
(4)某机械主轴实际转速在其平均转速的±3%范围内变化,则其速度不均匀系数=。
(5)某机器的主轴平均角速度m=l00rad/s,机器运转的速度不均匀系数=0.05,则该机器的最大角速度max等于rad/s,最小角速度min等于rad/s。
7-2选择题
(1)在周期性速度波动中,一个周期内等效驱动力做功Wd与等效阻力做功Wr的量值关系是。
A.Wd>Wr;B.Wd (2)在机械系统的启动阶段,系统的动能,并且。 A.减少,输入功大于总消耗功;B.增加,输入功大于总消耗功; C.增加,输入功小于总消耗功;D.不变,输入功等于零。 (3)等效转动惯量的值。 A.一定是常数;B.一定不是常数; C.可能小于零;D.一定大于零。 (4)对于周期性速度波动的机器,安装飞轮主要是为了在阶段进行速度调节。 A.起动;B.停车;C.稳定运转。 (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.减小;C.产生。 (6)在机械系统速度波动的一个周期中的某一时间间隔内,当系统出现时,将使系统的运动速度,此时飞轮将能量。 A.亏功减小释放;B.亏功加快释放;C.盈功减小存储C.盈功加快释放。 (7)机器中安装飞轮后,可以。 A.使驱动功与阻力功保持平衡;B.增大机器的转速; C.调节周期性速度波动;D.调节非周期性速度波动。 (8)在周期性速度波动中,一个周期内机器的盈亏功之和是。 A.大于0B.小于0C.等于0 (9)有三个机构系统,它们主轴的max和min分别是: A.1025rad/s,975rad/s;B.512.5rad/s,487.5md/s;C.525rad/s,475rad/s。 其中,运转最不均匀的是,运转最均匀的是。 (10)下列说法中,正确的是。 A.机械的运转速度不均匀系数的许用值[]选得越小越好,因为这样可以使机械的速度波动较小; B.在结构允许的条件下,飞轮一般装在高速轴上; C.在结构允许的条件下,飞轮一般装在低速轴上; D.装飞轮是为了增加机械的重量,从而使机械运转均匀。 (11)一机器的能量指示图如图所示,最大盈亏功为。 A.70J;B.50J;C.120J;D.60J。 7-3判断题 (1)等效力矩是加在等效构件上的真实力矩,它等于加在机械系统各构件上诸力矩合力矩。 () (2)在稳定运转状态下机构的周期性速度波动也可用调速器调节。 ()
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