浙江工业大学机械原理习题卡.doc

第二章 机构的结构分析一、试画出图示平面机构的机构示意图，并计算自由度（步骤：1）列出完整公式，2）带入数据，3）写出结果）。图a) 唧筒机构用于水井的半自动汲水机构。图中水管4直通水下，当使用者来回摆动手柄2时，活塞3将上下移动，从而汲出井水。3241 n= 3 pL= 4 pH= 0 p= 0 F= 0 F=3n(2plphp)F = 33（2400）0 = 1 图b) 缝纫机针杆机构 原动件1绕铰链A作整周转动，使得滑块2沿滑槽滑动，同时针杆作上下移动，完成缝线动作。观察方向解： 自由度计算： 画出机构示意图：n= 3 4321 pL= 4 pH= 0 p= 0 F= 0 F=3n(2plphp)F = 33(2400)0 = 1 图c）所示为一具有急回作用的冲床。图中绕固定轴心A转动的菱形盘1为原动件，其与滑块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，并计算自由度。b) l= 1 mm/mm53(4)2167解：1) 选取适当比例尺l，绘制机构运动简图(见图b)2) 分析机构是否具有确定运动n= 5 pL= 7 pH= 0 p= 0 F= 0 F=3n(2plphp)F= 35(2700)0 1 机构原动件数目 1 机构有无确定运动？ 有确定运动 想一想 1如何判断菱形盘1和滑块是否为同一构件？它们能为同一构件吗? 2 为了使冲头6得到上下运动，只要有机构CDE即可，为什还要引入机构ABC？(可在学过第三章后再来想想)二、图a)所示为一简易冲床的初拟设计方案。设计者的思路是：动力由齿轮1输入，使轴A连续回转;而固装在轴A上的凸轮2与杠杆3组成的凸轮机构使冲头4上下运动，以达到冲压的目的。试绘出其机构运动简图（各尺寸由图上量取），分析是否能实现设计意图，并提出修改方案。解 1) 选取适当比例尺l，绘制机构运动简图(见图b)2) 分析是否能实现设计意图n= 3 pL= 4 pH= 1 p= 0 F= 0 F=3n(2plphp)F=35(2700)0= 1 机构有无确定运动？ 有确定运动 能否实现设计意图？ 不能 43211A4532b3b2p113) 提出修改方案（图c）b) l= 1 mm/mm453211 c) 想一想：1通过本题你对在设计新的机械或分析现有机械时，首先要绘制机构的运动简图有什么体会?2计算机构自由度的目的是什么?3当机构的自由度小于1时，可通过哪些途径来增加自由度?本题中还可列出哪些简单而又适用的修改方案？三、计算图示机构的自由度，并在图上指出其中的复合铰链、局部自由度和虚约束。n= 8 pL= 10 pH= 2 p= 0 F= 1 局部自由度复合铰链F=3n(2plphp)F=38(21020)1= 1 复合铰链局部自由度虚约束n= 8 pL= 10 pH= 2 p= 1 F= 1 F=3n(2plphp)F=38(21021)1= 2 复合铰链虚约束局部自由度n= 10 pL= 14 pH= 1 p= 1 F= 1 F=3n(2plphp)F=310(21411)1= 1 四、对图示翻台机构：(1) 绘出机构简图；(2) 计算自由度；(3) 进行结构分析，并指出杆组的数目与级别以及机构级别。图中箭头所在构件为原动件。五、试计算图示机构的自由度。（若有复合铰链、 局部自由度或虚约束， 必须 明确指出。并指出杆组的数目与级别以及机构级别。 第3章 平面机构的运动分析答案一、 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。53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KN(N1)/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a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 。32B4A1P13P34P24P14P23P12二、试求出图示各机构在图示位置时全部瞬心的位置(用符号直接标注在图上)。1234BCAP12P23（P24）P34P14P131234BCDAP23（P13）P14（P24）P34P1223490AB1CP12P14（P13）P23(P24)P341234ABCD2a)三、 在图a所示的四杆机构中，lAB=60mm,lCD=90mm，lAD=lBC=120mm，2=10rad/s，试用瞬心法求：1）当165时，点C的速度vC；2）当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vC0时，角之值（有两个解）；解：1）以选定的比例尺l作机构运动简图（图b）。 2）求vC，定出瞬心P13的位置（图b）BCl=0.003m/mmb)1234AD=1652P12P23P34P14P13EvC=3l= =2.4174=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。l=0.003m/mmc)1AB1B2C1(P13)C2(P13)21DvE=3l2.4523=374(mm/s)4）定出vC0时机构的两个位置（作于图c），量出：145 227想一想：1.要用瞬心法求解某构件（如构件3）上点的速度，首先需要定出该构件的何种瞬心？2.构件（如构件3）上某点的速度为零，则该点一定就是它的什么瞬心？AB11四、 在图示摆动导杆机构中，BAC90，LAB=60mm，LAC=120mm，曲柄AB以等角速度1=30rad/s转动。请按照尺寸按比例重新绘制机构运动简图，试用相对运动图解法求构件3的角速度和角加速度。2 解：取长度比例尺作机构运动简图 vB2=1lAB=3060=1800mm/s=1.8m/s3 aB2=12lAB=30260=54m/s2AC4 方向：BC AB BC b3 大小： ？ 1lAB ？ b2 16rad/s，顺时针 方向：BC BC BA CB /CB 大小：32lBC ？ 12lAB 22vB3B2 ? 0.1b2b3 b3 1210rad/s2，逆时针 (注：1和1计算过程略)五、 图示的各机构中，设已知各构件的尺寸，原动件1以等角速度1顺时针方向转动。试用图解法求机构在图示位置时构件3上C点的速度及加速度(列出相对运动图解法矢量公式，进行大小、方向分析，最后将下面的速度矢量图和加速度矢量图补充完整。)2B11CA3Dp（c）4n2， cb 上图中， 方向：CD AB BC 方向：CD CD BA CB CB大小： ？ 1lAB ？ 大小：CD2lCD ？ 12lAB CB2lCB ？ 有：vC=0，3=0，2=0.51 aC= aC t=1.5 aB=1.51 2 lAB 12C34AB1p(c2)b(c3) 方向： ? AB BC BC大小： ？ 1lAB ？ 0 ? 方向： ? BA CB CB BC 大小： ？ 12lAB 32lCB ？ 0 23vC3C2=0 ? 有：vC3=1lAB aC3=0六、已知：在图示机构中，lAB=lBC=lCD=l，且构件1以1匀速转动。AB、BC处于水平位置CDBC，试用相对运动图解法求3，3 （v和a可任意选择）。解： 属于两构件间重合点的问题1DCBA2341b2p(b3)思路：因已知B2点的运动，故通过B2点求B3点的运动。1） 速度分析 方向：BD AB CD 大小: ? 12l ？ 在速度多边形中，b3与极点p重合，vB3=0 且3vB3/ lBD0，由于构件2与构件3套在一起，230 b3b2p或2） 加速度分析 方向： BD BA CD 大小: 0 ? 12l 0 ？ 在加速度多边形中，矢量代表 则有：将矢量移至B3点，可见为3逆时针。七、已知铰链四杆机构的位置、速度多边形和加速度多边形如下图所示。试求： 构件1、2和3上速度均为的点X1、X2和X3的位置； 构件2上加速度为零的点Q位置，并求出该点的速度； 构件2上速度为零的点H位置，并求出该点的加速度； HQX3X2X11ABCD1234p(q)n2bcn3p(a,d,h)cx x1x2 x3l0.002m/mma0.05m/s2/mmv0.01m/s/mmhqaH=v0.0569=3.45m/svQ=v0.0139=0.39m/sb (各速度矢量和加速度矢量的大小任意，但方向必须与此答案相同)4 机构力分析填空题：1. 作用在机械上的力分为 驱动力 和 阻抗力 两大类。2对机构进行力分析的目的是：(1) 确定运动副中的反力 ；(2)确定机械上的平衡力或平衡力矩 。 3. 质量代换中，动代换是指满足质量不变、质心位置不变以及对质心轴的转动惯量不变；而静代换则是指只满足 构件的质量不变和质心位置不变 。 4. 在滑动摩擦系数相同条件下，槽面摩擦比平面摩擦大，其原因是槽面摩擦的当量摩擦系数为，明显大于f，因此，机械中三角带传动比平型带传动用得更为广泛，而联接用的螺纹更多地采用三角形为螺纹牙型。5. 虑摩擦的移动副，当发生加速运动时，说明外力的作用线与运动方向法线的夹角 大于摩擦角 ，当发生匀速运动时，说明外力的作用线与运动方向法线的夹角 等于摩擦角 ，当发生减速运动时，说明外力的作用线与运动方向法线的夹角 小于摩擦角 6. 考虑摩擦的转动副，当发生加速运动时，说明外力的作用线 在摩擦圆之外 ，当发生匀速运动时，说明外力的作用线 与摩擦圆相切 ，当发生减速运动时，说明外力的作用线 与摩擦圆相割 。选择题：1. 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C。A)驱动力； B)生产阻力； C)有害阻力；D)惯性力。2. 风力发电机中的叶轮受到流动空气的作用力，此力在机械中属于 A。A)驱动力； B)生产阻力； C)有害阻力；D)惯性力。3. 在空气压缩机工作过程中，气缸中往复运动的活塞受到压缩空气的压力，此压力属于B。A)驱动力； B)生产阻力； C)有害阻力；D)惯性力。4. 在外圆磨床中，砂轮磨削工件时它们之间的磨削力是属于B。A)驱动力； B)生产阻力； C)有害阻力；D)惯性力。5. 在带传动中，三角胶带作用于从动带轮上的摩擦力是属于A。A)驱动力； B)生产阻力； C)有害阻力；D)惯性力。6. 在机械中，因构件作变速运动而产生的惯性力D。A)一定是驱动力；B)一定是阻力；C)在原动机中是驱动力，在工作机中是阻力；D)无论在什么机器中，它都有时是驱动力，有时是阻力。7. 在机械中阻力与其作用点速度方向 D 。A).相同; B).一定相反; C).成锐角; D).相反或成钝角8. 在机械中驱动力与其作用点的速度方向C 。A一定同向； B可成任意角度； C相同或成锐角； D成钝角9. 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 C 切于摩擦圆。A) 都不可能；B)不全是；C)一定都。综合题1：当图示的轧钢机的轧辊回转时,不需外力的帮助即能将轧件带入轧辊之间。（忽略轧件自重）1试证明这时轧辊与轧件间的摩擦角不应小于；2若d=1200mm,a=25mm及轧辊与轧件间的摩擦系数f0.3，求轧件的最大厚度h。解：1图示工件在A点处受到辊子给工件的作用力，根据摩擦角的定义，该力方向将沿接触点公法线方向，向阻碍工件相对辊子运动方向偏转摩擦角，如图所示同理，在A点对应的点处也有同样情况明显，两个力的合力必须产生向右的分力才能将工件牵引入内，即必须才能完成牵引2由几何关系综合题2：对图示机构的各构件作出力分析，画出各构件的受力分析图（不考虑惯性力,考虑摩擦力与不考虑摩擦力分别分析，摩擦角自定）。综合题3：对图示机构的各构件作出力分析，画出各构件的受力分析图（不考虑惯性力,考虑摩擦力与不考虑摩擦力分别分析）。综合题4：图 示 手 压 机 机 构 运 动 简 图。 运 动 副A、B、C 处 的 摩 擦 圆 ( 以 细 线 圆 表 示) 及 移 动 副 的 摩 擦 角 如 图 示。 作 用 于 构 件1 上 的 驱 动 力P=500 N。 试 用 图 解 法 作：(1) 在 该 简 图 上 画 出 各 运 动 副 的 总 反 力 作 用 线 及 指 向；(2) 写 出 构 件1、3 的 力 矢 量 方 程 式；(3) 画 出 机 构 的 力 多 边 形 ;综合题5：图示楔块 机 构。 已 知：， 各 摩 擦 面 间 的 摩 擦 系 数 均 为 , 阻力 N。 试：(1) 画 出 各 运 动 副 的 总 反 力；(2) 写 出 块1、2 的 力 矢 量 方 程 式；(3) 画 出 力 矢 量 多 边 形；(4) 用 解 析 法 求 出 驱 动 力 之 值。解：详见第五章习题答案5 机械的效率和自锁填空题：1设机器中的实际驱动力为，在同样的工作阻力和不考虑摩擦时的理想驱动力为，则机器效率的计算式是 = /。2设机器中的实际生产阻力为，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,则机器效率的计算式是 /。3假设某机器由两个机构串联而成，其传动效率分别为和，则该机器的传动效率为 * 。4假设某机器由两个机构并联而成，其传动效率分别为和，则该机器的传动效率为 （P1*1+ P2*2）/(P1+P2) 。5. 从受力观点分析，移动副的自锁条件是 外力的作用线与运动方向法线的夹角小于等于摩擦角 ；转动副的自锁条件是 外力的作用线与摩擦圆相切或相割 ；从效率观点来分析，机械自锁的条件是 效率小于等于零 。综合题1：某滑块受力如图所示，已知滑块与地面间摩擦系数f，试求F与Q分别为驱动力时的机构运动效率。F为驱动力：于是由正弦定理：Q令，得F因此，其效率为当Q为驱动力，F变为阻力，取代替上式中的，并取倒数，得第四章习题中，综合题5，要求计算该机构效率。（可直接利用前面的计算结果）由正弦定理： 和于是代入各值得：取上式中的，可得于是综合题2：图 示 为 由 A、B、C、D 四 台 机 器 组 成 的 机 械 系统，设 各 单 机 效 率 分 别 为、 ， 机 器B、D 的 输 出 功 率 分 别 为 和。(1) 试 问 该 机 械 系 统 是属 串 联、 并 联 还 是 混联 方 式？(2) 写 出 该 系 统 应 输 入 总 功 率 的 计 算 式。综合题3：已知机构位置图、摩擦圆半径、摩擦角如图所示。图中为已知生产阻力。试(1) 在 图 中 画 出 各 运 动 副 总 反 力 作 用 线 ( 方 向、 位 置 及 指 向 );(2) 求 出 机 构 在 图 示 位 置 的 驱 动 力 及 瞬 时 效 率 。 m/mm综合题4：图 示 楔 块 装 置， 两 面 摩 擦 系 数 均 为。 求 将 楔 块1 打 入2 后 能 自 锁 的 条 件。 即 撤 去力 后， 在 楔 紧 力 作 用 下， 楔 块1 不 能 脱 出 的 条 件。综合题5：图 示 楔 块 夹 紧 机 构。 各 摩 擦 面 间 的 摩 擦 系 数 为， 正 行 程 时 为 阻 力， 为 驱 动 力。 试 求：(1) 该 机 械 装 置 正 行 程 的 机 械 效 率 ( 用 和 摩 擦 角 表 示)。(2) 反 行 程 欲 自 锁， 角 应 满 足 什 么 条 件。6 机械平衡填空题：1. 回转构件的直径和轴向宽度之比符合 =5 条件或有重要作用的回转构件，必须满足动平衡条件方能平稳地运转。如不平衡，必须至少在 2 个校正平面上各自适当地加上或去除平衡质量，方能获得平衡。2. 只使刚性转子的 惯性力 得到平衡称静平衡，此时只需在 1个 平衡平面中增减平衡质量；使 惯性力和惯性力偶矩 同时达到平衡称动平衡，此时至少要在 2个 个选定的平衡平面中增减平衡质量，方能解决转子的不平衡问题。3. 刚性转子静平衡的力学条件是 各偏心质量的惯性力的合力为零 ，而动平衡的力学条件是 各偏心质量的惯性力的合力和惯性力偶矩均为零。4. 图a、b、c中，S为总质心，图 a、b 中的转子具有静不平衡，图 c 中的转子是动不平衡。5. 图示两个转子，已知，转子a是 静 不平衡的 ，转子b是 动 不平衡的。选择题：1. 设图示回转体的材料均匀，制造精确，安装正确，当它绕AA轴线回转时是处于 D 状态。A)静不平衡B)静平衡C)完全不平衡D)动平衡2. 图示为一圆柱凸轮。设该凸轮的材料均匀，制造精确，安装正确，则当它绕AA轴线转动时，是处于 B 状态。A)静不平衡B)静平衡C)完全不平衡D)动平衡3. 图示一变直径带轮。设该带轮的材料均匀，制造精确，安装正确，当它绕AA轴线回转时是处于 D 状态。A)静不平衡B)静平衡C)完全不平衡D)动平衡判断题：1. 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。( )2. 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。( )综合题1：图示为绕O点回转的薄片圆盘，在位置1、2处钻孔，孔部分材料质量分别为，。为进行静平衡，欲在半径的圆周上钻一孔。试表示出孔的 方向，并求出钻去材料的质量。解：由静平衡条件：得，方向如图所示。所以钻孔的质量为综合题2：图示为一鼓轮，上有重块A、B，已知它们的质量，今欲在平面、上分别加一平衡质量和，它们分布在的圆周上，使鼓轮达到完全平衡。试求和的大小，并在图中画出它的安放位置。解：将不平衡质量、分解至，平面内，因为位于平面内，不用分解，所以只需要分解在平面内，由得设与竖直方向的夹角为，则，在平面II内由得方向如图所示。综合题3：在图示曲轴上，四个曲拐位于同一平面内，若质径积，试判断该曲轴是否符合动平衡条件？为什么？ 第7章简答题：1.分别写出机器在起动阶段、稳定运转阶段和停车阶段的功能关系的表达式，并说明原动件角速度的变化情况。起动阶段：WdWcE，机械的角速度由零渐增至m稳定运行阶段：周期变速稳定运转：WdWc，m常数，而 作周期性变化等速稳定运转：WdWcm常数，停车阶段： EWc，由m渐减为零。2. 图示为某机器的等效驱动力矩和等效阻力矩的线图，其等效转动惯量为常数，该机器在主轴位置角等于 /2 时，主轴角速度达到,在主轴位置角等于 2 时，主轴角速度达到。3.机器等效动力学模型中，等效质量的等效条件是什么？试写出求等效质量的一般表达式。不知道机构的真实的运动，能否求得其等效质量？ 为 什 么？答：等效质量的等效条件是：等效构件与原机械系统动能相等，一般表达式为：memi(vSi /v)2JSi(i /v)2。不知道真实运动不能求得等效质量，因为计算表达式中需要机构的具体运动参数。机 器 等 效 动 力 学 模 型 中， 等 效 力 的 等 效 条 件 是 什 么？ 试 写 出 求 等 效 力 的 一 般 表 达 式。 不 知 道 机 器 的 真 实 运 动， 能 否 求 出 等 效 力？ 为 什 么？答：等效力的等效条件是：等效构件与原机械系统的瞬时功率相等，一般表达式：FeFicosi(vi /v) Mi(i /v)，不知道真实运动不能求得等效力，因为计算表达式中需要机构的具体运动参数。填空题：1. 设某机器的等效转动惯量为常数，则该机器作匀速稳定运转的条件在每一瞬时,驱动功率等于阻抗功率 ， 作变速稳定运转的条件是 在一个运动周期中，驱动功等于阻抗功 。2. 机器中安装飞轮的原因，一般是为了 调节周期性速度波动，同时还可获得降低原动机功率 的效果。3. 某机器主轴的最大角速度，最小角速度，则该机器的主轴平均角速度等于195 rad/s，机器运转的速度不均匀系数等于0.05。4. 图示为某机器的等效驱动力矩和等效阻力矩 的 线 图，其 等 效 转 动 惯 量 为 常 数， 该 机 器 在 主 轴 位 置 角 等 于/2 时， 主 轴 角 速 度 达 到， 在 主 轴 位 置 角 等 于 3/2 时， 主 轴 角 速 度 达 到。5. 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 大 ， 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 高速 轴上。6. 机器运转时的速度波动有 周期性 速度波动和 非周期性 速度波动两种，前者采用 飞轮 调节,后者采用 调速器 进行调节。判断题：1. 为了使机器稳定运转，机器中必须安装飞轮。( )2. 机器中安装飞轮后，可使机器运转时的速度波动完全消除。( )3. 为了减轻飞轮的重量，最好将飞轮安装在转速较高的轴上。( )4. 机器稳定运转的含义是指原动件(机器主轴)作等速转动。( )综合题1：如图所示，AB为一机器的主轴，在机器稳定运转时，一个运动循环对应的转角,等效驱动力矩以及转化转动惯量均为常数，等效阻力矩的变化如图b所示。试求：(1)的大小。(2)当主轴由转至时，与所作的盈亏功(剩余功) ?(3)若，当主轴由转至时主轴角速度?(4)在一个运动循环中，主轴最大和最小角速度发生在哪些位置？(在图b中标出。)综合题2：机械系统，当取其主轴为等效构件时，在一个稳定运动循环中，其等效阻力矩M r如图所示。已知等效驱动力矩为常数，机械主轴的平均转速为1000r/min。若不计其余构件的转动惯量，试问：(1)当要求运转的速度不均匀系数时，应在主轴上安装一个JF =? 的飞轮；(2)如不计摩擦损失，驱动此机器的原动机需要多大的功率N (kW ) ?综合题3：已知机器在一个运动循环中主轴上等效阻力矩Mr的变化规律如图示。设等效驱动力矩Md为常数，主轴平均角速度，许用运转速度不均匀系数。除飞轮外其它构件的质量不计。试求：（1）驱动力矩Md；（2）主轴角速度的最大值和最小值及其出现的位置（以角表示；（3）最大盈亏功；（4）应装在主轴上的飞轮转动惯量。解： 在区间，在区间，在区间，在区间，将以上关系作图如上所示，由图知，出现在处，出现在处。综合题4：某 机 械 在 稳 定 运 转 的 一 个 运 动 循 环 中， 等 效 构 件 上 等 效 阻 力 矩 线 图 如 图 示。 等 效 驱 动 力 矩 为 常 数， 等 效 转 动 惯 量kgm2， 平 均 角 速 度rad/s， 要 求 运 转 速 度 不 均 匀 系 数。 试 求：（1） 等 效 驱 动 力 矩；（2） 与 的 位 置；（3） 最 大 盈 亏 功；（4） 应 安 装 飞 轮 的 转 动 惯 量。