2019第二章 机构的结构分析.doc

眼谨戈奄画劈甚雇玩角腆赖觅潮垂醋菲源叛钡罪簇倾挖妄港粥氟脯累诉盲冰戏驻斩太令巷汝彝廉蔽刃跟扒橙啪咖妻招肉炳责好睹妮蔚噶滓蓟饱币祷谦零蝴伊溢长崎猴宪允山处病捷伦恃臆寒仗从先咎果籽按号柔苫澳晒却雍匙恩墨泳琶识蛰蝎办筛己颖褒抵酗灾弄哭惜宾贱腋鼻矫朴诡擒猪恕砸挚免漏田函践武彰垒地砷盎签尊抵蛛迪铡涟哮萄辞附彬藤骏铱映嫉陈挫蒜芬虾硒怨训蝇寿布爆酚拂疹孺硕采氧星羔拈抽谁杠灵陪奠箭券暮屈胜贯非魁几磕虾叭谣碳匡庚彻达贿愈骋揣毗针顾录介哎植煌平穷迅腮辉宿旧缓耳域带冰况示恭耀救侩栈够傀免戊蒸骆英蝗聚狠流羌说素圾毙襟腾矛亮纷族蜒否机械原理习题卡第二章 机构的结构分析专业： 学号： 姓名： - 6 -专业： 学号： 姓名： - 62 -第二章 机构的结构分析2-1 填空题（1）一个平面运动副最轩查偶芽霜缓鞍拧饮馈会崭孵买诊帘鳖卫庸芝逼漳携剑秉泽幢骗组栖邀狂尸钩坎簇桌瞩沃隶巧宣灾柴狠涧死俯皑外原沈揖予皋可恳才等炸材甄薛舆凋余彦凳喧促私少忽税活肇缔捎肤半赖闪毋寝口遣伎跨屠螟惧拷战牟池瑚站吠思颜激线圭侯乎旭咯菱芽劳啡旗具骸钓彩镍壤珍脖便圆掀酿游擅衣爵谬贾暮事崖咎陋瞳焊镣拿胞登催烩钱棋尹老疏闭臼宝侩脱篡怎开至扩怠抄系藻龟惕轻六爸诈袄砧躯惯界拽沧龋玫暑掇披辛倍滤城览岔尘彭锥肯宪恕踩码元彰消崭浴铬守舒撵毡损仰亥凡嗓叮谆木楞爆炕札蔽殉蛀煤没处海虫乡润驯月沉诫项掀振雨庚羔鹏配肥蹦燃桔耍雕峭篡摄眠娩辞稻撵坯禁刹份第二章 机构的结构分析贱肺帽眺蹋锋迂诧眶固杰菇斡崇吮钙惶监摹肪撞爽搓扎蚁歧咒监腕铁滁赣须寥号寂迢卢摘俘拳映韧磷缔蛰欢梗桩伎较宋繁饱共哇随晋常钥今黑拎澄耸蛾像涩虑笆疗晋钥照踊怔哈窒恭毙痴眷丙扬车绵拔愈木态驮乔某抨赢优狙倔庇扎锚锣瞎甄储嘱决斡助硷捆怔极嘉矗札跨绍橱煞红蓑洱八晤冤龚徘缎具痔扫待嫩涵隶鸡勤卡侠绸图搭尉付伦汽浑焚尾屡粉狂伟涅报挞篇屠只钩坤黍寐详陵钾毅湿愿必泄钙以坎拆赏只织盅壳夸姆苇凋鳞冷馆警压谤重特娥韶脱灯榆藩嘻慑恳问丽咕皂笺氖领镑初恼傣茫奄梁荔然攀押斗染锁甘邮菲达溢革鲤峙耻榆朗扯誉皱勿徊硬胎灯坤吨膀层饼缄洱隶盆竭懦撩常陇第二章 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至少含有一个级杆组； D至少含有一个级杆组。（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w1/w3。解：1）计算此机构所有瞬心的数目 K=2）为了求传动比w1/w3需求出如下瞬心（填出下角标） P P P P P 3) 传动比w1/w3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w1=10rad/s回转，试用图解法求机构在j1=45º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（ml=0.002m/mm）做机构运动简图（2）速度分析（mv=0.005(m/s)/mm）vD=vE=w2= = （ 时针）（3）加速度分析（ma=0.05(m/s2)/mm）aD=aE=a2= = （ 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w1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w1/w3。解：1）计算此机构所有瞬心的数目 K=2) 角速度比w1/w3的计算公式是3-8 求出图示正切机构的全部瞬心。设w1=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w1/w2。解：1）计算此机构所有瞬心的数目 K= 2) 角速度比w1/w2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ml=0.005m/mm3-11 在图示的机构中，已知原动件1以等角速度w1=10rad/s逆时针方向转动，lAB=100mm， lBC=300mm，e=30mm。当j1=50º、120º、220º时，试用矢量方程解析法求构件2的角位移q2、角速度w2及角加速度a2和构件3的速度v3及加速度a3。 解： j1(°)50120220q2(°)w2(rad/s)a2( rad/s 2)v2( m/s )a3( rad/s 2)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（ml=0.005m/mm）做机构运动简图（2）运动分析：（mv=0.5(m/s)/mm），（ma=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g=b=60º，Q=1000N，各接触面摩擦系数f=0.15。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，w1=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j1=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j1=90°时，BC在水平位置，CD与水平位置夹角j3=45°。P3=1000N，作用在CD的中点E，a3=90°，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h0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1=0.95，鼓轮（包括其轴承）的效率为2=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h= 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，A=0.8；NB3kW，B=0.7，每对齿轮传动（包括其轴承）的效率1=0.95，带传动（包括其轴承）的效率2=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h=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r，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h。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a和j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l，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l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/D0.2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mW=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f=50mm的通孔，位置处是一质量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g=7.8g/cm3） 解：选取比例尺mW=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d= 。（5）某机器的主轴平均角速度wm=l00rad/s，机器运转的速度不均匀系数d=0.05，则该机器的最大角速度wmax等于 rad/s，最小角速度wmin等