平面机构的力分析机械的摩擦与效率

1、平面机构的力分析、机械的摩擦与效率（ 总分： 100.00 ，做题时间： 90 分钟 ）一、B 填空题 /B（ 总题数： 12，分数： 12.00）1. 作用在机械上的力按作用在机械系统的内外分为 和。（分数： 1.00 ）填空项 1: （正确答案：外力 内力）解析：2. 作用在机械上的功按对机械运动产生的作用分为 和。（分数： 1.00 ）填空项 1: （正确答案：驱动功 阻抗功）解析：3. 机构动态静力分析时，把 1 视为一般外力加在机构构件上，解题的方法、步骤与静力分析完全一样。 （分数： 1.00 ）填空项 1: （正确答案：惯性力 （ 力矩）解析：4. 用速度多边形杠杆法可以直接求出

2、作用在任意构件上的未知平衡力（平衡力矩 ） ，此方法的依据是 1原理（分数： 1.00 ）填空项 1: （正确答案：虚位移）解析：5. 运动链的静定条件为 ，。（分数： 1.00 ）填空项 1: （正确答案： F=0 此运动链上不作用任何未知外力 （包括力矩 ） ）解析：6. 矩形螺纹和梯形螺纹用于 ，而三角形 （普通）螺纹用于 。（分数： 1.00 ）填空项 1: （正确答案：传动 连接）解析：7. 机构效率等于 功与功之比，它反映了 功在机械中的有效利用程度。（分数： 1.00 ）填空项 1: （正确答案：输出 输入 输入）解析：8. 移动副的自锁条件是 ，转动副的自锁条件是 ，螺旋副的自

3、锁条件是 。（分数： 1.00 ）填空项 1: （正确答案：传动角 小于摩擦角 或当量摩擦角 v 外力作用线与摩擦圆相交或相切 螺纹升角 小于摩擦角 或当量摩擦角 v）解析：9. 从效率的观点来看，机械的自锁条件是 ；对于反行程自锁的机构，其正行程的机械效率一般小于 （分数： 1.00 ）填空项 1: （正确答案：效率恒小于或等于零 50%）解析：10. 槽面摩擦力比平面摩擦力大是因为 1 。 （分数： 1.00 ）填空项 1: （正确答案：槽面的法向反力大于平面的法向反力）解析：11. 提高机械效率的途径有 ， ，。（分数： 1.00 ）填空项 1: （正确答案：尽量简化机械传动系统 选择合

4、适的运动副形式 尽量减少构件尺寸 减小摩擦）解析：12. 机械发生自锁的实质是 1 。（分数： 1.00 ）填空项 1: （正确答案：驱动力所能做的功总是小于或等于克服由其可能引起的最大摩擦阻力所需要的功）解析：二、B 选择题 /B（ 总题数： 8，分数： 4.00）13. 传动用丝杠的螺纹牙形选择 。A. 三角形牙B. 矩形牙C. 三角形牙和矩形牙均可（分数： 0.50 ）A.B. C.解析：14. 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（分数： 0.50 ）A.B. C.解析：15. 如果作用在轴颈上的外力加大，那么轴颈上摩擦圆 A. 变大B. 变

5、小C. 不变D. 变大或不变（分数： 0.50 ）A.B.C. D.解析：16. 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（分数： 0.50 ）A. B.C.D.解析：17. 两运动副的材料一定时，当量摩擦因数取决于 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（分数： 0.50 ）A. B.C.D.解析：18. 机械中采用环形支承的原因是 。A. 加工方便B. 提高承载能力C. 便于跑合轴端面D. 避免轴端中心压强过大（分数： 0.50 ）A.B.C.D. 解析：19

6、. 下述四种措施中， 不能降低轴颈中的摩擦力矩。A. 减小轴颈的直径B. 加注润滑油C. 略微增大轴承与轴颈的间隙D. 增加轴承的长度（分数： 0.50 ）A.B.C.D. 解析：20. 一台机器空运转，对外不做功，这时机器的效率 A. 等于零B. 大小不一定C. 大于零D. 小于零（分数： 0.50 ）A. B.C.D.解析：三、B 判断题 /B（ 总题数： 10，分数： 10.00）21. 惯性力是研究机械中构件在变速运动时所引进的虚拟力。 （分数： 1.00 ）A. 正确 B. 错误解析：22. 使机械的原动件加速运动的力称为阻抗力。 （分数： 1.00 ）A. 正确B. 错误 解析：2

7、3. 没有作用未知外力 （ 包括力矩 ） 的构件一定是静定的。 （分数： 1.00 ）A. 正确B. 错误 解析：24. 用速度多边形杠杆法可以直接求出作用在任意构件上的未知平衡力。 （分数： 1.00 ）A. 正确 B. 错误解析：用静力学的方法来解决25. 机构的动态静力分析是将构件惯性力与真实作用于其上的力组成一个平衡力系， 动力学的问题。（分数： 1.00 ）A. 正确 B. 错误解析：26. 平面摩擦的自锁条件是压力角大于摩擦角。（分数： 1.00 ）A. 正确B. 错误 解析：27. 平面摩擦的总反力方向恒与运动方向成一钝角。（分数： 1.00 ）A. 正确 B. 错误解析：28.

8、 对于转动副摩擦，总反力作用线永远切于摩擦圆。（分数： 1.00 ）A. 正确B. 错误 解析：29. 在机械运动中总是有摩擦力存在，机械功总有一部分消耗在克服摩擦力上。（分数： 1.00 ）A. 正确 B. 错误解析：30. 在外载荷和接触表面状况相同的条件下， 三角形螺纹的摩擦力要比矩形螺纹的大， 是因为摩擦面上的法 向反力更大。（分数： 1.00 ）A. 正确 B. 错误解析：四、B 计算题 /B（ 总题数： 24，分数： 74.00）31. 在如图所示偏心圆盘凸轮机构中， 已知凸轮的半径 R=160mm，LOA=80mm，凸轮重 G1=30N，从动件重 G2=10N， 凸轮以等角速度

9、（ 1=20（1/s） 顺时针方向转动。当 OA处于水平位置时，求凸轮和从动件的惯性力。分数： 5.00 ） 正确答案： （ 凸轮 F0=-97.86N ，从动件 FB=-18.84N）解析：32. 在如图所示的铰链四杆机构中，已知各构件的长度LAB=100mm， LBC=LCD=200mm，各构件的质量为m1=m2=m3=10kg。各构件的质心均在杆的中点。 K 是以 B 点为悬点时连杆的摆动中心，它位于 S2C的中点。曲 柄以等角速度 1 =20（1/s） 顺时针方向转动。当曲柄和摇杆的轴线在铅直位置而连杆的轴线在水平位置时， 求各构件的总惯性力。分数： 3.00 ） 正确答案： （ 凸轮

10、 Pi2 =-300N，作用点左移 h=17mm）解析：33. 在如图所示的铰链四杆机构中，已知曲柄AB以等角速度 1=15（1/s） 顺时针方向转动。 LAB=150mm，LBC=400mm，LCD=300mm，A、D点的相对转动位置如图所示，连杆 BC的质量 m2=10kg（ 其余构件的质量不计 ） ， 绕连杆质心 S2点(S2在 BC的中点 )的转动惯量 LS2=0.0013kgm2。当曲柄位置与水平成 60角时，求由于连 杆的惯性力而作用在运动副 B、C 中的反力。分数： 3.00 )正确答案：(RB=224.5N，RC=63.9N)解析：34. 在如图所示曲柄滑块机构中，已知LAB=

11、100mm， LBC=330mm，连杆的重量 G1=25N，滑块的重量 G2=21N，连杆质心 S2点至曲柄销 B的距离 LBS2=1/3L BC，连杆对质心的转动惯量 JS2=0.0425kgm2。若曲柄以 n1=1500r/min 顺时针方向匀速回转，试确定在图示位置时滑块的惯性力，并用质量代换法求连杆的惯性力。分数： 3.00 )正确答案：(P i3 =1542N，Pi2 =44500N)解析：35. 在如图所示双滑块机构中，已知机构位置与构件尺寸如图所示，构件2 的质心 S2 在 AB的中点，各构件的重量 G1=G2=25N，构件 2 对质心 S2 的转动惯量 JS2=0.04kgm2

12、。此机构的加速度图已在图中给出。试确定 构件 1、 2 和 3 的惯性力。分数： 3.00 ) 正确答案： (P i3 =-127.45N ， Pi2 =-307.95N ， Pi3 =-280.4N)解析：36. 在如图所示铰链四杆机构中，已知 LAB=250mm，LBC=LAD=700mm，LCD=350mm， LBE=400mm，作用在杆 3 上的阻力矩 M1=45Nm，作用在杆 2上 E点的力 P2=350N(水平方向 ) 。试求各运动副中的反力以及应加在构件1 上的平衡力力偶矩 Mb。分数： 3.00 )正确答案：(R12=550N，R43=300N，R41=550N，Mb=137.

13、9Nm)解析：37. 在如图所示曲柄滑块机构中， 已知 LAB=200mm，LBC=400mm，h=80mm， 1=90，水平方向作用力 P3=1000N。 试求各运动副中反力以及必须加在曲柄 1 上的平衡力矩 Mb，并用速度多边形杠杆法检验 Mb 的值。分数： 3.00 ) 正确答案： (R21=-R32=1154.7N ，R14=R12=1154.7N，Mb=199.99Nm) 解析：38. 在如图所示六杆机构中， 已知， LAB=80mm，LBC=LCD=240mm，LCE=LCD/2 ，1=90，4=45，12=23=90， 滑块 5的导路在此瞬时与构件 2 轴线重合，载荷 P5=10

14、00N。试求各运动副中反力以及应加在构件1上的平衡力矩。分数： 3.00 ) 正确答案： (R56=1000N，R54=1414.21N，R34=1414.21NR36=1118N，R12=500N，R16=500N，M1=40Nm) 解析：39. 如图所示为手摇唧筒机构。已知各部分尺寸和接触面的摩擦因数 f ，转动副 A、B、C处的虚线圆代表摩 擦圆。试画出在 P力作用下的各总反力作用线位置和方向 (不考虑各构件的质量和转动惯量 ) 。分数： 3.00 ) 正确答案： ( 如下图所示正确答案： ( 如下图所示 正确答案： ( 如下图所示) 解析：40. 如图所示为一摆动凸轮机构。已知各部分尺

15、寸和接触面的摩擦因数，转动副A、B 处的虚线圆代表摩擦圆。试画出在 M1作用下的各运动副总反力位置和方向 (忽略各构件的质量和转动惯量 ) 。分数： 3.00 ) 正确答案： ( 如下图所示*)P为作用在推杆 2 上的外载荷。画出总反力解析：41. 如图所示为一摆推杆盘形凸轮机构，凸轮 1 逆时针方向转，R12， R32的方向线。滑动摩擦因数及摩擦圆半径均为已知f 及摩擦圆半径 ，如图所示。 M1为驱动力矩，分数： 3.00 )分数： 3.00 )正确答案： ( 如下图所示*) 解析：43. 如图所示的重量 G=40N的滑块 1，在倾角 =30的 P 力作用下沿水平面作等速运动，若接触面的摩擦

16、 因数 f=0.286 ，试用图解法求驱动力 P。分数： 3.00 ) 正确答案： ( 如下图所示驱动力 *滑轮组的效率 *)解析：46. 在如图所示连杆机构中，已知驱动力矩Md 和摩擦角 。图中虚线小圆为转动副的摩擦圆， Q为阻力摩擦角 =aretanf 16。选* 作力矢量多边形，得 * 。 ) 解析：44. 如图所示，构件 1 为一凸轮机构的推杆， 它在力 P的作用下沿导轨 2 向上运动，设两者的摩擦因数 f=0.2 ， 试问为了避免发生自锁，导轨的长度 L 应满足什么条件 ?分数： 3.00 ) 正确答案： ( 如下图所示*摩擦角 =arctan0.2 。画出构件 1 所受运动副反力

17、* ，画出所受力的矢量封闭多边形，如图所示。得 *对 B 点取矩，要使杆 1 不自锁，必须满足* l 200f=40mm)解析：D，轴销处摩擦圆半径为 45. 如图所示滑轮组在驱动力 P 作用下工作，已知物体重 Q，两滑轮直径均为试求驱动力 P 的大小及滑轮组的效率 ( 不计绳索与滑轮间的摩擦)。分数： 3.00 )(1) 直接在图上画出各运动副中反力作用线的位置和方向。(2) 写出构件 3 的力平衡方程式，画出构件 3 的力多边形草图 (分数： 3.00 )正确答案：(1) 各运动副中反力作用线的位置和方向如下图 a 所示。*(2) 构件 3 的力平衡方程： Q+R43+R23=0，构件 3

18、 的力多边形草图如图 b 所示。 ) 解析：47. 如图所示斜面斜角为 ，其上滑块匀速沿斜面上升，滑块上受与斜面平行的力F 和铅垂向下的力 Q作用，滑块与斜面间摩擦角为 。试求出该斜面的效率计算式。分数： 3.00 )正确答案： ( 如下图所示。 * *)解析：48. 如图所示定滑轮 2 的直径为 D，虚线小圆为转动副 A 中的摩擦圆，其半径为 ，F 为驱动力， 垂直向下若不计绳与轮间的摩擦力，试：(1) 在图上标出转动副 A 中的总反力 R12 的位置和方向(2) 求使重物 Q等速上升的驱动力 F(用 Q表示)。(3) 求该滑轮的机械效率卵。(分数： 3.00 ) 正确答案： (1) 如下图

19、所示*(2)R 12=F+Q*)解析：49. 如图所示为偏心圆凸轮机构的机构运动简图，已知作用于从动件2 上的载荷 P2=100N，运动副 B、C处的摩擦因数 f=0.14 ，转动副 A 的轴颈半径为 r A=15mm，该处的当量摩擦因数 f=0.2 ，试用图解法求：(1) 各运动副反力的大小，作用线及方向。(2) 应加于凸轮上的平衡力矩的大小及方向。(分数： 3.00 )正确答案： (1) 各运动副反力作用线及方向如下图a 所示。*P2/sin(90 -2 )=P 32/sin(45 +)=P 12/sin(45 +)=arctanf 7.97 R32=R12=P2sin52.97 /sin

20、74.06 83N (2) 从动件 2 的力多边形如图 b 所示。=f vr A=3mm设偏心圆半径为 r ，偏矩为 e。R21与 R31 形成的力偶矩正确答案： ( 如下图所示 (1) 求支反力。因为 RL=Gh 所以 * 平衡力矩大小 M=R21rsin +(e+ )cos ，顺时针方向 )解析：( 图中的虚线小圆 ) 、驱动力 Pd、 Pd50. 如图所示的铰链四杆机构中，已知各构件尺寸、各铰链处的摩擦圆与杆 1 的夹角 、生产阻力矩 Mr，不计各构件重量和惯性力(1) 试在图上画出各运动副中反力的作用线位置和方向。(2) 分别以构件 1 和构件 3 为分离体，画出它们的力多边形并写各自的平衡方程式。 (分数： 3.00 )正确答案：(1) 各运动副中反力的作用线位置和方向如下图 a 所示。*(2) 构件 1 和构件 3 力多边形如图 b 所示。以构件 1 为分离体 Rd+R41 +R21=0 以构件 3 为分离体Mr=-