西北工业大学机械原理课后答案第4章.

1、第四章平面机构的力分析题 4-7机械效益是衡量机构力放大程度的一个重要指标，其定义为在不考虑摩擦的条件下机构的输出力（力矩）与输入力（力矩）之比值，即= M r / M dFr / Fd 。试求图示各机构在图示位置时的机械效益。图a 所示为一铆钉机，图b 为一小型压力机，图c 为一剪刀。计算所需各尺寸从图中量取。（ a）(b)(c)解： (a)作铆钉机的机构运动简图及受力见下图（ a）由构件 3 的力平衡条件有：FrF R 43F R 230由构件 1 的力平衡条件有：F R21F R 41F d0按上面两式作力的多边形见图（b）得FrFdcot（ b）作压力机的机构运动简图及受力图见（c）由

2、滑块 5 的力平衡条件有：GF R65F R450由构件 2 的力平衡条件有：FR42F R32F R120 其中 FR42 FR54按上面两式作力的多边形见图（d），得GFt(c) 对 A 点取矩时有Fra Fdbba其中 a、 b 为 Fr、 Fd 两力距离A 点的力臂。GFtFR41FR36DFF653Ft1AdBGFF2R43R32FR21 CR12A1R32F2FFFR42R21FFR45FR42R16B4FR23r36FR45FtR43FFR414FR23F65EFr5FFdG(c)R12(a)Fr(b)(d)题 4-8 在图示的曲柄滑块机构中，设已知lAB =0.1m ，lBC

3、=0.33m ，n1=1500r/min （为常数），活塞及其2附件的重量G3=21N ，连杆质量G2=25N ，JS2=0.0425kg ·m ，连杆质心S2 至曲柄销B 的距离 lBS2=l BC /3。解： 1) 选定比例尺 ,l 0.005 mmm绘制机构运动简图。(图 (a) )2）运动分析：以比例尺v 作速度多边形，如图(b)以比例尺a 作加速度多边形如图4-1 (c)aCa p c23.44maS2a p s2ms22100s22aCt2Ba n c515012l BCl BCs3) 确定惯性力活塞 3： FI3m3aS 3G33767(N )方向与 p c 相反。g

4、aC连杆 2： FI 32m2 aS2G25357(N) 方向与 p s2g aS 2相反。M I2JS22218.8(Nm) （顺时针）总惯性力： FI 2FI2 5357( N )M I 20.0 4(m)(图 (a) )l h 2FI 2B12CS2A3(a)4(c)(b)题 4-10图 a 所示导轨副为由拖板1 与导轨 2 组成的复合移动副，拖板的运动方向垂直于纸面；图b所示为由转动轴1 与轴承 2 组成的复合转动副，轴1 绕其轴线转动。现已知各运动副的尺寸如图所示，并设G 为外加总载荷，各接触面间的摩擦系数均为f 。试分别求导轨副的当量摩擦系数f v 和转动副的摩擦圆半径 。解： 1

5、）求图 a 所示导轨副的当量摩擦系数fV ，把重量 G 分解为 G 左 ， G 右l2l1fl 2l 1G左G ，G右G ，f vG F f左Ff 右sinGl1 l 2l 1l1l 2l 2fl 2l 1f vsinl 1l 22）求图 b 所示转动副的摩擦圆半径支反力 FR左l 2G， FR右l1Gl1l 2l1 l 2假设支撑的左右两端均只在下半周上近似均匀接触。对于左端其当量摩擦系数fV左2f，摩擦力 F f左fv右 G左2摩擦力矩 M f 左Fv左 er cos45对于右端其当量摩擦系数fV右f2，摩擦力 F f右fv右 G右摩擦力矩 M f右Fv右 r摩擦圆半径M f左M f右G题

6、 4-11 图示为一锥面径向推力轴承。已知其几何尺寸如图所示，设轴1 上受铅直总载荷G，轴承中的滑动摩擦系数为f。试求轴1 上所受的摩擦力矩M f（分别一新轴端和跑合轴端来加以分析）。解： 此处为槽面接触，槽面半角为。当量摩擦系数f vfsin代入平轴端轴承的摩擦力矩公式得若为新轴端轴承，则M f 3 fvG R3r 3R 2r 2若为跑合轴端轴承，则M ff vG Rr2题4-13图示为一曲柄滑块机构的三个位置，F 为作用在活塞上的力，转动副A 及B 上所画的虚线小圆为摩擦圆，试决定在三个位置时，作用在连杆AB上的作用力的真实方向（各构件的重量及惯性力略去不计）解： 图 a 和图 b 连杆为

7、受压，图c 连杆为受拉 .，各相对角速度和运动副总反力方向如下图FR12A 21 23M12BFR32P 1O3(a)4FR12A 21 232BM1 O P3(b)4FR32M 23BP1O2131FR3224FR12A(c)题 4-14图示为一摆动推杆盘形凸轮机构，凸轮图4-5F 为作用在推杆2 上的外载1 沿逆时针方向回转，荷，试确定在各运动副中总反力（FR31，FR12 及 FR32 ）的方位（不考虑构件的重量及惯性力，图中虚线小圆为摩擦圆，运动副B 处摩擦角为 =10 °）。解 :1) 取构件 2 为受力体，如图4-6 。由构件 2的力平衡条件有：PF R12F R320三

8、力汇交可得FR32 和 FR122) 取构件 1 为受力体， FR21FR12FR31 23FR32FR21B2CFR12FR12 1 1MFR32MA 1PA 133PFR31题 4-18 在图 a 所示的正切机构中，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M b。提示：构件3 受力倾斜后，构件3、4将在 C1、 C2 两点接触。解 :1) 选定比例尺l绘制机构运动简图。2）运

9、动分析：以比例尺v ，a 作速度多边形和加速度多边形如图（a）， (b)3) 确定构件 3 上的惯性力FI 3m3 a3G366.77(N )g a34) 动态静力分析：以构件组2,3 为分离体，如图(c) ,由F0有F R12F rF I 3G 3F R43F R430 以P2 N mm 作力多边形如图 (d)得 FR21FR12P ea38N以构件 1 为分离体，如图(e)，有 FR21l ABM b0FR41FR21M bFR 21l AB22.04 Nm顺时针方向。B 2B 21Fr 1FI3333C1C1GAFR43FI34C2FR43C2(c)FrFrBG3FR43- FR431F

10、R21FR41FR12A(d)(e)(a)(b)题 4-22 在图 a 所示的双缸 V 形发动机中，已知各构件的尺寸如图（该图系按比例尺 1=0.005m/mm 准确作出的）及各作用力如下：F3=200N ，F5=300N ， FI2=50N ，FI4 =80N ，方向如图所示；又知曲柄以等角速度 1 转动，试以图解法求在图示位置时需加于曲柄1 上的平衡力偶矩M b。解 :应用虚位移原理求解，即利用当机构处于平衡状态时，其上作用的所有外力（包括惯性力）瞬时功率应等于零的原理来求解，可以不需要解出各运动副中的反力，使求解简化。1) 以比例尺v 作速度多边形如下图vCV pc 55mvEVpe 57 vmvT 2V pt 2 52mvssvsvT 4V pt 453vms1v pb radsl l AB2）求平衡力偶矩：由Pi vi cosi0 ，M b