-王晨第章习题答案

1、第4章 平面机构的力分析 第5章机械的效率和自锁概念：1. 凡是驱动机械产生运动的力统称为 力，其特征是该力与其作用点的速度方向 或成 ，其所作的功为 。A驱动；   B平衡；   C阻抗；   D消耗功； E正功；F相同；   G相反；   H锐角；   I钝角；       J负功答：AFHE2. 简述进行质量代换需要满足的三个条件？动代换和静代换各应满足什么条件？答：质量代换法需满足三个条件：1、 代换前后构件

2、的质量不变；2、 代换前后构件的质心位置不变；3、 代换前后构件对质心轴的转动惯量不变；其中：动代换需要满足前面三个条件；静代换满足前两个条件便可。3. 什么是当量摩擦系数？分述几种情况下的当量摩擦系数数值。答：为了计算摩擦力简便，把运动副元素几何形状（接触面形状）对运动副的摩擦力的影响因素计入到摩擦系数中，这种转化后的摩擦系数称为当量摩擦系数。对单一平面 ；槽角为时；半圆柱面接触时，4移动副中总反力的方位如何确定？答：1）总反力与法向反力偏斜一摩擦角2）总反力的偏斜方向与相对运动方向相反。5. 移动副的自锁条件是 驱动力作用在移动副的摩擦角内 。6. 转动副的自锁条件是 驱动力臂摩擦圆半径

3、。7. 判定机械自锁的条件有哪些？答：1)驱动力位于摩擦锥或摩擦圆内； 2）机械效率小于或等于0 3）能克服的工作阻力小于或等于08.判断对错，在括号中打上 或 ×：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上。 （ ）分析与计算：1. 图示为一曲柄滑块机构的a)、b)、c)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）。2. 图示为一摆动推杆盘形凸轮机构，凸轮1沿逆时针方向回转，F为作用在推杆2上的外载荷，试确定各运动副中总反力（FR31、FR12及

4、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处摩擦角如图所示）。3. 图示为一带式运输机，由电动机1经带传动及一个两级齿轮减速器，带动运输带8。设已知运输带8所需的曳引力P=5500N，运送速度u=1.2m/s。带传动（包括轴承）的效率1=0.95,每对齿轮（包括其轴承）的效率2=0.97,运输带8的机械效率3=0.9。试求该系统的总效率及电动机所需的功率。解：该系统的总效率为 电动机所需的功率为4.如图所示为一输送辊道的传动简图。设已知一对圆柱齿轮传动的效率为0.95；一对圆锥齿轮传动的效率为0.92 (均已包括轴承效率)。求该传动装置的总效率。解：此传动装置为

5、一混联系统。圆柱齿轮1、2、3、4为串联圆锥齿轮5-6、7-8、9-10、11-12为并联。此传动装置的总效率5.图示为由几种机构组成的机器传动简图。已知：1=2=0.98，3=4=0.96，5=6=0.94，7=0.42，Pr=5KW，Pr=0.2KW。求机器的总效率。56123471256734PrPr解：设机构3、4、5、6、7 组成的效率为3，则机器的总效率为=123而， P2 34= Pr ，P2 567= Pr将已知代入上式可得总效率=123=0.8376. 如图所示，构件1为一凸轮机构的推杆，它在力F的作用下，沿导轨2向上运动，设两者的摩擦因数f=0.2，为了避免发生自锁，导轨的

6、长度L应满足什么条件（解题时不计构件1的质量）？解：力矩平衡可得：, 得： ，其中R1FR2FfR正压力产生的磨擦力为：要使推杆不自锁，即能够上升，必须满足：，即解得：7. 图示为一焊接用的楔形夹具，利用这个夹具把两块要焊接的工件1及1预先夹妥,以便焊接。图中2为夹具体，3为楔块，试确定此夹具的自锁条件（即当夹紧后，楔块3不会自动松脱出来的条件）。 解：此题是判断机构的自锁条件，因为该机构简单，故可选用多种方法进行求解。解法一：根据反行程时的条件来确定。反行程时（楔块3退出）取楔块3为分离体，其受工件1、1和夹具2作用的总反力FR13和FR23以及支持力F。各力方向如图5-5（a）、(b)所示

7、 ，根据楔块3的平衡条件，作力矢量三角形如图5-5（c）所示 。由正弦定理可得 当时，于是此机构反行程的效率为 令，可得自锁条件为： 。解法二：根据反行程时生产阻力小于或等于零的条件来确定。根据楔块3的力矢量三角形如图5-5（c），由正弦定理可得 若楔块不自动松脱，则应使即得自锁条件为：解法三：根据运动副的自锁条件来确定。由于工件被夹紧后F力就被撤消，故楔块3的受力如图5-5(b)所示，楔块3就如同受到FR23（此时为驱动力）作用而沿水平面移动的滑块。故只要FR23作用在摩擦角之内，楔块3即发生自锁。即 ，由此可得自锁条件为： 。讨论：本题的关键是要弄清反行程时FR23为驱动力。用三种方法来解

8、，可以了解求解这类问题的不同途径。8. 图示楔块机构。已知：，各摩擦面间的摩擦系数均为,阻力 N。试：画出各运动副的总反力；画出力矢量多边形；求出驱动力P值及该机构效率。由正弦定理： 和于是代入各值得：取上式中的，可得于是第6章 机械的平衡概念：1. 在转子平衡问题中，偏心质量产生的惯性力可以用 相对地表示。答：质径积2. 刚性转子的动平衡的条件是 。答：偏心质量产生的惯性力和惯性力矩矢量和为03.转子静平衡和动平衡的力学条件有什么异同？答：静平衡：偏心质量产生的惯性力平衡动平衡：偏心质量产生的惯性力和惯性力矩同时平衡4造成转子不平衡的原因是什么？平衡的目的又是什么？答：原因：转子质心与其回转

9、中心存在偏距； 平衡目的：使构件的不平衡惯性力和惯性力矩平衡以消除或减小其不良影响。5. 造成转子动不平衡的原因是什么？如何平衡？答：转子的偏心质量产生的惯性力和惯性力偶矩不平衡；平衡方法：增加或减小配重使转子偏心质量产生的惯性力和惯性力偶矩同时得以平衡。6. 回转构件进行动平衡时，应在 两 个平衡基面上加平衡质量。7. 质量分布在同一平面内的回转体，经静平衡后_（一定、不一定、一定不）满足动平衡，经动平衡后_（一定、不一定、一定不）满足静平衡；质量分布于不同平回转面内的回转体，经静平衡后_（一定、不一定、一定不）满足动平衡，经动平衡后_（一定、不一定、一定不）满足静平衡。答：一定 一定 不一

10、定 一定8. 机构的完全平衡是使机构的 总惯性力 恒为零，为此需使机构的质心 恒固定不动 。 9. 平面机构的平衡问题中，对“动不平衡”描述正确的是 B 。A只要在一个平衡面内增加或出去一个平衡质量即可获得平衡B动不平衡只有在转子运转的情况下才能表现出来C静不平衡针对轴尺寸较小的转子（转子轴向宽度b与其直径D之比b/D<0.2）D使动不平衡转子的质心与回转轴心重合可实现平衡10.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   

11、; B. 连杆     C.   机座答：C11.判断对错，在括号中打上 或 ×：经过动平衡校正的刚性转子，任一回转面内仍可能存在偏心质量。 (    )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。 (    )设计形体不对称的回转构件，虽已进行精确的平衡计算，但在制造过程中仍需安排平衡校正工序。 (    )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

12、到动平衡。 (    )通常提到连杆机构惯性力平衡是指使连杆机构与机架相联接的各个运动副内动反力全为零，从而减小或消除机架的振动。 (  ×  )作往复运动或平面复合运动的构件可以采用附加平衡质量的方法使它的惯性力在构件内部得到平衡。 (  ×  )若机构中存在作往复运动或平面复合运动的构件，则不论如何调整质量分布仍不可能消除运动副中的动压力。 (    )绕定轴摆动且质心与摆动轴线不重合的构件，可在其上加减平衡质量来达到惯性力系平衡的目的。 (

13、    )为了完全平衡四杆铰链机构ABCD的总惯性力，可以采用在原机构上附加另一四杆铰链机构ABCD来达到。条件是lAB=lAB，lBC=lBClCD=lCD，各杆件质量分布和大小相同。 (  ×  )为了完全平衡四杆铰链机构的总惯性力，可以采用在AB杆和CD杆上各自加上平衡质量和来达到。平衡质量的位置和大小应通过计算求得。 (  ×  )12.在图示a、b、c三根曲轴中，已知，并作轴向等间隔布置，且都在曲轴的同一含轴平面内，则其中轴已达静平衡，轴已达动平衡。答：（a）、（b

14、）、（c）；（c）分析与计算：1. 图示为一钢制圆盘，盘厚b=50mm，位置处有一直径=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=7.8g/cm3）解：解法一：先确定圆盘的各偏心质量大小 设平衡孔质量 根据静平衡条件 由 在位置相反方向挖一通孔解法二：由质径积矢量方程式，取 作质径积矢量多边形如图平衡孔质量 量得 2. 在图示的转子中，已知各偏心质量m1=10kg，m2=15kg，m3=20kg，m4=10kg，它们的回转半径分别为r1=40cm，r2=r4=30cm，r3=20cm，又知各偏心质

15、量所在的回转平面的距离为l12=l23=l34=30cm，各偏心质量的方位角如图。若置于平衡基面及中的平衡质量mb及mb的回转半径均为50cm，试求mb及mb的大小和方位。解：解法一：先确定圆盘的各偏心质量在两平衡基面上大小 根据动平衡条件 同理 解法二：根据动平衡条件由质径积矢量方程式，取 作质径积矢量多边形如图6-2（b） 提高思考题：如图所示转子，其工作的转速=300r/min，其一阶临界转速=6000r/min，现在两个支撑轴承的垂直方向分别安装测振传感器，测得的振动线图如图9-15（b）所示，试问：1) 该转子是刚性转子还是挠性转子？若此转子的工作转速为6500r/min,该转子又属

16、于哪种转子？2) 该转子是否存在不平衡质量？(a)(b)3) 能否从振动线图上判断其是静不平衡还是动不平衡？第7章 机械的运转及其速度波动的调节概念：1. 等效构件的等效质量     或    等效转动惯量具有的动能等于原机械系统的总动能；等效质量（或等效转动惯量）的值是 的函数，只与 位置 有关，而与机器的 运动 无关。按 功率等效 的原则来计算等效力矩，按 动能等效 的原则来计算转动惯量。2. 机器产生速度波动的主要原因是输入功不等于输出功。3. 速度波动的类型有  周期性 和 非周期性 &

17、#160; 两种。4. 什么是机械系统的等效动力学模型?具有等效质量或等效转动惯量，其上作用有等效力或等效力矩的等效构件称为原机械系统的等效动力学模型。5. 等效构件上作用的等效力或力矩产生的瞬时功率等于原机械系统 所有外力产生的瞬时功率之和 。 6. 试论述飞轮在机械中的作用。答案： 飞轮在机械中的作用，实质上相当于一个储能器。 当外力对系统作盈功时，它以动能形式把多余的能量储存起来，使机械速度上升的幅度减小； 当外力对系统作亏功时，它又释放储存的能量，使机械速度下降的幅度减小。 另外还有一种应用，渡过死点7. 飞轮在机械中的作用，实质上相当于一个储能器。 8. 机器周期性速度波动

18、的调节方法一般是加装 飞轮_，非周期性速度波动调节方法是除机器本身有自调性的外一般加装 调速器 。9. 机器安装飞轮后，原动机的功率可以比未安装飞轮时 D 。A.一样     B.大      C.小       D.  A、C 的可能性都存在10.机器运转出现周期性速度波动的原因是 C 。    A机器中存在往复运动构件，惯性力难以平衡；    B.机器中各回转构件的质量分布

19、不均匀；  C.在等效转动惯量为常数时，各瞬时驱动功率和阻抗功率不相等，但其平均值相等，且有公共周期；    D.机器中各运动副的位置布置不合理。11.采用飞轮进行机器运转速度波动的调节，它可调节 B 速度波动。A非周期性；                   B周期性；C周期性与非周期性；       D前面的答案都

20、不对12.机器等效动力学模型中，等效力的等效条件是什么？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：作用在等效构件上的外力所做之功，等于作用在整个机械系统中的所有外力所做之功的总和。不知道机器的真实运动，可以求出等效力，因为等效力只与机构的位置有关，与机器的真实运动无关。13.机器产生周期性速度波动的原因是什么？ 答：1）和的变化是具有规律地周而复始，Je为常数或有规律地变化 2）在一个周期内，能量既没有增加也没有减少。14.判断对错，在括号中打上 或 ×：机器中安装飞轮后，可使机器运转时的速度波动完全消除。 (  ×&

21、#160; )为了减轻飞轮的重量，最好将飞轮安装在转速较高的轴上。 (    )机器稳定运转的含义是指原动件(机器主轴)作等速转动。 (  ×  )机器作稳定运转，必须在每一瞬时驱动功率等于阻抗功率。 (  ×  )机器等效动力学模型中的等效质量(转动惯量)是一个假想质量(转动惯量)，它的大小等于原机器中各运动构件的质量(转动惯量)之和。 (  ×  )机器等效动力学模型中的等效力(矩)是一个假想力(矩)，它的大小等于原机器所有作用外力的矢量和。

22、 (  ×  )机器等效动力模型中的等效力(矩)是根据瞬时功率相等原则转化后计算得到的，因而在未求得机构的真实运动前是无法计算的。 (  ×  )机器等效动力学模型中的等效质量(转动惯量)是根据动能相等原则转化后计算得到的，因而在未求得机构的真实运动前是无法计算的。 (  ×  )为了调节机器运转的速度波动，在一台机器中可能需要既安装飞轮，又安装调速器。(  ×  )为了使机器稳定运转，机器中必须安装飞轮。 (  &

23、#215;  )分析与计算：1. 某内燃机的曲柄输出力矩Md随曲柄转角的变化曲线如图所示，其运动周期T=，曲柄的平均转速nm=620r/min。当用该内燃机驱动一阻抗力为常数的机械时，如果要求其运转不均匀系数=0.01。试求曲柄最大转速nmax和相应的曲柄转角位置max；装在曲柄上的飞轮转动惯量JF（不计其余构件的转动惯量）。MABC0Md/9/613/18200N·mMABC0Md/9/613/18200N·mMer=Med350/3DEFGs1s2s3a)EFCb)解 选定曲柄为等效构件，所以 等效驱动力矩Med=Md 等效阻力矩Mer=常数在一个运动循环内，

24、驱动功Wd应等于阻抗功Wr，即 Mer·= Wr =Wd=(/9)·200/2+(/6)·200+(13/18)·200/2=350/3所以 Mer=350/3 N·m画出等效阻力矩Mer曲线，如答图a)所示。由得DE=7/108，由得FG=91/216，EF=DEFG=111/216各区间盈亏功，即等效驱动力矩Med曲线与等效阻力矩Med曲线之间所围的面积s1=DE0面积=-=-=-3.781s2=梯形ABFE面积=28.356s3=FGC面积=-=-24.576作能量指示图，如图b)所示，可知：在=E=7/108=11.667º处，曲柄有最小转速nmin在=F=125/216=104.16