清华大学机械原理 A 卷

清华大学机械原理A 卷

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：AFHE

2. 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 f f V =；槽角为θ2时θ

sin f

f v =

；半圆柱面接触时kf f V =，2/~1π=k

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 。

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0

8.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（F R31、F R12及F R32）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φ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η1=0.95,

每对齿轮（包括其轴承）的效率η2=0.97,运输带8的机械效率η3=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

822.092.097.095.0232

21=⨯⨯==ηηηη

电动机所需的功率为

)(029.8822.0102.155003kw v P N =⨯⨯=⋅=-η

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：η1=η2=0.98，η3=η4=0.96，η5=η6=0.94，η7=0.42，P r ’=5KW ，P r ’’=0.2KW 。求机器的总效率η。

解：设机构3、4、5、6、7 组成的效率为η3’，则机器的总效率为η=η1η2η3’

而'

'2'2'

'''3

P P P P r r ++=η， P 2’ η3η4= P r ’ ，P 2’’ η5η6η7= P r ’’

将已知代入上式可得总效率η=η1η2η3’=0.837

5 6 1 2

3 4 7 η1

η2

η5

η6

η7 η3

η4

P r ’

P r ’’

2

341295.0'==ηηη92.0''56==ηη83

.092.095.0'''2563412=⋅==⋅=ηηηηηη

L

F

100

1

2

6. 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0=∑M 可得：

L R F ⨯=⨯100, 得：L F R /100⨯= ，其中21R R R == R 正压力产生的磨擦力为：L F f R F f /1002.0⨯⨯=⋅= 要使推杆不自锁，即能够上升，必须满足：f F F 2>，即L F F /1002.02⨯⨯⨯>

解得：mm L 401004.0=⨯>

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0≤'η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F R13

和F R23以及支持力F ′。各力方向如图5-5（a ）、(b)所示 ，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

()

φαφ

2sin cos 23-'

=F F R 当0=φ时，α

sin 230F F R '

=

2

1

3

F R23

F

R13

F'

v 31

α

φ

φF R23

F R13

F'

α

φ

φF R23

F'

F R13

图5-5

(a)

(b)

(c)

α-2φ

90°+φ

于是此机构反行程的效率为 ()α

φαηs i n 2s i n 32320-==

'R R F F

令0≤'η，可得自锁条件为：φα2≤ 。

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。

R 1 F R 2

F f