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：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θsin ff v =；半圆柱面接触时kf f V =，2/~1π=k4．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03）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（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822.092.097.095.023221=⨯⨯==ηηηη电动机所需的功率为)(029.8822.0102.155003kw v P N =⨯⨯=⋅=-η4.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''''3P 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’=0.8375 6 1 23 4 7 η1η2η5η6η7 η3η4P r ’P r ’’2341295.0'==ηηη92.0''56==ηη83.092.095.0'''2563412=⋅==⋅=ηηηηηηLF100126. 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()φαφ2sin cos 23-'=F F R 当0=φ时，αsin 230F F R '=213F R23FR13F'v 31αφφF R23F R13F'αφφF R23F'F R13图5-5(a)(b)(c)α-2φ90°+φ于是此机构反行程的效率为 ()αφαηs 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 2F f根据楔块3的力矢量三角形如图5-5（c ），由正弦定理可得()φφαcos 2sin 23-='R F F 若楔块不自动松脱，则应使0≤'F 即得自锁条件为：φα2≤ 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F R23（此时为驱动力）作用而沿水平面移动的滑块。

故只要F R23作用在摩擦角φ之内，楔块3即发生自锁。

即 φφα≤- ，由此可得自锁条件为：φα2≤ 。

讨论：本题的关键是要弄清反行程时F R23为驱动力。

用三种方法来解，可以了解求解这类问题的不同途径。

8. 图示楔块机构。

已知：αβ==60o，各摩擦面间的摩擦系数均为f =015.,阻力Q =1000N 。

试：①画出各运动副的总反力； ②画出力矢量多边形；③求出驱动力P 值及该机构效率。

153077.8==-f tg ϕ由正弦定理：)90sin()2180sin(0210ϕβγϕ-=--+R P 和)90sin()2sin(012ϕϕβ+=-R Q于是QP *-+*---+=)2sin()90sin()90sin()2180sin(00ϕβϕϕβγϕ代入各值得：N P 7007.1430=取上式中的00=ϕ，可得N P 10000=于是6990.00==P P η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 B. 连杆 C. 机座 答：C11.判断对错，在括号中打上 √ 或 ×：①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。

( √ )②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。

( √ )③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。

( √ ) ④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到动平衡。

( × )⑤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。

( × ) ⑥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。

( √ ) ⑦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。

( √ )⑧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。

( √ )⑨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AB ’C ’D 来达到。

条件是l AB =l AB ’，l BC =l BC ’l CD =l CD ’，各杆件质量分布和大小相同。

( × )⑩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m '和m ''来达到。