机械原理期末考试及答案
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机械原理期末考试及答
案
IMB standardization office【IMB 5AB- IMBK 08- IMB 2C】
《机械原理》试卷参考答案
一、是非题(共10分,每小题2
1、(× ) 当机构的自由度数小于机构的原动件数时,机构将具有确定的相对运动。
2、(√ ) 不论刚性转子上有多少个不平衡质量,也不论它们如何分布,只需在任意
选定的两个平面内,分别适当地加一平衡质量,即可达到动平衡。
3、(× ) 在其他参数不变的前提下,槽面摩擦较平面摩擦的摩擦力较大,是因为前者摩擦系数较大。
4、(√ ) 在移动副中,当驱动力作用线在摩擦锥之内,则发生自锁。
5、(√ ) 对于单自由度的机械系统,若选定等效构件为移动件时,其等效质量是
按等效前后动能相等的条件进行计算的。 二、填空题(共10分,每空1
1、飞轮主要用以调节 周期性 速度波动,若不考虑其他因素,只为了减小飞轮尺
寸和重量,应将其安装在 高速 轴上。
2、刚性转子的静平衡就是要使 惯性力 之和为零;而刚性转子的动平衡则要使 惯
性力 之和及
惯性力偶矩 之和均为零。
3、三个彼此作平面相对运动的构件共有 3 个瞬心,且必位于 同一直线 上。
4、在机构运动分析的速度多边形中,机架的速度影像是 极点 。速度影像和加速
度影像原理只适用 于 同一构件 。
5、当机械的效率0≤η时,机构则发生 自锁 。
三、(共10分)计算图1所示机构的自由度,并判断机构的运动确定性,如机构中
四、(共20分)图2所示为铰链四杆机构的机构运动简图,已知连架杆1为主动件,匀速转动,角速度101=ωrad/s ,转向如图示。各构件长度分别为:AB=30,BC=40,CD=50,AD=60 (单位为:mm),构件AB 的方位角为60o ,ABE 为等边三角形。试用图解法求解该运动位置:
1)构件1的速度影像;
2)找出该瞬时在连杆2和摇杆3上,与连架杆1上E 点速度相同的点E 2和E 3。 (要求注明速度比例尺,并对绘图过程作简要说明)得分︳
解: a)(计5分)
或 2
1)21112(83')'2(3=--+⨯-⨯=--+-=F p P P n F h l
机构自由度数等于原动件数,故机构运动确定。
b) (计5分)
机构自由度数不等于原动件数,故机构运动不确定。
图1
虚约束
局部自由度 复合铰链
复合铰链
b)
a)
五、(共20分)图3所示为曲柄滑块机构运动简图。各转动副的摩擦圆如图所示,已知移动副的摩擦系数,1.0=f 作用在滑块上的生产阻力为Q ,若忽略机构中各构件的重力和惯性力及惯性力偶矩,试:
1) 在该简图上画出各运动副总反力(包括方向和作用线位置);
解:1)计算B 点的速度s m l v AB B /3.01003.01=⨯==ω, 选取合适的比例尺v μ,如图示。
任选一点作为速度多边形的极点,作出线段pb 表示B 点速度。 作三角形abe ∆∽ABE ∆,即得构件1的速度影像。 2)求C 点的速度C v
C v = B v
+ CB v
大小 √
方向 ⊥CD ⊥AB ⊥CB
作出速度多边形pbc ,pc v v C μ=,方向p →c
由速度影像bce ∆,求出连杆2上,与连架杆1上E 点速度相同的作2BCE ∆∽bce ∆,可得点E 2;
由速度影像dce ∆,求出摇杆3上,与连架杆1上E 点速度相同的点E 3 作3DCE ∆∽dce ∆,可得点E
图
B A
C
D
1
2
3
4 1ω
60E
s
b
c
e
E 3
E 2
P (a,d )
2
)分别写出构件
1、3的力平衡方程式,并画出其力多边形(可任选力的比例尺)。
得分︳
六、(共10分)一机械系统稳定运转的运动周期为π2,等效阻力矩
r
M的变化规
律如图所示,等效驱动力矩
d
M为常数,等效构件的平均转速900
=
m
n r/min,等效转动惯量2
m
Kg
1.0•
=
J。试求:
1)等效驱动力矩
d
M;
2)最大盈亏功
max
W
∆;
3)最大和最小角速度
m ax
ω和
min
ω的位置;
4)运转速度不均匀系数δ。
得分︳
解:1)各运动副总反力的方向和作用线位置如图所示。
摩擦角
7106
.5
1.0
arctan
arctan=
=
=f
ϕ
2)构件3的力平衡方程式
大小√
方向√√√
任选力的比例尺,画出其力多边形如图所示。
3)构件3的力平衡方程式
大小
√
七、(共10分)已知某刚性转子在同一平面内分布有两个不平衡质量,其大小为:kg m 81=,kg m 42=,分布半径为801=r mm ,1102=r mm ,位置角如图所示,欲使该转子达到静平衡,试求:应加的平衡质量的质径积b b r m 的大小和方向。
八、(共10分)试求图示机构在图示位置的全部瞬心的位置,已知构件2上M 点的速度方向,并给出连杆上E 点的速度方向。
解法一:欲使该转子达到静平衡,应满足各质量的质径积的向量和等
零。 运用解析法求解如下:
两个不平衡质量的质径积分别为:
mm kg r m •=⨯=64080811;mm kg r m •=⨯=440110422
求解上述方程,可得应加的平衡质量的质径积b b r m 的大小和方向:
图5 a )
解法二:欲使该转子达到静平衡,应满足各质量的质径积的向量和等于零。
运用图解法求解如下:
两个不平衡质量的质径积分别为:
mm kg r m •=⨯=64080811;mm kg r m •=⨯=440110422
取质径积的比例尺如图5b)所示,并作出矢量多边形。
图5 b)
解:1)根据一个运动周期,外力所做的功等于零,可知: 2
204402π
ππ⨯+⨯=⨯d M ,
2)作能量指示图,求最大盈亏功max W ∆
最大盈亏功m N W W •==∆ 2
15
2max π
3)最大角速度m ax ω的位置:即a 位置,2/πφ=处。
最小角速度min ω的位置:即b 和d 位置,4/3πφ=和4/7πφ=处。
4)运转速度不均匀系数δ