机械原理作业集.docx

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机械原理作业集

第二章机构的结构分析

作业题：

1．图示为一简易冲床的初拟方案。

设计思路是：

动力由齿轮1输入，轴A连续转动，固联与轴A上的凸轮推动杠杆3使冲头4上下往复运动实现冲压工艺，试绘出其机构运动简图，分析能否实现上述构思，并提出两种修改意见（以机构运动简图表示）。

2．如图所示为一小型压力机。

图中齿轮1与偏心轮1ˊ为同一构件，绕固定轴心O连续转动。

在齿轮5上开有凸轮凹槽，摆杆4上的滚子6嵌在凹槽中，从而使摆杆4绕轴C上下摆动；同时又通过偏心轮1ˊ、连杆2、滑槽3使C轴上下移动。

最后通过在摆杆4的叉槽中的滑块7和铰链G使冲头8实现冲压运动。

试绘制其机构运动简图，计算其自由度。

3．图示是一为高位截肢的人所设计的一种假肢膝关节机构。

该机构能保持人行走的稳定性。

若以胫骨1为机架，试绘制其机构运动简图和计算其自由度，并作出大腿弯曲

90°时的机构运动简图。

4．试绘出下列各机构的机构示意图，计算其自由度，并说明运动是否确定。

5．计算下列各机构的自由度，若存在复合铰链，局部自由度，虚约束请明确指出。

6．计算图示机构的自由度，并分析基本杆组，确定机构的级别。

第八章平面连杆机构及其设计

作业题：

1．图示四杆机构中各杆件长度已知：

a=150mm，b=500mm，c=300mm，d=400mm。

试问：

1）若取杆件d为机架是否存在曲柄？

如存在，哪一杆件为曲柄？

2）若分别取其它杆件为机架，可得到什么类型的机构？

2．图示铰链四杆机构ABCD中，各构件长度如图所示（μl=10mm/mm），AB主动，试求：

1）两连架杆AB、CD为何类构件？

2）该机构有无急回性质？

若有，其行程速比系数K为多少？

3）在图中作出最小传动角γmin对应的机构位置ABCD；

4）若改为以CD杆为主动，该机构有无死点？

若有，请用虚线画出死点位置。

3．图示铰链四杆机构作为加热炉炉门的启闭机构。

炉门上两铰链相距50cm（图中单位为：

cm），炉门打开后成水平位置且要求外侧向上，固定铰链装在yy轴线上，相应位置尺寸如图。

试设计该机构。

4．设计一铰链四杆机构，已知其摇杆CD长lCD=75mm，行程速比系数K=1.5，机架长lAD=100mm，摇杆的一个极限位置与机架间夹角Ψ3′=45°，求曲柄和连杆的长度lAB、lBC。

μl=0．002m/mm

5．设计一偏置曲柄滑块机构，已知滑块行程速比系数K=1.5，滑块行程H=50mm，导路偏距e=20mm，求曲柄和连杆的长度lAB、lBC。

μl=0．001m/mm

6．图示为机床变速箱中操纵滑移齿轮的四杆机构，已知滑移齿轮行程H=60mm，lDE=100mm，lCD=120mm，lAD=250mm，其相互位置如图所示。

当滑移齿轮至左极限位置时，操作手柄AB位于垂直方向，试设计该机构。

第九章凸轮机构及其设计

作业题：

1．图示为对心直动尖顶推杆盘状凸轮机构，试在凸轮上标出：

1）推程运动角δ0、回程运动角δ0ˊ、近休止角δ01、远休止角δ02；

2）基圆r0，推杆的行程h，图示位置机构的压力角α；

3）设回程时，推杆按等速运动规律运动，试绘制回程时的s2—δ、v2—δ、a2—δ图；

μl=0.001m/mm

2．试标出下图中

1）a图在图示位置时凸轮机构的压力角α，凸轮从图示位置转过90°后推杆的位移s；

2）b图从图示位置升高位移s时，凸轮的转角δ和凸轮机构的压力角α。

3．一偏置尖底直动从动件盘状凸轮机构如图所示。

已知凸轮为一偏心圆盘，圆盘半径R=30mm，几何中心为A，回转中心为O，从动件偏距OD=e=10mm，OA=10mm。

凸轮以等角速度

逆时针方向转动。

当凸轮在图示位置，即AD

CD时，试求：

1）凸轮的基圆半径r0和从动件的行程h；

2）推程运动角δ0、回程运动角δ0′、远休止角δ01和近休止角δ02；

3）图示位置的凸轮机构压力角

；

4）图示位置的凸轮转角δ；

5）图示位置的从动件的位移s；

6）凸轮从图示位置（即推杆在B点与凸轮接触）转过90°时推杆的位移s及凸轮机构的压力角α；

7）若改用对心直动滚子推杆，取滚子半径

rr=10mm，试画出凸轮的实际廓线（取内包络线）

8）该凸轮机构中的从动件偏置方向是否合理，为什么？

4．试以作图法设计一偏置直动滚子推杆盘形凸轮机构的轮廓曲线，已知凸轮以等角速度顺时针回转，正偏距e=10mm，基圆半径r0=30mm，滚子半径rr=10mm。

推杆运动规律为：

凸轮转角δ＝0°～150°时，推杆等速上升16mm；δ＝150°～180°时，推杆远休止；δ＝180°～300°时，推杆等加速等减速下降16mm；δ＝300°～360°时，推杆近休止。

5．有一摆动滚子推杆盘形凸轮机构（参看教材图9—23），已知lOA=60mm，lAB=50mm，r0=25mm，rr=8mm。

凸轮顺时针方向等速转动，要求当凸轮转过180°时，推杆以余弦加速度运动向上摆动25°，转过一周中的其余角度时，推杆以正弦加速度运动摆回到原位置。

试以作图法设计凸轮的工作廓线。

第一十章齿轮机构及其设计

作业题：

1．一标准渐开线直齿圆柱齿轮，模数m=3mm，齿数z=26，齿顶高系数ha*=1，压力角α=20°，试求：

齿廓曲线在分度圆和齿顶圆上的曲率半径ρ、ρa和展角θ、θa。

2．标准渐开线直齿圆柱齿轮，压力角α=20°，当齿数z满足什么条件时，其齿根圆大于基圆？

3．设计一对外啮合标准直齿渐开线齿轮传动，已知m=10mm，压力角α=20°，ha*=1，z1=25，i=2.6。

4．若将上题中的中心距a增大，直至刚好能连续传动，试求：

1）传动的啮合角α′；

2）两齿轮的节圆直径d1′、d2′；

3）两齿轮分度圆之间的距离△a；

4）传递的顶隙C。

5．一对标准渐开线直齿外啮合齿轮传动，已知：

m=8mm，α=20°，ha*=1，z1=30，z2=40，试求：

1）选择适当比例尺，作图求出理论啮合线和实际啮合线长度

、

，并计算重合度（按标准

中心距安装）；

2）用计算公式计算传动的重合度；

3）若要求啮合角α′=22°30′，求传动的中心距a′。

6．已知一对渐开线斜齿圆柱齿轮，mn=8mm，z1=20，z2=40，αn=20°，ha*=1,齿宽Ｂ=30mm，中心距a=250mm，求：

1）螺旋角β；

2）齿轮的分度圆直径d1、d2；

3）当量齿数zV１、zV２。

７．一蜗轮的齿数z2=40，d2=320mm，与一单线蜗杆啮合，求：

1）蜗轮端面模数mt2和蜗杆轴面模数ma1；

2）蜗杆的导程Ｌ和分度圆直径d1；

3）传动的中心距a。

８．一对标准直齿圆锥齿轮传动，∑=90°，z1=17，z2=31，m=8mm，ha*=1，求：

1）分度圆直径d1、d2和角δ1、δ2及齿顶圆直径da1、da2；

2）顶锥角δa1、δa2和根锥角δf1、δf2：

3）当量齿数zV１、zV２。

第十一章齿轮系及其设计

作业题：

1．在图示的车床变速箱中，移动齿轮a使3′和4′啮合。

由移动双联齿轮b使齿轮5′和6′啮合。

已知各齿轮的齿数z1=42，z2=58，z3′=38，z4′=42，z5′=50，z6′=40，电动机的转速为1445rpm，求带轮转速的大小和方向。

2．图示为一手动提升装置，各轮齿数均为已知，试求传动比i15，并指出提升重物时手柄的转向。

3．图示差动轮系中，各轮齿数已知，z1=15，z2=25，z2′=20，z3=60，又n1=n3=200rpm，求行星架H的转速nH的大小和方向：

1）当n1、n3转向相同时；

2）当n1、n3转向相反时。

4．图示为一装配用气动螺丝刀的齿轮减速装置的传动简图，各轮齿数已知，z1=z4=7，z2=z5=16，若n1=300rpm，求螺丝刀的转速n刀。

5．在图示轮系中，各轮齿数已知，z1=36，z2=60，z3=23，z4=49，z4′=69，z5=31，z6=131，z7=94，z8=36，z9=167，n1=3549rpm，求行星架H的转速。

6．图示为手动起重葫芦，已知z1=z2′=10，z2=20，z3=40，总传动效率η=0.90，求提升Q=10000N的重物时所需加于链轮上的圆周力P（方向标在图上）。

7．图示为矿山运输机的行星轮系齿轮传动装置，已知z1=z3=17，z2=z4=39，z5=18，z7=152，n1=1450rpm。

当制动器B制动，A放松时，鼓轮H回转，求nH的大小和方向。

并分析当A制动、B放松时的运动情况。

第三章平面机构的运动分析

作业题：

1．确定下列各图示机构在图示位置的全部瞬心。

a）b）c）

d）e）f）

2．图示四杆机构中，已知LAB=65mm，LDC=90mm，LAD=125mm，LBC=125mm，ω=10rad/s，试用瞬心法求：

1）当φ＝15°时，点C的速度vC；

2）当φ＝15°时，构件BC上（即BC线及其延长线上）速度最小的点E及该点的速度vE；

3）vC＝0时的位置角φ。

3．图示六杆机构，已知LAB=140mm，LBC=LCD=L1=L3=420mm，L2=180mm，ω1=20rad/s，BC2=C2C。

试用图解法求在图示位置时

1）2构件上B、C、E及C2点的速度和加速度；

2）2、3构件的角速度和角加速度；

3）5构件的速度和加速度；

4）2构件中心C2的轨迹的曲率半径。

4．图示机构中，各构件长度及原动件角速度ω1＝常数均为已知，用途解法求图示位置时3构件的角速度ω3和角加速度α3（比例尺任选）。

5．下列图示各机构中，原动件以匀角速度转动，各构件长度均已知，试用图解法求图示位置时构件3上C点的速度和加速度（仅要求写出矢量方程，分析参数，画出矢量多边形，比例尺任选，不要具体数值）。

第四、五章机械中的摩擦和机械效率

作业题：

1．图示为一曲柄滑块机构的三个不同位置，P为作用与活塞上的压力，转动副A及B上所画的虚线小圆为摩擦圆，试决定在此位置时作用在连杆AB上的作用力的真实方向（连杆本身的重量及惯性力均不计）。

2．图示为一曲柄滑块机构，各转动副处的摩擦圆如图所示，Q为生产阻力，（各构件的重量及惯性力均忽略不计），试在图中标出：

1）主动构件1的角速度ω1的方向；

2）曲柄1上所受的力FR21、FR41的作用线和方向；

3）滑块3上所受的力FR23、FR43的作用线和方向。

3．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，P为作用在推杆2上的外载荷，试确定凸轮1及机架3作用给推杆2的总反力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）。

4．图示为一焊接用的楔形夹具。

利用这个夹具把两快要焊接的工件1和1′预先夹妥，以便焊接。

图中2为夹具体，3为楔块。

试确定其自锁条件（即当夹紧后，楔块3不会自动松脱出来的条件）。

F

5．一螺旋千斤顶，采用矩形螺纹，螺距P=12mm，螺纹中径d2=72mm，螺纹间摩擦系数f=0．08，臂杆长L=600mm，试求欲顶起3000N重物Q时加在臂杆端点的圆周力P，并检验是否满足自锁条件。

6．如图所示，电动机通过V带传动及圆锥、圆柱齿轮传动带动工作机A及B。

设每对齿轮的效率η1＝0.97（包括轴承的效率在内），带传动的效率为η3＝0.92，工作机A、B的功率分别为PA=5kW、PB=1kW，效率分别为ηA＝0.8、ηB＝0.5，试求该系统的总效率和电动机所需的功率。

第六章机械的平衡

作业题：

1．在如图所示的盘形转子中，有四个偏心质量位于同一回转平面内。

它们的大小及其质心至回转轴的距离分别为m1=5kg，m2=7kg，m3=8kg，m4=10kg，r1=r4=100mm，r2=200mm，r3=150mm，而各偏心质量的方位如图所示。

又设平衡质量mb的质心至回转轴的距离rb=150mm，试求平衡质量mb的大小及方位。

2．在如图所示的转子中，已知各偏心质量m1=10kg，m2=15kg，m3=20kg，m4=10kg，r1=400mm，r2=r4=300mm，r3=200mm，又知各偏心质量所在的回转平面间的距离为L12=L23=L34=200mm，偏心质量间的方位夹角α12=120°，α23=60°，α34=90°。

如果置于平衡基面Ⅰ及Ⅱ中的平衡质量mbI及mbII的质心至回转轴的距离为rbI=rbII=500mm，试求mbI及mbII的大小及方位。

第七章　机械的运转及其速度波动的调节

作业题：

1．在由电动机驱动的剪床机械系统中，已知电动机的转速nm=1500r/min，转换到电机轴上的等效阻力矩Mr=M（φ），如图所示。

设电动机的驱动力矩Md为常数，系统中各构件的等效转动惯量均不计，要求系统运转的速度不均匀系数δ≤0.05，试求：

1）电动机的驱动力矩Md；

2）系统的最大盈亏功△Wmax；

3）装在电动机轴上的飞轮转动惯量JF。

2．图示减速器装置，已知各齿轮齿数z1=z2=20，z3=60，z4=2，z5=40，各轮重心均在各自轴线上，且J1=0.001kgm2，J2=0.001kgm2，J4=0.016kgm2，J5=1.6kgm2，m2=3kg，齿轮的模数均为m=2mm，试求１构件为等效构件时系统的等效转动惯量Ｊ和等效阻力矩Mer。