第二章平面机构的结构分析

第二章平面机构的结构分析１．填空题：（1）机构具有确定运动的条件是；根据机构的组成原理，任何机构都可看成是由和组成的。（2）由M个构件组成的复合铰链应包括个转动副。（3）零件是机器中的单元体；构件是机构中的单元体。（4）构件的自由度是指；机构的自由度是指。（5）在平面机构中若引入一个高副将引入个约束，而引入一个低副将引入个约束，构件数、约束数与机构自由度的关系是。（6）一种相同的机构组成不同的机器。Ａ.可以B.不可以（7）Ⅲ级杆组应由组成。A.三个构件和六个低副；B．四个构件和六个低副；C.二个构件和三个低副。（8）内燃机中的连杆属于。A．机器B.机构C.构件（9）有两个平面机构的自由度都等于１，现用一个有两铰链的运动构件将它们串成一个平面机构，这时自由度等于。A.0B.1C.2（10）图1.10所示的四个分图中，图所示构件系统是不能运动的。2．画出图1.11所示机构的运动简图。3．图1.12所示为一机构的初拟设计方案。试求：（1）计算其自由度，分析其设计是否合理?如有复合铰链，局部自由度和虚约束需说明。（2）如此初拟方案不合理，请修改并用简图表示。4．计算图1.13所示机构的自由度，判断是否有确定运动；若不能，试绘出改进后的机构简图。修改的原动件仍为AC杆（图中有箭头的构件）。5．计算图1.14所示机构的自由度。6．计算图1.15所示机构的自由度。7．计算图1.16所示机构的自由度。8．判断图1.17所示各图是否为机构。9．计算图1.18所示机构的自由度。10．计算图1.19所示机构的自由度。11．计算图1.20所示机构的自由度。已知CD=CE=FE=FD，且导路H,J共线，L和G共线，H，J的方向和L，G的方向垂直。机构中若有局部自由度，虚约束或复合铰链，应指出。12．计算图1.21所示机构的自由度。13．计算下图所示平面机构的自由度（若存在复合铰链、局部自由度及虚约束请指明），并判断该机构的运动是否确定。若运动是确定的，进行杆组分析，并画图表示拆杆组过程，指出各级杆组的级别及机构的级别。13题图14题图14．计算图示平面机构的自由度（若存在复合铰链、局部自由度及虚约束请指明），并判断该机构的运动是否确定。若运动是确定的，进行杆组分析，并画图表示出拆杆组过程，指出各级杆组的级别及机构的级别。15．计算下图所示平面机构的自由度（若存在复合铰链、局部自由度及虚约束请指明），并判断该机构的运动是否确定。第三章平面机构的运动分析1．填空题:（1）速度瞬心可以定义为为相互作平面相对运动的两构件上的点。（2）相对瞬心与绝对瞬心的相同点是，不同点是；在由N个构件组成的机构中，有个相对瞬心，有个绝对瞬心。（3）作相对运动的三个构件的三个瞬心必。（4）在机构运动分析图解法中，影像原理只适用于求。（5）当两构件不直接组成运动副时，其瞬心位置用确定。（6）当两构件的相对运动为动，牵连运动为动时，两构件重合点之间有哥式加速度。哥式加速度的大小为；方向与的方向一致。（7）当两构件组成转动副时，其相对瞬心在处；组成移动副时，其瞬心在处；组成兼有滑动和滚动的高副时，其瞬心在处。2．试在下列各图上标出机构图示位置的全部瞬心。2题图3．在图2.9所示的机构中，已知AB=BE=EC=EF=1/2CD,AB⊥BC,BC⊥EF,BC⊥CD,ω1＝常数，求构件5的角速度和角加速度大小和方向。4．图2.10所示为齿轮－连杆机构运动简图，已知Z1=24,Z2=36,Z3=96,m=4mm,ω1=1rad/s，顺时针方向转动，∠ABC=90°，各齿轮均为标准齿轮。试求：（1）此机构的自由度；（2）此位置时构件5相对构件6的相对速度以及构件5的角速度（用相对运动图解法，列出必要解算式。）5．图2.11所示连杆机构中给定各构件长度和ω1＝常数，已完成机构的速度分析。试用相对运动图解法求杆5的角加速度a5，写出求解的加速度矢量方程，作出加速度多边形（法向加速度、哥氏加速度只需写出计算式，作图时可以不按比例画）。6．已知图2.12所示的机构的尺寸及ω1＝1rad/s，试用图解法求ω3，a3,vD和aD。7．已知机构的尺寸和位置如图2.13所示，AB=100mm，ω1＝常数，AB＝CD。试写出全部瞬心，D点的速度，加速度。8．在图2.14所示六杆机构中，已知LAC＝25mm，LAB＝40mm，LBD=20mm，LED=80mm，ω1＝10rad/s，φ1＝30°。（1）试用瞬心法求构件4上速度为零的点的位置；（2）试用相对运动图解法求vB（写出矢量方程式，各量的大小和方向，并画出速度多边形）；（3）求构件4的角速度ω4。9．在图2.15所示曲柄滑块机构中，已知LAB=100mm，LBC＝300mm，曲柄角速度ω1＝100rad/s，且沿逆时针方向等速转动，曲柄转角φ1＝60°，试用解析法求滑块3在此瞬时的速度vc。10．在图2.16所示正切机构中，已知h＝400mm，φ1＝60°，构件1以等角速度ω1＝6rad/s沿逆时针方向转动。试用解析法求构件3的速度v3。11．已知一机构的运动简图（图a）、速度图（图b）和加速度图（图c）。试：1）分析图b，标明速度多边形中各矢量所表示的相应的速度矢量，并列出速度方程；2）分析图c，标明加速度多边形中各矢量所表示的相应的加速度矢量，并列出加速度方程。11题图12．图示为一铰链四杆机构的运动简图、速度多边形和加速度多边形，要求：1)根据两个矢量多边形所表示的矢量关系，标出多边形各边所代表的矢量，并列出相应的矢量方程；2)求出构件2上速度为零的点及加速度为零的点。12题图第七章机械的运转及速度波动的调节1．简答题:（1）是否一定要选择原动件作为等效构件？（2）机构中各外力的合力是否等于其等效力？机构中各活动构件的质量之和是否等于其等效质量？（3）一个力系的等效力与平衡力有什么关系？（4）在一个工作循环中，作用在主轴上的驱动力矩和输出摇杆上产生的生产阻力矩都是常数，这时理论上是否要安飞轮？试说明理由。（5）在飞轮设计中，当求等效力或等效力矩时，是否选得越小越好？是否需要对整个运动周期里的各个瞬间求解机器的等效运动方程式？（6）如何确定机构系统的一个周期最大角速度与最小角速度所在位置？（7）何谓等效力、等效力矩、等效质量、等效转动惯量？转化时各应满足什么条件？（8）在什么情况下等效质量或等效转动惯量为常数？在什么情况下为变数？（9）何谓周期性速度波动和非周期性速度波动？其产生的原因是什么？分别可用什么方法加以调节？（10）能否完全消除周期性速度波动？为什么？2．在图9.4所示车床主轴箱系统中，带轮半径R0=40mm，R1＝120mm，各齿轮齿数为Z1`=Z2=20,Z2`=Z3=40,各轮转动惯量为J1`=J2=0.01kg.m2,J2`=J3=0.04,J0=0.02,J1=0.08.作用在主轴Ⅲ上的阻力矩M3=60Nm。当取轴Ⅰ为等效构件时，试求机构当等效转动惯量J和阻力矩的等效力矩Mr。3．在图9.5所示机构中，当曲柄推动分度圆半径为r的齿轮3沿固定齿条5滚动时，带动活动齿条4平动，设机构长度及质心位置Si，质量mi及绕质心的转动惯量Jsi（i=1，2，3，4）均已知，作用在构件1上的力矩M1和作用在齿条4上的力F4亦已知，忽略构件的重力。试求：（1）以构件1为等效构件时的等效力矩；（2）以构件4为等效构件时的等效质量。4．图9.6所示为某机械等效到主轴上到等效力矩Mr在一个工作循环中到变化规律，设等效驱动力矩Md为常数，主轴平均转速n＝300r/min,等效转动惯量J＝25kgm2。试求：（1）等效驱动力矩Md；（2）ωmax与ωmin的位置；（3）最大盈亏功ΔWmax；（4）运转速度不均匀系数【δ】＝0.1时，安装在主轴上的飞轮转动惯量JF。5．在机械稳定运动的周期中，转化到主轴上的等效驱动力矩Md（φ）的变化规律如图9.7所示。设等效阻力矩为常数，各构件等效到主轴的等效转动惯量J=0.5kgm2。要求机器的运转速度不均匀系数δ≤0.05，主轴的平均转速nm=1000r/min,试求：（1）等效阻力矩Mr；（2）最大盈亏功ΔWmax；（3）安装在主轴上的飞轮转动惯量JF。6．在图9.8(a)所示的传动机构中轮1为主动件，其上作用有驱动力矩M1＝常数，轮2上作用有阻力矩M2，它随轮2转角φ2的变化关系示于图9.8(b)中，轮1的平均角速度ωm＝50rad/s，两轮的齿数为Z1=20,Z2=40.试求：（1）以轮1为等效构件时，等效阻力矩Mr；（2）在稳定运转阶段（运动周期为轮2转360°），驱动力矩M1的大小；（3）最大盈亏功ΔWmax；（4）为减小轮1的速度波动，在轮1轴上安装飞轮，若要求速度不均匀系数δ＝0.05，而不计轮1，2的转动惯量时，所加飞轮的转动惯量JF至少应为多少？（5）如将飞轮装在轮2轴上，所需飞轮转动惯量是多少？是增加还是减少？为什么？7．一传动系统如图9.9所示，1为电动机，2为联轴器，3为飞轮，4，5为齿轮，已知Z4=20,Z5=40,各构件转动惯量为J1=0.05kgm2,J2=0.003kgm2,J3=0.1kgm2,J4=0.004kgm2,J5=0.01kgm2,电动机转速n1＝1500r/min。当电动机断电后，要求系统在10s内停车。试问：（1）加于轴Ⅱ上的制动力矩Mr等于多少？（2）如制动力矩施加在轴Ⅰ上，其值应为多少？