机械原理期末考试及答案

《机械原理》试卷参考答案(期中考试)第1页共7页《机械原理》试卷参考答案开课单位：机械工程学院，考试形式：闭卷，允许带计算器、绘图仪器入场题序一二三四五六七八总分得分评卷人一、是非题（共10分，每小题2分，对者在括号内打“√”，错者打“×”）得分︳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分）得分︳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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，如机构中存在复合铰链、局部自由度和虚约束，请在图上示出。得分︳图1虚约束局部自由度复合铰链复合铰链b)a)《机械原理》试卷参考答案(期中考试)第2页共7页四、（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rad/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E2和E3。（要求注明速度比例尺，并对绘图过程作简要说明）得分︳图2BACD1234160E0.0025m/sbceE3E2解：a)（计5分）hlPPnF23192732或21)21112(83')'2(3FpPPnFhl机构自由度数等于原动件数，故机构运动确定。b)（计5分）HLPPnF23162532机构自由度数不等于原动件数，故机构运动不确定。P（a,d）《机械原理》试卷参考答案(期中考试)第3页共7页五、（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）；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︳解：1）计算B点的速度smlvABB/3.01003.01，选取合适的比例尺v，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CvCv=Bv+CBv大小?√?方向⊥CD⊥AB⊥CB作出速度多边形pbc，pcvvC，方向p→c由速度影像bce，求出连杆2上，与连架杆1上E点速度相同的点E2作2BCE∽bce，可得点E2；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E3作3DCE∽dce，可得点E3《机械原理》试卷参考答案(期中考试)第4页共7页解：1）各运动副总反力的方向和作用线位置如图所示。摩擦角7106.51.0arctanarctanf2）构件3的力平衡方程式02343QRR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02141PRR大小?√？方向√√√画出其力多边形如图所示。《机械原理》试卷参考答案(期中考试)第5页共7页六、（共10分）一机械系统稳定运转的运动周期为2，等效阻力矩rM的变化规律如图所示，等效驱动力矩dM为常数，等效构件的平均转速900mnr/min，等效转动惯量2mKg1.0J。试求：1）等效驱动力矩dM；2）最大盈亏功maxW；3）最大和最小角速度max和min的位置；4）运转速度不均匀系数。得分︳027.09001.02/159009002222max2maxmmnJWJWdM○+W1○-W2○+W3○-W4○+W5abcde图4《机械原理》试卷参考答案(期中考试)第6页共7页七、（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：kgm81，kgm42，分布半径为801rmm，1102rmm，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bbrm的大小和方向。解：1）根据一个运动周期，外力所做的功等于零，可知：2204402dM，mNMd102）作能量指示图，求最大盈亏功maxWmNW254/105最大盈亏功mNWW2152max3）最大角速度max的位置：即a位置，2/处。最小角速度min的位置：即b和d位置，4/3和4/7处。4）运转速度不均匀系数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于零。02211bbrmrmrm运用解析法求解如下：0cos225cos90cos2211bbrmrmrm0sin225sin90sin2211bbrmrmrm两个不平衡质量的质径积分别为：mmkgrm64080811；mmkgrm440110422求解上述方程，可得应加的平衡质量的质径积bbrm的大小和方向：2221122211)225cos90cos()225sin90sin(rmrmrmrmrmbbmmkgrmbb72.452)225cos440()225sin440640(22588.46]/)225cos90cosarccos[(2211bbrmrmrm图5a)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。02211bbrmrmrm运用图解法求解如下：两个不平衡质量的质径积分别为：mmkgrm64080811；mmkgrm440110422取质径积的比例尺如图5b)所示，并作出矢量多边形。于是可得可得应加的平衡质量的质径积bbrm的大小和方向。mmkgrmbb453，其方位角47图5b)《机械原理》试卷参考答案(期中考试)第7页共7页八、（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：机构在图示位置的全部瞬心的位置及连杆上E点的速度方向，如图所示。图6