第4章-不考虑摩擦时平面机构的力分析

第4章不考虑摩擦时平面机构的力分析题4-2在图示的凸轮机构中，已知各构件的尺寸、生产阻力Fr的大小及方向以及凸轮和推杆上的总惯性力FI1′和FI2′，试以图解法求各个运动副中的反力和需要施加在凸轮轴上的平衡力偶矩Mb。（注：已知各力的大小自己确定，要求列出力的矢量方程，并作图求解未知力）解：题4-4在图示的四杆机构中，已知ω1=20s-1，lAB=140mm，lBC=400mm，lCD=400mm，lAD=600mm，构件2和3的重量分别为G2＝47N，G3＝56N，对其形心的转动惯量为JS2＝0.286kg.m2，JS3＝0.505kg.m2，构件1的质量略去不计，试求需要加在构件1上的平衡力以及各个运动副中的反力。解：Fr321BT2S1O2O1F´I2F´I1题4-2图4321S3S2DCBA题4-4图第5章摩擦与效率题5-1图a)所示的导轨副为由拖板1和导轨2组成的复合移动副，拖板的运动方向垂直于纸面；图b)所示为由转轴1和轴承2组成的复合转动副，绕轴线OO转动。现已知各个运动副的尺寸，并设G为外加总载荷，各接触面之间的摩擦系数均为f。试分别求导轨副的当量摩擦系数fV和转动副的摩擦圆半径ρ。解：1）求图a)所示的导轨副的当量摩擦系数fVGS12l1a)l22θGOO1S22erl1l2b)题5-1图故fV＝F/G＝2）求图b)所示的导轨副的摩擦圆半径ρ故ρ＝Mf/G＝题5-2图示为一锥面径向推力轴承，已知其几何尺寸如图所示，设轴1上承受有铅直总载荷G，轴承中的滑动摩擦系数为f，试求轴1上所受的摩擦力矩Mf（分别以新轴端和跑合轴端来加以分析）。提示：可以利用当量摩擦系数的概念直接引用平轴端轴承的公式求得。解：若为新轴端轴承，则若为跑合轴端轴承，则题5-3图示为一曲柄滑块机构的三个位置，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（各构件的重量及惯性力略去不计）。解：解题步骤如下1）判断连杆2承受的是拉力还是压力；2）通过相应角度的变化来确定ω21、ω23的方向；3）判断总反力应切于A、B处摩擦圆的上方还是下方；G12r1r22α题5-2图4）作出总反力的具体方向。题5-4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，Q为作用在推杆2上的外载荷，试确定各运动副中总反力（FR31、FR12、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，运动副B处摩擦角为φ=10°）。ABFOM1234ABFOM1234ABFOM1234题5-3图解：题5-5在图示的缓冲器中，若已知各楔块接触面间的摩擦系数f及弹簧的压力FS，试求当楔块2、3被等速推开及等速恢复原位时力F和'F的大小、该机构的效率以及此缓冲器正、反行程均不至发生自锁的条件。解：1．缓冲器在F力的作用下楔块2、3被等速推开称为正行程1)确定各个楔块之间的相对运动方向(标于图中)；2)确定各个楔块之间的总反力的方向（画图时取摩擦角φ≈5°）；3)分别取楔块2、1为研究对象，作受力分析图，列相应的矢量方程式：MABCQ123φ题5-4图1243FFSαFS题5-5图4）作力的多边形，由图可得：F＝F0＝＝令0得相应的自锁条件为：_____________________________________；故不自锁条件为___________________________。2．缓冲器在FS力的作用下楔块2、3等速恢复原位则为反行程利用正、反行程时力F和'F以及效率与'之间的关系，可直接得'F＝'＝令'0得自锁条件为_______________________________________，故不自锁条件为______________________________________________。题5-6图示的为一带式运输机，电动机1经平带传动和一个两级齿轮减速器带动运输带8。已知运输带8所需要的曳引力F＝5500N，运送速度v＝1.2m/s。平带传动（包括轴承）的效率为η1＝0.95，每一对齿轮（包括其轴承）的效率为η2＝0.97，运输带8的机械效率为η3＝0.92（包括其支撑和联轴器）。试求该传动系统的总效率η以及电动机所需要的功率。解：该系统的总效率为：η＝＝电动机所需要的功率为P＝＝题5-7如图所示，电动机通过V带传动、圆锥、圆柱齿轮传动带动工作机A及B。假设每对齿轮包括轴承的效率在内的效率η1＝0.97，带传动的效率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，试求电动机所需的功率。l2345678vF900题5-6图解：图示的传动属于________联传动（指出传动类型）。第一种方法：输入功率P′A＝PA/____________=_______________kW；P′B＝PB/____________=________________kW；电动机所需要的功率P电＝___________________=___________________第二种方法：传动总效率η＝___________________=___________________；电动机所需要的功率P电＝___________________=______________________。题5-10在图示旋臂起重机中，已知G＝50kN，l＝5m，h＝4m，轴径的直径为d＝80mm，径向和止推轴径的摩擦系数均为f＝0.1，假设它们都是非跑合的，求旋臂转动时所需的力矩M。Glh题5-10图题5-7图AB题5-11在图示的拖拉机转向离合器中，已知传递的功率N＝22kW，转速n＝1000r/min，摩擦系数f＝0.34，主动轴A的圆盘数为4，从动轴B的圆盘数为5，接触面的内半径r1＝160mm，外半径r2＝200mm，安全系数K＝1.33，求应加的弹簧压力FS。解：1．根据题意可以得知该转向离合器能够传递的真实功率为：N1=KN=而其对应的驱动力矩为：Md=9549N1/n=2．由多圆盘转向摩擦离合器的结构特点可以得知该离合器工作过程中所产生的摩擦面的个数为：_____________（个）。而由离合器的工作特点可知在工作程中，每一个摩擦面所产生的摩擦力矩为：M′f=而总的摩擦力矩为：Mf=_____M′f=3．由离合器力矩平衡可得：Md=Mf则∴FS=FSr2r1BA题5-11图