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ADCD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δ3)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) 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?
01和近休止角δ02;
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N1N2、B1B2,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z 1= z2′=10,z 2=20,z 3=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z 1= z 3=17,z2= z 4=39,z 5=18,z 7=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= z 2=20,z 3=60,z4=2,z 5=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。