西北工業(yè)大學(xué)機(jī)械原理課后答案第4章

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第四章 平面機(jī)構(gòu)的力分析 題4-7 機(jī)械效益Δ是衡量機(jī)構(gòu)力放大程度的一個重要指標(biāo)，其定義為在不考慮摩擦的條件下機(jī)構(gòu)的輸出力（力矩）與輸入力（力矩）之比值，即Δ=。試求圖示各機(jī)構(gòu)在圖示位置時的機(jī)械效益。圖a所示為一鉚釘機(jī)，圖b為一小型壓力機(jī)，圖c為一剪刀。計(jì)算所需各尺寸從圖中量取。 （a） (b) (c) 解：(a)作鉚釘機(jī)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖及受力 見下圖（a） 由構(gòu)件3的力平衡條件有： 由構(gòu)件1的力平衡條件有： 按上面兩式作力的多邊形見圖（b）得 （b）作壓力機(jī)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖及受力圖見（c） 由滑塊5的力平衡條件有： 由構(gòu)件2的力平衡條件有： 其中 按上面兩式作力的多邊形見圖（d），得 (c) 對A點(diǎn)取矩時有 其中a、b為Fr、Fd兩力距離A點(diǎn)的力臂。 題4-8 在圖示的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，設(shè)已知lAB=0.1m，lBC=0.33m，n1=1500r/min（為常數(shù)），活塞及其附件的重量G3=21N，連桿質(zhì)量G2=25N，JS2=0.0425kgm2，連桿質(zhì)心S2至曲柄銷B的距離lBS2=lBC/3。試確定在圖示位置時活塞的慣性力以及連桿的總慣性力。 解：1) 選定比例尺, 繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖。(圖(a) ) 2）運(yùn)動分析：以比例尺作速度多邊形，如圖 (b) 以比例尺作加速度多邊形如圖4-1 (c) 3) 確定慣性力 活塞3： 方向與相反。 連桿2： 方向與相反。 （順時針） 總慣性力： (圖(a) ) 題4-10 圖a所示導(dǎo)軌副為由拖板1與導(dǎo)軌2組成的復(fù)合移動副，拖板的運(yùn)動方向垂直于紙面；圖b所示為由轉(zhuǎn)動軸1與軸承2組成的復(fù)合轉(zhuǎn)動副，軸1繞其軸線轉(zhuǎn)動?，F(xiàn)已知各運(yùn)動副的尺寸如圖所示，并設(shè)G為外加總載荷，各接觸面間的摩擦系數(shù)均為f。試分別求導(dǎo)軌副的當(dāng)量摩擦系數(shù)fv和轉(zhuǎn)動副的摩擦圓半徑ρ。 解：1）求圖a所示導(dǎo)軌副的當(dāng)量摩擦系數(shù)，把重量G分解為G左，G右 ， ， 2）求圖b所示轉(zhuǎn)動副的摩擦圓半徑 支反力 ， 假設(shè)支撐的左右兩端均只在下半周上近似均勻接觸。 對于左端其當(dāng)量摩擦系數(shù) ，摩擦力 摩擦力矩 對于右端其當(dāng)量摩擦系數(shù) ，摩擦力 摩擦力矩 摩擦圓半徑 題4-11 圖示為一錐面徑向推力軸承。已知其幾何尺寸如圖所示，設(shè)軸1上受鉛直總載荷G，軸承中的滑動摩擦系數(shù)為f。試求軸1上所受的摩擦力矩Mf（分別一新軸端和跑合軸端來加以分析）。 解：此處為槽面接觸，槽面半角為。當(dāng)量摩擦系數(shù) 代入平軸端軸承的摩擦力矩公式得 若為新軸端軸承，則 若為跑合軸端軸承，則 題4-13 圖示為一曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的三個位置，F(xiàn)為作用在活塞上的力，轉(zhuǎn)動副A及B上所畫的虛線小圓為摩擦圓，試決定在三個位置時，作用在連桿AB上的作用力的真實(shí)方向（各構(gòu)件的重量及慣性力略去不計(jì)） 解：圖a和圖b連桿為受壓，圖c連桿為受拉.，各相對角速度和運(yùn)動副總反力方向如下圖 題4-14 圖示為一擺動推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)，凸輪1沿逆時針方向回轉(zhuǎn)，F(xiàn)為作用在推桿2上的外載荷，試確定在各運(yùn)動副中總反力（FR31，F(xiàn)R12及FR32）的方位（不考慮構(gòu)件的重量及慣性力，圖中虛線小圓為摩擦圓，運(yùn)動副B處摩擦角為φ=10）。 解: 1) 取構(gòu)件2為受力體，如圖4-6 。由構(gòu)件2的力平衡條件有： 三力匯交可得 和 2) 取構(gòu)件1為受力體， 題4-18 在圖a所示的正切機(jī)構(gòu)中，已知h=500mm，l=100mm，ω1=10rad/s（為常數(shù)），構(gòu)件3的重量G3=10N，質(zhì)心在其軸線上，生產(chǎn)阻力Fr=100N，其余構(gòu)件的重力、慣性力及所有構(gòu)件的摩擦力均略去不計(jì)。試求當(dāng)φ1=60時，需加在構(gòu)件1上的平衡力矩Mb。提示：構(gòu)件3受力傾斜后，構(gòu)件3、4將在C1、C2兩點(diǎn)接觸。 解: 1) 選定比例尺 繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖。 2）運(yùn)動分析：以比例尺，作速度多邊形和加速度多邊形如圖（a），(b) 3) 確定構(gòu)件3上的慣性力 4) 動態(tài)靜力分析： 以構(gòu)件組2,3為分離體，如圖(c) ,由 有 以 作力多邊形如圖(d) 得 以構(gòu)件1為分離體，如圖(e)，有 順時針方向。 題4-22 在圖a所示的雙缸V形發(fā)動機(jī)中，已知各構(gòu)件的尺寸如圖（該圖系按比例尺μ1=0.005 m/mm準(zhǔn)確作出的）及各作用力如下：F3=200N，F(xiàn)5=300N，F(xiàn)＇I2=50N，F(xiàn)＇I4=80N，方向如圖所示；又知曲柄以等角速度ω1轉(zhuǎn)動，試以圖解法求在圖示位置時需加于曲柄1上的平衡力偶矩Mb。 解: 應(yīng)用虛位移原理求解，即利用當(dāng)機(jī)構(gòu)處于平衡狀態(tài)時，其上作用的所有外力（包括慣性力）瞬時功率應(yīng)等于零的原理來求解，可以不需要解出各運(yùn)動副中的反力，使求解簡化。 1) 以比例尺作速度多邊形如下圖 2）求平衡力偶矩：由， 順時針方向。