第七章机械的运转及其速度波动的调节习题与答案

1、第七章 机械的运转及其速度波动的调节1一般机械的运转过程分为哪三个阶段?在这三个阶段中,输入功、总耗功、动能及速度之间的关系各有什么特点？2为什么要建立机器等效动力学模型？建立时应遵循的原则是什么？ 3在机械系统的真实运动规律尚属未知的情况下，能否求出其等效力矩和等效转动惯量？为什么？4飞轮的调速原理是什么？为什么说飞轮在调速的同时还能起到节约能源的作用？5何谓机械运转的平均速度和不均匀系数？ 6飞轮设计的基本原则是什么？为什么飞轮应尽量装在机械系统的高速轴上？系统上装上飞轮后是否可以得到绝对的匀速运动？7机械系统在加飞轮前后的运动特性和动力特性有何异同（比较主轴的m，max，选用的原动机功率

2、、启动时间、停车时间，系统中主轴的运动循环周期、系统的总动能）？ 8何谓最大盈亏功？如何确定其值？ 9如何确定机械系统一个运动周期最大角速度Wmax与最小角速度Wmin 所在位置？10为什么机械会出现非周期性速度波动，如何进行调节？11机械的自调性及其条件是什么？12离心调速器的工作原理是什么？ 13对于周期性速度波动的机器安装飞轮后，原动机的功率可以比未安装飞轮时 。14 若不考虑其他因素，单从减轻飞轮的重量上看，飞轮应安装在 轴上。15大多数机器的原动件都存在运动速度的波动，其原因是驱动力所作的功与阻力所作的功 保持相等。16机器等效动力学模型中的等效质量（转动惯量）是根据系统总动能 的原

3、则进行转化的，因而它的数值除了与各构件本身的质量（转动惯量）有关外，还与构件的 有关。17当机器中仅包含速比为 机构时，等效动力学模型中的等效质量（转动惯量）是常数；若机器中包含 自由度的机构时，等效质量（转动惯量）是机构位置的函数。18 图示行星轮系中,各轮质心均在其中心轴线上，已知kg,kg， kg，系杆对转动轴线的转动惯量kg，行星轮质量m2=2kg，m2=4kg， m，。在系杆H上作用有驱动力矩MH=60N。作用在轮1上的阻力矩M1=10N。试求：(1)等效到轮1上的等效转动惯量；(2)等效到轮1上的等效力矩。19在图示机构中，齿轮2和曲柄O2A固连在一起。已知mm，mm，30o，齿轮

4、齿数，转动惯量，构件4质量m4=10kg，阻力F4200N,试求：(1)阻力F4换算到O1轴上的等效力矩的大小与方向；(2)m4、换算到O1轴上的等效转动惯量J。20图示为齿轮一凸轮机构，已知齿轮1、2的齿数、和它们对其转轴、的转动惯量分别为、，凸轮为一偏心矩为e的圆盘，与齿轮2相连，凸轮对其质心的转动惯量是，其质量为，从动杆4的质量为，作用在齿轮1上的驱动力矩M1M(),作用在从动杆上的压力为Q。若以轴O2上的构件(即齿轮2和凸轮)为等效构件,试求在此位置时：(1)等效转动惯量；(2)等效力矩。21 已知机组在稳定运转时期主轴上的等效阻力矩变化曲线如图所示，等效驱动力矩为常数，主轴的平均角速

5、度rad/s。为减小主轴的速度波动，现加装一个飞轮，其转动惯量kgm2，不计主轴及其它构件的质量和转动惯量。试求：（1）等效驱动力矩；（2）运转速度不均匀系数；（3）主轴的最大角速度及最小角速度，它们发生在何处（即相应的值）。22 某机械在稳定运转阶段内的一个运动循环中，其主轴上的等效阻力矩如图所示，等效驱动力矩为常值，等效转动惯量kgm2，平均角速度rad/s，试求：（1）等效驱动力矩；（2）和的位置；（3）最大盈亏功；（4）运转速度不均匀系数。23某机械在稳定运动的一个周期中，作用在等效构件上的等效阻力矩的变化规律如图示，等效驱动力矩为常数，平均角速度rad/s，要求运转速度不均匀系数，忽

6、略除飞轮以外构件的等效转动惯量。试求：（1）等效驱动力矩；（2）最大盈亏功；（3）应在等效构件上安装的飞轮转动惯量。24已知机器在稳定运转一周期内等效驱动力矩和等效阻力矩（为常值）如图示。两曲线间所包容的面积表示盈亏功的大小，自左至右分别为，单位为J，等效转动惯量为常量。试求：（1）等效构件最大、最小角速度、的位置；（2）最大盈亏功。25 在图示的传动机构中，轮1为主动件，其上作用有驱动力矩=常数，轮2上作用有阻力矩，它随轮2转角的变化关系示于图b中。轮1的平均角速度rad/s，两轮的齿数为。试求：（1）以轮1为等效构件时，等效阻力矩；（2）在稳定运转阶段（运动周期为轮2转），驱动力矩的大小；

7、（3）最大盈亏功；（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，而不计轮1、2的转动惯量时，所加飞轮的转动惯量至少应为多少？（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？26 如图示提升机中，已知各轮的传动比，m，。绳轮5的半径R200mm，重物A的重量G=50N，齿轮1、2和、4、5及对轮心的转动惯量分别为kg，kg，J40.1kg,J50.3kg,行星轮2和2的质量m2=2kg，其余各构件的转动惯量和质量不计。试确定以构件1为等效构件时，(1)等效阻力矩；(2)等效转动惯量J。27 已知插床机构的机构简图，生产阻力Q=1000N，求将它

8、等效到构件1上的等效阻力为多少？其指向如何？(作用在垂直于AB的nn线上)28 在图示机构中，当曲柄推动分度圆半径为的齿轮3沿固定齿条5滚动时，带动活动齿条4平动，设构件长度及质心位置，质量及绕质心的转动惯量(i=1,2,3,4)均已知，作用在构件1上的力矩和作用在齿条4上的力F4亦已知。忽略构件的重力。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。29 一机器作稳定运动，其中一个运动循环中的等效阻力矩与等效驱动力矩的变化线如图示。机器的等效转动惯量J=1kg，在运动循环开始时，等效构件的角速度20rad/s，试求：(1)等效驱动力矩Md；(2)等效构件的最大

9、、最小角速度与；并指出其出现的位置；确定运转速度不均匀系数；(3)最大盈亏功；(4)若运转速度不均匀系数，则应在等效构件上加多大转动惯量的飞轮？30 在图示机构中，滑块3的质量为，曲柄AB长为，滑决的速度，为曲柄的角速度。当时，阻力常数；当时，阻力。驱动力矩为常数。曲柄AB绕A轴的转动惯量为，不计构件的质量及各运动副中的摩擦。设在时，曲柄的角速度为。试求：（1）取曲柄为等效构件时的等效驱动力矩和等效阻力矩；（2）等效转动惯量；（3）在稳定运转阶段，作用在曲柄上的驱动力矩；（4）写出机构的运动方程式。31 已知某机械一个稳定运动循环内的等效阻力矩如图所示，等效驱动力矩为常数，等效构件的最大及最小

10、角速度分别为：rad/s及rad/s。试求：（1）等效驱动力矩的大小；（2）运转的速度不均匀系数；（3）当要求在0.05范围内，并不计其余构件的转动惯量时，应装在等效构件上的飞轮的转动惯量。32 已知一齿轮传动机构，其中，在齿轮4上有一工作阻力矩，在其一个工作循环（）中，的变化如图示。轮1为主动轮。如加在轮1上的驱动力矩为常数，试求：（1）在机器稳定运转时，的大小应是多少？并画出以轮1为等效构件时的等效力矩-、-曲线；（2）最大盈亏功；（3）设各轮对其转动中心的转动惯量分别为kgm2，kgm2，如轮1的平均角速度rad/s，其速度不均匀系数，则安装在轮1上的飞轮转动惯量?（4）如将飞轮装在轮4

11、轴上，则所需飞轮转动惯量是增加还是减少？为什么？第七章 机械的运转及其速度波动的调节13小14高速15不能每瞬时16相等，运动规律17常数的，单。18以轮1为等效构件。(1)等效转动惯量(2)等效力矩M设方向为正。所以计算结果为正值，表明M方向与同方向。19N，为逆时针方向。因为所以-号表示为顺时针方向。(2)因为所以kg20(1)(a)用瞬心法求v4先确定瞬心P34，它位于S3点，所以，方向垂直向上。(b)(2)M1为驱动力矩，Q为工作阻力，v4与Q的方向恰好相反，则：注：等效构件为构件2，应将M1()中的以代之。21（1）求Nm（2）发生在点，发生在点。（3）J（4）（5）rad/srad

12、/s22（1）Nm（2）在处，在处。（3）J（4）23（1）求Nm（2）在图中作出，并画出能量图。：J：J：J：J：在点处，在点处。（3）J（4）kgm224（1）计算各点能量:： ：J ：J ：J：J ：（2）由上知 在点，在点。（3）J25（1）Nm，（2）轮1的运动周期为，Nm（3）J（4）kgm2（5）如装在轮2轴上，则kgm2，较增加4倍，因等效转动惯量与速度比的平方成反比。26 (1)等效阻力矩(2)等效转动惯量27 (1)先作速度多边形图，则，即(2)N，方向垂直AB向下。28 (1)首先对机构进行运动分析。(a)取比例尺，作速度多边形图，由速度影像可得S2点的速度。另外，图中D为齿轮运动的绝对瞬心，故， (b)以构件1为等效构件时，等效力矩为M，则式中，故(2)以构件4为等效构件时，等效质量为m，则式中，故29 (1)设起始角为，N(2)最大角速度在处，最小角速度在处。(a)求rad/s(b)同理rad/srad/s(c)(3)J(4)kg30 （1）驱动力矩作用在等效构件上，且其他构件上无驱动力矩，故有阻力的等效阻力矩：（）（）（2）等效转动惯量：（3）稳定运转阶段，作用在曲柄上的驱动力矩：由，可得（4）机构的运动