机械原理阶段练习四及答案

1、华东理工大学网络教育学院机械原理课程阶段练习四（第8章第10章第11章）第八章 齿轮系及其设计一、填空题1、周转轮系根据自由度不同可分为 差动轮系 和 行星轮系 ，其自由度分别为 2 和 1 。2、组成周转轮系的基本构件有： 太阳轮 ； 行星轮 ， 系杆 。3、与不同，是构件1和K的传动比 ；是 构件1和K相对系杆H的传动比 。二、简答题1、什么是复合轮系？写出计算复合轮系传动比的步骤。复合轮系：由定轴轮系和周转轮系或者由两个以上的周转轮系组成的轮系。步骤：（1）划清组成复合轮系中的定轴轮系和周转轮系；（2）分别采用定轴轮系和周转轮系传动比的计算公式列出计算方程式；（3）根据这些轮系的组合方式

2、联立解出所求的传动比。2、在图示轮系中，根据齿轮1的转动方向，在图上标出蜗轮4的转动方向，并指出蜗轮4的旋向。答：蜗轮4为顺时针转动，蜗轮4的旋向为左旋。3在图示的手摇提升装置中，已知各轮齿数为：z120，z250，z315，z430，z640，z718，z851，蜗杆z51，且为右旋，试求传动比i18；并指出提升重物时手柄的转向。答：所示轮系为定轴轮系；各轮转向为： 8逆时针、7顺时针、4箭头向左、3箭头向上、2箭头向上、1箭头向上； 传动比：4 在图示的蜗杆传动中，试分别在左右两图上标出蜗杆1的旋向和转向。答：左图为右旋蜗杆；右图蜗杆逆时针转动。三 计算题1 在图示的轮系中，已知z120，

3、z230，z318，z648，齿轮1的转速n1150 r/min，试求系杆 H的转速nH的大小和方向。1.因为：所以：2、在图中，已知：Z1=20 ，Z2=30 ，Z2=25，Z3=75，Z4=30，Z5=25，。求轮系的传动比i15， 并标出n5的旋转方向。，题2图此轮系为复合轮系， 因n3=0 可得： 又： 所以： n5的旋转方向与n1的相反。3、图示轮系中，已知各标准齿轮的齿数分别为z1=z3=z4=20，z2=24，z2= z3=24， z4=30，z5=90，n1=n5=1440r/min，方向如图。求i1H和nH的大小，并题3图在图上标明各轮的转向。答：1223组成定轴轮系，344

4、5H组成周转轮系。定轴轮系中： （1）因为轴线不平行，齿数前的符号由箭头表示，n3方向向下。周转轮系中（2）齿数前的号表示相对H的运动中，3和5的方向相反。由公式（1）求出 n3=2400r/min。n3=n3 则公式（2）可求出nH=1824r/min +号表示nH与n3同向。另外可得0.78954、在图示行星减速装置中，已知Z1=Z2=20,Z3=60。当手柄转过900时，转盘H转过多少度？ 先求i1H而：n3=0所以：当手柄转过900时，当手柄转过22.50时。5、某技术人员设计的传动装置如图所示，其中：1为单头右旋蜗杆，2为蜗轮，其齿数为，其余各轮齿数为：、。运动由蜗杆1和齿轮5输入，

5、由系杆输出，若，转向如图所示，求的大小和方向。该轮系是一混合轮系：锥齿轮、3、4和系杆H组成周转轮系；由蜗杆1和蜗轮2组成定轴轮系；圆柱齿轮5，组成定轴轮系。在由蜗杆1和蜗轮2组成定轴轮系中，有：取其为正（箭头方向向上，同n5）在由圆柱齿轮5，组成定轴轮系中，有：在锥齿轮、3、4和系杆H组成周转轮系中，有； 即： 方向与相反。6图示轮系中，已知：Z1=22，Z3=88，Z4=Z6。试求传动比i16 该轮系为复合轮系，、组成定轴轮系，、H组成周转轮系。在、组成定轴轮系中：，在、H组成周转轮系式中，解得，7 如图所示轮系，求轮系中，由齿轮4H组成定轴轮系，由齿轮1223H组成周转轮系得到：，负号表

6、示齿轮1，4转向相反。8、已知轮系主动轮转向如图所示，齿轮均为标准齿轮，标准安装，Z12，Z240，Z224，Z348，Z4120，Z518，Z636，求传动比i16，并标出轮2、5、6的转向。答:Z1、Z2组成定轴轮系； Z2、Z3、Z4及Z5（H）组成周转轮系； Z5、Z6组成定轴轮系 蜗杆左旋，蜗轮2转向箭头向上。 轮5转向箭头向上 轮6转向箭头向左因此9 在图示的双级行星齿轮减速器中，各齿轮的齿数为z1z620，z3z440，z2z510，试求： 1）固定齿轮4时的传动比i1H2； 2）固定齿轮3时的传动比i1H2。（1）（2）第十章 机械的运转及其速度波动的调节一、选择题1、机构中各

7、活动构件的质量为定值，其等效质量（ C ）定值。A 是； B 不是； C 不一定是。2、机器中每一个零件的质量或转动惯量都同飞轮的转动惯量一样，对周期性速度波动能起到调节作用。该说法（ B ）。A 正确； B 不正确； C 无法判断。3、在建立机械的等效动力学模型时，等效力或等效力矩所作之功与机器上所有外力和外力矩所作之功等效，其中的外力和外力矩（ C ）。 A 包括惯性力和惯性力矩； B 不包括惯性力和惯性力矩； C 包括惯性力，惯性力矩和重力。4、机器在安装肥料后，原动机的功率可以比未安装飞轮时（ C ）。 A 一样； B 大； C 小。5、利用飞轮进行调速的原因是它能（ C ）能量。 A

8、 产生； B 消耗； C 储存和放出。6、在周期性速度波动中，一个周期内等效驱动力做功Wd与等效阻力做功Wr的量值关系是（ ）。 A Wd >Wr; B Wd <Wr ; C Wd!= Wr; D Wd =Wr.7、有三个机构系统，它们主轴的max和min 分别是。 A 1025rad/s，975rad/s； B 512.5rad/s， 487.5rad/s; C 525rad/s，475rad/s 其中，运转最不均匀的是（ ），运转最均匀的是（ ）。8、将作用于机器中所有驱动里，阻力，惯性力，重力都转化到等效构件上，求得的等效力矩和机构动态静力分析中求得的在等效构件上的平衡力矩，

9、两者的关系应是（ ）。 A 数值相同，方向一致； B 数值相同，方向相反； C 数值不同，方向一致； D 数值不同，方向相反。9、对于存在周期性速度波动的机器，安装飞轮主要是为了在（ ）阶段进行速度调节。 A 启动； B 停车； C 稳定运动。10、对于单自由度的机构系统，假想用一个移动构件等效时其等效质量按等效前后（ ）相等的条件进行计算。 A 动能； B 瞬时功率； C 转动惯量。11、但自由度机构的等效转动惯量（ ）>0。 A 一定； B 不一定； C 一定不。12、等效力矩的值（ ）。 A 一定大于零； B 一定不小于零； C 可以等于零； D 一定不等于零。13、利用飞轮进行调

10、速的原因是它能（ ）能量。A 产生； B 消耗； C 储存和释放。二、填空题1、按等效构件上作用的等效力和等效力矩所产生的 瞬时功率 等于原机械系统所有外力或外力矩所产生的 瞬时功率之和 的原则计算等效力矩；2、按等效构件的等效质量和等效转动惯量所具有的 动能 等于 原机械系统的总动能 原则计算等效转动惯量。3、某机器主轴的最大角速度max=200rad/s，最小角速度min=190rad/s，则该机器的主轴平均角速度m等于 195 rad/s，机器运转的速度不均匀系数等于 0.051。4、飞轮在机械中的作用，实质上相当于一个储能器。5、非周期性速度波动不能采用飞轮调节，而是通过增加反馈装置来

11、进行调节，这种装置称为调速器。6、等效构件上作用的等效力或力矩产生的瞬时功率等于原机械系统所有外力产生的瞬时功率之和。7、等效构件上作用的等效力或力矩产生的瞬时功率等于原机械系统所有外力产生的瞬时功率之和。8、机器产生速度波动的主要原因是 输入功不等于输出功 。速度波动的类型有 周期性 和 非周期性 两种。前者一般采用的调节方法是 飞轮 ，后者一般采用的调节方法是 调速器 。9、具有 等效转动惯量 的等效构件的动能等于原机构的动能，而作用于其上的 等效力矩 瞬时功率等于作用在原机构上的所有个外力在同一瞬时的功率。10、计算等效力 或力矩 的条件是 功率相等 ；计算等效转动惯量的条件是 动能相等

12、 。11、在机械运转的启动阶段，总驱动功 大于 总阻力功；在停车阶段，总驱动功 小于 总阻力功。三、简答题1、什么是机械系统的等效动力学模型1. 具有等效质量或等效转动惯量，其上作用有等效力或等效力矩的等效构件称为原机械系统的等效动力学模型。2、试论述飞轮在机械中的作用。飞轮在机械中的作用，实质上相当于一个储能器。当外力对系统作盈功时，它以动能形式把多余的能量储存起来，使机械速度上升的幅度减小；当外力对系统作亏功时，它又释放储存的能量，使机械速度下降的幅度减小。四、计算题1 已知某机械稳定运转时的等效驱动力矩和等效阻力矩如图所示。机械的等效转动惯量为J1，等效驱动力矩为，机械稳定运转开始时等效

13、构件的角速度，试确定 1）等效构件的稳定运动规律； 2）速度不均匀系数； 3）最大盈亏功；4）若要求，求飞轮的等效转动惯量。1.1）等效构件的稳定运动规律：1、2、已知：3、各区间等效构件的稳定运动规律如下：； ； ； 2）速度不均匀系数平均速度： 速度不均匀系数：3）最大盈亏功4）若要求，求飞轮的等效转动惯量。2、某机械在等效构件上作用的等效阻力矩在一个工作循环中的变化规律如图所示，等效驱动力矩为常数，试求：（1）等效驱动力矩的值；（2）最大盈亏功；（3）若转速为，运转不均匀系数，其安装飞轮的转动惯量应为多少？ 解（1）根据一个周期输入功和输出功相等，（2）作曲线与曲线分别相交，作出能量指示

14、图得到（3）安装飞轮的转动惯量3、已知某轧机的原动机功率等于常数：N1=300KW，钢板通过轧辊时消耗的功率为常数：N2=900KW，钢材通过轧辊的时间t2=5s，主轴平均转速n1=50r/min, 机械运转不均匀系数=0.2，设轧钢机的全部转动惯量集中在飞轮上。求：(1) 此轧钢机的运转周期；(2) 飞轮的最大转速和最小转速；(3) 安装在主轴上的飞轮的转动惯量。(1) 设运动周期为T，则有： T×N1 = N2×t2所以：T= N2×t2/N1 = 900×5/300 = 15s(2) 平均转速：m = n1×2/60 = 5.23 rad

15、/s 最大转速：max =m(1+/2) = 5.75 rad/s最小转速：min =m(1-/2) = 4.71 rad/s (3) 最大盈亏功：Amax = (N2-N1)×t2 = 3×106 Nm飞轮的转动惯量： (Kg.m2)4、如图所示为某机械系统的等效阻力矩变化曲线。已知等效驱动力矩为为常数，平均角速度为，机械各构件的等效转动惯量忽略不计。试求在保证不均匀系数时安装在电机主轴上的飞轮转动惯量 。解：在机械稳定运转阶段每一循环内等效驱动力矩所作的功等于等效阻力所作的功，因此最大盈亏功为：飞轮转动惯量 5、一机器作稳定运转，其中一个运动循环中的等效驱动力矩和等效阻

16、力矩的变化如图所示。机器的等效转动惯量J1，在运动循环开始时，等效构件的角速度，求（1） 等效构件的最大角速度和最小角速度（2） 机器运转速度不均匀系数。解：（1）所以：等效构件在各位置角时的动能：时，时，时，时，因此，等效构件在转角为时，能量最大，此时；而在时，能量最小。此时；（2）6电动机驱动的剪床机组中，已知电动机的转速为及作用在剪床主轴上的阻力距如图所示。设驱动力矩为常数，机组各构件的等效转动惯量可忽略不计，求保证运转不均匀系数不超过0.05的安装在电动机轴上的飞轮转动惯量。解：由题意可知，驱动力矩为常数：各面积代表的盈亏功为：第十一章 机构的平衡一、选择题1、下图中S为总质心，图 的

17、转子为静不平衡；图 的转子是动不平衡。2、利用飞轮进行调速的原因是它能（ ）能量。A 产生； B 消耗； C 储存和释放。3、达到静平衡的转子，其质心（ ）位于回转轴线上。A 一定； B 不一定； C 一定不。4、对于结构尺寸d/b5的不平衡刚性转子，需进行（ ）。A 静平衡； B 动平衡； C 不用平衡。5、在机器稳定运转的一个运转循环中，应有（ ）。 A 惯性力和重力所作之功均为零； B 惯性力所作之功为零，重力所作之功不为零。 C 惯性力和重力所作之功均不为零； D 惯性力所作之功不为零，重力所作之功为零。6、刚性转子的动平衡是使（ ）。 A 惯性力合力为零； B 惯性力合力偶矩为零；

18、C 惯性力合力为零，同时惯性力和力偶矩也为零。7、对于结构尺寸为b/D<0.2的不平衡刚性转子,需进行（ ）。 A 静平衡; B 动平衡; C 不用平衡.二、填空题1、使不平衡的转子达到静平衡，至少需要在 1 个平衡面上进行平衡配重；如要达到动平衡，则至少需要 2 个平衡面。2、经过动平衡的转子一定能保证静平衡，这是因为 经过了动平衡 实现了惯性力的平衡 。3、机构的完全平衡是使机构的总惯性力恒为零。为此需使机构的质心恒固定不动。4、刚性转子静平衡的条件是 惯性力平衡 ；动平衡的条件是 惯性力平衡且惯性力矩平衡 。5、在机械中安装飞轮的目的是 储存能量 和 释放能量 。6、机械中各活动构

19、件的运动形式不同，一般将机械的平衡问题分为 转子平衡 和 机构的平衡 。7、对于静不平衡的转子，不论它有多少个偏心质量，只需要适当地加上或减去一个平衡质量即可获得平衡。8、平面机构完全平衡的条件是 使机构的总惯性力恒为零 。9、在对机构进行动态静力分析时， 应计入各构件的惯性力 来求各运动副的反力和未知平衡力（矩）。10、符合静平衡条件的回转构件，其质心位置在 回转轴线上 ，静不平衡的回转构件，由于重力矩的作用，必定在 轴心正下方 位置静止，由此可确定应加上或除去平衡质量的方向。三、简答题1. 机械平衡问题分为哪几类？ 构件的运动形式不同，所产生的惯性力的平衡方法也不同。对于绕固定轴转动的回转

20、构件，可以就其本身加以平衡；对于作往复移动或平面运动的构件，必须就整个机构进行研究。所以，机构的平衡问题分为转子的平衡和机构在机座上的平衡两类。2. 转子的动平衡和静平衡有什么区别？ 转子的静平衡适用于长径比小于0.2的盘类转子；选择一个校正平面进行平衡就可以使该转子达到平衡状态；静平衡使所有不平衡量产生的惯性力达到平衡状态。 转子的动平衡适用于长径比不小于0.2的轴类转子；要选择两个校正平面进行平衡才可以使该转子达到平衡状态；动平衡使所有不平衡量产生的惯性力不仅达到平衡状态，而且使其产生的惯性力偶矩也达到平衡状态。3 经过动平衡的构件是否一定是静平衡的？经过静平衡的构件是否一定要再进行动平衡

21、。答：动平衡的构件一定是静平衡，但经过静平衡的构件并不一定是动平衡。因为静平衡仅使转子惯性力得到平衡，即使转子的质心在回转轴线上。而动平衡除了满足此条件以外，还需满足转子惯性力产生的惯性力矩也要平衡。四、计算题1、在图示的盘形转子中，有四个偏心质量位于同一回转平面内，其大小及回转半径分别为m110kg，m25kg，m38kg，m46kg；r160mm，r2100mm，r380mm，r470mm，方位如图所示，又设平衡质量m的回转半径r=150mm，试求平衡质量m的大小和方位。答：1.各质径积为：m1r1600kg.mm、m2r2500kg.mm、m3r3640kg.mm、m4r4420kg.m

22、m作矢量图，方位如图所示2、图示为一钢制圆盘，盘厚H30mm，位置处钻有一直径d=50mm的通孔，位置处有一质量为m20.2公斤的附加重块，为使圆盘平衡，拟在圆盘r=200mm的圆周上增加一重块，试求此重块的重量和位置。（钢的密度7.8g/cm3）答：此题的要点为在圆盘钻孔后此处重量减少，相当于在其相反方向增加了同样的重量。在处钻孔后失去的重量为：其质径积的大小，方向与O相反。在附加质量所产生的质径积的大小，方向与O相同。因此，由平衡原理，在r200mm处所附加的平衡质径积mr的计算为因此、与X轴正方向的夹角与Y轴正方向的夹角所增加的质量m0.263kg3 在图示的曲柄滑块机构中，S1、S2和

23、S3为曲柄、连杆和滑块的质心。已知各构件的尺寸和质量如下：，。欲在曲柄AB上加一平衡质量来平衡该机构的惯性力，问： 1）应加于曲柄AB的什么方向上？ 2）如将加于处，且，？3） 此时可否全部平衡掉机构的惯性力？解：1）将曲柄的质量用集中于B点的质量和集中于A点来代换；将连杆的质量集中于用集中于B点的质量和集中于C点的质量来代换。则，机构产生的惯性力只有两部分：即集中于B点的质量所产生的离心惯性力和集中于C点的质量所产生的往复惯性力，如下图所示：2）3)不能，上述方法只能平衡掉离心惯性力，对于往复惯性力，由于其大小随着曲柄转角的不同而不同，因而，无法平衡往复惯性力。4、有一薄壁转盘质量为M，质心

24、偏距为R， MR=6Kgm，方向垂直向下，由于该回转面不允许安装平衡质量，只能在平面A，B上调整，其位置于图所示，求应加的平衡质径积MARA、MBRB的大小和方向。（图中单位：mm）设在平面A、B上所加质径积MARA、MBRB的方向均向上，则对于A、B平面与轴心线的交点a、b，各质径积的力矩和应为零。设逆时针方向力矩为正，则：由得：由得：因此应加的平衡质径积，大小等于，方向向上，大小等于，方向向下华东理工大学网络教育学院机械原理课程阶段练习一（第八章第十章第十一章）答案第八章 答案1 填空题1. 差动轮系，行星轮系，2,1；2. 太阳轮；行星轮，系杆（行星架）；3. 构件1和k的传动比，构件1

25、和k相对系杆 H的传动比；2 简答题1.复合轮系：由定轴轮轮和周转轮系或者由两个以上的周转轮系组成的轮系。步骤：（1）划清组成复合轮系中的定轴轮系和周转轮系；（2）分别采用定轴轮系和周转轮系传动比的计算公式列出计算方程式；（3）根据这些轮系的组合方式联立解出所求的传动比。2.蜗轮4为顺时针转动，蜗轮4的旋向为左旋。3.所示轮系为定轴轮系；各轮转向为： 8逆时针、7顺时针、4箭头向左、3箭头向上、2箭头向上、1箭头向上； 传动比：4. 左图为右旋蜗杆；右图蜗杆逆时针转动。3 计算题1.因为：所以：2.此轮系为复合轮系， 因n3=0题2图 可得： 又： 所以： n5的旋转方向与n1的相反。3. 1

26、223组成定轴轮系，3445H组成周转轮系。定轴轮系中： （1）因为轴线不平行，齿数前的符号由箭头表示，n3方向向下。周转轮系中（2）齿数前的号表示相对H的运动中，3和5的方向相反。由公式（1）求出 n3=2400r/min。n3=n3 则公式（2）可求出nH=1824r/min +号表示nH与n3同向。另外可得0.78954.先求i1H而：n3=0所以：当手柄转过900时，当手柄转过22.50时。5.该轮系是一混合轮系：锥齿轮、3、4和系杆H组成周转轮系；由蜗杆1和蜗轮2组成定轴轮系；圆柱齿轮5，组成定轴轮系。在由蜗杆1和蜗轮2组成定轴轮系中，有：取其为正（箭头方向向上，同n5）在由圆柱齿轮

27、5，组成定轴轮系中，有：在锥齿轮、3、4和系杆H组成周转轮系中，有； 即： 方向与相反。6.该轮系为复合轮系，、组成定轴轮系，、H组成周转轮系。在、组成定轴轮系中：，在、H组成周转轮系式中，解得，7.轮系中，由齿轮4H组成定轴轮系，由齿轮1223H组成周转轮系，得到：得到：，负号表示齿轮1，4转向相反。8. Z1、Z2组成定轴轮系； Z2、Z3、Z4及Z5（H）组成周转轮系； Z5、Z6组成定轴轮系 蜗杆左旋，蜗轮2转向箭头向上。 轮5转向箭头向上 轮6转向箭头向左因此9.（1）（2）第十章 答案一选择题1. C 2. B3. C4. C 5. C6. D 7. C,AB 8. B9.C10.

28、A11. B12. C13. C2 填空题1. 瞬时功率,瞬时功率之和；2. 动能，原机械系统的总动能；3. 195,0.051；4. 储能器；5. 反馈，调速器；6. 原机械系统所有外力产生的瞬时功率之和；7. 作用的等效力或力矩；8. 输入功不等于输出功，周期性，非周期性，飞轮，调速器；9. 等效转动惯量，等效力矩；10. 或力矩，功率相等，动能相等；11. 大于，小于；3 简答题2. 具有等效质量或等效转动惯量，其上作用有等效力或等效力矩的等效构件称为原机械系统的等效动力学模型。2.飞轮在机械中的作用，实质上相当于一个储能器。当外力对系统作盈功时，它以动能形式把多余的能量储存起来，使机械

29、速度上升的幅度减小；当外力对系统作亏功时，它又释放储存的能量，使机械速度下降的幅度减小。4 计算题1.1）等效构件的稳定运动规律：1、2、已知：3、各区间等效构件的稳定运动规律如下：； ； ； 2）速度不均匀系数平均速度： 速度不均匀系数：3）最大盈亏功4）若要求，求飞轮的等效转动惯量。2.解（1）根据一个周期输入功和输出功相等，（2）作曲线与曲线分别相交，作出能量指示图得到（3）安装飞轮的转动惯量3.(1) 设运动周期为T，则有： T×N1 = N2×t2所以：T= N2×t2/N1 = 900×5/300 = 15s(2) 平均转速：m = n1&#

30、215;2/60 = 5.23 rad/s 最大转速：max =m(1+/2) = 5.75 rad/s最小转速：min =m(1-/2) = 4.71 rad/s (3) 最大盈亏功：Amax = (N2-N1)×t2 = 3×106 Nm飞轮的转动惯量： (Kg.m2)4.在机械稳定运转阶段每一循环内等效驱动力矩所作的功等于等效阻力所作的功，因此最大盈亏功为：飞轮转动惯量 5.（1）所以：等效构件在各位置角时的动能：时，时，时，时，因此，等效构件在转角为时，能量最大，此时；而在时，能量最小。此时；（2）6.解：由题意可知，驱动力矩为常数：各面积代表的盈亏功为：第十一章 答案一选择题1. A,BC 2. C3. A4. B 5.A6. C 7. A 2 填空题1. 1，2；2. 经过了动平衡，实现了惯性力的平衡；3. 使机构的总惯性力恒为零，机构的质心恒固定不动；4. 惯性力平衡，惯性力平衡且惯性力矩平衡；5. 储