機(jī)械原理課后答案

1、第7章作業(yè)71等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和等效力矩各自的等效條件是什么？72在什么情況下機(jī)械才會(huì)作周期性速度波動(dòng)？速度波動(dòng)有何危害？如何調(diào)節(jié)？答：當(dāng)作用在機(jī)械上的驅(qū)動(dòng)力（力矩）周期性變化時(shí)，機(jī)械的速度會(huì)周期性波動(dòng)。機(jī)械的速 度波動(dòng)不僅影響機(jī)械的工作質(zhì)量，而且會(huì)影響機(jī)械的效率和壽命。調(diào)節(jié)周期性速度波動(dòng)的方法是在機(jī)械中安裝一個(gè)具有很大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的飛輪。73飛輪為什么可以調(diào)速？能否利用飛輪來調(diào)節(jié)非周期性速度波動(dòng)，為什么？答：飛輪可以凋速的原因是飛輪具有很大的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，因而要使其轉(zhuǎn)速發(fā)生變化就需要 較大的能量，當(dāng)機(jī)械出現(xiàn)盈功時(shí)，飛輪軸的角速度只作微小上升，即可將多余的能量吸收儲(chǔ)存起來；而當(dāng)機(jī)械出現(xiàn)虧功時(shí)，機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度

2、減慢飛輪又可將其儲(chǔ)存的能量釋放，以彌補(bǔ)能最的不足，而其角速度只作小幅度的下降。非周期性速度波動(dòng)的原因是作用在機(jī)械上的驅(qū)動(dòng)力（力矩）和阻力（力矩）的變化是非周期性的。當(dāng)長(zhǎng)時(shí)問內(nèi)驅(qū)動(dòng)力（力矩）和阻力（力矩）做功不相等，機(jī)械就會(huì)越轉(zhuǎn)越快或越轉(zhuǎn)越慢而 安裝飛輪并不能改變驅(qū)動(dòng)力（力矩）或阻力（力矩）的大小也就不能改變驅(qū)動(dòng)功與阻力功不相等 的狀況，起不到調(diào)速的作用，所以不能利用飛輪來調(diào)節(jié)非周期陛速度波動(dòng)。74為什么說在鍛壓設(shè)備等中安裝飛輪可以起到節(jié)能的作用？解：因?yàn)榘惭b飛輪后，飛輪起到一個(gè)能量?jī)?chǔ)存器的作用，它可以用動(dòng)能的形式把能量?jī)?chǔ)存 或釋放出來。對(duì)于鍛壓機(jī)械來說，在一個(gè)工作周期中，工作時(shí)間很短而峰值載荷

3、很大。安 裝飛輪后.可以利用飛輪在機(jī)械非工作時(shí)間所儲(chǔ)存能量來幫助克服其尖峰載荷，從而可以選用較小功率的原動(dòng)機(jī)來拖動(dòng)，達(dá)到節(jié)能的目的，因此可以說安裝飛輪能起到節(jié)能的作用。75由式JF=Wmax/（ 3m2 S ），你能總結(jié)出哪些重要結(jié)論（希望能作較全面的分析）？答：當(dāng)厶Wmax與3m一定時(shí)，若S 下降，則J增加。所以，過分追求機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度的均 勻性，將會(huì)使飛輪過于笨重。2由于JF不可能為無窮大，若Wmax*0，則S 不可能為零，即安裝飛輪后機(jī)械的速度 仍有波動(dòng)，只是幅度有所減小而已。3當(dāng)Wmax與S 一定時(shí)，JF與3m的平方值成反比，故為減小JF,最好將飛輪安裝在機(jī)械的高速軸上。當(dāng)然，在實(shí)際設(shè)計(jì)

4、中還必須考慮安裝飛輪軸的剛性和結(jié)構(gòu)上的可能性等因素。76造成機(jī)械振動(dòng)的原因主要有哪些？常采用什么措施加以控制？77圖示為一機(jī)床工作臺(tái)的傳動(dòng)系統(tǒng)。設(shè)已知各齒輪的齒數(shù)，齒輪3的分度圓半徑3,各齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Ji、J2、，J2J3,齒輪1直接裝在電動(dòng)機(jī)軸上，故JI中包含了電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn) 子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；工作臺(tái)和被加工零件的重量之和為G。當(dāng)取齒輪1為等效構(gòu)件時(shí)，試求該機(jī) 械系統(tǒng)的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Je。je=j1J（j2j2）G Ij2 ） G（ 2 ）2叫 叭gJe = J十1J + jW2）十j1223嚴(yán)22）2Z2Z2Z3gz，z7-8圖示為DC伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的立銃數(shù)控工作臺(tái)，已知工作臺(tái)及工件的質(zhì)量為m4=35

5、5 kg,滾珠絲杠的導(dǎo)程d=6 mm,轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 出=1.2 x 10-3kg.m。，齒輪1、2的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量分別為J1=732 X=j程2+2J冷2 232：3GV2 g10-6kg.m2,J=768X10-6kg.m2。在選擇伺服電機(jī)時(shí)，伺服電機(jī)允許的負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量必須大于 折算到電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，試求圖示系統(tǒng)折算到電動(dòng)機(jī)軸上的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。解：根據(jù)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的等效原則有121212122Je 12 J1 1jj2J )32m v4 412 2V4 2Je二J1J(J2J3)()m4(4)則：2豹11二J1J(J2J3)(亍叫“亍2Z2Z2=732 X 10-6+(768+l 200

6、)1 X 10-6X (25/45)2+355 X (6 X 10-3)2X (25/45)2-32=5.284 X 10 kg.m79已知某機(jī)械穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)主軸的角速度3s=100 rad/s,機(jī)械的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Je=0.5kg.m2，制動(dòng)器的最大制動(dòng)力矩Mr=20 N.m(制動(dòng)器與機(jī)械主軸直接相連，并取主軸為等效構(gòu)件)。要求制動(dòng)時(shí)間不超過3s,試檢驗(yàn)該制動(dòng)器是否能滿足工作要求。解 因此機(jī)械系統(tǒng)的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量.F:及等效力矩Al。均為常數(shù)，故可利用力矩形式的機(jī)械運(yùn)動(dòng)方程式：Me=Jed 3 /dt2其中：Me=-Mr=-20 N.m,Je=0.5 kg.mdt=Je/(-Mr)d 3 =0.5

7、/ (-20) d 3 =-0.025d 3因此t= -0.025( 3 - 3 s)=0.025 3s=2.5s由于t=2.5s=(P-P1)t1=(P-P1)(60$1)/(2 n n)=(25733957.7) X 60 X (1/3) X (1/100)=441.24N.m1)當(dāng)飛輪裝在曲柄軸上時(shí)飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為900 441.24:210020.052=80.473kg.m2）飛輪裝在電機(jī)軸上時(shí)，飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為2 2 2JF900 Wmax :2n 2）裝在曲軸上的飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JF（不計(jì)其余構(gòu)件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量）jF、=jF（n/nn） =80.473 X （100/1440） =0.3

8、88kg.m7-12某內(nèi)燃機(jī)的曲柄輸出力矩Md隨曲柄轉(zhuǎn)角，的變化曲線如圖所示，其運(yùn)動(dòng)周期T=,曲柄的平均轉(zhuǎn)速nm=620r/min。當(dāng)用該內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)一阻抗力為常數(shù)的機(jī)械時(shí)，如果要求其運(yùn)轉(zhuǎn)不均勻系數(shù)、；=0.01。試求1）曲軸最大轉(zhuǎn)速nmaX和相應(yīng)的曲柄轉(zhuǎn)角位置Fax；解設(shè)離合器結(jié)合過程中所傳遞的摩擦力矩為速度為3。根鋸力矩形式的機(jī)械運(yùn)動(dòng)方程。對(duì)于軸0-Mf7 J11dtMf.兩軸結(jié)合后的公共角l和軸2,分別有：(1)解得Mr=(1/ n ) X 200 X (1/2) X ( n /6+ n )=1 16.6 7 N.m求曲軸最大轉(zhuǎn)速nmax,和相應(yīng)的曲柄轉(zhuǎn)角位置max：作其系統(tǒng)的能量指示圖(

9、見圖(b).由圖可知在c處機(jī)構(gòu)出現(xiàn)能量最大值.即e = ec時(shí)，n=nmax。故Wnax = AbABc -200一116.67竺200一116.67他20116.67=67.26N.m故:2 6 180 200 180 200 ,_900 Wmax _900 67.262JF2 2221.596kg.m 62020.01713圖示為兩同軸線的軸1和2以摩擦離合器相連。軸1和飛輪的總質(zhì)量為100 kg,回轉(zhuǎn)半徑p =450 mm;軸2和轉(zhuǎn)子的總質(zhì)量為250 kg，回轉(zhuǎn)半徑p =625 mm。在離合器接合 前，軸1的轉(zhuǎn)速為n,=100 r/min，而軸2以n:=20 groin的轉(zhuǎn)速與軸1同向轉(zhuǎn)

10、動(dòng)。在離 合器接合后3 s，兩軸即達(dá)到相同的速度。設(shè)在離合器接合過程中，無外加驅(qū)動(dòng)力矩和阻 抗力矩。試求：1)兩軸接合后的公共角速度；解：確定阻抗力矩，因一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)內(nèi)驅(qū)動(dòng)功應(yīng)等于阻抗功所以有MreT=AOABC=200X( 1/2) X ( n /6+ n)max=20o+30o+130oX (200-116.7)/200=104.16o此時(shí)nmax=(1+ S /2)nm=(1+0.01/2) X 620=623.1r/min(亦. (b)(3)求裝在曲軸上的飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J,:2）裝在曲軸上的飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JF（不計(jì)其余構(gòu)件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量）2)在離合器結(jié)合過程中，離合器所傳遞的轉(zhuǎn)矩的大小。一Ei

11、r2個(gè)rwi 1飛輪 摩療WS令浮轉(zhuǎn)尸2 2100 0451000.6252 =3.533rad/s1-口斗八二Mf= J1(f 13330714圖示為一轉(zhuǎn)盤驅(qū)動(dòng)裝置。nn=1 390.r/min， 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J1=0.018 kg.m2;2為減速器，其減速比i2=35, 3傳動(dòng)，z3=20,z4=52;減速器和齒輪傳動(dòng)折算到電動(dòng)機(jī)軸上的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量kg.rn2;轉(zhuǎn)盤5的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J5=144kg.m，作用在轉(zhuǎn)盤上的阻力矩為Mr5=80 N.m;傳動(dòng)裝 置及電動(dòng)機(jī)折算到電動(dòng)機(jī)軸上的阻力矩為Mr1=0.3 N.m。該裝置欲采用點(diǎn)動(dòng)(每次通電時(shí)間約0.15 s)作步進(jìn)調(diào)整，問每次點(diǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)盤5約轉(zhuǎn)過多少度

12、？提示：電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩Mn=9 550Pn/nn,電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Mck2Mn，并近似當(dāng)作常數(shù)。解 取電機(jī)軸作為等效構(gòu)件，則系統(tǒng)的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 c 220122Je1二J1J2eJ5()=0.0180.015 144 () = 0.0504kg.m15235點(diǎn)動(dòng)過程中，系統(tǒng)的運(yùn)行分為兩個(gè)階段：第一階段為通電啟動(dòng)階段，第二階段為斷電停 車階段。第一階段的等效力矩為Me11=Md-Mr1Mr552 9550空Mr1Mr5（蘭 丄）1nnZ4120.5520 1=2 95500.3-80 () =6.378N.m139052 35由于在此階段系統(tǒng)的等效力矩和等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量均為常數(shù)，所以在此階段電機(jī)軸

13、的角 速度和轉(zhuǎn)過的角度為從而d，22-0 =J2J2J1. ： 1 J 21 2co =-J 1 J 2由式（1） （2）得：式中J1=m1p1231=2 n m/60= n m/30,32=2 n n2/60= n n2/30（2）=30由（1） 得:100 0.452100 0.6252100 0.452,100二(- -3.533) = 46.838N.m3301為電動(dòng)機(jī)，額定功率為Pn=0.55 kW，額定轉(zhuǎn)速為、4為齒輪311= 310+ a1t1$11=$10+ 310t什(1/2)式中:$10=0,e11 .t1Je1亞*=0.5 6.3780.15 1.424radJe10.0504a1t1310=0,.t1=0.15, a1=Me11/Je1所以11 =Me11t6.3780.15 = 18.982rad / s=12第二階段的等效力矩為llMe12=Mr1-Mr5（）=-Mr1-Mr5（蘭丄）=-0.3-80（彳 丄）二-1.179N.m翩z4i252 35由于在此階段系統(tǒng)的等效力矩和等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量均為常數(shù)，所以在此階段電機(jī)軸的角速 度和轉(zhuǎn)過的角度為：312= 311+ a2t22012= 011+ 311t2+（1/2） a2t2式中：312=0,a2=Me12/Je1所以o11