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第7章作业7—1等效转动惯量和等效力矩各自的等效条件是什么?7—2在什么情况下机械才会作周期性速度波动?速度波动有何危害?如何调节?答: 当作用在机械上的驱动力（力矩)周期性变化时，机械的速度会周期性波动。
机械的速度波动不仅影响机械的工作质量，而且会影响机械的效率和寿命。
调节周期性速度波动的方法是在机械中安装一个具有很大转动惯量的飞轮。
7—3飞轮为什么可以调速?能否利用飞轮来调节非周期性速度波动，为什么?答： 飞轮可以凋速的原因是飞轮具有很大的转动惯量，因而要使其转速发生变化．就需要较大的能量，当机械出现盈功时，飞轮轴的角速度只作微小上升，即可将多余的能量吸收储存起来；而当机械出现亏功时，机械运转速度减慢．飞轮又可将其储存的能量释放，以弥补能最的不足，而其角速度只作小幅度的下降。
非周期性速度波动的原因是作用在机械上的驱动力(力矩)和阻力(力矩)的变化是非周期性的。
当长时问内驱动力(力矩)和阻力(力矩)做功不相等，机械就会越转越快或越转越慢．而安装飞轮并不能改变驱动力(力矩)或阻力(力矩)的大小也就不能改变驱动功与阻力功不相等的状况，起不到调速的作用，所以不能利用飞轮来调节非周期陛速度波动。
7—4为什么说在锻压设备等中安装飞轮可以起到节能的作用?解： 因为安装飞轮后，飞轮起到一个能量储存器的作用，它可以用动能的形式把能量储存或释放出来。
对于锻压机械来说，在一个工作周期中，工作时间很短．而峰值载荷很大。
安装飞轮后．可以利用飞轮在机械非工作时间所储存能量来帮助克服其尖峰载荷，从而可以选用较小功率的原动机来拖动，达到节能的目的，因此可以说安装飞轮能起到节能的作用。
7—5由式J F =△W max ／(ωm 2 [δ])，你能总结出哪些重要结论(希望能作较全面的分析)? 答：①当△W max 与ωm 一定时，若[δ]下降，则J F 增加。
所以，过分追求机械运转速度的均匀性，将会使飞轮过于笨重。
②由于J F 不可能为无穷大，若△W max ≠0，则[δ]不可能为零，即安装飞轮后机械的速度仍有波动，只是幅度有所减小而已。
机械原理判断题第2章机构的结构分析随堂自测选择题〔每题5分，共100分〕1、当机构的的原动件数目小于其自由度数时，该机构将〔〕确定的运动。
正确答案：CA。
有B。
没有C。
不完全有2、当机构的的原动件数目大于其自由度数时，该机构将〔〕。
正确答案：CA。
有确定的运动B。
没有确定的运动C。
最薄弱环节发生损坏3、在机构中，一些不影响机构运动传递的重复部分所带入的约束为〔〕。
正确答案：AA。
虚约束B。
局部自由度C。
复合铰链。
4、机构具有确定运动的条件是〔〕。
正确答案：CA。
机构自由度小于原动件数B。
机构自由度大于原动件数C。
机构自由度等于原动件数5、用一个平面低副联二个做平面运动的构件所形成的运动链共有〔〕个自由度。
正确答案：BA。
3B。
4C。
5D。
66。
杆组是自由度等于〔〕的运动链。
正确答案：AA。
0B。
17。
一般平面运动副所提供的约束为〔〕。
正确答案：DA。
1B。
2C。
3D。
1或2Ⅲ级机构,那么该机构应满足的必要充分条件是〔〕。
正确答案：DA。
含有一个自由度B。
至少含有一个基本杆组Ⅱ级杆组Ⅲ级杆组9。
机构中只有一个〔〕。
正确答案：DA。
闭式运动链B。
运动件C。
从动件D。
机架10。
具有确定运动的差动轮系中其原动件数目〔〕。
正确答案：AA。
至少应有2个B。
最多有2个C。
只有2个D。
不受限制11、机构作确定运动的基本条件是其自由度必须大于零。
〔〕正确答案：错对错12、任何机构都是自由度为零的基本杆组依次连接到原动件和机架上面构成的。
〔〕正确答案：对对错13、高副低代是为了对含有高副的平面机构进行分析和研究。
〔〕正确答案：对对错14、任何具有确定运动的机构的从动件系统的自由度都等于零。
〔〕正确答案：对对错15、在平面机构中一个高副将引入两个约束。
〔〕正确答案：错对错16。
当机构的自由度F>0,且等于原动件数，则该机构即具有确定的相对运动。
〔〕正确答案：对对错17。
运动链要成为机构，必须使运动链中原动件数目等于其自由度数。
模拟试题八（机械原理A）一、判断题（10分）[对者画√，错者画×]1、对心曲柄滑块机构都具有急回特性。
（）2、渐开线直齿圆柱齿轮的分度圆与节圆相等。
（）3、当两直齿圆柱齿轮的安装中心距大于标准中心距时，为保证无侧隙啮合，应采用正传动。
（）4、凸轮机构中当从动件的速度有有限量突变时，存在柔性冲击。
（）5、用飞轮调节周期性速度波动时，可将机械的速度波动调为零。
（）6、动平衡的转子一定满足静平衡条件。
（）7、斜齿圆柱齿轮的法面压力角大于端面压力角。
（）8、加工负变位齿轮时,齿条刀具的分度线应向远离轮坯的方向移动。
( )9、在铰链四杆机构中，固定最短杆的邻边可得曲柄摇杆机构。
（）10、平底直动从动件盘状凸轮机构的压力角为常数。
（）二、填空题（10分）1、机构具有确定运动的条件为________________________。
2、平面八杆机构共有_________瞬心。
3、渐开线齿廓上最大压力角在________圆上。
4、当行程速比系数K=1.5时，机构的极位夹角θ=__________。
5、举出两种可实现间歇运动的机构。
________________________。
6、偏置滚子（尖顶）直动从动件盘状凸轮机构的压力角表达式tgα=______。
7、渐开线齿轮的齿廓形状与哪些参数有关？_____________。
8、机械中安装飞轮的目的是_____________。
9、直齿圆锥齿轮的当量齿数Zv=__________。
10、在连杆机构中处于死点位置的γ=__________；α=__________。
三、简答题（10分）1、为了实现定传动比传动，对齿轮轮廓曲线有什么要求？2、计算机构自由度时有哪些注意事项？3、计算混合轮系传动比有哪些步骤？4、铰链四杆机构中存在双曲柄的条件是什么？5、机构等效动力学模型中的四个等效量有哪些?分别是根据何种原理求得？四、计算如图8.1发动机配气机构的自由度。
（8分）图8.1图8.2五、在图示8.2的回归轮系中，已知：Z1=20，Z2=48，m1= m2=2mm，Z3=18，Z4=36，m3= m4=2.5mm该两对齿轮均为标准渐开线直齿圆柱齿轮，且安装中心距相等。
第一章测试1【多选题】(10分)各种机构都是用来传递与变换（）和（）的可动的装置。
A.力B.运动C.质量D.转动惯量2【多选题】(10分)机器是用来变换与传递（）、（）和（）的执行机械运动装置。
A.质量B.物料C.能量D.信息3【单选题】(10分)对于不同的机器，就其组成来说，都是由各种（）组合而成。
A.装置B.机构C.部件D.零件4【多选题】(10分)现代机械朝着()方向发展。
A.高精度B.低能耗C.重载D.高速5【判断题】(10分)对机构进行运动分析，是了解现有机械运动性能的必要手段。
A.对B.错6【判断题】(10分)机械是机器和机构的总成。
A.错B.对第二章测试1【单选题】(10分)一种相同的机构（）组成不同的机器。
A.可以B.不一定C.不能2【单选题】(10分)从制造角度出发，任何机器都是由许多（）组合而成。
A.构件B.零件C.机构3【单选题】(10分)机构具有确定运动的条件是（）。
A.原动件数目等于自由度数目B.原动件数目大于等于自由度数目C.原动件数目小于等于自由度数目4【单选题】(10分)在平面机构中，每个自由构件具有（）个自由度。
A.4B.3C.1D.25【单选题】(10分)把最后不能再拆的最简单的自由度为（）的构件组称为基本杆组。
A.B.3C.1D.26【多选题】(10分)常见平面运动副中的低副有以下哪几个？（）A.移动副B.转动副C.球销副D.球面副7【多选题】(10分)机构运动简图一般采用以下哪些模型或符号绘制而成？（）A.运动副符号B.一般构件表示方法C.常用机构运动简图符号8【判断题】(10分)平面机构中若引入一个低副将带入2个约束。
A.错B.对9【判断题】(10分)平面机构中若引入一个高副将带入2个约束。
A.对B.错10【判断题】(10分)机构的组成原理是任何机构都可以看作是由若干基本杆组依次连接于原动件上而成的。
A.对B.错第三章测试1【单选题】(10分)速度影像和加速度影像只适用于（）。
机械原理考试复习题一、填空题：1.机构具有确定运动的条件是机构的自由度数等于。
2.同一构件上各点的速度多边形必于对应点位置组成的多边形。
3.在转子平衡问题中，偏心质量产生的惯性力可以用相对地表示。
4.机械系统的等效力学模型是具有，其上作用有的等效构件。
5.无急回运动的曲柄摇杆机构，极位夹角等于，行程速比系数等于。
6.平面连杆机构中，同一位置的传动角与压力角之和等于。
7.一个曲柄摇杆机构，极位夹角等于36º，则行程速比系数等于。
8.为减小凸轮机构的压力角，应该凸轮的基圆半径。
9.凸轮推杆按等加速等减速规律运动时，在运动阶段的前半程作运动，后半程作运动。
10.增大模数，齿轮传动的重合度；增多齿数，齿轮传动的重合度。
11.平行轴齿轮传动中，外啮合的两齿轮转向相，内啮合的两齿轮转向相。
12.轮系运转时，如果各齿轮轴线的位置相对于机架都不改变，这种轮系是轮系。
13.三个彼此作平面运动的构件共有个速度瞬心，且位于。
14.铰链四杆机构中传动角γ为，传动效率最大。
15.连杆是不直接和相联的构件；平面连杆机构中的运动副均为。
16.偏心轮机构是通过由铰链四杆机构演化而来的。
17.机械发生自锁时，其机械效率。
18.刚性转子的动平衡的条件是。
19.曲柄摇杆机构中的最小传动角出现在与两次共线的位置时。
20.具有急回特性的曲杆摇杆机构行程速比系数k 1。
21.四杆机构的压力角和传动角互为，压力角越大，其传力性能越。
22.一个齿数为Z，分度圆螺旋角为β的斜齿圆柱齿轮，其当量齿数为。
23.设计蜗杆传动时蜗杆的分度圆直径必须取值，且与其相匹配。
24.差动轮系是机构自由度等于的周转轮系。
25.平面低副具有个约束，个自由度。
26.两构件组成移动副，则它们的瞬心位置在。
27.机械的效率公式为，当机械发生自锁时其效率为。
28.标准直齿轮经过正变位后模数，齿厚。
29.曲柄摇杆机构出现死点，是以作主动件，此时机构的角等于零。
30.为减小凸轮机构的压力角，可采取的措施有和。
单自由度机械系统动力学作业题目：图1所示为一牛头刨床。
各构件长度为：1110L mm =，3540L mm =，4135L mm =；尺寸580H mm =，1380H mm =。
导杆3重量3200G N =，质心3S 位于导杆中心，导杆绕3S 的转动惯量23 1.1J kg m =⋅。
滑枕5的重量5700G N =。
其余构件重量均可不计。
电动机型号为Y100L2-4，电动机轴至曲柄1的传动比23.833i =，电动机转子及传动齿轮等折算到曲柄上的转动惯量21133.3J kg m =⋅。
刨床的平均传动效率0.85η=。
空行程时作用在滑枕上的摩擦阻力50f F N =，切削某工件时的切削力和摩擦阻力如图2所示。
1）求空载启动后曲柄的稳态运动规律； 2）求开始刨削工件的加载过程，直至稳态。
图1 牛头刨床 图2 牛头刨床加工某工件时的负载图 解：（1）运动分析可以用解析法列出各杆角速度、各杆质心速度的表达式。
但为简便起见，现调用改自课本附录Ⅰ中的Matlab 子程序来进行计算。
图1中给出了构件和运动副的编号。
先调用子程序crank 分析点②的运动学参数，再调用子程序vosc 进行滑块2—导杆3这一杆组的运动学分析，然后再调用子程序vguide 进行小连杆4—滑枕5这一杆组的运动学分析。
这一段的Matlab 程序如下：crank(1,2,L(1),TH(1),W(1)); vosc(2,3,4,L(3)); vguide(4,5,L(4)); 其中：L(i)、TH(i)、W(i)分别表示第i 个杆的长度、位置角、角速度。
（2）等效转动惯量和等效力矩取曲柄1为等效构件，等效转动惯量为2223335513111()()()S e J J J G v G v g g ωωωω=+++ (a) 式中：g 为重力加速度，3S v 为导杆3质心的速度，5v 为滑枕的速度。
等效驱动力矩可由电动机机械特性导出，设m M 、de M 分别为电动机输出力矩和等效驱动力矩，两者有如下关系：de m M iM = (b)式中i 为电动机轴和曲轴间的传动比。
作业（二）单自由度机械系统动力学等效转动惯量等效力矩
1．如题图1所示的六杆机构中，已知滑块５的质量为m 5=20kg ，l AB =l ED =100mm ，l BC =l CD =l EF =200mm ，φ1=φ2=φ3=90o ，作用在滑块５上的力Ｐ＝500N ．当取曲柄AB 为等效构件时，求机构在图示位置的等效转动惯量和力Ｐ的等效力矩．
图1
答案：解此题的思路是：①运动分析求出机构处在该位置时，质心点的速度及各构件的角速度．
②根据等效转动惯量，等效力矩的公式求出．
做出机构的位置图，用图解法进行运动分析．
V C =V B =ω1×l AB ω2=0
V D =V C =ω1×l AB 且ω3=V C /l CD =ω1
V F =V D =ω1×l AB (方向水平向右) ω4=0
由等效转动惯量的公式：
e J =m 5(V F /ω1)2=20kg ×(ω1×l AB ／ω1)2=0．2kgm 2
由等效力矩的定义： e M =500×ω1×l AB ×cos180o
／ω1＝－50Nm （因为ＶF 的方向与Ｐ方向相反，所以α＝180o ）
2．题图2所示的轮系中，已知各轮齿数：z 1=z 2’=20，z 2=z 3=40，J 1=J 2’=0．01kg ·m 2，J 2=J 3=0．04kg ·m 2．作用在轴Ｏ3上的阻力矩Ｍ3＝40N ·m ．当取齿轮１为等效构件时，求机构的等效转动惯量和阻力矩Ｍ3的等效力矩．
图2
答案：该轮系为定轴轮系．
i 12=ω1/ω2=(-1)1z 2/z 1
∴ ω2=－ω1/2=－0．5×ω1
ω2’=ω2=－0．5×ω1
i 2’3=ω2’/ω3=(-1)1z 3/z 2’ ∴ ω3=0．25×ω1
根据等效转动惯量公式
e J = J 1×(ω1/ω1)2＋J 2×(ω2/ω1)2＋J 2’×(ω2’/ω1)2＋J 3×(ω3/ω1)2 ∑=+=n i i Si Si i e J v m J 12121](
)([ωωω∑=±=n i i i i i i e M v F M 11
1)]()(
cos [ωωωα∑=+=n i i Si Si i e J v m J 121
21]()([ωωω
＝J 1＋J 2／４＋J 2’／４ ＋J 3／16
＝0．01＋0．04／4+0．01／4+0．04／16
＝0．025 kg ·m 2
根据等效力矩的公式： e M =M 3×ω3/ω1=40×0．25ω1/ω1=10N ·m
3．在题图3所示减速器中，已知各轮的齿数：z 1=z 3=25，z 2=z 4=50，各轮的转动惯量J 1=J 3=0．04kg ·m 2，J 2=J 4=0．16kg ·m 2，（忽略各轴的转动惯量），作用在轴Ⅲ上的阻力矩M 3=100N ·m ．试求选取轴Ⅰ为等效构件时，该机构的等效转动惯量J 和M 3的等效阻力矩M r ．
图3
答案：i 12=ω1／ω2=z 2/z 1 ω2=ω1/2 ω3=ω2=ω1/2 i 34=ω3/ω4=z 4/z 3
ω4＝ω1/4
等效转动惯量：
J=J 1(ω1/ω1)2+J 2(ω2/ω1)2+J 3(ω3/ω1)2+J 4(ω4/ω1)2
=0．042+0．16×(1/2)2+0．04×(1/2)2+0．16×(1/4)2
=0．04+0．04+0．01+0．01
=0．1 kg ·m 2
等效阻力矩：
M r =M 3×ω4/ω1=100/4=25(N ·m)
4．题图4所示为一简易机床的主传动系统，由一级带传动和两级齿轮传动组成．已知直流电动机的转速n 0＝1500r/min ，小带轮直径d =100mm ，转动惯量J d =0．1kg ·m 2，大带轮直径D ＝200mm ，转动惯量J D =0．3kg ·m 2．各齿轮的齿数和转动惯量分别为：z 1=32，J 1=0．1kg ·m 2，z 2=56，J 2=0．2kg ·m 2，z 2’=32，J 2’=0．4kg ·m 2，z 3=56，J 3=0．25kg ·m 2． 要求在切断电源后２秒，利用装在轴上的制动器将整个传动系统制动住．求所需的制动力矩M 1．
图4
∑=±=n i i i i i i e M v F M 111()(cos [ωω
ωα
答案：电机的转速n0＝1500r/min
其角速度ω0＝2π×1500/60=50π(rad/s)
三根轴的转速分别为：
ω1=d×ω0/D=25π(rad/s)
ω2=z1×ω1/z2=32×25π/56=1429π(rad/s)
ω3=z2’×ω2/z3=32×1429π/56=816π(rad/s)
轴的等效转动惯量：
J V=J d×(ω0/ω1)2+J D×(ω1/ω1)2+J1×(ω1/ω1)2+J2×(ω2/ω1)2+ J2’×(ω2/ω1)2+ J3×(ω3/ω1)2
∴J V=0．1×(50π/25π)2+0．3×12+0．1×12+(0．2+0．1)×(14．29π/25π)2+0．25×(8．16π/25π)2
=0．4+0．4+0．098+0．027
=0．925 (kg·m2)
轴制动前的初始角速度ω1＝２５π，制动阶段做减速运动，即可求出制动时的角加速度
∴ωt=ω0－εt即０＝25π－2ε
ε=12．5π
则在２秒内制动，其制动力矩Ｍ为：
M=J V×ε=0．925×12．5=36．31 (kg·m)
5．在题图5所示定轴轮系中，已知各轮齿数为：z1=z2’=20，z2=z3=40；各轮对其轮心的转动惯量分别为J1=J2’=0．01kg·m2，J2=J3=0．04kg·m2；作用在轮１上的驱动力矩M d=60N·m，作用在轮３上的阻力矩M r=120N·m．设该轮系原来静止，试求在M d和M r作用下，运转到t=15s时，轮１的角速度ω1和角加速度α1．
图5
答案：i12=ω1/ω2=(-1)1×z2/z1 ω2=－ω1/2
i13=ω1/ω3=(-1)2×z2×z3/z1×z2’ω3=20×20×ω1/40×40=ω1/4
轮１的等效力矩Ｍ为：
Ｍ＝M d×ω1/ω1+M r×ω3/ω1 =60×1－120/4=30 N·m
轮１的等效转动惯量Ｊ为：
Ｊ=J1(ω1/ω1)2+(J2’+J2)(ω2/ω1)2+J3(ω3/ω1)2=0．01×1+(0．01+0．04)/4+0．04/16=0．025 (kg·m2)
∵M=J ×ε∴角加速度ε＝Ｍ／Ｊ＝1200 (rad/s2)
初始角速度ω0=0 ∴ω1=ω0+ε×t
ω
=1200×1．5=1800(rad/s)。
