機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)：第6章 習(xí)題及解答

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1、 第6章習(xí)題 6.1 機(jī)械為什么會(huì)產(chǎn)生速度波動(dòng)？它有何危害？ 答：實(shí)際上，機(jī)械原動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律是由其各構(gòu)件的質(zhì)量、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和作用于其上的驅(qū)動(dòng)力與阻抗力等因素而決定的，因而在一般情況下，原動(dòng)件的速度和加速度是隨時(shí)間而變化，機(jī)械在運(yùn)動(dòng)過程中會(huì)出現(xiàn)速度波動(dòng)。這種速度波動(dòng)，會(huì)導(dǎo)致在運(yùn)動(dòng)副中產(chǎn)生附加的動(dòng)壓力，并一起機(jī)械的振動(dòng)，從而降低機(jī)械的壽命、效率和工作質(zhì)量。 6.2 周期性速度波動(dòng)應(yīng)如何調(diào)節(jié)？它能否調(diào)節(jié)為恒穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)？為什么？ 答：在機(jī)械中安裝一個(gè)具有很大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的回轉(zhuǎn)構(gòu)件——飛輪來調(diào)節(jié)周期性速度波動(dòng)。飛輪能夠調(diào)速，是利用了它的儲(chǔ)能作用。由于飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量不可能為無窮大，而平均轉(zhuǎn)速和最

2、大盈虧功又都是有限值，所以安裝飛輪后機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的速度仍有周期波動(dòng)，只是波動(dòng)的幅度減小而已。 6.3 為什么在機(jī)械中安裝飛輪就可以調(diào)節(jié)周期性速度波動(dòng)？通常都將飛輪安裝在高速軸上是什么原因？ 答：由于飛輪具有很大的轉(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；當(dāng)機(jī)械出現(xiàn)虧功時(shí)，機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度減慢，飛輪又可將其儲(chǔ)存的能量釋放，以彌補(bǔ)能量的不足，而其角速度只作小幅度的下降。 當(dāng)最大盈虧功與速度不均勻系數(shù)相同時(shí)，飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與其軸的轉(zhuǎn)速的平方值成反比，所以為減少飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，最好將飛輪安裝在機(jī)械的高速軸上。 6

3、.4 非周期性速度波動(dòng)應(yīng)如何調(diào)節(jié)？為什么利用飛輪不能調(diào)節(jié)非周期性速度波動(dòng)？ 答：機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的速度出現(xiàn)非周期性的波動(dòng)，若長時(shí)間內(nèi)驅(qū)動(dòng)力矩大于阻抗力矩，機(jī)械將越轉(zhuǎn)越快，甚至可能出現(xiàn)“飛車”現(xiàn)象，從而使機(jī)械遭到破壞；反之，若驅(qū)動(dòng)力矩小于阻抗力矩，則機(jī)械會(huì)越轉(zhuǎn)越慢，最后將停止不動(dòng)。飛輪只能延緩機(jī)械遭到破壞或停止不動(dòng)，不能使驅(qū)動(dòng)力矩和阻抗力矩恢復(fù)平衡關(guān)系。 對(duì)非周期性的速度波動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，方法必須可以使機(jī)械重新回復(fù)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。主要采取的方法是安裝調(diào)速器。 6.5 在什么條件下需要進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件的靜平衡？使轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件達(dá)到靜平衡的條件是什么？ 答：對(duì)于軸向尺寸很小的回轉(zhuǎn)件(D/b>5, 圓盤直徑為D，其寬

4、度為b)，其質(zhì)量的分布可以近似地認(rèn)為在同一回轉(zhuǎn)面內(nèi)。當(dāng)該回轉(zhuǎn)件勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，這些質(zhì)量所產(chǎn)生的離心力構(gòu)成同一平面內(nèi)匯交于回轉(zhuǎn)中心的力系。 欲使其平衡，只要在同一回轉(zhuǎn)面內(nèi)加一質(zhì)量（或在相反方向減一質(zhì)量），使它產(chǎn)生的離心力與原有質(zhì)量所產(chǎn)生的離心力之總和等于零，達(dá)到平衡狀態(tài)。 6.6 在什么條件下必須進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件的動(dòng)平衡？使轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件達(dá)到完全平衡的條件是什么？ 答：軸向尺寸較大的回轉(zhuǎn)件（D/b<=5的回轉(zhuǎn)件）或有特殊要求的重要回轉(zhuǎn)件一般都要進(jìn)行動(dòng)平衡。由于其質(zhì)量的分布不能再近似地認(rèn)為是位于同一回轉(zhuǎn)面內(nèi)，而應(yīng)看作分布于垂直于軸線的許多互相平行的回轉(zhuǎn)面內(nèi)。這類回轉(zhuǎn)件轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的離心力系不再是平面匯

5、交力系，而是空間力系。因此，單靠在某一回轉(zhuǎn)面內(nèi)加一平衡質(zhì)量的靜平衡方法并不能消除這類回轉(zhuǎn)件轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的不平衡。 動(dòng)平衡的條件是：回轉(zhuǎn)件上各個(gè)質(zhì)量的離心力的向量和等于零；而且離心力所引起的力偶矩的向量和也等于零。 6.7 如題6.13圖所示，質(zhì)量m1=10kg，m2=15kg，m3=20kg，m1、m2、m3位于同一軸向平面內(nèi)。其質(zhì)心到轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的距離分別為：r1=r3=100mm，r2=80mm。各轉(zhuǎn)動(dòng)平面到平衡平面I間的距離分別為：L1=200mm，L2=300mm，L3=400mm。兩平衡平面I和II間的距離L=600mm。試求分布于平面I和II內(nèi)的平衡質(zhì)量mc￠及mc2的大小。mc￠及

6、mc2的質(zhì)心到轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的距離分別為r￠=r2=100mm。 圖6.13 解：對(duì)于平衡平面I： m’1=m1(L-L1)/L=20/3kg, m’2=m2(L-L2)/L=15/2kg, m’3=m3(L-L3)/L=20/3kg m1、m2、m3位于同一軸向平面內(nèi)，m’c＝22/3kg 對(duì)于平衡平面II： m21=m1L1/L=10/3kg, m22=m2L2/L=15/2kg, m23=m3L3/L=40/3kg , m2c=32/3kg 6.8 如圖6.14所示為作用在多缸發(fā)動(dòng)機(jī)曲柄上的驅(qū)動(dòng)力和阻力矩的變化曲線。其阻力矩等于常數(shù)，其驅(qū)動(dòng)力矩曲線

7、與阻力矩曲線圍成的面積順次為+580，-320，+390，-520，+190，-390，+260及-190mm2，該圖的比例尺為mM＝100 N.m/mm，mF＝0.1 rad/mm。設(shè)曲柄平均轉(zhuǎn)速為120r/min。壓力機(jī)的轉(zhuǎn)速不得超過其平均速度的±3%。求裝在該曲柄軸上的飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（在圖6.14中，Md為驅(qū)動(dòng)力矩；Mr為阻力矩）。 圖6.14 解：1、最大盈虧功： Ab=580×100×0.1=5800N.m Ac=(580-320)×100×0.1=2600N.m Ad=(580-320+390)×100×0.1=6500N.m. Ae=(580-320+390-520)×100×0.1=1300N.m Af=(580-320+390-520+190)×100×0.1=3200N.m. Ag=(580-320+390-520+190-390)×100×0.1=-700N.m Ah=(580-320+390-520+190-390+260)×100×0.1=1900N.m Ai=(580-320+390-520+190-390+260-190)×100×0.1=0N.m. Amax= Ad- Ag=6500-(-700)=7200 N.m. 1521kg.m2