平面机构的力分析、机械的摩擦与效率
(总分100,考试时间90分钟)
一、填空题
1. 作用在机械上的力按作用在机械系统的内外分为______和______。 2. 作用在机械上的功按对机械运动产生的作用分为______和______。
3. 机构动态静力分析时，把______视为一般外力加在机构构件上，解题的方法、步骤与静力分析完全一样。
4. 用速度多边形杠杆法可以直接求出作用在任意构件上的未知平衡力(平衡力矩)，此方法的依据是______原理。
5. 运动链的静定条件为______，______。
6. 矩形螺纹和梯形螺纹用于______，而三角形(普通)螺纹用于______。
7. 机构效率等于______功与______功之比，它反映了______功在机械中的有效利用程度。 8. 移动副的自锁条件是______，转动副的自锁条件是______，螺旋副的自锁条件是______。 9. 从效率的观点来看，机械的自锁条件是______；对于反行程自锁的机构，其正行程的机械效率一般小于______。
10. 槽面摩擦力比平面摩擦力大是因为______。
11. 提高机械效率的途径有______，______，______，______。 12. 机械发生自锁的实质是______。
二、选择题
1. 传动用丝杠的螺纹牙形选择______。A.三角形牙 B.矩形牙 C.三角形牙和矩形牙均可
2. 单运动副机械自锁的原因是驱动力______摩擦锥(圆)。A.切于 B.交于 C.分离
3. 如果作用在轴颈上的外力加大，那么轴颈上摩擦圆______。A.变大 B.变小 C.不变 D.变大或不变
4. 机械出现自锁是由于______。A.机械效率小于零 B.驱动力太小 C.阻力太大 D.约束反力太大
5. 两运动副的材料一定时，当量摩擦因数取决于______。A.运动副元素的几何形状 B.运动副元素间的相对运动速度大小 C.运动副元素间作用力的大小 D.运动副元素间温差的大小
6. 机械中采用环形支承的原因是______。A.加工方便 B.提高承载能力 C.便于跑合轴端面 D.避免轴端中心压强过大
7. 下述四种措施中，______不能降低轴颈中的摩擦力矩。A.减小轴颈的直径 B.加注润滑油 C.略微增大轴承与轴颈的间隙 D.增加轴承的长度
8. 一台机器空运转，对外不做功，这时机器的效率______。A.等于零 B.大小不一定 C.大于零 D.小于零
三、判断题
1. 惯性力是研究机械中构件在变速运动时所引进的虚拟力。 A. 正确 B. 错误
2. 使机械的原动件加速运动的力称为阻抗力。 A. 正确 B. 错误
3. 没有作用未知外力(包括力矩)的构件一定是静定的。 A. 正确 B. 错误
4. 用速度多边形杠杆法可以直接求出作用在任意构件上的未知平衡力。 A. 正确 B. 错误
5. 机构的动态静力分析是将构件惯性力与真实作用于其上的力组成一个平衡力系，用静力学的方法来解决动力学的问题。 A. 正确 B. 错误
6. 平面摩擦的自锁条件是压力角大于摩擦角。 A. 正确 B. 错误
7. 平面摩擦的总反力方向恒与运动方向成一钝角。 A. 正确 B. 错误
8. 对于转动副摩擦，总反力作用线永远切于摩擦圆。 A. 正确 B. 错误
9. 在机械运动中总是有摩擦力存在，机械功总有一部分消耗在克服摩擦力上。 A. 正确 B. 错误
10. 在外载荷和接触表面状况相同的条件下，三角形螺纹的摩擦力要比矩形螺纹的大，是因为摩擦面上的法向反力更大。 A. 正确 B. 错误
四、计算题
1. 在如图所示偏心圆盘凸轮机构中，已知凸轮的半径R=160mm，LOA=80mm，凸轮重G1=30N，从动件重G2=10N，凸轮以等角速度(ω1=20(1/s)顺时针方向转动。当OA处于水平位置时，求凸轮和从动件的惯性力。
2. 在如图所示的铰链四杆机构中，已知各构件的长度LAB=100mm，LBC=LCD=200mm，各构件的质量为m1=m2=m3=10kg。各构件的质心均在杆的中点。K是以B点为悬点时连杆的摆动中心，它位于S2C的中点。曲柄以等角速度ω1=20(1/s)顺时针方向转动。当曲柄和摇杆的轴线在铅直位置而连杆的轴线在水平位置时，求各构件的总惯性力。
3. 在如图所示的铰链四杆机构中，已知曲柄AB以等角速度ω1=15(1/s)顺时针方向转动。LAB=150mm，LBC=400mm，LCD=300mm，A、D点的相对转动位置如图所示，连杆BC的质量m2=10kg(其余构件的质量不计)，绕连杆质心S2点(S2在BC的中点)的转动惯量LS2=0.0013kg·m2。当曲柄位置与水平成60°角时，求由于连杆的惯性力而作用在运动副B、C中的反力。
4. 在如图所示曲柄滑块机构中，已知LAB=100mm，LBC=330mm，连杆的重量G1=25N，滑块的重量G2=21N，连杆质心S2点至曲柄销B的距离LBS2=1/3LBC，连杆对质心的转动惯量JS2=0.0425kg·m2。若曲柄以n1=1500r/min顺时针方向匀速回转，试确定在图示位置时滑块的惯性力，并用质量代换法求连杆的惯性力。
5. 在如图所示双滑块机构中，已知机构位置与构件尺寸如图所示，构件2的质心S2在AB的中点，各构件的重量G1=G2=25N，构件2对质心S2的转动惯量JS2=0.04kg·m2。此机构的加速度图已在图中给出。试确定构件1、2和3的惯性力。
6. 在如图所示铰链四杆机构中，已知LAB=250mm，LBC=LAD=700mm，LCD=350mm，
LBE=400mm，作用在杆3上的阻力矩M1=45N·m，作用在杆2上E点的力P2=350N(水平方向)。试求各运动副中的反力以及应加在构件1上的平衡力力偶矩Mb。
7. 在如图所示曲柄滑块机构中，已知LAB=200mm，LBC=400mm，h=80mm，φ1=90°，水平方向作用力P3=1000N。试求各运动副中反力以及必须加在曲柄1上的平衡力矩Mb，并用速度多边形杠杆法检验Mb的值。
8. 在如图所示六杆机构中，已知，LAB=80mm，LBC=LCD=240mm，LCE=LCD/2，φ1=90°，φ4=45°，φ12=φ23=90°，滑块5的导路在此瞬时与构件2轴线重合，载荷P5=1000N。试求各运动副中反力以及应加在构件1上的平衡力矩。
9. 如图所示为手摇唧筒机构。已知各部分尺寸和接触面的摩擦因数f，转动副A、B、C处的虚线圆代表摩擦圆。试画出在P力作用下的各总反力作用线位置和方向(不考虑各构件的
质量和转动惯量)。
10. 如图所示为一摆动凸轮机构。已知各部分尺寸和接触面的摩擦因数，转动副A、B处的虚线圆代表摩擦圆。试画出在M1作用下的各运动副总反力位置和方向(忽略各构件的质量和转动惯量)。
11. 如图所示为一摆推杆盘形凸轮机构，凸轮1逆时针方向转，P为作用在推杆2上的外载荷。画出总反力R12，R32的方向线。滑动摩擦因数及摩擦圆半径均为已知。
12. 已知各构件的尺寸，机构的位置，各运动副中的摩擦因数f及摩擦圆半径ρ，如图所示。M1为驱动力矩，Q为阻力。在图上画出各运动副反力的方向和作用线。
13. 如图所示的重量G=40N的滑块1，在倾角β=30°的P力作用下沿水平面作等速运动，若接触面的摩擦因数f=0.286，试用图解法求驱动力P。
14. 如图所示，构件1为一凸轮机构的推杆，它在力P的作用下沿导轨2向上运动，设两者的摩擦因数f=0.2，试问为了避免发生自锁，导轨的长度L应满足什么条件?
15. 如图所示滑轮组在驱动力P作用下工作，已知物体重Q，两滑轮直径均为D，轴销处摩擦圆半径为ρ。试求驱动力P的大小及滑轮组的效率η(不计绳索与滑轮间的摩擦)。
16. 在如图所示连杆机构中，已知驱动力矩Md和摩擦角φ。图中虚线小圆为转动副的摩擦圆，Q为阻力。
(1)直接在图上画出各运动副中反力作用线的位置和方向。 (2)写出构件3的力平衡方程式，画出构件3的力多边形草图。
17. 如图所示斜面斜角为λ，其上滑块匀速沿斜面上升，滑块上受与斜面平行的力F和铅垂向下的力Q作用，滑块与斜面间摩擦角为φ。试求出该斜面的效率计算式。
18. 如图所示定滑轮2的直径为D，虚线小圆为转动副A中的摩擦圆，其半径为ρ，F为驱动力，垂直向下。若不计绳与轮间的摩擦力，试：
(1)在图上标出转动副A中的总反力R12的位置和方向。 (2)求使重物Q等速上升的驱动力F(用Q表示)。 (3)求该滑轮的机械效率卵。
19. 如图所示为偏心圆凸轮机构的机构运动简图，已知作用于从动件2上的载荷P2=100N，运动副B、C处的摩擦因数f=0.14，转动副A的轴颈半径为rA=15mm，该处的当量摩擦因数f=0.2，试用图解法求：
(1)各运动副反力的大小，作用线及方向。 (2)应加于凸轮上的平衡力矩的大小及方向。
20. 如图所示的铰链四杆机构中，已知各构件尺寸、各铰链处的摩擦圆(图中的虚线小圆)、驱动力Pd、Pd与杆1的夹角α、生产阻力矩Mr，不计各构件重量和惯性力。
(1)试在图上画出各运动副中反力的作用线位置和方向。
(2)分别以构件1和构件3为分离体，画出它们的力多边形并写各自的平衡方程式。
21. 如图所示铰链四杆机构中，各铰链处虚线小圆为摩擦圆，Md为驱动力矩，Mr为生产阻力矩。试在图上画出下列约束反力的方向与作用线位置：R12、R32、R43、R41。
22. 如图所示为摇臂钻床的摇臂与滑柱，已知摇臂套的长度L及它与滑柱间的摩擦因数f，为使摇臂在其自身重力G的作用下不自动滑下，求其重心S至滑柱轴线间的距离h。
23. 如图所示为机床导轨。床身运动方向垂直于纸面，其重量为Q，平面滑动摩擦因数为f=0.1，a=1.2b，求整个机床导轨的当量摩擦因数。
24. 在如图所示机构中，已知各构件尺寸及ω1为常数(逆时针方向)。试确定：各运动副总反力R51、R12、R52、R23及R54的方位(不考虑各构件重量及惯性力)；图中M及P为外力，虚线小圆为摩擦圆，运动副B和移动副E处摩擦角φ≈10°。