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本文格式為Word版,下載可任意編輯——機(jī)械力學(xué)及機(jī)械設(shè)計(jì)中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)遠(yuǎn)程與繼續(xù)教育學(xué)院
中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)遠(yuǎn)程與繼續(xù)教育學(xué)院
機(jī)械力學(xué)及機(jī)械設(shè)計(jì)課程作業(yè)1(共3次作業(yè))學(xué)習(xí)層次:??粕婕罢鹿?jié):第一章——第五章
第一章機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)
1-1構(gòu)件和零件有何不同?機(jī)器和機(jī)構(gòu)的異同點(diǎn)是什么?
答:零件是制造的最小單元,構(gòu)件是運(yùn)動(dòng)的最小單元,不同構(gòu)件之間必需具有相對(duì)運(yùn)動(dòng)。一個(gè)構(gòu)件可以由若干個(gè)零件組成,這些零件剛性地連接在一起,機(jī)器運(yùn)動(dòng)時(shí)作為一個(gè)整體來(lái)運(yùn)動(dòng)。
機(jī)構(gòu)是由若干個(gè)構(gòu)件組成的一個(gè)人為組合體,功用在于傳遞運(yùn)動(dòng)或改變運(yùn)動(dòng)的形式。機(jī)器是由若干機(jī)構(gòu)組成的,用來(lái)變換或傳遞能量、物料和信息。機(jī)器雖然類型好多,但組成機(jī)器的常用機(jī)構(gòu)類型并不多。
1-3什么是機(jī)械零件的工作能力?常用的計(jì)算準(zhǔn)則有哪幾種?
答:機(jī)械零件的工作能力是指在一定的運(yùn)動(dòng)、載荷和環(huán)境狀況下,在預(yù)定的使用期限內(nèi),不發(fā)生失效的安全工作限度。
衡量零件工作能力的指標(biāo)稱為零件的工作能力準(zhǔn)則。常用的計(jì)算準(zhǔn)則有:強(qiáng)度準(zhǔn)則、剛度準(zhǔn)則、耐磨性準(zhǔn)則、振動(dòng)穩(wěn)定性準(zhǔn)則和耐熱性準(zhǔn)則等。
1-6試說(shuō)明以下材料牌號(hào)的意義:
Q235,45,40Cr,65Mn,ZG230-450,HT200,ZCuSn10P1,LC4答:Q235:普通碳素鋼,屈服點(diǎn)235Mpa;
45:優(yōu)質(zhì)碳素鋼,含碳量大約0.45%;
40Cr:合金鋼,含碳量0.40%左右,含Cr量1%左右;65Mn:合金鋼,含碳量0.65%左右,含Mn量1%左右;ZG230-450:鑄鋼,屈服點(diǎn)230Mpa,抗拉強(qiáng)度450Mpa;HT200:灰鑄鐵,抗拉強(qiáng)度200Mpa;
ZCuSn10Pb1:鑄造錫青銅,含錫量10%左右;LC4:超硬鋁
其次章機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖及平面機(jī)構(gòu)自由度
2-4計(jì)算題2-4圖所示(a)、(c)、(d)、(f)各機(jī)構(gòu)的自由度,并指出復(fù)合鉸鏈、局部自由
度和虛約束。
(a)推土機(jī)鏟土機(jī)構(gòu)(c)縫紉機(jī)送布機(jī)構(gòu)
1
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(d)篩料機(jī)機(jī)構(gòu)(f)凸輪連桿機(jī)構(gòu)
解:(a)該機(jī)構(gòu)有5個(gè)活動(dòng)構(gòu)件,7個(gè)低副,其中6個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副、一個(gè)移動(dòng)副,沒有高副,沒有復(fù)合鉸鏈、局部自由度和虛約束,所以自由度F為:
F=3n-2PL-PH=3×5-2×7=1
有一個(gè)原動(dòng)件,所以機(jī)構(gòu)具有確定的運(yùn)動(dòng)。
(c)該機(jī)構(gòu)有4個(gè)活動(dòng)構(gòu)件,4個(gè)低副均為6個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副,2個(gè)高副,沒有復(fù)合鉸鏈,在滾子處有局部自由度,凸輪和從動(dòng)件處兩處接觸構(gòu)成虛約束,所以自由度F為:
F=3n-2PL-PH=3×4-2×4-2=2
有2個(gè)原動(dòng)件,所以機(jī)構(gòu)具有確定的運(yùn)動(dòng)。
(d)該機(jī)構(gòu)有7個(gè)活動(dòng)構(gòu)件,9個(gè)低副,其中7個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副,2個(gè)移動(dòng)副,1個(gè)高副,C處有復(fù)合鉸鏈,滾子G處存在局部自由度,沒有虛約束,所以自由度F為:
F=3n-2PL-PH=3×7-2×(7+2)-1=2
有2個(gè)原動(dòng)件,所以機(jī)構(gòu)具有確定的運(yùn)動(dòng)。
(f)該機(jī)構(gòu)有4個(gè)活動(dòng)構(gòu)件,5個(gè)低副,其中3個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副,2個(gè)移動(dòng)副,1個(gè)高副,滾子B處存在局部自由度,沒有復(fù)合鉸鏈和虛約束,所以自由度F為:
F=3n-2PL-PH=3×4-2×(3+2)-1=1
有1個(gè)原動(dòng)件,所以機(jī)構(gòu)具有確定的運(yùn)動(dòng)。
2-5題2-5圖所示為一簡(jiǎn)易沖床的初擬設(shè)計(jì)方案。設(shè)計(jì)者的思路是動(dòng)力由齒輪輸入,使軸A連續(xù)回轉(zhuǎn),而固定在軸A上的凸輪2和杠桿3組成的凸輪機(jī)構(gòu)使沖頭4上下往復(fù)運(yùn)動(dòng),以達(dá)到?jīng)_壓的目的。試?yán)L制其機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖,計(jì)算機(jī)構(gòu)的自由度,并分析其運(yùn)動(dòng)是否確定,如運(yùn)動(dòng)不確定,試提出修改措施。解:機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖如下所示:
由圖可見,機(jī)構(gòu)有3個(gè)活動(dòng)構(gòu)件,4個(gè)低副,其中3個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副,1個(gè)移動(dòng)副,1個(gè)高副,所以自由度F為:
F=3n-2PL-PH=3×3-2×(3+1)-1=0
即機(jī)構(gòu)不能運(yùn)動(dòng),故修改如下:
2
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第三章螺旋機(jī)構(gòu)
3-1試比較普通螺紋與梯形螺紋有哪些主要區(qū)別?為什么普通螺紋用于連接而梯形螺紋用于傳動(dòng)?
答:普通螺紋與梯形螺紋的主要區(qū)別在于牙型斜角β的不同。普通螺紋牙型斜角為30°,梯形螺紋牙型斜角為15°。普通螺紋因牙型斜角較大,自鎖性好,效率較低,故常用于連接;梯形螺紋因牙型斜角較小,效率較高,故常用于傳動(dòng)。
3-5在圖3-9所示的螺旋千斤頂中,若螺桿長(zhǎng)度d=24mm,中徑d2=22.5mm,導(dǎo)程s=3mm,牙型角α=30°,手柄的有效長(zhǎng)度L=200mm,螺旋副的摩擦因數(shù)f=0.1,現(xiàn)要舉起FW=12000N的重物,需要在手柄端部施加多少作用力?其機(jī)械效率為多少?該千斤頂在重物作用下是否會(huì)自動(dòng)反轉(zhuǎn)?
解:在公式F?FW?tan(???v)中:??arctans3?arctan?2.43??d23.14?22.5?v?arctanf0.1?arctan?5.91?cos?cos15?所以:F?FW?tan(???v)?12000?tan(2.43?5.91)?1759.3又由T?d22?F?L?F得:
手柄端部施加的力:F?F?//d222.5?1759.3??99N2?L2?200機(jī)械效率:??tan?tan2.43???0.41
tan(???v)tan(2.43?5.91)由于λ=2.43≤?v?5.91?,該千斤頂自鎖,在重物作用下不會(huì)自動(dòng)反轉(zhuǎn)。
第四章平面連桿機(jī)構(gòu)
4-6畫出題4-6圖所示各機(jī)構(gòu)的壓力角和傳動(dòng)角。圖中標(biāo)注箭頭的構(gòu)件為原動(dòng)件。
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題4-6圖
題解4-6圖
4-7題4-7圖所示鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)l1?100mm,l2?200mm,l3?300mm,若要獲得曲柄搖桿機(jī)構(gòu),試問機(jī)架長(zhǎng)度l4的范圍是多少?
題4-7圖
解:曲柄搖桿機(jī)構(gòu)最短桿為連架桿,所以最短桿為l1?100mm,分兩種狀況探討:
(1)若最長(zhǎng)桿為l3?300mm,,則由桿長(zhǎng)條件:
l1?l3?l2?l4,得
4
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l4?100?300?200?200mm,則200mm?l4?300mm
(2)若l4為最長(zhǎng)桿,則由桿長(zhǎng)條件:
l1?l4?l2?l3,得
l4?200?300?100?400mm,則300mm?l4?400mm
綜合得:200mm?l4?400mm
第五章凸輪機(jī)構(gòu)及間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)
5-2四種基本運(yùn)動(dòng)規(guī)律各有何特點(diǎn)?各適用與何種場(chǎng)合?什么是剛性沖擊和柔性沖擊?答:(1)等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律:推桿在運(yùn)動(dòng)開始和終了的瞬時(shí),因速度突變,推桿的加速度及由此產(chǎn)生的慣性力在理論上將出現(xiàn)瞬時(shí)的無(wú)窮大。實(shí)際上由于材料具有彈性,加速度和慣性力不會(huì)達(dá)到無(wú)窮大,但仍十分大,從而產(chǎn)生猛烈的沖擊。因此,等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律只適用于低速、輕載的場(chǎng)合。
理論上無(wú)窮大的慣性力產(chǎn)生的沖擊,稱為剛性沖擊。
(2)等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律:在行程的起始點(diǎn)、中點(diǎn)和終點(diǎn),推桿的加速度和慣性力有有限值的突變,引起的沖擊也較為平緩。因此,適用于中速、低速的場(chǎng)合。
有限值的慣性力產(chǎn)生的沖擊,成為柔性沖擊。
(3)余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律:在行程的起始點(diǎn)和終點(diǎn),推桿的加速度和慣性力也存在突變,一般適用于中速場(chǎng)合。
(4)正弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律:推桿的加速度和慣性力沒有突變,適用與高速場(chǎng)合。
5-3何謂凸輪機(jī)構(gòu)的反轉(zhuǎn)法設(shè)計(jì)?它對(duì)于凸輪廓線的設(shè)計(jì)有何意義?
答:凸輪機(jī)構(gòu)的反轉(zhuǎn)法設(shè)計(jì)是凸輪輪廓線設(shè)計(jì)的基本方法。為了繪制凸輪輪廓線,需要凸輪相對(duì)固定。設(shè)凸輪以角速度ω繞軸心轉(zhuǎn)動(dòng),假設(shè)給整個(gè)凸輪機(jī)構(gòu)加上一個(gè)公共角速度-ω繞凸輪軸心回轉(zhuǎn)。根據(jù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)原理,這時(shí)凸輪與推桿之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系并未改變,但是凸輪“固定不動(dòng)〞,而推桿一方面隨導(dǎo)路以角速度-ω繞凸輪軸心轉(zhuǎn)動(dòng),另一方面相對(duì)于導(dǎo)路做預(yù)期的往復(fù)移
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