機械設(shè)計課后習(xí)題第7章作業(yè)

第7章作業(yè)7—1等效轉(zhuǎn)動慣量和等效力矩各自的等效條件是什么?7—2在什么情況下機械才會作周期性速度波動?速度波動有何危害?如何調(diào)節(jié)?答:當作用在機械上的驅(qū)動力〔力矩)周期性變化時，機械的速度會周期性波動。機械的速度波動不僅影響機械的工作質(zhì)量，而且會影響機械的效率和壽命。調(diào)節(jié)周期性速度波動的方法是在機械中安裝一個具有很大轉(zhuǎn)動慣量的飛輪。7—3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，為什么?答：飛輪可以凋速的原因是飛輪具有很大的轉(zhuǎn)動慣量，因而要使其轉(zhuǎn)速發(fā)生變化．就需要較大的能量，當機械出現(xiàn)盈功時，飛輪軸的角速度只作微小上升，即可將多余的能量吸收儲存起來；而當機械出現(xiàn)虧功時，機械運轉(zhuǎn)速度減慢．飛輪又可將其儲存的能量釋放，以彌補能最的缺乏，而其角速度只作小幅度的下降。非周期性速度波動的原因是作用在機械上的驅(qū)動力(力矩)和阻力(力矩)的變化是非周期性的。當長時問內(nèi)驅(qū)動力(力矩)和阻力(力矩)做功不相等，機械就會越轉(zhuǎn)越快或越轉(zhuǎn)越慢．而安裝飛輪并不能改變驅(qū)動力(力矩)或阻力(力矩)的大小也就不能改變驅(qū)動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。7—4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：因為安裝飛輪后，飛輪起到一個能量儲存器的作用，它可以用動能的形式把能量儲存或釋放出來。對于鍛壓機械來說，在一個工作周期中，工作時間很短．而峰值載荷很大。安裝飛輪后．可以利用飛輪在機械非工作時間所儲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機來拖動，到達節(jié)能的目的，因此可以說安裝飛輪能起到節(jié)能的作用。7—5由式JF=△Wmax／(ωm2[δ])，你能總結(jié)出哪些重要結(jié)論(希望能作較全面的分析)?答：①當△Wmax與ωm一定時，假設(shè)[δ]下降，那么JF增加。所以，過分追求機械運轉(zhuǎn)速度的均勻性，將會使飛輪過于笨重。②由于JF不可能為無窮大，假設(shè)△Wmax≠0，那么[δ]不可能為零，即安裝飛輪后機械的速度仍有波動，只是幅度有所減小而已。③當△Wmax與[δ]一定時，JF與ωm的平方值成反比，故為減小JF，最好將飛輪安裝在機械的高速軸上。當然，在實際設(shè)計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。7—6造成機械振動的原因主要有哪些?常采用什么措施加以控制?7—7圖示為一機床工作臺的傳動系統(tǒng)。設(shè)各齒輪的齒數(shù)，齒輪3的分度圓半徑r3，各齒輪的轉(zhuǎn)動慣量J1、，J2、，J2’、J3，齒輪1直接裝在電動機軸上，故J1中包含了電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量；工作臺和被加工零件的重量之和為G。當取齒輪1為等效構(gòu)件時，試求該機械系統(tǒng)的等效轉(zhuǎn)動慣量Je解：根據(jù)等效轉(zhuǎn)動慣量的等效原那么．有那么7-8圖示為DC伺服電機驅(qū)動的立銑數(shù)控工作臺，工作臺及工件的質(zhì)量為m4=355kg,滾珠絲杠的導(dǎo)程d=6mm，轉(zhuǎn)動慣量J3×10-3kg.m。，齒輪1、2的轉(zhuǎn)動慣量分別為J1=732×10-6kg.m2，J2=768×10-6kg解：根據(jù)等效轉(zhuǎn)動慣量的等效原那么．有那么:=732×10-6+(768+l200)l×10-6×(25/45)2+355×(6×10-3)2×(25/45)2×l0-3kg.m7—9某機械穩(wěn)定運轉(zhuǎn)時主軸的角速度ωs=100rad／s，機械的等效轉(zhuǎn)動慣量Je=0.5kg.m2，制動器的最大制動力矩Mr=20N.m(制動器與機械主軸直接相連，并取主軸為等效構(gòu)件)。要求制動時間不超過3s，試檢驗該制動器是否能滿足工作要求。解因此機械系統(tǒng)的等效轉(zhuǎn)動慣量．F：及等效力矩Al。均為常數(shù)，故可利用力矩形式的機械運動方程式：Me=Jedω/dt其中：Me=-Mr，Je=0.5kg.m2dt=[Je/(-Mr)]dω〔-20〕]dω=-0.025dω因此t=-0.025(ω-ωωs由于t=2.5s<3s，所以該制動器滿足工作要求。7一10設(shè)有一由電動機驅(qū)動的機械系統(tǒng)，以主軸為等效構(gòu)件時，作用于其上的等效驅(qū)動力矩Med=10000—100ω(N.m)，等效阻抗力矩Mer，等效轉(zhuǎn)動慣量Je=8kg.m2，主軸的初始角速度ω0=100rad／s。試確定運轉(zhuǎn)過程中角速度ω與角加速度α隨時間的變化關(guān)系。解由于機械系統(tǒng)的等效轉(zhuǎn)動慣量為常數(shù)，等效力矩為速度的函數(shù)，故可利用力矩形式的機械運動方程式Me(ω)=Med(ω)-Mer(ω)=Jedω/dt即10000-100ω-8000=8dω/dt(1)對式①積分得(2)將式(2)改寫為一l2.5t=In(100ω一2000)一ln8000解得ω=20+80e上式對t求導(dǎo)得α=dω/dt=-100e7—11在圖示的刨床機構(gòu)中，空程和工作行程中消耗于克服阻抗力的恒功率分別為P1=367.7w和p2=3677w，曲柄的平均轉(zhuǎn)速n=100r／min，空程曲柄的轉(zhuǎn)角為φ1=120o。當機構(gòu)的運轉(zhuǎn)不均勻系數(shù)δ時，試確定電動機所需的平均功率，并分別計算在以下兩種情況中的飛輪轉(zhuǎn)動慣量JF(略去各構(gòu)件的重量和轉(zhuǎn)動慣量).1)飛輪裝在曲柄軸上；2)飛輪裝在電動機軸上，電動機的額定轉(zhuǎn)速nn=I440r／min。電動機通過減速器驅(qū)動曲柄，為簡化計算，減速器的轉(zhuǎn)動慣量忽略不計。解(1)確定電動機的平均功率。作功率循環(huán)圖如下列圖所示。根據(jù)在一個運動循環(huán)內(nèi)．驅(qū)動功與阻抗功應(yīng)相等，可得PT=P1t1+P2t2P=(P1t1+P2t2)/T=(P1φ1+P2φ2)/(φ1+φ2)=(367.7/3+3677×2/3)=2573.9w(2)由圖知最大盈虧功為：、△Wmax=(P-P1)t1=(P-P1)(60φ1)/(2πn)=(2573.9-367.7)×60×(1/3)×1〕當飛輪裝在曲柄軸上時飛輪的轉(zhuǎn)動慣量為2〕飛輪裝在電機軸上時，飛輪的轉(zhuǎn)動慣量為JF`=JF(n/nn)2×(100/1440)2=.m27-12某內(nèi)燃機的曲柄輸出力矩隨曲柄轉(zhuǎn)角的變化曲線如圖所示，其運動周期曲柄的平均轉(zhuǎn)速。當用該內(nèi)燃機驅(qū)動一阻抗力為常數(shù)的機械時，如果要求其運轉(zhuǎn)不均勻系數(shù)=。試求曲軸最大轉(zhuǎn)速和相應(yīng)的曲柄轉(zhuǎn)角位置；裝在曲軸上的飛輪轉(zhuǎn)動慣量〔不計其余構(gòu)件的轉(zhuǎn)動慣量〕。解:(1)確定阻抗力矩,因一個運動循環(huán)內(nèi)驅(qū)動功應(yīng)等于阻抗功．所以有MrφT=AOABC=200×〔1/2〕×(π/6+π)解得Mr=(1/π)×200×(1/2)×(π/6+π(2)求曲軸最大轉(zhuǎn)速nmax，和相應(yīng)的曲柄轉(zhuǎn)角位置φmax：作其系統(tǒng)的能量指示圖(見圖(b))．由圖可知在c處機構(gòu)出現(xiàn)能量最大值．即φ=φc時，n=nmax。故Φmax=20o+30o+130o×此時nmax=(1+δ/2)nm=(1+0.01/2)×〔3)求裝在曲軸上的飛輪轉(zhuǎn)動慣量J，：故：7—13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100kg，回轉(zhuǎn)半徑ρ=450mm；軸2和轉(zhuǎn)子的總質(zhì)量為250kg，回轉(zhuǎn)半徑ρ=625mm。在離合器接合前，軸1的轉(zhuǎn)速為n，=100r／min，而軸2以n：=20groin的轉(zhuǎn)速與軸1同向轉(zhuǎn)動。在離合器接合后3s，兩軸即到達相同的速度。設(shè)在離合器接合過程中，無外加驅(qū)動力矩和阻抗力矩。試求：1)兩軸接合后的公共角速度;2)在離合器結(jié)合過程中，離合器所傳遞的轉(zhuǎn)矩的大小。解設(shè)離合器結(jié)合過程中所傳遞的摩擦力矩為Mf．兩軸結(jié)合后的公共角速度為ω。根鋸力矩形式的機械運動方程。對于軸l和軸2，分別有：〔1〕〔2〕由式〔1〕〔2〕得：式中J1=m1ρ12J2=m2ρ22ω1=2πn1/60=πn1/30,ω2=2πn2/60=πn2/30從而由〔1〕得:7—14圖示為一轉(zhuǎn)盤驅(qū)動裝置。1為電動機，額定功率為Pn=0.55kW，額定轉(zhuǎn)速為nn=1390．r／min，轉(zhuǎn)動慣量J1=0.018kg.m2;2為減速器，其減速比i2=35,3、4為齒輪傳動，z3=20，z4=52；減速器和齒輪傳動折算到電動機軸上的等效轉(zhuǎn)動慣量J2e=0.015kg.rn2；轉(zhuǎn)盤5的轉(zhuǎn)動慣量J5=144kg.m，作用在轉(zhuǎn)盤上的阻力矩為；傳動裝置及電動機折算到電動機軸上的阻力矩為。該裝置欲采用點動(每次通電時間約0.15s)作步進調(diào)整，問每次點動轉(zhuǎn)盤5約轉(zhuǎn)過多少度?提示：電動機額定轉(zhuǎn)矩Mn=9550Pn／nn，電動機的起動轉(zhuǎn)矩Md≈2Mn，并近似當作常數(shù)。解取電機軸作為等效構(gòu)件，那么系統(tǒng)的等效轉(zhuǎn)動慣量為點動過程中，系統(tǒng)的運行分為兩個階段：第一階段為通電啟動階段，第二階段為斷電停車階段。第一階段的等效力矩為由于在此階段系統(tǒng)的等效力矩和等效轉(zhuǎn)動慣量均為常數(shù)，所以在此階段電機軸的角速度和轉(zhuǎn)過的角度為ω11=ω10+α1t1φ11=φ10+ω10t1+(1/2)α1t12式中: