流体机械原理课后解答

第一篇：流体机械原理课后解答

作业解答 p41习题一：

一、为了满足一个规划中的企业用电高峰的需要，拟在有利地形处建一座具有一台泵及一台水轮机的抽水蓄能电站，该企业每天对电能的需要为：14h为P1=8MW；10h为P2=40MW。假定该企业可以从电网中获得的电功率Pv是常数，已知：水轮机的总效率P／PT电水，泵的总效率P／P0.86，压力管道的损失H6m，电站的0.91P水电st静水头Hst200m。为简单计，假定H和H

为常数，其它损失忽略不计。假定该装置中水的总量为常数（上游无来水，下游不放水，并忽略蒸发泄漏），试求：①必需的P值。

V②泵与水轮机的工作参数qV，H，P水。③上游及下游水池的最小容积V。

解：

从电网中获得的电能不足时，用水轮机发电补充；从电网中获得的电能有多余时，用于泵去抽水蓄能。

PPP2V水轮机轴功率＝g(HH)*qstV2stV1T

PPPV1V11水泵轴功率＝g(H＋H)*q／P

V＝qt=qtV2VV2

40P194*14*0.91*0.861.032

P8206*10PV408*1.03223.75MW 11.032qV2(4023.76)*10009.39m3/s，qV19.8*194*0.916.71 m3/s 对水轮机：qV2水轴T4023.7516.25MW，9.39m3/s；H2194m，P轴P=P／＝17.85MW，对于泵：qV16.71m3/s；H1206m，P=(PVP)*P＝(23.76-8)*0.86=13.55MW，1水P15.76MW 轴V＝6.71*3600*143.38*10m3

二、水轮机效率实验时在某一导叶开度下测得下列数据：蜗壳进口处压力表读数

5p22.16104Pa，压力表中心高程Hm88.7m，压力表所在钢管直径D3.35m，电站下游水位84.9m，流量qv33m/s，发电机功率Pg7410kW，发电机效率g0.966，试求水轮机效率及机组效率。

解：

piici2 EiZig2gqvpi22.161044333.744 Zi88.7，22.612，ci23.35g10009.8D2422poocopooco；而Zo84.9，=0，=0 EoZog2gg2g3.7442HEiEo88.784.922.6123.822.6120.71527.127m

29.8水轮机的效率tPg/ggqvH7410/0.9667670.80787.438%

9.83327.1278772.871机组效率gt0.9660.8740.844

三、某泵装置中，进口管直径Ds150mm，其上真空表读数V6.66510Pa（500mmHg），出口管路直径Dp125mm，其上压力表读数p0.22MPa，压力表位置比真空表高1m，输送介质为矿物油，其密度900kg/m3，泵的流量为qv0.053m3/s，试求泵的扬程。

解：泵的扬程

46.6651040.2210610.053420.05342HhVM1()()222g9009.89009.82g0.1250.151 17.55724.943(4.319)2(2.999)22g 17.55724.9430.49333.9932c2pcs

某泵装置中，进出口管直径相同D150cm，进口真空表读数V450mmHg，出口管路上压力表读数M1.8kg·f/cm2，压力表位置比真空表高1m，输送介质为矿物油，其密度900kg/m3，泵的流量为Q53 L/s，试求泵的扬程。答案：

2g 16.8200 27.8 四、一台送风机的全压为1.96kPa，风量为40m3/min，效率为50％，试求其轴功率。HhVMc2cs2p13.64501.89.810410.053420.053421()()29009009.82g0.1520.15401.961000qvp601.307103P2.614103W 50%50%

p103习题二

四、轴流转浆式水轮机某一圆柱流面D1=2m，n=150r/min，在某一流量下cm=4m/s。试求： a)当叶片转到使b2=10°时，作出口速度三角形。此时转轮出口水流的动能是多少？其中相对于cu2的部分又是多少？

b)为了获得法向出口，应转动叶片使b2为多少？此时出口动能又为多少？

c)设尾水管回能系数v=0.85，且假定尾水管只能回收相应于cm2的动能，则上面两种情况下出口动能损失各为多少？ a)u2D1n6021506015.708m/s cu2u2cmctg1015.7084ctg106.977m/s 22c2cu6.97724264.6798.042m/s 2cm 2c264.6793.300m 2g29.82cu6.977222.484m 2g29.8b)b2arctg414.287

15.7082c2420.816m 2g29.822cuc2c)回收的能量：v285%3.302.4840.321

2g2g22cuc2损失的能量： 回收的能量3.30.3212.979或85%22.111

2g2g4215%0.122

2g

五、在进行一台离心泵的能量平衡实验时，测得下列数据：轴功率P=15kW；流量qv=0.013m3/s；扬程H=80m；转速n=2900r/min；叶轮密封环泄漏量qv=0.0007m3/s；圆盘摩擦功率Pr=1.9kW；轴承与填料摩擦功率Pm=0.2kW；另外给定了泵的几何尺寸：轮直径D=0.25m；出口宽度b2=6mm；叶片出口角b2=23°。试求： a)泵的总效率及水力、容积和机械效率。b)叶轮出口速度三角形。（不计叶片厚度，cu1=0）c)滑移系数、反作用度

6.977cu215.70810°u24cm2c2w2 a)gqvHP9.80.0138010.50560.7004

1515MP(PrPm)15(1.90.2)0.86

P15qhqv0.0130.95

qvqv0.0130.00070.70.857

Mq0.860.95qvT0.0130.00072.992 m/s

D2b20.250.006b)cm2u2D2n600.2529006037.961m/s 2.99223°cm230.91237.961cu2c2w2u2 c)cu2u2cm2ctg237.9612.992ctg2337.9617.04930.912

cu2gH9.88024.099 hu20.85737.9611cu230.91224.09910.82 u237.96122222c2.531.562 cu2cm230.9122.992964

2c22g11u2cu2g31.56210.589

237.96130.912或

1cu230.91210.593 2u2237.961

p103习题四 四、一台泵的吸入口径为200mm，流量为qv=77.8L/s，样本给定Hv=5.6m，吸入管路损失Hs=0.5m。试求：

1）在标准状态下抽送常温清水时的Hsz值。

2）如此泵在拉萨（pa=64922.34Pa）使用，从开敞的容器中抽吸80℃温水，其Hsz值又为多少？

（注：80℃清水的pVa=47367.81Pa，g=9530.44N/m3）1）列进水池面与泵进口断面

pepscs2Hsz0Hs gg2gpapspapecs2HsHszHs

gggg2gpepacs2HszHsHs

gg2gcs4qv477.8/10002.476 Ds20.222.4762Hsz5.60.55.60.3130.54.787

2gppcs2pvas 2）由汽蚀余量和真空度的定义：ha，Hs2gpscs2pv Hsha2gpacs2p[Hs][h]v

2gpacs2p[Hs][h]v

2gpa[Hs][Hs]papapvpv

[Hs]5.664922.3447367.8110.330.249530.449530.44 5.66.8110.334.970.24 2.65HsHszcs2pepaHs2.650.3130.53.463m gg2g

五、双吸离心泵的转速为1450r/min，最优工况的扬程为43m，流量为1.36m3/s，临界空化余量为hcr=3.17m，最大流量工况hcr为10.06m，吸水管路的水力损失为0.91m，当地大气压力为10.36m，所输送的冷水的汽化压力为Hva=0.31m。试确定：

1）最优工况的比转速nq、空化比转速S、临界空化系数cr和允许的吸入高度是多少？ 2）最大流量工况的允许吸入高度是多少？（提示：计算nq和S时应取总流量的二分之一）

1）nqnqv/2H3/414501.36/21195.7259.9 71.2073/416.7923.6543Snqv/23/4hcr14501.36/21195.7503.3 2.3763.173/4crhcr3.170.0737 H43列进水池面与泵进口断面

pecs2Hghw2g psps由汽蚀余量的定义

cs2pvpphaeHghwv2gpp Hgehhwv 10.36(3.170.3)0.910.31 5.672）同前有 Hphhegwpv 10.36(10.060.3)0.910.31 1.22

第二篇：流体机械原理课程安排（定稿）

《流体机械原理》课程教学大纲

适用对象：

1）能源与动力工程学院：热能与动力工程专业；核工程与核技术专业；

制冷与低温工程专业；过程装备与控制工程专业。

2）建筑工程与人居环境学院：建筑环境与设备工程专业。先修课程：高等数学、大学物理、工程热力学、流体力学。使用教材及参考书：

教

材：徐忠，离心压缩机原理（第三版），北京：机械工业出版社，1998。

李超俊，余文龙，轴流压缩机原理与气动设计，北京：机械工业出版社，1998。

参考书：朱报祯，郭涛，离心压缩机，西安：西安交通大学出版社，1999。

常鸿寿，离心式制冷压缩机，北京：机械工业出版社，1990。

A Whitfield, N.C.Baines.Design of radial Turbomachines, New York：

Longman Scientific & Technical, 1996

一、本课程的性质、目的及任务

《流体机械原理》是能源与动力工程学院流体机械专业高年级学生的专业必修课程，也是上述相关专业的必修或选修课程。课程的主要任务是给学生讲授离心式和轴流式压缩机的基本工作原理，包括气体在压缩机中流动的基本方程和基本概念，能量损失的机理及分析，叶轮和固定元件，压缩机的流动相似，压缩机的性能曲线与调节，压缩机热力设计等。另外，将实际气体和三元流动基础作为机动或选学内容。

本门课程教学的目的和要求可分为三个层次。基本要求是培养学生掌握和运用专业知识，第二个层次是引导学生学到具体专业知识背后具有共性的东西：即正确的思维方法及独立分析问题和解决问题的能力，最高层次是启发学生具有创新意识，并懂得创新是为了更好地解决问题而不是标新立异，应能够脚踏实地地从小的改进做起。

二、课程各章节的主要内容和学时：

第一章 气体流动的基本方程和基本概念（10学时）

第一节 速度三角形、欧拉方程 第二节 能量方程，伯努利方程

第三节 气体压缩过程，压缩功，级总耗功和总功率 第四节 级中气体状态参数变化。级效率

第五节 流量和流量系数，能量头和能里头系数。第二章 级中能量损失（4学时）

第一节 摩擦损失，分离损失

第二节 二次流损失，尾迹损失 第三节 Re数与M数对流动损失的影响

第四节 级性能曲线，密封的工作原理

第五节 内漏气损失及轮阻损失系数的计算 附 实验：离心压缩机级性能试验 第三章 叶 轮（4学时）

第一节 叶轮分类，叶轮典型结构比较

第二节 周速系数计算，叶道中粘气体速度分布

第三节 叶轮中气体流动特点及主要参数对性能的影响。

第四节 半开式与混流式叶轮 第四章 固定元件（4学时）

第一节 吸气室

第二节 无叶扩压器，叶片扩压器 第三节 弯道，回流器，蜗壳 第五章 相似理论及基应用（6学时）

第一节 流动相似的基础知识，透平压缩机的相似条件

第二节 相似理论的应用 第三节 相似模化设计 第四节 性能换算

第六章 离心压缩机性能曲线与调节（6学时）

第一节 离心压缩机的性能曲线，级数对性能的影响

第二节 压缩机与管网联合工作，喘振

第三节 离心压缩机的串联与并联

第三节 离心压缩机调节 第七章 实际气体

第一节 实际气体的P-V-T关系，实际混合体的混合法则。

第二节 实际气体的热力学性质

第三节 实际气体的热力学过程 第八章 三元流动基础 共计课内34学时，试验2学时

三、课程的教学要求及辅助教学环节：

第一章：气体流动的基本概念 教学要求：

1、掌握欧拉方程二种形式。物理意义，适用条件

2、掌握级（包括叶轮）及固定元件中的能量方程及伯努利方程式的不同形式和物理意义。

3、不同效率定义。及物理意义

4、静参数和滞止参数，沿流道的变化规律，能熟练地运用能量方程。伯努利方程等计算级中各主要截面上的气功与热力参数。

5、流量系数。能量头系数的概念，轴向涡概念。辅助教学环节：

（1）看离心压缩机模型，增加对离心压缩机中元件的观性认识。（2）轴向涡小试验

（3）习题及思考题，以及小测验，解答

第二章：级中能量损失

教学要求：

（1）、了解级中气体流动过程中所产生的流动损失：摩擦、分离、二次流及尾迹损失产生的机理。

（2）、Recr.Men,Mmax的基本概念

（3）掌握离心压缩机级性能试验（Qin-.Qin-pot Qin-Ni）（4）旋转脱离，喘振。滞止流量的概念。

（5）一般梳齿密封的基本工作原理，以及计算漏气及轮阻损失方法。辅助教学环节：

（1）级学生看离心压缩机叶轮中内部流场的实测图片（2）习题及思考题 第三章：叶轮 教学要求：

（1）掌握反作用度与滑移系数的概念

（2）使学生对不同型式叶轮在作功能力（hth）.效率及工况范围之间有一个辩认来选择叶轮的型式。同时对各种型式叶轮的特点有一个完整的认识。（3）了解叶轮的进口截面。出口截面气流的运动规律，初步了解叶道中无粘气体的速度分布规律。

（4）了解周速系数的概念。掌握周速系数的计算 辅助教学环节：

（1）看各种样本，扩大对离心压缩机以及各种不同型式的叶轮的观性认识（2）看叶轮模型以及解叶轮型式和结构参数（3）作习题及思考题 第四章：固定元件 教学要求：

（1）掌握气体在固定元件、吸气室、扩压器（无叶、有叶）弯道，回流器及蜗 壳中的气流运动规律。

（2）流道型线或结构尺寸变化时对气体流动损失的影响。辅助教学环节 作习题及思考题； 第五章：相似理论及其应用 教学要求：

（1）理解何为流动相似。相似准则。（决定性相似准则，和非决定性相似准则）（2）掌握离心压缩机相似条件（重点在K=K`，Mu=Mu´）.（3）掌握如何应用相似理解决C.C设计及试验过程中的实际问题，（相似模化设计，满足相似条件下性能换算，不满足相似条件下，似性能换算）。辅助教学环节 思考题和习题

第六章：离心压缩机的性能曲线和调节 教学要求；

（1）级数、转数对压缩机性能曲线的影响

（2）压缩机与管网联合工作的平衡工况眯与变工况的概念（3）离心压缩机串、并联特性曲线的变化趋势（4）离心压缩机的喘振与防止（5）离心压缩机的变工况调节原理 辅助教学环节 思考题及习题 第七章、实际气体 教学要求；

（1）实际气全的P-U、T关系与理想气体

状态方程偏离的原因。对比态原理，实际混合气体的混合法则。

（2）实际气体的I,s.Cp与理想气体的I,s.Cp主要差异。（3）实际气体的热力学过程与理想气体的异同。（4）实际气体热力过程的计算 辅助环节： 思考题

透平压缩机原理教学大纲（轴流式部分）

一、课程的性质、目的与任务：

（一）课程的性质与对象

本课程系流体机械专业学生必修的专业课题之一，通过本课程学习使学生了解轴流式压缩机的基本工作原理，热力空气动力设计计算方法，为今后完成毕业设 4 计及从事压缩机事业打下良好的基础。

（二）课程的基本要求：

1、掌握轴流压缩机的基本工作原理

2、掌握轴流压缩机各特性参数对级性能的影响

3、了解轴流压缩机设计计算的基本方法

（三）课程与其他课程的联系与分工：

本课程以工程热力学，机械原理，理论力学，流体力学为基础的专业技术课。并与离心式压缩机配合进行，为以后选修课相衔接，为这方面的毕业设计打下良好基础。

二、主要内容：

第一章 概述

1、分类

2、轴流式压缩机典型产品结构

3、轴流式压缩机发展概况 第二章 热力学基础

1、气体状态方程式

2、稳定流动的能量方程式

3、热力学第一定律方程式

4、伯努利方程式

5、混合气体、湿空气 第三章 气体动力学基础

1、连续性方程式

2、理想流体的运动微分方程

3、涡度

4、速度环理

5、动量方程与动量矩方程

6、气动力函数

7、相似理论 第四章 基元级

1、概述

2、流量、流量系数

3、能量头、能量头系数

4、反应度与预扭

5、气体绕流叶栅的气动力方程

6、基元级的效率

第五章 叶栅设计及实验数据

1、翼型及叶栅参数

2、按孤立翼型吹风实验数据方法设计叶栅

3、按平面叶栅吹风实验数据方法设计叶栅

4、按平面叶栅吹风数据的翼叶造型

5、叶栅中的损失

6、马赫数和雷诺数的限制

7、叶栅负荷或扩压变限制

8、超音速叶栅

第六章 级的理论—简化三元流动设计

1、径向平衡方程式

2、等环理级

3、等环理级设计中的某些问题

4、等反应度等值功的级

5、等am的级

6、强迫涡流级

7、一般设计规律

第七章 多级压缩机设计计算（平面叶栅法）

1、通流部分形式

2、多级压缩机工作特点

3、主要参数选择

4、亚音速轴流式压缩机气动力计算（平面叶栅法）第八章 多级压缩机设计计算（模拟级法）

1、轴流式压缩机气流相似条件

2、单级模型试验数据简介

3、某些结构参数对压缩机特性的影响

4、亚音速轴流式压缩机级模型法计算 第九章 轴流式压缩机特性

1、轴流式压缩机特性线

2、压缩机的不稳定工况—阻塞、旋转失速和喘震

3、多级轴流式压缩机的喘震及防止方法

4、轴流式压缩机的通用特性线

三、课程的教学要求

各章内容的重点及深广度 第一章 概述

重点为轴流式压缩机在国民经济的作用。共筒图、压缩机分类 第二章 热力学基础

复习热力学应用的一些基本概念 第三章 气体动力学基础

复习气体动力学应用到的一些方程的基本概念 第四章 基元级

重点为基元级的概念、各特性参数的意义。不同反应度级（=0：5，=1：0）的比较，叶栅举力产生的机理。

第五章 叶栅设计及实验数据

重点为叶栅实验的正常特性线及额定特性线的来由及应用，气流参数与叶栅几何参数的关系，叶栅损失的物理现象。

第六章 级的理论—筒化三元流动设计

重点为怎样简化三元流动。为何要保证径向平衡，几种典型流型的特点。特别是等环。等反庆度及等am 级。流型与几何制造型的关系。

第七章 多级压缩机设计计算（平面叶栅法）

重点为多级压缩机工作特点。通流部分形式。平面叶栅法计算的特点及主要步骤。

第八章 多级压缩机设计计算法（模拟级法）

重点为模型的设计方法特点及某些结构参数对级特性的影响 第九章 轴流压缩机特性

重点为压缩机变工况特性、阻塞、旋转失速和喘震的物理现象及防喘震方法。

三、学时数安排：

第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章

离心式压缩机课程设计教学大纲

一、本课程的性质。目的及任务

离心式压缩机课程设计是动力机械工程系流体机械专业高年级学生的必修课

2学时

2学时（自学为主）2学时（自学为主）3学时 3学时 2学时 2学时 2学时 2学时

总计20学时,试验2学时

程，在完成离心式压缩机原理课程教学基础上，本课程进一步讲述离心式压缩机的热力设计（内容包括压缩机分段。段最佳压力比的分配。设计参数的整理。主要气动参数及几何尺寸的确定，方案设计，逐渐详细计算及流道图的绘制等）。同时在教师指导下，每个学生应独立完成一台离心式压缩机的热力与气动设计说算并绘制流道图。

本课程的目的是使学生掌握离心式压缩机的一般计算方法。、了解设计过程。通过方案设计，和逐级计算使学生对压缩机参数选择。参数匹配。参数迭代计算法等有一定认识。从而巩固。加深了已学的透平压缩机原理基础。所以离心式压缩机课程设计是理论联系实际培养学生独立分的问题、解决问题能力的极为重要的环节。

二、课程各章节的主要内容和学时 第一部分。以讲课方式（课内6学时）

第一节：中间冷却与分类

第二节：热力设计

第三节：气动参数和主要几何尺寸的确定原则 第二部分：学生在教师指导下独立完成（36学时）

第一阶段：由设计任务书整理设计参数，作方案设计作方案比较（12学时）

第二阶段：逐渐计算（16学时）

第三阶段：画制流道示意图（4学时）

第四阶段：整理课程设计计算书。写心得体会（4学时）

三、课程的教学要求及辅助教学环节

第一部分：课内教学的要求：

第一节：（1）要求学生认识中间冷却次数与节省功的辨证关系从而正确理解和掌握最佳分段数的确定。

（2）要求学生了解最佳压力的分配原则。计算方法。通过最终设计。使学生体会到压力分配要综合分析单从总耗功最小原则考虑是不全面的。第一节：要求

（1）掌握方案设计中主要参数的选择及调整

（pot 2A Do/D2.D1/D2.1A.冲角1。等确定原则，与做功能力，与损失的关系。

（2）叶轮进口部分的设计，轮壳直径d的确定。（3）主要气动参数Mw1.Mc2 W1/W2的控制与调整。（4）扩压器、弯道、回流器的设计。（5）蜗壳型线的设计； 第二部分：（学生作课程设计）要求：（1）按设计任务书整理设计参数

（2）完成方案计算

以表形式作方案比较。拖出合理的方案。并讲出该方案的特点。（组织一次全班讨论。由优秀学生发言。学生进行讨论、教师作总结）。

（3）完成逐级计算。并要说明逐级计算结果气功，热力参数的合理性。

（4）按比例画制流道示意图

（5）写出设计计算书，合同图纸及总结设计中的心德体会及意见交教师审阅。

第三篇：流体机械总结

离心式水泵主要由叶轮、叶片、外壳、泵轴和轴承等组成。离心式水泵工作原理：水泵启动前，应先用水注满泵腔和吸水管，以排除空气，称为灌引水。电动机启动后，通过轴带动叶轮旋转，位于叶轮中的水在离心力的作用下被甩向叶轮周围压向泵壳，通过排水管排至地面。与此同时叶轮中心进水口处，由于水被抛至轮缘而形成真空，吸水井中的水在大气压的作用下，通过滤水器、底阀及吸水管进入水泵，填补叶轮中心的真空，叶轮连续旋转，吸水井中的水就不断被吸入和甩出，形成了连续不断的排水。离心式水泵分类：1按叶轮数目分：①单级水泵，泵轴上仅装有一个叶轮。②多级水泵，泵轴上装有几个叶轮。2按水泵吸水方式：①单吸水泵，叶轮上仅有一个进水口②双吸水泵，叶轮两侧各有一个进水口。3按泵壳结构分①螺壳式水泵②分段式水泵，垂直泵轴心线的平面上有泵壳接缝③中开式水泵，在通过泵轴心线的水平面上有泵壳接缝。4按泵轴的位置分：①卧式水泵，泵轴呈水平位置②立式水泵，泵轴呈垂直位置。5按比转数分：①低比转数水泵，比转数ns=40-80②中比转数水泵，比转数ns=80-150③高比转数水泵，比转数ns=150-300 流量：水泵在单位时间内所排出水的体积，用符号Q表示，单位m3/s、m3/h。

杨程：单位重量的水通过水泵后所获得的能量，用符号H表示，单位m。

水泵的允许吸上真空度：在保证水泵不发生汽蚀的情况下，水泵吸水口处所允许的真空度，用符号Hs表示，单位为m。

水泵的汽蚀余量：水泵吸入口处单位重量的水超出水的汽化压力的富余能量，用符号△h表示，单位m。离心式水泵的理论压头方程，由于水流经叶轮情况复杂，先作假设：①水在叶轮内的流动为稳定流动，即速度图不随时间变化②水是不可压缩的，即密度ρ为一常数③水泵在工作时没有任何能量损失，即原动机传递给水泵轴的功率完全用于增加流经叶轮水的能量④叶轮叶片数目无限多且为无限薄。这样水流的相对运动方向恰好与叶片相切，叶片的厚度不影响叶轮的流量，在叶轮同一半径处的流速相等、压力相同。

离心式水泵理论压头方程又称欧拉方程：HL=1/g（u2c2cosα2-u1c1cosα1）由速度图知，c2cosα2=c2u

c1cosα1=c1u 所以HL=1/g（u2c2u-u1c1u）由此方程可以看出：①水从叶轮中所获得的能量，仅与水在叶轮进口及出口处的运动速度有关，与水在流道中的流动过程无关。如果水在叶轮进口时没有扭曲，即a1=900，则c1u=0，这时公式HL=1/g（u2c2u-u1c1u）可改写为HL=1/g u2c2u②理论杨程HL与u2有关，而u2=πD2n/60。因此，增加转速n和加大叶轮直径D2，可以提高水泵的理论杨程。③流体所获得的理论杨程HL与流体种类无关。对于不同流体，只要叶轮进、出口处流体的速度三角形相同，都可以得到相同的HL。

叶轮流道与效率的关系：就叶轮流道阻力而言，后弯叶片因流道长，断面变化的扩散角小，流动结构变化缓慢，所以流动能量损失最小，效率最高。相反前弯叶片的流道短而宽，断面变化的扩散角大，流动结构变化剧烈，流动阻力较大，流动损失也大，是三种叶片中效率最低的，径向叶片的叶轮效率居中。

根据能量损失的形式不同，可将离心式水泵的损失分为机械损失、容积损失和水力损失。

水泵的工况点：把水泵特性曲线和管路特性曲线按同一比例画在同一坐标图上，所得的交点M就是水泵的工作点。

水泵发生汽蚀的根本原因：叶轮入口处的压力低于水在当时水温下的汽化压力。一旦发生汽蚀，水泵的特性将严重恶化。因此，要按照不发生汽蚀的条件确定水泵的吸水高度。

水泵串联的主要目的是为了增加杨程，并联的主要目的是为了增加流量。

改变转速的方法：①皮带轮调速 泵与电动机采用三角带式传动，通过改变泵或电动机的带轮的大小来调速。这种方法使用广泛，但调速范围有限，且不能随时自动调速，需要停机换轮②变频调速 利用变频调速器，通过改变电流频率来改变电动机转速，进而改变泵的转速。该方法优点是能实现泵转速的无极调速。但是由于变频调速器的价格较高，目前应用尚不普遍③采用变速电动机 由于这种电动机较贵，且效率低，故应用不广泛。

如何评价水泵运转的经济性？提高水泵运转经济性的主要方法有那些？水泵运转经济性可用吨水百米电耗和排水系统效率的大小进行评价。方法：提高水泵的运行效率、降低排水管路阻力、改善吸水管路的特性和实行科学管理。

水泵房管子道的作用是什么？水仓的作用是什么？至少要几个？管子道作用：若因突然涌水淹没了井底车场和运输大巷，管子道可作为安全出口，必要是撤离人员和搬运设备。水仓作用：一是遇到突然断电或排水设备发生事故暂时停止运动时，容纳无法排水期间的涌水，二是具有减小水流速度，沉淀矿水中的泥沙，防止排水系统堵塞和减少排水设备磨损。主仓和副仓。

D型泵是单吸、多级、分段式离心泵。主要有转动部分、固定部分。轴承部分和密封部分等组成。

叶轮是离心式水泵的主要部件，作用是将电动机输入的机械能传递给水，使水的压力能和动能得到提高。D型水泵第一级叶轮的入口直径大于其余各级叶轮的入口直径，这样可以减少水进入首级叶轮的速度，提高水泵的抗汽蚀性能，同时，D型水泵叶轮叶片的入口边缘呈扭曲状，以保证全部叶片入口断面都适应入口水流，从而减少水流对入口的冲击损失，这是这种水泵初始杨程较高和效率曲线平坦的原因之一。

固定部分主要包括进水段（前段）、出水段（后段）和中间段等部件，并用拉紧螺栓将它们连接在一起。吸水口位于进水段，为水平方向，出水口位于出水段，为垂直向上。导水圈叶片数应比叶轮叶片数多一片或少一片，使其互为质数，否则会出现叶轮叶片与导水圈叶片重叠的现象，造成流速脉动，产生冲击和震动。

填料装置，吸水侧填料装置的作用是防止空气进入泵内，排水侧填料装置的作用是防止高压水向外泄漏。平衡盘法广泛地应用在多级离心式水泵上，使用平衡盘时，不能同时使用推力轴承，并应保证回水管畅通。离心式水泵启动前必须向泵灌注引水，并在关闭闸阀的情况下进行启动。停止水泵时，应先关闭闸阀，而后停机。吨水百米电耗，即水泵将1t的水提高100m所消耗的电量。矿山排水系统有单水平开采直接排水系统和单水平开采分段排水系统以及多水平同时开采的排水系统。排水系统中主要有水泵房、管子道、水仓等硐室，它们一般都布置井底车场附近。水泵房尺寸大小与水泵机组的数量和外型尺寸有关。

什么叫通风机的全压、静压和动压，它们之间有何关系？通风机产生的风压；一部分用于克服网路阻力，另一部分则消耗在空气排入大气时的速度能的损失上。通常，将通风机产生的全部风压称为全压；用于克服网路阻力的有益

风压称为静压。通风机出口断面的速度能为动压。通风机产生的全压包括静压和动压两部分，静压所占比例越大，这台通风机克服网路阻力的能力也就越大。因此，在设计和使用通风机时，应努力提高通风机产生静压的能力。通风机的噪声是如何产生的？常见的消声措施有哪些？通风机的噪声包括气动噪声、机械噪声和电磁性噪声。①气动噪声是通风机噪声的主要部分，它又包括旋转噪声和涡流噪声。旋转噪声是由于叶轮告诉旋转时，叶片作周期性运动，引起空气压力脉动而产生的。涡流噪声主要是由于叶轮叶片与空气互相作用时，在叶片周围的气流引起涡流，这种涡流在粘性力作用下又分裂成一系列小涡流，使气流压力脉动而产生的。②机械噪声包括通风机轴承、皮带及传动的噪声，转子不平衡引起的振动噪声。③电磁性噪声，电磁性噪声主要产生于电动机。消声措施：吸声。消声器、隔声和减振。

矿山常用的通风机，按气体在通风机叶轮中流动情况，分为离心式通风机和轴流式通风机两大类。

离心式通风机：气体沿轴向进入叶轮，并沿径向流出的通风机。

轴流式通风机：气体沿轴向进入叶轮，仍沿轴向流出的通风机。

离心式通风机和轴流式通风机的工作原理都是由于气流通过叶轮时，受到叶轮作用而获得能量，从而实现通风的目的，但因结构不同，两者间又有区别：在离心式通风机中，气流都是径向流动，而在轴流式通风机中，气流是沿轴向流动。

风量就是指单位时间内通风机排出气体的体积。风压是指单位体积的空气流经通风机后所获得的能量用H表示，单位为Pa。

描述离心式和轴流式通风机特性的理论风压方程式和理论风压与理论流量的关系式，同意表示为：理论风压方程式：HL=ρ（u2c2u-u1c1u理论风压与理论流量关系式：HL=ρu22-ρu2cotβ2Q1/S

等积孔就是设想在薄壁上开一面积为Ac的理想孔口，流过该孔口的流量等于网路的风量，孔口两侧的压差等于网路的阻力。

当网路风量一定时，等积孔面积愈大，网路阻力愈小，则通风愈容易。反之等积孔面积愈小，网路阻力愈大，则通风愈困难。

工业利用区：在通风机的特性曲线上，找出一个即满足稳定性又满足经济性的工作范围，此范围就称为通风机的工业利用区。

通风机联合运转的基本方法有串联工作和并联工作两种，串联工作的主要目的是为了增大风压，并联工作的主要目的是为了增大风量。

3通风机的启动与停止，对于风压特性曲线没有不稳定段的离心式通风机，因流量为零时功率最小，故应在闸门完全关闭的情况下进行启动。对于风压特性曲线上有不稳定段的轴流式通风机，若由于不稳定而产生的风压波动量不大时，也可以选择功率最低点为启动工况，此时闸门应半开，流量约为正常流量的30-40%，若不稳定时风压波动太大，也允许在全开闸门情况下启动，启动工况应落在稳定区域内。停止操作为启动操作逆过程。

离心式通风机应在关闭闸门的情况下启动，而轴流式通风机应在闸门半开或全开的情况下启动。

4离心式和轴流式通风机的个体特性曲线，反映的是某台通风机在某一转速下的特性，而离心式通风机的类型特性曲线，则反映了同类型的所有通风机，在不同转速下的特性。只要是同类型通风机，在相似工况下，各类型系数必为定值。

5通风机在网路中工作时，所产生的风压H包括静压Hj和动压Hd两部分。前者用于克服网路阻力，后者则随气流消耗在大气中。通风网路的阻力大小，可用网路阻力损失常数R或Rj和等积孔AC的大小来表示。R或Rj越大，AC越小，说明通风越困难，反之越容易。

6在确定通风机的工况点时应注意，若通风机的特性曲线是全压特性曲线（如离心式通风机），则网路特性曲线也应为全阻力特性曲线；若通风机的特性曲线是静压特性曲线（如轴流式通风机）则网路特性曲线也应当采用静阻力特性曲线。

煤矿常用离心式通风机有4-72-11型，G4-73-11型和K4-73-01型，它们的主要部件包括叶轮、进风口集流器、机壳、传动轴、进气箱、前导器等组成。前两种通风机的叶轮为单侧进风，后者为双侧进风。这些通风机的叶轮叶片都是后弯机翼型，具有良好的空气动力性能，效率较高，叶轮都经过了动、静平衡校正，故运转平衡，噪音低。为了便于调节工况，G4-73-11型通风机还配置了前导器，为将外界空气导入通风机的进风口，K4-73-01型通风机还没有进气箱。

4-72-11型通风机主要由叶轮机壳、进风口和传动部分等组成。叶轮是离心式通风机的关键部件，它由前盘、后盘、叶片和轮毂等零件焊接或铆接而成。集流器的作用是保证气流均匀、平稳地进入叶轮入口，减少流动损失，降低进口涡流噪音。机壳的作用：将叶轮进出口的气体汇集起来，导致通风机的出口，并将气体的部分动压转变为静压。因气流速度转向，会使叶轮进口的气流很不均匀。在进口集流器之前安装进气箱，可改善这种状况。进口导流器（前导器）的作用：扩大适用范围，提高调节性能。2K60型轴流式通风机的叶轮采用了机翼扭曲叶片叶轮，从而避免了气流的径向流动。

离心式和轴流式通风机比较：1结构比较，轴流式通风机结构紧凑，体积较小，重量较轻；但结构较复杂，且各部件都装在筒式机壳内，故障较多，维护困难。2性能比较①风量，轴流式通风机产生的风量较大而风压较低，离心式通风机则相反。②效率，轴流式通风机的平均效率比离心式通风机高，但最高效率比离心式通风机低③特性曲线，轴流式通风机的风压特性曲线呈马鞍型，且在工业利用区内很陡斜，适用于矿井阻力变化大而风量变化较小的矿井。离心式通风机的风压特性曲线较平缓，适用于风量变化大而通风阻力变化较小的矿井。3传动方式比较，轴流式通风机允许的圆周速度一般比离心式允许的圆周速度大，故前者可用高速电动机直接拖动（高速电动机效率高、价格低），而后者只有部分型号的通风机（如G4-73-11型）采用电动机直接拖动。4启动方式和运转比较，轴流式通风机应在闸门半开或全开的情况下启动，而离心式通风机则应在闸门全闭的情况下启动。在运转过程中，当风量突然增加时，轴流式通风机的功率增加不多，不易过载，而离心式通风机则相反。5工况调节方法比较，轴流式通风机可通过改变叶轮转速、叶片安装角度、减少叶轮级数和叶片数目，调节前导器等多种方法以及使用闸门节流法进行调节，以适应矿井风量、风压的变化。但是离心式通风机的调节方法较少，一般只能采用闸门节流法或改变叶轮转速和前导器调节法。因此，轴流式通风机可调性优于离心式通风机。6并联工作的稳定性方面比较，轴流式通风机并联工作的稳定性比较差，而离心式通风机并联工作的稳定性较好。7反风方面比较，轴流式通风机即可用反

风道反风，也能反转反风，但离心式通风机只能采用反风道反风。8噪音比较，轴流式通风机运转时产生很大的噪音，如不采取消音措施，大都超过相关规定，而采用消音装置时，则会增加相应费用，同时增大通风阻力。离心式通风机运转产生的噪音较小，一般不超过国家的有关规定。但大型高速离心式风机，也应增设消音装置。反风：像这种根据实际需要，人为地临时改变通风系统中的风流方向，叫做反风。

主要通风系统必须装置两套同等能力的通风机(包括电动机)其中一套工作，一套备用。备用通风机必须能在10min内开动。若选用轴流式通风机，应计算出通风机必须产生的静压，若选用离心式通风机，则应计算出通风机必须产生的全压，同时作出扩散器设计。所选通风机应既能满足矿井生产需要，又能满足稳定性和经济性要求。矿井通风的方法：①自然通风，是利用井上下的气温差和两井口位于不同水平所造成的压力差，而使空气流动的。②机械通风，是利用通风机，强迫井上下的空气按一定的方向进行交流。

矿井通风方式：①抽出式通风②压入式通风

通风机分类：①按工作原理：叶片式和容积式②按风机出口压力：通风机、鼓风机、压风机、真空泵

1.水泵正常工作条件：①稳定工作条件②泵的经济运转条件③泵不发生汽蚀的条件。

2.水泵相似的条件是什么？彼此相似的水泵在相应工况下的参数间存在怎样的关系？同一台水泵参数间又有怎样的关系？相似条件①几何相似②运动相似③动力相似。相似水泵参数关系：①流量关系Q/Q‘

=λ

3n/n’

②杨程关系

H/H’=λ2(n/n’)2③功率关系PZ/P’’

Z=λ5(n/n’)3γη’/γη 同一台水泵①流量关系Q/Q‘

=n/n’

② 杨程关系

H/H’=(n/n’)2③功率关系P’Z/PZ=(n/n’)3

3.水泵工况点条件的目的？有那些调节方法？目的：一是使水泵的工况点始终满足正常工作条件，二是使水泵的流量和杨程满足实际工作的需要。方法：1改变管路特性曲线调节法①闸门节流法②管路并联调节法③旁路分流调节 2改变水泵特性曲线调节法①减少叶轮数目调节法②切割叶轮外径调节法③改变叶轮转速调节法 4.轴向推力是如何产生的？有那些平衡轴向推力的方法？①由于作用在叶轮前、后轮盘上的压力不平衡而产生轴向推力②由于叶轮内水流动量发生变化而产生的轴向推力③由于大小口环磨损严重，泄漏量增加，使前后轮盘上的压力分布规律发生变化，从而引起轴向推力的增加。方法：平衡孔法、对称布置叶轮法、双吸叶轮法、平衡叶片法、平衡鼓法、平衡盘法、推力轴承法。

5.离心式水泵为什么要在关闭调节闸阀的情况下启动和停止？关闭闸阀启动水泵的原因，是由于离心式水泵零流量时轴功率最小，这样可降低启动电流。但水泵也不能长时间在零流量情况下运转，否则会强烈发热。一般空转时间不应超过3min。停泵时，先逐渐关闭排水管上的闸阀，使水泵进入空转状态，而后关闭真空表的旋塞，在按停电按钮，停止电动机。若不如此，则会因逆止阀的突然关闭，使水流速度发生突变，产生水击。严重时，会击毁水泵。6.等积孔与网路阻力的大小有何关系？当网路风量一定时，等积孔面积愈大，网路阻力愈小，则通风愈容易。反之等积孔面积愈小，网路阻力愈大，则通风愈困难。7.如何确保通风机工作的稳定性和经济性？通风机工况点有那些的调节方法？稳定工作条件：HM≤0.9Hjmax

经济工作条件：ηM≥0.8η

jmax

和ηM≥0.6 1改变网路特性曲

线，可通过闸门节流法来实现；2改变通风机的特性曲线

①改变叶轮转速调节法②前导器调节法③改变叶轮叶片安装角调节法④改变叶片数目调节⑤各种调节方法比较 8.轴流式通风机有哪些主要部件？各起什么作用？轴流式风机主要气动零部件有叶轮、导叶、机壳、集流器（集风器）。疏流器（流线体）和扩散器、传动部分等。叶轮用来对流体做功以提高流体能量的关键部件。主要由叶片和轮毂组成，叶片多为机翼扭曲叶片。导叶：导叶的作用是确定流体通过叶轮前或后的流动方向，减少气流流动的能量损失。对于后导叶还有将叶轮出口旋绕速度的动压转换成静压的作用。集流器和疏流器：集流器和疏流器改善气体进入风机的条件，使气体在流入叶轮的过程中过流断面变小，以减少入口流动损失，提高风机效率。扩散器的作用是将流体的部分动压转换为静压，以提高风机静效率。其结构形式有筒型和锥型两种。

9.为什么离心式通风机要在闸门关闭的情况下启动，而轴流式通风机则应在闸门全开或半开的情况下启动？对于风压特性曲线没有不稳定段的离心式通风机，因流量为零时功率最小，故应在闸门完全关闭的情况下进行启动。对于风压特性曲线上有不稳定段的轴流式通风机，若由于不稳定而产生的风压波动量不大时，也可以选择功率最低点为启动工况，此时闸门应半开，流量约为正常流量的30-40%，若不稳定时风压波动太大，也允许在全开闸门情况下启动，启动工况应落在稳定区域内。停止操作为启动操作逆过程。

10.4-72-11型离心式通风机由哪几部分组成？这种通风机效率较高的原因是什么？叶轮、机壳、进风口、皮带轮、机轴、轴承、出风口、轴承架。4-72-11型通风机的叶轮由10个中空后弯机翼型叶片、双曲线型前盘和平板型后盘组成。为使气流以较小的阻力进入叶轮，有一用钢板制成的收敛形进风口。该通风机的进风口为锥弧形整体结构，前部分为圆锥形的收敛段，后部分（接叶轮进口部分）是近似双曲线的扩散段，中间部分为收敛较大的喉部。气流在进风口中流动时，在进风口前部气流加速，在喉部形成高速气流，在进风口后部速度降低并均匀扩散，进入叶轮，这种风口阻力小，进入叶轮的空气扩散均匀，是通风机高效的一个原因。为收集从叶轮甩出的气体，并使其动力转为静压，设一蜗形机壳，叶轮用优质锰钢制成，并经静平衡和动平衡校正，运转平稳、高效，全压效率可达91%。

第四篇：机械原理课后答案-高等教育出版社

机械原理作业

第一章 结构分析作业

1.2 解：

F = 3n－2PL－PH = 3×3－2×4－1= 0

该机构不能运动，修改方案如下图：1.2 解：

（a）F = 3n－2P1= 1 A点为复合铰链。

L－PH = 3×4－2×5－（b）F = 3n－2PL－PH = 3×5－2×6－2= 1

B、E两点为局部自由度, F、C两点各有一处为虚约束。

（c）F = 3n－2PL－PH = 3×5－2×7－0= 1

FIJKLM为虚约束。

1.3 解：

F = 3n－2PL－PH = 3×7－2×10－0= 1

1）以构件2为原动件，则结构由8－

7、6－

5、4－3三个Ⅱ级杆组组成，故机构为Ⅱ级机构(图a)。

2）以构件4为原动件，则结构由8－

7、6－

5、2－3三个Ⅱ级杆组组成，故机构为Ⅱ级机构(图b)。

3）以构件8为原动件，则结构由2－3－4－5一个Ⅲ级杆组和6－7一个Ⅱ级杆组组成，故机构为Ⅲ级机构(图c)。

(a)

(b)

(c)

第二章

运动分析作业

2.1 解：机构的瞬心如图所示。

2.2 解：取l5mm/mm作机构位置图如下图所示。

1.求D点的速度VD VDVP13 VD而

2.求ω1

VEAEP14P132425，所以

VDVE24251502425144mm/s

3.求ω2

211VElAE1501201.25rad/s

2138981.2538980.46rad/sP12P14P12P243898 因，所以4.求C点的速度VC

1mm/mm

VC2P24Cl0.46445101.2mm/s

2.3 解：取l作机构位置图如下图a所示。1.求B2点的速度VB2

VB2 =ω1×LAB =10×30= 300 mm/s 2.求B3点的速度VB3

VB3 ＝ VB2 ＋

VB3B2

大小？

ω1×LAB

？ 方向 ⊥BC

⊥AB

∥BC 取v10mm/smm作速度多边形如下图b所示，由图量得：

VB3pb3v2710270mm/spb322mm，所以

mm 由图a量得：BC=123 mm , 则

lBCBCl1231123

3.求D点和E点的速度VD、VE

利用速度影像在速度多边形，过p点作⊥CE，过b3点作⊥BE，得到e点；过e点作⊥pb3，得到d点 , 由图量得：所以 VDpdv1510150mm/spd15mm，pe17mm，； VEpev1710170mm/s VB3B2b2b3v1710170mm/s 4.求ω

V3B3270l2.2rad/sBC123

5.求anB2

an22B21lAB10303000mm/s2

6.求aB3

aB3 ＝ aB3n ＋ aB3t ＝ aB2 ＋

aB3B2k ＋

aτB3B

2大小 ω32LBC ？

ω12LAB

2ω3VB3B2

？

方向

B→C ⊥BC

B→A

⊥BC

∥BC n22 aB33l2BC2.2123595mm/s

ak22B3B23VB3B222.22701188mm/s 5

取

a50mm/s2mm作速度多边形如上图c所示，由图量得： ,所以

mm/s2b'323mm，n3b'320mmaB3b'3a23501150t

7.求3

taB3n3b'3a20501000mm/s

lBC123

8.求D点和E点的加速度aD、aE 3aB310008.13rad/s2利用加速度影像在加速度多边形，作b'3e∽CBE, 即

b'3CB eCEb'3eBE，得到e点；过e点作⊥b'3，得到d点 , 由图量得：e16mm，d13mm，aDda1350650mm/s2所以，a2Eea1650800mm/s。

2.7 解：取l2mm/mm作机构位置图如下图a所示。

一、用相对运动图解法进行分析 1.求B2点的速度VB2

VB2 =ω1×LAB =20×0.1 = 2 m/s 2.求B3点的速度VB3

VB3 ＝ VB2 ＋

VB3B2

大小？

ω1×LAB

？

方向 水平

⊥AB

∥BD 取v0.05m/smm作速度多边形如下图b所示，由图量得：

pb320mm，所以

而VD= VB3= 1 m/s

nVB3pb3v200.051m/s

3.求aB2

aB21lAB200.140m/sn222

4.求aB3

τ

a B3 ＝ aB2n

＋

a B3B

2大小

？

ω12LAB

？

方向

水平

B→A

∥BD 取a1m/s2

mm作速度多边形如上图c所示，由图量得：

aB3b'3a35135m/s2，所以

二、用解析法进行分析

2b'335mm。

2VD3VB2sin11lABsin1200.1sin301m/s21aD3aB2cos1lABcos1200.1cos3034.6m/s

第三章 动力分析作业

3.1 解：

根据相对运动方向分别画出滑块1、2所受全反力的方向如图a所示，图b中三角形①、②分别为滑块2、1的力多边形，根据滑块2的力多边形①得：

FrFR12R12cossin(602)sin(90)Fcos，FRF12rsin(602)

由滑块1的力多边形②得：

FdFR21sin(602)sin(90)FR21cos，Fsin(602)cossin(602)sin(602)dFR21cosFrcossin(602)Frsin(602)

而 tg1ftg1(0.15)8.53

所以 F602)dFsin(rsin(602)1000sin(6028.53)sin(6028.53)1430.7N3.2 解：取l5mm/mm作机构运动简图，机构受力如图a)所示；

取

F50N/mm作机构力多边形，得：

FR6560503000N，FR4567503350N，FR45FR54FR34FR433350N，FR2335501750FR6350502500N，FR23FR32FR12FR211750N

MbFR21lAB1750100175000Nmm175Nm

3.2 解：机构受力如图a)所示

N，由图b)中力多边形可得：FR65tg4F5tg4510001000N

FR545FR43Fsin1000.2N

4sin451414 FR43FR63FR23sin116.6sin45sin18.4

Fsin45sin45R63sin116.6FR43sin116.61414.21118.4N

FR23sin18.4sin116.6Fsin18.4R43sin116.61414.2500N 所以 FR21FR23FR61500N

MbFR21lAB50010050000Nmm50Nm

3.3 解：机构受力如图所示

由图可得：

对于构件3而言则：FdFR43FR230，故可求得 FR23 对于构件2而言则：FR32FR12

对于构件1而言则：FbFR41FR210，故可求得

Fb

3.7 解：

1.根据相对运动方向分别画出滑块1所受全反力的方向如图a所示，图b为滑块1的力多边形，正行程时Fd为驱动力，则根据滑块1的力多边形得：

Fdsin(2)FR21sin90()FR21cos()，FR21Fd

cos()sin(2)

则夹紧力为：FrFR21cosFdcos()cossin(2)2.反行程时取负值，F'R21为驱动力，而F'd为阻力，故

F'R21

F'dcos()sin(2)，cossinF'dtg而理想驱动力为：F'R210F'd所以其反行程效率为：

'F'RF'd21

0F'RF'dtg21cos()sin(2)sin(2)tgcos()

sin(2)当要求其自锁时则，'tgcos()0，故 sin(2)0，所以自锁条件为：2

3.10 解：

1.机组串联部分效率为：

'23298210.90.0.950.8

212.机组并联部分效率为：

''PAAPBB20.830.7P23APB230.980.950.688 3.机组总效率为：

'''0.8210.6880.56556.5%

4.电动机的功率

输出功率：NrPAPB235kw 电动机的功率：NdNr50.5658.85kw

第四章平面连杆机构作业

4.1 解：

1.① d为最大，则

adbc

故 dbca280360120520mm

② d为中间，则

acbd

故 dacb120360280200mm

200mmd520mm所以d的取值范围为：

2.① d为最大，则

adbc 故 dbca280360120520mm

② d为中间，则

acbd 故 dacb120360280200mm

③ d为最小，则

cdba 故 dbac28012036040mm

④ d为三杆之和，则

dbac280120360760mm

所以d的取值范围为：40mmd200mm和520mmd760mm 14

3.① d为最小，则

cdba 故 dbac28012036040mm

4.3 解：机构运动简图如图所示，其为曲柄滑块机构。

4.5 解：

1.作机构运动简图如图所示；由图量得：16，68，max min155，min52，所以 180max18015525，行程速比系数为：2.因为 l1是摆转副。K18018018016180161.20

l32872100l2l45250102

所以当取杆1为机架时，机构演化为双曲柄机构，C、D两个转动副3.当取杆3为机架时，机构演化为双摇杆机构，A、B两个转动副是周转副。4.7 解：1.取l6mm/mm作机构运动简图如图所示；由图量得：

180180180518051.055，故行程速比系数为：

K

由图量得：行程：h40l406240mm

2.由图量得：min68，故min6840 3.若当e0，则K= 1，无急回特性。4.11 解： 1.取2.由图中量得： l4mm/mm，设计四杆机构如图所示。

lABABl704280mm。lCDC1Dl254100mmlADADl78.54314mm 16

4.16 解： 1.取l1mm/mm，设计四杆机构如图所示。

2.由图中量得：

lABAB1l21.5121.5mm，lBCB1C1l45145mm。

63，图中AB”C” 为 3.图中AB’C’为max的位置，由图中量得max max的位置，由图中量得max90。

4.滑块为原动件时机构的死点位置为AB1C1和AB2C2两个。

4.18 解： 1.计算极位夹角：K1K11801.511.5118036

2.取l2mm/mm，设计四杆机构如图所示。

3.该题有两组解，分别为AB1C1D和AB2C2D由图中量得：

lAB1AB1l24248mm，lB1C1B1C1l602120mm ；

lABlB2AB2l11222mm。2C2B2C2l25250mm

第五章 凸轮机构作业

5.1 解：

图中(c)图的作法是正确的，(a)的作法其错误在于从动件在反转过程的位置应该与凸轮的转向相反,图中C’B’为正确位置；(b)的作法其错误在于从动件在反转过程的位置应该与起始从动件的位置方位一致，图中C’B’为正确位置；(d)的作法其错误在于从动件的位移不应该在凸轮的径向线上量取，图中CB’为正确位置。

5.4 解：如图所示。

5.5 解： 凸轮的理论轮廓曲线、偏距圆、基圆如图所示；

第五篇：机械原理课后答案第6章

第6章作业

6—1什么是静平衡?什么是动平衡?各至少需要几个平衡平面?静平衡、动平衡的力学条件各是什么?

6—2动平衡的构件一定是静平衡的，反之亦然，对吗?为什么?在图示（a）（b）两根曲轴中，设各曲拐的偏心质径积均相等，且各曲拐均在同一轴平面上。试说明两者各处于何种平衡状态?

答：动平衡的构件一定是静平衡的，反之不一定。因各偏心质量产生的合惯性力为零时，合惯性力偶不一定为零。（a）图处于动平衡状态，（b）图处于静平衡状态。

6一3既然动平衡的构件一定是静平衡的，为什么一些制造精度不高的构件在作动平衡之前需先作静平衡?

6—4为什么作往复运动的构件和作平面复合运动的构件不能在构件本身内获得平衡，而必须在基座上平衡?机构在基座上平衡的实质是什么?

答

由于机构中作往复运动的构件不论其质量如何分布，质心和加速度瞬心总是随着机械的运动周期各沿一条封闭曲线循环变化的，因此不可能在一个构件的内部通过调整其质量分布而达到平衡，但就整个机构而言．各构件产生的惯性力可合成为通过机构质心的的总惯性力和总惯性力偶矩，这个总惯性力和总惯性力偶矩全部由机座承受，所以必须在机座上平衡。机构在基座上平衡的实质是平衡机构质心的总惯性力，同时平衡作用在基座上的总惯性力偶矩、驱动力矩和阻力矩。

6—5图示为一钢制圆盘，盘厚b=50 mm。位置I处有一直径φ=50 inm的通孔，位置Ⅱ处有一质量m2=0.5 kg的重块。为了使圆盘平衡，拟在圆盘上r=200 mm处制一通孔，试求此孔的直径与位置。(钢的密度ρ=7.8 g／em3。)解

根据静平衡条件有: m1rI+m2rⅡ+mbrb=0 m2rⅡ=0.5×20=10 kg.cm m1r1=ρ×(π/4)×φ2×b×r1=7.8 ×10-3×(π/4)×52×5 ×l0=7.66 kg.cm

取μW=4(kg.cm)／cm，作质径积矢量多边形如图所示，所添质量为:

m b=μwwb／r=4×2.7／20=0.54 kg，θb=72º，可在相反方向挖一通孔 其直径为：

6—6图示为一风扇叶轮。已知其各偏心质量为m1=2m2=600 g，其矢径大小为r1=r2=200 mm，方位如图。今欲对此叶轮进行静平衡，试求所需的平衡质量的大小及方位(取rb=200 mm)。

(注：平衡质量只能加在叶片上，必要时可将平衡质量分解到相邻的两个叶片上。)解

根据静平衡条件有:

m1r1+m2r2+mbrb=0 m1r1=0.6×20=1 2 kg.cm m2r2=0.3×20=6 kg.cm 取μW=4(kg.cm)/cm作质径积矢量多边形如图 mb=μWWb/r=4×2.4／20=0.48 kg，θb =45º

分解到相邻两个叶片的对称轴上

6—7在图示的转子中，已知各偏心质量m1=10 kg，m2=15 k，m3=20 kg，m4=10 kg它们的回转半径大小分别为r1=40cm，r2=r4=30cm，r3=20cm，方位如图所示。若置于平衡基面I及Ⅱ中的平衡质量mbI及mbⅡ的回转半径均为50cm，试求mbI及mbⅡ的大小和方位(l12=l23=l34)。msin450.39kgsin(180454530)mmb3sin(4530)0.58kgsin60 mb2 解

根据动平衡条件有

21m1r1mrmr33mbrb22103

321m4r4mrmr22mbrb1331033

以μW作质径积矢量多边形，如图所示。则

mbI=μWWbI/rb=5.6 kg，θbI =6º

mbⅡ=μWWbⅡ/rb=5.6 kg，θbⅡ=145º

6—8图示为一滚筒，在轴上装有带轮现已测知带轮有一偏心质量。另外，根据该滚筒的结构知其具有两个偏心质量m2=3 kg，m3=4，各偏心质量的方位如图所示（长度单位为）。若将平衡基面选在滚筒的两端面上，两平衡基面中平衡质量的回转半径均取为，试求两平衡质量的大小和方位。若将平衡基面Ⅱ改选在带轮宽度的中截面上，其他条件不变，两平衡质量的大小和方位作何改变？

解

(1)以滚筒两端面为平衡基面时，其动平衡条件为

3.51.59.5mrmrmr11223031111114.59.51.5mb11rb1mrmrmr30311122111111

mb1rb1以μW作质径极矢量多边形．如图(a)，(b)，则

mbI=μWWbI/rb==1.45 kg，θbI =145º

mbⅡ=μWWbⅡ/rb=0.9kg，θbⅡ=255º

(2)以带轮中截面为平衡基面Ⅱ时，其动平衡条件为

以μw=2 kg.crn／rnm，作质径积矢量多边形，如图(c)，(d)，则

mbI=μWWbI/rb==2×27/40=1.35 kg，θbI =160º

mbⅡ=μWWbⅡ/rb=2×14/40=0.7kg，θbⅡ=-105º

6—9 已知一用于一般机器的盘形转子的质量为30 kg，其转速n=6 000 r／min，试确定其许用不平衡量。

解

(1)根据一般机器的要求，可取转子的平衡精度等级为G6.3，对应平衡精度A=6.3。

(2)n=6000 r／min，ω=2πn/60=628.32 rad/s [e]=1 000A／ω=10.03μm [mr]=m[e]=30×10.03×10-4=0.03 kg.cm

6—10 图示为一个一般机器转子，已知转子的质量为15 kg，其质心至两平衡基面I及Ⅱ的距离分别为l1=100 mm，12=200 mm，转子的转速n=3 000 r／min，试确定在两个平衡基面I及Ⅱ内的许用不平衡质径积。当转子转速提高到6 000 r／min时，其许用不平衡质径积又各为多少? 513mrmr3301114.514.59.51.5mb11rb1mrmrmr3031112214.514.5

mb1rb1

解(1)根据一般机器的要求，可取转子的平衡精度等级为G6.3，对应平衡精度A=6.3mm／s。(2)n=3000r／min, ω=2πn/60= 314.16 rad／s

[e]=1 000A／ω=20.05μm [mr]=m[e]=15×20.05×10-4=0.03 kg.cm 可求得两平衡基面I及Ⅱ中的许用不平衡质径积为

l22003020g.cml1l2200100

l100[m11r11][mr]23010g.cml1l2200100

[m1r1][mr](3)n=6000 r／min，ω=2πn/60=628.32 rad/s [e]=1 000A／ω=10.025μm [mr]=m[e]=15×10.025×10--4=15g.cm

可求得两平衡基面I及Ⅱ中的许用不平衡质径积为

6—11 有一中型电机转子其质量为m=50 kg，转速n=3 000 r／min，已测得其 不平衡质径积mr=300 g·mm，试问其是否满足平衡精度要求?

6—12在图示的曲柄滑块机构中，已知各构件的尺寸为lAB=100 mm, lBC=400 mm；连杆2的质量m2=12 kg，质心在s2处，lBS2=400／3 mm；滑块3的质量m3=20 kg，质心在C点处；曲柄1的质心与A点重合。今欲利用平衡质量法对该机构进行平衡，试问若对机构进行完全平衡和只平衡掉滑块3处往复惯性力的50％的部分平衡，各需加多大的平衡质量mC`和mC``(取lBC``=1AC``=50 mm)? l22001510g.cml1l2200100

l100[m11r11][mr]2155g.cml1l2200100 [m1r1][mr]

解

(1)完全平衡需两个平衡质量，各加在连杆上C’点和曲柄上C``点处，平衡质量的大小为：

mC` =(m2lBS2+m3lBC)/lBC`=(12×40／3+20×40)／5=192 kg

mC``=(m`+m2+m3)lAB/lAC``=(1 92十12+20)×10／5=448 kg(2)部分平衡需一个平衡质量。应加在曲柄延长线上C``点处。平衡质量的大小为： 用B、C为代换点将连杆质量作静代换得

mB2=m2lS2C/lBC=1 2×2／3=8 kg

mC2=m2lBS2.lBC=1 2×4=4 kg

mB=mB2=8kg, mC=mC2+m3=24 kg 故下衡质量为

mC``=(mB+mC/2)lAB/lAC``=(8+24/2)×10/5=40kg

6—13在图示连杆一齿轮组合机构中，齿轮a与曲柄1固连，齿轮b和c分别活套在轴C和D上，设各齿轮的质量分别为m。=10 kg，m b=12 kg，m。=8 kg，其质心分别与轴心B、c、D重合，而杆1、2、3本身的质量略去不计，试设法平衡此机构在运动中的惯性力。

解

如图所示，用平衡质量m’来平衡齿轮a的质量，r`=lAB；

m`=malAB/r`=10kg 用平衡质量，m”来平衡齿轮b的质量，r``=lCD

m``=mblCD/r`` 齿轮c不需要平衡。

6—14 图a所示为建筑结构抗震试验的振动发生器。该装置装在被试建筑的屋顶。由一电动机通过齿轮拖动两偏心重异向旋转(偏心重的轴在铅垂方向)，设其转速为150 r／min，偏心重的质径积为500kg.m求两偏心重同相位时和相位差为180º时，总不平衡惯性力和惯性力矩的大小及变化情况。

图b为大地重力测量计(重力计)的标定装置，设r=150 mm，为使标定平台的向心加速度近似于重力加速度(9.81 m／s2)，同步带轮的角速度应为多大?为使标定平台上升和下降均能保持相同的匀速回转，在设计中应注意什么事项?