第一二三章习题卡答案.doc
浙工大机械原理习题卡11 填空题：1机械是 机器 和 机构 的总称。机械原理课程的研究内容是 有关机械的基本理论问题 。 2各种机构都是用来 传递与变换运动和力的可动 的装置。如： 齿轮 机构、 连杆 机构、 凸轮 机构等。 3 凡用来完成有用功 的机器是工作机。如： 机床 、 起重机 、 纺织机 等。 凡将其它形式的能量转换为机械能 的机器是原动机。如： 电动机 、 蒸气机 、 内燃机 等。 4在机器中，零件是 制造 的单元，构件是 运动 的单元。 5机器中的构件可以是单一的零件，也可以是由 多个零件 装配成的刚性结构。在机械原理课程中，我们将 构件 作为研究的基本单元。 6 两 个构件 直接 接触形成的 可动 联接称为运动副。 7 面 接触的运动副称为低副，如 移动副 、 转动副 等。 点或面 接触的运动副称为高副，如 凸轮副 、 齿轮副 等。 8 构件通过运动副的连接而构成的可相对运动的系统 是运动链，若 组成运动链的各构件构成首尾封闭的系统 称为闭链，若 未构成首尾封闭的系统 称为开链。 9在运动链中，如果 将其中一个构件固定而成为机架 ，则该运动链便成为机构。 10平面机构是指组成机构的各个构件均在 同一个平面上 运动。 11在平面机构中，平面低副提供 2 个约束，平面高副提供 1 个约束。12 机构具有确定运动时所必须给定的独立运动参数的数目 称为机构的自由度。 13机构具有确定运动的条件是 机构的原动件数目应等于机构的自由度的数目 。12 试画出图示平面机构的机构示意图，并计算自由度（步骤：1）列出完整公式，2）带入数据，3）写出结果）。其中：图a) 唧筒机构用于水井的半自动汲水机构。图中水管4直通水下，当使用者来回摆动手柄2时，活塞3将上下移动，从而汲出井水。解： 自由度计算： 画出机构示意图： 3241 n= 3 pL= 4 pH= 0 p'= 0 F'= 0 F=3n(2plphp)F = 3×3（2×400）0 = 1 图b) 缝纫机针杆机构 原动件1绕铰链A作整周转动，使得滑块2沿滑槽滑动，同时针杆作上下移动，完成缝线动作。观察方向解： 自由度计算： 画出机构示意图：n= 3 4321 pL= 4 pH= 0 p'= 0 F'= 0 F=3n(2plphp)F = 3×3(2×400)0 = 1 13 试绘出图a)所示偏心回转油泵机构的运动简图(各部分尺寸由图中直接量取)。图中偏心轮1绕固定轴心A转动，外环2上的叶片a在可绕轴心c转动的圆柱3中滑动，将低压油从右湍吸入，高压油从左端排出。解：1) 选取适当比例尺l，绘制机构运动简图(见图b)2) 分析机构是否具有确定运动n= 3 pL= 4 pH= 0 p'= 0 F'= 0 F=3n(2plphp)F=3×3(2×400)0= 1 机构原动件数目 1 机构有无确定运动？ 有确定运动 ACB1324b) l= 1 mm/mm想一想：通过对本油泵机构运动简图的绘制，你对机构运动简图的作用和优点有何进一步的认识?14 图a所示为一具有急回作用的冲床。图中绕固定轴心A转动的菱形盘1为原动件，其与滑块2在B点铰接，通过滑块2推动拨叉3绕固定轴心C转动，而拨叉3与圆盘4为同一构件。当圆盘4转动时，通过连杆5使冲头6实现冲压运动。试绘制其机构运动简图，并计算自由度。b) l= 1 mm/mm53(4)2167解：1) 选取适当比例尺l，绘制机构运动简图(见图b)2) 分析机构是否具有确定运动n= 5 pL= 7 pH= 0 p'= 0 F'= 0 F=3n(2plphp)F= 3×5(2×700)0 1 机构原动件数目 1 机构有无确定运动？ 有确定运动 想一想 1如何判断菱形盘1和滑块是否为同一构件？它们能为同一构件吗? 2 为了使冲头6得到上下运动，只要有机构CDE即可，为什还要引入机构ABC？(可在学过第三章后再来想想)15 图a)所示为一简易冲床的初拟设计方案。设计者的思路是：动力由齿轮1输入，使轴A连续回转;而固装在轴A上的凸轮2与杠杆3组成的凸轮机构使冲头4上下运动，以达到冲压的目的。试绘出其机构运动简图（各尺寸由图上量取），分析是否能实现设计意图，并提出修改方案。解 1) 选取适当比例尺l，绘制机构运动简图(见图b)2) 分析是否能实现设计意图n= 3 pL= 4 pH= 1 p'= 0 F'= 0 F=3n(2plphp)F=3×5(2×700)0= 1 机构有无确定运动？ 有确定运动 能否实现设计意图？ 不能 43211A4532b3b2p113) 提出修改方案（图c）b) l= 1 mm/mm453211 c) 想一想：1通过本题你对在设计新的机械或分析现有机械时，首先要绘制机构的运动简图有什么体会?2计算机构自由度的目的是什么?3当机构的自由度小于1时，可通过哪些途径来增加自由度?本题中还可列出哪些简单而又适用的修改方案？计算1-61-9题各机构的自由度。16 1）按传动顺序用数字1、2、3在图示机构上给构件编号。2）计算自由度，并机构判断有无确定运动：编号暂略局部自由度在图中指明复合铰链、局部自由度和虚约束复合铰链n= 8 pL= 10 pH= 2 p'= 0 F'= 1 F=3n(2plphp)F=3×8(2×1020)1= 1 机构原动件数目 1 机构有无确定运动？ 有确定运动 17 1）按传动顺序用数字1、2、3在图示机构上给构件编号。2）计算自由度，并判断机构有无确定运动：复合铰链局部自由度虚约束编号暂略虚约束在图中指明复合铰链、局部自由度和虚约束n= 8 pL= 10 pH= 2 p'= 1 F'= 1 F=3n(2plphp)F=3×8(2×1021)1= 2 机构原动件数目 2 机构有无确定运动？ 有确定运动 18 1）按传动顺序用数字1、2、3在图示机构上给构件编号。2）计算自由度，并判断机构有无确定运动：局部自由度复合铰链冲压机机构在图中指明：复合铰链、局部自由度和虚约束n= 10 pL= 13 pH= 2 p'= 0 F'= 1 编号暂略F=3n(2plphp)F=3×10(2×1320)1= 1 机构原动件数目 1 机构有无确定运动？ 有确定运动 19 1）按传动顺序用数字1、2、3在图示机构上给构件编号。2）计算自由度，并判断机构有无确定运动：在图中指明：复合铰链、局部自由度和虚约束局部自由度n= 10 pL= 14 pH= 1 p'= 1 F'= 1 复合铰链编号暂略虚约束F=3n(2plphp)F=3×10(2×1411)1= 1 机构原动件数目 1 机构有无确定运动？ 有确定运动 计算下列机构的自由度，并判断机构级别。复合铰链编号暂略110 1）按传动顺序用数字1、2、3在图示机构上给构件编号。2）计算自由度，并判断有无确定运动：在图中指明复合铰链、局部自由度和虚约束n= 9 pl= 13 ph= 0 p'= 0 F'= 0 II 级杆组F=3n(2plphp)F=3×9(2×1300)0= 1 机构原动件数目 1 机构有无确定运动？ 有确定运动 3）杆组拆分，并判断机构级别：（从远离原动件的方向开始拆分） II 级杆组 II 级杆组I级杆组 II 级杆组可见，该机构为 II 级机构。111 1）按传动顺序用数字1、2、3在图示机构上给构件编号。复合铰链2）计算自由度，并判断有无确定运动：请在图中指明：复合铰链、局部自由度和虚约束 n= 7 pL= 10 pH= 0 编号暂略p'= 0 F'= 0 F=3n(2plphp)F=3×7(2×1000)0= 1 机构原动件数目 1 机构有无确定运动？ 有确定运动 II 级杆组I级杆组 II 级杆组 II 级杆组3）杆组拆分，并判断机构级别：（从远离原动件的方向开始拆分） 可见，该机构为 II 级机构。 2填空题：1速度瞬心是两刚体上瞬时速度相等 的重合点。2若瞬心的绝对速度为零 ，则该瞬心称为绝对瞬心；若瞬心的绝对速度不为零 ，则该瞬心称为相对瞬心。3当两个构件组成移动副时，其瞬心位于 垂直于导路方向的无穷远 处。当两构件组成高副时，两个高副元素作纯滚动，则其瞬心就在接触点处；若两个高副元素间有相对滑动时，则其瞬心在 过接触点两高副元素的公法线上。4当求机构的不互相直接联接各构件间的瞬心时，可应用 三心定理 来求。53个彼此作平面平行运动的构件间共有 3 个速度瞬心，这几个瞬心必定位于 一条直线 上。6机构瞬心的数目K与机构的构件数N的关系是KN(N1)/2 。7铰链四杆机构共有6个速度瞬心，其中3 个是绝对瞬心。8速度比例尺表示图上 每单位长度所代表的速度大小 ，单位为： (m/s)/mm 。加速度比例尺a表示图上每单位长度所代表的加速度大小 ，单位为 (m/s2)/mm。9速度影像的相似原理只能应用于构件 ，而不能应用于整个机构。10在摆动导杆机构中，当导杆和滑块的相对运动为平动，牵连运动为转动时（以上两空格填转动或平动），两构件的重合点之间将有哥氏加速度。哥氏加速度的大小为2×相对速度×牵连角速度；方向为相对速度沿牵连角速度的方向转过90°之后的方向 。22 试求出图示各机构在图示位置时全部瞬心的位置(用符号直接标注在图上)。1234BCAP12P23（P24）P34P14P131234BCDAP23（P13）P14（P24）P34P1232B4A1P13P34P24P14P23P1223490°AB1CP12P14（P13）P23(P24)P3423 在图a所示的四杆机构中，lAB=60mm,lCD=90mm，lAD=lBC=120mm，2=10rad/s，试用瞬心法求：1234ABCD2a)1）当165°时，点C的速度vC；2）当165°时，构件3的BC线上速度最小的一点E的位置及速度的大小；3）当vC0时，角之值（有两个解）；解：1）以选定的比例尺l作机构运动简图（图b）。 2）求vC，定出瞬心P13的位置（图b）BCl=0.003m/mmb)1234AD=165°2P12P23P34P14P13EvC=3l= =2.4×174=418(mm/s)3）定出构件3的BC线上速度最小的点E的位置：E点位置如图所示。l=0.003m/mmc)1AB1B2C1(P13)C2(P13)21DvE=3l2.4×52×3=374(mm/s)4）定出vC0时机构的两个位置（作于图c），量出：145° 227°想一想：1.要用瞬心法求解某构件（如构件3）上点的速度，首先需要定出该构件的何种瞬心？2.构件（如构件3）上某点的速度为零，则该点一定就是它的什么瞬心？AB1124 在图示摆动导杆机构中，BAC90°，LAB=60mm，LAC=120mm，曲柄AB以等角速度1=30rad/s转动。请按照尺寸按比例重新绘制机构运动简图，试用相对运动图解法求构件3的角速度和角加速度。2 解：取长度比例尺作机构运动简图A vB2=1lAB=3060=1800mm/s=1.8m/s3 aB2=12lAB=30260=54m/s2C4 方向：BC AB BC b3 大小： ？ 1lAB ？ b2 16rad/s，顺时针 方向：BC BC BA CB CB 大小：32lBC ？ 12lAB 22vB3B2 ? 0.1b2b3 b3 1210rad/s2，逆时针 (注：1和1计算过程略)25 图示的各机构中，设已知各构件的尺寸，原动件1以等角速度1顺时针方向转动。试用图解法求机构在图示位置时构件3上C点的速度及加速度(列出相对运动图解法矢量公式，进行大小、方向分析，最后将下面的速度矢量图和加速度矢量图补充完整。)2B11CA3Dp（c）4n2， cb 上图中， 方向：CD AB BC 方向：CD CD BA CB CB大小： ？ 1lAB ？ 大小：CD2lCD ？ 12lAB CB2lCB ？ 有：vC=0，3=0，2=0.51 aC= aC t=1.5 aB=1.51 2 lAB 12C34AB1p(c2)b(c3) 方向： ? AB BC BC大小： ？ 1lAB ？ 0 ? 方向： ? BA CB CB BC 大小： ？ 12lAB 32lCB ？ 0 23vC3C2=0 ? 有：vC3=1lAB aC3=026已知：在图示机构中，lAB=lBC=lCD=l，且构件1以1匀速转动。AB、BC处于水平位置CDBC，试用相对运动图解法求3，3 （v和a可任意选择）。解： 属于两构件间重合点的问题1DCBA2341b2p(b3)思路：因已知B2点的运动，故通过B2点求B3点的运动。1） 速度分析 方向：BD AB CD 大小: ? 12l ？ 在速度多边形中，b3与极点p重合，vB3=0 且3vB3/ lBD0，由于构件2与构件3套在一起，230 b3'b2'p'或2） 加速度分析 方向： BD BA CD 大小: 0 ? 12l 0 ？ 在加速度多边形中，矢量代表 则有：将矢量移至B3点，可见为3逆时针。27已知铰链四杆机构的位置、速度多边形和加速度多边形如下图所示。试求： 构件1、2和3上速度均为的点X1、X2和X3的位置； 构件2上加速度为零的点Q位置，并求出该点的速度； 构件2上速度为零的点H位置，并求出该点的加速度； HQX3X2X11ABCD1234p´(q´)n2b´c´n3p(a,d,h)cx x1x2 x3µl0.002m/mmµa0.05m/s2/mmµv0.01m/s/mmh´qaH=µv×0.05×69=3.45m/svQ=µv×0.01×39=0.39m/sb (各速度矢量和加速度矢量的大小任意，但方向必须与此答案相同)
