机械原理课后习题内容答案(部分).doc

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1、|第二章2-1 何谓构件?何谓运动副及运动副元素?运动副是如何进行分类的?答：参考教材 57 页。2-2 机构运动简图有何用处?它能表示出原机构哪些方面的特征?答：机构运动简图可以表示机构的组成和运动传递情况，可进行运动分析，也可用来进行动力分析。2-3 机构具有确定运动的条件是什么?当机构的原动件数少于或多于机构的自由度时，机构的运动将发生什么情况?答：参考教材 1213 页。2-5 在计算平面机构的自由度时，应注意哪些事项?答：参考教材 1517 页。2-6 在图 2-22 所示的机构中，在铰链 C、B、D 处，被连接的两构件上连接点的轨迹都是重合的，那么能说该机构有三个虚约束吗?为什么?

2、答：不能，因为在铰链 C、B、D 中任何一处，被连接的两构件上连接点的轨迹重合是由于其他两处的作用，所以只能算一处。2-7 何谓机构的组成原理?何谓基本杆组?它具有什么特性?如何确定基本杆组的级别及机构的级别?答：参考教材 1819 页。2-8 为何要对平面高副机构进行“高副低代“?“高副低代”应满足的条件是什么?答：参考教材 2021 页。2-11 如图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 组成的凸轮机构将使冲头上下运动以达到冲压目的。试绘出其机构运动简图，分析其是否能实现设计意图？并提出修改方案。

3、解：1）取比例尺绘制机构运动简图。2）分析其是否可实现设计意图。F=3n-( 2Pl + Ph p )-F=33-(24+1-0)-0=0此简易冲床不能运动,无法实现设计意图。3）修改方案。为了使此机构运动，应增加一个自由度。办法是：增加一个活动构件，一个低副。修改方案很多，现提供两种。2-13 图示为一新型偏心轮滑阎式真空泵。其偏心轮 1 绕固定轴心 A 转动，与外环 2 固连在一起的滑阀 3 在可绕固定轴心 C 转动的圆柱 4 中滑动。当偏心轮按图示方向连续回转时可将设备中的空气吸入，并将空气从阀 5 中排出，从而形成真空。(1)试绘制其机构运动简图；(2)计算其自由度。解：(1) 取比例

4、尺作机构运动简图如图所示。(2) F=3n-(2p1+ph-p)-F=34-(24+0-0)-1=12-14 解：1）绘制机构运动简图|1）绘制机构运动简图F=3n-(2Pl + Ph p)-F=35-(27+0-0)-0=12）弯曲 90 时的机构运动简图2-15 试绘制所示仿人手型机械手的食指机构的机构运动简图(以手掌 8 作为相对固定的机架)，井计算自由度。解：（1)取比倒尺肌作机构运动简图；（2)计算自由度 10273F2-17 计算如图所示各机构的自由度。（a）F=3n-( 2P l + Php)-F=34-(25+1 -0)-0=1（A 处为复合铰链）（b）F=3n-(2P l +

5、 Php)-F=37-(28+2-0)-2=1（2、4 处存在局部自由度）（c）p=( 2P l + Ph )-3n=210+0-36=2,F=3n-(2Pl + Php)-F=311-(217+0-2)-0=1（C、F、K 处存在复合铰链，重复部分引入虚约束）2-21 图示为一收放式折叠支架机构。该支架中的件 1 和 5 分别用木螺钉连接于固定台板 1和括动台板 5上两者在 D 处铰接，使活动台板能相对于固定台极转动。又通过件 1，2，3，4 组成的铰链四杆机构及连杆 3 上 E 点处的销子与件 5 上的连杆曲线槽组成的销槽连接使活动台板实现收放动作。在图示位置时，虽在活动台板上放有较重的重

6、物活动台板也不会自动收起，必须沿箭头方向推动件2，使铰链 B，D 重合时活动台板才可收起(如图中双点划线所示)。现已知机构尺寸 lAB=lAD=90 mm；l BC=lCD=25 mm，其余尺寸见图。试绘制该机构的运动简图，并计算其自由度。解：F=3n-(2p 1+pb-p)-F=35-(26+1-0)-1=1|2-23 图示为一内燃机的机构简图，试计算其自由度，并分析组成此机构的基本杆组。有如在该机构中改选 EG 为原动件，试问组成此机构的基本杆组是否与前有所不同。解：1）计算自由度F=3n-(2Pl + Php)-F=37-(210+0-0)-0=12）拆组 II 级组 II 级组3）EG

7、 为原动件，拆组III 级组II 级组2-24 试计算如图所示平面高副机构的自由度,并在高副低代后分析组成该机构的基本杆组。1、解：1）计算自由度F=3n-(2Pl+Php)-F=35-(26+1-0)-1=12）从结构上去除局部自由度、虚约束、多余的移动副、转动副（如图 2 所示）3）高副低代（如图 3 所示）4）拆组（如图 4 所示）2、解：1）计算自由度F=3n-(2Pl+Php)-F=3-(29+1-0)-1=12）从结构上去除局部自由度、虚约束、多余的移动副、转动副（如图 b 所示）|3）高副低代（如图 c 所示）4）拆组（如图 d 所示）第三章31 何谓速度瞬心?相对瞬心与绝对瞬心

8、有何异同点?答：参考教材 3031 页。32 何谓三心定理?何种情况下的瞬心需用三心定理来确定?答：参考教材 31 页。3-3 机构中，设已知构件的尺寸及点 B 的速度 vB(即速度矢量 pb)，试作出各机构在图示位置时的速度多边形。3-4 试判断在图示的两机构中B 点足否都存在哥氏加速度？又在何位置哥氏加速度为零?怍出相应的机构位置图。并思考下列问题。(1)什么条件下存在氏加速度?(2)根椐上一条请检查一下所有哥氏加速度为零的位置是否已全部找出。(3)图 (a)中，a kB2B3=2 2vB2B3对吗?为什么。解：（1)图 (a)存在哥氏加速度，图 (b)不存在。(2)由于 akB2B3=2

9、 2vB2B3故 3，v B2B3中只要有一项为零，则哥氏加速度为零。图 (a)中 B 点到达最高和最低点时构件 1，34 重合，此时 vB2B3=0，当构件 1 与构件 3 相互垂直即_f=；点到达最左及最右位置时 2= 3=0故在此四个位置无哥氏加速度。图 (b)中无论在什么位置都有 2= 3=0，故该机构在任何位置哥矢加速度都为零。(3)对。因为 3 2。3-5 在图示的曲柄滑块机构中，已知 ，曲柄以等角速度mllmll DEBAAB 40,5,10,3C回转，试用图解法求机构在 位置时，点 D、E 的速度和加速度以及构件 2 的角速srad/10451度和角加速度。解：（1）以选定的比

10、例尺 作机构运动简图l（2）速度分析 AB)(m/s3.01ABlv BCvvBC/3222？方 向 ： ？0？大 小 ： ？根据速度影像原理，作 求得点 d，连接 pd。根据速度影像原理，作 求得CDbcd/2 BDEbde点 e，连接 pe，由图可知 )(/r2/m/s,175.0/s,173.0,/s23.0 23232 顺 时 针salbccvpevpdv BCvvED （3）加速度分析 A)(B221ABlaClanBC？方 向 ： ？?:大 小 22 BCvaarkC/0323？方 向 ： ？大 小 ： ？|根据速度影像原理作 求得点 ，连接 。根据速度影像原理，作BCDcbd/2

11、dp求得点 ，连接 ，由图可知BDEedbeep )(/36.8/,m/s8.,m/s64.2 2222 顺 时 针sradlcnlaapa BCaBCE 3-6 在图示机构中，设已知各构件的尺寸，原动件 1 以等角速度 顺时针方向转动，试用图解法求机1构在图示位置时构件 3 上 C 点速度和加速度（比例尺任选） 。（a） ABCBCBCAvCBAB lvlvvlpcvvlv 123331323331 ,0/,0,/)( ？ ？方 向 ：大 小 ：解 ： （ ） 速 度 分 析 0/0A)(323233321CrCkBnBCnABaBaal？方 向 ： ？大 小 ： ？方 向 ： ？大 小 ：

12、（ ） 加 速 度 分 析 （b） 0,0/,0AB)(333233121 CDBDBBAlvlvvlv方 向 ： ？大 小 ：解 ： （ ） 速 度 分 析 A)(0/A)(2133323231221BlaDaCaBlBBnDBrkBnA？方 向 ： ？大 小 ： ？方 向 ： ？大 小 ：（ ） 加 速 度 分 析（c）|BCDvvB/?233方 向 ：大 小 ：解 ： BCaarkB/02323？方 向 ： ？大 小 ： BDaanDB？方 向 ： ？大 小 ： 0333-7 在图示机构中，已知 ，曲柄以等角速度mllmllml CCDEFAAE 5,7,35,4,7 回转，试用图解法求

13、机构在 位置时，C 点的速度 和加速度 。srad/1001cvca解：（1）以选定的比例尺 作机构运动简图。l速度分析 vd用速度影响法求m/s72.0m/s,4.011AFABlvlv AFEFvv/1545方 向 ：大 小 ：（2）速度分析CDE方 向 ：大 小 ： BCvC方 向 ：大 小 ： )(rad/s6/),(rad/s13/ ),(rads7.26s,69.023 44 顺逆 逆 vCvCDEFvFv lcbllcdl pflp （3）加速度分析 m.A,Bm212 AFa AAB ad用加速度影像法求FFvrk/15145方 向 ：大 小 ： ElanEF方 向 ：大 小

14、： 24450CDlaanDC方 向 ：大 小 ： 23 CBlaanBC方 向 ：大 小 ： 2 2m/s3acp3-8 在图示凸轮机构中，已知凸轮 1 以等角速度 转动，凸轮为一偏心圆，其半径srad/10。试用图解法求构件 2 的角速度 和角加速度 。90,5,1,25BmllmRAA 22|解：（1）以选定的比例尺 作机构运动简图。l（2）速度分析：将机构进行高副低代，其替代机构如图 b 所示。 m/s15.041ABBlvCDABvv/422方 向 ：大 小 ： ？ )(/3.2/2 逆 时 针sradlpblvBDvBD（3）加速度分析 A)m/s(5.141 AlaCvaBrk/

15、?24242？方 向 ：:大 小 BDlaanB?22方 向 ：:大 小 ？其中， ）（ 顺 时 针222224 rad/s9.143/,/s86.0,/s76.0 BDaBDnDBkB lbnll 3-11 试求图示机构在图示位置时的全部瞬心。解：（a）总瞬心数：43/2=6对 P13：P 12、P 23、P 13在同一直线上， P14、P 34、P 13在同一直线上对 P24:P23、P 34、P 24在同一直线上，P 12、P 14、P 24在同一直线上d) 总瞬心数：43/2=6对 P13：P 12、P 23、P 13在同一直线上， P14、P 34、P 13在同一直线上对 P24:P

16、23、P 34、P 24在同一直线上，P 12、P 14、P 24在同一直线上3-12 标出图示的齿轮一连杆组合机构中所有瞬心，并用瞬心法求齿轮 1 与齿轮 3 的传动比 1/ 3。解：1)瞬新的数目：K=N(N-1)/2=6(6-1)/2=152)为求 1/ 3需求 3 个瞬心 P16、P 36、P 13的位置，3) 1/ 3= P36P13/P16P13=DK/AK，由构件 1、3 在 K 点的速度方向相同，可知 3与 1同向。3-13 在图示四杆机构中， ，试用瞬心法求：（1）当 时点sradmllCDAB /0,9,60265C 的速度 ；当 时构件 3 的 BC 线上（或其延长线上）

17、速度最小的一点 E 的位置及其速度大小；v15（3）当 时 角之值（有两解） 。0|解：（1）以选定的比例尺 作机构运动简图l（2）因 P24为构件 2、4 的顺心，则 m/s4.0rad/s5.44224 CDDPA lvl ，对 P24:P23、P 34、P 24在同一直线上，P 12、P 14、P 24在同一直线上（3）因构件 3 的 BC 线上速度最小的点到绝对瞬心 P13的距离最近，故从 P13作 BC 线的垂线交于 E 点。对 P13：P 12、P 23、P 13在同一直线上， P14、P 34、P 13在同一直线上，故 m/s357.013213131331 EBlEuBvElv

18、 AlllE （4）若 ，则 ，0C4 DP2424若 ，则 P24与 P12重合，对 P24:P23、P 34、P 24在同一直线上，P 12、P 14、P 24在同一直线上2A若 ，则 A、B、C 三点共线。4 6.2)2arcos(1804.26)arcos(121 ADCD，3-15 在图示的牛头刨机构中，l AB=200 mnl，l CD=960 mm，l DE=160 mm, h=800mm,h1=360mm,h2=120mm。设曲柄以等角速度 1=5 rads逆时针方向回转试以图解法求机构在 1=135 位置时刨头点的速度 vC。smAPv Plpcl /24.1,)2(51 1

19、5365出 瞬 心利 用 顺 心 多 边 形 依 次 定 所 示作 机 构 运 动 简 图 ， 如 图（ ） 以:解 。3-16 图示齿轮一连杆组合机构中，MM 为固定齿条，齿轮 3 的直径为齿轮 4 的 2 倍设已知原动件1 以等角速度 1顺时针方向回转，试以图解法求机构在图示位置时 E 点的速度 vE以及齿轮 3，4 的速|度影像。解：(1)以 l作机构运动简图如(a)所示。(2)速度分析：此齿轮连杆机构可看作，ABCD 受 DCEF 两个机构串联而成，则可写出：vC=vB+vCB，v E=vC+vEC以 v作速度多边形如图 (b)所示由图得 vE= vpe m/S齿轮 3 与齿轮 4 的

20、啮合点为 k，根据速度影像原理，作dckDCK 求得 k 点。然后分别以 c，e 为圆心，以 ck、ek 为半径作圆得圆 g3和圆 g4。圆 g3代表齿轮 3 的速度影像，圆 g4代表齿轮 4 的速度影像。3-19 图示为一汽车雨刷机构。其构件 l 绕固定轴心 A 转动，齿条 2 与构件 1 在 B 点处铰接，并与绕固定轴心 D 转动的齿轮 3 啮合(滚子 5 用来保征两者始终啮合)，固连于轮 3 上的雨刷 3作往复摆动。设机构的尺寸为 lAB=18 mm, 轮 3 的分度圆半径 r3=12 mm，原动件 1 以等角速度 =l rad/s 顺时针回转，试以图解法确定雨刷的摆程角和图示位置时雨刷

21、的角速度和角加速度。解：(1)以 l作机构运动简图 (a)。在图作出齿条 2 与齿轮 3 啮合摆动时占据的两个极限位置 C，C”可知摆程角 如图所示：(2)速度分析：将构件 6 扩大到 B 点，以 B 为重合点，有vB6 = vB2 + vB6B2大小 ? 1lAB ? 方向 BD AB BCvB2= llAB= 0.01 8 ms以 v作速度多边形图 (b)，有 2= 6=vB6/lBD= vpb6/ lBD=0.059rad/s(逆时针)vB2B6= vb2b6=0.018 45 rns(3)加速度分析：aB5 = anB6 + atB6 = anB2 + akB6B2 + arB6B2大

22、小 26lBD ? 12lAB 2 2vB6B2 ?方向 B-D BD B-A BC BC其中，a nB2= 12lAB=0.08m/s2，a nB6= 62lBD=0.000 1 8ms 2，a kB2B6=2 6vB2B6=0.00217ms 2以 a 作速度多边形图 (c)。有 6=atB6/lBD= a b6r/lBD=1,71 rads 2(顺时针)图示为一缝纫机针头及其挑线器机构，设已知机构的尺寸 lAB=32mm，l BC=100 mm， ，l BE=28mm，l FG=90mm，原动件 1 以等角速度 1=5 rad/ s 逆时针方向回转试用图解法求机构在图示位置时缝纫机针头和

23、挑线器摆杆 FG 上点 G 的速度及加速度。|解：（1）以 l作机构运动简图如图 (a)所示。(2)速度分析： v C2 = vB2 + vC2B2大小 ? lAB ?方向 /AC AB BC以 v作速度多边形图如图(b)，再根据速度影像原理；作b 2c2e2BCE 求得 e2，即 e1。由图得 2=vC2B2/lBC= ac2b2/lBC=0.44 rads(逆时针)以 E 为重合点 v E5=vE4+vE5E4大小 ? ?方向 EF /EF继续作图求得 vE5，再根据速度影像原理，求得 vG= vpg=0.077 m/ s 5= vpgl FG=0.86 rads(逆时针)v E5E4=

24、ve5e4=0.165 rns(3)加速度分析：aC2 = anB2 + anC2B2 + atC2B2大小 ? 12lAB 22lBC ?方向 /AC B-A C-B BC其中 anB2= 12lAB =0.8 ms 2，a nC2B2 =a nC2B2=0.02 mS 2以 a=0,01(ms 2)mm 作加速度多边形图 c，利用加速度影像求得 e2。再利用重合点 E 建立方程 anE5十 atE5=aE4+akE5E4+arE5E4继续作图。矢量 pd5就代表 aE5。利用加速度影像得 g。a G= apg=0.53 mS 2第四章 平面机构的力分析4-10 图示为一曲柄滑块机构的三个位

25、置，P 为作用在活塞上的力，转动副 A 及 B 上所画的虚线小圆为摩擦圆，试决定在此三个位置时，作用在连杆 AB 上的作用力的真实方向（各构件的重量及惯性力略去不计） 。解：（1）判断连杆 2 承受拉力还是压力（如图） ；（2）确定 21、 23的方向（如图） ；（3）判断总反力应切于 A、B 处摩擦圆的上方还是下方（如图） ；（4）作出总反力（如图） 。4-14 在图示的曲柄滑块机构中，设已知 =0.1m, =0.33m,n1=1500r/min（为常数） ，活塞及其附ABlCl件的重量 Q1=21N，连杆重量 Q2=25N, =0.0425kgm2, 连杆质心 c2至曲柄销 B 的距离 = /3。试2cJ 2clBC确定在图示位置的活塞的惯性力以及连杆的总惯性力。