整理机械原理习题参考答案Word文档格式.docx

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解答：

原机构自由度F=3⨯3-2⨯4-1=0，不合理，改为以下几种结构均可：

2-3图2-39所示为一小型压力机，其中，1为滚子；

2为摆杆；

3为滑块；

4为滑杆；

5为齿轮及凸轮；

6为连杆；

7为齿轮及偏心轮；

8为机架；

9为压头。

试绘制其机构运动简图，并计算其自由度。

n=7;

Pl=9;

Ph=2，F=3⨯7-2⨯9-2=1

2-6试计算图2-42所示凸轮—连杆组合机构的自由度。

a）n=7;

Ph=2，F=3⨯7-2⨯9-2=1L处存在局部自由度，D处存在虚约束

b）n=5;

Pl=6;

Ph=2，F=3⨯5-2⨯6-2=1E、B处存在局部自由度，F、C处存在虚约束

2-7试计算图2-43所示齿轮—连杆组合机构的自由度。

a）n=4;

Pl=5;

Ph=1，F=3⨯4-2⨯5-1=1A处存在复合铰链

b）n=6;

Pl=7;

Ph=3，F=3⨯6-2⨯7-3=1B、C、D处存在复合铰链

2-8试计算图2-44所示刹车机构的自由度。

并就刹车过程说明此机构自由度的变化情况。

①当未刹车时，F=3⨯6-2⨯8=2

②在刹车瞬时，F=3⨯5-2⨯7=1，此时构件EFG和车轮接触成为一体，位置保持不变，可看作为机架。

③完全刹死以后，F=3⨯4-2⨯6=0，此时构件EFG、HIJ和车轮接触成为一体，位置保持不变，可看作为机架。

2-9先计算图2-45～图2-50所示平面机构的自由度。

再将其中的高副化为低副，确定机构所含杆组的数目和级别，以及机构的级别。

机构中的原动件用圆弧箭头表示。

Pl=10;

Ph=0，F=3⨯7-2⨯10=1C、E处存在复合铰链由3个Ⅱ级杆组构成。

b）n=7;

Ph=0，F=3⨯7-2⨯10=1由3个Ⅱ级杆组构成的Ⅱ级机构。

c）n=3;

Pl=3;

Ph=2，F=3⨯3-2⨯3-2=1D处存在局部自由度，由2个Ⅱ级杆组构成Ⅱ级机构。

d）n=4;

Ph=1，F=3⨯4-2⨯5-1=1由1个Ⅲ级杆组构成的Ⅲ级机构。

e）n=6;

Pl=8;

Ph=1，F=3⨯6-2⨯8-1=1B处存在局部自由度，G、G'

处存在虚约束,由1个Ⅱ级杆组加上1个Ⅲ级杆组构成的Ⅲ级机构。

f）n=9;

Pl=12;

Ph=2，F=3⨯9-2⨯12-2=1C处存在局部自由度，I处存在复合铰链,由5个Ⅱ级杆构成的Ⅱ级机构。

杆组拆分如下图所示。

＋＋＋＋

第三章平面机构的运动分析

3-1如图3-20所示曲柄滑块机构中若已知a，b，e，当给定后，试导出滑块位移s和连杆转角的表达式。

解：

由

得到或写成

3-2如图3-20，若已知，设经计算得到：

，s=149.81mm，请导出和的表达式，并求出其数值。

，得：

3-12如图3-30所示，曲柄摆动导杆机构中各杆长，已知，构件1以等角速度绕A顺时针方向转动，求此时及角速度比。

，其中2式除以1式可得

故得：

求导得

上式中对2式用旋转坐标系法，按逆时针方向旋转角得：

所以，

又求导得

或写成如下等价形式：

解得：

VDx=-0.4*（-20）*sin（60*pi/180）-0.25*（-8.5244）*sin（（63.6705-120）*pi/180）=2.2264m/s

VDy=0.4*（-20）*cos（60*pi/180）+0.25*（-8.5244）*cos（（63.6705-120）*pi/180）=-8.1097m/s

合成可得：

VD=sqrt（2.2264^2+8.1097^2）＝8.4098m/s，βVD＝-74.6485°

3-15如图3-33所示为采煤康拜因的钻探机构。

已知,,构件2绕构件1上的B点以等角速度逆时针方向转动，求C、D两点的速度及加速度。

（1）求C、D两点的速度

（2）求C、D两点的加速度

由上面2式可得：

840*ε1*cos（15*pi/180）-840*（0.278^2）*sin（15*pi/180）=280*ε2*cos（50.93*pi/180）-280*（1.278^2）*sin（50.93*pi/180）

811.3777ε1-16.8022＝176.4754ε1-355.0521得ε1＝ε2＝-0.5328rad/s2

求D点加速度的方法有两种：

第一种按书上的方法列出运动方程式，按步骤求解；

第二种方法求出法向加速度和切向加速度的合成。

①对D点列出位置方程式求导得速度方程式

再求导得加速度方程式，则

aDx=-1300*（-0.5328）*sin（15*pi/180）-1300*（0.278^2）*cos（15*pi/180）＝82.2226mm/s2

aDy=1300*（-0.5328）*cos（15*pi/180）-1300*（0.278^2）*sin（15*pi/180）＝-695.0422mm/s2

故D点的加速度为：

aD=sqrt（aDx^2+aDy^2）=699.8887mm/s2，βaD＝-83.2533°

②

C点的加速度为：

aC=-280*（-0.5328）*sin（50.9373*pi/180）-280*（1.278^2）*cos（50.9373*pi/180）+840*（-0.5328）*sin（15*pi/180）+840*（0.278^2）*cos（15*pi/180）＝-225.4828mm/s2

3-17在图3-35所示凸轮机构中，,，指出速度瞬心，并用瞬心法求及时构件2的速度。

凸轮形状为圆形，因此凸轮和平底从动件的公法线既垂直于从动件的平底又过凸轮的圆心。

速度瞬心P12如图所示，从动件的速度可表示为：

；

3-18如图3-36所示曲柄滑块机构中，已知。

指出速度瞬心，并用瞬心法求构件1的角速度。

速度瞬心P13如图所示。

，又故得出

3-19如图3-28所示凸轮机构，指出速度瞬心，并用速度瞬心法求从动件的角速度。

速度瞬心P12如图所示。

所以得

3-21如图3-38所示为铰链四杆机构，试用瞬心法分析欲求构件2和构件3上任何重合点的速度相等时的机构位置，此时

构件3上任意点的速度方向为：

该点与构件3的回转中心D点（瞬心P34）的连线垂直的方向；

其大小为构件3的角速度与该点与瞬心P34距离的乘积。

构件2上任意点的速度方向为：

该点与构件2和4的速度瞬心P24的连线垂直的方向；

其大小为构件2的角速度与该点与瞬心P24距离的乘积。

要使构件2和构件3上任何重合点的速度相等，即应使瞬心P34与瞬心P24重合（此时AB与AD连线重合）。

此时构件2和3都相对于D点做纯转动，且构件2和3的角速度相同（从两者的重合点C可推导出），重合点距离D点的距离也相同，故任何重合点的速度相等。

故当时，满足题目要求。

第四章机构的力分析

4-4在图4-23所示的对心尖顶直动推杆盘形凸轮机构中，已知，，12mm，（为常数）。

又机构在图示位置时，推杆以等加速度垂直向上运动，该处凸轮的压力角。

推杆重力，重心位于其轴线上。

凸轮的质心与回转中心A相重合。

若加于凸轮上的驱动力矩，试求各个运动副反力和推杆所能克服的生产阻力。

构件2推杆的受力简图如上，其中

惯性力

对构件2列出力和力矩平衡方程式：

注：

也可以由图中虚线所示，将机架对推杆的两个支反力合成为一个全反力，这样根据三力汇交理论，可以更方便的求出结果。

对构件1列出力平衡方程式：

也可直接由构件1只受两力平衡直接得出：

4-10在如图4-29所示摆动导杆机构中，已知,加于导杆上的力矩,求机构各运动副的反力及应加于曲柄1上的平衡力矩。

对于构件3，由力矩平衡可得：

由力平衡得：

对于构件2滑块，由力平衡可得：

对于构件1，由力平衡可得：

由力矩平衡得：

4-11在如图4-30所示偏心轮凸轮机构中，已知且OA位于水平位置，外载。

求运动副反力和凸轮1上的平衡力矩。

根据三力汇交理论，画出构件2受力图。

列出力平衡方程：

解得

图中机架对推杆的支反力也可以看作虚线所示两个力的合成，此时也可以按照推杆在四个力的作用下平衡来求解，解法可参考题4-4。

由构件1凸轮的受力图可得：

4-19如图4-38所示，构件1为一凸轮机构的推杆，它在力F的作用下，沿导轨2向上运动，设两者的摩擦因数f=0.2，为了避免发生自锁，导轨的长度L应满足什么条件（解题时不计构件1的质量）？

力矩平衡可得：

得：

，其中

R正压力产生的磨擦力为：

要使推杆不自锁，即能够上升，必须满足：

，即

4-22图4-41所示为一胶带运输机，由电动机1经过平型带传动及一个两级齿轮减速器，带动运输带8。

设已知运输带8所需的曳引力F=5500N，运输带8的运送速度，滚筒直径D=900mm，平型带传动（包括轴承）的效率，每对齿轮（包括其轴承）的效率，运输带8的机械效率。

试求该传动系统的总效率及电动机所需的功率P。

串联机组，总效率

输出功率

故电机输入功率应为：

4-23如图4-42所示，电动机通过三角带传动及圆锥、圆柱齿轮传动带动工作机A及B，设每对齿轮的效率，每个轴承的效率，带传动的效率，工作机A、B的功率分别为，，效率分别为，试求电动机所需的功率。

电机功率Pd为:

第五章机构的型综合

5-1运动链。

请画出其运动链的结构图。

若以四元连杆为机架，其中一个三元连杆作转动并为原动件，要求机构的执行构件为两个完全对称运动的滑块。

试进行机构变换。

图1运动链结构图图2机构变换方案一

图3机构变换方案二图4机构变换方案三

5-2运动链。

请画出运动链的结构图。

分别取不同构件为原动件，三元连杆为机架。

试综合出一个II级机构和一个高级别机构。

运动链的结构图如下。

①以AB或CD杆为原动件得到II级机构；

②以FG杆为原动件得到Ш级机构。

5-3指出代号中有几个二、三、四元连杆。

若以四元连杆为机架，取回转构件为原动件。

试变换出一个连架杆为导杆，另两个连架杆为滑块的机构。

1个四元连杆，2个三元连杆，5个二元连杆。

变换机构如下，理论上可以有6种以上方案。

5-4代号为的运动链。

问有几个二、三、四元连杆。

变换机构后其自由度F=?

。

1个四元连杆，2个三元