机械原理第二章第三章课后答案西工大版教学文案Word文件下载.docx
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8）轿车挡风玻璃雨刷机构；
9）公共汽车自动开闭门机构；
10）挖掘机机械臂机构；
…。
2-10请说出你自己身上腿部的髋关节、膝关节和踝关节分别可视为何种运动副?
试画出仿腿部机构的机构运动简图，并计算其自由度。
2-11图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j输入，使轴A连续回转；
而固装在轴^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。
1）取比例尺绘制机构运动简图
2）分析是否能实现设计意图
解：
f?
3?
2?
4?
1?
0f?
0，可改为∵不合理．
图示机构为一凸轮齿轮连杆组合机构，试绘制其机构示意简图并计算自由度。
2-12
1?
8?
?
10f
2-16连杆组合机构的自由度试计算图示凸轮-a）（
5?
34?
2解：
A为复合铰链
）（b
解：
（1）图示机构在D处的结构与图2-1所示者一致，经分析知该机构共有7个活动构件，8个低副（注意移动副F与F'
，E与E'
均只算作一个移动副），2个高副；
因有两个滚子2、4，所以有两个局部自由度，没有虚约束，故机构的自由度为
F=3n-（2p+pp'
）-F'
=3ⅹ7-（2ⅹ8+2-0）-2=1
h-l
（2）如将D处结构改为如图b所示形式，即仅由两个移动副组成。
注意，此时在该处将带来一个虚约束。
因为构件3、6和构件5、6均组成移动副，均要限制构件6在图纸平面内转动，这两者是重复的，故其中有一个为虚约束。
经分析知这时机构的活动构件数为6，低副数为7，高副数和局部自由度数均为2，虚约束数为1，故机构的自由度为
F=3n-（2p+p-p'
=3×
6-（2ⅹ7+2-1）-2=1
hl上述两种结构的机构虽然自由度均为一，但在性能上却各有千秋：
前者的结构较复杂，但没有虚约束，在运动中不易产生卡涩现象；
后者则相反，由于有一个虚约束，假如不能保证在运动过程中构件3、5始终垂直，在运动中就会出现卡涩甚至卡死现象，故其对制造精度要求较高。
（c）
（1）n=11,p=17,p=0,p`=2p`+p-3n`=2,F`=0hh11F=3n-（2p+p-p`）-F`=3×
11-（2×
17+0-2）-0=1
h1
（2）去掉虚约束后F=3n-（2p+p）=3×
5-（2×
7+0）=1hl
（d）A、B、C处为复合铰链。
自由度为：
F=3n-（2p+p-p`）-F`=3×
6-（2×
7+3）-0=1h1
齿轮3、5和齿条7与齿轮5的啮合高副所提供的约束数目不同，因为齿轮3、5处只有一个高副，而齿条7与齿轮5在齿的两侧面均保持接触，故为两个高副。
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，并将空计算其自由度。
（2）试绘制其机构运动简图；
（1）中排出，从而形成真空。
5气从阀．
解
（1）取比例尺作机构运动简图如图所示。
（2）F=3n-（2p+p-p'
）-F'
=3×
4-（2×
4+0-0）-1=1
h1
2-14图示是为高位截肢的人所设汁的一种假肢膝关节机构。
该机构能保持人行走的稳定性。
若以胫骨1为机架，试绘制其机构运动简图和计一算其自由度，并作出大腿弯曲时的机构运动简图。
解把胫骨l相对固定作为机架．假肢膝关节机构的机构运动简图如图
所示,大腿弯曲90。
时的机构运动简图，如图中虚线所示。
其自由度为：
F=3n-（2p+p-p'
7+0-0）-0=1
hl
2-15试绘制图n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。
（1）取比倒尺肌作机构运动简图
（2）计算自由度
解：
7?
10?
1使两闸瓦刹住车轮。
试计算、6、图示为一刹车机构。
刹车时，操作杆2-18j向右拉，通过构件2、3、45（注；
车轮不属于刹车机构中的构件。
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。
未刹车时，刹车机构的自由度
（1）2）闸瓦G、J之一剃紧车轮时．刹车机构的自由度同时刹紧车轮时，刹车机构的自由度G、J3）闸瓦
28?
6?
1>
7f?
2>
13>
2-23图示为一内然机的机构运动简图，试计算自由度t并分析组成此机构的基本杆组。
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者有所不同。
110?
2f?
解：
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l=l=90mm；
l=l=25mm，其余尺寸见图。
试绘制该机构的运动简图，并CDABBCAD计算其自由度。
机械运动简图如下：
F=3n-（2p+p6+1-0）-1=1
×
-p`）-F`=3b1．
第3章
3—1何谓速度瞬心?
相对瞬心与绝对瞬心有何异同点?
参考教材30~31页。
3—2何谓三心定理?
何种情况下的瞬心需用三心定理来确定?
参考教材31页。
3-3试求图示各机构在图示位置时全部瞬心的位置（用符号P，，直接标注在图上）
（a）
（b）
答：
分）（10（d）
分）（10
。
ω/ω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3-431
2分）
（1）瞬新的数目：
K=N（N-1）/2=6（6-1）/2=15
的位置、P、ω需求3个瞬心PP/2）为求ω13316136
）3=DK/AK
P/PP=Pω/ω1316336131与ω点的速度方向相同，可知ω在、由构件13K同向。
13
ω=10rad/s,试用瞬心法求：
L=60mm，L=90mm,L=L=120mm,3-6在图示的四杆机构中，2ABADCDBC°
时，点的速度vc；
1）当φ=165
E的位置及速度的大小；
=165°
时，构件3的BC线上速度最小的一点2）当φ）。
V=0时，φ角之值（有两个解3）当C
1）以选定的比例尺μ机械运动简图（图b））vc定出瞬心p12的位置（图b2）求的绝对瞬心，则有因p为构件31378=2.56（rad/s）=10×
0.06/0.003×
/lBpω=v=ωl/μ.Bp133ABB132l=μcpω=0.003v×
52×
2.56=0.4（m/s）
313c
3）定出构件3的BC线上速度最小的点E的位置,因BC线上速度最小的点必与p13点的距离最近，故丛p13（3分）引BC线的垂线交于点E，由图可得
v=μpEω0.003×
46.5×
2.56=0.357（m/s）3=E13l.
4）定出vc=0时机构的两个位置（图c）量出
φ=26.4°
1φ=226.6°
2
（3分）
3-8机构中，设已知构件的尺寸及点B的速度v（即速度矢量pb），试作出B各机构在图示位置时的速度多边形。
分）（10
答：
3—11速度多边形和加速度多边彤有哪些特性?
试标出图中的方向。
答速度多边形和加速度多边形特性参见下图，各速度方向在图中用箭头标出。
3-12在图示的机构中，设已知构件的尺寸及原动件1的角速度ω（顺时针），试用图解法求机构在图示位置1时C点的速度和加速度。
分）（1（1分）
分）（2V=V+V=V+VBC3C2C3Bc3C2rtkn=a+a3+a分）a=a+a（+aC3BC2C3BC3C2C3BC3C2
分）（2V=0a=0C2C2k分）（a3=0V=0ω=0C3C23C3B（b）
（2分）
（2分）
V=V+V=V+V（2分）C3c2C3C2BC2Bω=ω=0（1分）23
tknr+a+a=aa+a+a（3分）C2C3C3BC2C3C2BC2B（c）
（2分）
V=V+V分）（2B3B2B3B2VVV（2分）C=B3+CB3
（1分）
ntkr+a+a+a=aa（3分）B3B2B2B3B3B2B3
3-13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。
k==2ωv对吗?
为什么。
（3）图（a）中，aB2B3B2B32
解1）图（a）存在哥氏加速度，图（b）不存在。
k==2ωv故ω，v中只要有一项为零，则哥氏加速度为零。
图（a）中
（2）由于aB点到达最高B2B32B2B3B2B33和最低点时构件1，3．4重合，此时v=0，当构件1与构件3相互垂直．即_f=；
点到达最左及最右位B2B3置时ω=ω=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ω=ω=0，故该机构在任何3322位置哥矢加速度都为零。
（3）对。
因为ω≡ω。
233-14在图示的摇块机构中，已知l=30mm，l=100mm，l=50mm,l=40mm，曲柄以等角速度ω=40radlDEACBDAB／S回转，试用图解法求机构在φ=45o位置时，点D及E的速度和加速度，以及构件2的角速度和角加1速度。
解
（1）以μ作机构运动简图（a）所示。
l
（2）速度分析：
以C为重合点，有
v=v+v=v+vC2C3C2BBC2C3
大小?
ωl?
0'
AB1方向?
┴AB┴BC//BC
以μ作速度多边形图（b），再根据速度影像原理，作△bde∽／△BDE求得d及e，由图可得lv=μpd=0．23m／svDv=μpe=0.173m/s
vEω=μbc/l=2rad/s（顺时针）BC2v2
（3）加速度分析：
以C为重合点，有
ntkr+a+a+a==aa==a+aC2C3C2BBC2C3C2C3C2B
22l?
0ωlω2ωv?
大小C2C312ABBC3方向B—AC—B┴BC┴BC//BC
n22k2，以μ作加速度多边形如图（c）／=0.7mv=2s=0.49ml=其中aω／，aωs所示，由图aC2C3C2C32C2BBC3可得．
2p`d`=0.64m/S=μaaD2p`e`=2.8m/s=μaaEt/l=μn`2C`2/lBC=8.36rad/s（顺时针）α=ai
2aC2BBC23-l5在图（a）示的机构中，已知l=70mm,；
l=40mm，l=60mm,
EFAEABl==35mm,l=75mm,l=50mm．原动件以等角速度ω=10rad/s回转．试以图解法求机构在φ=50。
1BCDE1CD位置时．点C的速度V和加速度acc解：
1）速度分析：
以F为重合点．有
v=v=v+vF5F1F5F4F1以μl作速度多边形图如图（b）得，f（f）点，再利用速度影像求得b及d点54
vpc就代表了+v=v+v继续作速度图，矢量根据v=vCCBBCDCDrtnk+aa=a+a+a=a2）加速度分析：
根据F5F1F5F1F4F4F1F4d'
点。
点，再利用加速度影像求得b`及作加速度多边形图a（c），得f`（f`）以μ54tnnt+a+a+a=a+aa根据=aCDDCBCDCCBBa．则求得p`c`继续作图，则矢量就代表了Cspc=0.69m／v=μvC2／sμa=pc=3maC，R=25mm转动，凸轮为一偏心圆，其半径s以等角速度ω3-16在图示凸轮机构中，已知凸轮1=10rad／1与角加速度α的角速度ω，试用图解法求构件=90o=50mml=15mml．，φ2。
221ADAB．
提示：
可先将机构进行高副低代，然后对其替代机构进行运动分析。
解
（1）以μ作机构运动简图如图（a）所示。
先将机构进行高副低代，其替代机构如图（a）所示，并以B为重合点。
有
V=v+vB2B4
B2B4
ωl?
AB1方向┴BD┴AB//|CD
2作速度多边形图如图（b），由图可得=0.005rn／s以μvω2=vB2／lBD=μvpb2（μlBD）=2.333rad／s（逆时针）
（3）加速度分析：
ntkr+a=a+aa=a+aB2B4B2B2B4B2B4B2
22l2ωv?
ω大小ω?
lB2B41ABBD24方向B-D┴BDB-A┴CD//CD
n22k2．作图（c）得=0.746m／其中a=ωsl=0.286m/s，aB2B42B2BDt2：
（顺时针=9.143rad／s）
α=a=/lμn`b`/lBDa2B22BD3-18在图（a）所示的牛头刨机构中．l=200mnl，l=960mm，l=160mm,设曲柄以等角速度ω=5rad1ABCDDE／s．逆时针方向回转．试以图解法求机构在φ=135o位置时．刨头点的速度v。
C1
。
（a）1）以μ作机构运动简图．如图解l,P.P（b）依次定出瞬心P2）利用瞬心多边形图153613=1.24m/S
APωμv=v=l151CP15以倍．设已知原动件21的直径为齿轮图示齿轮一连杆组合机构中，MM为固定齿条，齿轮34的3-19
的速度影像。
4vE顺时针方向回转，试以图解法求机构在图示位置时等角速度ω点的速度，3以及齿轮E1．
（1）以μ作机构运动简图如（a）所示。
l
（2）速度分斫：
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：
v=v+vCBCBv=v+vECEC以μ作速度多边形如图（b）所示．由图得vv=μpem/S
vE取齿轮3与齿轮4的啮合点为k，根据速度影像原理，作△dck∽△DCK求得k点。
然后分别以c，e为圆心，以ck．ek为半径作圆得圆g和圆g。
圆g代表齿轮3的速度影像，圆g代表齿轮4的速度影像。
43433-21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l=18mm,轮3的分度圆半径r=12mm，原动件1以等角速度ω=lrad/s顺时针回转，试以图解3AB法确定雨刷的摆程角和图示位置时雨刷的角速度和角加速度。
（1）以μ作机构运动简图（a）。
l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φ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
v=v+vB6B2B6B2
大小?
ωl?
AB1方向┴BD┴AB∥BC
v=ωl=0.018m／s
ABB2l以μ作速度多边形图（b），有vω=ω=v/l=μpb/μBD=0.059rad/s（逆时针）l6BD6v2B6v=μbb=0.01845rn／s
62vB2B6
加速度分析：
（3）
rkntnaa+a=a+a=a+B6B2B5B6B6B2B2B6
22?
v2ωω?
大小ωllB6B2126BDABBC
∥┴BCA-B┴BDDB-方向
n22n22k2．以μa作速度v=0.00217m／s／a，=ωal=0.08m/ss，a=2=ωωl=0.00018m其中，B2B6B2B6B2B6BD16AB6多边形图（c）。
t2（顺时针）
=1,71rad／sα=a=/lμb``r`/lBD6a6B6BD3-22图示为一缝纫机针头及其挑线器机构，设已知机构的尺寸l=32mm，l=100mm，，l=28mm，BEBCABl=90mm，原动件1以等角速度ω=5rad/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1FG和挑线器摆杆FG上点G的速度及加速度。
（1）以μ作机构运动简图如图（a）所示。
v=v+vC2B2C2B2
ωlAB?
方向//AC┴AB┴BC
以μ作速度多边形图如图（b），再根据速度影像原理；
作△bce∽△BCE求得e，即e。
由图得1v2222ω=v/l=μcb/l=0.44rad／s（逆时针）BCa22C2B2BC2以E为重合点v=v+vE5E4E4E5大小?
√?
方向┴EF√//EF
继续作图求得vE5，再根据速度影像原理，求得
v=μpg=0.077m/s
vGω=μpg／l=0.86rad／s（逆时针）FG5vv=μee=0.165rn／s4vE5E45（3）加速度分析：
nnta++a=aaC2B2B2C2C2B2
22lω?
?
ωl大小BC12AB方向//ACB-AC-B┴BC
n22sla其中=0.8m=ω／ABB21nn2S=0.02m=ωa／aC2B2C2B22）／mm作加速度多边形图（c），再利用加速度影像求得=0,01（rn以μ／se`。
然后利用重合点E建立方2a程
ntkr+a十a+a=aaE5E4E5E4E5E4E5继续作图。
则矢量p`d就代表了a。
再利用加速度影像求得g'
。
E552a=μS／p`g`=0.53maG．
第3章
（10分）
3-4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ω/ω。
31．
分）瞬新的数目：
1）K=N（N-1）/2=6（6-1）/2=15
的位置、P/ω需求3个瞬心P、P2）为求ω13163136
3）=DK/AK
Pωω/=PP/P1336161133同向。
1、3在K点的速度方向相同，可知ω与ω由构件13
=90mm,LL=L=120mm,ω=10rad/s,试用瞬心法求：
3-6在图示的四杆机构中，L=60mm，2CDADBCAB1）当φ=165°
的BC的位置及速度的大小；
线上速度最小的一点E2）当φ=165°
时，构件3。
（有两个解）3）当V=0时，φ角之值C
）以选定的比例尺μ机械运动简图（图b）解：
1）的位置（图b）求2vc定出瞬心p12的绝对瞬心，则有为构件3因p1378=2.56（rad/s）×
=10ωl/μ.Bp×
0.06/0.003ω=v/lBp=13AB13l32B=μcpω=0.003×
v3c13
2.56=0.357（m/s）3=13El.
2（3分）
b）（
3—11速度多边形和加速度多边彤有哪些特性?
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