机械原理习题集word版Word格式文档下载.docx
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CD,试计算其自由度。
图5
6）试计算图6所示齿轮-连杆组合机构的自由度。
图6
7）试确定图7所示机构的自由度；
并将其中的高副换成低副，确定机构所含的杆组合机构的级别（当取凸轮为原动件时）。
图7
1、填充题及简答
5
，最小约束数为
1
2）平面机构中若引入一高副将带入1个约束，而引入一个低副将带入
2个约束。
3）机构具有确定运动的条件.
1）机构自由度F≥1
2）机构原动件的数目等于机构的自由度数目
相关知识
2、计算题
1）.
解：
该机构的自由度F=0，故机构不能运动。
改进措施：
在E处增加一个自由度。
机构具有活动构件数为n=10,低副个数PL=13,高副个数Ph=2，且D处是复合铰链，G处是局部自由度。
所以机构的自由度是：
F=3n-2PL-Ph-P'
=3*10-2*13-2-1=1
3）试计算图3所示机构的自由度，若有复合铰链、局部自由度或虚约束，应予以指出，并进行高副低代，确定该机构的级别。
该机构中有9个活动构件，低副12个，高副1个，其中B处是局部自由度，E处是符合铰链.机构的自由度是：
=3*9-（2*12+1）-1=1
由图4可知，B,E两处的滚子转动为局部自由度，即F'
=2；
而虚约束p'
=0。
机构中，n=7,PL=8（C、F处虽各有两处接触，但都各算一个移动副），Ph=2,于是由自由度计算公式得
F=3n-（2pl+ph-p'
）-F'
=3×
7-（2×
8+2-0）-2=1
这里应注意：
该机构在D处虽存在轨迹重合的问题，但由于D处相铰接的双滑块为一个Ⅱ级杆组，未引入约束，故机构不存在虚约束。
如果将相铰接的双滑块改为相固联的十字滑块时，则该机构就存在一个虚约束或变成含一个公共约束m=4的闭环机构了。
EF
CD,试计算其自由度
由题意知，此平面机构ABCDEF具有特定的几何条件，故为平行四边形机构，由构件EF及转动副E、F引入的一个约束为虚约束；
G处的滚子转动为局部自由度；
C处为复合铰链；
G及I处均为两构件在两处接触的高副，因过两接触线的公法线重合，故G、I处各只算一个高副。
解法1：
如果去掉机构中虚约束和局部自由度，则n=6,Pl=7,pP=2,并由自由度计算公式得
：
F=3n-2pl-ph=3×
6-2×
7-2=2
解法2：
由机构简图知，n=8,pl=10,ph=2,p'
=1,F'
=1,由自由度计算公式得：
F=3n-（2pl+ph-p'
8-（2×
10+2-1）-1=2
图6
（1）由图6（a）知，n=5,pl=6（A,B处为复合铰链），ph=2,则
5-2×
6-2=1
因该机构具有一个原动件，机构具有确定运动，故计算正确。
（2）如果按
（1）的方法，则由图6（b）知，n=5,pl=5,ph=2,则
5-2=3
然而该机构实际自由度为1，那么，为什么会出现此计算错误呢？
其原因是此机构中的两对齿轮副均提供了两个高副，即ph=4,则
5-4=1
参考文献
7）试确定图7（a）所示机构的自由度；
图7（a）
图7（b）
（1）计算机构的自由度。
B处有局部自由度，G处为复合铰链，n=8，Pl=10，Ph=2，p'
=0，F'
=1，机构的自由度是：
10+2-0）-1=1
（2）高副低代后，机构如图7（b）所示。
（3）确定机构的杆组及机构的级别。
该机构是由原动件1、机架9、两个Ⅱ级杆组（2'
-3和6-7）和一个Ⅲ级杆组（4-5-6-8）组成的，故该机构为Ⅲ级机构。
8）计算图示机构的自由度，并在高副低代后，分析组成这次机构的基本杆组及杆组的级别
解:
1．计算机构的自由度:
F=3*4-2*5-1=12-10-1=1
2．高副低代入图红色所示:
F=3*5-2*7=15-14=1
3．杆组分析:
9）计算图示机构的自由度，并在高副低代后，分析组成这次机构的基本杆组及杆组的级别
1.计算机构自由度:
F=3*5-（2*5+2）-2=15-（10+2）-2=1
2.高副低代后右图所示
3.高副低代后的机构自由度:
F=5*3-2*7=1
4.机构杆组分析
概念
1.当两构件组成转动副时,其相对速度瞬心在
处;
组成移动副时,其瞬心在
组成滑动兼滚动的高副时,其瞬心在
处.
2.相对瞬心与绝对瞬心相同点是
而不同点是
.
3.速度影像的相似原理只能用于
两点,而不能用于机构
的各点.
4.速度瞬心可以定义为互相作平面相对运动的两构件上,
的点.
5.3个彼此作平面平行运动的构件共有
个速度瞬心,这几个瞬心必位于
.含有6个构件的平面机构,其速度瞬心共有
个,其中
个是绝对瞬心,有
个相对瞬心
转动副的圆心
垂直于移动导路的无穷远
处;
组成滑动兼滚动的高副时,其瞬心在接触点两轮廓线的公法线上.
都是两构件上相对速度为零,绝对速度相等的点
相对瞬心的绝对速度不为零,而绝对瞬心的绝对速度为零
.
同一构件上的
不同构件上
的各点.
4.速度瞬心可以定义为互相作平面相对运动的两构件上,相对速度为零,绝对速度相等
的点.
5.3个彼此作平面平行运动的构件共有3
个速度瞬心,这几个瞬心必位于同一条直线上.含有6个构件的平面机构,其速度瞬心共有15个,其中5个是绝对瞬心,有9个相对瞬心.
连杆机构
填充题
1）一对心曲柄滑块机构，若以滑块为机架，则将演化成
机构。
2）在图1所示铰链四杆机构中，若机构以AB杆为机架时，则为
机构；
以BC杆为机架时，则为
以CD杆为机架时，则为
以AD杆为机架时，则为
3）在
条件下，曲柄滑块机构具有急回特性。
4）在曲柄摇杆机构中，当
和
两次共线位置时出现最小传动角。
5）机构的压力角是指
，压力角愈大，则机构效率
6）机构处于死点位置时，其传动角γ为
度，压力角α为
度。
7）铰链四杆机构具有两个曲柄的条件是什么？
8）何为连杆机构的传动角γ？
传动角大小对四杆机构的工作有何影响？
9）铰链四杆机构在死点位置时，推动力任意增大也不能使机构产生运动，这与机构的自锁现象是否相同?
试加以说明？
10）铰链四杆机构中，当最短杆和最长杆长度之和大于其它两杆长度之和时，只能获得
机构．
11）在平面四杆机构中，能实现急回运动的机构有 ， ， ．
12）在摆动导杆机构中，导杆摆角等于30º
，其行程速比系数Ｋ的值为 ．
13）在摆动导杆机构中，若以曲柄为原动件时，该机构的压力角为 度，其传动角为度．
14）一对心曲柄滑块机构中，若改为以曲柄为机架，则将演化为
平面连杆机构及其设计>
习题解答
直动滑杆机构（定块机构，或移动导杆机构）机构。
双曲柄
曲柄摇杆机构
双摇杆机构；
曲柄摇杆机构。
偏距e>
0的条件下，曲柄滑块机构具有急回特性。
曲柄和
机架
作用在从动件
上力的作用线方向与作用点速度方向之间的夹角
，压力角愈大，则机构
的传力效应越差
0度，压力角α为
90度。
参考
10）铰链四杆机构中，当最短杆和最长杆长度之和大于其它两杆长度之和时，只能获得 双摇杆 机构．
11） 在平面四杆机构中，能实现急回运动的机构有 曲柄摇杆机构， 偏置曲柄滑块机构 ， 摆动导杆机构 ．
12） 在摆动导杆机构中，导杆摆角等于30º
，其行程速比系数Ｋ的值为 1.4 ．
13）在摆动导杆机构中，若以曲柄为原动件时，该机构的压力角为0度，其传动角为 90度．
14）一对心曲柄滑块机构中，若改为以曲柄为机架，则将演化为 转动导杆 机构．
凸轮机构
、填空题
1）凸轮机构从动件按余弦加速度规律运动时，在运动开始和终止的位置，有突变，会产生冲击。
2）根据从动件凸轮廓线保持接触方法的不同，凸轮机构可分为力封闭和几何形状封闭两大类型。
写出两种几何形状封闭的凸轮机构和。
3）为了使凸轮廓面与从动件底面始终保持接触，可以利用，，或依靠凸轮上的来实现。
4）凸轮机构的主要优点为。
主要缺点为。
5）为减小凸轮机构的推程压力角，可将从动杆由对心改为偏置，正确的偏置方向是将从动杆偏在凸轮转动中心的侧。
6）凸轮机构的从动件按等加速等减速运动规律运动，在运动过程中，将发生突变，从而引起冲击。
7）当凸轮机构的最大压力角超过许用压力角时，可采取以下措施来减小压力角。
8）凸轮基圆半径是从到的最短距离。
9）平底垂直于导路的直动杆盘形凸轮机构，其压力角等于。
10）在凸轮机构推杆的四种常用运动规律中，运动规律有刚性冲击；
运动规律有柔性冲击；
运动规律无冲击。
11）凸轮机构推杆运动规律的选择原则为。
12）设计滚子推杆盘形凸轮机构凸轮廓线时，若发现工作廓线有变尖现象时，则尺寸参数上应采取的措施是。
选择题及简答
1）滚子从动件盘形凸轮的理论廓线和实际廓线之间的关系为（）
a）两条廓线相似
b）两条廓线相同
c）两条廓线之间的径向距离相等
d）两条廓线之间的法向距离相等
2）何谓凸轮机构的压力角？
其在凸轮机构的设计中有何重要意义？
一般是怎样处理的？
3）设计直动推杆盘形凸轮机构时，在推杆运动规律不变的条件下，要减小推程压力角，可采用哪两种措施？
4）图1中两图均为工作廓线为圆的偏心凸轮机构，试分别指出它们的理论廓线是圆还是非圆，运动规律是否相同。
1、如图2所示为凸轮机构推杆的速度曲线，它有四段直线组成。
要求：
在题图上画出推杆的位移曲线、加速度曲线；
判断哪几个位置有冲击存在，是刚性冲击还是柔性冲击；
在图示的F位置，凸轮与推杆之间有无惯性力作用，有无冲击存在。
2、在图3（a）所示的直动滚子推杆盘形凸轮机构中，已知推程期的推杆运动规律线图如图3（b）、（c）所示。
凸轮实际轮廓的最小半径为rmin=30mm,滚子半径为rr=12mm,偏距e=14mm。
试求：
（1）凸轮的基圆半径r0的值。
（2）取长度比例尺μl=1mm/mm,作图求解当凸轮转角为90º
时，所对应的以下各项:
①凸轮理论廓线的对应点；
②确定实际廓线的对应点；
③凸轮与推杆的速度瞬心位置；
④画出该位置所对应的压力角。
3、在直动尖顶推杆盘形凸轮机构中，图题4所示推杆的运动规律尚不完全，试在图上补全各段的s-δ，v-δ，a-δ曲线，并指出哪些位置有刚性冲击，哪些位置有柔性冲击。
图4
4、图5中给出了某直动杆盘形凸轮机构的推杆的速度线图。
（1）定性地画出其加速度和位移线图；
（2）说明此种运动规律的名称及特点（v,a的大小及冲击的性质）；
（3）说明此种运动规律的适用场合。
5、用作图法作出一平底摆动推杆盘形凸轮机构的凸轮实际廓线，有关机构尺寸及推杆运动线图如图6所示。
只需画出凸轮转角180º
范围内的轮廓线，不必写步骤，但需保留作图辅助线。
图6
6、欲设计一图题7所示直动杆盘形凸轮，要求在凸轮转角为0º
～90º
时，推杆以余弦加速度规律上升h=20mm,且取r0=25mm,e=10mm,r=5mm。
试作：
（1）选定凸轮转向ω1，并简要说明选定的原因；
（2）用反转法绘出当凸轮转角δ=0º
时凸轮的工作廓线（画图的分度要求≤15º
）。
（3）在图上标注出δ=45º
时轮廓的压力角α。
7、图8所示的两种凸轮机构均为偏心圆盘。
圆心为O，半径为R=30mm,偏心距lOA=10mm,偏距e=10mm。
（1）这两种凸轮机构推杆的行程h和凸轮的基圆半径r0；
（2）这两种凸轮机构的最大压力角αmax的数值及发生的位置（均在图上标出）。
8、如图9所示,已知一偏心圆盘R=40mm,滚子半径r=10mm,lOA=a=90mm,lAB=l=70mm,转轴O到圆盘中心C的距离lOC=20mm,圆盘逆时针转动。
（1）标出凸轮机构在图示位置时的压力角α，画出基圆，求基圆半径r0。
（2）作出推杆由最下位置摆动到图示位置时，推杆摆过的角度ψ及相应的凸轮转角δ。
1）凸轮机构从动件按余弦加速度规律运动时，在运动开始和终止的位置，加速度有突变，会产生柔性冲击。
写出两种几何形状封闭的凸轮机构槽道凸轮和等径凸轮。
3）为了使凸轮廓面与从动件底面始终保持接触，可以利用从动件自身的重力，弹簧力，或依靠凸轮上的几何形状来实现。
4）凸轮机构的主要优点为只要适当地设计出凸轮廓线，就可以是从动件可以各种预期的运动规律。
主要缺点为从动件与凸轮之间是高副（点接触、线接触），易磨损，所以凸轮机构多用在传力不大的场合。
5）为减小凸轮机构的推程压力角，可将从动杆由对心改为偏置，正确的偏置方向是将从动杆偏在凸轮转动中心的正偏置侧。
6）凸轮机构的从动件按等加速等减速运动规律运动，在运动过程中，加速度将发生突变，从而引起柔性冲击。
7）当凸轮机构的最大压力角超过许用压力角时，可采取以下措施来减小压力角增大基圆半径、改变偏置方向。
8）凸轮基圆半径是从凸轮转动中心到理论廓线的最短距离。
9）平底垂直于导路的直动杆盘形凸轮机构，其压力角等于0。
10）在凸轮机构推杆的四种常用运动规律中，等速运动运动规律有刚性冲击；
等加速等减速、余弦加速度运动规律有柔性冲击；
正弦加速度运动规律无冲击。
11）凸轮机构推杆运动规律的选择原则为首先要满足机器的工作要求，同时还应使机器具有良好的动力特性和使所设计的凸轮便于加工。
12）设计滚子推杆盘形凸轮机构凸轮廓线时，若发现工作廓线有变尖现象时，则尺寸参数上应采取的措施是适当增大基圆半径或适当减小滚子半径。
2、选择题及简答
1）滚子从动件盘形凸轮的理论廓线和实际廓线之间的关系为（d）
a）两条廓线相似
c）两条廓线之间的径向距离相等
d）两条廓线之间的法向距离相等
参考
措施1、将对心只动从动件改为偏置只动从动件
措施2、增大凸轮基圆半径
4）在图1中两图均为工作廓线为圆的偏心凸轮机构，试分别指出它们的理论廓线是圆还是非圆，运动规律是否相同。
左面凸轮的理论廓线是圆,右面凸轮的理论廓线是非圆.它们的运动规律不相同.
3、计算题
1）如右图2（a）所示为凸轮机构推杆的速度曲线，它有四段直线组成。
由图2（a）所示推杆的速度曲线可知：
在OA段内（0≤δ≤π/2），因推杆的速度v=0，故此段为推杆的近休段，推杆的位移及加速度均为零，即s=0，a=0，如图2（b）及（c）所示。
在AD段内（π/2≤δ≤3π/2），因v>
0,故为推杆的推程段。
且在AB段内，因速度线图为上升的斜直线，故推杆先等加速上升，位移曲线为抛物线运动曲线，而加速度曲线为正的水平直线段；
在BC段内，速度线图为水平直线段，故推杆继续等速上升，位移线图为上升的斜直线，而加速度曲线为与δ轴重合的线段；
在CD段内，速度线图为下降的斜直线，故推杆继续等减速上升，位移曲线为抛物线运动曲线，而加速度曲线为负的水平线段。
作出推杆推程段的速度v及加速度a线图，如图2（b）及（c）所示。
在DE段内（3π/2≤δ≤2π），因v<
0,故为推杆的回程段，且速度曲线为水平线段，推杆作等速下降运动。
其位移曲线为下降的斜直线，而加速度曲线为与δ轴重合，且在D和E处其及加速度分别为负无穷大和正无穷大，如图2（b）及（c）所示。
由推杆速度曲线（图2（b））和加速度曲线（图2（c））知，在D及E处，与速度突变，且在相应的加速度线图上分别为负无穷大和正无穷大。
故在凸轮机构D和E处有刚性冲击。
在加速度线图上A"
，B"
，C"
及D"
处有加速度值的有限突变，因此，在这几处凸轮机构有柔性冲击。
在F处有正的加速度值，故有惯性力，但既无速度突变，又无加速度突变，因此，F处无冲击存在。
2）在图3（a）所示的直动滚子推杆盘形凸轮机构中，已知推程期的推杆运动规律线图如图3（b）、（c）所示。
（1）凸轮的基圆半径r0的值。
（2）取长度比例尺μl=2mm/mm,作图求解当凸轮转角为90º
①确定理论廓线的对应点；
②确定实际廓线的对应点；
③画出该位置所对应的压力角。
④凸轮与推杆的速度瞬心位置；
（1）凸轮的基圆半径为r0=rmin+rr=30+12=42mm。
（2）取长度比例尺μl=2mm/mm,作原凸轮机构的位置图，如图3（a）所示，然后再求作当凸轮转过δ=90º
时对应的以下各项：
①以O为圆心分别以偏距e和基圆半径r0为半径作偏距圆和基圆,再过实际廓线推程段的起始点B'
0作推杆的导路位置线B'
0K0与偏距圆相切，且与基圆交于点B0，即得推杆滚子中心的初始位置。
根据反转法原理，推杆由B0K0位置沿-ω方向反转δ=90º
角，可在基圆上确定出C点，过C点作偏距圆的切线CK即得推杆在此位置的导路位置线，在KC延长线上取BC=s=21.875mmm,求得B点，即为凸轮转过90
º
时理论廓线上所求的对应点。
②过B作凸轮理论廓线的法线nn，其与滚子的交点B'
，即为凸轮实际廓线上的对应点。
③凸轮理论廓线B点的法线与过凸轮轴心O所作垂直于推杆导路方向线交于点P，即为凸轮与推杆的相对瞬心位置。
④B点处凸轮廓线的法线nn与过B点的推杆导路方向线所夹的锐角α即为所求的凸轮机构的压力角。
3）在直动尖顶推杆盘形凸轮机构中，图4所示推杆的运动规律尚不完全，试在图上补全各段的s-δ，v-δ，a-δ曲线，并指出哪些位置有刚性冲击，哪些位置有柔性冲击。
4）图5中给出了某直动杆盘形凸轮机构的推杆的速度线图。
（1）定性地画出其加速度和位移线图；
（2）说明此种运动规律的名称及特点（v,a的大小及冲击的性质）；
（3）说明此种运动规律的适用场合。
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