机械原理课后习题答案部分.docx

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机械原理课后习题答案部分

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5~7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12~13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15~17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?

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18~19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20~21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。

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’=3×3-（2×4+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）取比例尺作机构运动简图如图所示。

（2）F=3n-（2p1+ph-p’）-F’=3×4-（2×4+0-0）-1=1

2-14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’=3×5-（2×7+0-0）-0=1

2）弯曲90º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

2-17计算如图所示各机构的自由度。

（a）F=3n-（2Pl+Ph–p’）-F’=3×4-（2×5+1-0）-0=1（A处为复合铰链）

（b）F=3n-（2Pl+Ph–p’）-F’=3×7-（2×8+2-0）-2=1（2、4处存在局部自由度）

（c）p’=（2Pl’+Ph’）-3n’=2×10+0-3×6=2,F=3n-（2Pl+Ph–p’）-F’=3×11-（2×17+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=90mm；lBC=lCD=25mm，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-（2p1+pb-p’）-F’=3×5-（2×6+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+Ph–p’）-F’=3×7-（2×10+0-0）-0=1

2）拆组

3）EG为原动件，拆组

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+Ph–p’）-F’=3×5-（2×6+1-0）-1=1

2）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+Ph–p’）-F’=3×-（2×9+1-0）-1=1

2）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

3—1何谓速度瞬心?

相对瞬心与绝对瞬心有何异同点?

答：

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?

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，akB2B3=2ω2vB2B3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==2ω2vB2B3故ω3，vB2B3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1，3．4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ω2=ω3=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ω2=ω3=0，故该机构在任何位置哥矢加速度都为零。

（3）对。

因为ω3≡ω2。

3-5在图示的曲柄滑块机构中，已知，曲柄以等角速度回转，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的角速度和角加速度。

解：

（1）以选定的比例尺作机构运动简图

（2）速度分析

根据速度影像原理，作求得点d，连接pd。

根据速度影像原理，作求得点e，连接pe，由图可知

（3）加速度分析

根据速度影像原理作求得点，连接。

根据速度影像原理，作求得点，连接，由图可知

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）

（b）

（c）

3-7在图示机构中，已知，曲柄以等角速度回转，试用图解法求机构在位置时，C点的速度和加速度。

解：

（1）以选定的比例尺作机构运动简图。

速度分析vd用速度影响法求

（2）速度分析

（3）加速度分析

ad用加速度影像法求

3-8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。

试用图解法求构件2的角速度和角加速度。

解：

（1）以选定的比例尺作机构运动简图。

（2）速度分析：

将机构进行高副低代，其替代机构如图b所示。

（3）加速度分析

其中，

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：

4×3/2=6

对P13：

P12、P23、P13在同一直线上，P14、P34、P13在同一直线上

对P24:

P23、P34、P24在同一直线上，P12、P14、P24在同一直线上

d）总瞬心数：

4×3/2=6

对P13：

P12、P23、P13在同一直线上，P14、P34、P13在同一直线上

对P24:

P23、P34、P24在同一直线上，P12、P14、P24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ω1/ω3。

解：

1）瞬新的数目：

K=N（N-1）/2=6（6-1）/2=15

2）为求ω1/ω3需求3个瞬心P16、P36、P13的位置，

3）ω1/ω3=P36P13/P16P13=DK/AK，由构件1、3在K点的速度方向相同，可知ω3与ω1同向。

3-13在图示四杆机构中，，试用瞬心法求：

（1）当时点C的速度；当时构件3的BC线上（或其延长线上）速度最小的一点E的位置及其速度大小；（3）当时角之值（有两解）。

解：

（1）以选定的比例尺作机构运动简图

（2）因P24为构件2、4的顺心，则

对P24:

P23、P34、P24在同一直线上，P12、P14、P24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：

P12、P23、P13在同一直线上，P14、P34、P13在同一直线上，故

（4）若，则，

若，则P24与P12重合，对P24:

P23、P34、P24在同一直线上，P12、P14、P24在同一直线上

若，则A、B、C三点共线。

※3-15在图示的牛头刨机构中，lAB=200mnl，lCD=960mm，lDE=160mm,h=800mm,h1=360mm,h2=120mm。

设曲柄以等角速度ω1=5rad／s．逆时针方向回转．试以图解法求机构在φ1=135º位置时．刨头点的速度vC。

※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ω1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μl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，vE=vC+vEC

以μv作速度多边形如图（b）所示．由图得vE=μvpem/S

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=18mm,轮3的分度圆半径r3=12mm，原动件1以等角速度ω=lrad/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的角速度和角加速度。

解：

（1）以μl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

vB6=vB2+vB6B2

大小?

ω1lAB?

方向┴BD┴AB∥BC

vB2=ωllAB=0.018m／s

以μv作速度多边形图（b），有ω2=ω6=vB6/lBD=μvpb6/μlBD=0.059rad/s（逆时针）

vB2B6=μvb2b6=0.01845rn／s

（3）加速度分析：

aB5=anB6+atB6=anB2+akB6B2+arB6B2

大小ω26lBD?

ω12lAB2ω2vB6B2?

方向B-D┴BDB-A┴BC∥BC