机械原理第八版课后练习答案(西工大版A).doc

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<机械原理>第八版西工大教研室编

第2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，而且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。

2-4何谓最小阻力定律?

试举出在机械工程中应用最小阻力定律的1、2个实例。

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2-20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。

2-9任选三个你身边已有的或能观察到的下列常用装置（或其他装置），试画出其机构运动简图，并计算其自由度。

1）折叠桌或折叠椅；2）酒瓶软木塞开盖器；3）衣柜上

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：

不合理∵，可改为

2-12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。

解：

2-16试计算图示凸轮-连杆组合机构的自由度

（a）

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-（2pl+ph-p’）-F’=3ⅹ7-（2ⅹ8+2-0）-2=1

（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-（2pl+ph-p’）-F’=3×6-（2ⅹ7+2-1）-2=1

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）

解：

（1）n=11,p1=17,ph=0,p`=2p1`+ph-3n`=2,F`=0

F=3n-（2p1+ph-p`）-F`=3×11-（2×17+0-2）-0=1

（2）去掉虚约束后F=3n-（2pl+ph）=3×5-（2×7+0）=1

（d）A、B、C处为复合铰链。

自由度为：

F=3n-（2p1+ph-p`）-F`=3×6-（2×7+3）-0=1

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-（2pl+ph-p’）-F’=3×5-（2×7+0-0）-0=1

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：

2-18图示为一刹车机构。

刹车时，操作杆j向右拉，通过构件2、3、4、5、6使两闸瓦刹住车轮。

试计算机构的自由度，并就刹车过程说明此机构自由度的变化情况。

（注；车轮不属于刹车机构中的构件。

（1）未刹车时，刹车机构的自由度

2）闸瓦G、J之一剃紧车轮时．刹车机构的自由度

3）闸瓦G、J同时刹紧车轮时，刹车机构的自由度

解：

1>

2>

3>

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。

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：

机械运动简图如下：

F=3n-（2p1+pb-p`）-F`=3×5-（2×6+1-0）-1=1

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?

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：

答：

（10分）

（d）

（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ω1/ω3。

（2分）

答：

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。

3-6在图示的四杆机构中，LAB=60mm，LCD=90mm,LAD=LBC=120mm,ω2=10rad/s,试用瞬心法求：

1）当φ=165°时，点的速度vc；

2）当φ=165°时，构件3的BC线上速度最小的一点E的位置及速度的大小；

3）当VC=0时，φ角之值（有两个解）。

解：

1）以选定的比例尺μ机械运动简图（图b）

2）（3分）

（3分）

求vc定出瞬心p12的位置（图b）

因p13为构件3的绝对瞬心，则有

ω3=vB/lBp13=ω2lAB/μl.Bp13=10×0.06/0.003×78=2.56（rad/s）

vc=μcp13ω3=0.003×52×2.56=0.4（m/s）

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引BC线的垂线交于点E，由图可得

vE=μl.p13Eω3=0.003×46.5×2.56=0.357（m/s）

4）定出vc=0时机构的两个位置（图c）量出

φ1=26.4°

φ2=226.6°

3-8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。

答：

（10分）

（b）

答：

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ω1（顺时针），试用图解法求机构在图示位置时C点的速度和加速度。

（a）

答：

（1分）（1分）

Vc3=VB+VC3B=VC2+VC3C2（2分）

aC3=aB+anC3B+atC3B=aC2+akC3C2+arC3C2（3分）

VC2=0aC2=0（2分）

VC3B=0ω3=0akC3C2=0（3分）

（b）

答：

（2分）

（2分）

VC2=VB+VC2B=VC3+Vc2C3（2分）

ω3=ω2=0（1分）

aB+anC2B+atC2B=aC3+akC2C3+arC2C3（3分）

（c）

答：

（2分）

VB3=VB2+VB3B2（2分）

VC=VB3+VCB3（2分）

（1分）

anB3+atB3=aB2+akB3B2+arB3B2（3分）

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。

（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