机械原理部分答案.docx
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机械原理部分答案
＜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）衣柜上的弹簧合页；4）可调臂台灯机构；5）剥线钳；6）磁带式录放音机功能键操纵机构；7）洗衣机定时器机构；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A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:
f332410不合理•/f0，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:
f38210211
2-16试计算图示凸轮-连杆组合机构的自由度
（a）
f342511
A为复合铰链
解:
（b）
图2-i
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-（2pi+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'=3X6-（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咼。
（c）
解：
（1）n=11,p1=17,ph=0,p'=2p1'+ph-3n'=2,F'=0
F=3n-（2p1+ph-p'）-F'=3X11-（2X17+0-2）-0=1
⑵去掉虚约束后F=3n-（2pi+ph）=3X5-（2X7+0）=1
（d）A、B、C处为复合铰链。
自由度为：
F=3n-（2pi+ph-p'）-F'=3X6-（2X7+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'=3X4-（2X4+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I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'=3X5-（2X7+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:
f372101
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:
f36282
f35271
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。
组图为
此机鞫为
村件冲昌为感菇件时机曲苗奉生样
販杓件EC为原色件时昶粒肖的基
D
解：
f372101
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Iab=Iad=90mm；Ibc=Icd=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。
”B
解：
机械运动简图如下：
F=3n-（2pi+pb-p'）-F'=3X5-（2X6+1-0）-仁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。
，直接标注在图上）
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,
（a）
At>
A
（b）
答:
（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
叮叮小文库
答：
1）瞬新的数目：
K=N（N-1）/2=6（6-1）/2=15
2）为求31/33需求3个瞬心P16、P36、P13的位置
3）
31/33=P36P13/P16P13=DK/AK
由构件1、3在K点的速度方向相同，可知33与31同向
3-6在图示的四杆机构中，LAB=60mm,LcD=90mm,LAD=LBc=120mm,32=10rad/s试用瞬心法求:
1）当©=165。
时，点的速度vc；
2）当©=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，©角之值（有两个解）。
解：
1）以选定的比例尺卩机械运动简图（图b）
2）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
33=vB/lBp13=32|ab/卩l.Bp13=10X0.06/0.003X78=2.56（rad/s）vc=卩cp1333=0.003X52X2.56=0.4（m/s）
3）定出构件3的BC线上速度最小的点分的位置'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=卩|.p13E33=0.003X46.5X2.56=0.357（m/s）4）定出vc=0时机构的两个位置（图c）量出
©1=26.4°
©2=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。
（10分）
2冋b见虬刃
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
~1
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cdi（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）
（1分）
（1分）
（3分）
（3分）
Vc3=VB+VC3B=VC2+VC3C2（2分）
ntkr
ac3=aB+ac3B+ac3B=ac2+ac3C2+ac3C2
Vc2=0ac2=0（2分）
k
VC3B=0Cb3=0aC3C2=0
（b）
答:
B（显b*\
（2分）
（2分）
VC2=VB+VC2B=VC3+VC2C3
（3分）
VB3=VB2+VB3B2
VC=VB3+VCB3
答
（2分）
（2分）
（2分）
（1分）
（3分）
n,t,k,r
aB3+aB3=aB2+aB3B2+aB3B2
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。
⑶图@）中，akB2B3==232VB2B3对吗？
为什么
（b）不存在。
⑵由于akB2B3==2W2VB2B3故33,VB2B3中只要有一项为零，则哥氏加速度为零。
图⑻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32=33=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32=33=0,故该机构在任何位置哥矢加速度都为零。
（3）对。
因为33三32。
3-14在图示的摇块机构中，已知lAB=30mm,
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