机械原理课后习题及答案部分.pdf
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1、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1 2 1 3 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1 5 1 7 页。2-6在图2-2 2 所示的机构中,在较链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
2、能,因为在较链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1 8 1 9 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2 0 2 1 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
3、机构运动简图。2)分析其是否可实现设计意图。F=3 n-(2 P i+P h-p,)-F =3 X 3-(2 X 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。X 2-1 3 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。
4、=3 X4-(2 X4+0-0)-1=11)绘制机构运动简图F=3n-(2Pi+P-p )-F =3X5-(2X7+0-0)-0=12)弯曲9 0 o 时的机构运动简图X 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。(2)计算自由度尸=3x7-2x10=1(a)F=3n-(2P1+Ph-p,)-F =3X4-(2X5+1-0)-0=l(A 处为复合较链)(b)F=3n-(2Pi+Ph-p)-F =3X7-(2X8+2-0)-2=1(2、4 处存在局部自由度)(c)p,=(2Pi +P J)-3n=2X10+0-3X6=2,F=3n-(
5、2P1+Ph-p)-F =3X 11-(2X 17+0-2)-0=1(C、F、K 处存在复合较链,重复部分引入虚约束)X 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处较接,使活动台板能相对于固定台极转动。又通过件1,2,3,4 组成的较链四杆机构及连杆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,使较链 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1后1/9 0
6、皿;1B C=1=25 mm,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-(2pi+pb-p,)-F =3 X 5-(2 X 6+1-0)-1=12-2 3 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。F=3n-(2Pi+Ph-p)-F =3X7-(2X10+0-0)-0=1I I 级组I I 级组2)拆组3)E G 为原动件,拆组T T T级组2-2 4 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。解:1)计算自由度F=3 n-(2 P
7、i+P h-p,)-F =3 X5-(2 X6+1-0)-1=13)高副低代(如图3所示)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)解:1)计算自由度F=3 n-(2 P1+P h-p,)-F =3 X-(2 X9+1-0)-1=12)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3 0 3 1 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3 1 页。X 3-3 机构中,设已知构件的尺寸及点
8、B的速度VB(即速度矢量p b),试作出各机构在图示位置时的速度多边形。X 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?作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)根据上一条.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,a1tB 2B S=2 3 2 V B 绝对吗?为什么。解:(1)图(a)存在哥氏加速度,图(b)不存在。(2)由于akB 2 B 3 2 3 2 V B 2 B 3 故3 3,V B 2 B 3 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,
9、此时VB2 M=0,当构件1 与构件3相互垂直.即一f=;点到达最左及最右位置时3 2=3 3=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3k 3 3=0,故该机构在任何位置哥矢加速度都为零。(3)对。因为 3 3=3 2o3-5在图示的曲柄滑块机构中,已知 几=3 0 几=I。,%。=5 0W,%/E=4 0 ,曲柄以等角速度幼=1 0 ra d/s回转,试用图解法求机构在例=4 5。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VC2=VB+VC2B=VC3+VC 2 C 3(2)速度分析 1%=助/=0.3 W s
10、(_ L A B)大小:?v?0?方向:?v BC/BC根据速度影像原理,作/M/2=而/就 求 得 点 d,连接p d。根据速度影像原理,作 A b d e a A B O E 求得点e,连接p e,由图可知vD=/z1.pd=0.2 3 n V s,vE=/rp e,=O.1 7 3 hV s,vC 2 C 3=4,c 2 c 3 =O.1 7 5 hV s,g=/Jvbc2/lB C=2 r“/s(顺时针)(3)加速度分析=3 n V s2 (B-A)根据速度影像原理作d /C 2 =而/就 求 得 点 d ,连接P d 。根据速度影像原理,作 Z/d d a A B O E 求得点,连
11、接,,由图可知aD=/Ja p d=2.6 4 n Ys 2,aE=jua p e =2.8n s 2,a2=ac2BBC=Ao 2C2 BC=8.3 s2(M 时 针3-6 在图示机构中,设已知各构件的尺寸,原动件-1 以等角速度例顺时针方向转动,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)。3-7 在图示机构中,已知/从。=7 0WW,/A B=4 0,/五 广=3 5 z/a =7 5,“W,/B C=5 8,曲柄以等角速度例=1 0 md/s回转,试用图解法求机构在劭=5 0P位置时,C点的速度工和加速度解:(1)以选定的比例尺功作机构运动简图。VF5=VF4=
12、VF+VF5F1速度分析=例8=0.4 iW s,蚱=助6 =0,7 2 n V s大小:v V d 用速度影响法求方向:_ L E F 1 A F /AFVC=VD+VCDVC VB+VCB(2)速度分析大小:v大小:v方向:IEDA.CD 方向:L A B V B C(3)加 速 度 分 析=2/=4 n V s2(B t A),a F 1 =colA F=7.2 n Ys2(F t A)aF5=aF4 aF+a 尸 5 F 1 +aF5F大小:7 2 UF5F方向:尸 A /f /AFaF5=aF4大小:方向:aE+a*4E+F4E婢EF a d 用加速度影像法求F f E L E F0
13、ac=aD-v aD+dCD大小:v C OICD方向:7 C D L C DaC=aB+aC,B+dcB大小:V ;,CB方向:v C f B L C B2ac=p c =3 n Ys-3-8 在图示凸轮机构中,已知凸轮1以等角速度g=1 0 ra,s转动,凸轮为一偏心圆,其半径R =25mm,lAR=5min,lA D=50mni,=“4 8。=2.3 m/5(逆时针)方向:J.B O J _ 4 B /CD其中,aB2ii4=2 gv B 2*=0.7 4 6 n V s2,6 1 2 2 0 =硝BD=O.2 86 n V s2,a2=A)解:(a)总瞬心数:4 x3/2=6对 P 1
14、 3:P%P 2 3、P i3 在同一直线上,P 1 4,PM、在同一直线上对 P m P u、P”、P 2 4 在同一直线上,P*P 1 4,P 2 4 在同一直线上d)总瞬心数:4 X 3/2=6对 P 1 3:P 1 2、P 2 3、P 1 3 在同一直线上,PM、P 3 4、P 1 3 在同一直线上对 P 2 4:P 2 3、P 3 4、在同一直线上,P*P 1 4,P”在同一直线上X 3-1 2 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3/3 3。解:1)瞬新的数目:K=N(N-l)/2=6(6-l)/2=1 52)为求d/33需求3个瞬心P a
15、P%P、的位置,3)3/3 3=P 3 6 P l3/P”l3=D K/A K,由构件1、3在 K点的速度方向相同,可知3 3 与3 同向。3-1 3 在图示四杆机构中,=6 0 w%/a 1 =9O w,n,0 2 =1 0 ra d/s,试用瞬心法求:(1)当夕=1 6 5 0 时点C的速度k;当夕=1 6 5。时构件3的 B C 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)解:(1)以选定的比例尺4 作机构运动简图(2)因 P 24为构件 2、4 的顺心,则 4=2 24A=0&4 =4.5r ad/s,vc=co4-lC D=0.4n Vslp24D 刍 4。对
16、P 2K P 23、P 34、P 24在同一直线上,P i 2、P u s P 24在同一直线上(3)因构件3 的 B C 线上速度最小的点到绝对瞬心PM的距离最近,故从P i 3作 B C 线的垂线交于E 点。对 P 13:P 12,P 23、P l3在同一直线上,P 、P 34、P l3在同一直线上,故收=/&E=0 3,%舁 /=-.生 E j=1 .6 3 E =0.357n Vs(4)若 V c=O,贝|。4=0,0 4=加=。2 玛4 AlP24D P 2M若 24A =0,则 P 与 P 12重合,对PM:P23、P“、P 24在同一直线上,P*PM、P 24在同一直线上若玛4A
17、 =0,则 A、B、C三点共线。劭=8 sde黑 产 之)=264。,即产状;:)=2266X 3 T 5 在图示的牛头刨机构中,1A B=200 mn l,1C D=960 n u n,1D E=160 mm,h=80 0 mm,hi=360 mm,h2=120 mmo设曲柄以等角速度3F5 r a d/s.逆时针方向回转.试以图解法求机构在6=135。位置时.刨头点的速解:(1)以/作机构运动简图,如图所示。(2)利用顺心多边形依次定出瞬心心6,%,生%=1%=例4生:=1.2痴/5X 3-1 6 图示齿轮一连杆组合机构中,M M 为固定齿条,齿轮3 的直径为齿轮4 的 2 倍.设已知原动
18、件1以等角速度3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 的速度影解:(1)以山作机构运动简图如(a)所示。(2)速度分析:此齿轮连杆机构可看作,A B C D受 DC EF两个机构串联而成,则可写出:VC=VB+VC B,VE=VC+VE C以U v 作速度多边形如图(b)所示.由图得VE=u v p e m/S齿轮3 与齿轮4 的啮合点为k,根据速度影像原理,作 dc k s/i DC K 求得k点。然后分别以c,e为圆心,以 c k、e k 为半径作圆得圆g3和圆取。圆 g3代表齿轮3 的速度影像,圆 g,代表齿轮4 的速度影像。X3 T 9 图示为一汽
19、车雨刷机构。其构件1 绕固定轴心A转动,齿条2 与构件1 在 B点处较接,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1电=18 m m,轮 3 的分度圆半径n=12 m m,原动件1 以等角速度3=1 r ad/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111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。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?3 11AB?方 向-
20、J-B D-1-A B B CVB2=W I1A B=0.0 1 8 m/s以U v 作速度多边形图(b),有 3 2=3 6786/3=1146/11上 口=0.0 59出(1/5(逆时针)VB2B 6=u v b2b6=0.0 18 45 r n /s(3)加速度分析:a ss=a b +a%=a%+akB6B2+a b a大 小(i 2B1BD?3,1AB 2 w 2VB6B2?方向 B-D-1-B D B-A -1-B C B C其中,aB 2=wI21A B=0.0 8m/s2,anB6=621B D=0.0 0 0 1 8m/s2,akB 2 B =2 w6VB2B 6=0.0 0
21、 217m/s2.以 u a 作速度多边 形 图(c)o W a 6=alB 6/lB D=U a be r/1B D=1,71 r ad/s“顺时针)图示为一缝纫机针头及其挑线器机构,设已知机构的尺寸lA B=3 2 m m,1B C=100 m m,lB E=2 8im n,lF G=9 0m m,原动件1 以等角速度3尸 5 rad/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和挑线器摆杆F G 上点G的速度及加速度。解:(1)以山作机构运动简图如图(a)所示。(2)速度分析:VC2=VB2+VC2B2大小?3 1A B?方向 A C -1-A B -*-B C以以作速度多边
22、形图如图(b),再根据速度影像原理;作ab 2 c ze 2 s zX B C E 求 得 即 由。由图得3 2=V C2 B 2/1B C=口 aC 2 b2/lB c=0.4 4 rad /s (逆时针)以E为 重 合 点VE5=VB4+VE5E4大小?J?方 向-1-E F V /E F继续作图求得vE 5,再根据速度影像原理,求得V G=L pg=0.07 7 m/s3产 p vpg /1F G=0.86 rad /s (逆时针)V E S EF U,6 5 04=0.16 5 rn /s(3)加速度分析:3C2=a”B2+anc2B2+ac2B2大小?3 121AB 3 221BC?
23、方向 A C B-A C-B -1-B C其中 anB 2=312 1AB =0.8 m /s2,a%B 2 =3 ac 2 B 2=0.02 m /S2以L=0,01(m/s 2)/m m 作加速度多边多图c,利用加速度影像求得e?。再利用重合点E建立方程ab十 a M aM+aZm+aZM 继续作图。矢量p d s 就代表a/。利用加速度影像得g 。aG=u,p g =0.5 3 m /Sz第四章平面机构的力分析击】。图示为一曲柄滑块机构的三个位置,P为作用在活塞上的力,转动副A及B上所画的虚线小圆为摩擦圆,试决定在此三个位置时,作用在连杆A B 上的作用力的真实方向(各构件的重量及惯性力
24、略去不计)。解:(1)判断连杆2承受拉力还是压力(如图);(2)确定3、3 2 3 的方向(如图);(3)判断总反力应切于A、B处摩擦圆的上方还是下方(如图);(4)作出总反力(如图)。击日在图示的曲柄滑块机构中,设已知/AB=O.I m,/B c=0-3 3 m,m=15 00r/m in (为常数),活塞及其附件的重量Q i=2 1N,连杆重量Q z=2 5 N,JC2=0.0 4 2 5 k g m 连杆质心c?至曲柄销B的距离Z=/e c/3o试确定在图示位置的活塞的惯性力以及连杆的总惯性力。解:以必作机构运动简图(图 a)1)运动分析,以从,和“作其速度图(图 b)及 加 速 图(图
25、 c)。由图c得a=f k =2f=Z 2 Z=5 O O(X rad/s 2)(逆时针)/c%c 0.3 32)确定惯性力活塞 3:眉 3 =机3%=也 勺=jx I 800=3 85 3 2(N)连杆 2:Pl2=aC2=x 2 12 2 5 =5 4 09:)MI2=J(.aC2=0.04 2 5 x 5 000=2 12 5(M)(顺时针)连杆总惯性力:P;2=Pl2=5 4 0g N)d=,2/6 2 =2 12 5/5 4 09 =O.O 3 9 3 7)(将片3 及明示于图 a 上)第五章机械的效率和自锁X5-6图示为一带式运输机,由电动机1 经带传动及一个两级齿轮减速器,带动运
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