机械原理课后-修订编选

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1、机械原理课后习题答案（顺序有点乱，不过不影响）机械原理课后习题答案（顺序有点乱，不过不影响） 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 57 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 1213 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

2、构的自由度时，应注意哪些事项? 答：参考教材 1517 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 1819 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 2021 页。 2-9 任选三个你身边已有的或能观察

3、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 在轴上的凸轮 2 与杠杆 3 组成的凸轮机构使冲头

4、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： 3 32 4 10f 不合理 0f ，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： 3 82 102 11f 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)

5、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=34-(24+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=35-(27+0-0)-0=1 2-15 试绘制图 n 所示仿人手型机械手的

6、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： 3 72 101f 2-16 试计算图示凸轮-连杆组合机构的自由度 （a） 解： 3 42 5 11f 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=37- (28+2-0)- 2=1

7、（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 =36- (27+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

8、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=311-(217+0-2)-0=1 (2) 去掉虚约束后 F=3n-(2pl+ph) =35-(27+0) =1 （d）A、B、C 处为复合铰链。自由度为：F=3n-(2p1+ph-p)-F=36-(27+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，

9、故为两个高副。 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 3 62 82f 2 3 52 71f 3 3 42 61f 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： 3 7

10、2 101f 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=90 mm；lBC=lCD=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。

11、 解：机械运动简图如下： F=3n-(2p1+pb-p)-F=35-(26+1-0)-1=1 第 3 章 31 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 3031 页。 32 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 1/3。 答：1)瞬新的数目： K=N(N-1)/2=6(6-1)/2=15 2)为求1

12、/3需求 3 个瞬心 P16、P36、P13的位置 3） 1/3= P36P13/P16P13=DK/AK 由构件 1、3 在 K 点的速度方向相同，可知3与1同向。 3-6 在图示的四杆机构中，LAB=60mm，LCD=90mm,LAD=LBC=120mm, 2=10rad/s,试用瞬心法求： 1)当=165时，点的速度 vc； （2 分） 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

13、心，则有 3=vB/lBp13=2lAB/l.Bp13=100.06/0.00378=2.56(rad/s) vc=c p133=0.003522.56=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=l.p13E3=0.00346.52.56=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

14、度多边形。 答： （3 分） （3 分） （10 分） （b） 答： 答： 311 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 1 (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=0 aC2=0 （2 分） VC3B=0 3=0 akC3C2=

15、0 （3 分） (b) 答： （2 分） （2 分） VC2=VB+VC2B=VC3+Vc2C3 （2 分） 3=2=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） a n B3+a t B3=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=22vB2B3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=22vB2B3故3，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 1，34 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2=3=0故在此四个位置无哥氏加速度。图 (b)中无论在什么