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^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：332410f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：38210211f2-16试计算图示凸轮-连杆组合机构的自由度（a）解：342511f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`=0F=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=12-14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=12-15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：372101f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：136282f235271f334261f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：372101f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。答：1)瞬新的数目：K=N(N-1)/2=6(6-1)/2=152)为求ω1/ω3需求3个瞬心P16、P36、P13的位置（2分）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）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分）（3分）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。3-14在图示的摇块机构中，已知lAB=30mm，lAC=100mm，lBD=50mm,lDE=40mm，曲柄以等角速度ωl=40rad／S回转，试用图解法求机构在φ1=45º位置时，点D及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μl作机构运动简图(a)所示。(2)速度分析：以C为重合点，有vC2=vB+vC2B=vC3+vC2C3大小?ω1lAB?0’方向?┴AB┴BC//BC以μl作速度多边形图(b)，再根据速度影像原理，作△bde∽／△BDE求得d及e，由图可得vD=μvpd=0．23m／svE=μvpe=0.173m/sω2=μvbc2/lBC=2rad/s(顺时针)(3)加速度分析：以C为重合点，有aC2==aB+anC2B+atC2B==aC3+akC2C3+arC2C3大小ω12lABω22lBC?02ω3vC2C3?方向B—AC—B┴BC┴BC//BC其中anC2B=ω22lBC=0.49m／s2，akC2C3=2ω3vC2C3=0.7m／s2，以μa作加速度多边形如图(c)所示，由图可得aD=μap`d`=0.64m/S2aE=μap`e`=2.8m/s2α2=atC2B/lBC=μan`2C`2/lBC=8.36rad/s2(顺时针)i3-l5在图（a）示的机构中，已知lAE=70mm,；lAB=40mm，lEF=60mm,lDE==35mm,lCD=75mm,lBC=50mm．原动件以等角速度ω1=10rad