机械原理-习题解答(请完善)---周海

《机械原理》习题解答1第二章机构的结构分析2-7是试指出图2-26中直接接触的构件所构成的运动副的名称。解：a)平面高副b)空间低副c)平面高副2-8将图2-27中机构的结构图绘制成机构运动简图，标出原动件和机架，并计算其自由度。解：b)n=3，LP=4，HP=0，F=3×3-2×4=12c)n=3，LP=4，PH=0，F=3×3-2×4=12-9试判断图2-28中所示各“机构”能否成为机构，并说明理由。3解：HHH)46P034260)34P134260)1014P03102142LLLanPFbnPFdnPF不是机构不是机构是机构2-10计算图2-29中所示各机构的自由度，并指出其中是否含有复合铰链、局部自由度或虚约束，说明计算自由度应作何处理。解：4a)n=5，LP=7，有复合铰链F=3n-2LP=3×5－2×7=1b)n=6，LP=8，PH=1，有局部自由度，有虚约束F=3n-2LP-HP=3x6-2x8-1=1c)n=9，LP=12，HP=2，有局部自由度，虚约束F=3n-2LP-HP=3×9-2×12-2=1d)n=7，LP=10，有局部自由度，有虚约束F=3n-2LP=1e)5n=5，LP=7有对称虚约束F=3n-2LP=1f)n=3，LP=3，HP=2有对称虚约束F=3n-2LP-HP=1g)n=2，LP=2，HP=1，n=3，LP=4有虚约束h)6n=3，LP=4有对称虚约束F=3n-2LP=3×3-2×4=12-12计算图2-30所示各机构的自由度，并在高副低代后，分析组成这些机构的基本杆组即杆组的级别。解：a)7n=4，LP=5，HP=1F=3n-2LP-HP=1所以此机构为III级机构b)n=3，LP=3，HP=2F=3n-2LP-HP=1c)n=4，LP=4，HP=3F=3n-2LP-HP=1d)8n=6，LP=8，HP=1F=3n-2LP-HP=1所以此机构为III级机构92-13说明图2-32所示的各机构的组成原理，并判别机构的级别和所含杆组的数目。对于图2-32f所示机构，当分别以构件1、3、7作为原动件时，机构的级别会有什么变化？a)机构的级别:IIb)10机构的级别:IIf)以构件1作为原动件时，以构件1作为原动件时，机构的级别II11以构件3作为原动件时，以构件3作为原动件时，机构的级别:II以构件7作为原动件时，12杆组的级别:III以构件7作为原动件时，机构的级别:III2-14绘制图2-33所示机构高副低代后的运动简图，计算机构的自由度。并确定机构所含杆组的数目和级别以及机构的级别。图2-33机构示意图13机构高副低代后的运动简图杆组的级别:III所以，机构的级别:III2-15试分析图2-35所示刨床机构的组成，并判别机构的级别。若以构件4为原动件，则此机构为几级？14解：F=3n-2LP-HP=3×5-2×7=1一、若以构件1为原动件，则此机构拆分的杆组是：所以此机构为III级15二、若以构件4为原动件，则此机构拆分的杆组是：所以此机构为II级2-7试判别2-32所示的“机构”能否成为机构，并说明理由。若不能成为机构，请提出修改办法。解：n=4，LP=6，F=016把E或C改成转动副17第三章平面连杆机构3-9图3-54所示平面铰链四杆运动链中，已知各构件长度分别为55ABlmm，40BClmm，50CDlmm，25ADlmm。（1）判断该机构运动链中四个转动副的类型。（2）取哪个构件为机架可得到曲柄摇杆机构。（3）取哪个构件为机架可得到双曲柄机构。（4）取哪个构件为机架可得到双摇杆机构解：平面连杆机构LAB=55LBC=40LCD=50LAD=25LAB+LADLBC+LCD(1)A、D整转副B、C摆转副（2）AB或CD为机架时，为曲柄摇杆机构（3）AD为机架时，为双曲柄机构18（4）BC为机架时，为双摇杆机构3-10图3-57所示为一偏置曲柄滑块机构，试求杆AB为曲柄的条件。若偏距e=0，则杆AB为曲柄的条件又如何？a+eb3-11在图3-81所示的铰链四杆机构中，各杆件长度分别为25ABlmm，40BClmm，50CDlmm，55ADlmm。（1）若取AD为机架，求该机构的极位夹角θ，杆CD的最大摆角和最小传动角0min（2）若取AB为机架，求该机构将演化为何种类型的机构？为什么？请说明这时C、D两个转动副是周转副还是摆转副。图3-58铰链四杆机构解：由于25＋5540＋50，所以lAB＋lAD≤lBC＋lCD，且以最短杆ＡＢ的邻边为机架。故该铰链四杆机构为曲柄摇杆机构。ＡＢ为曲柄。１）以曲柄ＡＢ为主动件，作出摇杆ＣＤ的极限位置如图所示。19∴AC1＝lAB＋lBC＝40＋25＝65AC2＝lBC－lAB＝40－25＝15极位夹角θ：222222112212arccosarccos22ACADCDACADCDACADACAD2222220655550155550arccosarccos265552155514.6图1行程速比系数Ｋ＝（１８００＋θ）／（１８００－θ）≈1.17最小传动角γmin出现在ＡＢ与机架ＡＤ重合位置（分正向重合、反向重合）如图2。分别求出1、2，再求最小传动角。2221()arccos2BCCDADABBCCD22204050(5525)arccos2405036.862222()arccos2BCCDADABBCCD22204050(5525)arccos24050125.0920图2曲柄处于ＡＢ１位置时，传动角γ１＝1=36.860．曲柄处于ＡＢ２位置时，传动角γ２＝1800－2=54.900．现比较的γ１、γ２大小，最小传动角取γ１、γ２中最小者．∴γmin＝36.860求摇杆的最大摆角φ，从图1，摇杆的最大摆角φ：φ＝∠B1DC1－∠B2DC22222221122122222220arccosarccos22505565505515250552505560.83CDADACCDADACADCDADCD２）取ＡＢ为机架，该机构演化为双曲柄机构。因为在曲柄摇杆机构中取最短杆作为机架，其２个连架杆与机架相连的运动副Ａ、Ｂ均为整转副。Ｃ、Ｄ两个转动副为摆转副。213-15图3-59所示为加热炉炉门的启闭状态，试设计一机构，使炉门能占有图示的两个位置。图3-59题3-15图3-16试设计一个如图3-60所示的平面铰链四杆机构。设已知其摇杆0BB的长度075BBlmm，行程速比系数K=1.5，机架00AB的长度00100ABlmm，又知摇杆的一个极限位置与机架间的夹角45，试求其曲柄的长度0AAl和连杆的长度ABl。图3-60题3-16图解：当行程速比系数K=1.5时，机构的极位夹角为3615.115.118011180KK22即机构具有急回特性，过固定铰链点Ａ作一条与已知直线1AC成36的直线再与活动铰链点Ｃ的轨迹圆相交，交点就是活动铰链点Ｃ的另一个极限位置。选定比例尺，作图，如下图所示。由图可知，有两个交点，即有两组解。直接由图中量取84.701AC，75.252AC，88.1692AC。故有两组解。解一：构件AB的长为mmACAClAB55.22275.2584.70221构件BC的长为mmACAClBC3.48275.2584.70221摇杆的摆角41解二：构件AB的长为mmACAClAB52.49284.7088.169212构件BC的长为mmACAClBC36.120284.7088.169212摇杆的摆角107451CDA2C2C2B1B2B1B)(b233-17如图3-61所示，设已知破碎机的行程速比系数K=1.2，颚板长度300CDlmm，颚板摆角=35º，曲柄长度lAB=80mm。求连杆的长度，并验算最小传动角min是否在允许的范围内。图3-61题3-17图3-18试设计一曲柄滑块机构，设已知滑块的行程速比系数K=1.5，滑块的冲程H=50mm，偏距e=20mm，并求其最大压力角max？解：行程速比系数K=1.5，则机构的极位夹角为3615.115.118011180KK选定作图比例，先画出滑块的两个极限位置C1和C2，再分别过点C1、C2作与直线C1C2成5490的射线，两射线将于点Ｏ。以点Ｏ为圆心，OC2为半径作圆，再作一条与直线C1C2相距为mme20的直线，该直线与先前所作的圆的交点就是固定铰链点Ａ。作图过程如解题24图所示。直接由图中量取mmAC251，mmAC682，所以曲柄AB的长度为mmACAClAB5.2122568212连杆BC的长度为mmACAClBC5.462256822124最大压力角，提示：出现在曲柄与导路垂直的时候。3-19图3-62所示为一牛头刨床的主传动机构,已知075AAlmm，100BClmm，行程速比系数K=2，刨头5的行程H=300mm。要求在整个行程中，刨头5有较小的压力角，试设计此机构。图3-62题3-19图解：（符号与课本不太一致）由题可得极位夹角θ＝180o×（k－１）／（k＋１）＝６０o．即摆杆0BB的摆角为60o．2B1B2C1CAe21CC90解题3-18图O25曲柄运动到与0BB垂直，其摆杆0BB分别处于左右极限位置01BB、02BB．∴机架00AB的长度00ABl＝75／sin（θ／２）＝150mm欲使其刨头的行程H＝300mm，即C点运动的水平距离为300mm．∴摆杆01BB的长度01BBl＝Ｈ／２／sin（θ／２）＝150／sin30o＝300mm为了使机构在运动过程中压力角较小，故取刨头５构件的导路在B3F的中点，且⊥00AB．B0F＝01BBl×cos（θ／２）＝150×3mm∴刨头５构件离曲柄转动中心0A点的距离为：0AEl＝03BBl－00ABl－(03BBl－0BFl)／２＝300－150－(300－150×3)/21303-22有一曲柄摇杆机构，已知其摇杆长0420BBlmm，摆角90，摇杆在两极限位时与机架所成的夹角各为60和30，机构的行程速比H26系数K=1.5，设计此四杆机构，并验算最小传动角min。解：1180361kk用作图法。3-23试求图3-65所示各机构在图示位置时全部瞬心的位置。（a）（b）（c）（d）图3-65题3-23图提示：列出n个构件，画出n边形，同时结合三心定理。3-24在图3-66所示的机构中，已知曲柄2顺时针方向匀速转动，角速度2100/,rads试求在图示位置导杆4的角速度4的大小和方向。图3-66题3-24图27∞解：P12在A0，P14在B0，P34在无穷远n=4(1)62nnk个242402.PPAVL2424144.PPPVL28第四章凸轮机构4-10图4-40所示为一尖端移动从动件盘凸轮机构从动件的运动线图。试在图上补全各段的位移、速度及加速度曲线，并指出在哪些位置会出现刚性冲击？哪些位置会出现柔性冲击？根据关系式ddsv，ddva，补全后的从动件位移、速度和加速度线图如上右图所示。在运动的开始时点＝0、以及45333、、处加速度有限突变，所以在这些位置有柔性冲击；在＝23和处速度有限突变，加速度无限突变，在理论上将会产生无穷大的惯性力，所以在这些位置有刚性冲击。4-13设计一偏置移动滚子从动件盘形凸轮机构。已知凸轮以等角速度顺时针转动，基圆半径50brmm，滚子半径10rrmm，凸轮轴心偏于从动件轴线右侧，偏距e=10mm。从动件运动规律如下：当轮转过0120时，从动件以简谐运动规律上升30mm;当凸轮接着转过30时