机械原理-课后全部习题解答

《机械原理》习题解答机械工程学院1目录第1章绪论……………………………………………1第2章平面机构的结构分析…………………………3第3章平面连杆机构………………………………8第4章凸轮机构及其设计…………………………15第5章齿轮机构……………………………………19第6章轮系及其设计………………………………26第8章机械运动力学方程…………………………32第9章平面机构的平衡……………………………392第一章绪论一、补充题1、复习思考题1)、机器应具有什么特征？机器通常由哪三部分组成？各部分的功能是什么？2）、机器与机构有什么异同点？3）、什么叫构件？什么叫零件？什么叫通用零件和专用零件？试各举二个实例。4）、设计机器时应满足哪些基本要求？试选取一台机器，分析设计时应满足的基本要求。2、填空题1)、机器或机构，都是由组合而成的。2）、机器或机构的之间，具有确定的相对运动。3）、机器可以用来人的劳动，完成有用的。4）、组成机构、并且相互间能作的物体，叫做构件。5）、从运动的角度看，机构的主要功用在于运动或运动的形式。6）、构件是机器的单元。零件是机器的单元。7）、机器的工作部分须完成机器的动作，且处于整个传动的。8）、机器的传动部分是把原动部分的运动和功率传递给工作部分的。9）、构件之间具有的相对运动，并能完成的机械功或实现能量转换的的组合，叫机器。3、判断题1)、构件都是可动的。（）2）、机器的传动部分都是机构。（）3）、互相之间能作相对运动的物件是构件。（）4）、只从运动方面讲，机构是具有确定相对运动构件的组合。（）5）、机构的作用，只是传递或转换运动的形式。（）6）、机器是构件之间具有确定的相对运动，并能完成有用的机械功或实现能量转换的构件的组合。（）7）、机构中的主动件和被动件，都是构件。（）32填空题答案1）、构件2）、构件3）、代替机械功4）、相对运动5）、传递转换6）、运动制造7）、预定终端8）、中间环节9）、确定有用构件3判断题答案1）、√2）、√3）、√4）、√5）、×6）、√7）、√4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=15c)n=3，LP=4，PH=0，F=3×3-2×4=162-9试判断图2-28中所示各“机构”能否成为机构，并说明理由。解：H)46P034260LanPF不是机构修改后的机构H)34P134260LbnPF不是机构7修改后的机构H)23P032230LcnPF不是机构修改后的机构H)1014P03102142LdnPF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：a)8n=5，LP=7，有复合铰链：构件3和构件5;构件3和构件1;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=1d)有虚约束，有复合铰链9n=5，LP=7，HP=0，F=3n-2LP-HP=3×5-2×7-0=1e)有对称虚约束n=5，LP=7F=3n-2LP=110f)有对称虚约束n=3，LP=3，HP=2F=3n-2LP-HP=1g)n=2，LP=2，HP=1，n=3，LP=4有虚约束11h)有对称虚约束，n=3，LP=4F=3n-2LP=3×3-2×4=1或者：n=4，LP=5HP=1，12F=3n-2LP-HP=3×4-2×5-1=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)n=4，LP=5，HP=1F=3n-2LP-HP=1所以此机构为III级机构13b)n=3，LP=3，HP=2F=3n-2LP-HP=1c)n=4，LP=4，HP=3F=3n-2LP-HP=1d)14n=6，LP=8，HP=1F=3n-2LP-HP=1所以此机构为III级机构2-13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)15机构的级别:IIb)16机构的级别:IIf)当分别以构件1、3、7作为原动件时以构件1作为原动件时，以构件1作为原动件时，机构的级别II17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，杆组的级别:III以构件7作为原动件时，机构的级别:III182-14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机构示意图机构高副低代后的运动简图杆组的级别:III19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？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级二、若以构件4为原动件，则此机构拆分的杆组是：20所以此机构为II级21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（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？22解:主要分析能否通过极限位置，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。∴AC1＝lAB＋lBC＝40＋25＝65AC2＝lBC－lAB＝40－25＝15(1)极位夹角θ：出现在AB与连杆BC重合位置222222112212arccosarccos22ACADCDACADCDACADACAD2222220655550155550arccosarccos265552155514.623图1行程速比系数Ｋ＝（１８００＋θ）／（１８００－θ）≈1.17(2)求摇杆的最大摆角φ，从图1，摇杆的最大摆角φ：φ＝∠B1DC1－∠B2DC22222221122122222220arccosarccos22505565505515250552505560.83CDADACCDADACADCDADCD(3)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图224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＝36.860２）取ＡＢ为机架,即取最短杆为机架，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均为周转副。Ｃ、Ｄ两个转动副为摆转副。3-15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图提示：把门看着是在连杆上，即两个活动铰链中心在门上，同时把固定铰链中心装在炉子的外壁上。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。25图3-60题3-16图解：（符号与课本不太一致）当行程速比系数K=1.5时，机构的极位夹角为3615.115.118011180KK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451CDA2C2C2B1B2B1B)(b26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3-17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27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．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．已知：曲柄长度0AAl＝75∴机架00AB的长度00ABl＝75