機械原理第七版部分重要答案

1、題2-16圖ABCD齒輪a)ABCFKDEILJMc)ABCD1234567d)ABCDEFb)2-16. 試計算圖示各機構(gòu)的自由度。圖a、d為齒輪連桿組合機構(gòu)；圖b為凸輪連桿組合機構(gòu)（圖中在D處為鉸接在一起的兩個滑塊）；圖c為一精壓機機構(gòu)。并問在圖d所示機構(gòu)中，齒輪3、5和齒條7與齒輪5的嚙合高副所提供的約束數(shù)目是否相同？為什么？解a) 分析：A為復(fù)合鉸鏈，不存在局部自由度和虛約束。F=3n-(2pL+pH)=3×4-(2×5+1)=1或F=3n-(2pL+pH-p')-F'=3×4-(2×5+1-0)-0=1b) 分析：B、E為局部自

2、由度。F=3n-(2pL+pH)=3×5-(2×6+2)=1或F=3n-(2pL+pH-p')-F'=3×7-(2×8+2-0)-2=1注意：該機構(gòu)在D處雖存在軌跡重合的問題，但由于D處相鉸接的雙滑塊為一個級桿組，未引入約束，故機構(gòu)不存在虛約束。如果將相鉸接的雙滑塊改為相固聯(lián)的十字滑塊，則該機構(gòu)就存在一個虛約束。c) 分析：該機構(gòu)存在重復(fù)結(jié)構(gòu)部分，故存在虛約束。實際上，從傳遞運動的獨立性來看，有機構(gòu)ABCDE就可以了，而其余部分為重復(fù)部分，則引入了虛約束。F=3n-(2pL+pH)=3×5-(2×7+0)=1或F=3n

3、-(2pL+pH-p')-F'=3×11-(2×17+0-2)-0=1d) 分析：A、B、C為復(fù)合鉸鏈；D處高副的數(shù)目為2。不存在局部自由度和虛約束。 F=3n-(2pL+pH)=3×6-(2×7+3)=1或F=3n-(2pL+pH-p')-F'=3×6-(2×7+3-0)-0=1齒輪3與5的中心距受到約束，輪齒兩側(cè)齒廓只有一側(cè)接觸，另一側(cè)存在間隙，故齒輪高副提供一個約束。齒條7與齒輪5的中心距沒有受到約束，兩齒輪的中心可以彼此靠近，使輪齒兩側(cè)齒廓均接觸，因輪齒兩側(cè)接觸點處的法線方向并不重合，故齒輪高副

4、提供兩個約束。 第三章 平面機構(gòu)的運動分析BAC1M234vMd)ABC1234a)3-3. 試求圖示各機構(gòu)在圖示位置時全部瞬心的位置。AB1234c)ABC1234b)題3-3圖解a)通過運動副直接相聯(lián)的兩構(gòu)件的瞬心：ABC1234a)P12P23P34P14P13P24P12在A點，P23在B點，P34在C點，P14在垂直于移動副導(dǎo)路方向的無窮遠處。不通過運動副直接相聯(lián)的兩構(gòu)件的瞬心位置，借助三心定理來確定：對于構(gòu)件1、2、3，P13必在P12及P23的連線上，而對于構(gòu)件1、4、3，P13又必在P14及P34的連線上，因上述兩線平行，故上述兩線的交點在無窮遠處，即為P13在垂直于BC的無窮

5、遠處。對于構(gòu)件2、3、4，P24必在P23及P34的連線上，而對于構(gòu)件2、1、4，P24又必在P12及P14的連線上，故上述兩線的交點B即為瞬心P24。ABC1234b)P12P232P34P142P13P24b)通過運動副直接相聯(lián)的兩構(gòu)件的瞬心：P12在A點，P23在垂直于移動副導(dǎo)路方向的無窮遠處， P34在B點，P14在垂直于移動副導(dǎo)路方向的無窮遠處。不通過運動副直接相聯(lián)的兩構(gòu)件的瞬心位置，借助三心定理來確定：對于構(gòu)件1、2、3，P13必在P12及P23的連線上，而對于構(gòu)件1、4、3，P13又必在P14及P34的連線上，故上述兩線的交點即為P13。同理，可求得瞬心P24。c)通過運動副直接

6、相聯(lián)的兩構(gòu)件的瞬心：P12在垂直于移動副導(dǎo)路方向的無窮遠處，P23在A點，P34在B點，P14在垂直于移動副導(dǎo)路方向的無窮遠處。AB1234c)P12P14P34P23P13P24不通過運動副直接相聯(lián)的兩構(gòu)件的瞬心位置，借助三心定理來確定：對于構(gòu)件1、2、3，P13必在由P12和P23確定的直線上，而對于構(gòu)件1、4、3，P13又必在由P14和P34確定的直線上，故上述兩直線的交點即為P13。對于構(gòu)件2、3、4，P24必在由P23和P34確定的直線上，而對于構(gòu)件2、1、4，P24又必在由P12及P14確定的直線上（兩個無窮遠點確定的直線），故上述兩線的交點即為P24，即P24在直線AB上的無窮遠

7、處。d)通過運動副直接相聯(lián)的兩構(gòu)件的瞬心：P12必在過A點的公法線上，同時P12必在垂直于vM的直線上，故上述兩線的交點即為P12。P23在B點。P34在垂直于移動副導(dǎo)路方向的無窮遠處。P14在C點。BAC1M234vMd)P12P23P14P34P13P24不通過運動副直接相聯(lián)的兩構(gòu)件的瞬心位置，借助三心定理來確定：對于構(gòu)件1、2、3，P13必在P12及P23的連線上，而對于構(gòu)件1、4、3，P13又必在P14及P34的連線上，故上述兩線的交點即為P13。同理，可求得瞬心P24。8-l 鉸鏈四桿機構(gòu)中，轉(zhuǎn)動副成為周轉(zhuǎn)副的條件是什么?在下圖所示四桿機構(gòu)ABCD中哪些運動副為周轉(zhuǎn)副?當其桿AB與A

8、D重合時，該機構(gòu)在運動上有何特點?并用作圖法求出桿3上E點的連桿曲線。 答：轉(zhuǎn)動副成為周轉(zhuǎn)副的條件是：（1）最短桿與最長桿的長度之和小于或等于其他兩桿長度之和；（2）機構(gòu)中最短桿上的兩個轉(zhuǎn)動副均為周轉(zhuǎn)副。圖示ABCD四桿機構(gòu)中C、D為周轉(zhuǎn)副。當其桿AB與AD重合時，桿BE與CD也重合因此機構(gòu)處于死點位置。8-2曲柄搖桿機構(gòu)中，當以曲柄為原動件時，機構(gòu)是否一定存在急回運動，且一定無死點?為什么?答：機構(gòu)不一定存在急回運動，但一定無死點，因為：（1）當極位夾角等于零時，就不存在急回運動如圖所示，（2）原動件能做連續(xù)回轉(zhuǎn)運動，所以一定無死點。8-3 四桿機構(gòu)中的極位和死點有何異同?8-4圖a為偏心輪

9、式容積泵；圖b為由四個四桿機構(gòu)組成的轉(zhuǎn)動翼板式容積泵。試繪出兩種泵的機構(gòu)運動簡圖，并說明它們?yōu)楹畏N四桿機構(gòu)，為什么?解 機構(gòu)運動簡圖如右圖所示，ABCD是雙曲柄機構(gòu)。因為主動圓盤AB繞固定軸A作整周轉(zhuǎn)動，而各翼板CD繞固定軸D轉(zhuǎn)動，所以A、D為周轉(zhuǎn)副，桿AB、CD都是曲柄。 8-5試畫出圖示兩種機構(gòu)的機構(gòu)運動簡圖，并說明它們各為何種機構(gòu)。 圖a曲柄搖桿機構(gòu)圖b為導(dǎo)桿機構(gòu)。 8-6如圖所示，設(shè)己知四桿機構(gòu)各構(gòu)件的長度為，,。試問:1)當取桿4為機架時，是否有曲柄存在? 2)若各桿長度不變，能否以選不同桿為機架的辦法獲得雙曲柄機構(gòu)和雙搖桿機構(gòu)?如何獲得? 3)若a、bc三桿的長度不變，取桿4為機架

10、，要獲得曲柄搖桿機構(gòu),d的取值范圍為何值? : 解 (1)因a+b=240+600=840900=400+500=c+d且最短桿 1為連架軒故當取桿4為機架時，有曲柄存在。 (2)、能。要使此此機構(gòu)成為雙曲柄機構(gòu)，則應(yīng)取1桿為機架；兩使此機構(gòu)成為雙搖桿機構(gòu)，則應(yīng)取桿3為機架。(3)要獲得曲柄搖桿機構(gòu), d的取值范圍應(yīng)為440760mm。8-7圖示為一偏置曲柄滑塊機構(gòu)，試求桿AB為曲柄的條件。若偏距e=0，則桿AB為曲柄的條件是什么? 解 (1)如果桿AB能通過其垂直于滑塊導(dǎo)路的兩位置時，則轉(zhuǎn)動副A為周轉(zhuǎn)副，故桿AB為曲柄的條件是AB+eBC。(2)若偏距e=0, 則桿AB為曲柄的條件是ABBC

11、 8-8 在圖所示的鉸鏈四桿機構(gòu)中，各桿的長度為， ，試求:1)當取桿4為機架時，該機構(gòu)的極位夾角、桿3的最大擺角、最小傳動角和行程速比系數(shù)K;2)當取桿1為機架時，將演化成何種類型的機構(gòu)?為什么?并說明這時C、D兩個轉(zhuǎn)動副是周轉(zhuǎn)副還是擺轉(zhuǎn)副;3)當取桿3為機架時，又將演化成何種機構(gòu)?這時A、B兩個轉(zhuǎn)動副是否仍為周轉(zhuǎn)副?解 (1)怍出機構(gòu)的兩個極位，如圖, 并由圖中量得： =18.6º,=70.6º, min=22.7 º (2)由l1+l4 l2+l3可知圖示鉸鏈四桿機構(gòu)各桿長度符合桿長條件；小最短桿l為機架時，該機構(gòu)將演化成雙曲柄機構(gòu)；最短桿1參與構(gòu)成的轉(zhuǎn)動副

12、A、B都是周轉(zhuǎn)副而C、D為擺轉(zhuǎn)副；（3）當取桿3為機架時，最短桿變?yōu)檫B桿，又將演化成雙搖桿機構(gòu)，此時A、B仍為周轉(zhuǎn)副。 8-9 在圖示的連桿機構(gòu)中，已知各構(gòu)件的尺寸為構(gòu)件AB為原動件，沿順時針方向勻速回轉(zhuǎn)，試確定:1)四桿機構(gòu)ABCD的類型;2)該四桿機構(gòu)的最小傳動角；3)滑塊F的行程速比系數(shù)K。解 （1)由lAD+lBC<lAB+lCD且最短桿AD為機架可知，圖中四桿ABCD為雙曲柄機構(gòu)；(2)作出四桿機構(gòu)ABCD傳動角最小時的位置。見圖并量得min=12º(3)作出滑塊F的上、下兩個極位及原動件AB與之對應(yīng)的兩個極位，并量得=47º。求出滑塊F的行程速比系數(shù)為 8

13、-10試說明對心曲柄滑塊機構(gòu)當以曲柄為主動件時，其傳動角在何處最大?何處最小?解 在曲柄與導(dǎo)軌共線的兩位置之一傳動角最大，max=90 º； 在曲柄與機架共線的兩位置之一傳動角最小，min=arcos(LAB/lBC)。8-11正弦機構(gòu)(圖8一15b)和導(dǎo)桿機構(gòu)(圖822a)中，當以曲柄為主動件時，最小傳動角min為多少?傳動角按什么規(guī)律變化?解 min=90º； 傳動角恒定不變。8-16 圖示為一已知的曲柄搖桿機構(gòu)，現(xiàn)要求用一連桿將搖桿CD和 滑塊F聯(lián)接起來，使搖桿的三個已知位置、和滑塊的三個位置、相對應(yīng)(圖示尺寸系按比例繪出)。試確定此連桿的長度及其與搖桿CD鉸接點的位

14、置。 解 由題意知，本題實際是為按兩連架汗(搖桿與滑塊)的預(yù)定對應(yīng)位置設(shè)計四扦機構(gòu)的同題。具體作圖過程如下圖所示。連桿的長度為lEF=lE2F2= l 30 mm。 8-17 圖示為某儀表中采用的搖桿滑塊機構(gòu)，若已知滑塊和搖桿的對應(yīng)位置為S1=36mm，S12=8mm，S23=9 mm ; 12=25 º，23=35 º，搖桿的第位置在鉛垂方向上?；瑝K上鉸鏈點取在B點，偏距e=28 mm, 試確定曲柄和連桿長度。解 本題屬于按兩連架軒預(yù)定的對應(yīng)位置設(shè)計四桿機構(gòu)問題。此問題可用反轉(zhuǎn)法求解。曲柄長度22.2mm，連桿長度52.2 mm見圖中標注。8-18試設(shè)計圖示的六桿機構(gòu)。該

15、機構(gòu)當原動件l自y軸順時針轉(zhuǎn)過12=60 º時，構(gòu)件3順時針轉(zhuǎn)過=45 º恰與x軸重合。此時，滑塊6自E1點移動到E2點，位移s12=20 mm。試確定鉸鏈B及C的位置。 解 由題意知，所要設(shè)計的六桿機構(gòu)ABCDEF是由鉸鏈四桿機構(gòu)ABCD和搖桿滑塊機構(gòu)CDE串聯(lián)所組成，故此設(shè)計問題，可分解為兩個四桿機構(gòu)的設(shè)計問題。對于搖桿滑塊機構(gòu)CDE的設(shè)計，就是確定活動鉸鏈C的位置，可用反轉(zhuǎn)法設(shè)汁，具體作法如下圖所示。 對于鉸鏈四扦機構(gòu)ABCD的設(shè)計就是確定活動鉸鏈B的位置，也可用反轉(zhuǎn)法設(shè)計，具體作法如下圖所示。 8-23 如圖所示，現(xiàn)欲設(shè)計一鉸鏈四桿機構(gòu)，設(shè)已知搖桿CD的長行程速比系

16、數(shù)K=1.5，機架AD的長度為，搖桿的一個極限位置與機架間的夾角為，試求曲柄的長度和連桿的長度（有兩組解）。解：先計算 再以相應(yīng)比例尺l.作圖可得兩個解：(1) lAB=l. (AC2-AC1)/2 =49.5mm, lBC=l. (AC2+AC1)/2=119.5mm(2) lAB=l. (AC1-AC2)/2 =22mm, lBC=l. (AC2+AC1)/2=48mm8-27 如圖所示，設(shè)要求四桿機構(gòu)兩連架桿的三組對應(yīng)位置分別為:，。試以解析法設(shè)計此四桿機構(gòu)。解：（1）將, 的三組對應(yīng)值帶入式（8-17）（初選0=0=0）Cos(+0)=p0cos(+0)+p1cos(+0)-(+0)+

17、p2得 解之得（計算到小數(shù)點后四位）p0=1.5815, p1=-1.2637, p2=1.0233（2）如圖所示，求各桿的相對長度，得n=c/a=p0=1.5815, l=-n/p=1.2515 （3）求各桿的長度：得d=80.00 a=d/l=80/1.2515=63.923mm b=ma=1.583163.923=101.197mm c=na=1.585163.923=101.094mm 9-1 何謂凸輪機構(gòu)傳動中的剛性沖擊和柔性沖擊?試補全圖示各段一、一、一曲線，并指出哪些地方有剛性沖擊，哪些地方有柔性沖擊？答 凸輪機構(gòu)傳動中的剛性沖擊是指理論上無窮大的慣性力瞬問作用到構(gòu)件上，使構(gòu)件產(chǎn)

18、生強烈的沖擊；而柔性沖擊是指理論上有限大的慣性力瞬間作用到構(gòu)件上，使構(gòu)件產(chǎn)生的沖擊。s-, v-, a-曲線見圖。在圖9-1中B，C處有剛性沖擊，在0，A，D，E處有柔性沖擊。8-28試用解析法設(shè)計一曲柄滑塊機構(gòu)，設(shè)已知滑塊的行程速度變化系數(shù)K=15，滑塊的沖程H=50 mm，偏距e=20 mm。并求其最大壓力角max。解：計算并取相應(yīng)比例尺l根據(jù)滑塊的行程H作出極位及作圓，作偏距線，兩者的交點即鉸鏈所在的位置，由圖可得：lAB=l. (AC2-AC1)/2 =17mm, lBC=l. (AC2+AC1)/2=36mm92何謂凸輪工作廓線的變尖現(xiàn)象和推桿運動的失真現(xiàn)象?它對凸輪機構(gòu)的工作有何影

19、響?如何加以避免?題9-1圖答 在用包絡(luò)的方法確定凸輪的工作廓線時，凸輪的工作廓線出現(xiàn)尖點的現(xiàn)象稱為變尖現(xiàn)象：凸輪的工作廓線使推桿不能實現(xiàn)預(yù)期的運動規(guī)律的現(xiàn)象件為失真現(xiàn)象。變尖的工作廓線極易磨損，使推桿運動失真使推桿運動規(guī)律達不到設(shè)計要求，因此應(yīng)設(shè)法避免。變尖和失真現(xiàn)象可通過增大凸輪的基圓半徑減小滾子半徑以及修改推桿的運動規(guī)律等方法來避免。93力封閉與幾何封閉凸輪機構(gòu)的許用壓力角的確定是否一樣?為什么?答 力封閉與幾何封閉凸輪機溝的許用壓力角的確定是不一樣的。因為在回程階段-對于力封閉的凸輪饑構(gòu)，由于這時使推桿運動的不是凸輪對推桿的作用力F，而是推桿所受的封閉力其不存在自鎖的同題，故允許采用較

20、大的壓力角。但為使推稈與凸輪之間的作用力不致過大。也需限定較大的許用壓力角。而對于幾何形狀封閉的凸輪機構(gòu)，則需要考慮自鎖的問題。許用壓力角相對就小一些。94一滾子推桿盤形凸輪機構(gòu)，在使用中發(fā)現(xiàn)推桿滾子的直徑偏小，欲改用較大的滾子？問是否可行?為什么?答 不可行。因為滾子半徑增大后。凸輪的理論廓線改變了推桿的運動規(guī)律也勢必發(fā)生變化。 95一對心直動推桿盤形凸輪機構(gòu)，在使用中發(fā)現(xiàn)推程壓力角稍偏大，擬采用推桿偏置的辦法來改善，問是否可行?為什么?答 不可行。因為推桿偏置的大小、方向的改變會直接影響推桿的運動規(guī)律而原凸輪機構(gòu)推桿的運動規(guī)律應(yīng)該是不允許擅自改動的。 9-6 在圖示機構(gòu)中，哪個是正偏置?哪

21、個是負偏置?根據(jù)式(9-24)說明偏置方向?qū)ν馆啓C構(gòu)壓力角有何影響?答 由凸輪的回轉(zhuǎn)中心作推桿軸線的垂線得垂足點，若凸輪在垂足點的速度沿推桿的推程方向剛凸輪機構(gòu)為正偏置反之為負偏置。由此可知在圖示機溝中，兩個均為正偏置。由 可知在其他條件不變的情況下。若為正偏置(e前取減號)由于推程時(ds/d)為正式中分子ds/d-e<ds/d, 故壓力角減小。而回程時, 由于dsd為負, 式中分子為 |(dsd)-e|=| (dsd) |+ |e| >dsd。故壓力角增大。負偏置時剛相反，即正偏置會使推程壓力角減小，回程壓力角增大；負偏置會使推程壓力角增大，回程壓力角減小。97 試標出題96a

22、圖在圖示位置時凸輪機構(gòu)的壓力角，凸輪從圖示位置轉(zhuǎn)過90º后推桿的位移；并標出題96b圖推桿從圖示位置升高位移s時，凸輪的轉(zhuǎn)角和凸輪機構(gòu)的壓力角。解 如圖 (a)所示，用直線連接圓盤凸輪圓心A和滾子中心B，則直線AB與推桿導(dǎo)路之間所夾的銳角為圖示位置時凸輪機構(gòu)的壓力角。以A為圓心, AB為半徑作圓, 得凸輪的理論廓線圓。連接A與凸輪的轉(zhuǎn)動中心O并延長，交于凸輪的理論廓線于C點。以O(shè)為圓心以O(shè)C為半徑作圓得凸輪的基圓。以O(shè)為圓心, 以O(shè)點到推桿導(dǎo)路的距離OD為半徑作圓得推桿的偏距圓；。延長推桿導(dǎo)路線交基圓于G-點，以直線連接OG。過O點作OG的垂線，交基圓于E點。過E點在偏距圓的下側(cè)作切

23、線切點為H點交理論廓線于F點，則線段EF的長即為凸輪從圖示位置轉(zhuǎn)過90后推桿的位移s。方法同前，在圖 (b)中分別作出凸輪的理論廓線、基圓、推桿的偏距圓。延長推桿導(dǎo)路線交基圓于G點，以直線連接OG。以O(shè)為圓心，以滾子中心升高s后滾子的轉(zhuǎn)動中心K到O點的距離OK為半徑作圓弧，交理論廓線于 F點。過F點作偏距圓的切線，交基圓于E點，切點為H。則GOE為推桿從圖示位置升高位移s時-凸輪的轉(zhuǎn)角，AFH為此時凸輪機構(gòu)的壓力角。 (a) (b)98在圖示凸輪機構(gòu)中，圓弧底擺動推桿與凸輪在B點接觸。當凸輪從圖示位置逆時針轉(zhuǎn)過90。時，試用圖解法標出： 1)推桿在凸輪上的接觸點； 2)擺桿位移角的大小；3)凸

24、輪機構(gòu)的壓力角。 題2-16圖ABCD齒輪a)ABCFKDEILJMc)ABCD1234567d)ABCDEFb)2-16. 試計算圖示各機構(gòu)的自由度。圖a、d為齒輪連桿組合機構(gòu)；圖b為凸輪連桿組合機構(gòu)（圖中在D處為鉸接在一起的兩個滑塊）；圖c為一精壓機機構(gòu)。并問在圖d所示機構(gòu)中，齒輪3、5和齒條7與齒輪5的嚙合高副所提供的約束數(shù)目是否相同？為什么？解a) 分析：A為復(fù)合鉸鏈，不存在局部自由度和虛約束。F=3n-(2pL+pH)=3×4-(2×5+1)=1或F=3n-(2pL+pH-p')-F'=3×4-(2×5+1-0)-0=1b) 分

25、析：B、E為局部自由度。F=3n-(2pL+pH)=3×5-(2×6+2)=1或F=3n-(2pL+pH-p')-F'=3×7-(2×8+2-0)-2=1注意：該機構(gòu)在D處雖存在軌跡重合的問題，但由于D處相鉸接的雙滑塊為一個級桿組，未引入約束，故機構(gòu)不存在虛約束。如果將相鉸接的雙滑塊改為相固聯(lián)的十字滑塊，則該機構(gòu)就存在一個虛約束。c) 分析：該機構(gòu)存在重復(fù)結(jié)構(gòu)部分，故存在虛約束。實際上，從傳遞運動的獨立性來看，有機構(gòu)ABCDE就可以了，而其余部分為重復(fù)部分，則引入了虛約束。F=3n-(2pL+pH)=3×5-(2×7+

26、0)=1或F=3n-(2pL+pH-p')-F'=3×11-(2×17+0-2)-0=1d) 分析：A、B、C為復(fù)合鉸鏈；D處高副的數(shù)目為2。不存在局部自由度和虛約束。 F=3n-(2pL+pH)=3×6-(2×7+3)=1或F=3n-(2pL+pH-p')-F'=3×6-(2×7+3-0)-0=1齒輪3與5的中心距受到約束，輪齒兩側(cè)齒廓只有一側(cè)接觸，另一側(cè)存在間隙，故齒輪高副提供一個約束。齒條7與齒輪5的中心距沒有受到約束，兩齒輪的中心可以彼此靠近，使輪齒兩側(cè)齒廓均接觸，因輪齒兩側(cè)接觸點處的法線方向并不重合，故齒輪高副提供兩個約束。 第三章 平面機構(gòu)的運動分析BAC1M234vMd)ABC1234a)3-3. 試求圖示各機構(gòu)在圖示位置時全部瞬心的位置。AB1234c)ABC1234b)題3-3圖解a)通過運動副直接相聯(lián)的兩構(gòu)件的瞬心：ABC1234a)P12P23P34P14P13P24P12在A點，P23在B點，P34在C點，P14在垂直于移動副導(dǎo)路方向的無窮遠處。不通過運動副直接相聯(lián)的兩構(gòu)件的瞬心位置，借助三心定理來確定：對于構(gòu)件1、2、3，P13必在P12及P23的連線上，而對于構(gòu)件1、4、3，P