機械原理第八版課后練習(xí)答案(西工大版)

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機械原理第八版西工大教研室編

第2章

2-1何謂構(gòu)件?何謂運動副及運動副元素?運動副是如何進行分類的?答：參考教材5~7頁。

2-2機構(gòu)運動簡圖有何用處?它能表示出原機構(gòu)哪些方面的特征?

答：機構(gòu)運動簡圖可以表示機構(gòu)的組成和運動傳遞狀況，可進行運動分析，而且也可用來進行動力分析。

2-3機構(gòu)具有確定運動的條件是什么?當(dāng)機構(gòu)的原動件數(shù)少于或多于機構(gòu)的自由度時，機構(gòu)的運動將發(fā)生什么狀況?答：參考教材12~13頁。

2-4何謂最小阻力定律?試舉出在機械工程中應(yīng)用最小阻力定律的1、2個實例。2-5在計算平面機構(gòu)的自由度時，應(yīng)注意哪些事項?答：參考教材15~17頁。

2-6在圖2-20所示的機構(gòu)中，在鉸鏈C、B、D處，被連接的兩構(gòu)件上連接點的軌跡都是重合的，那么能說該機構(gòu)有三個虛約束嗎?為什么?

答：不能，由于在鉸鏈C、B、D中任何一處，被連接的兩構(gòu)件上連接點的軌跡重合是由于其他兩處的作用，所以只能算一處。

2-7何謂機構(gòu)的組成原理?何謂基本桿組?它具有什么特性?如何確定基本桿組的級別及機構(gòu)的級別?

答：參考教材18~19頁。

2-8為何要對平面高副機構(gòu)進行“高副低代?“高副低代〞應(yīng)滿足的條件是什么?答：參考教材20~21頁。

2-9任選三個你身邊已有的或能觀測到的以下常用裝置(或其他裝置)，試畫出其機構(gòu)運動簡圖，并計算其自由度。1)折疊桌或折疊椅；2)酒瓶軟木塞開蓋器；3)衣柜上

2-11圖示為一簡易沖床的初擬設(shè)計方案。設(shè)計者的思路是：動力由齒輪j輸入，使軸A連續(xù)回轉(zhuǎn)；而固裝在軸^上的凸輪2與杠桿3組成的凸輪機構(gòu)使沖頭4上下運動，以達到?jīng)_壓的目的。試繪出其機構(gòu)運動簡圖(各尺寸由圖上量取)，分析是否能實現(xiàn)設(shè)計意圖，并提出修改方案。

1)取比例尺繪制機構(gòu)運動簡圖2)分析是否能實現(xiàn)設(shè)計意圖

解：

f332410不合理∵f0，可改為

2-12圖示機構(gòu)為一凸輪齒輪連桿組合機構(gòu)，試繪制其機構(gòu)示意簡圖并計算自由度。

解：

2-16試計算圖示凸輪-連桿組合機構(gòu)的自由度（a）

f38210211

解：f342511A為復(fù)合鉸鏈（b）

解：（1）圖示機構(gòu)在D處的結(jié)構(gòu)與圖2-1所示者一致，經(jīng)分析知該機構(gòu)共有7個活動構(gòu)件，8個低副(注意移動副F與F’，E與E’均只算作一個移動副)，2個高副；因有兩個滾子2、4，所以有兩個局部自由度，沒有虛約束，故機構(gòu)的自由度為

F=3n-(2pl+ph-p’)-F’=3ⅹ7-(2ⅹ8+2-0)-2=1

（2）如將D處結(jié)構(gòu)改為如圖b所示形式，即僅由兩個移動副組成。注意，此時在該處將帶來一個虛約束。由于構(gòu)件3、6和構(gòu)件5、6均組成移動副，均要限制構(gòu)件6在圖紙平面內(nèi)轉(zhuǎn)動，這兩者是重復(fù)的，故其中有一個為虛約束。經(jīng)分析知這時機構(gòu)的活動構(gòu)件數(shù)為6，低副數(shù)為7，高副數(shù)和局部自由度數(shù)均為2，虛約束數(shù)為1，故機構(gòu)的自由度為

F=3n-(2pl+ph-p’)-F’=36-(2ⅹ7+2-1)-2=1

上述兩種結(jié)構(gòu)的機構(gòu)雖然自由度均為一，但在性能上卻各有千秋：前者的結(jié)構(gòu)較繁雜，但沒有虛約束，在運動中不易產(chǎn)生卡澀現(xiàn)象；后者則相反，由于有一個虛約束，假使不能保證在運動過程中構(gòu)件3、5始終垂直，在運動中就會出現(xiàn)卡澀甚至卡死現(xiàn)象，故其對制造精度要求較高。（c）

解：(1)n=11,p1=17,ph=0,p`=2p1`+ph-3n`=2,F`=0F=3n-(2p1+ph-p`)-F`=311-(217+0-2)-0=1

(2)去掉虛約束后F=3n-(2pl+ph)=35-(27+0)=1

（d）A、B、C處為復(fù)合鉸鏈。自由度為：F=3n-(2p1+ph-p`)-F`=36-(27+3)-0=1

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)目不同，由于齒輪3、5處只有一個高副，而齒條7與齒輪5在齒的兩側(cè)面均保持接觸，故為兩個高副。

2-13圖示為一新型偏心輪滑閻式真空泵。其偏心輪1繞固定軸心A轉(zhuǎn)動，與外環(huán)2固連在一起的滑閥3在可繞固定軸心C轉(zhuǎn)動的圓柱4中滑動。當(dāng)偏心輪按圖示方向連續(xù)回轉(zhuǎn)時可將設(shè)備中的空氣吸入，并將空氣從閥5中排出，從而形成真空。(1)試繪制其機構(gòu)運動簡圖；(2)計算其自由度。

解(1)取比例尺作機構(gòu)運動簡圖如下圖。

(2)F=3n-(2p1+ph-p’)-F’=34-(24+0-0)-1=1

2-14圖示是為高位截肢的人所設(shè)汁的一種假肢膝關(guān)節(jié)機構(gòu)。該機構(gòu)能保持人行走的穩(wěn)定性。若以脛骨1為機架，試繪制其機構(gòu)運動簡圖和計一算其自由度，并作出大腿彎曲時的機構(gòu)運動簡圖。

解把脛骨l相對固定作為機架．假肢膝關(guān)節(jié)機構(gòu)的機構(gòu)運動簡圖如圖

所示,大腿彎曲90。時的機構(gòu)運動簡圖，如圖中虛線所示。其自由度為：F=3n-(2pl+ph-p’)-F’=35-(27+0-0)-0=1

2-15試繪制圖n所示仿人手型機械手的食指機構(gòu)的機構(gòu)運動簡圖(以手掌8作為相對

固定的機架)，井計算自由度。（1)取比倒尺肌作機構(gòu)運動簡圖（2)計算自由度

解：

f372101

2-18圖示為一剎車機構(gòu)。剎車時，操作桿j向右拉，通過構(gòu)件2、3、4、5、6使兩閘瓦剎住車輪。試計算機構(gòu)的自由度，并就剎車過程說明此機構(gòu)自由度的變化狀況。(注；車輪不屬于剎車機構(gòu)中的構(gòu)件。

（1)未剎車時，剎車機構(gòu)的自由度

2)閘瓦G、J之一剃緊車輪時．剎車機構(gòu)的自由度

3)閘瓦G、J同時剎緊車輪時，剎車機構(gòu)的自由度

解：1f362822f35271

3f34261

2-23圖示為一內(nèi)然機的機構(gòu)運動簡圖，試計算自由度t并分析組成此機構(gòu)的基本桿組。如在該機構(gòu)中改選EG為原動件，試問組成此機構(gòu)的基本桿組是否與前者有所不同。

解：f372101

2-21圖示為一收放式折疊支架機構(gòu)。該支架中的件1和5分別用木螺釘連接于固定臺板1’和括動臺板5`上．兩者在D處鉸接，使活動臺板能相對于固定臺極轉(zhuǎn)動。又通過件1，2，3，4組成的鉸鏈四桿機構(gòu)及連桿3上E點處的銷子與件5上的連桿曲線槽組成的銷槽連接使活動臺板實現(xiàn)收放動作。在圖示位置時，雖在活動臺板上放有較重的重物．活動臺板也不會自動收起，必需沿箭頭方向推動件2，使鉸鏈B，D重合時．活動臺板才可收起(如圖中雙點劃線所示)?，F(xiàn)已知機構(gòu)尺寸lAB=lAD=90mm；lBC=lCD=25mm，其余尺寸見圖。試繪制該機構(gòu)的運動簡圖，并計算其自由度。

解：機械運動簡圖如下：

F=3n-(2p1+pb-p`)-F`=35-(26+1-0)-1=1

第3章

3—1何謂速度瞬心?相對瞬心與絕對瞬心有何異同點?答：參考教材30~31頁。

3—2何謂三心定理?何種狀況下的瞬心需用三心定理來確定?答：參考教材31頁。

3-3試求圖示各機構(gòu)在圖示位置時全部瞬心的位置(用符號P，，直接標注在圖上)(a)

(b)

答：

答：

(d)

（10分）

（10分）

3-4標出圖示的齒輪一連桿組合機構(gòu)中所有瞬心，并用瞬心法求齒輪1與齒輪3的傳動比ω1/ω3。

答：1)瞬新的數(shù)目：

K=N(N-1)/2=6(6-1)/2=15

2)為求ω1/ω3需求3個瞬心P16、P36、P13的位置

3）

ω1/ω3=P36P13/P16P13=DK/AK

由構(gòu)件1、3在K點的速度方向一致，可知ω3與ω1同向。

3-6在圖示的四桿機構(gòu)中，LAB=60mm，LCD=90mm,LAD=LBC=120mm,ω2=10rad/s,試用瞬心法求：1)當(dāng)φ=165時，點的速度vc；

2)當(dāng)φ=165時，構(gòu)件3的BC線上速度最小的一點E的位置及速度的大小；3)當(dāng)VC=0時，φ角之值(有兩個解)。

解：1）以選定的比例尺μ機械運動簡圖（圖b）2）求vc定出瞬心p12的位置（圖b）

因p13為構(gòu)件3的絕對瞬心，則有

ω3=vB/lBp13=ω2lAB/μl.Bp13=100.06/0.00378=2.56(rad/s)vc=μcp13ω3=0.00352

2.56=0.4(m/s)

3)定出構(gòu)件3的BC

,因BC線上速度最小的點必與p13點的距離最近，故叢p13引BCvE=μl.p13Eω3=0.00346.52.56=0.357(m/s)

4)定出vc=0時機構(gòu)的兩個位置（圖c）量出

φ1=26.4φ2=226.6

3-8機構(gòu)中，設(shè)已知構(gòu)件的尺寸及點B的速度vB(即速度矢量pb)，試作出各機構(gòu)在圖示位置時的速度多邊形。

答：

（10分）（b）

答：

答：

3—11速度多邊形和加速度多邊彤有哪些特性?試標出圖中的方向。

答速度多邊形和加速度多邊形特性參見下圖，各速度方向在圖中用箭頭標出。

3-12在圖示的機構(gòu)中，設(shè)已知構(gòu)件的尺寸及原動件1的角速度ω1(順時針)，試用圖解法求機構(gòu)在圖示位置時C點的速度和加速度。(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+aC2B+atC2B=aC3+akC2C3+arC2C3（3分）(c)

n

答：

（2分）

VB3=VB2+VB3B2（2分）VC=VB3+VCB3（2分）

（1分）

anB3+atB3=aB2+akB3B2+arB3B2（3分）

3-13試判斷在圖示的兩機構(gòu)中．B點足否都存在哥氏加速度？又在何位置哥氏加速度為零?怍出相應(yīng)的機構(gòu)位置圖。并思考以下問題。(1)什么條件下存在氏加速度?

(2)根椐上一條．請檢查一下所有哥氏加速度為零的位置是否已全部找出。(3)圖(a)中，akB2B3==2ω2vB2B3對嗎?為什么。

解1)圖(a)存在哥氏加速度，圖(b)不存在。

(2)由于akB2B3==2ω2vB2B3故ω3，vB2B3中只要有一項為零，則哥氏加速度為零。圖(a)中B點到達最高和最低點時構(gòu)件1，3．4重合，此時vB2B3=0，當(dāng)構(gòu)件1與構(gòu)件3相互垂直．即_f=；點到達最左及最右位置時ω2=ω3=0．故在此四個位置無哥氏加速度。圖(b)中無論在什么位置都有ω2=ω3=0，故該機構(gòu)在任何位置哥矢加速度都為零。(3)對。由于ω3≡ω2。

3-14在圖示的搖塊機構(gòu)中，已知lAB=30mm，lAC=100mm，lBD=50mm,lDE=40mm，曲柄以等角速度ωl=40rad／S回轉(zhuǎn)，試用圖解法求機構(gòu)在φ1=45位置時，點D及E的速度和加速度，以及構(gòu)件2的角速度和角加速度。

解(1)以μl作機構(gòu)運動簡圖(a)所示。(2)速度分析：

以C為重合點，有

vC2=vB+vC2B=vC3+vC2C3

大小?ω1lAB?0’方向?┴AB┴BC//BC

以μl作速度多邊形圖(b)，再根據(jù)速度影像原理，作△bde∽／△BDE求得d及e，由圖可得

vD=μvpd=0．23m／svE=μvpe=0.173m/s

ω2=μvbc2/lBC=2rad/s(順時針)

(3)加速度分析：以C為重合點，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作加速度多邊形如圖(c)所示，由圖可得

aD=μap`d`=0.64m/S2aE=μap`e`=2.8m/s2

α2=atC2B/lBC=μan`2C`2/lBC=8.36rad/s2(順時針)i

3-l5在圖（a）示的機構(gòu)中，已知lAE=70mm,；lAB=40mm，lEF=60mm,

lDE==35mm,lCD=75mm,lBC=50mm．原動件以等角速度ω1=10rad/s回轉(zhuǎn)．試以圖解法求機構(gòu)在φ1=50。位置時．點C的速度Vc和加速度ac解：1）速度分析：以F為重合點．有

vF4=vF5=vF1+vF5F1

以μl作速度多邊形圖如圖(b)得，f4(f5)點，再利用速度影像求得b及d點

根據(jù)vC=vB+vCB=vD+vCD繼續(xù)作速度圖，矢量pc就代表了vC2）加速度分析：根據(jù)aF4=anF4+atF4=aF1+akF5F1+arF5F1

以μa作加速度多邊形圖(c)，得f`4(f`5)點，再利用加速度影像求得b`及d’點。根據(jù)aC=aB+anCB+atCB=aD+anCD+atCD

繼續(xù)作圖，則矢量p`c`就代表了aC．則求得vC=μvpc=0.69m／saC=μapc=3m／s2

3-16在圖示凸輪機構(gòu)中，已知凸輪1以等角速度ω1=10rad／s轉(zhuǎn)動，凸輪為一偏心圓，其半徑R=25mm，lAB=15mm．lAD=50mm，φ1=90，試用圖解法求構(gòu)件2的角速度ω2與角加速度α2。

提醒：可先將機構(gòu)進行高副低代，然后對其替代機構(gòu)進行運動分析。解(1)以μl作機構(gòu)運動簡圖如圖(a)所示。

(2)速度分析：先將機構(gòu)進行高副低代，其替代機構(gòu)如圖(a)所示，并以B為重合點。有

VB2=vB4+vB2B4

大小?ω1lAB?方向┴BD┴AB//|CD

以μv=0.005rn／s2作速度多邊形圖如圖(b)，由圖可得

ω2=vB2／lBD=μvpb2(μlBD)=2.333rad／s(逆時針)(3)加速度分析：

aB2=anB2+atB2=aB4+akB2B4+arB2B4大小ω22lBD?ω12lAB2ω4vB2B4?方向B-D┴BDB-A┴CD//CD

其中anB2=ω22lBD=0.286m/s2，akB2B4=0.746m／s2．作圖(c)得α=atB2/lBD=μan`2b`2/lBD=9.143rad／s2：(順時針)

3-18在圖（a)所示的牛頭刨機構(gòu)中．lAB=200mnl，lCD=960mm，lDE=160mm,設(shè)曲柄以等角速度ω1=5rad／s．逆時針方向回轉(zhuǎn)．試以圖解法求機構(gòu)在φ1=135位置時．刨頭點的速度vC。

解1）以μl作機構(gòu)運動簡圖．如圖(a)。

2）利用瞬心多邊形圖(b)依次定出瞬心P36,P13.P15vC=vP15=ω1AP15μl=1.24m/S

3-19圖示齒輪一連桿組合機構(gòu)中，MM為固定齒條，齒輪3的直徑為齒輪4的2倍．設(shè)已知原動件1以等角速度ω1順時針方向回轉(zhuǎn)，試以圖解法求機構(gòu)在圖示位置時E點的速度vE以及齒輪3，4的速度影像。

解：(1)以μl作機構(gòu)運動簡圖如(a)所示。(2)速度分斫：

此齒輪連桿機構(gòu)可看作，ABCD受DCEF兩個機構(gòu)串聯(lián)而成，則可寫出：vC=vB+vCBvE=vC+vEC

以μv作速度多邊形如圖(b)所示．由圖得

vE=μvpem/S

取齒輪3與齒輪4的嚙合點為k，根據(jù)速度影像原理，作△dck∽△DCK求得k點。然后分別以c，e為圓心，以ck．ek為半徑作圓得圓g3和圓g4。圓g3代表齒輪3的速度影像，圓g4代表齒輪4的速度影像。

3-21圖示為一汽車雨刷機構(gòu)。其構(gòu)件l繞固定軸心A轉(zhuǎn)動，齒條2與構(gòu)件1在B點處鉸接，并與繞固定軸心D轉(zhuǎn)動的齒輪3嚙合(滾子5用來保征兩者始終嚙合)，固連于輪3上的雨刷3’作往復(fù)搖擺。設(shè)機構(gòu)的尺寸為lAB=18mm,輪3的分度圓半徑r3=12mm，原動件1以等角速

度ω=lrad/s順時針回轉(zhuǎn)，試以圖解法確定雨刷的擺程角和圖示位置時雨刷的角速度和角加速度。

解：(1)以μl作機構(gòu)運動簡圖(a)。

在圖作出齒條2與齒輪3嚙合搖擺時占據(jù)的兩個極限位置C’，C〞可知擺程角φ如下圖：

(2)速度分析：

將構(gòu)件6擴大到B點，以B為重合點，有vB6=vB2+vB6B2大小?ω1lAB?方向┴BD┴AB∥BCvB2=ωllAB=0.018m／s

以μv作速度多邊形圖(b)，有

ω2=ω6=vB6/lBD=μvpb6/μlBD=0.059rad/s(逆時針)vB2B6=μvb2b6=0.01845rn／

s

(3)加速度分析：

aB5=anB6+atB6=anB2+akB6B2+arB6B2大小ω26lBD?ω12lAB2ω2vB6B2?方向B-D┴BDB-A┴BC∥BC其中，anB2=ω12lAB=0.08m/s2，anB6=ω62lBD=0.00018m／s2，akB2B6=2ω6vB2B6=0.00217m／s2．以μa作速度多邊形圖(c)。有

α6=atB6/lBD=μab6``r`/lBD=1,71rad／s2(順時針)

3-22圖示為一縫紉機針頭及其挑線器機構(gòu)，設(shè)已知機構(gòu)的尺寸lAB=32mm，lBC=100mm，，lBE=28mm，lFG=90mm，原動件1以等角速度ω1=5rad/s逆時針方向回轉(zhuǎn)．試用圖解法求機構(gòu)在圖示位置時縫紉機針頭和挑線器擺桿FG上點G的速度及加速度。

解：（1）以μl作機構(gòu)運動簡圖如圖(a)所示。(2)速度分析：vC2=vB2+vC2B2大小?ωlAB?方向//AC┴AB┴BC

以μv作速度多邊形圖如圖(b)，再根據(jù)速度影像原理；作△b2c2e2∽△BCE求得e2，即e1。由圖得

ω2=vC2B2/lBC=μac2b2/lBC=0.44rad／s(逆時針)以E為重合點vE5=vE4+vE5E4大小?√?方向┴EF√//EF

繼續(xù)作圖求得vE5，再根據(jù)速度影像原理，求得

vG=μvpg=0.077m/s

ω5=μvpg／lFG=0.86rad／s(逆時針)vE5E4=μve5e4=0.165rn／s(3)加速度分析：

aC2=anB2+anC2B2+atC2B2大小?ω12lABω22lBC?方向//ACB-AC-B┴BC其中anB2=ω12lAB=0.8m／s2anC2B2=ωanC2B2=0.02m／S2

以μa=0,01(rn／s2)／mm作加速度多邊形圖(c)，再利用加速度影像求得e`2。然后利用重合點E建立方程

anE5十a(chǎn)tE5=aE4+akE5E4+arE5E4

繼