机械原理第八版答案

机械原理课后答案西北工业大学机械原理及机械零件教研室编第八版机械原理第八版答案2/38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组成的机械原理第八版答案3/38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。机械原理第八版答案4/38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）机械原理第八版答案5/38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机械原理第八版答案6/38（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。机械原理第八版答案7/38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机械原理第八版答案8/382-18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机械原理第八版答案9/382-21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机械原理第八版答案10/38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)机械原理第八版答案11/38答：答：（10分）(d)机械原理第八版答案12/38（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)。（2分）机械原理第八版答案13/38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）机械原理第八版答案14/383-8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：机械原理第八版答案15/383—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)机械原理第八版答案16/38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）机械原理第八版答案17/38anB3+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)机械原理第八版答案18/38(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┴B