西工大机械原理作业及答案

班级姓名学号机械原理评语任课教师日期1平面机构的结构分析1、如图a所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1输入，使轴A连续回转；而固装在轴A上的凸轮2与杠杆3组成的凸轮机构将使冲头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），分析其是否能实现设计意图？并提出修改方案。解1）取比例尺l绘制其机构运动简图（图b）。2）分析其是否能实现设计意图。图a）由图b可知，3n，4lp，1hp，0p，0F故：00)0142(33)2(3FpppnFhl因此，此简单冲床根本不能运动（即由构件3、4与机架5和运动副B、C、D组成不能运动的刚性桁架），故需要增加机构的自由度。图b）3）提出修改方案（图c）。为了使此机构能运动，应增加机构的自由度（其方法是：可以在机构的适当位置增加一个活动构件和一个低副，或者用一个高副去代替一个低副，其修改方案很多，图c给出了其中两种方案）。班级姓名学号机械原理评语任课教师日期2图c1）图c2）2、试画出图示平面机构的运动简图，并计算其自由度。图a）解：3n，4lp，0hp，123hlppnF图b）解：4n，5lp，1hp，123hlppnF3、计算图示平面机构的自由度。将其中的高副化为低副。机构中的原动件用圆弧箭头表示。班级姓名学号机械原理评语任课教师日期33－1解3－1：7n，10lp，0hp，123hlppnF，C、E复合铰链。3－2解3－2：8n，11lp，1hp，123hlppnF，局部自由度班级姓名学号机械原理评语任课教师日期43－3解3－3：9n，12lp，2hp，123hlppnF4、试计算图示精压机的自由度c)班级姓名学号机械原理评语任课教师日期5解：10n，15lp，0hp解：11n，17lp，0hp13305232nppphl26310232nppphl0F0FFpppnFhl)2(3FpppnFhl)2(310)10152(10310)20172(113（其中E、D及H均为复合铰链）（其中C、F、K均为复合铰链）5、图示为一内燃机的机构简图，试计算其自由度，并分析组成此机构的基本杆组。又如在该机构中改选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1）计算此机构的自由度110273)2(3FpppnFhl2）取构件AB为原动件时机构的基本杆组图为此机构为Ⅱ级机构3）取构件EG为原动件时此机构的基本杆组图为班级姓名学号机械原理评语任课教师日期6此机构为Ⅲ级机构平面机构的运动分析1、试求图示各机构在图示位置时全部瞬心的位置（用符号ijP直接标注在图上）。2、在图a所示的四杆机构中，ABl=60mm，CDl=90mm，ADl=BCl=120mm，2=10rad/s，试用瞬心法求：班级姓名学号机械原理评语任课教师日期71）当=165时，点C的速度Cv；2）当=165时，构件3的BC线上速度最小的一点E的位置及其速度的大小；3）当Cv=0时，角之值（有两个解）。解1）以选定的比例尺l作机构运动简图（图b）。b)2）求Cv，定出瞬心13P的位置（图b）因13p为构件3的绝对速度瞬心，则有：)/(56.278003.0/06.010132313sradBPulwlvwlABBPB)/(4.056.252003.0313smwCPuvlC3）定出构件3的BC线上速度最小的点E的位置因BC线上速度最小之点必与13P点的距离最近，故从13P引BC线的垂线交于点E，由图可得：)/(357.056.25.46003.0313smwEPuvlE4）定出Cv=0时机构的两个位置（作于班级姓名学号机械原理评语任课教师日期8图C处），量出4.2616.2262c)3、在图示的机构中，设已知各构件的长度ADl＝85mm，ABl=25mm，CDl=45mm，BCl=70mm，原动件以等角速度1=10rad/s转动，试用图解法求图示位置时点E的速度Ev和加速度Ea以及构件2的角速度2及角加速度2。a)μl=0.002m/mm解1）以l=0.002m/mm作机构运动简图（图a）2）速度分析根据速度矢量方程：CBBCvvv以v＝0.005(m/s)/mm作其速度多边形（图b）。b)a=0.005(m/s2)/mm（继续完善速度多边形图，并求Ev及2）。根据速度影像原理，作BCEbce~，且字母顺序一致得点e，由图得：)(31.062005.0smpevvE)(25.207.0/5.31005.02smlbcwBCv（顺时针）)(27.3045.0/33005.03smlpcwCOv（逆时针）3）加速度分析根据加速度矢量方程：tCBnCBBtCnCCaaaaaa以a=0.005(m/s2)/mm作加速度多边形（图c）。（继续完善加速度多边形图，并求Ea及2）。根据加速度影像原理，作BCEecb~，且字母顺序一致得点e，由图得：)/(5.37005.02smepaaE)/(6.1907.0/5.2705.0/222sradlCnlaaBCaBCtCB（逆时针）班级姓名学号机械原理评语任课教师日期94、在图示的摇块机构中，已知ABl=30mm，ACl=100mm，BDl=50mm，DEl=40mm，曲柄以1=10rad/s等角速度回转，试用图解法求机构在1＝45时，点D和点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l=0.002m/mm作机构运动简图（图a）。2）速度分析v=0.005(m/s)/mm选C点为重合点，有：?0//132322？？大小？方向ABCCCBCBClwBCBCABvvvvv以v作速度多边形（图b）再根据速度影像原理，作BCBDbCbd2，BDEbde~，求得点d及e，由图可得)/(23.05.45005.0smpdvvD)/(173.05.34005.0smpevvE)/(2122.0/5.48005.012sradlbcwBCv（顺时针）3）加速度分析a=0.04(m/s2)/mm根据班级姓名学号机械原理评语任课教师日期10?20??//?323222132323222CCBCABrCCkCCCtBCnBCBCvwlwlwBCBCBCBCABaaaaaaa大小方向其中：49.0122.022222BCnBClwa7.035005.022232232CCkCCvwa以a作加速度多边形（图c），由图可得：)/(64.26604.02smdpaaD)/(8.27004.02smepaaE)/(36.8122.0/5.2504.0122.0//22222sradCnlaaaCBtBC（顺时针）5、在图示的齿轮-连杆组合机构中，MM为固定齿条，齿轮3的齿数为齿轮4的2倍，设已知原动件1以等角速度1顺时针方向回转，试以图解法求机构在图示位置时，E点的速度Ev及齿轮3、4的速度影像。解1）以l作机构运动简图（图a）2）速度分析（图b）此齿轮－连杆机构可看作为ABCD及DCEF两个机构串连而成，则可写出CBBCvvvECCEvvv取v作其速度多边形于图b处，由图得)/(smpevvE取齿轮3与齿轮4啮合点为K，根据速度影像原来，在速度图图b中，作DCKdck~求出k点，然后分别以c、e为圆心，以ck、ek为半径作圆得圆3g及圆4g。求得pevvE齿轮3的速度影像是3g班级姓名学号机械原理评语任课教师日期11齿轮4的速度影像是4g6、在图示的机构中，已知原动件1以等速度1=10rad/s逆时针方向转动，ABl=100mm，BCl=300mm，e=30mm。当1=50、220时，试用矢量方程解析法求构件2的角位移2及角速度2、角加速度2和构件3的速度3v和加速度3。解取坐标系xAy，并标出各杆矢量及方位角如图所示：1）位置分析机构矢量封闭方程)(321aesll分别用i和j点积上式两端，有)(sinsincoscos221132211bellsll故得：]/)sinarcsin[(2112lle)(coscos22113clls班级姓名学号机械原理评语任课教师日期122）速度分析式a对时间一次求导，得)(3222111divewlewltt上式两端用j点积，求得：)(cos/cos221112elwlw式d）用2e点积，消去2w，求得)(cos/)sin(221113fwlv3）加速度分析将式（d）对时间t求一次导，得：)(322222221211giaewlelewlntn用j点积上式的两端，求得：)(cos]sinsin[22222212112hlwlwla用2e点积（g），可求得：)(cos])cos([2222212113iwlwla150220)(2351.06318.316)/(2sradw－2.1692.690)/(22srada－25.10920.174)/(3smv－0.8670.389)/(23sma－6.6527.5027、在图示双滑块机构中，两导路互相垂直，滑块1为主动件，其速度为100mm/s，方向向右，ABl=500mm，图示位置时Ax=250mm。求构件2的角速度和构件2中点C的速度Cv的大小和方向。解：取坐标系oxy并标出各杆矢量如图所示。1）位置分析机构矢量封闭方程为：ACAOClxl班级姓名学号机械原理评语任课教师日期13121802221iABAiABelxel222sin2cos2cos2ABCABAABClylxlx2）速度分析222222cos2sin2sin2wlywlvwlxABCABAABC当smmvA/100，smmxC/501202，sradw/2309.02（逆时针）smyC/86.28，smmyxvCCC/74.5722像右下方偏30。8、在图示机构中，已知1=45，1=100rad/s，方向为逆时针方向，ABl=40mm，=60。求构件2的角速度和构件3的速度。解，建立坐标系Axy，并标示出各杆矢量如图所示：1．位置分析机构矢量封闭方程DBDlsl1班级姓名学号机械原理评语任课教师日期14)(11iDBCielselsinsincoscos1111DBCDBllsll2．速度分析消去DBl，求导，02wsmmwlvC/4.1195]sincot[cos1111平面连杆机构及其设计1、在图示铰链四杆机构中，已知：BCl=50mm，CDl=35mm，ADl=30mm，AD为机架，1）若此机构为曲柄摇杆机构，且AB为曲柄，求ABl的最大值；2）若此机构为双曲柄机构，求ABl的范围；3）若此机构为双摇杆机构，求ABl的范围。解：1）AB为最短杆ADCDBCABllllmmlAB15max2）AD为最短杆，若BCABllABCDBCADllllmmlAB45若BCABllCDBCABADllllmmlAB553)ABl为最短杆ADCDBCABllll，mm