机械原理习题及答案

第1章平面机构的结构分析1.1解释下列概念1.运动副；2.机构自由度；3.机构运动简图；4.机构结构分析；5.高副低代。1.2验算下列机构能否运动，如果能运动，看运动是否具有确定性，并给出具有确定运动的修改办法。题1.2图题1.3图1.3绘出下列机构的运动简图，并计算其自由度(其中构件9为机架)。1.4计算下列机构自由度，并说明注意事项。1.5计算下列机构的自由度，并确定杆组及机构的级别(图a所示机构分别以构件2、4、8为原动件)。题1.4图题1.5图第2章平面机构的运动分析2.1试求图示各机构在图示位置时全部瞬心。题2.1图2.2在图示机构中，已知各构件尺寸为lAB=180mm,lBC=280mm,lBD=450mm,lCD=250mm,lAE=120mm,φ=30º,构件AB上点E的速度为vE=150mm/s,试求该位置时C、D两点的速度及连杆2的角速度ω2。2.3在图示的摆动导杆机构中，已知lAB=30mm,lAC=100mm,lBD=50mm,lDE=40mm,φ1=45º,曲柄1以等角速度ω1=10rad/s沿逆时针方向回转。求D点和E点的速度和加速度及构件3的角速度和角加速度（用相对运动图解法）。题2.2图题2.3图2.4在图示机构中，已知lAB=50mm,lBC=200mm,xD=120mm,原动件的位置φ1=30º,角速度ω1=10rad/s，角加速度α1=0，试求机构在该位置时构件5的速度和加速度，以及构件2的角速度和角加速度。题2.4图2.5图示为机构的运动简图及相应的速度图和加速度图。（1）在图示的速度、加速度多边形中注明各矢量所表示的相应的速度、加速度矢量。（2）以给出的速度和加速度矢量为已知条件，用相对运动矢量法写出求构件上D点的速度和加速度矢量方程。（3）在给出的速度和加速度图中，给出构件2上D点的速度矢量2pd和加速度矢量2''dp。题2.5图2.6在图示机构中，已知机构尺寸lAB=50mm,lBC=100mm,lCD=20mm,原动件的位置φ1=30º,角速度ω1=ω4=20rad/s，试用相对运动矢量方程图解法求图示位置时构件2的角速度ω2和角加速度α2的大小和方向。题2.6图2.7在图示机构构件1等速转动，已知机构尺寸lAB=100mm,角速度为ω1=20rad/s，原动件的位置φ1=30º,分别用相对运动图解法和解析法求构件3上D点的速度和加速度。题2.7图题2.8图2.8在图示导杆机构中，已知原动件1的长度为l1、位置角为φ1，中心距为l4，试写出机构的矢量方程和在x、y轴上的投影方程(机构的矢量三角形及坐标系见图)。2.9在图示正弦机构中，已知原动件1的长度为l1=100mm、位置角为φ1=45º、角速度ω1=20rad/s，试用解析法求出机构在该位置时构件3的速度和加速度。2.10在图示牛头刨床机构中，已知机构尺寸及原动件曲柄1的等角速度ω1，试求图示位置滑枕的速度vC。题2.9图题2.10图2.11在图示平锻机中的六杆机构中，已知各构件的尺寸为：lAB＝120mm，lBC＝460mm，lBD＝240mm，lDE＝200mm，lEF＝260mm,β＝30°，ω1=l0rad/s,xF＝500mm，yF＝180mm。欲求在一个运动循环中滑块3的位移SC、速度vC和加速度aC及构件4、5的角速度ω4、ω5和角加速度α4、α5,试写出求解步骤并画出计算流程图。题2.11图第3章平面机构的动力分析3.1图示楔形机构中，已知γ=β=60°，有效阻力Fr=1000N，各接触面的摩擦系数f=0.15。试求所需的驱动力Fd。题3.1图题3.2图3.2在图示机构中，已知F5=1000N，lAB=100mm，lBC=lCD=2lAB，lCE=lED=lDF，试求各运动副反力和平衡力矩Mb。3.3在图示曲柄滑块机构中，已知各构件的尺寸、转动副轴颈半径r及当量摩擦系数fv，滑块与导路的摩擦系数f。而作用在滑块3上的驱动力为Fd。试求在图示位置时，需要作用在曲柄上沿x—x方向的平衡力Fb（不计重力和惯性力）。题3.3图3.4在图示机构中，已知：x=250mm，y=200mm，lAS2=128mm，Fd为驱动力，Fr为有效阻力，m1=m3=2.75kg，m2=4.59kg，Is2=0.012kg·mm2，滑块3以等速v=5m/s向上移动，试确定作用在各构件上的惯性力。题3.4图题3.5图3.5在图示的悬臂起重机中，已知载荷G=5000N，h=4m，l=5m，轴颈直径d=80mm，径向轴颈和止推轴颈的摩擦系数均为f=0.1。设它们都是非跑合的，求使力臂转动的力矩Md。3.6图示机构中，已知x=110mm，y=40mm，φ1=45°，lAB=30mm，lBC=71mm，lCD=35.5mm，lDE=28mm，lES2=35.5mm；ω1=10rad/s；m2=2kg，IS2=0.008kg·mm2。设构件5上作用的有效阻力Fr=500N，lEF=20mm，试求各运动副中的反力及需要加于构件1上的平衡力矩Mb。题3.6图3.7图示为一楔块夹紧机构，其作用是在驱动力Fd的作用下，使楔块1夹紧工件2。各摩擦面间的摩擦系数均为f。试求：1）设Fd已知，求夹紧力Fr；2）夹紧后撤掉Fd，求滑块不会自行退出的几何条件。3.8如图所示的缓冲器中，若已知各滑块接触面间的摩擦系数f和弹簧的压力Q，试求：1）当楔块2、3被等速推开及等速恢复原位时力P的大小；2）该机构的效率以及此缓冲器不发生自锁的条件。题3.7图题3.8图3.9如图所示，在手轮上加力矩M均匀转动螺杆时，使楔块A向右移动并举起滑块B，设楔角α=15°，滑块上B的载荷Fv=20kN。螺杆为双头矩形螺纹，平均直径d2=30mm，螺距p=8mm。已知所有接触面的摩擦系数f=0.15。若楔块A两端轴环的摩擦力矩忽略不计，试求所需的力矩M。题3.9图题3.10图3.10图示机组是由一个电动机经带传动和减速器，带动两个工作机A和B。已知两工作机的输出功率和效率分别为：PA=2kW、ηA=0.8，PB=3Kw，ηB=0.7；每对齿轮传动的效率η1=0.95，每个支承的效率η2=0.98，带传动的效率η3=0.9。求电动机的功率和机组的效率。第4章平面连杆机构及其设计4.1在铰链四杆机构ABCD中，若AB、BC、CD三杆的长度分别为：a=120mm，b=280mm,c=360mm，机架AD的长度d为变量。试求；(1)当此机构为曲柄摇杆机构时，d的取值范围；(2)当此机构为双摇杆机构时,d的取值范围；(3)当此机构为双曲柄机构时,d的取值范围。4.2如图所示为转动翼板式油泵，由四个四杆机构组成，主动盘绕固定轴A转动，试画出其中一个四杆机构的运动简图(画图时按图上尺寸，并选取比例尺μl=0.0005m/mm，即按图上尺寸放大一倍)，并说明它们是哪一种四杆机构。题4.2图题4.3图4.3试画出图示两个机构的运动简图(画图要求与题4.2相同)，并说明它们是哪—种机构。4.4图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?题4.4图题4.5图4.5在图所示的铰链四杆机构中，各杆的长度为l1=28mm，l2=52mm，l3=50mm，l4=72mm，试求：1)当取杆4为机架时，该机构的极位夹角θ、杆3的最大摆角Ψ、最小传动角γmin和行程速比系数K；2)当取杆1为机架时，将演化成何种类型的机构?为什么?并说明这时C、D两个转动副是周转副还是摆转副；3)当取杆3为机架时，又将演化成何种机构?这时A、B两个转动副是否仍为周转副?4.6设曲柄摇杆机构ABCD中，杆AB、BC、CD、AD的长度分别为：a=80mm，b=160mm，c=280mm，d=250mm，AD为机架。试求：1)行程速度变化系数K；2)检验最小传动角γmin，许用传动角[γ]=40º。4.7偏置曲柄滑块机构中，设曲柄长度a=120mm，连杆长度b=600mm，偏距e=120mm，曲柄为原动件，试求：1)行程速度变化系数K和滑块的行程h；2)检验最小传动角γmin，[γ]=40º；3)若a与b不变，e=0时，求此机构的行程速度变化系数K。4.8插床中的主机构，如图所示，它是由转动导杆机构ACB和曲柄滑块机构ADP组合而成。已知LAB=100mm，LAD=80mm，试求：1)当插刀P的行程速度变化系数K＝1.4时，曲柄BC的长度LBC及插刀的行程h；2)若K=2时，则曲柄BC的长度应调整为多少?此时插刀P的行程h是否变化?题4.8图题4.9图4.9图示两种形式的抽水唧筒机构，图a以构件1为主动手柄，图b以构件2为主动手柄。设两机构尺寸相同，力F垂直于主动手柄，且力F的作用线距点B的距离相等，试从传力条件来比较这两种机构哪一种合理。4.10图示为脚踏轧棉机的曲柄摇杆机构。铰链中心A、B在铅垂线上，要求踏板DC在水平位置上下各摆动10º，且lDC=500mm，lAD=1000mm。试求曲柄AB和连杆BC的长度lAB和lBC，并画出机构的死点位置。题4.10图题4.11图4.11图示为一实验用小电炉的炉门装置，在关闭时为位置El，开启时为位置E2，试设计一四杆机构来操作炉门的启闭(各有关尺寸见图)。在开启时炉门应向外开启，炉门与炉体不得发生干涉。而在关闭时，炉门应有一个自动压向炉体的趋势(图中S为炉门质心位置)。B、C为两活动铰链所在位置。4.12图示为一双联齿轮变速装置，用拨叉DE操纵双联齿轮移动，现拟设计一个铰链四杆机构ABCD；操纵拨叉DE摆动。已知：lAD=100mm，铰链中心A、D的位置如图所示，拨叉行程为30mm，拨叉尺寸lED=lDC=40mm，固定轴心D在拨叉滑块行程的垂直平分线上。又在此四杆机构ABCD中，构件AB为手柄，当它在垂直向上位置AB1时，拨叉处于位置E1，当手柄AB逆时针方向转过θ=90º而处于水平位置AB2时，拨叉处于位置E2。试设计此四杆机构。题4.12图题4.13图4.13已知某操纵装置采用一铰链四杆机构，其中lAB=50mm,lAD=72mm，原动件AB与从动件CD上的一标线DE之间的对应角位置关系如图所示。试用图解法设计此四杆机构。4.14图示为一用于控制装置的摇杆滑块机构，若已知摇杆与滑块的对应位置为：φ1=60º、s1=80mm,φ2=90º、s2=60mm，φ3=120º、s3=40mm。偏距e=20mm。试设计该机构。题4.14图4.15如图所示的颚式碎矿机，设已知行程速度变化系数K=1.25，颚板CD(摇杆)的长度lCD=300mm，颚板摆角ψ=30º，试确定：(1)当机架AD的长度lAD=280mm时，曲柄AB和连杆BC的长度lAB和lBC；(2)当曲柄AB的长度lAB=50mm时，机架AD和连杆BC的长度lAD和lBC。并对此两种设计结果，分别检验它们的最小传动角γmin，[γ]=40º。题4.15图题4.16图4.16设计一曲柄滑块机构，已知滑块的行程速度变化系数K=1.5，滑块行程h=50mm，偏距e=20mm，如图所示。试求曲柄长度lAB和连杆长度lBC。4.17在图示牛头刨床的主运动机构中，已知中心距lAC=300mm，刨头的冲程H=450mm，行程速度变化系数K=2，试求曲柄AB和导杆CD的长度lAB和lCD。4.18试设计一铰链四杆机构，已知摇杆CD的行程速度变化系数K=1.5，其长度lCD=75mm，摇杆右边的一个极限位置与机架之间的夹角ψ=ψ1=45º，如图所示。机架的长度lAD=100mm。试求曲柄AB和连杆BC的长度lAB和lBC。题4.17图题4.18图4.19图示铰链四杆机构中，已知机架AD的长度lAD=100mm，两连架杆三组对应角为：φ1=60º，ψ1=60º：φ2=105º，ψ2=90º；φ3=150º，ψ3=120º。试用解析法设计此四杆机构。题4.19图第5章凸轮机构及其设计5.1如图所示，B0点为从动件尖顶离凸轮轴心O最近的位置，B′点为凸轮从该位置逆时针方向转过90º后，从动件尖顶上升s时的位