机械原理习题参考答案

1 9 1 3 5 6 8 D2 D1 E1 O1 B F1 A 2 7 4 E2 C1 C2 F2 10 y 题 2－2图 A B C D E G 1 2 3 6 y x 5 4 题 2－3图 A 1 2 4 y x B D G E 6 7 5 C 3 题 2－4图习题与参考答案 2－1 题 2－1 图所示为三种型式液压泵的结构简图，试绘制它们的机构简图。 2－2 题 2－2 图所示为高速机械压力机的机构简图，除去曲柄 1、连杆 2 之外，机构尺寸关于 y 轴对称，试求它的自由度（参考答案： 1 ) 0 13 2 ( 9 3 ) 2 ( 3 H L 2 2=+´-´=+-=- P P n F ）。 2－3 题 2－3 图所示为连杆机械压力机的机构简图，试求它的自由度（参考答案： 1 ) 0 7 2 ( 5 3 ) 2 ( 3 H L 3 2=+´-´=+-=- P P n F ）。 (a) (b) (c) 题 2－1图 4 1 2 3 B A C A C B 3 1 2 4 A C B 3 1 2 4 参考答案图(a) (b) (c)2 题 2－6图 3 1 2 4 5 6 O1 O3 A B C D O1 1 2 3 O5 5 x y 6 7 BO7 O3 P O2 4 题 2－5图 2－4 题 2－4 图所示为齿轮连杆组合机构的机构简图，其中构件 2、5 组成齿轮齿条副，构件 2、3 组成移动副，试求它的自由度（参考答案： 1 ) 1 8 2 ( 6 3 ) 2 ( 3 H L 4 2=+´-´=+-=- P P n F ）。 2－5 题 2－5 图所示为齿轮连杆组合机构的机构简图，试求该机构的自由度（参考答案： 1 ) 1 8 2 ( 6 3 ) 2 ( 3 H L 5 2=+´-´=+-=- P P n F ）。 2－6 题 2－6 图所示为凸轮连杆压力机的机构简图，试求它的自由度，将该机构中的高副用低副代替，画出低代后的机构简图（参考答案： 1 ) 1 5 2 ( 4 3 ) 2 ( 3 H L 6 2=+´-´=+-=- P P n F ）。 2－7 题 2－7 图所示为一种织机开口机构的机构简图，试求它的自由度（参考答案： 1 ) 0 13 2 ( 9 3 ) 2 ( 3 H L 7 2=+´-´=+-=- P P n F ）。 2－8 题 2－8 图所示为另一种织机开口机构的机构简图，试求它的自由度（参考答案： 1 ) 1 8 2 ( 6 3 ) 2 ( 3 H L 8 2=+´-´=+-=- P P n F ）。 2－9 题 2－9 图所示为一种鸟的机构简图，试求它的自由度（参考答案：题 2－7图题2－8图 A 1 2 4 x φ B D E G K 3 6 7 5 C e A A0 B0 4 O3 1 3 4 5 6 7 7' 8 8' C E' E H B E I 4 23 1 ) 0 13 2 ( 9 3 ) 2 ( 3 H L 9 2=+´-´=+-=- P P n F ）。 2－10 题 2－10 图所示为一种人工膝关节机构的机构简图，试求它的自由度（参考答案： 1 ) 0 7 2 ( 5 3 ) 2 ( 3 H L 10 2=+´-´=+-=- P P n F ）。 2－11 题 2－11 图所示为一种织机机构的机构简图，试求它的自由度（参考答案： 1 ) 1 14 2 ( 10 3 ) 2 ( 3 H L 11 2=+´-´=+-=- P P n F ）。题 2－10图题 2－11图 1 2 3 4 5 6 O1 ω1 O2O3 O4 A B C D D' E' E Z1 Z2 1 2 3 4 5 6 7 7' 8' 8 9 题 2－9图 A 1 C B D 2 3 4 5 6 7 8 9 10 E F G H I J K L 24 题 3－1图 1 A B C D ω1 2 4 3 S b c φ θ δ 习题 3－1 题 3－1图(a)所示为曲柄滑块机构，设曲柄 1 的杆长 a＝0.045 m，连杆 2 的杆长 b＝0.225 m，连杆上 BD的杆长c＝0.180 m，BD 的方位角 δ＝30º，曲柄 1 的角速度 ω1＝10 rad/s。试用图解法求 φ＝25°时滑块 3 的速度 V3 与加速度 a3，连杆 2 上 D 点的速度 VD 与加速度 aD（参考答案：V3＝－0.225 m/s，a3＝－ 4.8 m/s 2 ，VD＝0.121 m/s，aD＝5.392 m/s 2 ）。 VB=aω1=0.045×10＝0.45 m/s＝450 mm/s μL=4，μV=(450mm/s)/(45mm)=10(mm/s)/mm V3=pc×μV =22.5×10＝225mm/s VD=pd×μV =12.1×10＝121 mm/s p b c d VC=VB+VCB VCB=ω2×b=cb×μV，ω2=cb×μV/b=40.85×10/225=1.816 rad/s aC=aB+ a n CB+ a t CB aB=ω 2 1a=10 2 ×45=4 500 mm/s a n CB=ω 2 2b=1.816 2 ×225=742 mm/s μa＝(4500 mm/s 2 )/(45 mm)=100(mm/s 2 )/mm b'c= a n CB /μa=742/100＝7.42 mm p'b'=aB/μa =4500/100=45 mm a3=p'c'×μa =48×100＝4 800mm/s 2 b' c' c d' aD=p'd'×μa =53.92×100＝5 392 mm/s 2 题 3－1图 (a) 速度图 (b) 加速度图解： pb＝VB/μV＝450/10＝45mm p' A B D C 25° 30° ω2 ω1 c 1 2 3 4 P24 α2 μL=4 μV=10(mm/s)/mm μa＝100(mm/s 2 )/mm5 题 3－3图 E α 6 5 3 2 1 ω1 A C D φ θ a b c S5 H0 S23 d 4 B S5 V5 a5 0 φ 2π (a) (b) 题 3－2图图上尺寸 a＝7.26 mm b＝26.47 mm c31＝18.58 mm d＝28.02 mm c32＝18.58 mm pa＝22.8 mm VB＝VA＋VBA a b A c32 c31 3 2 1 4 O1 O3 d θ φ δ ψ y x O Q ω1 活塞 5 S5 D1 D2 B D pb＝19.66 mm VB＝19.66×50＝983 mm/s V5＝ω3 c32＝1.058×18.58×50＝983 mm/s 速度图 VA＝aω1=7.26×50×3.14＝1140.4 mm/s μV=50(mm/s)/mm a b d p ω3＝VB /c31＝983/(18.58×50)＝1.058 rad/s 3－2 题 3－2图所示为油田抽油机机构，D1D2 为中心在 O3 点、半径为 c32 的圆弧，5 为钢丝绳与抽油活塞组合体，长度比例尺 μL＝实际尺寸/图上尺寸＝50，ω1＝3.14 rad/s，试用图解法求活塞 5 在图示位置的速度 V5（参考答案：V5＝0.983 m/s）。 3－3 题 3－3(a)图所示为牛头刨床的工作机构，已知 d＝0.420 m，a＝0.125 m，b＝0.820 m，c ＝0.656 m，H0＝0.800 m，ω1＝0.2 rad/s。试用解析法求刨头 5 的位移 S5、速度 V5 与加速度 a5 （参考曲线如图 3－3(b)所示）。6 题 3－5图 O3 3 1 4 5 A1 A2 B1 S3 r3 r1 B2 S5 B 6 δb 2 φ δ 0.5δb φS ω1 H6 b C d2 O1 A (a) 0 S5 V5 a5 φ φS φS+2π (a) 题 3－4图 S5 V5 a5 2π φ 0 O1 O3 3 1 θ 5 C b6 φ S5 4 2 A 6 B A1 A2 B1 B2 (a) (b) 3－4 题 3－4 图(a)所示为近似等速比传动的工作机构，O1A/O1O3＝a/d＝0.5，a＝0.100 m，b6 ＝0.160 m，d＝0.200 m，试用解析法求移动从动件 5的位移 S5、速度 V5 与加速度 a5 （参考曲线如图 3－4(b)所示）。 3－5 题3－5图(a)所示为曲柄导杆移动从动件平面六杆机构，设曲柄1为主动件， ω1＝10 rad/s，移动件 5 为从动件，当移动从动件 5 达到下极限位置时，移动从动件 5 的平底与杆 3 垂直。设 d1＝ 0.100 m，δb＝60º，r1＝d1sin(0.5δb)，r3＝0.180 m，d2＝0.95r3＝0.152 m，b＝0.040 m，H6＝0.35r3＝ 0.063 m，S3 表示摆杆 3 上 O3A 的长度，S5 表示移动从动件 5 的位移。试用解析法求移动从动件5 的位移 S5、速度 V5 与加速度a5（参考曲线如图 3－5(b)所示）。7 F54t＝95×9.81×0.3sin5.1/0.7＝35 N。对滑块 5 取力平衡方程：F45t cos5.1+F45r sin5.1＝F65 对滑块 5 取力平衡方程：F45t sin5.1－F45r cos5.1＝－(Fr+G5) F65＝[(Fr+G5) sin5.1+F45t]/ cos5.1 ＝[(10 4 +185×9.81)sin5.1+35]/ cos5.1＝1 090 N， F45r＝F65 sin5.1+ (Fr+G5) cos5.1 ＝1090×sin5.1+ (10 4 +185×9.81) cos5.1＝11 865 N。 Fr E F65 F45r 5 F45t V5 G5 V5 E C S4F54r 4 G4 FC4x F54t 5.1° FC4y FC4 4.887° B S2 G2 C 2 F12t F12r 9.062° FC4 F3C75.438° 85.825° B A φ 1 F21r F21t M1 对连杆 4 上的 C 点取力矩得：F54t LCE＝G4 LCS4sin5.1 (a) (b) (c) (d) (e) B A D S2 ω1 φ 3 16 G2 Fr V5 E F65 C S4 F45r 4 25 G4 F3C F54r F54t F45t 5.1° 5.5° G5 Hx Hy x y θ ψ 题 4－1图习题 4－1 题 4－1 图为一平面六杆压力机机构，曲柄 1 作匀速转动， ω1＝6.28 rad/s，设滑块 5 的质量 m5＝185 kg，质心在 E 点；连杆 4的质量m4＝95 kg，质心在 S4 点，关于 S4 的转动惯量 JS4＝0.600 kgm 2 ；连杆 2 的质量 m2＝80 kg，质心在 S2 点，关于 S2 的转动惯量 JS2＝0.400 kgm 2 ，其余构件的质量与转动惯量忽略不计。机构的尺寸为 LAB ＝0.150 m，LBC＝0.800 m，LBS2＝0.450 m，LCD＝0.650 m， LCE＝0.700 m， LCS4＝0.300 m， Hx＝0.650 m， Hy＝0.650 m。机构的受力状态为，当滑块 5 向上运动时，工作阻力 Fr ＝10 000 N；当滑块5 向下运动时，摩擦阻力 Fr＝1 000N。不计惯性力与惯性力矩，试用图解法作 φ＝60°位置的受力分析（参考答案：F12＝F61＝2 398 N，F2C＝2 535 N，F3C ＝F63＝13 637 N，FC4＝12 797 N，F45＝11 865 N，F65＝1 090 N，M1＝308 Nm）。解：仅做静力分析，动力分析未做。题 4－1图 B A D S2 ω1 φ 3 1 6 Fr V5 E C S4 4 2 5 G5 Hx Hy x y8 (a) η1＝Q /Q0＝10070/14019 ＝0.7183 F310＝17 2