機械原理第八版課后練習答案

1、解：第2章2-1 何謂構件 ?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 57 頁。2-2 機構運動簡圖有何用處 ?它能表示出原機構哪些方面的特征 ? 答：機構運動簡圖可以表示機構的組成和運動傳遞情況，可進行運動 分析，而且也可用來進行動力分析。2-3 機構具有確定運動的條件是什么 ?當機構的原動件數(shù)少于或多于 機構的自由度時，機構的運動將發(fā)生什么情況 ?答：參考教材 1213 頁。2-4 何謂最小阻力定律 ?試舉出在機械工程中應用最小阻力定律的1、2 個實例。2-5 在計算平面機構的自由度時，應注意哪些事項 ?答：參考教材 1517 頁。2-6 在圖 2-20 所示的

2、機構中，在鉸鏈 C、B、D 處，被連接的兩構件 上連接點的軌跡都是重合的，那么能說該機構有三個虛約束嗎?為什么?答：不能，因為在鉸鏈 C、B、D 中任何一處，被連接的兩構件上連接 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的級別 ?答：參考教材 1819 頁。2-8 為何要對平面高副機構進行 “高副低代 ?“高副低代” 應滿足的 條件是什么 ?答：參考教材 2021 頁。2-9 任選三個你身邊已有的或能觀察到的下列常用裝置 ( 或其他裝 置) ，試畫出其機構運動簡圖，并計算其自由度。1) 折疊

3、桌或折疊椅；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計方案。設計者的思路是：動力由齒 輪 j 輸入，使軸 A連續(xù)回轉； 而固裝在軸 上的凸輪 2與杠桿 3組成的 凸輪機構使沖頭 4 上下運動，以達到?jīng)_壓的目的。試繪出其機構運動 簡圖 (各尺寸由圖上量取 ) ，分析是否能實現(xiàn)設計意圖，并提出修改方 案。1) 取比例尺繪制機構運動簡圖2) 分析是否能實現(xiàn)設計意圖不合理，可改為2-12 圖示機構為一凸輪齒輪連桿組合機構， 試繪制其機構示意簡圖并 計算自由度。解：2-16 試計算圖示凸輪 - 連桿組合機構的自由度（a）解：（b）為復合鉸鏈解：（ 1） 圖示機構在 D處的結構與

4、圖 2-1 所示者一致， 經(jīng)分析知該機 構共有 7 個活動構件， 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，故機構的自由度為F=3n- （2p l +ph- p ）- F =3 7- （2 8+2-0）- 2=1（2）如將 D處結構改為如圖 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。因為構件3、6 和構件 5、 6 均組成移動副，均要限制構件 6 在圖紙平面內轉動，這兩者是重復的， 故其中有一個為虛約束。經(jīng)分析知這時機構的活動構件數(shù)為6，低副數(shù)為 7，高副數(shù)和局部自由

5、度數(shù)均為 2，虛約束數(shù)為 1，故機構的自由 度為F=3n- （2p l +ph- p ）- F =3 6- （2 7+2-1）- 2=1 上述兩種結構的機構雖然自由度均為一，但在性能上卻各有千秋：前 者的結構較復雜，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，假如不能保證在運動過程中構件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, p 1=17, p h=0, p=2p 1+p h-3n=2, F=0 F=3n-(2p 1+ph-p)-F=3 11-(2 17+0-2)-0=1 (2) 去掉虛約束后 F=

6、3n-(2p l+ph) =3 5-(2 7+0) =1d)A、B、C處為復合鉸鏈。 自由度為： F=3n-(2p 1+ph-p)-F=3 6-(2 7+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， 因為 齒輪 3、5 處只有一個高副， 而齒條 7 與齒輪 5 在齒的兩側面均保持接 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 動，與外環(huán) 2 固連在一起的滑閥 3 在可繞固定軸心 C 轉動的圓柱 4 中 滑動。當偏心輪按圖示方向連續(xù)回轉時可將設備中的空氣吸入，并將 空氣從閥 5 中排出，從而形成真空。 (1)

7、 試繪制其機構運動簡圖； (2) 計算其自由度。解 (1) 取比例尺作機構運動簡圖如圖所示。(2) F=3n-(2p1+ph-p )-F =3 4-(2 4+0-0)-1=12-14 圖示是為高位截肢的人所設汁的一種假肢膝關節(jié)機構。 該機構能 保持人行走的穩(wěn)定性。若以脛骨 1 為機架，試繪制其機構運動簡圖和 計一算其自由度，并作出大腿彎曲時的機構運動簡圖。解 把脛骨 l 相對固定作為機架假肢膝關節(jié)機構的機構運動簡圖如圖所示 , 大腿彎曲 90。時的機構運動簡圖，如圖中虛線所示。其自 由度為：F=3n-(2p l +ph-p )-F =3 5-(2 7+0-0)-0=12-15 試繪制圖 n 所

8、示仿人手型機械手的食指機構的機構運動簡圖( 以手掌 8 作為相對固定的機架 ) ，井計算自由度。(1) 取比倒尺肌作機構運動簡圖(2) 計算自由度2-18 圖示為一剎車機構。剎車時，操作桿 j 向右拉，通過構件 2、 3、4、5、 6 使兩閘瓦剎住車輪。試計算機構的自由度，并就剎車過程說 明此機構自由度的變化情況。 （ 注；車輪不屬于剎車機構中的構件。（1）未剎車時，剎車機構的自由度2） 閘瓦 G、 J 之一剃緊車輪時剎車機構的自由度3）閘瓦 G、J 同時剎緊車輪時，剎車機構的自由度解： 1232-23 圖示為一內然機的機構運動簡圖， 試計算自由度 t 并分析組成此 機構的基本桿組。 如在該機

9、構中改選 EG為原動件， 試問組成此機構的 基本桿組是否與前者有所不同。解：2-21 圖示為一收放式折疊支架機構。 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動。又通過件1，2，3，4 組成的鉸鏈四桿機構及連桿 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，必須沿箭頭方向推動 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） 。現(xiàn)已知機構尺寸 l AB=l AD=90 mm；l BC

10、=l CD=25 mm，其余尺寸見圖。 試繪制該機構的運動簡圖，并計算其自由度。解：機械運動簡圖如下：F=3n-(2p 1+pb-p)-F=3 5-(2 6+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 3031 頁。3 2 何謂三心定理 ?何種情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：（10 分）（d）（ 10 分）并用瞬心法求齒輪 1（ 2 分）3-4 標出圖示的齒輪一連桿組合機構中所有瞬心， 與齒輪 3 的傳動比 1/

11、3。答： 1）瞬新的數(shù)目：K=N(N-1)/2=6(6-1)/2=15 2） 為求 1/ 3需求 3 個瞬心 P16、 P36、 P13的位置3） 1/ 3= P 36P13/P 16P13=DK/AK由構件 1、3 在 K點的速度方向相同，可知 3與1同向3-6 在 圖 示 的 四 桿 機 構 中 ， LAB=60mm， LCD=90mm,LAD=LBC=120mm, 2=10rad/s, 試用瞬心法求：1） 當 =165時，點的速度 vc ；2） 當 =165時，構件 3 的 BC線上速度最小的一點 E 的位置及速 度的大??；3） 當 VC=0 時，角之值 （ 有兩個解 ） 。解： 1）以

12、選定的比例尺機械運動簡圖（圖b）2 ）求 vc 定出瞬心 p12 的位置（圖 b） 因 p13為構件 3 的絕對瞬心，則有 3=vB/lBp 13= 2l AB/ =10 78=（rad/s） vc= c p133=52=（m/s）3）定出構件 3的 BC線上速度最小的點 E的位置 , 因 BC線上速度最小的 點必與 p13 點的距離最近，故叢 p13 引 BC線的垂線交于點 E，由圖可 得c）量出v E= 3= =（m/s）4）定出 vc=0 時機構的兩個位（置3（分）圖 1= 2=3-8 機構中，設已知構件的尺寸及點 作出 各機構在圖示位置時的速度多邊形。B的速（度3分v）B（ 即速度矢量

13、 pb），試答：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 在圖示的機構中， 設已知構件的尺寸及原動件 1 的角速度 1 （順 時針 ） ，試用圖解法求機構在圖示位置時 C點的速度和加速度。（a）答：1 分）（ 1 分）Vc3=VB+VC3B=VC2+VC3C2 （ 2 分）3 分）n t k rC3=aB+a C3B+a C3B=aC2+a C3C2+a C3C2C2=0aC2=0C3B=0 3=02 分）C3C2=03 分）（b）（ 2 分）2 分）V C2=V

14、B+VC2B=VC3+Vc2C3 3= 2=02 分）（1 分）ntkrB+a C2B+a C2B=aC3+a C2C3+a C2C33 分）（c）答：（ 2 分）VB3=VB2+VB3B2 （ 2 分） VC=VB3+VCB3（2 分）1 分）3 分）n t k rB3+aB3=aB2+a B3B2+a B3B23- 13 試判斷在圖示的兩機構中 B 點足否都存在哥氏加速度？又在 a E= ape=2.8m/s2a E= ape=2.8m/s2何位置哥氏加速度為零 ?怍出相應的機構位置圖。并思考下列問題。什么條件下存在氏加速度 ?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。

15、圖 (a) 中， a B2B3=2 2vB2B3對嗎 ?為什么。解 1) 圖 (a) 存在哥氏加速度，圖 (b) 不存在。由于 a B2B3=2 2vB2B3故 3， 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件 1，34 重合，此 時 vB2B3=0，當構件 1 與構件 3 相互垂直即 _f= ；點到達最左及最右位 置時 2= 3=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 2=3=0，故該機構在任何位置哥矢加速度都為零。對。因為 3 2 。3-14 在圖示的搖塊機構中， 已知 l AB=30mm，l AC=100mm，l B

16、D=50 mm,lDE=40 mm，曲柄以等角速度 l =40rad S回轉，試用圖解法求機構在 1=45o 位置時，點 D及 E的速度和加速度， 以及構件 2的角速度和角加速度。解 (1) 以 l 作機構運動簡圖 (a) 所示。(2) 速度分析：以 C 為重合點，有vC2 = v B + v C2B = v C3 + v C2C3大小 ? 1l AB ? 0 方向 ? AB BC /BC以l 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= vpd=0 23 msv E= vpe=0.173m/s(3) 加速度分析： 以 C 為重合點，有C2

17、 = a B 2 1 l AB2= vbc2/l BC=2 rad/s( 順時針 )a大小方向其中 anC2B= 2n t k r+ a C2B + a C2B = a C3 + a C2C3 + a C2C3 2 l BC ? 0 2 3vC2C3 ?B A C B BCBC /BC2l BC=0.49 m s2，akC2C3=2 3v C2C3=0.7m s2，以 a 作加速 度多邊形如圖 (c) 所示，由圖可得D= apd= 4m/S 2=at C2B/l BC=an2C2/lBC=s 2( 順時針 ) i3- l5 在圖( a )示的機構中，已知 l AE=70 mm,； l AB=4

18、0mm， l EF=60mm,DE=35 mm,l CD=75mm,lBC=50mm原動件以等角速度 1=10rad/s 回 轉試以圖解法求機構在 1=50。位置時點 C的速度 Vc和加速度 a c 解： 1 )速度分析：以 F 為重合點有v F4=vF5=vF1+vF5F1以 l 作速度多邊形圖如圖 (b) 得， f 4(f 5) 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) a F4= a F4+ a F4= a F1+ a F5F1+ a F5F1 以 a 作加速度多邊形圖 (c) ，得 f

19、 4(f 5) 點，再利用加速度影像 求得 b 及 d點。根據(jù) a C=aB+a CB+a CB=aD+a CD+a CD 繼續(xù)作圖，則矢量 p c 就代表了 aC則求得v C= vpc=0.69 m sa C=apc=3m s23-16 在圖示凸輪機構中， 已知凸輪 1 以等角速度 1=10 rad s 轉動， 凸輪為一偏心圓，其半徑 R=25 mm，l AB=15mm l AD=50 mm， 1=90o，試 用圖解法求構件 2 的角速度 2 與角加速度 2。提示：可先將機構進行高副低代， 然后對其替代機構進行運動分析。解 (1) 以l 作機構運動簡圖如圖 (a) 所示。(2) 速度分析：

20、先將機構進行高副低代， 其替代機構如圖 (a) 所示， 并以 B 為重合點。有VB2 = v B4 + v B2B4大小 ? 1 l AB方向 BD AB /|CD以 v= rn s2作速度多邊形圖如圖 (b) ，由圖可得2=vB2lBD=vpb2( lBD)= rad s( 逆時針 )(3) 加速度分析：n t k ra B2 = a B2 + a B2 = a B4 + a B2B4 + a B2B42大小 2 l BD 1 l AB 24vB2B4方向 B- D BD B -A CD /CD其中 anB2=22l BD =0.286 m/s 2，akB2B4 =0.746 m s2作圖

21、(c) 得 = at B2 /l BD= an 2b 2/l BD= rad s2：( 順時針 )3-18 在圖( a)所示的牛頭刨機構中 l AB=200 mnl，l CD=960 mm，l DE=160 mm, 設曲柄以等角速度 1=5 rad s逆時針方向回轉試以圖解法 求機構在 1=135o 位置時刨頭點的速度 vC。解 1 )以 l 作機構運動簡圖如圖 (a) 。2 )利用瞬心多邊形圖 (b) 依次定出瞬心 P36,vC=vP15= 1 AP15 l =1.24 m/S3 -19 圖示齒輪一連桿組合機構中， MM為固定齒條，齒輪 3 的直徑 為齒輪 4 的 2倍設已知原動件 1 以等

22、角速度 1順時針方向回轉，試 以圖解法求機構在圖示位置時E點的速度 vE以及齒輪 3，4 的速度影像。解：(1) 以 l作機構運動簡圖如 (a) 所示。(2) 速度分斫：此齒輪連桿機構可看作， ABCD受 DCEF兩個機構串聯(lián)而成，則可 寫出：vC=vB+vCBvE=vC+vEC以 v作速度多邊形如圖 (b) 所示由圖得v E= vpe m/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 ckek 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

23、一汽車雨刷機構。其構件 l 繞固定軸心 A 轉動，齒條 2 與構件 1 在 B點處鉸接， 并與繞固定軸心 D轉動的齒輪 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作往復擺動。設機 構的尺寸為 l AB=18 mm, 輪 3的分度圓半徑 r3=12 mm，原動件 1以等角 速度 =l rad/s 順時針回轉，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 l 作機構運動簡圖 (a) 。 在圖作出齒條 2 與齒輪 3 嚙合擺動時占據(jù)的兩個極限位置C，C”可知擺程角如圖所示：(2) 速度分析：將構件 6 擴大到 B 點，以 B為重合點

24、，有v B6 = v B2 + v B6B2大小 ? 1l AB ?方向 BD AB BCv B2= l l AB= 8 m s以 v作速度多邊形圖 (b) ，有2=6=vB6/l BD= vpb6/ l BD=s(逆時針 ) v B2B6= vb2b6= 45 rn s(3) 加速度分析： nt a B5 = a B6 + a B6 2 大小 6l BD 方向 B- Dna B2 +2 1 l ABkra B6B2 + a B6B2BDB- A2 2vB6B2 BCBC其 中 ， anB2= 12l AB=0.08m/s 2， anB6= 62l BD= 1 8m s2， 6vB2B6=0.

25、00217ms2以 a 作速度多邊形圖 (c) 。有 6=at B6/l BD=a b 6r/l BD=1,71 rad s2(順時針 )3-22 圖示為一縫紉機針頭及其挑線器機構，設已知機構的尺寸l AB=32mm，l BC=100 mm，l BE=28mm， l FG=90mm，原動件 1 以等角速度 1=5 rad/ s 逆時針方向回轉試用圖解法求機構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 l 作機構運動簡圖如圖 (a) 所示。(2) 速度分析： v C2 = v B2 + v C2B2 大小 ? lAB ? 方向 /AC AB BC以 v 作速

26、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 2=vC2B2/l BC= ac2b2/l BC= rad s( 逆時針 )以 E 為重合點 v E5=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= vpg=0.077 m/ s5= vpgl FG= rad s( 逆時針 )v E5E4= ve5e4= rns(3)加速度分析：aC2n= a B2 +n a C2B2t + a C2B2大小?2 1 l AB2 2 lBC ?方向/ACB-A C-B BC其中na B2=12l AB =0.8

27、 m s2anC2B2 = anC2B2=0.02 m S2以 a=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n t k ra E5 十 a E5=aE4+a E5E4+a E5E4 繼續(xù)作圖。則矢量 pd 5就代表了a G=apg=0.53 m S2aE5。再利用加速度影像求得 g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 3031 頁。3 2 何謂三心定理 ?何種情況下的瞬心需用三心定理來確定 ? 答：參考教材 31 頁。3-3 試求圖示各機構在圖示位置時全部瞬心的位置（ 用符號 P

28、，直接標注在圖上 ）（a）（b）答：答：（10 分）（d）（ 10 分）并用瞬心法求齒輪 1（ 2 分）3-4 標出圖示的齒輪一連桿組合機構中所有瞬心， 與齒輪 3 的傳動比 1/ 3。答： 1）瞬新的數(shù)目：K=N(N-1)/2=6(6-1)/2=15K=N(N-1)/2=6(6-1)/2=152）為求 1/ 3需求 3 個瞬心 P16、 P36、 P13的位置 3） 1/ 3= P 36P13/P 16P13=DK/AK由構件 1、3 在 K點的速度方向相同，可知 3與1同向3-6 在 圖 示 的 四 桿 機 構 中 ， LAB=60mm， LCD=90mm,LAD=LBC=120mm, 2

29、=10rad/s, 試用瞬心法求：1）當 =165時，點的速度 vc ；2）當 =165時，構件 3 的 BC線上速度最小的一點 E 的位置及速 度的大小；3）當 VC=0 時，角之值 （ 有兩個解 ） 。解： 1）以選定的比例尺機械運動簡圖（圖b）求 vc 定出瞬心 p12 的位置（圖 b） 因 p13為構件 3 的絕對瞬心，則有 3=vB/lBp 13= 2l AB/ =10 78=（rad/s） vc= c p133=52=（m/s）3）定出構件 3 的 BC線上速度最小的點 E的位置 , 因 BC線上速度最小的 點必與 p13 點的距離最近，故叢 p13 引 BC線的垂線交于點 E，由

30、圖可 得c）量出v E= 3= =（m/s）4）定出 vc=0 時機構的兩個位（置3（分）圖 1= 2=3-8 機構中，設已知構件的尺寸及點 作出 各機構在圖示位置時的速度多邊形。B的速（度3分v）B（ 即速度矢量 pb） ，試答：10 分）b）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 在圖示的機構中， 設已知構件的尺寸及原動件 1 的角速度 1 （順 時針 ） ，試用圖解法求機構在圖示位置時 C點的速度和加速度。（a）答：（1分）（ 1 分）Vc3=VB+VC3B=VC2+VC3

31、C2 （ 2 分）an t k r C3=aB+a C3B+a C3B=aC2+a C3C2+a C3C2 （3 分）VC2=0 a C2=0（ 2 分）VC3B=0 3=0 a C3C2=0（ 3 分）（b）（ 2 分）2 分）3 分）V C2=VB+VC2B=VC3+Vc2C3 （ 2 分） 3= 2=0（ 1 分）n t k r B+a C2B+a C2B=aC3+a C2C3+a C2C3（c）（ 2 分）VB3=VB2+VB3B2 （ 2 分） VC=VB3+VCB3（2 分）（1 分）n t k ra B3+a B3=aB2+a B3B2+a B3B2 ( 3 分)3- 13 試判

32、斷在圖示的兩機構中 B 點足否都存在哥氏加速度？又在 何位置哥氏加速度為零 ?怍出相應的機構位置圖。并思考下列問題。什么條件下存在氏加速度 ?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。圖 (a) 中， a B2B3=2 2vB2B3對嗎 ?為什么。解 1) 圖 (a) 存在哥氏加速度，圖 (b) 不存在。(2) 由于 a B2B3=2 2vB2B3故 3， 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件 1，34 重合，此 時 vB2B3=0，當構件 1 與構件 3 相互垂直即 _f= ；點到達最左及最右位 置時 2= 3=0故

33、在此四個位置無哥氏加速度。圖(b) 中無論在什么位置都有 2=3=0，故該機構在任何位置哥矢加速度都為零。(3) 對。因為 3 2 。3-14 在圖示的搖塊機構中， 已知 l AB=30mm，l AC=100mm，l BD=50 mm,lDE=40 mm，曲柄以等角速度 l =40rad S回轉，試用圖解法求機構在 1=45o 位置時，點 D及 E的速度和加速度， 以及構件 2的角速度和角加速度。解 (1) 以 l 作機構運動簡圖 (a) 所示。(2) 速度分析：以 C 為重合點，有vC2 = v B + v C2B = v C3 + v C2C3大小 ? 1l AB ? 0 方向 ? AB

34、BC /BC以 l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= vpd=0 23 msv E= vpe=0.173m/s以 C 為重合點，有a C2 = a Bn t k rC2B + a C2B = a C3 + a C2C3 + a C2C3大小12lAB22lBC 3vC2C32= vbc2/l BC=2 rad/s( 順時針 ) 加速度分析：方向 B A C B BCBC /BC其中 anC2B=22l BC=0.49 m s2，akC2C3=2 3v C2C3=0.7m s2，以 a 作加速度多邊形如圖 (c) 所示，由圖可得11

35、a D=apd= 4m/S 2a E= ape=2.8m/s 2=at C2B/l BC=an2C2/lBC=s 2(順時針 ) i3- l5l EF=60mm,在圖( a )示的機構中，已知 l AE=70 mm,； l AB=40mm，l DE=35 mm,l CD=75mm,lBC=50mm原動件以等角速度 1=10rad/s 回 轉試以圖解法求機構在 1=50。位置時點 C的速度 Vc和加速度 a c 解： 1 )速度分析：以 F為重合點有v F4=vF5=vF1+vF5F1以l 作速度多邊形圖如圖 (b) 得，f4(f 5)點，再利用速度影像 求得 b 及 d 點根據(jù) vC=vB+v

36、CB=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) a F4= a F4+ a F4= a F1+ a F5F1+ a F5F1 以a 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) a C=aB+a CB+a CB=aD+a CD+a CD繼續(xù)作圖，則矢量 p c 就代表了 aC則求得v C= vpc=0.69 m sa C=apc=3m s23-16 在圖示凸輪機構中， 已知凸輪 1以等角速度 1=10 rads 轉動， 凸輪為一偏心圓，其半徑 R=25 mm，l AB=15mm l AD=50 mm， 1=9

37、0o，試 用圖解法求構件 2 的角速度 2 與角加速度 2。提示：可先將機構進行高副低代， 然后對其替代機構進行運動分析。解 (1) 以l 作機構運動簡圖如圖 (a) 所示。(2) 速度分析： 先將機構進行高副低代， 其替代機構如圖 (a) 所示， 并以 B 為重合點。有VB2 = v B4 + v B2B4大小 ? 1 l AB方向 BD AB /|CD以 v= rn s2作速度多邊形圖如圖 (b) ，由圖可得2=vB2lBD=vpb2(lBD)= rad s(逆時針 )(3)a加速度分析：n t kB2 = a B2 + a B2 = a B4 + a B2B4 + arB2B42大小 2

38、 l BDl AB 2 4vB2B4方向 B- D BD B -A CD /CDvB6 = v B2 + v B6B2vB6 = v B2 + v B6B2其中 anB2=2 速度分析：將構件 6 擴大到 B 點，以 B為重合點，有l(wèi) BD =0.286 m/s 2，akB2B4 =0.746 m s2作圖 (c) 得= atB2 /l BD= an 2b 2/l BD= rad s2： (順時針 )3-18 在圖( a)所示的牛頭刨機構中 l AB=200 mnl，l CD=960 mm，l DE=160 mm, 設曲柄以等角速度 1=5 rad s逆時針方向回轉試以圖解法 求機構在 1=1

39、35o 位置時刨頭點的速度 vC。解 1 )以 l 作機構運動簡圖如圖 (a) 。2 )利用瞬心多邊形圖 (b) 依次定出瞬心 P36,vC=vP15= 1 AP15 l =1.24 m/S-19 圖示齒輪一連桿組合機構中， MM為固定齒條，齒輪 3 的直徑 為齒輪 4 的 2倍設已知原動件 1 以等角速度 1順時針方向回轉，試 以圖解法求機構在圖示位置時E點的速度 vE以及齒輪 3，4 的速度影像。解：(1) 以l 作機構運動簡圖如 (a) 所示。(2) 速度分斫：此齒輪連桿機構可看作， ABCD受 DCEF兩個機構串聯(lián)而成，則可 寫出：vC=vB+vCBvE=vC+vEC以 v作速度多邊形

40、如圖 (b) 所示由圖得v E= vpe m/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 ckek 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。其構件 l 繞固定軸心 A 轉動，齒條 2 與構件 1 在 B點處鉸接， 并與繞固定軸心 D轉動的齒輪 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作往復擺動。設機 構的尺寸為 l AB=18 mm, 輪 3的分度圓半徑 r3=12 mm，原動件 1

41、以等角 速度 =l rad/s 順時針回轉，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 l 作機構運動簡圖 (a) 。在圖作出齒條 2 與齒輪 3 嚙合擺動時占據(jù)的兩個極限位置C，C”可知擺程角如圖所示：大小 ? 1l AB ?方向 BD AB BCv B2= l l AB= 8 m s以 v作速度多邊形圖 (b) ，有 2=6=vB6/l BD= vpb6/ l BD=s(逆時針 )v B2B6= vb2b6= 45 rn s(3)加速度分析：a B5n= a B6 + atB6 =na B2+kra B6B2 + a B6B2大小 6l BD ?2

42、1 lAB2 2v B6B2?方向B- D BDB -A BCBC其中，n 2 2 a B2= 1 l AB=0.08m/sn2a B6= 6 l BD=18m s2 ，6vB2B6=0.00217m s2以 a 作速度多邊形圖 (c) 。有 6=at B6/l BD=a b 6r/l BD=1,71 rad s2(順時針 )ka B2B6=23-22 圖示為一縫紉機針頭及其挑線器機構，設已知機構的尺寸l AB=32mm，l BC=100 mm，l BE=28mm， l FG=90mm，原動件 1 以等角速度 1=5 rad/ s 逆時針方向回轉試用圖解法求機構在圖示位置時縫紉機針頭 和挑線器

43、擺桿 FG上點 G的速度及加速度。解： (1)以 l 作機構運動簡圖如圖 (a) 所示。(2) 速度分析： v C2 = v B2 + v C2B2大小 ? lAB ?方向 /AC AB BC以 v 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 2=vC2B2/l BC= ac2b2/l BC= rad s( 逆時針 )以 E 為重合點 v E5=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= vpg=0.077 m/ s5= vpgl FG= rad s( 逆時針 )vE5E4=

44、ve5e4= rns(3)加速度分析：aC2n= a B2 +n a C2B2+ta C2B2大小?2 1 l AB2 2 lBC?方向/ACB-A C-B BC其中na B2=12l AB =0.8 m s2(c) ，再利用加速度影像a C2B2 = a C2B2=0.02 m S a=0,01（rn s2） mm作加速度多邊形圖 求得 e 2。然后利用重合點 E 建立方程 n t k ra E5 十 a E5=aE4+a E5E4+a E5E4繼續(xù)作圖。則矢量 pd 5 就代表了 aE5。再利用加速度影像求得 g a G=apg=0.53 m S2機械原理 第八版西工大教研室編第2章2-1

45、 何謂構件 ?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 57 頁。2-2 機構運動簡圖有何用處 ?它能表示出原機構哪些方面的特征 ? 答：機構運動簡圖可以表示機構的組成和運動傳遞情況，可進行運動 分析，而且也可用來進行動力分析。2-3 機構具有確定運動的條件是什么 ?當機構的原動件數(shù)少于或多于 機構的自由度時，機構的運動將發(fā)生什么情況 ?答：參考教材 1213 頁。2-4 何謂最小阻力定律 ?試舉出在機械工程中應用最小阻力定律的1、2 個實例。2-5 在計算平面機構的自由度時，應注意哪些事項 ?答：參考教材 1517 頁。2-6 在圖 2-20 所示的機構中，在鉸鏈

46、C、B、D 處，被連接的兩構件 上連接點的軌跡都是重合的，那么能說該機構有三個虛約束嗎?為什么?答：不能，因為在鉸鏈 C、B、D 中任何一處，被連接的兩構件上連接 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的級別 ?答：參考教材 1819 頁。2-8 為何要對平面高副機構進行 “高副低代 ?“高副低代” 應滿足的 條件是什么 ?答：參考教材 2021 頁。2-9 任選三個你身邊已有的或能觀察到的下列常用裝置 ( 或其他裝 置) ，試畫出其機構運動簡圖，并計算其自由度。1) 折疊桌或折疊椅；2）

47、酒瓶軟木塞開蓋器； 3） 衣柜上的彈簧合頁； 4）可調臂臺燈機構； 5） 剝線鉗； 6）磁帶式錄放音機功能鍵操縱機構； 7） 洗衣機定時器機構； 8） 轎車擋風玻璃雨刷機構； 9） 公共汽車自動開閉門機構； 10）挖掘機機 械臂機構；。2-10 請說出你自己身上腿部的髖關節(jié)、膝關節(jié)和踝關節(jié)分別可視為 何種運動副 ?試畫出仿腿部機構的機構運動簡圖，并計算其自由度。案。1)2)2-11 圖示為一簡易沖床的初擬設計方案。設計者的思路是：動力由齒 輪 j 輸入，使軸 A連續(xù)回轉； 而固裝在軸 上的凸輪 2與杠桿 3組成的 凸輪機構使沖頭 4 上下運動，以達到?jīng)_壓的目的。試繪出其機構運動 簡圖 （各尺寸

48、由圖上量取 ） ，分析是否能實現(xiàn)設計意圖，并提出修改方取比例尺繪制機構運動簡圖 分析是否能實現(xiàn)設計意圖 解：不合理 ，可改為2-12 圖示機構為一凸輪齒輪連桿組合機構， 試繪制其機構示意簡圖并 計算自由度。解：2-16 試計算圖示凸輪 - 連桿組合機構的自由度（a）解： A 為復合鉸鏈（b） 解：（ 1） 圖示機構在 D處的結構與圖 2-1 所示者一致， 經(jīng)分析知該機 構共有 7 個活動構件， 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，故機構的自由度為F=3n- (2p l +ph- p )- F

49、 =3 7- (2 8+2-0)- 2=1(2)如將 D處結構改為如圖 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。因為構件3、6 和構件 5、 6 均組成移動副，均要限制構件 6 在圖紙平面內轉動，這兩者是重復的， 故其中有一個為虛約束。經(jīng)分析知這時機構的活動構件數(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，故機構的自由 度為F=3n- (2p l +ph- p )- F =3 6- (2 7+2-1)- 2=1 上述兩種結構的機構雖然自由度均為一，但在性能上卻各有千秋：前 者的結構較復雜，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

50、，由于有一個虛約束，假如不能保證在運動過程中構件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。 解： (1) n=11, p 1=17, p h=0, p=2p 1+p h-3n=2, F=0 F=3n-(2p 1+ph-p)-F=3 11-(2 17+0-2)-0=1 (2) 去掉虛約束后 F=3n-(2p l+ph) =3 5-(2 7+0) =1d)A、B、C處為復合鉸鏈。 自由度為： F=3n-(2p 1+ph-p)-F=3 6-(2 7+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， 因為 齒輪 3、5 處只有一個高副

51、， 而齒條 7 與齒輪 5 在齒的兩側面均保持接 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 動，與外環(huán) 2 固連在一起的滑閥 3 在可繞固定軸心 C 轉動的圓柱 4 中 滑動。當偏心輪按圖示方向連續(xù)回轉時可將設備中的空氣吸入，并將 空氣從閥 5 中排出，從而形成真空。 (1) 試繪制其機構運動簡圖； (2) 計算其自由度。解 (1) 取比例尺作機構運動簡圖如圖所示。(2) F=3n-(2p1+ph-p )-F =3 4-(2 4+0-0)-1=1 2-14 圖示是為高位截肢的人所設汁的一種假肢膝關節(jié)機構。 該機構能 保持人行走的穩(wěn)定性。若以脛

52、骨 1 為機架，試繪制其機構運動簡圖和 計一算其自由度，并作出大腿彎曲時的機構運動簡圖。解 把脛骨 l 相對固定作為機架假肢膝關節(jié)機構的機構運動簡圖如圖所示 , 大腿彎曲 90。時的機構運動簡圖，如圖中虛線所示。其自 由度為：F=3n-（2p l +ph-p ）-F =3 5-（2 7+0-0）-0=12-15 試繪制圖 n 所示仿人手型機械手的食指機構的機構運動簡圖（ 以手掌 8 作為相對固定的機架 ） ，井計算自由度。（1） 取比倒尺肌作機構運動簡圖（2） 計算自由度 解：2-18 圖示為一剎車機構。剎車時，操作桿 j 向右拉，通過構件 2、 3、4、5、 6 使兩閘瓦剎住車輪。試計算機構

53、的自由度，并就剎車過程說 明此機構自由度的變化情況。 （ 注；車輪不屬于剎車機構中的構件。（1） 未剎車時，剎車機構的自由度2） 閘瓦 G、 J 之一剃緊車輪時剎車機構的自由度3）閘瓦 G、J 同時剎緊車輪時，剎車機構的自由度解： 1232-23 圖示為一內然機的機構運動簡圖， 試計算自由度 t 并分析組成此 機構的基本桿組。 如在該機構中改選 EG為原動件， 試問組成此機構的 基本桿組是否與前者有所不同。解：2-22 圖示為一收放式折疊支架機構。 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動。又通過件1，2，

54、3，4 組成的鉸鏈四桿機構及連桿 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，必須沿箭頭方向推動 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)已知機構尺寸 l AB=l AD=90 mm；l BC=l CD=25 mm，其余尺寸見圖。 試繪制該機構的運動簡圖，并計算其自由度。解：機械運動簡圖如下：F=3n-(2p 1+pb-p)-F=3 5-(2 6+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 3031

55、頁。3 2 何謂三心定理 ?何種情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：（10 分）（d）（ 10 分）并用瞬心法求齒輪 1（ 2 分）3-4 標出圖示的齒輪一連桿組合機構中所有瞬心， 與齒輪 3 的傳動比 1/ 3。答： 1）瞬新的數(shù)目：K=N(N-1)/2=6(6-1)/2=15 2） 為求 1/ 3需求 3 個瞬心 P16、 P36、 P13的位置3） 1/ 3= P 36P13/P 16P13=DK/AK由構件 1、3 在 K點的速度方向相同，可知 3與1同向3-6

56、 在 圖 示 的 四 桿 機 構 中 ， LAB=60mm， LCD=90mm,LAD=LBC=120mm, 2=10rad/s, 試用瞬心法求：1） 當 =165時，點的速度 vc ；2） 當 =165時，構件 3 的 BC線上速度最小的一點 E 的位置及速 度的大?。?） 當 VC=0 時，角之值 （ 有兩個解 ） 。解： 1）以選定的比例尺機械運動簡圖（圖b）2 ）求 vc 定出瞬心 p12 的位置（圖 b） 因 p13為構件 3 的絕對瞬心，則有 3=vB/lBp 13= 2l AB/ =10 78=（rad/s） vc= c p133=52=（m/s）3）定出構件 3的 BC線上速度

57、最小的點 E的位置 , 因 BC線上速度最小的 點必與 p13 點的距離最近，故叢 p13 引 BC線的垂線交于點 E，由圖可 得c）量出v E= 3= =（m/s）4）定出 vc=0 時機構的兩個位（置3（分）圖 1= 2=3-8 機構中，設已知構件的尺寸及點 作出 各機構在圖示位置時的速度多邊形。B的速（度3分v）B（ 即速度矢量 pb），試答：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 在圖示的機構中， 設已知構件的尺寸及原動件 1 的角速度 1 （順 時針

58、） ，試用圖解法求機構在圖示位置時 C點的速度和加速度。（a）答：1 分）（ 1 分）Vc3=VB+VC3B=VC2+VC3C2 （ 2 分）3 分）n t k rC3=aB+a C3B+a C3B=aC2+a C3C2+a C3C2C2=0aC2=0C3B=0 3=02 分）C3C2=03 分）（b）（ 2 分）2 分）V C2=VB+VC2B=VC3+Vc2C3 3= 2=02 分）（1 分）ntkrB+a C2B+a C2B=aC3+a C2C3+a C2C33 分）（c）答：（ 2 分）VB3=VB2+VB3B2 （ 2 分） VC=VB3+VCB3（2 分）1 分）3 分）n t k

59、 rB3+aB3=aB2+a B3B2+a B3B23- 13 試判斷在圖示的兩機構中 B 點足否都存在哥氏加速度？又在 a E= ape=2.8m/s2a E= ape=2.8m/s2何位置哥氏加速度為零 ?怍出相應的機構位置圖。并思考下列問題。什么條件下存在氏加速度 ?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。圖 (a) 中， a B2B3=2 2vB2B3對嗎 ?為什么。解 1) 圖 (a) 存在哥氏加速度，圖 (b) 不存在。(2) 由于 a B2B3=2 2vB2B3故 3， 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

60、構件 1，34 重合，此 時 vB2B3=0，當構件 1 與構件 3 相互垂直即 _f= ；點到達最左及最右位 置時 2= 3=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 2=3=0，故該機構在任何位置哥矢加速度都為零。(3) 對。因為 3 2 。3-14 在圖示的搖塊機構中， 已知 l AB=30mm，l AC=100mm，l BD=50 mm,lDE=40 mm，曲柄以等角速度 l =40rad S回轉，試用圖解法求機構在 1=45o 位置時， 點 D及 E的速度和加速度， 以及構件 2 的角速度和角加速度。解 (1) 以 l 作機構運動簡圖 (a) 所示。(2) 速度分