1、 机械原理作业集- 1 -班 级 成 绩姓 名 任 课 教 师学 号 批 改 日 期第一章 绪论11 试说明机器与机构的特征、区别和联系。解：机器具有如下三个特征：1、 人造的实物组合体2、 各部分具有确定的相对运动3、 代替或减轻人类劳动，完成有用功或实现能量的转换机构则具有机器的前两个特征。机器与机构的区别：研究的重点不同：机构：实现运动的转换和力的传递；机器：完成能量的转换或作有益的机械功。机器与机构的联系：机器由机构组成，一部机器包含不同的机构；不同的机器可能包含相同的机构。12 试举出两个机器实例，并说明其组成、功能。解：车床：由原动部分（电动机）+传动系统（齿轮箱）+执行部分（刀架
2、、卡盘等） ，其主要功能为切削，代替人作功。汽车：由原动部分（发动机）+传动系统（变速箱）+执行部分（车轮等） ，其主要功能为行走、运输，代替人作功。机械原理作业集- 2 -班 级 成 绩姓 名 任 课 教 师学 号 批 改 日 期第二章 平面机构的结构分析21 试画出唧筒机构的运动简图，并计算其自由度。22 试画出缝纫机下针机构的运动简图，并计算其自由度。14230hlpnF、解：解： 14230hlpnF、机械原理作业集- 3 -班 级 成 绩姓 名 任 课 教 师学 号 批 改 日 期23 试画出图示机构的运动简图，并计算其自由度。24 试画出简易冲床的运动简图，并计算其自由度。解：或1
3、4230hlpnF、解： 172530hlpnF、机械原理作业集- 4 -班 级 成 绩姓 名 任 课 教 师学 号 批 改 日 期25 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 1 输入，使轴 A 连续回转，而装在轴 A 上的凸轮 2 与杠杆 3 组成的凸轮机构使冲头 4 上下运动，以达到冲压的目的，试绘出其机构运动简图，分析是否能实现设计意图，并提出修改方案。解：机构简图如下：机构不能运动。可修改为：26 计算图示自动送料剪床机构的自由度，0172534hlpnF、或115243hlpnF、机械原理作业集- 5 -班 级 成 绩姓 名 任 课 教 师学 号 批 改 日 期
4、并指出其中是否有复合铰链、局部自由度或虚约束。27 计算图示机构的自由度，并指出其中是否有复合铰链、局部自由度或虚约束。说明该机构具有确定运动的条件。机构具有确定运动的条件是：F=原动件数，即取 1 个原动件。HGCFDEABEFGHIJKNABCDEFGHIJ 117231pFpnhl 、解 1：C 为复合铰链，F、I 为局部自由度。解 1：C、F 为复合铰链，I 为局部自由度， EFGC 为虚约束。解 2：C 为复合铰链，I 为局部自由度（焊死） ， EFGC 为虚约束（去掉） 。11283hlpnF、302831hlpnF、123030ppnFhl 、解 2：C 为复合铰链，F、I 为局
5、部自由度（焊死） 。机械原理作业集- 6 -班 级 成 绩姓 名 任 课 教 师学 号 批 改 日 期1823456728 计算图示机构的自由度，并指出其中是否有复合铰链、局部自由度或虚约束。说明该机构具有确定运动的条件。机构具有确定运动的条件是：F=原动件数，即取 2 个原动件。29 计算图示机构的自由度，并分析组成此机构的基本杆组，确定机构的级别。机构由 3 个 级杆组组成，为 II 级机构。ABB C解 1：A 、 B 为复合铰链，B 为虚约束（重复部分） 。22763hlpnF、1073hlpnF、解：ABCDE12345678RRP II 级杆组PRP II 级杆组RPR II 级杆
6、组机械原理作业集- 7 -班 级 成 绩姓 名 任 课 教 师学 号 批 改 日 期210 计算图示机构的自由度，并分析组成此机构的基本杆组，确定机构的级别。如在该机构中改选 EG 为原动件，试问划分的基本杆组及机构的级别与前者有何不同？分解为：机构由 3 个 级杆组组成，为 II 级机构。分解为：机构由 1 个 级杆组、1 个 级杆组组成，为 III 级机构。3214765III 级杆组RRP II 级杆组解：解：42315678ACBDEFGHRRP II 级杆组RRP II 级杆组RRR II 级杆组ACBDEFGH4231567812345671027hlpnF、机械原理作业集- 8
7、-班 级 成 绩姓 名 任 课 教 师学 号 批 改 日 期211 计算图示机构的自由度，将其中的高副用低副代替，并分析机构所含的基本杆组，确定机构的级别。低代前： 低代后：构件 2、3、4、6 为 III 级杆组，机构为 III 级机构。212 计算图示机构的自由度，将其中的高副用低副代替，并分析机构所含的基本杆组，确定机构的级别。低代前： 低代后： 构件 2、3、4、6 为 III 级杆组，机构为 III 级机构。解：解：A11524hlpnF、11524hlpnF、 107253hlpnF、ABCDEFG123465172530hlpnF、ABCDE12345ABCDE12345 123
8、456机械原理作业集- 9 -班 级 成 绩姓 名 任 课 教 师学 号 批 改 日 期213 计算图示机构的自由度，将其中的高副用低副代替，并分析机构所含的基本杆组，确定机构的级别。低代前： 低代后：划分杆组如下： 机构由 4 个 级杆组组成，为 II 级机构。ABCDEFGHIJKABCDEFGHIJK解：11283hlpnF、 13290hlpnF、DECBFGHIJKARRP II 级杆组RRR II 级杆组RRR II 级杆组RRR II 级杆组RRR II 级杆组机械原理作业集- 10 -班 级 成 绩姓 名 任 课 教 师学 号 批 改 日 期第三章 平面机构的运动分析31 试求
9、下列各机构在图示位置时全部瞬心的位置(用符号 Pij 直接标注在图上) 。ACB123)(fP132P)(eAB321C4Mv1P4P242334ABC12D34)(aP412P、 134P、 )(bABC12342P4P132、 243)(c3ABC12414PP134124 )(dCAB123424 4P3p123P机械原理作业集- 11 -班 级 成 绩姓 名 任 课 教 师学 号 批 改 日 期32 在图示的四杆机构中，已知 lAB=60mm，l CD=90mm，l AD=lBC=120mm， 1=10rad/s，试用瞬心法求：（1）当 =165时，点 C 的速度 vC ； （2) 当
10、 =165时，构件 2 的 BC 线(或其延长线) 上速度最小的点 E 的位置及速度的大小； （3）当 vC=0 时， 角之值（有两个解） ，并做出相应的机构位置图。 1234ABCD124P34P23PP2Pml02.1B2B1 2C76523075.1421P解： sradP/548.2107.3124smCv /098)( E36675224 、 ,0)3(BAvCAB1C1D 1=227AB2C2D 2=26机械原理作业集- 12 -班 级 成 绩姓 名 任 课 教 师学 号 批 改 日 期33 在图示的齿轮连杆组合机构中，试用速度瞬心法求齿轮 1 与齿轮 3 的传动比 。34 下列图
11、示机构中，已知 ，试用相对运动图解法求 C 点的速度 vC（在 的基础上作速度Bv pb多边形并列出有关速度矢量方程） 。用速度影像原理求得 c 点，pbcdBDA1C4362516PP12313P 31)(aEBACDvFBv)(bEACDFG163Pbpcde解： EBEvDBDv方向大小FAFA？ ？ ？ ？CCEC方向大小 ？ ？ ？ vCpc解： DBv大小方向 EA？ ？ vCpc机械原理作业集- 13 -班 级 成 绩姓 名 任 课 教 师学 号 批 改 日 期35 在图示干草压缩机中，已知 1=5rad/s，l AB=150mm ，l BC=600mm，l CE=300mm，l
12、 CD=460mm，l EF=600mm，x D=600mm，y D=500mm，y F=600mm， 1=30，求活塞 5 的速度 v5 和加速度 a5。 （矢量方程及必要的分析计算）：解：速度分析方向 CD AB CB大小 ? 1lAB ?vB=1lAB=50.15=0.75m/s利用速度影像原理求得 e 点方向 水平 FE大小 ? ?2加速度分析方向 CD CD BA CB BC大小 32lCD ? 12lAB 22lSC ? 1 /75.3.05smaAB22296lCn4 /.1.FE222373409slaDn利用加速度影像原理求得 e点， FEnEFa方向 水平 FE FE 大小
13、 ？ 42l EF ？25 /71.0.17smfpaaFml02.msa2/1.0BCA1E34F62DxyDyF CBCv21BEcbFEFvsmpfvvF /29.0.614radlBC8.3732sD/4.10463 radlvFE.2.934（ ）（ ）（ ）CBnBCna1CBbcmsv/02.cbpefpbcc eff机械原理作业集- 14 -班 级 成 绩姓 名 任 课 教 师学 号 批 改 日 期36 已知铰链四杆机构的位置及尺寸如图（a）所示，现已作出其速度多边形图（b）和加速度多边形（c） 。试在图中求出： (1) 构件 1、2、3 上速度为 vx 的点 X1、X 2、X
14、 3 的位置；(2) 构件 2 上速度为零的点 M2 的位置，并在加速度多边形图（c）上找出点 m2；(3) 构件 2 上加速度为零的点 Q2 的位置，并在速度多边形图（b）上找出点 q2。AB145CD)(a1X2X3X2Q2M2q、321xbpc)(2m pbccc)(c机械原理作业集- 15 -班 级 成 绩姓 名 任 课 教 师学 号 批 改 日 期37 在下列图示的各机构中，是否存在哥氏加速度？在有哥氏加速度的机构图上标出的方向，并写出其大小的表达式。存在 存在不存在 不存在38 在图示的机构中，已知各杆的尺寸， 1=常数。试用图解法求机构在图示位置构件 3 上 C点的速度 和加速度
15、 。3Cv3Ca（画出机构的速度、加速度多边形，标出全部影像点，并列出必要的矢量方程式及计算式。 ）（矢量方程及必要的分析计算）：解： 方向 BD AB BC大小 ? 1lAB ?利用速度影像原理求得 c3 点, 方向 BD BD BA BC BC大小 ? ?利用加速度影像原理求得 c3点,kBa23)(c1A3B4C2 )(d2CAB134BDA1342l)(aBA2314Cka23 2323BkBva 2323BkBva)(bC4A1kB23v1bp3c32 ap1bk 3b3b2 c2323BBvvvCpcv3rBkBBn aaa2223aCcp3机械原理作业集- 16 -班 级 成 绩
16、姓 名 任 课 教 师学 号 批 改 日 期39 在图示曲柄摇块机构中，已知 lAB=30mm，l AC=100mm，l DE=40mm，l BD=50mm， 1=45 ，等角速度 1=10rad/s ，求点 E 的速度 vE 和加速度 aE 以及构件 3 的角速度 3 和角加速度 3。（矢量方程及必要的分析计算）：解：1速度分析方向 ? AB CB CB大小 ? 1lAB ? 0 ?利用速度影像原理求得 e 点，方向 ? BA CB CB CB CB大小 ? ? 0 ?利用加速度影像原理求得 e点,1bp2c3c2eml02.sv/06.msa2/03.14EABDC45239032322
17、CBCCvvvsmcvvC /17.06.17.2832 svAB/3bvC /25.422 smpev /17.06.529（ ） rCkCBCnB aaaa 323322 2221 /.0smlAB2/496.6saC23232 /68.017.smvaCkC 2/84.0.6.94sepaE2.2.315radlCB（ ）cb ke 2c306.radlB机械原理作业集- 17 -班 级 成 绩姓 名 任 课 教 师学 号 批 改 日 期310 已知图示机构的位置及尺寸， 1=常数，用相对运动图解法求构件 3 的角速度 3 和加角速度 3。（画出机构的速度、加速度多边形，并列出必要的矢量
18、方程式及计算式。 ）（矢量方程及必要的分析计算）： 解：1速度分析方向 BC BA CD 大小 ? 1lAB ?2加速度分析方向 BC CB BA CD CD大小 ? ?4B1CD32)(3、kBa2323Bvl2323BBvvvBpbv3rBkBBn aaa232323aBba232Cl（ ） ）Cl（ ） ）p1b3b2vp1b2k3b3ba机械原理作业集- 18 -班 级 成 绩姓 名 任 课 教 师学 号 批 改 日 期311 已知图示机构的位置及尺寸， 1=常数，求构件 2 上 D 点的速度 vD 和加速度 aD。（画出机构的速度、加速度多边形，并列出必要的矢量方程式及计算式。 ）（
19、矢量方程及必要的分析计算）：解：1速度分析方向 BC AB AB 大小 ? ?方向 ? DB大小 ? 2加速度分析方向 BC BA AB AB大小 ? ?方向 ? DB 大小 ? 0=1212BBvvvBpbv222DBD1vDpdvrBkBBaa121212aBbpa201222DBnBDaDdpav1b2bdpA1B23D490Clp1bk 2bda机械原理作业集- 19 -班 级 成 绩姓 名 任 课 教 师学 号 批 改 日 期312 已知图示机构的位置及尺寸， 1=常数，试用相对运动图解法求图示位置：(1) 构件 5 上 F 点的速度 vF（在 的基础上作速度多边形并列出有关矢量方程
20、式及计算式） ；pb(2) 构件 5 上 F 点的加速度 aF（写出求解思路并列出有关矢量方程式及计算式） ；(3) 大小的表达式，在机构图上标出其方向。kDa4（矢量方程及必要的分析计算）：解：1速度分析 方向 AC AB CB大小 ? ?利用速度影像原理求得 d2(d4)点,方向 DE ED大小 ? ?利用速度影像原理求得 f 点,2加速度分析方向 AC BA BC CB大小 ? ?利用加速度影像原理求得 d2(d4)点方向 DE DE DE DE 大小 ? ?利用加速度影像原理求得 f 点lA1B23D4C56Epbc2d45dfev45DvkDa45ka45 CBCvv212BCDbc
21、55DDvv25EFpdfvFpfvCBnBCaarDkDDn aaa4555aFfpa45452DkDv机械原理作业集- 20 -班 级 成 绩姓 名 任 课 教 师学 号 批 改 日 期313 在图示的齿轮连杆组合机构中， 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，试用图解法求机构在图示位置时，E 点的速度 vE 以及齿轮 3、4 的速度影像。（矢量方程及必要的分析计算）：解： CBCvv方向 CD AB BC大小 ? 1l AB ?由速度影像原理求出 hpch DCHEHEv方向 EF EH大小 ? ?vEpe pbvcdhe3
22、g4l2AB1CDMEF3456H机械原理作业集- 21 -班 级 成 绩姓 名 任 课 教 师学 号 批 改 日 期314 在图示机构中，已知 1=45，构件 1 以等角速度 1=100rad/s 逆时针方向转动，lAB=400mm，=60，求构件 2 的角速度 2 和构件 3 的速度 v3。 （用解析法）解：建立图示直角坐标系及封闭式矢量图形 321sl分别用单位矢量 点积上式两端j、i分别将以上两式对时间 t 求导：AB2134Cxyl1 s2s3321cossl0ini362 31)cs(sslii2 3211 )360cos(sinsl ico1132 in)360( l1cossi
23、nl1cos3s2)co(360si=1l1 i)sin(co112lsmlvs/54.19 )603cot(45si0 1113 0)6(2dt机械原理作业集- 22 -班 级 成 绩姓 名 任 课 教 师学 号 批 改 日 期第四章 平面机构的力分析41 图示为一机床的矩形V 形导轨副，拖板 1 与导轨 2 组成复合移动副。已知拖板 1 的移动方向垂直纸面，重心在 S 处，几何尺寸如图所示，各接触面间的摩擦系数为 f。试求导轨副的当量摩擦系数 。 f解：42 在图示楔块机构中，已知： =600，Q =1000N，各接触面间的摩擦系数 f=0.15。Q 为生产阻力，试求所需的驱动力 F （画
24、出力矢量多边形，用正弦定理求解） 。解：摩擦角构件 2：构件 1：作力矢量多边形如图，由正弦定理，有：得： A 1l2l2SG121FFQ1332R212RF3R13vv132RF9031RF21RQ90908 )sin)(sin212112211, 21,2121llfllGFflfGlFlFVfff 2385.1.0tant1 fNQFFRRR1430652sin)i(s)90sin()2180in(si()si2211232RF2R机械原理作业集- 23 -班 级 成 绩姓 名 任 课 教 师学 号 批 改 日 期43 图示曲柄滑块机构中，设已知机构尺寸，图中虚线圆为摩擦圆，滑块与导路的
25、摩擦角为，驱动力为 F，阻力矩为 M。试在下列各机构位置简图中画出各运动副中反力方向（必须注明力矢量的脚标） 。 1 324MF2R32R4v43R212RF41324MF4RF32R34v23212RF21RF41324MF4R32R23R231RF12RF21v1324MF43R32Rv23R21RF2112RF1R4机械原理作业集- 24 -班 级 成 绩姓 名 任 课 教 师学 号 批 改 日 期44 图示为一摆动从动件盘形凸轮机构，凸轮 1 沿逆时针方向回转，Q 为作用在摆杆 2 上的外载荷，试确定各运动副中的总反力（F R31、F R12、F R32）的方位。图中虚线圆为摩擦圆，摩
26、擦角为。解：45 图示偏心圆盘凸机构中，已知各构件的尺寸，作用在从动件上的生产阻力 Q，凸轮的惯性力 Fi1，运动副 B 的摩擦角为 。凸轮以等角速度 1 逆时针方向回转。试求： (1) 各运动副中的反力；(2)需加在凸轮轴上的平衡力矩 M1（在图上画出各运动副反力，注明脚标，并列出力平衡方程式，画出力矢量多边形，已知力大小按图示长度画。 ）解：构件 2：大小 ？ ？方向 构件 1：将 Fi1 与 FR21 合成：ABQC1M312332RF21R12R4RFv1BACQ32M31iF2R12RF1v32R21R12RF32R3R h0321RQhMRi312机械原理作业集- 25 -班 级
27、成 绩姓 名 任 课 教 师学 号 批 改 日 期46 在图示机构中，已知驱动力为 F，工作阻力矩为 Mr，若不计各构件的重量及惯性力，试在机构图中画出各构件的受力。图中虚线圆为摩擦圆，摩擦角为 。解：47 在图示机构中，已知原动件 1 在驱动力矩 Md 的作用下等速转动， 1 如图所示。作用在从动件 2 上的生产阻力为 Q，图中虚线圆为摩擦圆，运动副 C 的摩擦角为 。试在图上画出各运动副反力（注明脚标） ，写出构件 2 的力平衡方程式，并画出力矢量多边形。解：构件 2： 三力汇交大小 ？ ？方向 构件 1：大小 ？ 方向 ？ ABFC1M23 F13r 33R12RF21RF21v32RQ
28、21B3dMA4C21RF31RF12R123v32RF32RF12R0321RFQ312R机械原理作业集- 26 -班 级 成 绩姓 名 任 课 教 师学 号 批 改 日 期第五章 机械的效率和自锁51 在图示斜面机构中，设已知摩擦面间的摩擦系数 f=0.2。求在 Q 力作用下（反行程）机构的临界自锁条件和在此条件下正行程（在 F 力作用下）的效率。解：1、反行程自锁条件：即：或2、正行程令将=11.31 代入，则：45Q1221RF2v90F21RQ021RF)cos(insi)(co)sin()sin(90i0 QF31.)(ta1f)cos(in)sin(co)(sinco00 QF5
29、67.0cos(inF令 031.)ta1f机械原理作业集- 27 -班 级 成 绩姓 名 任 课 教 师学 号 批 改 日 期52 图示为一焊接用的楔形夹具。利用这个夹具把两块要焊的工件 1 及 1预先夹妥，以便焊接。图中 2 为夹具体，3 为楔块。试确定此夹具的自锁条件（即当夹紧后，楔块 3 不会自动松脱出来的条件） 。解 1：以 3 为研究对象，去掉 F，反行程受力如图（a） ，F R23 作用在摩擦角内，则自锁，即有：解 2： 如图（a） ，若自锁，则有：解 3：以 3 为研究对象，反行程受力如图（b） ，由平衡条件：211323RF13R2v1v223RF1)(a)(b 0132RF
30、cos)in(290si(233R自锁，有： 0F )(sin)sin(1323 RRF而由： 有：0ycos)(23113RF代入（*） ，有：tan)tan(1323RF机械原理作业集- 28 -班 级 成 绩姓 名 任 课 教 师学 号 批 改 日 期53 在图示夹紧机构中，虚线圆为摩擦圆， 为摩擦角，试：(1) 求出在图示位置欲产生 Q=400N 的法向预紧力，需要加在手柄上的力 F 为多少？(2) 判断当力 F 去掉后，该机构是否自锁？为什么？解：（1）以构件 1 为研究对象，有：受力如图，量得：（2）由图可知：F R21 作用在摩擦圆内，故自锁。mNF10FQQ2331RF21RF
31、21RF3121(反) (正) 0312RFN4机械原理作业集- 29 -班 级 成 绩姓 名 任 课 教 师学 号 批 改 日 期54 在图示的缓冲器中，若已知各楔块接触面间的摩擦系数 f 及弹簧的压力 Q，试求当楔块2、3 被等速推开和等速恢复原位时力 F 的大小、该机构的效率以及此缓冲器正反行程不至发生自锁的条件。解：1、在 F 作用下，楔块 2、3 被等速推开（正行程） ，受力如图。构件 1：构件 2： 2、在 Q 作用下，楔块 2、3 复原位（反行程） 。QQ1243nnn4v4v1v1v2RF3RFR2R3RF31RF42RF12RQ)(0312RF)(sin)i(21R0421R
32、F)(2sinco)(si90i(12FQRtan)()cot(ta0FQ令 正行程不自锁的条件为： 令： 代入上式，得：cot)()tan(co)t(0F令 0反行程不自锁的条件为： 9tan0正反行程均不自锁的条件为：机械原理作业集- 30 -班 级 成 绩姓 名 任 课 教 师学 号 批 改 日 期55 图示矩形螺纹千斤顶中，已知螺纹大径 d=24mm、小径 d1=20mm、螺距 p=4mm；顶头环形摩擦面 A 的外径 D=30mm，内径 d0=15mm，手柄长度 l=300mm，所有摩擦系数均为 f=0.1。求该千斤顶的效率。又若 F=100N，求能举起的重量 Q 为若干？ 解：环形摩擦面的摩擦力矩为：螺杆上升所需力矩：克服 Q 所需总力矩：7.5)(tanf8132. 0578.4dpQdDfM167.530223031螺纹升角： QdM746.1)71.532.tan(2)2NFlMQd3.10297.913.2.85.063.tan291301
