1、机械原理习题解答机械工程学院1目 录第 1 章 绪论1第 2 章 平面机构的结构分析3第 3 章 平面连杆机构 8第 4 章 凸轮机构及其设计 15第 5 章 齿轮机构 19第 6 章 轮系及其设计 26第 8 章 机械运动力学方程 32第 9 章 平面机构的平衡 392第一章 绪 论一、补充题1、复习思考题1)、机器应具有什么特征？机器通常由哪三部分组成？各部分的功能是什么？2） 、机器与机构有什么异同点？3） 、什么叫构件？什么叫零件？什么叫通用零件和专用零件？试各举二个实例。4） 、设计机器时应满足哪些基本要求？试选取一台机器，分析设计时应满足的基本要求。2、填空题1)、机器或机构，都是
2、由 组合而成的。2） 、机器或机构的 之间，具有确定的相对运动。3） 、机器可以用来 人的劳动，完成有用的 。4） 、组成机构、并且相互间能作 的物体，叫做构件。5） 、从运动的角度看，机构的主要功用在于 运动或 运动的形式。6） 、构件是机器的 单元。零件是机器的 单元。7） 、机器的工作部分须完成机器的 动作，且处于整个传动的 。8） 、机器的传动部分是把原动部分的运动和功率传递给工作部分的 。9） 、构件之间具有 的相对运动，并能完成 的机械功或实现能量转换的 的组合，叫机器。3、判断题1)、构件都是可动的。 （ ）2） 、机器的传动部分都是机构。 （ ）3） 、互相之间能作相对运动的物
3、件是构件。 （ ）4） 、只从运动方面讲，机构是具有确定相对运动构件的组合。 （ ）5） 、机构的作用，只是传递或转换运动的形式。 （ ）6） 、机器是构件之间具有确定的相对运动，并能完成有用的机械功或实现3能量转换的构件的组合。 （ ）7） 、机构中的主动件和被动件，都是构件。 （ ）2 填空题答案1） 、构件 2） 、构件 3） 、代替 机械功 4） 、相对运动 5） 、传递 转换 6） 、运动 制造 7） 、预定 终端 8） 、中间环节 9） 、确定 有用 构件3 判断题答案1） 、 2） 、 3） 、 4） 、 5） 、 6） 、 7） 、4第二章 机构的结构分析2-7 是试指出图 2
4、-26 中直接接触的构件所构成的运动副的名称。解：a)平面高副 b)空间低副 c)平面高副2-8 将图 2-27 中机构的结构图绘制成机构运动简图，标出原动件和机架，并计算其自由度。解：b)n=3， =4 ， =0， F=33-24=1LPH5c) n=3， =4 ，PH=0， F=33-24=1L62-9 试判断图 2-28 中所示各“机构”能否成为机构，并说明理由。解： H)4 6 P032LanF不 是 机 构修改后的机构H)3 4 P1260LbnF不 是 机 构7修改后的机构 H)2 3 P0LcnF不 是 机 构修改后的机构H)10 4 P032 LdnF是 机 构2-10 计算图
5、 2-29 中所示各机构的自由度，并指出其中是否含有复合铰链、局部自由度或虚约束，说明计算自由度应作何处理。解：a)8n=5， =7 ， LP有复合铰链：构件 3 和构件 5; 构件 3 和构件 1;F=3n-2 =352 7=1LPb) n=6， =8， PH=1， 有局部自由度，有虚约束LF=3n-2 - =3x6-2x8-1=1LPHd) 有虚约束，有复合铰链9n=5， =7， =0，LPHF=3n-2 - =35-27-0=1Le) 有对称虚约束n=5， =7 LPF=3n-2 =1L10f) 有对称虚约束n=3， =3， =2 LPHF=3n-2 - =1Lg) n=2， =2， =
6、1， n=3， =4 有虚约束LPHLP11h) 有对称虚约束，n=3， =4 LPF=3n-2 =33-24=1L或者：n=4， =5 =1，LPH12F=3n-2 - =34-25-1=1LPH2-12 计算图 2-30 所示各机构的自由度，并在高副低代后，分析组成这些机构的基本杆组即杆组的级别。解：a)n=4， =5， =1LPHF=3n-2 - =1L所以此机构为 III 级机构13b) n=3， =3， =2LPHF=3n-2 - =1LHc) n=4， =4， =3LPF=3n-2 - =1LHd) 14n=6， =8 ， =1LPHF=3n-2 - =1L所以此机构为 III 级
7、机构2-13 说明图 2-32 所示的各机构的组成原理，并判别机构的级别和所含杆组的数目。对于图 2-32f 所示机构，当分别以构件 1、3、7 作为原动件时，机构的级别会有什么变化？a)15机构的级别:IIb)16机构的级别:IIf) 当分别以构件 1、3、7 作为原动件时以构件 1 作为原动件时，以构件 1 作为原动件时，机构的级别 II17以构件 3 作为原动件时， 以构件 3 作为原动件时，机构的级别:II以构件 7 作为原动件时，杆组的级别:III 以构件 7 作为原动件时，机构的级别:III182-14 绘制图 2-33 所示机构高副低代后的运动简图，计算机构的自由度。并确定机构所
8、含杆组的数目和级别以及机构的级别。图 2-33 机构示意图机构高副低代后的运动简图杆组的级别:III 19所以，机构的级别:III2-15 试分析图 2-35 所示刨床机构的组成，并判别机构的级别。若以构件 4 为原动件，则此机构为几级？解：F=3n-2 - =35-27=1LPH一、若以构件 1 为原动件，则此机构拆分的杆组是：所以此机构为 III 级二、若以构件 4 为原动件，则此机构拆分的杆组是：20所以此机构为 II 级21第三章 平面连杆机构3-9 图 3-54 所示平面铰链四杆运动链中，已知各构件长度分别为 ，5ABlm， ， 。40BClm50CDl25ADlm（1）判断该机构运
9、动链中四个转动副的类型。（2）取哪个构件为机架可得到曲柄摇杆机构。（3）取哪个构件为机架可得到双曲柄机构。（4）取哪个构件为机架可得到双摇杆机构解：平面连杆机构LAB=55 LBC=40 LCD=50 LAD=25LAB+LADLBC+LCD(1) A、D 整转副 B、C 摆转副（2）AB 或 CD 为机架时，为曲柄摇杆机构（3）AD 为机架时，为双曲柄机构（4）BC 为机架时，为双摇杆机构3-10 图 3-57 所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？ 22解:主要分析能否通过极限位置， a+eb3-11 在图 3-81 所示的铰链
10、四杆机构中，各杆件长度分别为， ， ， 。25ABlm40BCl50CDlm5ADl（1）若取 AD 为机架，求该机构的 极位夹角 ，杆 CD 的最大摆角和最小传动角0min（2）若取 AB 为机架，求该机构将演化为何种类型的机构？为什么？请说明这时 C、D 两个转动副是周转副还是摆转副。图 3-58 铰链四杆机构解：由于 25554050，所以 lABl ADl BCl CD，且以最短杆的邻边为机架。故该铰链四杆机构为曲柄摇杆机构。为曲柄。）以曲柄为主动件，作出摇杆的极限位置如图所示。 AC 1l ABl BC402565AC2l BCl AB402515(1)极位夹角 ：出现在 AB 与连
11、杆 BC 重合位置222211arcosarcosACDACD2222065050rsrs114.23图 1行程速比系数（ ）（ ）1.17(2)求摇杆的最大摆角 ，从图 1，摇杆的最大摆角 ：B 1DC1B 2DC22212220arcosarcos56505.83CDACDA(3)最小传动角 min 出现在与机架重合位置（分正向重合、反向重合）如图 2。分别求出 、 ，再求最小传动角。1221 ()arcosBCDAB2045036.8222 ()arcosBABCD04501.9图 224曲柄处于 位置时，传动角 =36.8601曲柄处于 位置时，传动角 180 0 =54.9002现比
12、较的 、 大小，最小传动角取 、 中最小者 min36.86 0） 取为机架,即取最短杆为机架，该机构演化为双曲柄机构。因为在曲柄摇杆机构中取最短杆作为机架，其个连架杆与机架相连的运动副、均为周转副。、两个转动副为摆转副。3-15 图 3-59 所示为加热炉炉门的启闭状态，试设计一机构，使炉门能占有图示的两个位置。图 3-59 题 3-15 图提示：把门看着是在连杆上，即两个活动铰链中心在门上，同时把固定铰链中心装在炉子的外壁上。3-16 试设计一个如图 3-60 所示的平面铰链四杆机构。设已知其摇杆的长度 ，行程速比系数 K=1.5，机架 的长度0B075Blm 0AB，又知摇杆的一个极限位
13、置与机架间的夹角 ，试01Al 45求其曲柄的长度 和连杆的长度 。0Al ABl25图 3-60 题 3-16 图解：（符号与课本不太一致）当行程速比系数 K=1.5 时，机构的极位夹角为 3615.801K即机构具有急回特性，过固定铰链点作一条与已知直线 成 的直1AC36线再与活动铰链点的轨迹圆相交，交点就是活动铰链点的另一个极限位置。选定比例尺，作图，如下图所示。由图可知，有两个交点，即有两组解。直接由图中量取 ，84.701AC， 。故有两组解。75.2AC8.1692解一：构件 AB 的长为 mAClAB 5.27.84.021 构件 BC 的长为 lBC 3.81摇杆的摆角 4解
14、二：451CDA2C2C2B1B)(b26构件 AB 的长为 mAClAB 52.4928.70.1692构件 BC 的长为 lBC 36.11摇杆的摆角 1073-17 如图 3-61 所示，设已知破碎机的行程速比系数 K =1.2，颚板长度 mm，颚30CDl板摆角 =35，曲柄长度 lAB=80 mm。求连杆的长度，并验算最小传动角 是否在允许 min的范围内。图 3-61 题 3-17 图3-18 试设计一曲柄滑块机构，设已知滑块的行程速比系数 K =1.5，滑块的冲程 H =50 mm，偏距 e =20 mm，并求其最大压力角 ？max解：行程速比系数 K=1.5，则机构的极位夹角为
15、 3615.801K选定作图比例，先画出滑块的两个极限位置 C1 和 C2，再分别过点 C1、 C2 作与直线C1C2 成 的射线，两射线将于点。以点为圆心， OC2 为半径作圆，再作一5490条与直线 C1 C2 相距为 的直线，该直线与先前所作的圆的交点就是固定铰链点me。作图过程如解题 24 图所示。直接由图中量取 ， ，所以A1682曲柄 AB 的长度为 mClB 5.112连杆 BC 的长度为 AlBC.46282127最大压力角，提示：出现在曲柄与导路垂直的时候。3-19 图 3-62 所示为一牛头刨床的主传动机构,已知 ， ，075Alm10BCl行程速比系数 K=2，刨头 5
16、的行程 H=300mm。要求在整个行程中，刨头 5 有较小的压力角，试设计此机构。图 3-62 题 3-19 图解：（符号与课本不太一致）由题可得极位夹角 180 o（k）（k） o即摆杆的摆角为 60o0B曲柄运动到与 垂直，其摆杆 分别处于左右极限位置 、 0B0B01B02已知：曲柄长度 750Al机架 的长度 75sin （）150mm00B2B1B 2C1CA e21C90解题 3-18 图O28欲使其刨头的行程 H300mm，即 C 点运动的水平距离为 300mm摆杆 的长度 sin （）150sin30 o300mm01B01Bl为了使机构在运动过程中压力角较小，故取刨头构件的导
17、路在 B3F 的中点，且 0AB0F cos（）150 3mm01Bl刨头构件离曲柄转动中心 点的距离为：0A ( )300150(300150 3)/20AEl03B0Al03Bl0F1303-22 有一曲柄摇杆机构，已知其摇杆长 ，摆角 ，摇杆在两极限位042Blm90时与机架所成的夹角各为 和 ，机构的行程速比系数 K=1.5，设计此四杆机构，并验603算最小传动角 。min解： 18036k按照课本的方法作图。H293-23 试求图 3-65 所示各机构在图示位置时全部瞬心的位置。（a） （b ） （ c） （d） 图 3-65 题 3-23 图提示：列出 n 个构件，画出 n 边形，同时结合三心定理。（a）绝对瞬心: P 12 、P 13 、P 14；相对瞬心: P 23 、P 34 、P 24。（b）P13 、P 14 在过 C 点垂直于 BC 的无穷远处。（d）P23(P13)P34P12 P14(P24)P12P12P23(P24)
