机械原理习题及解答.docx

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1、机构的结构分析2-1填充题及简答题(1)平面运动副的最大约束数为，最小约束数为。(2)平面机构中假设引入一高副将带入个约束，而引入一个低副将带入个约束。(3)机构具有确定运动的条件是什么？(4)何谓复合较链、局部自由度和虚约束？(5)杆组具有什么特点？如何确定机构的级别？选择不同的原动件对机构级别有无影响？答案：(1)平面运动副的最大约束数为2,最小约束数为1(2)平面机构中假设引入一高副将带入L个约束，而引入一个低副将带入2个约束。(3)机构具有确定运动的条件是：机构的自由度大于零，且自由度数等于原动件数。(4)复合较链：在同一点形成两个以上的转动副，这一点为复合较链。局部自由度：某个构件的

2、局部运动对输出构件的运动没有影响，这个局部运动的自由度叫局部自由度。虚约束：起不到真正的约束作用，所引起的约束是虚的、假的。(5)杆组是自由度为零、不可再拆的运动链。机构的级别是所含杆组的最高级别。选择不同的原动件使得机构中所含杆组发生变化，可能会导致机构的级别发生变化。2-2计算以下图机构的自由度，假设含有复合钱链，局部自由度，虚约束等情况时必须一一指出，图中BCsED、FG分别平行且相等。要使机构有确定运动，请在图上标出原动件。22答窠：B点为复合较链，滚子绕B点的转动为局部自由度，ED及其两个转动副引入虚约束，I、J两个移动副只能算一个。根据机构具有确定运动的条件，自由度数等于原动件数，

3、故给凸轮为原动件。2-3题图23所示为一内燃机的机构简图，试计算其自由度，以AB为原动件分析组成此机构的根本杆组。又如在该机构中改选EF为原动件，试问组成此机构的根本杆组是否与前有所不同，机构的级别怎样？2-3答案：/=3x72x10=1。注意其中的C、F、D、H点并不是复合较链。以AB为原动件时：此时，机构由三个11级根本杆组与原动件、机架构成，机构的级别为二级。以EF为原动件时：机构由1个【级根本杆组，1个In级根本杆组和机架组成。机构的级别为三级。显然，取不同构件为原动件，机构中所含的杆组发生了变化，此题中，机构的级别也发生了变化。2-4图示为一机构的初拟设计方案。试分析：(1)其设计是

4、否合理，为什么？(2)假设此方案不合理，请修改并用简图表示。2-4答案：(1)不合理。因为自由度F=34-(25+1-0)-1=0,机构不能运动。(2)增加一个构件，使其自由度为1。2-5虚约束对运动不起真正的约束作用，那么机构中为什么要引入虚约束？2-5答案：虚约束对运动虽不起真正的约束作用，但是考虑机构的受力均衡，防止运动不确定，增加传递的功率等设计时要参加虚约束。平面机构的运动分析3-1试求题图示各机构在图示位置时全部瞬心的位置.3-1答案：瞬心p2在A点瞬心P23、P24均在B点瞬心P34在C点P|4、P13均在垂直导路的无穷远处瞬心P23、P3均在B点瞬心Pl4、P24均在D点3-2

5、在图示的齿轮连杆机构中，三个圆轮互作纯滚，试用相对瞬心P3求轮1和轮3速度比。3-2答案：此题关键是找到相对瞬心PI3。3-3在图示凸轮机构中，r=50mm,Ioa=22mm,Iac=8()mm,l=9()凸轮1以角速度=10rads逆时针方向转动。试用瞬心法求从动件2的角速度g3-3答案：找到1,2构件的相对瞬心I?即有：xAPi2=1CPn(1)现在的关键是求出A%的值。设A七为工,那么O%=也2+2BP2=50+222+x2,CPn=80+x那么有：求得X=37.4由式（1）可得：二幼X62=4.675rad/s,逆时针方向。CP123-4判断题1 .速度瞬心的绝对速度一定为零。3-6说

6、明进行机构运动的分析有哪些方法，简述各自的特点和应用。3-6答案：进行机构运动分析有解析法、瞬心法、相对运动图解法等。解析法是借助于解析式求解，（借助计算机）可方便地求解机构一个循环中的运动情况。瞬心法是利用瞬心的含义求解，可方便地进行简单机构的速度分析。相对运动图解法是利用相对运动原理，列出矢量方程式，按各矢量的大小、方向逐个判断，画矢量多边形，量得结果，可对机构进行速度分析及加速度分析，作图繁琐。4-1一偏心盘杠杆机构，机构简图中转动副A和B处较大的小圆为摩擦圆，偏心盘I与杠杆的接触点D处的摩擦角（p=30。，设重物为Q。试作出各运动副处总反力的方向。4-1答案提示：构件3受3个力的作用，

7、D处的总反力，Q和B处的总反力，应注意三力汇交。4-2图中滑块为原动件，其上作用有向右的驱动力P,所有转动副处的摩擦圆半径为P（各转动副处的大圆为摩擦圆），滑块与导路之间的摩擦角为=30%试：在原图上画出各运动副处的总反力。提示：共有4对反力，从受拉二力杆BC入手（二力共线），滑块3为三力构件（三力汇交）。4-3简答题试推导滑块沿斜面上升时的效率，其与滑块沿斜面下降时的效率相同吗？4-3答案：滑块沿斜面上升时的效率=Jin滑块沿斜面下降时的效率=1a，二，）,二者tan（Z+p）tanA不同。机械的效率和自锁5-1什么是自锁，它与死点有什么不同？答案：机构中的自锁是由于摩擦的存在，无论驱动力怎

8、样增加，都不能使机构运动的现象。而死点是机构所处的特殊位置，该位置机构的压力角为90度，机构不能运动。它不考虑摩擦。5-2题图5-2所示为一电动卷扬机，每对齿轮的效率72和%，3均为095,鼓轮及滑轮的效率%均为0.96.设载荷Q=40kN,以u=15ms匀速上升，试求电动机的功率。5-2答案：提升载荷0均匀上升所需功率5-3求机构的自锁条件有哪些方法？5-3答案：求机构的自锁条件可以用以下方法：(1)令机械效率0。(2)机构中的任意一个运动副发生自锁：对于移动副，假设力作用在摩擦角之内，就自锁；对于转动副，假设力作用在摩擦圆之内，就自锁；对于螺旋副，假设螺纹升角当量摩擦角，就自锁。(3)直接

9、利用定义：驱动力摩擦力。机械的平衡6-1什么是刚性转子的静平衡和动平衡？它们在平衡计算时有何不同？只在一个平面内加质量的方法能否到达动平衡？6-1答案：刚性转子的静平衡是对刚性转子惯性力的平衡；刚性转子的动平衡是对刚性转子惯性力和惯性力矩的平衡。静平衡时只在一个平面内适当位置加一定的质量或在相反位置去质量；动平衡时必须选择两个平衡平面，分别对其进行静平衡。只在一个平衡平面内加质量不能到达动平衡，因为只在一个平面内加质量不能平衡惯性力矩。62以下图所示的盘形转子中，有4个不平衡质量，它们的大小及其质心到回转轴的距离分别为：r11=10kg,ri=100mm,m2=8kg,2=150mm,mj=7

10、kg,门=20Omm,rru=5kg,r4=lmmo试对该转子进行平衡计算.解：各质径积的大小分别为：mir=1000kgmm,m2r2=1200kgmm,m3r3=1400kgmm,m44=500kg.mmo取一比例尺，准确作出质径积的向量多边形，以平衡质径积mg构成封闭的向量多边形。从上面的向量多边形中可知：平衡质径积大小mcrc=40x20=800kg.mm,方向与X向成60角。欲平衡有2种方法：(1)在mc%方向配质量，假设在7=100mm,那么nv=8kg;(2)可在me%反方向挖去一块，使其质径积为800kgmm.6-2题图62所示为一均匀圆盘转子，工艺要求在圆盘上钻4个圆孔，圆孔

11、直径及孔心到转轴O的距离分别为：d=40mm,口二120mm,d2=6Omm,r2=100mm,d3=5mm,门=IIomm,d4=70mm,4=90mm,方位如图。试对该转子进行平衡设计。解：设单位面积的质量为1,其4个孔的质径比分别为：mr=(d2)2120=48000,m2r2=(d22)2100=90000m33=(d32)2110=68750,1i4r4=X(d2)290=108450现取1:2000兀作向量多边形：从向量图中可知：mere=432000=86000假设在半径L=100mm且与X轴正向成0=46。的位置上。所挖圆孔的直径d$=（3440）l2mm即可平衡。平面连杆机构

12、及其设计8-1.绘制题图示机构的机构运动简图，说明它们各为何种机构.8-1答案：a）曲柄摇块机构b）曲柄滑块机构c）曲柄滑块机构d）曲柄摇块机构8-2题图所示较链四杆机构ABCD中，lBC=50mm,lcD=35mm,lAD=30mm,取AD为机架。（1）如果该机构能成为曲柄摇杆机构，且AB是曲柄，求IAB的取值范围；（2）如果该机构能成为双曲柄杆构，求IAB的取值范围；（3）如果该机构能成为双摇杆机构，求IAB的取值范围.8-2答案：（1）该机为曲柄摇杆机构，且AB为曲柄，那么AB应为最短杆。其中BC杆为最长杆50。ab+bcad+cd得到ab15（2）该机构欲成为双曲柄机构，同样应满足曲柄

13、存在的条件，且应以最短杆为机架。现AD为机架，那么只能最短杆即为AD=30,那么最长杆可能为BC杆，也可能是AB杆。假设AB杆为最长杆：ad+abbc+cd得至Uab55即50ab55假设BC杆为最长杆：ab+bcab+Zcd得至Uab45即45Zab50假设该机构为双曲柄机构，那么AB杆杆长的取值范围为：45abcd+ad得到ab15假设AD杆最短，BC杆最长:ad+abbc+cd得到abbc+cd得到ab55abad+cd+/BC得到ab115综上分析：AB杆的取值为：15Vab45或者55ab1158-3在题示的钱链四杆机构中，各杆件长度分别为：lAB=28mm,lBC=52mm,lcD

14、=50mm,lAD=72mm0（1） 假设取AD为机架，求该机构的极位夹角0和往复行程时间比系数K,杆CD的最大摆角和最小传动角Ymin：（2） 假设取AB为机架，该机构将演化为何种类型的机构？为什么？这是C、D两个转动副是周转副还是摆转副？8-3答案：由于1ab+1ADWIBC+1CD,且以最短杆AB的邻边为机架，故该校链四杆机构为曲柄摇杆机构，AB为曲柄。（1）以曲柄AB为主动件，作出摇杆CD的极限位置如下图。AC=ab-HZbc=SOAC2=bc-ab=24极位夹角：行程速比系数K=（18Oo+）/（18Oo-）1.27最小传动角Ymin出现在AB与机架AD重合位置（分正向重合、反向重合）如图。分别求出仇、小，再求最小传动角。曲柄处于ABl位置时，传动角=曲柄处于AB2位置时，传动角2=l8O0-20现比拟的iY2大小，最小传动角取丫1、Y2中最小者min=5.3%求:摇杆的最大摆角:（2）取AB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2个连架杆与机架相连的运动副A、B均为周转副。C、D两个转动副为摆转副。8-4题图所示六杆机构中，各构件的尺寸为：lAB=30mm,IBC=55mm,lAD=50mm,lcD=40mm,lDE=20mm,lEF=60mm.滑块为运动输出构件。试确定：(1)四杆机构A