机械原理习题答案新

篇一：机械原理习题答案新

第二章 机构的结构分析

2－1.计算下列各机构的自由度。注意分析其中的虚约束、局部自由度合复合铰链等。

题图１－４c 所示机构，导路ＡＤ⊥ＡＣ、ＢＣ＝ＣＤ／２＝ＡＢ。该机构可有多种实际用途，可用于椭圆仪，准确的直线轨迹产生器，或作为压缩机或机动马达等。

题图１－４d 为一大功率液压动力机。其中ＡＢ＝Ａ｀Ｂ｀，ＢＣ＝Ｂ｀Ｃ｀，ＣＤ＝Ｃ｀Ｄ｀，ＣＥ＝Ｃ｀Ｅ｀，且Ｅ、Ｅ｀处于滑块移动轴线的对称位置。

答

c)为轨迹重合虚约束，可认为ＡＢ杆或滑块之一构成虚约束。

Ｆ＝３×３－２×４＝１;

d)对称的上部分或下部分构成虚约束。

Ｆ ＝３×５－２×７＝１.

2－2．试计算下列机构的自由度,如有局部自由度、虚约束或复合铰链，请指出。

e）

答案：

a)Ｆ＝３×７－２×１０＝１． 注意其中的Ｃ、Ｇ、Ｄ、Ｈ点并不是复合铰链。

b)Ｆ＝３×５－２×７＝１

C）Ｆ＝３×７－２×１０＝１ 其中Ｃ点为复合铰链，分别由2、３、４构件在Ｃ点构成复合铰。

d)Ｆ＝３×３－２×３－２＝１或者Ｆ＝３×５－２×５－２－２＝１

其中Ｂ、Ｄ处的磙子具有局部自由度。

2-3试计算如图所示各平面高副机构的自由度,如有局部自由度、虚约束或复合铰链，请指出。

第三章 平面连杆机构及其分析与设计

3－1．试求题图所示各机构在图示位置时全部瞬心的位置．

答案：

瞬心P12在A点 瞬心P23、 P24均在B点

瞬心P34在C点 P14、 P13均在垂直导路的无

瞬心P23、 P13均在B点 穷远处

瞬心P14、 P24均在D点

3-5在图示的齿轮-连杆组合机构中，试用瞬心法求齿轮1与齿轮3的传动比?1 /?3。

答案：此题关键是找到相对瞬心Ｐ13．

3-6在图示凸轮机构中，已知r

以角速度?1 ?50mm，lOA?22mm，lAC?80mm，?1?90?，凸轮，凸轮?10rad/s逆时针方向转动。试用瞬心法求从动件2的角速度?2。

答案：找到１，２构件的相对瞬心Ｐ12即有：ω1×AP12＝ω2×CP12……① 现在的关键是求出AP12的值。设AP12为 x， 则OP12＝(222＋x2)1/2

BP12＝５０＋(222

＋x2)1/2，CP12＝80＋x

△ P12AO∽△ P12BC 则有：x／［５０＋(222＋x2)1/2］＝(222＋x2)1/2/(80＋x)

求解出x＝37.4 由①式可得：ω2＝ω1×AP12／CP12＝4.675rad/m

第六章

６-２．题图６-２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：m1=10kg，r1=100mm，m2=8kg，r2=150mm，m3=7kg，r3=200mm，m4=5kg，r4=100mm．试对该转子进行平衡设计．

答案：各质径积的大小分别为：m1r1=1000kg·mm

m2r

2=1200kg·mm

m3r3=1400kg·mm m4r4=500kg·mm

现取１：２０作出质径积的向量多边形，以平衡质径积mere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mere＝40×20=800kg/mm，

方向与x向成60o角．欲平衡有２种方法：

在mere方向配质量，若在re＝100mm，则me＝8kg；

可在mere反方向挖去一块，使其径积为800kg/mm．

6-3．题图６-３所示为一均匀圆盘转子，工艺要求在圆盘上钻４个圆孔，圆孔直径及孔心到转轴O的距离分别为：d1=40mm，r1=120mm，d2=60mm，r2=100mm，d3=50mm，r3=110mm，d4=70mm，r4=90mm，方位如图．试对该转子进行平衡设计．

设单位面积的质量为１，其４个孔的质径比分别为：

m1r1=π(d1/2) 2120=48000π；

m2r2=π(d2/2)2100=90000π

m3r3=π(d3/2)2110=68750π；

m4r4=π(d4/2)290=108450π

现取１：２０００π作向量多边形：

从向量图中可知：mere=43×２０００π=86000π

若在半径re=100mm且与x轴正向成θ＝46o的位置上．挖圆孔的直径d5=（3440）1/2mm即可平衡．

6-4 在图示的转子中，已知各偏心质量m1=10kg，m2=15kg，m3=20kg，m4=10kg；
它们的回转半径分别为r1=300mm，r2=r4=150mm，r3=100mm，又知各偏心质量所在的回转平面间的距离为l1=l2=l3=200mm，各偏心质量间的方位角为?1?120，?2?60，?3?90，?4?30。若置于平衡基面I及II中的平衡质量mI和mII的回转半径均为400mm，试求mI及mII的大小和方位。

????

６-５．题图６-５所示曲柄摇杆机构中，已知各构件：l1=75mm，l2=300mm，l3=150mm；
各杆的质量为m1=0．3kg，m2=0．6kg ，m3=0．9kg，其质心位置lAS1=25mm，lBS2=100mm，lBS3=100mm．

１）试用质量静替代法将各杆质量替代到A，B，C，D四点；

２）若在曲柄，摇杆上加平衡质量me1及me3使机构惯性力平衡，当取平衡质量的回转半径为re1=re3=75mm时，me1，me3各为多少？

答案：１）m1用Ａ，Ｂ两点替代 m2用B，C两点替代

AS1=50×0．3/75=0．2kg

mBS1=25×0．3/75=0．1kg

m3用CD两点替代 CS3=100×0．9/150=0．6kg

mDS3=50×0．9/150=0．3kg

∴mAAS1=0．2kg

mB= mBS1mBS2＝０．5kg

mC= mCS2＋mCS3＝０．8kg

mD=mDS2=0．3kg

2)me1×re1=mB×lAB e1=0．5×75/75=0．5kg

me3×re3=mC×lCD e3=0．8×150/75=16kg

６-６．在题图６-６所示曲柄滑块机构中，已知各杆长度：lAB=100mm，lBC=300mm；
曲柄和连杆的质心S1，S2的位置分别为lAS1=100mm=lAS2，滑块３的质量m3=0．4kg，试求曲柄滑块机构惯性完全平衡时的曲柄质量m1和连杆质量m2的大小．

答案：m2×lBC=m3×lBS2 m2=m3×lBS2/lBC=0．133kg

mB=m2+m3=0．533kg

m1×lAB=mB×lAS11=0．533kg

第八章

8－1．已知图所示铰链四杆机构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lAB的取值范围；

２）如果该机构能成为双曲柄杆构，求lAB的取值范围；

３）如果该机构能成为双摇杆机构，求lAB的取值范围．

答案：1）该机为曲柄摇杆机构，且AB为曲柄，则AB应为最短杆。其中已知BC杆为最长杆50。

∴lAB+lBC≤lAD+lCD

∴lAB≤15

2）该机构欲成为双曲柄机构，同样应满足曲柄存在的条件，且应以最短杆为机架。现AD为机架，则只能最短杆即为AD＝３０，则最长杆可能为BC杆，也可能是AB杆。

１） 若AB杆为最长杆：lAD+lAB≤lBC+lCD

∴lAB≤55即５０＜lAB＜５５

２） 若ＢＣ杆为最长杆：lAB+lBC≤lAB+lCD

∴lAB≤45即４５≤lAB＜５０

∴若该机构为双曲柄机构，则ＡＢ杆杆长的取值范围为：

45≤lAB≤50

３） 欲使该机构为双摇杆机构，则最短杆与最长杆之和应大于另外二杆之和。现在的关键是谁是最短、最长杆？

1) 若AB杆最短，则最长杆为BC：

∴lAB+lBC＞lCD+lAD

∴lAB＞15

2）若AD杆最短，BC杆最长：lAD+lAB＞lBC+lCD

∴lAB＜45

AB杆最长：lAD+lAB＞lBC+lCD lAB＞55

lAB＜lAD+lCD+lBC lAB＜115

综上分析：AB杆的取值为：

15＜lAB＜45 或者55＜lAB＜115

8-3．已知两连架杆的三组对应位置如题图所示为：φ1＝60o，ψ1＝30o，φ2＝90o，ψ2＝50o，φ3＝120o，ψ3＝80o，若取机架ＡＤ长度lAD=100mm，lCD=100mm，试用图解法计算此铰链四杆机构各杆长度。

篇二：机械原理习题集全答案

平面机构的结构分析

1、如图a所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；
而固装在轴A上的凸轮2与杠杆3组成的凸轮机构将使冲头4上下运动以达到冲压的目的。试绘出其机构运动简图（各尺寸由图上量取），分析其是否能实现设计意图？并提出修改方案。

解 1）取比例尺?l绘制其机构运动简图（图b）。

2）分析其是否能实现设计意图。

图 a） 由图b可知，n?3，pl?4，ph?1，p??0，F??0 故：F?3n?(2pl?ph?p?)?F??3?3?(2?4?1?0)?0?0

因此，此简单冲床根本不能运动（即由构件3、4与机架5和运动副B、C、D组成不能运动的刚性桁架），故需要增加机构的自由度。

图 b）

3）提出修改方案（图c）。

评语任课教师日期

为了使此机构能运动，应增加机构的自由度（其方法是：可以在机构的适当位置增加一个活动构件和一个低副，或者用一个高副去代替一个低副，其修改方案很多，图c给出了其中两种方案）。

图 c1）图 c2）

2、试画出图示平面机构的运动简图，并计算其自由度。

图a）

解：n?3，pl?4，ph?0，F?3n?2pl?ph?1

图 b）

解：n?4，pl?5，ph?1，F?3n?2pl?ph?1

评语任课教师日期

3、计算图示平面机构的自由度。将其中的高副化为低副。机构中的原动件用圆弧箭头表示。

3－1

解3－1：n?7，pl?10，ph?0，F?3n?2pl?ph?1，C、E复合铰链。

3－2

解3－2：n?8，pl?11，ph?1，F?3n?2pl?ph?1，局部自由度

评语任课教师日期

3－3 解3－3：n?9，pl?12，ph?2，F

?3n?2pl?ph?1

4、试计算图示精压机的自由度

评语任课教师日期

解：n?10，pl?15，ph?0解：n?11，pl?17，ph?0

p??2pl??p?h?3n??2?5?0?3?3?1p??2pl??p?h?3n??2?10?3?6?2

F??0F??0

F?3n?(2pl?ph?p?)?F?F?3n?(2pl?ph?p?)?F?

?3?10?(2?15?0?1)?0?1 ?3?11?(2?17?0?2)?0?1

（其中E、D及H均为复合铰链） （其中C、F、K均为复合铰链）

5、图示为一内燃机的机构简图，试计算其自由度，并分析组成此机构的基本杆组。又如在该机构中改选EG为原动件，试问组成此机构的基本杆组是否与前者有所不同。

解1）计算此机构的自由度

F?3n?(2pl?ph?p?)?F??3?7?2?10?1

2）取构件AB为原动件时 机构的基本杆组图为

此机构为 Ⅱ 级机构

3）取构件EG为原动件时 此机构的基本杆组图为

评语任课教师日期

篇三：机械原理课后习题答案(部分)

第二章

2-1 何谓构件?何谓运动副及运动副元素?运动副是如何进行分类的? 答：参考教材5~7页。

2-2 机构运动简图有何用处?它能表示出原机构哪些方面的特征?

答：机构运动简图可以表示机构的组成和运动传递情况，可进行运动分析，也可用来进行动力分析。

2-3 机构具有确定运动的条件是什么?当机构的原动件数少于或多于机构的自由度时，机构的运动将发生什么情况?

答：参考教材12~13页。

2-5 在计算平面机构的自由度时，应注意哪些事项? 答：参考教材15~17页。

2-6 在图2-22所示的机构中，在铰链C、B、D处，被连接的两构件上连接点的轨迹都是重合的，那么能说该机构有三个虚约束吗?为什么?

答：不能，因为在铰链C、B、D中任何一处，被连接的两构件上连接点的轨迹重合是由于其他两处的作用，所以只能算一处。

2-7 何谓机构的组成原理?何谓基本杆组?它具有什么特性?如何确定基本杆组的级别及机构的级别? 答：参考教材18~19页。

2-8 为何要对平面高副机构进行“高副低代"?“高副低代”应满足的条件是什么? 答：参考教材20~21页。

2-11 如图所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；
而固装在轴A上的凸轮2与杠杆3组成的凸轮机构将使冲头上下运动以达到冲压目的。试绘出其机构运动简图，分析其是否能实现设计意图？并提出修改方案。

1

解：1）取比例尺绘制机构运动简图。

2）分析其是否可实现设计意图。

F=3n-( 2Pl + Ph –p’ )-F’=3×3-(2×4+1-0)-0=0 此简易冲床不能运动,无法实现设计意图。

3）修改方案。

为了使此机构运动，应增加一个自由度。办法是：增加一个活动构件，一个低副。修改方案很多，现提供两种。

※2-13图示为一新型偏心轮滑阎式真空泵。其偏心轮1绕固定轴心A转动，与外环2固连在一起的滑阀3在可绕固定轴心C转动的圆柱4中滑动。当偏心轮按图示方向连续回转时可将设备中的空气吸入，并将空气从阀5中排出，从而形成真空。(1)试绘制其机构运动简图；
(2)计算其自由度。

解：(1)取比例尺作机构运动简图如图所示。

(2) F=3n-(2p1+ph-p’)-F’=3×4-(2×4+0-0)-1=1

2-14 解：1）绘制机构运动简图

1）绘制机构运动简图

F=3n-(2Pl + Ph –p’)-F’=3×5-(2×7+0-0)-0=1 2）弯曲90o 时的机构运动简图

※2-15试绘制所示仿人手型机械手的食指机构的机构运动简图(以手掌8作为相对固定的机架)，井计算

2

自由度。

2-17

计算如图所示各机构的自由度。

解：（1)取比倒尺肌作机构运动简图；
（2)计算自由度F?3?7?2?10?1

（a）F=3n-( 2Pl + Ph–p’)-F’=3×4-(2×5+1 -0)-0=1（A处为复合铰链） （b）F=3n-(2Pl + Ph–p’)-F’=3×7-(2×8+2-0)-2=1（2、4处存在局部自由度）

（c）p’=( 2Pl ’+ Ph ’)-3n’=2×10+0-3×6=2,F=3n-(2Pl + Ph–p’)-F’=3×11-(2×17+0-2)-0=1 （C、F、K 处存在复合铰链，重复部分引入虚约束）

※2-21图示为一收放式折叠支架机构。该支架中的件1和5分别用木螺钉连接于固定台板1’和括动台板5’上．两者在D处铰接，使活动台板能相对于固定台极转动。又通过件1，2，3，4组成的铰链四杆机构及连杆3上E点处的销子与件5上的连杆曲线槽组成的销槽连接使活动台板实现收放动作。在图示位置时，虽在活动台板上放有较重的重物．活动台板也不会自动收起，必须沿箭头方向推动件2，使铰链B，D重合时．活动台板才可收起(如图中双点划线所示)。现已知机构尺寸lAB=lAD=90 mm；
lBC=lCD=25 mm，其余尺寸见图。试绘制该机构的运动简图，并计算其自由度。

解：F=3n-(2p1+pb-p’)-F’=3×5-(2×6+1-0)-1=1

2-23 图示为一内燃机的机构简图，试计算其自由度，并分析组成此机构的基本杆组。有如在该机构中改选EG为原动件，试问组成此机构的基本杆组是否与前有所不同。

3

解：1）计算自由度

F=3n-(2Pl + Ph–p’)-F’=3×7-(2×10+0-0)-0=1

2）拆组

3）EG为原动件，拆组

II级组

II级组

II级组

III级组

2-24 试计算如图所示平面高副机构的自由度,并在高副低代后分析组成该机构的基本杆组。

1、

解：1）计算自由度

F=3n-(2Pl+Ph–p’)-F’=3×5-(2×6+1-0)-1=1

2）从结构上去除局部自由度、虚约束、多余的移动副、转动副（如图2所示） 3）高副低代（如图3所示） 4）拆组（如图4所示）

2、

4

解：1）计算自由度

F=3n-(2Pl+Ph–p’)-F’=3×-(2×9+1-0)-1=1

2）从结构上去除局部自由度、虚约束、多余的移动副、转动副（如图b所示） 3）高副低代（如图c所示） 4）拆组（如图d所示）

第三章

3—1 何谓速度瞬心?相对瞬心与绝对瞬心有何异同点? 答：参考教材30~31页。

3—2 何谓三心定理?何种情况下的瞬心需用三心定理来确定? 答：参考教材31页。

※3-3机构中，设已知构件的尺寸及点B的速度vB(即速度矢量pb)，试作出各机构在图示位置时的速度多边形。

※3-4 试判断在图示的两机构中．B点足否都存在哥氏加速度？又在何位置哥氏加速度为零?怍出相应的机构位置图。并思考下列问题。

(1)什么条件下存在氏加速度?(2)根椐上一条．请检查一下所有哥氏加速度为零的位置是否已全部找出。(3)图 (a)中，akB2B3=2ω2vB2B3对吗?为什么。

解：（1)图 (a)存在哥氏加速度，图 (b)不存在。

(2)由于akB2B3==2ω2vB2B3故ω3，vB2B3中只要有一项为零，则哥氏加速度为零。图 (a)中B点到达最高和最低点时构件1，3．4重合，此时vB2B3=0，当构件1与构件3相互垂直．即_f=；
点到达最左及最右位置时ω2=ω3=0．故在此四个位置无哥氏加速度。图 (b)中无论在什么位置都有ω2=ω3=0，故该机构在任何位置哥矢加速度都为零。

(3)对。因为ω3≡ω2。

3-5 在图示的曲柄滑块机构中，已知lAB?30mm,lAC?100mm,lBD?50mm,lDE?40mm，曲柄以等角速度?1?10rad/s回转，试用图解法求机构在?1?45?位置时，点D、E的速度和加速度以及构件2的角速

度和角加速度。

5

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