06071版习题卡1-2章答案

PAGEPAGE4第一章平面机构的结构分析（含绪论）专业：学号：姓名：《机械原理》习题卡填空题：1．机械是机器和机构的总称。机械原理是一门以机器和机构为研究对象的学科。2．简述机器的三个共同特征：1）由各种材料做成的制造单元(零件)经装配而成的运动单元(构件)的组合体2）各个运动单元之间有确定的运动3）代替或减轻人的劳动,完成有用的机械功或转换机械能3．零件是制造的单元，构件是运动的单元。4．机器中的构件可以是单一的零件，也可以是由几个零件装配成的刚性结构。在机械原理课程中，我们将构件作为研究的基本单元。5．凡用来完成有用功的机器是工作机。如：机床、轧钢机、纺织机等。凡将其他形式的能量转换为机械能的机器是原动机。如：内燃机、蒸气机、电动机等。6．能实现预期的机械运动的各构件(包括机架)的基本组合体称为机构。如：曲柄滑块机构、齿轮机构、凸轮机构等。7．两个构件直接接触形成的可动联接称为运动副。8．面接触的运动副称为低副，如移动副、转动副等。点、线接触的运动副称为高副，如齿轮副、凸轮副等。低副提供两个约束，高副提供一个约束。9．机构中各构件相对于机架的所能有的独立运动的数目称为机构的自由度。10．两个以上构件以运动副联接而成的系统是运动链，若组成运动链的每个构件至少包含两个运动副元素称为闭链，若运动副中有的构件只包含一个运动副称为开链。11．平面机构是指组成机构的各个构件均在同一平面内运动。12．机构具有确定运动的条件是：F>0，且F＝原动件数。试画出图示平面机构的机构示意图，并计算自由度。其中：图a)唧筒机构――用于水井的半自动汲水机构。图中水管4直通水下，当使用者来回摆动手柄2时，活塞3将上下移动，从而汲出井水。解：自由度计算：画出机构示意图：32413241pL=4pH=0F=3n-2PL-PH=3×3－2×4－0=1图b)缝纫机针杆机构原动件1绕铰链A作整周转动，使得滑块2沿滑槽滑动，同时针杆作上下移动，完成缝线动作。解：自由度计算：画出机构示意图：4321n=4321pL=4pH=0F=3n-2PL-PH=3×3－2×4－0=1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），分析是否能实现设计意图，并提出修改方案。解1)选取适当比例尺μl，绘制机构运动简图(见图b)2)分析是否能实现设计意图n=3pL=4pH=1F=3n-2PL-PH=3×3－2×4－1=0机构有无确定运动？无能否实现设计意图？不能3)提出修改方案（图c）b)b)μl=1mm/mm43211’A4532b3’’b2p1’145321’1c)想一想：1．通过本题．你对在设计新的机械或分析现有机械时，首先要绘制机构的运动简图有什么体会?2．计算机构自由度的目的是什么?3．当机构的自由度小于1时，可通过哪些途径来增加自由度?本题中还可列出哪些简单而又适用的修改方案？图a所示为一具有急回作用的冲床。图中绕固定轴心A转动的菱形盘1为原动件，其与滑块2在B点铰接，通过滑块2推动拨叉3绕固定轴心C转动，而拨叉3与圆盘4为同一构件。当圆盘4转动时，通过连杆5使冲头6实现冲压运动。试绘制其机构运动简图，并计算自由度bb)μl=1mm/mm53(4)2167解：1)选取适当比例尺μl，绘制机构运动简图(见图b)2)分析机构是否具有确定运动n=5pL=7pH=0F=3×5－2×7=1机构原动件数目＝1机构有无确定运动？有想一想1．如何判断菱形盘1和滑块是否为同一构件？它们能为同一构件吗?2为了使冲头6得到上下运动，只要有机构CDE即可，为什还要引入机构ABC？(若暂时不能回答．学过第三章后再回过头来想想)计算下列机构的自由度，有高副的先进行高副低代，并判断机构级别。复合铰链虚约束编号暂略解：1）用数字1、2、3复合铰链虚约束编号暂略构件，用字母A、B、C…标注各运动副。2）计算自由度，并判断有无确定运动：指明复合铰链：见图局部自由度：无虚约束：见图n=9pL=13pH=0II级杆组F=3n-2PL-PH=3×9－2×13=1II级杆组机构原动件数目＝1机构有无确定运动？有II级杆组II级杆组I级杆组II级杆组3）杆组拆分，并判断机构级别：II级杆组II级杆组I级杆组II级杆组（从远离原动件的方向开始拆分）可见，该机构为II级机构。复合铰链编号暂略复合铰链编号暂略解：1）同上题1）。2）计算自由度，并判断有无确定运动：指明复合铰链：见图局部自由度：无虚约束：无n=7pL=10pH=0F=3n-2PL-PH=3×7－2×10=1机构原动件数目＝1机构有无确定运动？有II级杆组I级杆组II级杆组II级杆组3）杆组拆分，并判断机构级别：（从远离原动件的方向开始拆分：）II级杆组I级杆组II级杆组II级杆组可见，该机构为II级机构。复合铰链：无局部自由度：无虚约束：无a）滚动杠杆机构复合铰链：无局部自由度：无虚约束：无a）滚动杠杆机构编号暂略用字母A、B、C…标注各运动副。2）计算自由度，并判断有无确定运动：（在图中指明复合铰链、局部自由度和虚约束）n=4pL=5pH=1F=3n-2PL-PH=3×4－2×5－1=1机构原动件数目＝1机构有无确定运动？有3）高副低代：在b）图中画出高副低代机构。4）对高副低代机构进行杆组拆分，并判断机构级别：b）b）III级杆组III级杆组II级杆组可见，该机构为III级机构。计算图a)所示压缩机机构的自由度，并进行高副低代。解：1）用数字1、2、3…在图a)上标注各构件，用字母A、B、C…标注各运动副。a）a）复合铰链：无局部自由度：滚子虚约束：一个移动副（在图中指明复合铰链、局部自由度和虚约束）b）n=3b）pL=3pH=2F=3n-2PL-PH=3×3－2×2－2=1机构原动件数目＝1机构有无确定运动？有3）高副低代：在b）图中画出高副低代机构。计算下列图中各机构的自由度。解：1）用数字1、2、3…在图a)所示上标注各构件，用字母A、B、C…标注各运动副。2）计算自由度，并判断有无确定运动：复合铰链虚约束指明复合铰链：见图复合铰链虚约束局部自由度：滚子局部自由度编号暂略虚约束：见图局部自由度编号暂略n=7pL=9pH=2F=3n-2PL-PH=3×7－2×9－2=1机构原动件数目＝1机构有无确定运动？有复合铰链局部自由度解：1）同上题1）。复合铰链局部自由度虚约束2）计算自由度，并判断有无确定运动：虚约束指明复合铰链：C处局部自由度：滚子虚约束：两处，见图虚约束编号暂略n=6pL=7pH=2虚约束编号暂略F=3n-2PL-PH=3×6－2×7－2=2机构原动件数目＝2机构有无确定运动？有解：1）用数字1、2、3…在图a)所示上标注各构件，用字母A、B、C…标注各运动副。2）计算自由度，并判断有无确定运动：局部自由度冲压机机构指明复合铰链：见图局部自由度冲压机机构局部自由度：滚子虚约束：见图复合铰链n=9pL=12pH=2复合铰链编号暂略F=3n-2PL-PH=3×9－2×12－2编号暂略=1虚约束机构原动件数目＝1虚约束机构有无确定运动？有1）用数字1、2、3…在图a)所示上标注各构件。2）计算自由度，并判断有无确定运动：指明复合铰链：见图局部自由度：滚子局部自由度虚约束：见图局部自由度虚约束复合铰链n=8pL=11pH=1虚约束复合铰链F=3n-2PL-PH=3×8－2×11－2=1编号暂略机构原动件数目＝1编号暂略机构有无确定运动？有PAGE18第二章平面机构的运动分析PAGE专业：学号：姓名：《机械原理》习题卡2－１填空题：1．速度瞬心是两刚体上相对速度为零的重合点。2．相对瞬心与绝对瞬心的相同点是在该点处两构件相对速度为零，不同点是前者绝对速度不为零，后者绝对速度为零。3．当两个构件组成移动副时，其瞬心位于垂直于移动副导路的无穷远处。当两构件组成纯滚动的高副时，其瞬心就在接触点处。4．当求机构的不互相直接联接各构件间的瞬心时，可应用三心定理来求。5．3个彼此作平面平行运动的构件间共有3个速度瞬心，这几个瞬心必定位于同一条直线上。6．机构瞬心的数目Ｎ与机构的构件数k的关系是。7．铰链四杆机构共有6个速度瞬心，其中3个是绝对瞬心，3个是相对瞬心。8．速度比例尺表示图上长度代表的速度值。9．速度影像的相似原理只能应用于机构中同一构件上的各点，而不能应用于机构的不同构件上的各点。10．在摆动导杆机构中，当导杆和滑块的相对运动为平动，牵连运动为转动时，两构件的重合点之间将有哥氏加速度。其哥氏加速度的大小为2vrω；方向与vr沿着ω转动方向转过90º的方向一致。2－2试求出下列各机构在图示位置时全部瞬心的位置(用符号直接标注在图上)。1C1C90°B234AP14(P13)P12P23→∞P24→∞P3411234BCDAP23（P13）P14（P24）P34P12332B4A1P13P34P24P14→∞P23→∞P122323490°AB1CP12P14（P13）P23(P24)→∞P342－3在图示机构中，已知方向为逆时针方向，lAB=4m，，请用瞬心法和相对运动图解法分别求构件2的角速度ω2和构件3的速度。解：1.取长度比例尺μl＝0.1m/mm，作机构运动简图2.用速度瞬心法求解构件速度：在机构运动简图上画出瞬心。1）分析构件2的运动为平动（运动轨迹为一个圆），故ω2＝0。2）构件3；瞬心P13是构件1和构件3P24P24→∞P23→∞故有：v4=ω1•(μl•P13P14)P23→∞P34→∞量得P13P14P34→∞P12P13v4=100•0.1•12P12P134=12m/s4DP143．用相对运动图解法求解构件速度DP14b3pb2方向：水平b3pb2大小：？ω1lAB？vB2=ω1•lAB=100•4=400m/s取速度比例尺μv＝10m/s/mm作速度多边形有v3＝vB3=μv•ppb3量得ppb3长度为12mm，故有v3＝vB3=10×12=120m/sAB112－4在图示摆动导杆机构中，∠BAC＝90°，LAB=60mm，LAC=120mm，曲柄AB以等角速度ω1=30rad/s转动。请按照尺寸按比例重新绘制机构运动简图，试用相对运动图解法求构件3的角速度和角加速度。AB112解：取长度比例尺作机构运动简图2AvB2=ω1•lAB=30•60=1800mm/s=1.8m/sA3aB2=ω12•lAB=302•60=54m/s23C4C4方向：⊥BC⊥AB∥BCb3大小：？ω1lAB？b3b2ω1≈b2方向：B→C⊥BCB→AC→B⊥CB大小：ω32lBC？ω12lAB2ω2vB3B2?0.1b2’b3b2’b3’b3’’b3’’α1≈210rad/s2，逆时针(注：ω1和α1计算过程略)2－5图示的各机构中，设已知各构件的尺寸，原动件1以等角速度ω1顺时针方向转动。试用图解法求机构在图示位置时构件3上C点的速度及加速度(列出相对运动图解法矢量公式，进行大小、方向分析，最后将下面的速度矢量图和加速度矢量图补充完整。)2Bω11CA3D2Bω11CA3Dp（c）4p（c）4n2’，cn2’，c’bb上图中，方向：⊥CD⊥AB⊥BC方向：C→D⊥CDB→AC→B⊥CB大小：？ω1lAB？大小：ωCD2lCD？ω12lABωCB2lCB？有：vC=0，ω3=0，ω2=0.5ω1aC=aCt=1.5aB=1.5ω12lABω12ω12C34AB1p(c2)p(c2)b(cb(c3)方向：?⊥AB⊥BC∥BC大小：？ω1lAB？0?方向：?B→AC→B⊥CB∥BC大小：？ω12lABω32lCB？02ω3