机械原理答案解析

1、。第二章是平面机构的结构分析问题2-1的图A显示了简单冲床的初步设计方案。设计者的想法是：动力由齿轮1输入，使轴a连续转动；由固定在轴A上的凸轮2和杠杆3组成的凸轮机构使冲头4上下移动，达到冲孔的目的。尝试绘制其机构的运动图(从图中测量每个维度)，分析设计意图是否能够实现，并提出修改方案。解决方法：1)取标尺，画出机构的运动图。(图2-1a)2)要分析设计意图能否实现，首先要计算机构的自由度。尽管该机构具有四个运动部件，但是齿轮1和凸轮2固定在轴A上，并且只能用作一个运动部件，因此原始零件的数量不等于自由度，所以简单的冲头不能移动，也就是说，它不能实现设计意图。分析：不能移动的刚性桁架由构件3

2、和4、框架5以及运动副B、C和d组成。因此，有必要增加构件的自由度。3)提出一种改进方案：可在机构的适当位置增加一个活动件和一个低副，或者用高副代替低副。(1)在构件3和4之间添加连杆和旋转副(图2-1b)。(2)在构件3和4之间添加滑块和移动对(图2-1c)。(3)在构件3和4之间增加一个滚轮(局部自由度)和一个平面高度对(图2-1d)。讨论：一般来说，增加机构自由度的方法是在适当的位置增加一个构件(相当于增加3个自由度)和一个下副(相当于引入2个约束)，如图2-1(b)(c)所示，相当于增加机构的一个自由度。用高副代替低副也可以增加机构的自由度，如图2-1(d)所示。问题2-2图A显示了一

3、个小型印刷机。在图中，齿轮1和偏心轮1是相同的部件，并且围绕固定轴线O连续旋转.齿轮5上设有凸轮齿轮槽，摆杆4上的滚轮6嵌入该槽中，使摆杆4绕C轴上下摆动。同时，c轴通过偏心轮1、连杆2和滑杆3上下移动。最后，冲头8被滑块7和铰链G冲压在摆杆4的叉槽中。试着画出其机构的运动图并计算自由度。解决方案：分析组织的组成：该机构由偏心轮1(与齿轮1固定)、连杆2、滑杆3、摆杆4、齿轮5、滚轮6、滑块7、冲头8和机架9组成。偏心轮1和框架9、连杆2和滑杆3、滑杆3和摆杆4、摆杆4和滚轮6、齿轮5和框架9、滑块7和冲头8都形成旋转副，滑杆3和框架9、摆杆4和滑块7、冲头8和框架9都形成移动副，齿轮1和齿轮

4、5、凸轮(槽)5和滚轮6形成高副。因此.解决方案1:解决方案2:局部自由度问题2-3是一种如图1所示的新型偏心滑阀真空泵。偏心轮1绕固定轴A转动，与外环2固定连接的滑阀3在可绕固定轴C转动的气缸4内滑动.当偏心轮1沿图示方向连续旋转时，设备中的空气可以沿图示的气流方向从阀5排出，从而形成真空。因为在外环2和泵室6之间有一个小间隙，所以含有微小灰尘的气体可以被泵送。试着画出它的机构运动图，并计算它的自由度。解决方法：1)取标尺，画出机构的运动图。(如图2-3所示)2)问题2-4画出如图A所示的仿人机械手的食指机构的机构运动图(将手指8作为相对固定的框架)，并计算其自由度。解决方法：1)取标尺，画

5、出机构的运动图。(如图2-4所示)2)问题2-5图A显示了为高位截肢者设计的假肢膝关节机构，它能保持人的行走稳定性。如果将颈骨1作为框架，尝试绘制机构运动图，计算其自由度，并绘制大腿弯曲90度时的机构运动图。解决方法：1)取标尺，画出机构的运动图。机构运动图问题2-6试着计算每个机构的自由度，如图所示。图a和d示出了齿轮-连杆组合机构；图b是凸轮-连杆组合机构(两个滑块在图中d处铰接在一起)；图c示出了精整压力机机构。并询问由齿轮3和5以及齿条7和齿轮5提供的约束数量在图D所示的机构中是否相同？为什么？解决方案：a)b)解决方案1:解决方案2:虚拟约束局部自由度c)解决方案1:解决方案2:虚拟

6、约束局部自由度d)齿轮3和齿轮5之间的啮合是一个高副(因为两个齿轮之间的中心距离受到约束，所以应该是单侧接触)，这将提供一个约束。齿条7和齿轮5之间的啮合是高副(因为中心距离不受约束，所以应该是双向接触)，这将提供两个约束。问题2-7:试画出图A所示的凸轮驱动的四缸活塞式空气压缩机的机构运动图，并计算其机构的自由度(图中，当凸轮1启动器转动时，它推动分别安装在四个活塞上的滚轮，使活塞在相应的气缸内往复运动。在图表上。解决方法：1)取标尺，画出机构的运动图。(如图2-7(b)所示)2)该机构由一个凸轮、四个滚轮、四个连杆、四个活塞和一个机架组成。凸轮和四个滚子形成一个高副，四个连杆、四个滚子和四

7、个活塞分别在A、B、C和D处形成三对复合铰链。四个活塞和四个气缸(框架)组成一个移动副。解决方案1:虚拟约束：因为，4和5、6和7、8和9是不影响由机构传递的运动的重复部件，并且由连杆10、11、12和13带来的约束是虚拟约束。该机构可以简化为图2-7(b)重复部分的元件数量少，对的数量多，局部自由度高局部自由度解决方案2:图2-7(b)局部自由度问题2-8说明了制动机制。制动时，操纵杆1被拉到右侧，两个制动蹄通过部件2、3、4、5和6制动车轮。尝试计算机构的自由度，并解释制动过程中机构自由度的变化。(注意：车轮不是制动机构的部件。)解决方案：1)没有制动的制动机构的自由度2)当制动蹄G和J中

8、的一个制动车轮时，制动机构的自由度3)当制动蹄G和J同时制动车轮时，制动机构的自由度问题2-9试图确定每个机构的共同约束m和虚拟约束p”，并解释如何消除或减少共同家庭的虚拟约束。解决方案：(a)楔形滑块机构的楔形块1和2只能在相对于框架的平面的X和Y方向上移动，而在其他方向上的相对独立移动受到限制，因此常见的约束数是四族平面机构。虚拟约束可以通过将移动对变为圆柱形向下平面来减少。由于齿轮1和2只能在平行平面内运动，它们是常见的约束数，属于三族平面机构。将直齿轮改为鼓形齿轮可以消除虚拟约束。因为凸轮机构中的每个构件只能在平行平面内移动，所以它是一个三族平面机构。虚拟约束可以通过将平面高对改变为空

9、间高对来消除。问题2-10是内燃机机构运动的示意图，试图计算自由度并分析构成该机构的基本杆组。如果平等机会委员会再次当选为这个机制的主要推动者，请问这个机制的基本杆组是否与前者不同？解决方案：1)计算该机构的自由度2)图2-10(b)显示了当组件AB作为原动机时机构的基本杆组。这个机构是一个二级机构。3)图2-10(c)显示了当组件GE作为原动机时，机构的基本杆组。这个机构是一个三级机构。问题2-11图A显示了可伸缩折叠支架机构。支架中的部件1和5分别用木螺钉连接到固定台板1和活动台板5上，它们在D处铰接，这样活动台板可以相对于固定台板转动。此外，由部件1、2、3和4组成的四杆铰链机构和由连杆

10、3上的点E处的销和部件5上的连杆弯曲槽组成的销槽使活动压板实现缩回动作。在图中所示的位置，尽管重物放置在可移动台板上，但是可移动台板不会自动缩回，并且只有当铰链B和D通过沿箭头方向推动部件2而重叠时(如图中双虚线所示)，可移动台板才能缩回。目前，已知该机构的尺寸为lab=lad=90mm毫米，lbc=LCD=25mm毫米。试着画出机构的运动图并计算其自由度。解决方法：1)取标尺，画出机构的运动图。(如图2-11所示)2) E为针槽对，针槽两个接触点的公共法线重合，只能算作高对。第三章平面机构的运动学分析问题3-1:当图示机构位于图示位置时，试着找出所有瞬时中心的位置(直接在图上用符号Pij标出

11、)解决方案：问题3-2在图中所示的齿轮连杆机构中，尝试用瞬心法计算齿轮1和齿轮3的传动比w1/w3。解决方案：1)计算该机构所有瞬时中心的数量2)对于传动比的要求，给出了以下三个瞬时中心，如图3-2所示。3)传动比的计算公式为：问题3-3在图A所示的四杆机构中，lAB=60mm毫米，lCD=90mm毫米，lAD=lBC=120mm毫米，2=10弧度/秒，尝试瞬时中心法，以找到：1)当=165时，点c的速度VC；2)当=165时，3号构件BC线上速度最小的点e的位置和速度；3)当Vc=0时，角的值(有两个解)解决方案：1)以选定的比例绘制机构的运动草图。(图3-3)2)找到VC并确定瞬时中心P1

12、3的位置。如图3-3(a)所示3)以最小速度确定点e在构件3的BC线上的位置。因为BC线上速度最低的点必须最接近P13点，所以BC线延长线的垂直线将在P13点之后与E点相交。如图3-3(a)所示4)此时，P13和C点重合，即AB和BC有两个共线位置。做两个姿势。测量它问题3-4在图示的机构中，假设每个部件的尺寸是已知的，并且原动机1以相等的角速度1顺时针旋转。当机构处于图示位置时，用图解法求出部件3上C点的速度和加速度。解决方案：a)速度方程：加速度方程：b)速度方程：加速度方程：b)速度方程：加速度方程：问题3-5在图示的机构中，每个构件的尺寸和原动机1的角速度1是已知的(作为常数)。用图解

13、法求1=90时构件3的角速度3和角加速度3(如比例尺图所示)。(应该先写出速度和加速度的矢量方程，然后用作图法求解。)解决方案：1)速度分析：图3-5(b)速度方程：速度多边形如图3-5(b)所示逆时针转动2)加速度分析：图3-5(c)顺时针转动。在图示的摇杆机构中，已知lAB=30mm毫米，lAC=100mm毫米，lBD=50mm毫米，lDE=40mm毫米。曲柄以等角速度 1=10弧度/秒旋转。当机构处于1=45时，用图解法计算点D和点E的速度和加速度，以及部件2的角速度和角加速度。解决方法：1)选择标尺，画出机构的运动图。(图3-6 (a)2)速度分析：图3-6(b)速度方程图3-6 (b

14、)显示了通过速度成像方法获得的VE速度多边形(顺时针)3)加速度分析：图3-6(c)图3-6 (c)显示了通过加速度图像方法获得的aE加速度多边形(顺时针)问题3-7在图示的机构中，已知lAE=70mm毫米，lAB=40mm毫米，lEF=60mm毫米，lDE=35mm毫米，lCD=75mm毫米，lBC=50mm毫米，并且原动机1以相等的角速度1=10弧度/秒旋转，因此尝试通过曲线图找出点c在1=50处的速度Vc和加速度ac解决方案：1)绘制机构的运动图，选择高副和低副的比例。(图3-8)2)速度分析：图3-6(b)走B4，B2是重合点。速度方程：速度多边形如图3-8(b)所示逆时针转动3)加速

15、度分析：图3-8(c)顺时针转动。问题3-9在图A所示的整形机构中，h=800mm毫米，h1=360mm毫米，h2=120mm毫米，lAB=200mm毫米，lCD=960mm毫米，lDE=160mm毫米，将曲柄设置为以相等的角速度1=5弧度/秒逆时针旋转，并尝试用图解法找出当机构处于1=135时，解决方案：选择比例并绘制机构的运动图。(图3-9 (a)解决方案1:速度分析：首先确定部件3的绝对瞬心P36，并使用瞬心多边形，如图3-9(b)所示。瞬心P36、P35和P56必须在由构件3、5和6组成的三角形的直线上。瞬时中心P36、P34和P46也必须在一条直线上，两条直线的交点就是绝对瞬时中心P

16、36。速度方程方向是垂直方向。VB3方向垂直于BG(BP36)，VB3B2方向平行于BD。速度多边形如图3-9 (c)所示速度方程解决方案2:在确定部件3的绝对瞬时中心P36之后，确定相关瞬时中心P16、P12、P23、P13、P15。使用瞬时中心多边形，如图3-9(d)所示，瞬时中心P12、P23、P13必须在一条直线上，并且瞬时中心P36在由分量1、3、6组成的三角形中。使用瞬心多边形，如图3-9(e)所示，瞬心P15、P13和P35必须在一条直线上，瞬心P56、P16和P15也必须在由1、5和6组成的三角形中的一条直线上，两条直线的交点就是瞬心P15。如图3-9 (a)所示，p15是分量1和5的瞬时恒速重合点问题3-10在图示的齿轮-连杆组合机构中，MM是一个固定齿条，齿轮3的齿数是齿轮4的两倍。假设已知的动子1以相等的角速度1顺时针旋转，当机构处于图示位置时，尝试用图解法求出E点的速度VE和