【机械原理课后答案(不全)】.pdf

共 62 页 第 1 页 机械原理习题解答机械原理习题解答 1. 绘制题 1 图所示液压泵机构的机构运动简图 解解：：该机构由机架 1、原动件 2 和从动件 3、4 组成，共 4 个构件，属于平面四杆机构 机构中构件 1、2，构件 2、3，构件 4、1 之间的相对运动为转动，即两构件间形成转动副，转动副中心分别位于 A、B、C 点处；构件 3、4 之间的相对运动为移动，即两构件间形成移动副，移动副导路方向与构件 3 的中心线平行构件 1 的运动尺寸为 A、C 两点间距离，构件 2 的运动尺寸为 A、B 两点之间的距离，构件 3 从 B 点出发，沿移动副导路方向与构件4 在 C 点形成移动副，构件 4 同时又在 C 点与构件 1 形成转动副 选择与各构件运动平面平行的平面作为绘制机构运动简图的视图平面 选择比例尺l=0.001m/mm，分别量出各构件的运动尺寸，绘出机构运动简图，并标明原动件及其转动方向，如题１图所示 2. 绘制题２图所示简易冲床的机构运动简图 解解：：图示机构中已标明原动件，构件 6 为机架，其余构件为从动件。

需要注意的是，在区分构件时应正确判断图中各构件都包括哪些部分， 例如： 构件 3 就包括两部分， 如图所示 该机构中构件 1 与机架以转动副连接，转动副中心位于固定轴的几何中心 A 点处； 构件2 除与构件 1 形成回转中心位于 C 点的转动副外，又与构件 3 形成移动副，移动副导路沿题２图 简易冲床机构l=0.001m/mm 共 62 页 第 2 页 BC 方向；构件 3 也绕固定轴上一点 B 转动，即构件 3 与机架形成的转动副位于 B 点，同时构件 3 与构件 2 形成移动副，又与构件 4 形成中心位于 D 点的转动副；构件 4 与构件 5 形成中心位于 E 点的转动副；构件 5 与机架 6 形成沿垂直方向的移动副 该机构属于平面机构， 因此选择与各构件运动平面平行的平面作为绘制机构运动简图的视图平面 选择比例尺l=0.001m/mm，量出各构件的运动尺寸，绘出机构运动简图，并标明原动件及其转动方向，如题２图所示 3. 题３图为外科手术用剪刀 其中弹簧的作用是保持剪刀口张开， 并且便于医生单手操作 忽略弹簧，并以构件 1 为机架，分析机构的工作原理，画出机构的示意图，写出机构的 关联矩阵和邻接矩阵，并说明机构的类型。

解解：：若以构件 1 为机架，则该手术用剪刀由机架１、原动件２、从动件３、４组成，共 ４个构件属于平面四杆机构 当用手握住剪刀，即构件１(固定钳口)不动时，驱动构件２，使构件２绕构件１转动的 同时，通过构件３带动构件４(活动钳口)也沿构件１(固定钳口)上下移动，从而使剪刀的刀 口张开或闭合其机构示意图和机构拓扑图如上图所示 其关联矩阵为： 邻接矩阵为： 110001100011100143214321vvvveeeeLM； 010110100101101043214321vvvvvvvvAM； 4. 计算题 4 图所示压榨机机构的自由度 解解：：机构为平面机构 题３图 4 3211机构示意图 4e2e1e4v3v1v2v3e机构的拓扑图 共 62 页 第 3 页 机构中构件 1 为偏心轮， 构件 2 绕构件 1 的几何中心发生相对转动， 即形成中心位于偏心轮几何中心的转动副，因此偏心轮相当于一个有两个转动副的构件，一个转动副是在点 A 与机架 11形成的，另外一个是在偏心轮几何中心处与构件 2形成的 该机构中存在结构对称部分，构件 8、9、10 和构件 4、5、6。

如果去掉一个对称部分，机构仍能够正常工作，所以可以将构件 8、9、10 以及其上的转动副 G、H、I 和 C 处的一个转动副视为虚约束；构件 7 与构件11 在左右两边同时形成导路平行的移动副，只有其中一个起作用，另一个是虚约束；构件 4、5、6 在 D 点处形成复合铰链机构中没有局部自由度和高副 去掉机构中的虚约束，则机构中活动构件数为7n，机构中低副数10 lP，得 11027323        hlPPnF 5. 计算题5图所示自动驾驶仪操纵机构的自由度 解解：：自动驾驶仪操纵机构为空间机构，机构中共有 3 个活动构件， 其中构件 1、 2 之间形成圆柱副，属Ⅳ级副；构件 2、3 形成转动副，属Ⅴ级副；构件3、 4 形成球面副， 属Ⅲ级副； 构件 4、 1 形成转动副，属Ⅴ级副 则机构自由度为: 113142536F 6. 在题 6 图所示所有机构中，原动件数目均为 1 时，判断图示机构是否有确定的运动如 有局部自由度、复合铰链和虚约束请予以指出 解解： （： （a） 、11027323hlPPnF，机构有确定的运动。

其中：Ｆ、D、B、C 四处均为复合铰链，没有局部自由度、虚约束； （b） 、211229323hlPPnF，机构没有确定的运动其中：Ａ处题 4 图 压榨机机构 题 5 图 自动驾驶仪操纵机构 共 62 页 第 4 页 为复合铰链，Ｋ处为局部自由度，没有虚约束； （C） 、11027323hlPPnF，机构有确定的运动其中：Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ四处均为复合铰链，AB、BC、CD、AD 四杆中有一杆为虚约束，没有局部自由度； （d） 、1423323hlPPnF，机构有确定的运动没有局部自由度、复合铰链、虚约束； （e） 、3625323hlPPnF，机构没有确定的运动没有局部自由度、复合铰链、虚约束 7. 计算题 7 图所示齿轮－连杆机构的自由度 解解：： （a） 、11524323hlPPnF )(a)(b)(c)(d)(e题６图 题７图 共 62 页 第 5 页 （b） 、13726323hlPPnF 8. 题８图所示为缝纫机中的送料 机构计算该机构的自由度， 该机构在什么条件下具有确定 的运动？ 解解：： 22424323hlPPnF由于该机构具有２个自由度， 所以该机构在有２个原动件的条件 下就具有确定的运动。

9. 计算题９图所示机构的自由度 解解：： （a） 、24626323hlPPnF （b） 、21927323hlPPnF（注：滑块Ｄ的运动轨迹与Ｃ的运动轨迹相重合，所以滑块Ｄ及其上的转动副和移动副均应视为虚约束 ） 10. 构思出自由度分别为１、２和３的Ⅲ级机构的设计方案 题８图 )(b)(a题 9 图 )(c)(b)(a共 62 页 第 6 页 解解：：自由度分别为１、２和３的Ⅲ级机构分别如下图（a） 、 （b）和（c）所示 11. 确定题 11 图所示机构当构件８为原动件时机构的级别 解解：：当构件８为原动件时，图示机构去掉原动件和机架后可以拆分为３个Ⅱ级杆组， 如下图示，所以该机构为Ⅱ级机构 12. 在题 12 图所示的铰链四杆机构中， 已知该机构的结构参数以及构件 1 的转速为1，机构运动简图的比例尺为l 利用速度瞬心法， 求在图示位置时，构件 2 和构件 3 的转速2和3的大小和方向 解解：：首先找出相关的速度瞬心：速度瞬心 P10、 P12、P23、P03可根据相应的构件构成转动副直接确 定出来；而 P02和 P13需应用三心定理来确定：速度 瞬心 P02应在三个构件 0、 1、 2 的两个已知速度瞬心 P10和 P12的连线上，同时又应在三个构件 0、3、2 的两个已知速度瞬心 P03、P23的连线上，则这两条 连线的交点即为 P02。

速度瞬心 P13的确定方法类似，它应是 P12 P23连线和 P10P03连线的交 点 由速度瞬心的概念，在速度瞬心点两构件的绝对速度相同，便可求解未知转速在速 度瞬心点 P12有 llPV021221210112PPPP 式中1210PP和0212PP可直接从所作的图中量取由上式可解出 1 02121210 2PPPP 由绝对速度12Pv方向，得出ω2方向为顺时针方向 同理， 在速度瞬心点 P13有 llPV130331310113PPPP JHD GEFC BAI题 11 图 题 12 图 共 62 页 第 7 页 由绝对速度13Pv的方向，可知其为逆时针方向 13. 题 13 图所示的凸轮机构，已知该机构的结构尺寸和凸轮 1 的角速度1利用瞬心法，求机构在图示位置时从动件 2 的线速度2v机构运动简图的比例尺为l 解解：： 构件 1 与机架 0 的速度瞬心 P01以及从动件与机架的速度瞬心 P02可根据相应的构件分别构成转动副和移动副而直接确定出来凸轮 1 和从动件之间的瞬心 P12的确定方法是：一方面，P12应在构件 1、2 高副接触点 K 的公法线 n-n 上，另一方面，利用三心定理，它又应在瞬心 P01和 P02的连线上， 即又应在过点 P01而垂直于从动件 2 与机架移动副导路的直线上。

因而，n-n 与该直线的交点即为P12 再根据速度瞬心的概念，可得： 21212011PPvvPl 其中，1201PP可以直接从图中量出 从动件的速度 v2方向如图中12Pv所示 14. 在题 14 图所示所示的平面组合机构中，已知机构作图的比例尺μl，及构件 1 的角速度1，求图示位置构件 4 的线速度4v 解解：： 已知构件１的角速度， 求构件４的线速度， 因而需求出速度瞬心14P， 一方面，14P应在瞬心01P和04P的连线上，另一方面，它也应在瞬心12P和24P的连线上其中：瞬心12P题 13 图 题 14 图 02P01P04P34P04P24P23P12P14P14Pvnn共 62 页 第 8 页 一方面应在构件１、２高副接触点的公法线 n-n 上，另一方面，它也应在瞬心01P和02P的连线上瞬心24P一方面应在瞬心23P和34P的连线上，另一方面，它也应在瞬心02P和04P的连线上 根据速度瞬心的概念，可得41401114vvPPPl，其中，1401PP可以直接从图中量出构件４的速度方向如图中 14Pv所示 15. 确定题 15 图所示机构所有的速度瞬心。

如果已知构件1 的角速度1， 设图示比例为l，求图示位置时，题 15 图（a）齿轮 4 的角速度4的大小、方向和题 15 图（b）构件 3的速度3V的大小和方向 题 15 图 )(b)(a14P1o4 313Pv34Pv1o2o3o12 3 45626P13P34P56P45P36P35P23P24P25P15P12P16P46P)(a共 62 页 第 9 页 解解：： （a） 、图示机构共有 6 个构件，所以速度瞬心的数目为152) 1(2NNCN其中：14P、16P和46P在转动副1O处；12P、15P和25P在转动副2O处； 35P在转动副3O处；36P在转动副O处；23P在齿轮２和齿轮３的基圆切点处；24P在齿轮２和齿轮４的基圆切点处；13P在瞬心12P和23P的连线与瞬心16P和36P的连线的交点处；26P在瞬心24P和46P的连线与瞬心23P和36P的连线的交点处；34P在瞬心23P和24P的连线与瞬心36P和46P的连线的交点处；56P在瞬心35P和36P的连线与瞬心15P和16P的连线的交点处；45P在瞬心24P和25P的连线与瞬心34P和35P的连线的交点处。

根据速度瞬心的概念，可得 131336313161PllvPPPP，从而可先求出构件３的角速度13361316 13PPPP，。