机械原理第二章第三章课后答案西工大版教学内容.docx
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机械原理第二章第三章课后答案西工大版教学内容
机械原理第二章第三章课后答案(西工大版)
第2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,而且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。
2-4何谓最小阻力定律?
试举出在机械工程中应用最小阻力定律的1、2个实例。
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2-20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。
2-9任选三个你身边已有的或能观察到的下列常用装置(或其他装置),试画出其机构运动简图,并计算其自由度。
1)折叠桌或折叠椅;2)酒瓶软木塞开盖器;3)衣柜上的弹簧合页;4)可调臂台灯机构;5)剥线钳;6)磁带式录放音机功能键操纵机构;7)洗衣机定时器机构;8)轿车挡风玻璃雨刷机构;9)公共汽车自动开闭门机构;10)挖掘机机械臂机构;…。
2-10请说出你自己身上腿部的髋关节、膝关节和踝关节分别可视为何种运动副?
试画出仿腿部机构的机构运动简图,并计算其自由度。
2-11图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j输入,使轴A连续回转;而固装在轴^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。
1)取比例尺绘制机构运动简图
2)分析是否能实现设计意图
解:
不合理∵,可改为
2-12图示机构为一凸轮齿轮连杆组合机构,试绘制其机构示意简图并计算自由度。
解:
2-16试计算图示凸轮-连杆组合机构的自由度
(a)
解:
A为复合铰链
(b)
解:
(1)图示机构在D处的结构与图2-1所示者一致,经分析知该机构共有7个活动构件,8个低副(注意移动副F与F’,E与E’均只算作一个移动副),2个高副;因有两个滚子2、4,所以有两个局部自由度,没有虚约束,故机构的自由度为
F=3n-(2pl+ph-p’)-F’=3ⅹ7-(2ⅹ8+2-0)-2=1
(2)如将D处结构改为如图b所示形式,即仅由两个移动副组成。
注意,此时在该处将带来一个虚约束。
因为构件3、6和构件5、6均组成移动副,均要限制构件6在图纸平面内转动,这两者是重复的,故其中有一个为虚约束。
经分析知这时机构的活动构件数为6,低副数为7,高副数和局部自由度数均为2,虚约束数为1,故机构的自由度为
F=3n-(2pl+ph-p’)-F’=3×6-(2ⅹ7+2-1)-2=1
上述两种结构的机构虽然自由度均为一,但在性能上却各有千秋:
前者的结构较复杂,但没有虚约束,在运动中不易产生卡涩现象;后者则相反,由于有一个虚约束,假如不能保证在运动过程中构件3、5始终垂直,在运动中就会出现卡涩甚至卡死现象,故其对制造精度要求较高。
(c)
解:
(1)n=11,p1=17,ph=0,p`=2p1`+ph-3n`=2,F`=0
F=3n-(2p1+ph-p`)-F`=3×11-(2×17+0-2)-0=1
(2)去掉虚约束后F=3n-(2pl+ph)=3×5-(2×7+0)=1
(d)A、B、C处为复合铰链。
自由度为:
F=3n-(2p1+ph-p`)-F`=3×6-(2×7+3)-0=1
齿轮3、5和齿条7与齿轮5的啮合高副所提供的约束数目不同,因为齿轮3、5处只有一个高副,而齿条7与齿轮5在齿的两侧面均保持接触,故为两个高副。
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图示是为高位截肢的人所设汁的一种假肢膝关节机构。
该机构能保持人行走的稳定性。
若以胫骨1为机架,试绘制其机构运动简图和计一算其自由度,并作出大腿弯曲时的机构运动简图。
解把胫骨l相对固定作为机架.假肢膝关节机构的机构运动简图如图
所示,大腿弯曲90。
时的机构运动简图,如图中虚线所示。
其自由度为:
F=3n-(2pl+ph-p’)-F’=3×5-(2×7+0-0)-0=1
2-15试绘制图n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),井计算自由度。
(1)取比倒尺肌作机构运动简图
(2)计算自由度
解:
2-18图示为一刹车机构。
刹车时,操作杆j向右拉,通过构件2、3、4、5、6使两闸瓦刹住车轮。
试计算机构的自由度,并就刹车过程说明此机构自由度的变化情况。
(注;车轮不属于刹车机构中的构件。
(1)未刹车时,刹车机构的自由度
2)闸瓦G、J之一剃紧车轮时.刹车机构的自由度
3)闸瓦G、J同时刹紧车轮时,刹车机构的自由度
解:
1>
2>
3>
2-23图示为一内然机的机构运动简图,试计算自由度t并分析组成此机构的基本杆组。
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:
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=90mm;lBC=lCD=25mm,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:
机械运动简图如下:
F=3n-(2p1+pb-p`)-F`=3×5-(2×6+1-0)-1=1
第3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试求图示各机构在图示位置时全部瞬心的位置(用符号P,,直接标注在图上)
(a)
(b)
答:
答:
(10分)
(d)
(10分)
3-4标出图示的齿轮一连杆组合机构中所有瞬心,并用瞬心法求齿轮1与齿轮3的传动比ω1/ω3。
(2分)
答:
1)瞬新的数目:
K=N(N-1)/2=6(6-1)/2=15
2)为求ω1/ω3需求3个瞬心P16、P36、P13的位置
3)
ω1/ω3=P36P13/P16P13=DK/AK
由构件1、3在K点的速度方向相同,可知ω3与ω1同向。
3-6在图示的四杆机构中,LAB=60mm,LCD=90mm,LAD=LBC=120mm,ω2=10rad/s,试用瞬心法求:
1)当φ=165°时,点的速度vc;
2)当φ=165°时,构件3的BC线上速度最小的一点E的位置及速度的大小;
3)当VC=0时,φ角之值(有两个解)。
解:
1)以选定的比例尺μ机械运动简图(图b)
2)
(3分)
(3分)
求vc定出瞬心p12的位置(图b)
因p13为构件3的绝对瞬心,则有
ω3=vB/lBp13=ω2lAB/μl.Bp13=10×0.06/0.003×78=2.56(rad/s)
vc=μcp13ω3=0.003×52×2.56=0.4(m/s)
3)定出构件3的BC线上速度最小的点E的位置,因BC线上速度最小的点必与p13点的距离最近,故丛p13引BC线的垂线交于点E,由图可得
vE=μl.p13Eω3=0.003×46.5×2.56=0.357(m/s)
4)定出vc=0时机构的两个位置(图c)量出
φ1=26.4°
φ2=226.6°
3-8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。
答:
(10分)
(b)
答:
答:
3—11速度多边形和加速度多边彤有哪些特性?
试标出图中的方向。
答速度多边形和加速度多边形特性参见下图,各速度方向在图中用箭头标出。
3-12在图示的机构中,设已知构件的尺寸及原动件1的角速度ω1(顺时针),试用图解法求机构在图示位置时C点的速度和加速度。
(a)
答:
(1分)(1分)
Vc3=VB+VC3B=VC2+VC3C2(2分)
aC3=aB+anC3B+atC3B=aC2+akC3C2+arC3C2(3分)
VC2=0aC2=0(2分)
VC3B=0ω3=0akC3C2=0(3分)
(b)
答:
(2分)
(2分)
VC2=VB+VC2B=VC3+Vc2C3(2分)
ω3=ω2=0(1分)
aB+anC2B+atC2B=aC3+akC2C3+arC2C3(3分)
(c)
答:
(2分)
VB3=VB2+VB3B2(2分)
VC=VB3+VCB3(2分)
(1分)
anB3+atB3=aB2+akB3B2+arB3B2(3分)
3-13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。
3-14在图示的摇块机构中,已知lAB=30mm,lAC=100mm,lBD=50mm,lDE=40mm,曲柄以等角速度ωl=40rad/S回转,试用图解法求机构在φ1=45º位置时,点D及E的速度和加速度,以及构件2的角速度和角加速度。
解
(1)以μl作机构运动简图(a)所示。
(2)速度分析:
以C
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