机械原理第二章第三章课后答案docWord下载.docx
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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。
2-16试计算图示凸轮-连杆组合机构的自由度
（a）
A为复合铰链
（b）
（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
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
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
7个活动构件，8个低副（注
2、4，所以有两个局部自由度，
（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）
（1）n=11,
p
1
=17,p
=0,p`=2p
`+p
-3n`=2,F`=0
h
1h
F=3n-（2p
1+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
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×
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
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
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。
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。
机械运动简图如下：
F=3n-（2p1+pb-p`）-F`=3×
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?
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?
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
）
（10分）
（d）
（2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ω/ω。
3
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）。
1）以选定的比例尺μ机械运动简图（图b）
2）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/μ=10×
78=（rad/s）vc=μcp13ω3=×
52×
=（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=μω3=×
=（m/s）
4）定出vc=0时机构的两个位置（图c）量出
φ1=°
φ2=°
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。
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。
（1分）（1分）
a
Vc3=VB+VC3B=VC2+VC3C2（2分）
（3分）
=a+a
+a
rC3C2
C3B
nC3B
tC3B
C2
kC3C2
V
C2=0
=0
ω=0
V=V+V
=V+V
C2BC2B
C3
c2C3
ω3=ω2=0
（1分）
Bn
C2B
t
C3k
C2C3rC2C3（3分）
B3
B2
B3B2
V=V+V
VC=VB3+VCB3
（2分）
an
B3+at
B3=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a
k
==2ωv
故ω，v
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
B2B32
B2B33
B2B3
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
／S回转，试用图解法求机构在φ速度。
lAB=30mm，lAC=100mm，lBD=50mm,lDE=40mm，曲柄以等角速度ωl=40rad1=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
解
（1）以μl作机构运动简图（a）所示。
（2）速度分析：
以C为重合点，有
vC2=vB+vC2B=vC3+vC2C3
大小?
ωl
’
1AB
方向
┴AB
┴BC//BC
以μl作速度多边形图
，再根据速度影像原理，作△
bde∽／△BDE求得d及e，由图可得
vD=μvpd=0．23m／s
v
=μ
pe=s
E
ω2=μvbc2/lBC=2rad/s（
顺时针）
（3）
加速度分析：
+anC2B+atC2B==aC3
+akC2C3+arC2C3
==aB
大小
ω1
2lAB
ω2
2lBC
0
2
ω3vC2C3?
B
—A
C—B
┴BC
//BC
其中anC2B=ω22lBC=m／s2，akC2C3=2ω3vC2C3=／s2，以μa作加速度多边形如图
（c）所示，由图可得
D=μap`d`=4m/S2
p`e`=s
α2=atC2B/lBC=μan`2C`2/lBC=s2（顺时针）
i
3-l5
在图（a）示的机构中，已知
l
=70mm,；
l=40mm，l=60mm,
AE
AB
EF
lDE==35mm,lCD=75mm,lBC=50mm．原动件以等角速度ω
1=10rad/s
回转．试以图解法求机构在φ1=50。
位
置时．点C的速度V和加速度a
c
1）速度分析：
以
F为重合点．有
vF4=vF5=vF1+vF5F1
以μl
作速度多边形图如图（b）
得，f
4（f5）点，再利用速度影像求得
b及d点
根据v=v+v
=v+v
CD
继续作速度图，矢量
pc就代表了v
C
CBD
2）加速度分析：
根据
F4=an
F4+a
F4=a
F1+ak
F5F1+ar
F5F1
以μa作加速度多边形图
，得f`4（f`
5
）点，再利用加速度影像求得
b`及d’点。
n
C=aB+aCB+aCB=aD+aCD+aCD
继续作图，则矢量
p`c`
就代表了a．则求得
C=μvpc=m／s
C=μapc=3m／s2
3-16在图示凸轮机构中，
已知凸轮1以等角速度ω
1=10rad／s转动，凸轮为一偏心圆，其半径R=25mm，
lAB=15mm．lAD=50mm，φ1=90o，试用图解法求构件
2的角速度ω
2与角加速度α2。
提示：
可先将机构进行高副低代，然后对其替代机构进行运动分析。
解
（1）
以μl作机构运动简图如图
（a）所示。
（2）
速度分析：
先将机构进行高副低代，其替代机构如图
所示，并以B为重合点。
有
=v
B4
+v
B2B4
ω1l
AB?
┴BD
┴AB//|CD
以μv=rn／s2
作速度多边形图如图
，由图可得
ω2=vB2／lBD=μvpb2（μlBD）=rad
／s（逆时针）
（3）加速度分析：
aB2
+a
B2=a
r
=aB2
B4+aB2B4
lAB
2ω4vB2B4
ω2lBD?
ω1
方向B-D
┴BDB-A
┴CD//CD
．作图（c）
得
其中aB2=ω2lBD=m/s
，a
=m／s
α=at
B2/lBD=μan`2b`2
/lBD=rad
／s2：
（顺时针）
3-18
在图（a）所示的牛头刨机构中．
l=200mnl，l
=960mm，l=160mm,设曲柄以等角速度ω
=5rad
DE
／s．逆时针方向回转．试以图解法求机构在φ
1=135o
位置时．刨头点的速度
vC。
1）以μl作机构运动简图．如图（a）
。
）利用瞬心多边形图（b）依次定出瞬心P,
=v
=ωAPμ
=m/S
36
P15115l
3-19
图示齿轮一连杆组合机构中，
MM为固定齿条，齿轮
3的直径为齿轮
4的2倍．设已知原动件
1以
等角速度ω1顺时针方向回转，试以图解法求机构在图示位置时
E点的速度vE以及齿轮3，4的速度影像。
（1）以μl作机构运动简图如（a）所示。
（2）速度分斫：
此齿轮连杆机构可看作，ABCD受DCEF两个机构串联而成，则可写出：
C=vB+vCB
CEC
以μv作速度多边形如图
（b）所示．由图得
v=μ
pem/S
取齿轮3与齿轮
4的啮合点为
k，根据速度影像原理，作△
dck∽△DCK求得k点。
然后分别以c，e
为圆心，以ck．ek为半径作圆得圆
g
和圆g。
圆g
代表齿轮3的速度影像，圆g
代表齿轮4的速度影像。
4
3-21图示为一汽车雨刷机构。
其构件
l绕固定轴心
A转动，齿条
2与构件1在
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