机械原理第八版课后练习答案(西工大版).docx
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1、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 57 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 1213 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 1517 页。2-6在图 2-20 所示的机构中,在铰链 C、B、D
2、 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 1819 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 2021 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2-11 图
3、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:f = 33 - 2 4 -1 = 0 不合理 f = 0 ,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:f = 38 - 210 - 2 -1 = 12-16 试计算图示凸轮-连杆组合机构的自由度(a)解:(b)f = 3 4 -
4、 25 -1 = 1A 为复合铰链解:(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=37- (28+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
5、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 =36- (27+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=311-(217+0-2)-0=1(2)
6、去掉虚约束后 F=3n-(2pl+ph) =35-(27+0) =1(d)A、B、C 处为复合铰链。自由度为:F=3n-(2p1+ph-p)-F=36-(27+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
7、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=34-(24+0-0)-1=12-14 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=35-(27+0-0)-0=12-15 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
8、(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:f = 3 7 - 210 = 12-18 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:123f = 3 6 - 28 = 2f = 35 - 2 7 = 1f = 3 4 - 2 6 = 12-23 图示为一内然机
9、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:f = 3 7 - 210 = 12-21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
10、台板才可 收起(如图中双点划线所示)。现已知机构尺寸 lAB=lAD=90 mm;lBC=lCD=25 mm,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=35-(26+1-0)-1=1第 3 章31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 3031 页。32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
11、用瞬心法求齿轮 1 与齿轮 3 的传动比1/3。 (2 分)答:1)瞬新的数目:K=N(N-1)/2=6(6-1)/2=152)为求1/3 需求 3 个瞬心 P16、P36、P13 的位置3)1/3= P36P13/P16P13=DK/AK由构件 1、3 在 K 点的速度方向相同,可知3 与1 同向。3-6 在图示的四杆机构中,LAB=60mm,LCD=90mm,LAD=LBC=120mm, 2=10rad/s,试用瞬心法求:1)当=165时,点的速度 vc;2)当=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,角之值(有两个解)。解:1)以选
12、定的比例尺机械运动简图(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 3=vB/lBp13=2lAB/l.Bp13=100.06/0.00378=2.56(rad/s) vc=c p133=0.003522.56=0.4(m/s)小的点 E 的位交于点 E,由3)定出构件 3 的 BC 线上速度最(3 分)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 线的垂线图可得vE=l.p13E3=0.00346.52.56=0.357(m/s)4)定出 vc=0 时机构的两个位置(图 c)量出 1=26.42=22
13、6.6(3 分)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:(b)(10 分)答:答:311 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 1 (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)CaC3=aB+anC3B+at C3B=aC2+akC3C2+ar 3C2(3 分)V
14、C2=0aC2=0(2 分)VC3B=03=0akC3C2=0(3 分)(b)答:(2 分)(2 分)VC2=VB+VC2B=VC3+Vc2C3(2 分)3=2=0(1 分)(c)答:aB+anC2B+at C2B=aC3+akC2C3+arC2C3(3 分) (2 分)VB3=VB2+VB3B2 (2 分)VC=VB3+VCB3(2 分) (1 分)Ba n B3+a t B3=aB2+akB3B2+ar 3B2(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
15、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=22vB2B3 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=22vB2B3 故3,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 1,34 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2=3=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2=3=0,故该机构在任何位置哥矢加速度都为零。(3)对。因为32。3-14在图示的摇块机构中,已知 lAB=30mm,
16、lAC=100mm,lBD=50 mm,lDE=40 mm,曲柄以等 角速度l=40radS 回转,试用图解法求机构在1=45 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l 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?1lAB?0方向? ABBC/BC以l 作速度多边形图 (b),再根据速度影像原理,作bdeBDE 求得 d 及 e,由图可得 vD=vpd=023 msvE=vpe=0.173m/s2=vbc2/lBC=2 rad/s(顺时针)(3)加速度分析:以
17、C 为重合点,有aC2 =aB+ anC2B + at C2B = aC3 + akC2C3 + arC2C3大小12lAB22lBC?023vC2C3?方向BACBBCBC/BC其中 anC2B=22lBC=0.49 ms2,akC2C3=23vC2C3=0.7ms2,以a 作加速度多边形如图 (c)所示,由图可得aD=apd=0.6 4m/S2 aE=ape=2.8m/s22=at C2B/lBC=an2C2/lBC=8.36rad/s2(顺时针)i3- l5在图( a)示的机构中,已知 lAE=70 mm,;lAB=40mm,lEF=60mm,lDE=35 mm,lCD=75mm,lBC
18、=50mm原动件以等角速度1=10rad/s 回转试以图解法求机 构在1=50。位置时点 C 的速度 Vc 和加速度 a c解: 1)速度分析:以 F 为重合点有vF4=vF5=vF1+vF5F1以l 作速度多边形图如图(b)得,f4(f5)点,再利用速度影像求得 b 及 d 点根据 vC=vB+vCB=vD+vCD继续作速度图,矢量 pc 就代表了 vC 2)加速度分析:根据a F4= an F4+ a t F4= a F1+ ak F5F1+ ar F5F1以a 作加速度多边形图 (c),得 f4(f5)点,再利用加速度影像求得 b及 d点。 根据aC=aB+anCB+at CB=aD+a
19、nCD+at CD继续作图,则矢量 p c就代表了 aC则求得 vC=vpc=0.69 msaC=apc=3ms23-16 在图示凸轮机构中,已知凸轮 1 以等角速度1=10 rads 转动,凸轮为一偏心圆,其 半径 R=25 mm,lAB=15mmlAD=50 mm,1=90,试用图解法求构件 2 的角速度2 与角加 速度2。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l 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 (a)所示,并以 B 为重合点。有VB2 =vB4 +vB2B4大小?1 lAB?方向 BD AB/|CD以
20、v=0.005 rns2 作速度多边形图如图 (b),由图可得2=vB2lBD=vpb2(lBD)=2.333 rads(逆时针) (3)加速度分析:aB2 = anB2 + at B2 = aB4 + akB2B4 + arB2B4大小22lBD ?12lAB24vB2B4?方向B-D BDB-A CD/CD其中 anB2=22lBD =0.286 m/s2,akB2B4 =0.746 ms2作图 (c)得 = at B2 /lBD=an2b2/lBD=9.143 rads2:(顺时针)3-18在图(a)所示的牛头刨机构中lAB=200 mnl,lCD=960 mm,lDE=160 mm,
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