机械原理课后全部习题答案
机械原理课后全部习题答案
目录
第1章绪论 (1)
第2章平面机构的结构分析 (3)
第3章平面连杆机构 (8)
第4章凸轮机构及其设计 (15)
第5章齿轮机构 (19)
第6章轮系及其设计 (26)
第8章机械运动力学方程 (32)
第9章平面机构的平衡 (39)
第一章绪论
一、补充题
1、复习思考题
1)、机器应具有什么特征机器通常由哪三部分组成各部分的功能是什么
2）、机器与机构有什么异同点
3）、什么叫构件什么叫零件什么叫通用零件和专用零件试各举二个实例。
4）、设计机器时应满足哪些基本要求试选取一台机器，分析设计时应满足的基本要求。
2、填空题
1)、机器或机构，都是由组合而成的。
2）、机器或机构的之间，具有确定的相对运动。
3）、机器可以用来人的劳动，完成有用的。
4）、组成机构、并且相互间能作的物体，叫做构件。
5）、从运动的角度看，机构的主要功用在于运动或运动的形式。
6）、构件是机器的单元。零件是机器的单元。
7）、机器的工作部分须完成机器的动作，且处于整个传动的。
8）、机器的传动部分是把原动部分的运动和功率传递给工作部分的。
9）、构件之间具有的相对运动，并能完成的机械功或实现能量转换的的组合，叫机器。
3、判断题
1)、构件都是可动的。（）
2）、机器的传动部分都是机构。（）
3）、互相之间能作相对运动的物件是构件。（）
4）、只从运动方面讲，机构是具有确定相对运动构件的组合。（）
5）、机构的作用，只是传递或转换运动的形式。（）
6）、机器是构件之间具有确定的相对运动，并能完成有用的机械功或实现能量转换的构件的组合。（）
7）、机构中的主动件和被动件，都是构件。（）
2 填空题答案
1）、构件 2）、构件 3）、代替机械功 4）、相对运动 5）、传递转换 6）、运动制造 7）、预定终端 8）、中间环节 9）、确定有用构件
3判断题答案
1）、√ 2）、√ 3）、√ 4）、√ 5）、× 6）、√ 7）、√
第二章 机构的结构分析
2-7 是试指出图2-26中直接接触的构件所构成的运动副的名称。 解： a)平面高副 b)空间低副 c)平面高副
2-8将图2-27中机构的结构图绘制成机构运动简图，标出原动件和机架，并
计算其自由度。
解：
b)n=3，L P =4 ，H P =0， F=3×3-2×4=1
c) n=3， L P =4 ，P H =0， F=3×3-2×4=1
2-9 试判断图2-28中所示各“机构”能否成为机构，并说明理由。 解：
修改后的机构 修改后的机构 修改后的机构
2-10 计算图2-29中所示各机构的自由度，并指出其中是否含有复合铰链、局部自由度或虚约束，说明计算自由度应作何处理。 解：
a)
n=5， L P =7 ，
有复合铰链：构件3和构件5; 构件3和构件1;
F=3n-2
P=3×5－2×7=1
L
b) n=6，
P=8， PH=1，有局部自由度，有虚约束
L
F=3n-2
P-H P=3x6-2x8-1=1
L
d) 有虚约束，有复合铰链
n=5，
P=7，H P=0，
L
F=3n-2
P-H P=3×5-2×7-0=1
L
e) 有对称虚约束n=5，
P=7
L
F=3n-2
P=1
L
f)有对称虚约束n=3，
P=3，H P=2
L
F=3n-2
P-H P=1
L
g) n=2，
P=2，H P=1， n=3，L P=4 有虚约束
L
h) 有对称虚约束，n=3，
P=4
L
F=3n-2
P =3×3-2×4=1
L
或者：
n=4，L P =5 H P =1，
F=3n-2L P -H P =3×4-2×5-1=1
2-12计算图2-30所示各机构的自由度，并在高副低代后，分析组成这些机构的基本杆组即杆组的级别。
解： a)
n=4， L P =5， H P =1
F=3n-2L P -H P =1 所以此机构为III 级机构 b) n=3， L P =3， H P =2
F=3n-2L P -H P =1
c) n=4，L P =4，H P =3
F=3n-2L P -H P =1 d)
n=6， L P =8 ，H P =1
F=3n-2L P -H P =1 所以此机构为III 级机构
2-13 说明图2-32所示的各机构的组成原理，并判别机构的级别和所含杆组的数目。对于图2-32f 所示机构，当分别以构件1、3、7作为原动件时，机构的级别会有什么变化
a)
机构的级别:II b)
机构的级别:II
f) 当分别以构件1、3、7作为原动件时 以构件1作为原动件时，
以构件1作为原动件时，机构的级别II 以构件3作为原动件时，
以构件3作为原动件时，机构的级别:II 以构件7作为原动件时，
杆组的级别:III
以构件7作为原动件时，机构的级别:III
2-14 绘制图2-33所示机构高副低代后的运动简图，计算机构的自由度。并确定机构所含杆组的数目和级别以及机构的级别。
图2-33 机构示意图
机构高副低代后的运动简图
杆组的级别:III
所以，机构的级别:III
2-15 试分析图2-35所示刨床机构的组成，并判别机构的级别。若以构件4为原动件，则此机构为几级
解：F=3n-2L P -H P =3×5-2×7=1
一、若以构件1为原动件，则此机构拆分的杆组是： 所以此机构为III 级
二、若以构件4为原动件，则此机构拆分的杆组是： 所以此机构为II 级
第三章 平面连杆机构
3-9图3-54所示平面铰链四杆运动链中，已知各构件长度分别为55AB l mm =，40BC l mm =， 50CD l mm =，25AD l mm =。
（1）判断该机构运动链中四个转动副的类型。
（2）取哪个构件为机架可得到曲柄摇杆机构。 （3）取哪个构件为机架可得到双曲柄机构。 （4）取哪个构件为机架可得到双摇杆机构 解：
平面连杆机构
L AB =55 L BC =40 L CD =50 L AD =25 L AB +L AD (1) A 、D 整转副 B 、C 摆转副 （2）AB 或CD 为机架时，为曲柄摇杆机构 （3）AD 为机架时，为双曲柄机构 （4）BC 为机架时，为双摇杆机构 3-10 图3-57所示为一偏置曲柄滑块机构，试求杆AB 为曲柄的条件。若偏距e =0，则杆AB 为曲柄的条件又如何 解:主要分析能否通过极限位置， a+e 3-11在图3-81所示的铰链四杆机构中，各杆件长度分别为25AB l mm =， 40BC l mm =，50CD l mm =，55AD l mm =。 （1）若取AD 为机架，求该机构的极位夹角θ，杆CD 的最大摆角?和最小传动角0 min γ （2）若取AB 为机架，求该机构将演化为何种类型的机构为什么请说明这时C 、D 两个转动副是周转副还是摆转副。 图3-58 铰链四杆机构 解： 由于25＋55<40＋50，所以l AB ＋l AD ≤l BC ＋l CD ， 且以最短杆ＡＢ的邻边为机架。故该铰链四杆机构为曲柄摇杆机构。ＡＢ为曲柄。 １）以曲柄ＡＢ为主动件，作出摇杆ＣＤ的极限位置如图所示。 ∴ AC 1＝l AB ＋l BC ＝40＋25＝65 AC 2＝l BC －l AB ＝40－25＝15 (1)极位夹角θ：出现在AB 与连杆BC 重合位置 图1 行程速比系数Ｋ＝（１８００ ＋θ）／（１８００－θ）≈ (2)求摇杆的最大摆角φ，从图1，摇杆的最大摆角φ： φ＝∠B 1DC 1－∠B 2DC 2 (3)最小传动角γmin 出现在ＡＢ与机架ＡＤ重合位置（分正向重合、反向重合）如图2。 分别求出1δ、2δ，再求最小传动角。 图2 曲柄处于ＡＢ１位置时，传动角γ１＝1δ=． 曲柄处于ＡＢ２位置时，传动角γ２＝1800－2δ=． 现比较的γ１、γ２大小，最小传动角取γ１、γ２中最小者． ∴γmin ＝ ２） 取ＡＢ为机架,即取最短杆为机架，该机构演化为双曲柄机构。因为在曲柄摇杆机构中取最短杆作为机架，其２个连架杆与机架相连的运动副Ａ、Ｂ均为周转副。Ｃ、Ｄ两个转动副为摆转副。 3-15 图3-59所示为加热炉炉门的启闭状态，试设计一机构，使炉门能占有图示的两个位置。 图3-59 题3-15图 提示：把门看着是在连杆上，即两个活动铰链中心在门上， 同时把固定铰链中心装在炉子的外壁上。 3-16试设计一个如图3-60所示的平面铰链四杆机构。设已知其摇杆0B B 的长度0 75B B l mm =，行程速比系数K=，机架00A B 的长度0 100A B l mm =，又知摇杆 的一个极限位置与机架间的夹角45?=，试求其曲柄的长度0 A A l 和连杆的长 度AB l 。 图3-60 题3-16图 解：（符号与课本不太一致） 当行程速比系数K=时，机构的极位夹角为 即机构具有急回特性，过固定铰链点Ａ作一条与已知直线1AC 成?36的直线再与活动铰链点Ｃ的轨迹圆相交，交点就是活动铰链点Ｃ的另一个极限位置。选定比例尺，作 图，如下图所示。 由图可知，有两个交点，即有两组解。直接由图中量取84.701=AC ，75.252=AC ， 88.1692=' AC 。故有两组解。 解一： 构件AB 的长为mm AC AC l AB 55.22275 .2584.70221=-=-= 构件BC 的长为mm AC AC l BC 3.482 75 .2584.70221=+=+= 摇杆的摆角?=41ψ 解二： 构件AB 的长为mm AC AC l AB 52.492 84.7088.169212=-=-' = 构件BC 的长为mm AC AC l BC 36.1202 84.7088.169212=+=+' = 摇杆的摆角?='107ψ 3-17 如图3-61所示，设已知破碎机的行程速比系数K =，颚板长度300CD l =mm ，颚板摆角?=35o ，曲柄长度l AB =80 mm 。求连杆的长度，并验算最小传动角min γ是否在允许的范围内。 图3-61题3-17图 3-18 试设计一曲柄滑块机构，设已知滑块的行程速比系数K =，滑块的冲程H =50 mm ，偏距e =20 mm ，并求其最大压力角max α 解：行程速比系数K=，则机构的极位夹角为 选定作图比例，先画出滑块的两个极限位置C 1和C 2，再分别过点C 1、C 2作与直线C 1C 2成?=-?5490θ的射线，两射线将于点Ｏ。以点Ｏ为圆心，OC 2为半径作圆，再作一条与直线C 1 C 2相距为mm e 20=的直线，该直线与先前所作的圆的交点就是固定铰链点Ａ。作图过程如解题24图所示。 直接由图中量取mm AC 251=，mm AC 682=，所以 曲柄AB 的长度为mm AC AC l AB 5.21225 68212=-=-= 连杆BC 的长度为mm AC AC l BC 5.462 25 68221=+=+= 最大压力角，提示：出现在曲柄与导路垂直的时候。 3-19 图3-62所示为一牛头刨床的主传动机构,已知075A A l mm =，100BC l mm =，行程速比系数K =2，刨头5的行程H =300mm 。要求在整个行程中，刨头5有较小的压力角，试设计此机构。 图3-62题3-19图 解：（符号与课本不太一致） 由题可得极位夹角θ＝180o ×（k －１）／（k ＋１）＝６０o ．即摆杆0B B 的摆角为60o ． 曲柄运动到与0B B 垂直，其摆杆0B B 分别处于左右极限位置01B B 、02B B ． 已知：曲柄长度0AA l ＝75 ∴机架00A B 的长度00A B l ＝75／sin （θ／２）＝150mm 欲使其刨头的行程H ＝300mm ，即C 点运动的水平距离为300mm ． ∴摆杆01B B 的长度01B B l ＝Ｈ／２／sin （θ／２）＝150／sin30o ＝300mm 为了使机构在运动过程中压力角较小，故取刨头５构件的导路在B 3F 的中点，且⊥ 00A B ． B 0F ＝01B B l ×cos （θ／２）＝150×3mm ∴刨头５构件离曲柄转动中心0A 点的距离为： 0A E l ＝03B B l －00A B l －(03B B l －0B F l )／２＝300－150－(300－150×3)/2 ≈130 3-22 有一曲柄摇杆机构，已知其摇杆长0 420B B l mm =，摆角90ψ=，摇杆在两极 限位时与机架所成的夹角各为60和30，机构的行程速比系数K =，设计此四杆机构，并验算最小传动角min γ。 解：1 180361 k k θ-=? =+ 按照课本的方法作图。 3-23 试求图3-65所示各机构在图示位置时全部瞬心的位置。 （a ） （b ） （c ） （d ） H 图3-65题3-23图 提示：列出n 个构件，画出n 边形，同时结合三心定理。 （a ） 绝对瞬心: P 12 、P 13 、P 14；相对瞬心: P 23 、P 34 、P 24。 （b ） P 13 、P 14在过C 点垂直于BC 的无穷远处。 （d ） 3-24在图3-66所示的机构中，已知曲柄2顺时针方向匀速转动，角速度 2100/,rad s ω=试求在图示位置导杆4的角速度4ω的大小和方向。 图3-66题3-24图 P 23(P 13) P 34 P 12 P 14(P 24) P 12 P 12 P 23(P 24) 解： P 12在A 0 ，P 14在B 0 ， P 34在无穷远 n=4 (1) 62 n n k -= =个 根据P 24是的瞬心，两个构件在该点的绝对速度相等。 第四章 凸轮机构 4-10 图4-40 所示为一尖端移动从动件盘凸轮机构从动件的运动线图。试在图上补全各段的位移、速度及加速度曲线，并指出在哪些位置会出现刚性冲击哪些位置会出现柔性冲击 根据关系式ωδd ds v = ，ωδ d dv a =，补全后的从动件位移、速度和加速度线图如上右图所示。在运动的开始时点φ＝0、以及45333 πππ 、、处加速度有限突变， 所以在这些位置有柔性冲击；在φ＝23 π 和π处速度有限突变，加速度无限突变， 在理论上将会产生无穷大的惯性力，所以在这些位置有刚性冲击。 4-13设计一偏置移动滚子从动件盘形凸轮机构。已知凸轮以等角速度ω顺时针转动，基圆半径50b r mm =，滚子半径10r r mm =，凸轮轴心偏于从动件轴线右侧，偏距e=10mm 。从动件运动规律如下：当轮转过0120时，从动件以简谐运动规律上升30mm;当凸轮接着转过30时从动件停歇不动；当凸轮再转过150时，从动件以等加减速运动返回原处；当凸轮转过一周中其余角度时，从动件又停歇不动。 反转法画图 4-6设计一对心移动平底从动件盘形凸轮机构。已知基圆半径50b r mm =，从动件平底与导路中心线垂直，凸轮顺时针等速转动。从动件运动规律如下：当凸轮转过120时，从动件以简谐运动规律上升30mm; 当凸轮再转过150时，从动件以简谐运动规律返回原处；当凸轮转过其余90时，从动件又停歇不动。 4-7在图4-43所示的凸轮机构中，已知摆杆0B B 在起始位置时垂直于0A B ， 040A B l mm =，080B B l mm =，滚子半径10r r mm =，凸轮以等角速度ω顺时针转动。从动件 运动规律如下：当凸轮再转过0180时，从动件以摆线运动规律向上摆动30；当凸轮再转过150时，从动件以摆线运动规律返回物原来位置，当凸轮转过其余30时，从动件又停歇不动。 4-15试用作图法求出图4-47所示凸轮机构中当凸轮从图示位置转过45后机构的压力角，并在图上标注出来。 反转法画图 4-16在图4-48所示的凸轮机构中，从动件的起始上升点均为C 点。 1）试在图上标注出从C 点接触时，凸轮转过的角度?及从动件走过的位移。 2）标出在D 点接触凸轮时机构的压力角a 。 解： a)图： （1）作偏置圆 （2）过D 点作偏置圆切线,得出所在位置 （3）作理论轮廓，作出两者交点'B （4）得? s 如图 （5）α b)图： （1）以A0 为圆心， AA0为半径画圆弧； （2） 以B1 为圆心， AB 为半径画圆弧；交A1点； （3） 21ββ?-= 第五章 齿轮机构 5-11一渐开线在基圆半径50b r mm =的圆上发生。试求：渐开线上向径65k r mm =的点k 的曲率半径k ρ、压力角k a 和展角k ?。 解： ①cos b k k r r α= 50 cos 39.765 k arc α= = ② 5039.741.5k b k r tg tg mm ρα==?= ③ 0.139k k k tg θαα=-=弧度 5-12 已知一正常齿制标准直齿圆柱齿轮mm 5=m ,?=20α,45=z ，试分别求出分 度圆、基圆、齿顶圆上渐开线齿廓的曲率半径和压力角。 解： 分度圆20α= 基圆处 cos b b b r r α= , 0b α = 齿顶圆处 211.4cos 0.899 235 25.89 b a a a r r αα= == = 5-13 已知一对外啮合正常齿制标准直齿圆柱齿轮mm 2=m ,201=z ,452=z ,试计算这对齿轮的分度圆直径、齿顶高、齿根高、顶隙、中心距、齿顶圆直径、齿根圆直径、基圆直径、齿距、齿厚和齿槽宽。 解： 由mm 2=m ,201=z ,452=z 5-14 试比较正常齿制渐开线标准直齿圆柱齿轮的基圆和齿根圆，在什么条件下基圆大于齿根圆什么条件下基圆小于齿根圆 解：根据： **22()f f a d d h mz h c m =-=-?+? （2）1m ≥如果齿数小于等于41,基圆大于齿根圆 1m ≥如果齿数大于42, 基圆小于齿根圆 1m <如果齿数小于等于44,基圆大于齿根圆 1m ≥如果齿数大于45, 基圆小于齿根圆 5-15 现需要传动比3=i 的一对渐开线标准直齿圆柱齿轮传动，有三个压力角相等的渐开线标准直齿圆柱齿轮，它们的齿数分别为201=z ，6032==z z ，齿顶圆直径分别为m m 441=a d ，mm 1242=a d ，m m 5.1393=a d ，问哪两个齿轮能用中心距a 等于多少并用作图法求出它们的重合度ε 。 解：两个齿轮能用，是指能够正确啮合。根据 所以：齿轮1和齿轮2两个齿轮能用. 中心距12()802 m a z z mm =+= 重合度ε 5-18 对z 1=24、z 2=96、m=4mm 、α=20。、* a h =1、c *=的标准安装的渐开线外啮合标准 直齿圆柱齿轮传动。因磨损严重，维修时拟利用大齿轮坯，将大齿轮加工成变位系数X 2=的负变位齿轮。试求： 1）新配的小齿轮的变位系数X 1。 2）大齿轮顶圆直径d a2。 5-20在图所示的同轴式渐开线圆柱齿轮减速器中，已知：z 1=15、z 2=53、z 3=56、z 4=14, 两对齿轮传动的中心距a 12’=a 34’=70mm,各轮的m=2mm 、α=20。、*a h =1、c *=。 （1）若两对齿轮均采用直齿圆柱齿轮，试选择两对齿轮的传动类型，并分别求其啮合角。 （2）若轮1、2采用斜齿圆柱齿轮，轮3、4仍采用直齿圆柱齿轮，则；①计算轮1、2的螺旋角的大小。②判断轮1是否根切。③轮3、4不发生根切的最小变位系数x min 。④设计计算轮3、4的分度圆、齿顶圆和齿根圆直径。 解：（1）若两对齿轮均采用直齿圆柱齿轮，两对齿轮的传动类型 实际中心距：a=70mm 理论中心距：a 12=×m(z 1＋z 2)=×2(15＋53)=68 mm a 34=×m(z 3＋z 4)=×2(14＋56)=70 mm 因为：a 12﹤a ，a ＝a 34 所以，齿轮1和2采用正传动，齿轮3和4采用零传动。 啮合角cos cos a a αα ''= cos α12’=a 12×cos α/ a 12’=68×cos20°/70=，所以， 12 α'=24° 34 α'=α=20° （2）若轮1、2采用斜齿圆柱齿轮，轮3、4仍采用直齿圆柱齿轮 ①计算轮1、2的螺旋角的大小 a 12=×(d 1＋d 2)= ×m n ×(z 1＋z 2)/ cos β cos β=×m n ×(z 1＋z 2)/ a 12=68/70 ，所以， β=° ②判断轮1是否根切 z min =17 cos 3β=17×°= z1=15﹤z min , 所以，齿轮1发生根切。 ③轮3、4不发生根切的最小变位系数xmin ④计算轮3、4的分度圆、齿顶圆和齿根圆直径 计算轮3的分度圆、齿顶圆和齿根圆直径 33112d mz mm == *33(22)2(56212(0.176))115.296a a d m z h x mm =++=+?+?-=**33(222)2(562120.252(0.176))106.296f a d m z h c x mm =--+=-?-?+?-= 计算轮4的分度圆、齿顶圆和齿根圆直径 5-21 设已知一对斜齿轮转动，201=z 、402=z 、mm 8=n m 、?=20n α、1*=an h ， 25.0*=n c ，?=15β（初选值），mm B 30=，试求a （应圆整），βε及1v z ，2v z 。 解： 5-22 一平行轴斜齿轮机构。已知：z 1=30、z 2=100、m n =6mm 。若要求设计中心距为400mm ，试确定该对斜齿轮的螺旋角。 解： 5-25 有一阿基米德蜗杆传动，已知：传动比18=i ，蜗杆头数21=z ，直径系数8=q ，分度圆直径mm d 801= 。试求： （1）模数m 、蜗杆分度圆柱导程角γ、蜗轮齿数2z 及分度圆柱螺旋角β； （2）蜗轮的分度圆直径2d 和蜗杆传动中心距a 。 解： 第六章 轮系及其设计 机械原理作业 第一章结构分析作业 1.2 解： F = 3n－2P L－P H = 3×3－2×4－1= 0 该机构不能运动，修改方案如下图： 1.2 解： （a）F = 3n－2P L－P H = 3×4－2×5－1= 1 A点为复合铰链。（b）F = 3n－2P L－P H = 3×5－2×6－2= 1 B、E两点为局部自由度, F、C两点各有一处为虚约束。 （c）F = 3n－2P L－P H = 3×5－2×7－0= 1 FIJKLM为虚约束。1.3 解： F = 3n－2P L－P H = 3×7－2×10－0= 1 1）以构件2为原动件，则结构由8－7、6－5、4－3三个Ⅱ级杆组组成，故机构为Ⅱ级机构(图a)。 2）以构件4为原动件，则结构由8－7、6－5、2－3三个Ⅱ级杆组组成，故机构为Ⅱ级机构(图b)。 3）以构件8为原动件，则结构由2－3－4－5一个Ⅲ级杆组和6－7一个Ⅱ级杆组组成，故机构为Ⅲ级机构(图c)。 (a) (b) (c) 第二章 运动分析作业 2.1 解：机构的瞬心如图所示。 2.2 解：取mm mm l /5=μ作机构位置图如下图所示。 1.求D 点的速度V D 13P D V V = 而 25241314==P P AE V V E D ，所以 s mm V V E D /14425241502524=?== 2. 求ω1 s r a d l V AE E /25.11201501===ω 3. 求ω2 因 98382412141212==P P P P ωω ，所以s rad /46.0983825.1983812=?==ωω 4. 求C 点的速度V C s mm C P V l C /2.10154446.0242=??=??=μω 2.3 解：取mm mm l /1=μ作机构位置图如下图a 所示。 1. 求B 2点的速度V B2 V B2 =ω1×L AB =10×30= 300 mm/s 2.求B 3点的速度V B3 V B3 ＝ V B2 ＋ V B3B2 大小 ？ ω1×L AB ？ 方向 ⊥BC ⊥AB ∥BC 取mm s mm v /10=μ作速度多边形如下图b 所示，由图量得： mm pb 223= ，所以 s mm pb V v B /270102733=?=?=μ 由图a 量得：BC=123 mm , 则 mm BC l l BC 1231123=?=?=μ 3. 求D 点和E 点的速度V D 、V E 利用速度影像在速度多边形，过p 点作⊥CE ，过b 3点作⊥BE ，得到e 点；过e 点作⊥pb 3，得到d 点 , 由图量得： mm pd 15=，mm pe 17=， 所以 s mm pd V v D /1501015=?=?=μ ， s mm pe V v E /1701017=?=?=μ； 第七章 机械的运转及其速度波动的调节 题7-7如图所示为一机床工作台的传动系统，设已知各齿轮的齿数，齿轮3的分度圆半径r 3，各齿轮的转动惯量J 1、J 2、J 2`、J 3，因为齿轮1直接装在电动机轴上，故J 1中包含了电动机转子的转动惯量，工作台和被加工零件的重量之和为 G 。当取齿轮1为等效构件时，试求该机械系统的等效转动惯量J e 。 解：根据等效转动惯量的等效原则，有 ∑=??????????? ??+??? ??=n i i Si Si i e J v m J 122ωωω 212133212221 221???? ??+???? ??+???? ??+???? ??+=''ωωωωωωωv g G J J J J J e 2 322123232213221222 121???? ??+???? ??+???? ??+???? ??+='''Z Z Z Z r g G Z Z Z Z J Z Z J Z Z J J J e 题7-9已知某机械稳定运转时其主轴的角速度ωs =100rad/s ，机械的等效转动惯量J e =·m 2，制动器的最大制动力矩M r =20N ·m （该制动器与机械主轴直接相联，并取主轴为等效构件）。设要求制动时间不超过3s ，试检验该制动器是否能满足工作要求。 解：因此机械系统的等效转动惯量J e 及等效力矩M e 均为常数，故可利用力矩形式的机械运动方程式dt d J M e e ω= 其中：25.020m kg m N M M r e ?=?-=-= ωωωd d d M J dt r e 025.020 5.0-=-=-= ()s t S S 5.2025.0025.0==--=∴ωωω 由于 s s t 35.2<= 所以该制动器满足工作要求。 兰州2017年7月4日于家属院复习资料 第2章平面机构的结构分析 1.组成机构的要素是和；构件是机构中的单元体。 2.具有、、等三个特征的构件组合体称为机器。 3.从机构结构观点来看，任何机构是由三部分组成。 4.运动副元素是指。 5.构件的自由度是指；机构的自由度是指。 6.两构件之间以线接触所组成的平面运动副，称为副，它产生个约束，而保留个自由度。 7.机构具有确定的相对运动条件是原动件数机构的自由度。 8.在平面机构中若引入一个高副将引入______个约束，而引入一个低副将引入_____个约束，构件数、约束数与机构自由度的关系是。 9.平面运动副的最大约束数为，最小约束数为。 10.当两构件构成运动副后，仍需保证能产生一定的相对运动，故在平面机构中，每个运动副引入的约束至多为，至少为。 11.计算机机构自由度的目的是______。 12.在平面机构中，具有两个约束的运动副是副，具有一个约束的运动副是副。 13.计算平面机构自由度的公式为Ｆ= ，应用此公式时应注意判断：(A) 铰链，(B) 自由度，(C) 约束。 14.机构中的复合铰链是指；局部自由度是指；虚约束是指。 15.划分机构的杆组时应先按的杆组级别考虑，机构的级别按杆组中的级别确定。 16.图示为一机构的初拟设计方案。试： (1〕计算其自由度，分析其设计是否合理如有复合铰链，局部自由度和虚约束需说明。 (2)如此初拟方案不合理，请修改并用简图表示。 题16图题17图 17.在图示机构中，若以构件1为主动件，试： (1)计算自由度，说明是否有确定运动。 (2)如要使构件6有确定运动，并作连续转动，则可如何修改说明修改的要点，并用简图表示。18.计算图示机构的自由度，将高副用低副代替，并选择原动件。 19.试画出图示机构的运动简图，并计算其自由度。对图示机构作出仅含低副的替代机 构，进行结构分析并确定机构的级别。 题19图 题20图 20.画出图示机构的运动简图。 21. 画出图示机构简图，并计算该机构的自由 度。构件3为在机器的导轨中作滑移的整体构件，构件2在构件3的导轨中滑移，圆盘1的固定轴位于偏心处。 题21图 题22图 22.对图示机构进行高副低代，并作结构分析，确定机构级别。点21,P P 为在图示位置时，凸轮廓线在接触点处的曲率中心。 第3章 平面机构的运动分析 1.图示机构中尺寸已知(μL =mm ，机构1沿构件4作纯滚动，其上S 点的速度为v S (μV =S/mm)。 (1)在图上作出所有瞬心； (2)用瞬心法求出K 点的速度v K 。 6— 1什么是静平衡？什么是动平衡？各至少需要几个平衡平面 ？静平衡、动平衡的力学条件各 是什么？ 6—2动平衡的构件一定是静平衡的, 中，设各曲拐的偏心质径积均相等， 衡状态？ 答：动平衡的构件一定是静平衡的， 反之不一定。因各偏心质量产生的合惯性力为零时，合 惯性力偶不一定为零。（a ）图处于动平衡状态，（b ）图处于静平衡状态。 6 一 3既然动平衡的构件一定是静平衡的， 为什么一些制造精度不高的构件在作动平衡之 前需先作静平衡？ 6—4为什么作往复运动的构件和作平面复合运动的构件不能在构件本身内获得平衡，而 必须在基座上平衡？机构在基座上平衡的实质是什么 ？ 答 由于机构中作往复运动的构件不论其质量如何分布， 质心和加速度瞬心总是随着机械的 运动周期各沿一条封闭曲线循环变化的， 因此不可能在一个构件的内部通过调整其质量分布 而达到平衡，但就整个机构而言.各构件产生的惯性力可合成为通过机构质心的的总惯性力 和总惯性力偶矩，这个总惯性力和总惯性力偶矩全部由机座承受，所以必须在机座上平衡。 机构在基座上平衡的实质是平衡机构质心的总惯性力， 同时平衡作用在基座上的总惯性力偶 矩、驱动力矩和阻力矩。 6—5图示为一钢制圆盘，盘厚 b=50 mm 。位置I 处有一直径$ =50 inm 的通孔，位置n 处 有一质量m 2=0.5 kg 的重块。为了使圆盘平衡，拟在圆盘上 r=200 mm 处制一通孔，试求此 孔的直径与位置。（钢的密度p =7.8 g/em 3 。） m 2r n =0 5X 20=10 kg.cm m 1「1= pX(n 4) X$2X b X 门=7.8 X 10-3 X (n 4) X 52 X 5 X 10=7.66 kg.cm 取p W =4(kg.cm)/cm,作质径积矢量多边形如图所示，所添质量为 m b = g W b /r=4 X 2.7/ 20=0.54 kg ,0b =72o ，可在相反方向挖一通孔 其直径为： "1 tzz/d J (a) n (b) V777> 反之亦然，对吗 ？为什么？在图示 （a ）（ b ）两根曲 轴 mj+m 2r n +口匕心=0 华科大版机械原理课后习题 答案—第五六七章作业_ -标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII 华科大机械原理课后习题答案 第五、六、七章作业 5-2. 在下图所示齿轮系中,已知各轮齿数z1=28, z2=15, z2’=15, z3=35, z5’=1, z6=100,被切蜗轮的齿数为60,滚刀为单头.试确定齿数比z3’/z5和滚刀的旋向.(说明:用滚刀切制蜗轮相当于蜗杆蜗轮传动.) 解: 以1轮为主动轮,方向如图所示,可得蜗轮6的旋向,进而得滚刀的旋向. 依题意可得, i41 i46; 应有: 解之,得 5-5. 在下图所示齿轮系中,已知各轮齿数z1=60, z2=z2’=30, z3=z3’=40, z4=120, 轮1的转速n1=30r/min(转向如图所示).试求转臂H的转速n h. 解: 图中的周转齿轮系,其转化轮系的传动比的计算公式为 i H14 由此可解得: (负号表示与n 1反向) ; 5-8. 在下图所示齿轮系中,已知各轮齿数 z1=20, z2=40, z3=20, z4=80, z4’=60, z5=50,z5’=55, z6=65, z6’=1, z7=60, 轮1、3的转速n1=n3=3000r/min(转向如图所示). 试求转速n7. 解: 依题意, n2 i 34 对于周围齿轮系4’-5-5’-6; 此转化轮系的传动比计算公式为: i H 36 ; 由此解出 (负号表示与 n 2反向); 进而 n 7= ; 5.12 在如图所示齿轮系中，已知各轮齿数1z =20，2z =40，3z =35，'3z =30，''3z =1， 4z =20，5z =75，'5z =80，6z =30， 7z =90， 8z =30，9z =20，10z =50，轮 1的转速1n =100r/min,试求轮10的 转速10n 。 解： 1n =100 则2n = 2 1 1n =50r/min 在3-4-5-2中，H n 35=3 5 2523z z n n n n -=-- 机械原理 课后习题及参考答案 机械原理课程组编 武汉科技大学机械自动化学院 习题参考答案 第二章机构的结构分析 2-2 图2-38所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1输入，使轴A连续回转；而固装在轴A上的凸轮2与杠杆3组成的凸轮机构将使冲头4上下运动以达到冲压的目的。试绘出其机构运动简图，分析其运动是否确定，并提出修改措施。 4 3 5 1 2 解答：原机构自由度F=3?3- 2 ?4-1 = 0，不合理，改为以下几种结构均可： 2-3 图2-396为连杆；7为齿轮及偏心轮；8为机架；9为压头。试绘制其机构运动简图，并计算其自由度。 O 齿轮及偏心轮ω A 齿轮及凸轮 B E F D C 压头 机架 连杆 滑杆滑块 摆杆滚子 解答：n=7; P l =9; P h =2，F=3?7-2 ?9-2 = 1 2-6 试计算图2-42所示凸轮—连杆组合机构的自由度。 解答：a) n=7; P l =9; P h =2，F=3?7-2 ?9-2 =1 L 处存在局部自由度，D 处存在虚约束 b) n=5; P l =6; P h =2，F=3?5-2 ?6-2 =1 E 、B 处存在局部自由度，F 、C 处存在虚约束 b) a)A E M D F E L K J I F B C C D B A 2-7 试计算图2-43所示齿轮—连杆组合机构的自由度。 B D C A (a) C D B A (b) 解答：a) n=4; P l =5; P h =1，F=3?4-2 ?5-1=1 A 处存在复合铰链 b) n=6; P l =7; P h =3，F=3?6-2 ?7-3=1 B 、C 、D 处存在复合铰链 2-8 试计算图2-44所示刹车机构的自由度。并就刹车过程说明此机构自由度的变化情况。 第一章绪论 一、教学要求 （1）明确本课程研究的对象和内容，及其在培养机械类高级工程技术人才全局中的地位、任务和作用。 （2）对机械原理学科的发展现状有所了解。 二、主要内容 1．机械原理课程的研究对象 机械原理（Theory of Machines and Mechanisms）是以机器和机构为研究对象，是一门 研究机构和机器的运动设计和动力设计，以及机械运动方案设计的技术基础课。 机器的种类繁多，如内燃机、汽车、机床、缝纫机、机器人、包装机等，它们的组成、功用、性能和运动特点各不相同。机械原理是研究机器的共性理论，必须对机器进行概括和 抽象内燃机与机械手的构造、用途和性能虽不相同，但是从它们的组成、运动确定性及功 能关系看，都具有一些共同特征： （1）人为的实物（机件）的组合体。 （2）组成它们的各部分之间都具有确定的相对运动。 （3）能完成有用机械功或转换机械能。 机构是传递运动和动力的实物组合体。最常见的机构有连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、间歇运动机构、螺旋机构、开式链机构等。它们的共同特征是： （1）人为的实物（机件）的组合体。 （2）组成它们的各部分之间都具有确定的相对运动。 2．机械原理课程的研究内容 1、机构的分析 1）机构的结构分析（机构的组成、机构简图、机构确定运动条件等）； 2）机构的运动分析（机构的各构件的位移、速度和加速度分析等）； 3）机构的动力学分析（机构的受力、效率、及在外力作用下机构的真实运动规律等）； 2、机构的综合（设计）：创新的过程 1）常用机构的设计与分析（连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、常用间歇机构等）； 2）传动系统设计（选用、组装、协调机构） 通过对机械原理课程的学习，应掌握对已有的机械进行结构、运动和动力分析的方法，以及根据运动和动力性能方面的设计要求设计新机械的途径和方法。 3 机械原理课程的地位和作用 机械原理是以高等数学、物理学及理论力学等基础课程为基础的，研究各种机械所具有的共性问题；它又为以后学习机械设计和有关机械工程专业课程以及掌握新的科学技术成就打好工程技术的理论基础。因此，机械原理是机械类各专业的一门非常重要的技术基础课，它是从基础理论课到专业课之间的桥梁，是机械类专业学生能力培养和素质教育的最基本的课程。在教学中起着承上启下的作用，占有非常重要的地位。 4 机械原理课程的学习方法 1. 学习机械原理知识的同时,注重素质和能力的培养。 在学习本课程时，应把重点放在掌握研究问题的基本思路和方法上，着重于创新性思维的能力和创新意识的培养。 2．重视逻辑思维的同时,加强形象思维能力的培养。 从基础课到技术基础课，学习的内容变化了，学习的方法也应有所转变；要理解和掌握本课程的一些内容，要解决工程实际问题，要进行创造性设计，单靠逻辑思维是远远不够的，必须发展形象思维能力。 3．注意把理论力学的有关知识运用于本课程的学习中。 第6章作业6—1什么是静平衡?什么是动平衡?各至少需要几个平衡平面?静平衡、动平衡的力学条件各是什么? 6—2动平衡的构件一定是静平衡的，反之亦然，对吗?为什么?在图示（a）（b）两根曲 上平衡。机构在基座上平衡的实质是平衡机构质心的总惯性力，同时平衡作用在基座上的总惯性力偶矩、驱动力矩和阻力矩。 6—5图示为一钢制圆盘，盘厚b=50 mm。位置I处有一直径φ=50 inm的通孔，位置Ⅱ=0.5 kg的重块。为了使圆盘平衡，拟在圆盘上r=200 mm处制一通孔，试求处有一质量m 2 此孔的直径与位置。(钢的密度ρ=7.8 g／em3。) 解根据静平衡条件有: m 1r I +m 2 r Ⅱ +m b r b =0 m 2r Ⅱ =0 . 5×20=10 kg.cm m 1r 1 =ρ×(π/4) ×φ2×b×r 1 =7.8 ×10-3×(π/4)×52×5 ×l0=7.66 kg.cm 6， 。 m 2r 2 =0.3×20=6 kg.cm 取μ W =4(kg.cm)/cm作质径积矢量多边形如图 m b =μ W W b /r=4×2.4／20=0.48 kg，θ b =45o 分解到相邻两个叶片的对称轴上 6—7在图示的转子中，已知各偏心质量m 1=10 kg，m 2 =15 k，m 3 =20 kg，m 4 =10 kg它们的 回转半径大小分别为r 1=40cm，r 2 =r 4 =30cm，r 3 =20cm，方位如图所示。若置于平衡基面I及 Ⅱ中的平衡质量m bI 及m bⅡ 的回转半径均为50cm，试求m bI 及m bⅡ 的大小和方位(l 12 =l 23 =l 34 )。 解根据动平衡条件有 以μ W 作质径积矢量多边形，如图所示。则 6 。若 m bⅡ=μ W W bⅡ /r b =0.9kg，θ bⅡ =255o (2)以带轮中截面为平衡基面Ⅱ时，其动平衡条件为 以μw=2 kg.crn／rnm，作质径积矢量多边形，如图 (c)，(d)，则 m bI =μ W W bI /r b ==2×27/40=1.35 kg，θ bI =160o 第7章课后习题参考答案 7—1等效转动惯量和等效力矩各自的等效条件是什么? 7—2在什么情况下机械才会作周期性速度波动?速度波动有何危害?如何调节? 答: 当作用在机械上的驱动力（力矩)周期性变化时，机械的速度会周期性波动。机械的速度波动不仅影响机械的工作质量，而且会影响机械的效率和寿命。调节周期性速度波动的方法是在机械中安装一个具有很大转动惯量的飞轮。 7—3飞轮为什么可以调速?能否利用飞轮来调节非周期性速度波动，为什么? 答： 飞轮可以凋速的原因是飞轮具有很大的转动惯量，因而要使其转速发生变化．就需要较大的能量，当机械出现盈功时，飞轮轴的角速度只作微小上升，即可将多余的能量吸收储存起来；而当机械出现亏功时，机械运转速度减慢．飞轮又可将其储存的能量释放，以弥补能最的不足，而其角速度只作小幅度的下降。 非周期性速度波动的原因是作用在机械上的驱动力(力矩)和阻力(力矩)的变化是非周期性的。当长时问内驱动力(力矩)和阻力(力矩)做功不相等，机械就会越转越快或越转越慢．而安装飞轮并不能改变驱动力(力矩)或阻力(力矩)的大小也就不能改变驱动功与阻力功不相等的状况，起不到调速的作用，所以不能利用飞轮来调节非周期陛速度波动。 7—4为什么说在锻压设备等中安装飞轮可以起到节能的作用? 解： 因为安装飞轮后，飞轮起到一个能量储存器的作用，它可以用动能的形式把能量储存或释放出来。对于锻压机械来说，在一个工作周期中，工作时间很短．而峰值载荷很大。安装飞轮后．可以利用飞轮在机械非工作时间所储存能量来帮助克服其尖峰载荷，从而可以选用较小功率的原动机来拖动，达到节能的目的，因此可以说安装飞轮能起到节能的作用。 7—5由式J F =△W max ／(ωm 2 [δ])，你能总结出哪些重要结论(希望能作较全面的分析)? 答：①当△W max 与ωm 一定时，若[δ]下降，则J F 增加。所以，过分追求机械运转速度的均匀性，将会使飞轮过于笨重。 ②由于J F 不可能为无穷大，若△W max ≠0，则[δ]不可能为零，即安装飞轮后机械的速度仍有波动，只是幅度有所减小而已。 ③当△W max 与[δ]一定时，J F 与ωm 的平方值成反比，故为减小J F ，最好将飞轮安装在机械的高速轴上。当然，在实际设计中还必须考虑安装飞轮轴的刚性和结构上的可能性等因素。 7—6造成机械振动的原因主要有哪些?常采用什么措施加以控制? 7—7图示为一机床工作台的传动系统。设已知各齿轮的齿数，齿轮3的分度圆半径r 3，各齿轮的转动惯量J 1、，J 2、，J 2’、J 3，齿轮1直接装在电动机轴上，故J 1中包含了电动机转子的转动惯量；工作台和被加工零件的重量之和为G 。当取齿轮1为等效构件时，试求该机械系统的等效转动惯量J e 。 解：根据等效转动惯量的等效原则．有 2222211122`23311111()2 2222e G J J J J J v g ωωωω=++++ 则 22232122`31111()()()()2e G v J J J J J J g ωωωωω=++++ 2222112`12`122`33223231()()()()2e z z z z z G J J J J J J r z z z g z z =++++ 7-8图示为DC 伺服电机驱动的立铣数控工作台，已知工作台及工件的质量为m 4=355 kg,滚 选择填空： （1）当机构的原动件数目小于或大于其自由度数时，该机构将（ B ）确定运动。 A.有； B.没有； C.不一定； （2）在机构中，某些不影响机构运动传递的重复部分所带入的约束为（ A ）。 A.虚约束； B.局部自由度； C.复合铰链； （3）机构具有确定运动的条件是（B ）。 A.机构自由度数小于原动件数；机构自由度数大于原动件数； B.机构自由度数等于原动件数； （4）用一个平面低副联二个做平面运动的构件所形成的运动链共有（ B ）个自由度。 A.3； B.4； C.5； D.6； （5）杆组是自由度等于（ A ）的运动链。 A.0； B.1； C.原动件数。 （6）平面运动副所提供的约束为（ D ）。 A.1； B.2； C.3； D.1或2； （7）某机构为Ⅲ级机构，那么该机构应满足的必要充分条件是（ D ）。 A.含有一个原动件组； B.原动件； C.至少含有一个Ⅱ级杆组； D.至少含有一个Ⅲ级杆组； （8）机构中只有一个（D ）。 A.闭式运动链； B.原动件； C.从动件； D.机架。 （9）具有确定运动的差动轮系中其原动件数目（ C ）。 A.至少应有2个； B.最多有2个； C.只有2个； D. 不受限制。 （10）在加速度多边形中，连接极点至任一点的矢量，代表构件上相应点的____B__加速度；而其它任意两点间矢量，则代表构件上相应两点间的______加速度。 A.法向; 切向 B.绝对; 相对 C.法向; 相对 D.合成; 切向 （11）在速度多边形中，极点代表该构件上_____A_为零的点。 A.绝对速度 B.加速度 C.相对速度 D.哥氏加速度 （12）机械出现自锁是由于（ A ）。 A. 机械效率小于零； B. 驱动力太小； C. 阻力太大； D. 约束反力太大； （13）当四杆机构处于死点位置时，机构的压力角＿B ＿。 A. 为0 0； B. 为090； C. 与构件尺寸有关； （14）四杆机构的急回特性是针对主动件＿D ＿而言的。 D. 等速运动； E. 等速移动； F. 变速转动或变速移动； （15）对于双摇杆机构，最短构件与最长构件之和＿H ＿大于其余两构件长度之和。 G. 一定； H. 不一定； I. 一定不； （16）当铰链四杆机构的最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余的两杆长之和，此时，当取与最短杆向邻的构件为机架时，机构为＿K ＿；当取最短杆为机架时，机构为＿L ＿；当取最短杆的对边杆为机架，机构为＿J ＿。 J. 双摇杆机构； K. 曲柄摇杆机构； L. 双曲柄机构； M. 导杆机构； （17）若将一曲柄摇杆机构转化为双曲柄机构，可将＿N ＿。 N. 原机构曲柄为机架； O. 原机构连杆为机架； P. 原机构摇杆为机架； （18）平面两杆机构的行程速比系数K 值的可能取值范围是＿S ＿。 Q. 10≤≤K ； R. 20≤≤K ； S. 31≤≤K ； D ．21≤≤K ； （19）曲柄摇杆机构处于死点位置时＿U ＿等于零度。 T. 压力角； U. 传动角； V. 极位夹角。 （20）摆动导杆机构，当导杆处于极限位置时，导杆＿A ＿与曲柄垂直。 A. 一定； B. 不一定； 第3章课后习题参考答案 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。 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P 16、P 36、P 13的位置 3） ω1/ω3= P 36P 13/P 16P 13=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，L AB =60mm ，L CD =90mm,L AD =L BC =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V C =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）求vc 定出瞬心p12的位置（图b ） 因p 13为构件3的绝对瞬心，则有 ω3=v B /lBp 13=ω2l AB /μl .Bp 13=10×0.06/0.003× v c =μc p 13ω3=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 v E =μl.p 13E ω3=0.003×46.5× 讨论题与习题 习题 4-1试求出题图4-1 所示的各机构的全部瞬心。 解: 4-2在题图4-2所示的凸轮机构中，若已知凸轮2以等角速度顺时针转动，试求从动件上点B的速度。假设构件3在2上作纯滚动，求点B'的速度。 4-3在题图4-3所示的机构中，已知曲柄1顺时针方向匀速转动，角速度1=100rad/s，试求在图示位置导杆3的角速度3的大小和方向。 解: 由 V p ◎12 3 l qP i3 V B3 l qB 可得：V B 1 l O2P13 l O1P13 l qB 2吩12 V B' 2 l p24B 可得：V B I P24B占 l P P 解: 因已知曲柄2的运动，而所求构件4的运动，所以要求取构件2和4的瞬心P24。根据瞬心的性 4-4所示的机构中，已 知：图示机构的尺寸, 1 ）在图上标出机构 的全部瞬心； 原动件1以匀角速度i沿逆时针 （2 ）用瞬心法确定点M的速度VM,需质，得P24 2 P24P12 4 P24P14 所以4 P24 R2 2 P24 R4 方向顺时针运 动。 解: 题图4-4 P4 P24 4-4在题图 方向转动。试确定：写出表达 式，并标出速度的方向。 题图4-3 P4M 1"P4P2 l B4P2 G M 4-5在题图4-5所示的机构中，已知： 方向转动。试确定：(1 )在图上标出机构的全部瞬心; 的角速度3,需写出表达式，并标出速度的方向。 图示机构的尺寸，原动件1以匀角速度1沿顺时针 2 )用瞬心法确定在此位置时构件 3 解：相应的瞬心和求解过程可以参考4—4,只需要利用V P13列出等式即可求解。 4-8在题图4-8所示是铰链四杆机构中，各杆件长度分别为 l AD=72mm 若取 min。 AD为机架，作图求该机构的极位夹角e，杆 l AB=28mm l Bc=70mm l cD=50mm CD的最大摆角和最小传动角 解: (1 )取比例尺 示。由图上量得 (2)由于I AB 题图4-8 i，画出机构的极限位置及传动角的极值位置图, 分别如图( 玄)和(b)所 13 71。 l AD l BC l CD，故存在曲柄。 又由于AB为最短杆，故机构演化为双曲柄机构， ( 另外，本题也可以利用三角形的边角关系求解具体数值。 C, D都是摆转 副。＞但在计算 min的时候，要注意: . o min min min ,180 max max max max ,180 4-9已知一偏置曲柄滑块机构，如题图4-9所示。其中，曲柄长度偏距 e=10mm (1)画出滑块的两个极限位置；(2)标出极位夹角程速比系数 K； (4)标出并计算最小传动角min 。 min l AB=15mm 连杆l Bc=50mm 及行程H; (3)计算行 机械原理课后全部习题答案 目录 第1章绪论 (1) 第2章平面机构的结构分析 (3) 第3章平面连杆机构 (8) 第4章凸轮机构及其设计 (15) 第5章齿轮机构 (19) 第6章轮系及其设计 (26) 第8章机械运动力学方程 (32) 第9章平面机构的平衡 (39) 第一章绪论 一、补充题 1、复习思考题 1)、机器应具有什么特征机器通常由哪三部分组成各部分的功能是什么 2）、机器与机构有什么异同点 3）、什么叫构件什么叫零件什么叫通用零件和专用零件试各举二个实例。 4）、设计机器时应满足哪些基本要求试选取一台机器，分析设计时应满足的基本要求。 2、填空题 1)、机器或机构，都是由组合而成的。 2）、机器或机构的之间，具有确定的相对运动。 3）、机器可以用来人的劳动，完成有用的。 4）、组成机构、并且相互间能作的物体，叫做构件。 5）、从运动的角度看，机构的主要功用在于运动或运动的形式。 6）、构件是机器的单元。零件是机器的单元。 7）、机器的工作部分须完成机器的动作，且处于整个传动的。 8）、机器的传动部分是把原动部分的运动和功率传递给工作部分的。 9）、构件之间具有的相对运动，并能完成的机械功或实现能量转换的的组合，叫机器。 3、判断题 1)、构件都是可动的。（） 2）、机器的传动部分都是机构。（） 3）、互相之间能作相对运动的物件是构件。（） 4）、只从运动方面讲，机构是具有确定相对运动构件的组合。（）5）、机构的作用，只是传递或转换运动的形式。（） 6）、机器是构件之间具有确定的相对运动，并能完成有用的机械功或实现能量转换的构件的组合。（） 7）、机构中的主动件和被动件，都是构件。（） 2 填空题答案 1）、构件2）、构件3）、代替机械功4）、相对运动5）、传递转换6）、运动制造7）、预定终端8）、中间环节9）、确定有用构件 3判断题答案 1）、√2）、√3）、√4）、√5）、×6）、√7）、√ 第5章存储器系统 一、选择题 1．下列（B）不是半导体存储器芯片的性能指标。 A. 存储容量 B. 存储结构 C. 集成度 D. 最大存储时间 2．高速缓存由（B）构成。 A. SRAM B. DRAM C. EPROM D. 硬磁盘 3．由2K×1bit的芯片组成容量为4K×8bit的存储器需要（D）个存储芯片。 A. 2 B. 8 C. 32 D. 16 4．安排2764芯片内第一个单元的地址是1000H，则该芯片的最末单元的地址是（D）。 A. 1FFFH B. 17FFH C. 27FFH D. 2FFFH 5．一片容量为8KB的存储芯片，若用其组成1MB内存，需（ C ）片。 A. 120 B. 124 C. 128 D. 132 6．外存储器包括（A B E F ）。 A. 软磁盘 B. 磁带 C. SRAM D. BIOS E. 硬磁盘 F. 光盘 7．在多级存储体系结构中，Cache-主存结构主要用于解决（D ）的问题。 A. 主存容量不足 B. 主存与辅存速度不匹配 C. 辅存与CPU速度不匹配 D. 主存与CPU速度不匹配 8．动态RAM的特点之一是（BD ）。 A. 能永久保存存入的信息 B. 需要刷新电路 C. 不需要刷新电路 D. 存取速度高于静态RAM 二、填空题 1.在分层次的存储系统中，存取速度最快、靠CPU最近且打交道最多的是Cache 存储器，它是由DRAM 类型的芯片构成，而主存储器则是由SRAM 类型的芯片构成。 2．将存储器与系统相连的译码片选方式有线选法、部分地址译码法和全地址译码法。 3．若存储空间的首地址为1000H，存储容量为1K×8、2K×8、4K×8H 和8K×8的存储器所对应的末地址分别为13FFH 、17FFH 、1FFFH 和2FFFH 。 4．微机系统中存储器通常被视为Cache 、主存、辅存三级结构。 三、综合题 1．某微机系统中内存的首地址为3000H，末地址为63FFH，求其内存容量。答：存储区总的单元数为：63FFH－3000H＋1＝3400H，故总容量13KB。 计算方法：若直接用十六进制表示，则总容量＝（3*163+4*162）/1024； 若将地址表示成二进制，则总容量＝213B＋212B＋210B； 机械原理课后题答案 Prepared on 22 November 2020 选择填空：（1）当机构的原动件数目小于或大于其自由度数时，该机构将（ B ）确定运动。 A.有； B.没有； C.不一定； （2）在机构中，某些不影响机构运动传递的重复部分所带入的约束为（ A ）。 A.虚约束； B.局部自由度； C.复合铰链； （3）机构具有确定运动的条件是（B ）。 A.机构自由度数小于原动件数；机构自由度数大于原动件数； B.机构自由度数等于原动件数； （4）用一个平面低副联二个做平面运动的构件所形成的运动链共有（ B ）个自由度。 A.3； B.4； C.5； D.6； （5）杆组是自由度等于（ A ）的运动链。 A.0； B.1； C.原动件数。 （6）平面运动副所提供的约束为（ D ）。 ； B.2； C.3； D.1或2； （7）某机构为Ⅲ级机构，那么该机构应满足的必要充分条件是（ D ）。 A.含有一个原动件组； B.原动件； C.至少含有一个Ⅱ级杆组； D.至少含有一个Ⅲ级杆组； （8）机构中只有一个（D ）。 A.闭式运动链； B.原动件； C.从动件； D.机架。 （9）具有确定运动的差动轮系中其原动件数目（ C ）。 A.至少应有2个； B.最多有2个； C.只有2个； D. 不受限制。 （10）在加速度多边形中，连接极点至任一点的矢量，代表构件上相应点的____B__加速度；而其它任意两点间矢量，则代表构件上相应两点间的______加速度。 A.法向; 切向 B.绝对; 相对 C.法向; 相对 D.合成; 切向 （11）在速度多边形中，极点代表该构件上_____A_为零的点。 A.绝对速度 B.加速度 C.相对速度 D.哥氏加速度 （12）机械出现自锁是由于（ A ）。 第8章作业 8-l 铰链四杆机构中，转动副成为周转副的条件是什么?在下图所示四杆机构ABCD 中哪些运动副为周转副?当其杆AB 与AD 重合时，该机构在运动上有何特点?并用作图法求出杆3上E 点的连杆曲线。 答：转动副成为周转副的条件是： （1）最短杆与最长杆的长度之和小于或等于其他两杆长度之和； （2）机构中最短杆上的两个转动副均为周转副。图示ABCD 四杆机构中C 、D 为周转副。 当其杆AB 与AD 重合时，杆BE 与CD 也重合因此机构处于死点位置。 8-2曲柄摇杆机构中，当以曲柄为原动件时，机构是否一定存在急回运动，且一定无死点?为什么? 答：机构不一定存在急回运动，但一定无死点，因为： （1）当极位夹角等于零时，就不存在急回运动如图所示， （2）原动件能做连续回转运动，所以一定无死点。 8-3 四杆机构中的极位和死点有何异同? 8-4图a 为偏心轮式容积泵；图b 为由四个四杆机构组成的转动翼板式容积泵。试绘出两种泵的机构运动简图，并说明它们为何种四杆机构，为什么? 解 机构运动简图如右图所示，ABCD 是双曲柄机构。 因为主动圆盘AB 绕固定轴A 作整周转动，而各翼板CD 绕固定轴D 转动，所以A 、D 为周转副，杆AB 、CD 都是曲柄。 8-5试画出图示两种机构的机构运动简图，并说明它们各为何种机构。 图a 曲柄摇杆机构 图b 为导杆机构。 8-6如图所示，设己知四杆机构各构件的长度为240a mm =，600b =mm ,400,500c mm d mm ==。试问: 1)当取杆4为机架时，是否有曲柄存在? 2)若各杆长度不变，能否以选不同杆为机架的办法获得双曲柄机构和双摇杆机构?如何获得? 3)若a 、b ﹑c 三杆的长度不变，取杆4为机架，要获得曲柄摇杆机构,d 的取值范围为何 值? : 解 (1)因a+b=240+600=840≤900=400+500=c+d 且最短杆 1为连架轩．故当取杆4为机架时，有曲柄存在。 (2)、能。要使此此机构成为双曲柄机构，则应取1杆为机架；两使此机构成为双摇杆机构，则应取杆3为机架。 (3)要获得曲柄摇杆机构, d 的取值范围应为440~760mm 。 8-7图示为一偏置曲柄滑块机构，试求杆AB 为曲柄的条件。若偏距e=0，则杆AB 为曲柄的条件是什么? 解 (1)如果杆AB 能通过其垂直于滑块导路的两位置时，则转动副A 为周转副，故杆AB 为曲柄的条件 是AB+e ≤BC 。 (2)若偏距e=0, 则杆AB 为曲柄的条件是AB≤BC 8-8 在图所示的铰链四杆机构中，各杆的长度为1l 28mm =，2l 52mm =， 3l 50mm =，4l 72mm =，试求: 1)当取杆4为机架时，该机构的极位夹角θ、杆3的最大摆角?、最小传动角min γ和行程速比系数K; 2)当取杆1为机架时，将演化成何种类型的机构?为什么?并说明这时C 、D 两个转动副是周转副还是摆转副; 3)当取杆3为机架时，又将演化成何种机构?这时A 、B 两个转动副是否仍为周转副? 解 (1)怍出机构的两个极位，如图, 并由图中量得： θ=,φ=, γmin= o (2)①由l1+l4 ≤l2+l3可知图示铰链四杆机构各杆长度符合杆长条件；小②最短杆l 为机架时，该机构将演化成双曲柄机构；③最短杆1参与构成的转动副A 、B 都是周转副而C 、D 为摆转副； （3）当取杆3为机架时，最短杆变为连杆，又将演化成双摇杆机构，此时A 、B 仍为周转副。 华科大机械原理课后习题答案 第五、六、七章作业 5-2. 在下图所示齿轮系中,已知各轮齿数z1=28, z2=15, z2’=15, z3=35, z5’=1, z6=100,被切蜗轮的齿数为60,滚刀为单头.试确定齿数比z3’/z5和滚刀的旋向.(说明:用滚刀切制蜗轮相当于蜗杆蜗轮传动.) 解: 以1轮为主动轮,方向如图所示,可得蜗轮6的旋向,进而得滚刀的旋向. 依题意可得, i41 i46; 应有: 解之,得 5-5. 在下图所示齿轮系中,已知各轮齿数z1=60, z2=z2’=30, z3=z3’=40, z4=120, 轮1的转速n1=30r/min(转向如图所示).试求转臂H的转速n h. 解: 图中的周转齿轮系,其转化轮系的传动比的计算公式为 i H14 反向) ; 由此可解得: (负号表示与n 5-8. 在下图所示齿轮系中,已知各轮齿数z1=20, z2=40, z3=20, z4=80, z4’=60, z5=50,z5’=55, z6=65, z6’=1, z7=60, 轮1、3的转速n1=n3=3000r/min(转向如图所示). 试求转速n7. 解 依题意, n 2 i34 对于周围齿轮系4’-5-5’-6; 此转化轮系的传动比计算公式为: i H36; 由此解出(负号表示与n2反向); 进而n7=; 5.12 在如图所示齿轮系中，已知各轮齿数 z=20，2z=40，3z 1 =35， z=30，''3z=1，4z=20，5z=75，'5z=80，6z=30，7z=90，'3 z=30，9z=20，10z=50，轮1的转速1n=100r/min,试求轮10的8 转速 n。 10 解： 机械原理课后答案第2章 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：机械原理课后答案-高等教育出版社
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