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机械原理第八版答案与解析

机械原理 第八版 西北工业大学 平面机构的结构分析1、如图a 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(各尺寸由图上量取),分析其是否能实现设计意图?并提出修改方案。

解 1)取比例尺l μ绘制其机构运动简图(图b )。

2)分析其是否能实现设计意图。

图 a ) 由图b 可知,3=n ,4=l p ,1=h p ,0='p ,0='F 故:00)0142(33)2(3=--+⨯-⨯='-'-+-=F p p p n F h l因此,此简单冲床根本不能运动(即由构件3、4与机架5和运动副B 、C 、D 组成不能运动的刚性桁架),故需要增加机构的自由度。

图 b )3)提出修改方案(图c )。

为了使此机构能运动,应增加机构的自由度(其方法是:可以在机构的适当位置增加一个活动构件和一个低副,或者用一个高副去代替一个低副,其修改方案很多,图c 给出了其中两种方案)。

图 c1) 图 c2)2、试画出图示平面机构的运动简图,并计算其自由度。

图a )解:3=n ,4=l p ,0=h p ,123=--=h l p p n F图 b )解:4=n ,5=l p ,1=h p ,123=--=h l p p n F3、计算图示平面机构的自由度。

将其中的高副化为低副。

机构中的原动件用圆弧箭头表示。

3-1解3-1:7=n ,10=l p ,0=h p ,123=--=h l p p n F ,C 、E 复合铰链。

3-2解3-2:8=n ,11=l p ,1=h p ,123=--=h l p p n F ,局部自由度3-3 解3-3:9=n ,12=l p ,2=h p ,123=--=h l p p n F4、试计算图示精压机的自由度解:10=n ,15=l p ,0=h p 解:11=n ,17=l p ,0=h p13305232=⨯-+⨯='-'+'='n p p p h l 26310232=⨯-⨯='-'+'='n p p p h l0='F 0='FF p p p n F h l '-'-+-=)2(3 F p p p n F h l '-'-+-=)2(310)10152(103=--+⨯-⨯= 10)20172(113=--+⨯-⨯=(其中E 、D 及H 均为复合铰链) (其中C 、F 、K 均为复合铰链)5、图示为一内燃机的机构简图,试计算其自由度,并分析组成此机构的基本杆组。

又如在该机构中改选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1)计算此机构的自由度110273)2(3=⨯-⨯='-'-+-=F p p p n F h l2)取构件AB 为原动件时 机构的基本杆组图为此机构为Ⅱ级机构3)取构件EG为原动件时此机构的基本杆组图为此机构为Ⅲ级机构平面机构的运动分析P直接标注在图上)。

1、试求图示各机构在图示位置时全部瞬心的位置(用符号ij2、在图a 所示的四杆机构中,AB l =60mm ,CD l =90mm ,AD l =BC l =120mm ,2ω=10rad/s ,试用瞬心法求:1) 当ϕ= 165时,点C 的速度C v;2) 当ϕ=165时,构件3的BC 线上速度最小的一点E 的位置及其速度的大小; 3)当C v=0 时,ϕ角之值(有两个解)。

解1)以选定的比例尺l μ作机构运动简图(图b )。

b)2)求C v,定出瞬心13P 的位置(图b )因13p 为构件3的绝对速度瞬心,则有:)/(56.278003.0/06.010132313s rad BP u l w l v w l AB BP B =⨯⨯=⋅==)/(4.056.252003.0313s m w CP u v l C =⨯⨯==3)定出构件3的BC 线上速度最小的点E 的位置因BC 线上速度最小之点必与13P 点的距离最近,故从13P 引BC 线的垂线交于点E ,由图可得:)/(357.056.25.46003.0313s m w E P u v l E =⨯⨯=⋅=4)定出C v=0时机构的两个位置(作于 图C 处),量出 ︒=4.261ϕ︒=6.2262ϕ c)3、在图示的机构中,设已知各构件的长度AD l =85 mm ,AB l =25mm ,CD l =45mm ,BC l =70mm ,原动件以等角速度1ω=10rad/s 转动,试用图解法求图示位置时点E 的速度Ev 和加速度E a以及构件2的角速度2ω及角加速度2α。

a) μl =0.002m/mm解1)以l μ=0.002m/mm 作机构运动简图(图a ) 2)速度分析 根据速度矢量方程:CB B C v v v+= 以v μ=0.005(m/s)/mm 作其速度多边形(图b )。

b) a μ=0.005(m/s 2)/mm(继续完善速度多边形图,并求E v及2ω)。

根据速度影像原理,作BCE bce ∆∆~,且字母 顺序一致得点e ,由图得:)(31.062005.0s m pe v v E =⨯=⋅=μ)(25.207.0/5.31005.02s m l bc w BC v =⨯=⋅=μ(顺时针))(27.3045.0/33005.03s m l pc w CO v =⨯=⋅=μ(逆时针)3)加速度分析 根据加速度矢量方程: t CB n CB B t C n C C a a a a a a ++=+=以a μ=0.005(m/s 2)/mm 作加速度多边形(图c )。

(继续完善加速度多边形图,并求E a及2α)。

根据加速度影像原理,作BCE e c b ∆'''∆~,且字母顺序一致得点e ',由图得:)/(5.37005.02s m e p a a E =⨯=''⋅=μ)/(6.1907.0/5.2705.0/222s rad l C n l a a BC a BC tCB =⨯=''⋅==μ(逆时针)4、在图示的摇块机构中,已知AB l =30mm ,AC l =100mm ,BD l =50mm ,DE l =40mm ,曲柄以1ω=10rad/s 等角速度回转,试用图解法求机构在1ϕ=45时,点D 和点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 μ=0.002m/mm 作机构运动简图(图a )。

2)速度分析v μ=0.005(m/s)/mm 选C 点为重合点,有:?//132322??大小?方向ABC C C B C B C l w BC BC AB v v v v v ⊥⊥+=+=以v μ作速度多边形(图b )再根据速度影像原理, 作BC BD bC bd =2,BDE bde ∆∆~,求得点d 及e , 由图可得)/(23.05.45005.0s m pd v v D =⨯==μ )/(173.05.34005.0s m pe v v E =⨯==μ)/(2122.0/5.48005.012s rad l bc w BC v =⨯==μ(顺时针)3)加速度分析a μ=0.04(m/s 2)/mm根据?20??//?323222132323222C C BCABr C C k C C C tB C n B C B C v w l w l w BCBC BC B C A B a a a a a a a 大小方向⊥⊥→→++=++=其中:49.0122.022222=⨯==BC n B C l w a7.035005.022232232=⨯⨯⨯==C C k C C v w a以a μ作加速度多边形(图c ),由图可得:)/(64.26604.02s m d p a a D =⨯=''⋅=μ )/(8.27004.02s m e p a a E =⨯=''⋅=μ)/(36.8122.0/5.2504.0122.0//22222s rad C n l a a a CB t B C =⨯=''==μ(顺时针)5、在图示的齿轮-连杆组合机构中,MM 为固定齿条,齿轮3的齿数为齿轮4的2倍,设已知原动件1以等角速度1ω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E v及齿轮3、4的速度影像。

解1)以l μ作机构运动简图(图a ) 2)速度分析(图b )此齿轮-连杆机构可看作为ABCD 及DCEF 两 个机构串连而成,则可写出CB B C v v v += EC C E v v v +=取v μ作其速度多边形于图b 处,由图得)/(s m pe v v E μ=取齿轮3与齿轮4啮合点为K ,根据速度影像原来,在速度图图b 中,作DCK dck ∆∆~求出k 点,然后分别以c 、e 为圆心,以ck 、ek 为半径作圆得圆3g 及圆4g 。

求得pe v v E ⨯=μ 齿轮3的速度影像是3g 齿轮4的速度影像是4g6、在图示的机构中,已知原动件1以等速度1ω=10rad/s 逆时针方向转动,AB l =100mm ,BC l =300mm ,e =30mm 。

当1ϕ= 50、 220时,试用矢量方程解析法求构件2的角位移2θ及角速度2ω、角加速度2α和构件3的速度3v 和加速度3α。

解1)位置分析 机构矢量封闭方程)(321a es l l+=+分别用i 和j点积上式两端,有)(sin sin cos cos 221132211b e l l s l l ⎭⎬⎫=+=+θϕθϕ故得:]/)sin arcsin[(2112l l e ϕθ-=)(cos cos 22113c l l s θϕ+=2)速度分析 式a 对时间一次求导,得 )(3222111d iv e w l e w l tt=+上式两端用j点积,求得:)(cos /cos 221112e l w l w θϕ-=式d )用2e点积,消去2w ,求得 )(cos /)sin(221113f w l v θθϕ--=3)加速度分析 将式(d )对时间t 求一次导,得:)(322222221211g ia e w l e l e w l nt n =++α用j点积上式的两端,求得:)(cos ]sin sin [22222212112h l w l w l a θθϕ+-=用2e点积(g ),可求得:)(cos ])cos([2222212113i w l w l a θθϕ+--=1ϕ︒50︒220)(2︒θ351.063 18.316 )/(2s rad w -2.169 2.690 )/(22s rad a -25.109 20.174 )/(3s m v -0.867 0.389 27、在图示双滑块机构中,两导路互相垂直,滑块1为主动件,其速度为100mm/s ,方向向右,AB l =500mm ,图示位置时A x =250mm 。

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