机械原理习题与答案解析

第1章平面机构的结构分析1.1解释下列概念1.运动副；2.机构自由度；3.机构运动简图；4.机构结构分析；5.高副低代。

1.2验算下列机构能否运动，如果能运动，看运动是否具有确定性，并给出具有确定运动的修改办法。

题1.2图题1.3图1.3 绘出下列机构的运动简图，并计算其自由度(其中构件9为机架)。

1.4 计算下列机构自由度，并说明注意事项。

1.5计算下列机构的自由度，并确定杆组及机构的级别(图a所示机构分别以构件2、4、8为原动件)。

题1.4图题1.5图第2章平面机构的运动分析2.1试求图示各机构在图示位置时全部瞬心。

题2.1图2.2在图示机构中，已知各构件尺寸为l AB=180mm , l BC=280mm , l BD=450mm ,l CD=250mm ,l AE =120mm ,φ=30º, 构件AB上点E的速度为v E=150 mm /s ,试求该位置时C、D两点的速度及连杆2的角速度ω2。

2.3 在图示的摆动导杆机构中，已知l AB=30mm , l AC=100mm , l BD=50mm ,l DE=40mm ,φ1=45º,曲柄1以等角速度ω1=10 rad/s沿逆时针方向回转。

求D点和E点的速度和加速度及构件3的角速度和角加速度（用相对运动图解法）。

题2.2图题2.3图2.4 在图示机构中，已知l AB =50mm , l BC =200mm , x D =120mm , 原动件的位置φ1=30º, 角速度ω1=10 rad/s ，角加速度α1=0，试求机构在该位置时构件5的速度和加速度，以及构件2的角速度和角加速度。

题2.4图2.5 图示为机构的运动简图及相应的速度图和加速度图。

（1）在图示的速度、加速度多边形中注明各矢量所表示的相应的速度、加速度矢量。

（2）以给出的速度和加速度矢量为已知条件，用相对运动矢量法写出求构件上D 点的速度和加速度矢量方程。

（3）在给出的速度和加速度图中，给出构件2上D 点的速度矢量2pd 和加速度矢量2''d p 。

题2.5图2.6 在图示机构中，已知机构尺寸l AB =50mm, l BC =100mm, l CD =20mm , 原动件的位置φ1=30º, 角速度ω1=ω4=20 rad/s ，试用相对运动矢量方程图解法求图示位置时构件2的角速度ω2和角加速度α2的大小和方向。

题2.6图2.7 在图示机构构件1等速转动，已知机构尺寸l AB=100mm ,角速度为ω1= 20 rad/s，原动件的位置φ1= 30º,分别用相对运动图解法和解析法求构件3上D点的速度和加速度。

题2.7图题2.8图2.8 在图示导杆机构中，已知原动件1的长度为l1 、位置角为φ1 ，中心距为l4 ，试写出机构的矢量方程和在x、y轴上的投影方程(机构的矢量三角形及坐标系见图)。

2.9 在图示正弦机构中，已知原动件1的长度为l1=100mm、位置角为φ1= 45º、角速度ω1= 20 rad/s，试用解析法求出机构在该位置时构件3的速度和加速度。

2.10 在图示牛头刨床机构中，已知机构尺寸及原动件曲柄1的等角速度ω1，试求图示位置滑枕的速度v C 。

题2.9图题2.10图2.11 在图示平锻机中的六杆机构中，已知各构件的尺寸为：l AB ＝120 mm ，l BC＝460 mm，l BD＝240 mm ，l DE ＝200 mm ，l EF ＝260 mm ,β＝30°，ω1 = l0 rad/s , x F＝500 mm ，y F ＝180mm 。

欲求在一个运动循环中滑块3的位移S C、速度v C和加速度a C 及构件4、5的角速度ω4、ω5和角加速度α4、α5, 试写出求解步骤并画出计算流程图。

题2.11图第3章平面机构的动力分析3.1图示楔形机构中，已知γ=β=60°，有效阻力F r=1000N，各接触面的摩擦系数f =0.15。

试求所需的驱动力F d。

题3.1图题3.2图3.2在图示机构中，已知F5 =1000N，l AB=100 mm，l BC =l CD =2l AB，l CE = l ED= l DF，试求各运动副反力和平衡力矩M b。

3.3在图示曲柄滑块机构中，已知各构件的尺寸、转动副轴颈半径r及当量摩擦系数f v，滑块与导路的摩擦系数f。

而作用在滑块3上的驱动力为F d。

试求在图示位置时，需要作用在曲柄上沿x—x方向的平衡力F b（不计重力和惯性力）。

题3.3图3.4在图示机构中，已知：x=250mm，y=200mm，l AS2=128mm，F d为驱动力，F r为有效阻力，m1= m3=2.75kg，m2=4.59kg，I s2=0.012kg·mm2，滑块3以等速v=5m/s向上移动，试确定作用在各构件上的惯性力。

题3.4图题3.5图3.5在图示的悬臂起重机中，已知载荷G=5000N，h= 4 m，l=5 m，轴颈直径d=80 mm，径向轴颈和止推轴颈的摩擦系数均为f =0.1。

设它们都是非跑合的，求使力臂转动的力矩M d。

3.6图示机构中，已知x=110mm，y=40mm，φ1=45°，l AB=30 mm，l BC=71 mm，l CD=35.5mm，l DE=28 mm，l ES2=35.5 mm；ω1=10 rad/s；m2=2 kg，I S2=0.008 kg·mm2。

设构件5上作用的有效阻力F r=500 N，l EF=20 mm，试求各运动副中的反力及需要加于构件1上的平衡力矩M b。

题3.6图3.7图示为一楔块夹紧机构，其作用是在驱动力F d的作用下，使楔块1夹紧工件2。

各摩擦面间的摩擦系数均为f。

试求：1）设F d已知，求夹紧力F r；2）夹紧后撤掉F d，求滑块不会自行退出的几何条件。

3.8 如图所示的缓冲器中，若已知各滑块接触面间的摩擦系数f和弹簧的压力Q，试求：1）当楔块2、3被等速推开及等速恢复原位时力P的大小；2）该机构的效率以及此缓冲器不发生自锁的条件。

题3.7图题3.8图3.9如图所示，在手轮上加力矩M均匀转动螺杆时，使楔块A向右移动并举起滑块B，设楔角α=15°，滑块上B的载荷F v=20kN。

螺杆为双头矩形螺纹，平均直径d2=30mm，螺距p=8mm。

已知所有接触面的摩擦系数f =0.15。

若楔块A两端轴环的摩擦力矩忽略不计，试求所需的力矩M 。

题3.9图题3.10图3.10图示机组是由一个电动机经带传动和减速器，带动两个工作机A和B。

已知两工作机的输出功率和效率分别为：P A=2kW、ηA=0.8，P B=3Kw，ηB =0.7；每对齿轮传动的效率η1=0.95，每个支承的效率η2=0.98，带传动的效率η3=0.9。

求电动机的功率和机组的效率。

第4章平面连杆机构及其设计4.1在铰链四杆机构ABCD中，若AB、BC、CD三杆的长度分别为：a=120mm ，b=280mm , c=360mm，机架AD的长度d为变量。

试求；(1) 当此机构为曲柄摇杆机构时，d的取值范围；(2) 当此机构为双摇杆机构时, d的取值范围；(3) 当此机构为双曲柄机构时, d的取值范围。

4.2 如图所示为转动翼板式油泵，由四个四杆机构组成，主动盘绕固定轴A转动，试画出其中一个四杆机构的运动简图(画图时按图上尺寸，并选取比例尺μl = 0.0005 m / mm，即按图上尺寸放大一倍)，并说明它们是哪一种四杆机构。

题4.2图题4.3图4.3试画出图示两个机构的运动简图(画图要求与题4.2相同)，并说明它们是哪—种机构。

4.4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为曲柄的条件又如何?题4.4图题4.5图4.5在图所示的铰链四杆机构中，各杆的长度为l1=28 mm，l2=52mm，l3=50mm，l4=72 mm，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Ψ、最小传动角γmin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?4.6设曲柄摇杆机构ABCD中，杆AB、BC、CD、AD的长度分别为：a=80mm，b=160mm，c=280mm，d=250mm，AD为机架。

试求：1) 行程速度变化系数K；2) 检验最小传动角γmin，许用传动角[γ]=40º。

4.7偏置曲柄滑块机构中，设曲柄长度a=120mm，连杆长度b=600mm，偏距e=120mm，曲柄为原动件，试求：1) 行程速度变化系数K和滑块的行程h；2) 检验最小传动角γmin ，[γ]=40º；3) 若a与b不变，e = 0时，求此机构的行程速度变化系数K。

4.8插床中的主机构，如图所示，它是由转动导杆机构ACB和曲柄滑块机构ADP组合而成。

已知L AB=100mm，L AD=80mm，试求：1) 当插刀P的行程速度变化系数K＝1.4时，曲柄BC的长度L BC及插刀的行程h；2) 若K=2时，则曲柄BC的长度应调整为多少? 此时插刀P的行程h是否变化?题4.8图题4.9图4.9图示两种形式的抽水唧筒机构，图a以构件1为主动手柄，图b以构件2为主动手柄。

设两机构尺寸相同，力F垂直于主动手柄，且力F的作用线距点B的距离相等，试从传力条件来比较这两种机构哪一种合理。

4.10图示为脚踏轧棉机的曲柄摇杆机构。

铰链中心A、B在铅垂线上，要求踏板DC在水平位置上下各摆动10º，且l DC=500mm，l AD=1000mm 。

试求曲柄AB和连杆BC的长度l AB和l BC，并画出机构的死点位置。

题4.10图题4.11图4.11图示为一实验用小电炉的炉门装置，在关闭时为位置E l，开启时为位置E2，试设计一四杆机构来操作炉门的启闭(各有关尺寸见图)。

在开启时炉门应向外开启，炉门与炉体不得发生干涉。

而在关闭时，炉门应有一个自动压向炉体的趋势(图中S为炉门质心位置)。

B、C为两活动铰链所在位置。

4.12 图示为一双联齿轮变速装置，用拨叉DE操纵双联齿轮移动，现拟设计一个铰链四杆机构ABCD；操纵拨叉DE摆动。

已知：l AD=100mm，铰链中心A、D的位置如图所示，拨叉行程为30mm，拨叉尺寸l ED = l DC =40mm，固定轴心D在拨叉滑块行程的垂直平分线上。

又在此四杆机构ABCD中，构件AB为手柄，当它在垂直向上位置AB1时，拨叉处于位置E1，当手柄AB逆时针方向转过θ=90º而处于水平位置AB2时，拨叉处于位置E2。