机械原理课后全部习题答案

1、机械原理课后全部习题答案目录第1章绪论第2章平面机构的结构分析平面连杆机构15凸轮机构及其设计19齿轮机构第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、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。1）、2）、3）、4）、5）、2、填空题机器或机构，都是由 组合而成的。机器或机构的 之间，具有确定的相对运动。机器可以用来 人的

2、劳动，完成有用的 组成机构、并且相互间能作的物体，叫做构件。从运动的角度看，机构的主要功用在于 运动或动的形式。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。8八 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。的机械功或实现9）、构件之间具有的相对运动，并能完成3、判断题1）、2）、3）、4）、5）、能量转换的的组合，叫机器。构件都是可动的。（机器的传动部分都是机构。互相之间能作相对运动的物件是构件。只从运动方面讲，机构是具有确定相对运动构件的组合。 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

3、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）、V2）、V3）、V 4）、V5）、X 6）、V 7）、V79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，Pl=4，Ph=O,F=3X

4、3-2 X 4=140ezz2-9试判断图2-28中所示各“机构”能否成为机构，并说明理由。解:a)nF4 Pl 63 4 2 6Ph00不是机构b)n 3 Pl 4F 3 4 2 6Ph0不是机构修改后的机构c)n 2 FLF 3 223 Ph 03 0不是机构修改后的机构d)n10PL 14 PH 010 2 14 2 是机构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 ,Pl =7 ,有复合铰链：构件3和构件5;构件3和构件1;F=3n-2P=3 X 5-2X 7=1b)n=6 ,Pl =8 ,PH

5、 = 1 ,有局部自由度，有虚约束P- PH =3x6-2x8-1=1F=3n-2有虚约束，有复合铰链e)n=5,F=3n-2PL =7 ,Ph=0 ,P-PH=3 X 5-2 X 7-0=1#有对称虚约束1In=5, Pl =7F=3n-2 Pl=1f)d)n2OA= MV/T门fif?比 J：岂 *FT?有对称虚约束n=3 , PL =3,Ph =2F=3n-2 Pl-Ph =1g) n=2 , Pl =2, Ph =1 , n=3 , Pl =4有虚约束ktk厮D2 ME YD、BE = EC、a尸a=crh)有对称虚约束，tkFr厶r齿轮n=3 , Pl =4F=3n-2 Pl =3

6、X 3-2 X 4=1或者:n=4,Pl=5 Ph =1 ,F=3n-2 p-Ph=3 x 4-2 X 5-1=12-12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，Pl =5,Ph=iF=3n-2 Pl-PH =1所以此机构为III级机构b) n=3 ,Pl =3,PH =2F=3n-2 Pl - PH =1c) n=4, Pl =4, Ph =3F=3n-2 Pl-FH =1d)3)d)n=6,Pl =8 ， Ph =1F=3n-2 Pl - PH =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2-32f所示

7、机构，当分别以构件对于图组成原理，并判别机构的级别和所含杆组的数目。1、3、7作为原动件时，机构的级别会有什么变化？a)a)机构的级别：114用僱线衣小- 冇一个移动閱机构的级别：11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，3作为原动件时，机构的级别:11占以构件以构件7作为原动件时，机构的级别：山计算机构的自由度。 并确定机构所2-14绘制图2-33所示机构高副低代后的运动简图, 含杆组的数目和级别以及机构的级别。机构高副低代后的运动简图杆组的级别：|O所以，机构的级别：|4为原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 动件，则此机构为几级？解

8、：F=3n-2PL-PH=3X 5-2 X 7=1、若以构件1为原动件，则此机构拆分的杆组是:77所以此机构为III级、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l BC(1)(2)(3)(4)取哪个构件为机架可得到双摇杆机构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Iab 55mm， 40 mm， IcD 50mm， Iad 25mm。判断该机构运动链中四个转动副的类型。 取哪个构件为机架可得到曲柄摇杆机构。 取哪个构件为机架可得到双曲柄机构。解: 平面连杆机构Lab =55L BC =40Lcd=50Lad =25Lab+L advL

9、bc+Lcd(1) A、D整转副 B、C摆转副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3-10AB为曲柄的条件又如何?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，则杆解:主要分析能否通过极限位置，a+evb3-11在图3-81所示的铰链四杆机构中，各杆件长度分别为Iab 25mm ,Ibc 40mm, 心 50mm , Iad 55mm。(1)若取AD为机架，求该机构的极位夹角杆CD的最大摆角 和最小传动角min0(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

10、转副还是摆转副。解：由于 25+ 5540+ 50,所以 Iab + Iad Ibc + Icd ,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。AC1 = lAB + lBC = 40+ 25= 65AC2= lBC lAB = 40 25= 15(1)极位夹角0:出现在AB与连杆BC重合位置AC2 AD2 C1D2AC； AD2 C2D22 AC1arccos arccosAD2 AC2 ad652 552 502 arccos26555arccosJL2 15 55行程速比系数 K=(180+ 0)/(18

11、O 0) 1.17(2)求摇杆的最大摆角，从图1,摇杆的最大摆角: = / B1DC1 / B2DC2GD2 AD2arccosACi25O22 5060.832 AD C1D552 65255502552arccosCUAC22 AD C2D1522 50 55最小传动角 合)如图2。分别求出Y min出现在AB与机架AD重合位置 (分正向重合、反向重2，再求最小传动角。2 2 2BC2 CD2 (AD AB)21 arccos2 BC CD402502(5525)2arccos2 40 5036.86BC2 CD2 (AD AB)22 arccos2 BC CD2 2 24050(5525

12、)arccos240 501位置时，传动角丫2位置时，传动角丫曲柄处于AB 曲柄处于AB 现比较的丫 1、丫 2大小，最小传动角取丫.丫 min = 36.861= 1=36.86.2= 180- 2=54.90.丫 2中最小者.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,S4 he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

13、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B0B的长度1胡75 mm，行程速比系数K=1.5，机架A0B0的长度lAoBo 100mm，又知摇杆的一个极限位置与机架间的夹角AOBO45，试求其曲柄的长度1A0A和连杆的长度lAB。解：（符号与课本不太一致）当行程速比系数K=1.5时,180 J 180 QK 11.5 1机构的极位夹角为36即机构具有急回特性，过固定铰链点A作一条与已知直线线再与活动铰链点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。ACi成36的直DUB2Bi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

14、图中量取AC170.84，AC225.75，AC2169.88。故有两组解。解一：构件AB的长为IabAC1 AC 270.84 25.7522.55mm构件BC的长为Ibc摇杆的摆角41解二:构件AB的长为1 AB构件BC的长为lBC22AC1AC270.84 25.7522AC2AC1169.8870.8422AC2AC1169.8870.8448.3mm49.52mm120.36mm摇杆的摆角1073-17如图3-61所示，设已知破碎机的行程速比系数K =1.2，颚板长度IcD 300 mm，颚板摆角 =350,曲柄长度Iab=80 mm。求连杆的长度，并验算最小传动角 min是否在允许

15、的范围内。图3-61题3-17图K =1.5，滑块的冲程 H =50 mm，3-18试设计一曲柄滑块机构，设已知滑块的行程速比系数偏距e =20 mm，并求其最大压力角max ？解：行程速比系数K 1 180 K 1K=1.5，则机构的极位夹角为1.5 1180 361.5 1选定作图比例，先画出滑块的两个极限位置 C1和C2,再分别过点C1、C2作与直线C1C2 成9054的射线，两射线将于点O。以点O为圆心，OC2为半径作圆，再作一条与直线C1 C2相距为e 20mm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 AC125mm， AC268

16、mm,所以曲柄AB的长度为IabAC2 AC16825221.5mm连杆BC的长度为I BCAC1 AC268 25246.5mmC IC 2e90B2ilO解题3-18图/ z*BX /C1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IfA 75mm, Ibc 100mm， 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0 = 1800x( kl)/( k+1 )=60。.即摆杆BqB的摆角为60。曲柄运动到与BoB垂

17、直，其摆杆BoB分别处于左右极限位置BoBi、B0B2 .已知：曲柄长度Iaa, = 75机架 A0B0 的长度 1a0b0 = 75/sin (0/2) = 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 B0B1 的长度 I硒=H/2/ sin (0/2) = 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B3F的中点，且丄A0B0 .B0F = Ib0b, x cos (0/2) = 150X 后 mmB0B1刨头5构件离曲柄转动中心 A点的距离为:Ia0e = Ib0b3 Ia0b0 (Ib0b3 Ib

18、0f)/2 = 300 150 (300 150x3)/2130ft比佛3-22 有一曲柄摇杆机构，已知其摇杆长Ib0b 420mm，摆角90，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=1.5，设计此四杆机构，并验算最小传动角min 。解:1800 汙 360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。图3-65题3-23图(d)提示：列出n个构件,画出n边形，同时结合三心定理。(a)(b)绝对瞬心：P12、P24。P23( P24)P121屛P12P13、P14在过C点垂直于BC的无穷远处。(d)3Pk3-24在图3-66所

19、示的机构中，已知曲柄 2顺时针方向匀速转动，角速度2 100rad/s,试求在图示位置导杆4的角速度4的大小和方向。解:Pl2 在 Ao,Pl4在Bo ,P34在无穷远n=4k g 6个2根据P24是的瞬心，两个构件在该点的绝对速度相等。P24V_W2.LP24A)Vp24w4.LP24 P14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?dd如上右图所示。在运动的开始时点45=0、以及一 处加速度有限突变，所以在这些333和3穷大的惯性力，所以在这些

20、位置有刚性冲击。位置有柔性冲击；在处速度有限突变，加速度无限突变，在理论上将会产生无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顺时针转动，基圆半径rb 50mm,滚子半径rr 10mm,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1200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rb 50mm，从动4-6设计一对心移动平底从动件盘形凸轮机构。已知基圆半径件平底与导路中心线垂直，凸轮顺时针等速转动。从

21、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BqB在起始位置时垂直于AqB， 1佔 40mm，1b0b 80mm，滚子半径匚10mm，凸轮以等角速度 顺时针转动。从动件运动规律如下：当凸轮再转过 180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30o时，从动件又停歇不动。II I- “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

22、过45后机构的压力角，并在图上标注出来。反转法画图2)标出在D点接触凸轮时机构的压力角a。从动件的起始上升点均为 C点。4-16在图4-48所示的凸轮机构中，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。解:(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如图以A0为圆心,AAO为半径画圆弧;以B1为圆心,AB为半径画圆弧；交A1点;第五章齿轮机构5-11 一渐开线在基圆半径rb 50mm的圆上发生。试求：渐开线上向径65mm的点k的曲率半径k、压力角ak和展角k。cosrk50arc cos 6539.7obtg5

23、0tg 39.7o 41.5mmtg k0.139弧度5-12已知一正常齿制标准直齿圆柱齿轮 m 5mm, 20 , z 45，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:dbdamz 5 45mz cos 5mz 2ha m225mm45 cos20o 211.4mm5 45 2 1 5 235mm分度圆 20o基圆处cos brbrbb0o齿顶圆处cosIkra25.890211.42350.899btgrbtgrbtg5-13211.42211.42211.42tg20otg0o0mm38.5mmtg25.89o 51.3mm已知一对外啮合正常齿制20 , z24

24、5 ,试计算这对齿轮的分度圆直径、齿顶高、齿根高、齿距、齿厚和齿槽宽。2mm,乙顶隙、中心距、齿顶圆直径、齿根圆直径、基圆直径、解:由 m 2mm, zi 20, z 45标准直齿圆柱齿轮dimz40mmd2m2290mmhaha*m2mmhf(ha*c*)m 2.5mmhhahf4.5c*c m 10.5daim(Zi2ha*)44mmdfimZi2(ha*c*) 3immdaim(z22ha*)94mmdf2mz22(ha*c) 8immdgdi cos40cos20o37.58mmdb2d2 cos90cos20o84.57mmPm6.28mmsm 3.14mma1e2rb arccos

25、 raiarccos3759 26.4942Z2)65mm5-14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：dfd 2hf mz 2 (ha c ) mdbd cosmzcosmz2(hac )m mzcos2(ha1 cos1,c*0.25* *2(hac )1 cos41.451 cos1,c0.352(hac )cos44.71 cos1如果齿数小于等于41,基圆大于齿根圆1如果齿数大于42,基圆小于齿根圆1如果齿数小于等于44,基圆大于齿根圆1如果齿数大于45,基圆小于齿根圆5-15 现需要传动比i3的一对渐开

26、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z1 20，z2 z3 60, 齿顶圆直径分别为da1 44mm，da2 124mm，da3 139.5mm，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。解：两个齿轮能用，是指能够正确啮合。根据da1m(乙2ha*)44mm叶2da2m(z12ha*)124mmm22da3m(z32 ha*)139.5mmm32.25所以:齿轮1和齿轮2两个齿轮能用.中心距a m(Zi z2) 80mm重合度cosa1a1rb1I ra131.3240cos200.85444cosrb2a2ra2120

27、cos201240.909)Z2(tg a2a2 24.58B1B2Pntg )丄21.6720(tg31.32o tg20o) 60(tg24.58o tg20o)5- 18 对 Z1 =24、Z2=96、m=4mm、=20。、h；=1、c*=0.25 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X2=-0.5的负变位齿轮。试求:1）新配的小齿轮的变位系数Xi。2 ）大齿轮顶圆直径da2。解: 人x20x20.5c*)m x1m 45x10.5 rf11 (ha* mra2a rf1 cm -(乙 z2) 45 0.25 4194da2388mm5-20在图所示的同轴式渐开线圆柱齿轮减速器中，已知：Z1=15、Z2=53、Z3=56、Z4=14,两对齿轮传动的中心距 a12 a3470mm,各轮的m=2mm、=20o、h；=1、 c =0.25 o(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