机械原理第二版课后答案朱理

1、机械原理作业第一章 结构分析作业1.2 解：1.2 解：a) F = 3n2PLPH = 3× 42× 5 1= 1 A 点为复合铰链。b) F = 3n2PLPH = 3×52×62= 1B、E 两点为局部自由度 , F、C 两点各有一处为虚约束。c) F = 3n2PLPH = 3× 52× 7 0= 1 FIJKLM 为虚约束1.3 解：F = 3n 2PLPH = 3× 72×10 0= 11）以构件 2 为原动件，则结构由 87、 65、4 3 三个级杆组组 成，故机构为级机构 （图 a）。2）以构件 4

2、 为原动件，则结构由 87、 65、23 三个级杆组组 成，故机构为级机构 （图 b）。3）以构件 8 为原动件，则结构由 2345 一个级杆组和 67一 个级杆组组成，故机构为级机构 （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2.21. 求 D 点的速度 VDVP13VDAE 24 24 24VD VE150 144 mm/s25 ，所以 D E 25 25VD而2. 求VEP14 P13VE 1501 E 1.25 r a d/s1 l AE 1203. 求 22 P12 P14 38因 1 P12 P244. 求 C 点的速度38382 1 1.

3、25 0.46 rad /s98 ，所以 2 1 9898VCVC2 P24Cl0.46 44 5 101.2 mm/s2.3 解：取1. 求 B2 点的速度 VB2 VB2 =2. 求l 1 mm/mm作机构位置图如下图 a所示。1×LAB =10×30= 300 mm/sB3 点的速度 VB3VB3 VB2 VB3B2大小 ？1×LAB？方向 BCABBC10 mm/s取 v 10mm作速度多边形如下图 b所示，由图量得：pb3 22 mm ，所以 VB3 pb3 v 27 10 270 mm/s由图 a量得： BC=123 mm , 则 lBC BC l 1

4、23 1 123 mm3. 求 D 点和 E 点的速度 VD 、VE利用速度影像在速度多边形，过 p点作 CE，过 b3点作 BE，得到 e 点；过 e点作pb3，得到 d点 , 由图量得： pd 15 mm， pe 17 mm，所以 VD pd v 15 10 150 mm/s ，VE pe v 17 10 170 mm/s ；VB3B2 b2b3 v 17 10 170 mm/s4. 求 33 VB3 270 2.2 rad/s3 lBC 123n5. 求 aB2anB2 12 l AB 102 30 3000 mm/s26. 求 aB3aB3 aB32 大小 32LBC 方向 BC aB

5、n3 32 lBC aB3？BCaB2 21 LABBA2.22 123 595aB3B2 2 3V B3B2BCaB3B2？BCmm/s2a50取 a 50mm/s2mm作速度多边形如上图c所示，由图量得：b'3 23aB3 b'3mm ，n3b'3 20 mm, 所以 a 23 50 1150 mm/s2atB3 n3b'3a 20 50 1000 mm/s27. 求 3a 16 50 800 mm/s2aE elBC 1238. 求 D 点和 E 点的加速度 aD 、aE利用加速度影像在加速度多边形，作b'3 e CBE, 即b'3 eCB

6、 CE BE ，得到 e点；过 e点作 b'3 ，得到 d 点 , 由图量得：e 16 mm d 13 mm2.7 解：取 l 2 mm/ mm作机构位置图如下图 a所示 一、用相对运动图解法进行分析1. 求 B2 点的速度 VB2VB2 =1×LAB =20×0.1 = 2 m/s2. 求 B3 点的速度 VB3BD取 v 0.05大小 ？ 1×LAB ？b 所示，由图量得： pb3 20 mm ，所以 VB3 pb3 v 20 0.05 1 m/s 而 VD= VB3= 1 m/sn3. 求 aB2 n 2 2 2 aBn2 12 l AB 202 0

7、.1 40 m/s2 a B3B2 ？ BD4. 求 aB3大小 方向a B3 aB2n ？ 1 LAB 水平 BA取 a 1 m/s mm作速度多边形如上图 c所示，由图量得：b'3 35 mm aB3 b'3 a 35 1 35 m/s23 ，所以 B3 3 a 。 二、用解析法进行分析VD3 VB2 sin 1 1 lAB sin 1 20 0.1 sin30 1 m/saD3 aB2 cos 1 2 lAB cos 1 202 0.1 cos30 34.6 m/s2第三章 动力分析作业3.1 解：根据相对运动方向分别画出滑块 1、2 所受全反力的方向如图 a所示，图 b

8、 中三角形、分别为滑块 2、1的力多边形，根据滑块 2 的力多边 形得：FrFR12FR12sin(60 2 ) sin(90 ) cosFd，FR12cosFr sin(60 2 )FR21FR21由滑块 1 的力多边形得： sin(60 2 ) sin(90 ) cosF F sin(60 2 )Fd FR21coscos sin(60 2 ) sin(60 2 ) FrFrr cos sin(60 2 ) r sin(60 2 )而 tg 1f tg 1(0.15) 8.53sin(60 2 )sin(60 2 8.53 )所以 Fd Fr1000 1430.7 Nd r sin(60

9、2 )sin(60 2 8.53 )3.2 解：取 l 5 mm/ mm作机构运动简图，机构受力如图 a)所示；取 F 50 N / mm作机构力多边形，得：FR65 60 50 3000 N ， FR45 67 50 3350 N ，FR45 FR54 FR34 FR43 3350 N ， FR23 35 50 1750 N FR63 50 50 2500 N ， FR23 FR32 FR12 FR21 1750 NM b FR21l AB 1750 100 175000 N mm 175 N m3.2 解：机构受力如图 a）所示由图 b）中力多边形可得： FR tg 4F5 tg45 10

10、00 1000 N5 1000FR45 FR435 1000 1414.2 N45 43 sin 4 sin45 FR63FR23sin116.6 sin45 sin18.4 sin45 sin45FRFR1414.2 1118.4 NR63 sin116.6 R43 sin116.6 sin18.4 sin18.4FR1414.2 500 Nsin116.6 R43 sin116.6 所以 FR21 FR23 FR61 500 NFR43F5FR23Mb FR21l AB 500 100 50000 N mm 50 N mR21 AB3.3 解：机构受力如图所示由图可得：对于构件 3而言则：

11、 Fd FR43 FR23 0，故可求得 FR23对于构件 2 而言则： FR32 FR12对于构件 1而言则： Fb FR41 FR21 0，故可求得 Fb3.7 解：1. 根据相对运动方向分别画出滑块 1 所受全反力的方向如图 a 所 示，图 b 为滑块 1 的力多边形，正行程时 Fd为驱动力，则根据滑块 1 的 力多边形得：Fdcos( )sin( 2 )则夹紧力为：Fr FR21 cos Fd cos( )cosR21d sin( 2 )FdFR21sin( 2 ) sin 90 ( )FR21 cos( )FR212.F'R21 为驱动力，而 F'd 为阻力，故而理想

12、驱动力为：F' F' cosF'dF'R210 F'd21 sin tg所以其反行程效率为：F'dF'R210tg sin( 2 )F'R21F'dcos( ) sin( 2 )F'R21 F' cos( ) tg cos( ) F'd sin(2 )当要求其自锁时则， ' tgsinc(os( 2 ) ) 0，故 sin( 2 ) 0 ，所以自锁条件为： 23.10 解：1. 机组串联部分效率为：' 3 22 1 0.9 0.982 0.95 0.8212. 机组并联部分效率为：3

13、. 机组总效率为：' '' 0.821 0.688 0.565 56.5%4. 电动机的功率输出功率： Nr PA PB 2 3 5 kwN5电动机的功率： Nd Nr5 8.85 kwd 0.565第四章 平面连杆机构作业1. 故4.1 解：d 为最大，则 a d b cd b c a 280 360 120 520 mmd 为中间，则 a c b dd a c b 120 360 280 200 mm所以 d 的取值范围为： 200 mm d 520 mm2. d 为最大，则adbcd b c a 280 360 120 520 mm故 d 为中间，则acbdd a

14、 c b 120 360 280 200 mm故 d 为最小，则cdbad b a c 280 120 360 40 mm故 d 为三杆之和，则d b a c 280 120 360 760 mm40 mm d 200 mm 520 mm d 760 mm所以 d 的取值范围为：3. d 为最小，则 c d b ad b a c 280 120 360 40 mm4.3解：机构运动简图如图所示，其为曲柄滑块机构。4.5解：1.作机构运动简图如图所示；由图量得：max 155 ， min 52 ，所以180 155 25 ，155 ，180min max16 ， 68 ，行程速比系数为：K 18

15、0180161.201801801628 72 100 l2 l4 52 50 1022. 因为 l1 l3所以当取杆 1 为机架时，机构演化为双曲柄机构， C、D 两个转动副是摆转副。3. 当取杆 3 为机架时， 机构演化为双摇杆机构， A、B 两个转动副是周转副4.7 解：1. 取 l 6 mm/ mm作机构运动简图如图所示；由图量得：5 ，故行程速比系数为：180180180 5180 51.05由图量得：行程：h 40 l 40 6 240 mm4.11 解：1. 取 l 4 mm/ mm，设计四杆机构如图所示2. 由图中量得：lABAB l70 4 280 mmlCDC1Dl25 4

16、 100 mmlADAD l78.5 4 314 mm4.16 解：1. 取 l 1 mm/mm，设计四杆机构如图所示2. 由图中量得：lAB AB1 l 21.5 1 21.5 mm，lBC B1C1 l 45 1 45 mm3. 图中 AB'C'为 max 的位置，由图中量得 max 63 ，图中 AB”C” 为max 的位置，由图中量得 max 904. 滑块为原动件时机构的死点位置为AB1C1和 AB 2C2两个。4.18 解：K 11.5 1180 180 361. 计算极位夹角：K 11.5 12. 取 l 2 mm/ mm，设计四杆机构如图所示。3. 该题有两组解

17、，分别为 AB 1C1D 和 AB 2C2D 由图中量得： lAB1 AB1 l 24 2 48 mm ，lAB2 AB2l 11 2 22 mmlB2C2 B2C2 l 25 2 50 mm第五章 凸轮机构作业5.1 解：图中(c)图的作法是正确的， (a) 的作法其错误在于从动件在反转过程 的位置应该与凸轮的转向相反 ,图中 C'B'为正确位置； (b) 的作法其错误 在于从动件在反转过程的位置应该与起始从动件的位置方位一致，图中 C'B'为正确位置； (d) 的作法其错误在于从动件的位移不应该在凸轮的 径向线上量取，图中 CB'为正确位置。5.4

18、解：如图所示5.5 解： 凸轮的理论轮廓曲线、偏距圆、基圆如图所示；最大行程 h =bc=20mm、推程角 0 188 、回程角 '0 172 ；凸轮机构不会发生运动失真，因为凸轮理论轮廓曲线为一圆5.7 解：所设计的凸轮机构如图所示5.13 解：4) 推程中最大压力角maxarcsin(lORA' ) arcsin(2 3505) 305) 若把滚子半径改为 15 mm，从动件的运动没有变化，因为从动件 的运动规律与滚子半径无关。第六章 齿轮机构作业6.1 解：k arccosrb arccos50 39.7 39 423' 0.6929弧度1) krk65k rk

19、sin k 65sin39.7 41.52 mm2) k 20 0.34907弧度 ，查表得 k 51 8' 51.13rbcos k50cos51.1379.67 mm6.2 解：1. d f db m(z2.5) 39.5m db 0.9397 42m 39.46md 2hf mz 2(1 0.25) m(z 2.5)dcos mzcos20 0.9397mz2.5) 0.9397mz ， z 0.9397z 2.52.5z 41.45 1 0.93972. 取 z 42则，d f m(42d f db6.4 解：da d 2ham(z 2h*a) m(40 2) 42m 84m

20、84 2 mm426.5 解：1)d1 mz1 3 24 72 mm， d2 mz2 3 110 330 mm；2)da1 d1 2ha m(z1 2ha*) 3(24 2) 78 mmda2 d2 2ha m(z2 2ha* ) 3(110 2) 336 mm3)h ha hf m(2h*a c*) 3(2 0.25) 6.75 mm4)a m(z1 z2) 3(24 110) 201 mmcosa'5) acos a'coscos2042011.015'db1d1cosd1'b1 1 72 1.015 73.08 mmcos ' cos 'd

21、2' db2 d2 cos 110 1.015 111.65 mm cos ' cos '6.9 解：d1mnz1 cos3 20 62.12 mmcos15d2mnz2 cos3 37 114.92 mmcos15da1 d1 2ha 62.12 2 3 1 68.12 mm2.3.b2 sin 45sin15 1.243mnda2 d2 2ha 114.92 2 3 1 120.92 mmamn (z1 z2)3 (24 110) 208.09 mm2cos 2cos154.z2zv1 cozs13cos23015 22.19zv2 c o3sc o3s15 41.

22、0 6c o s c os156.12 解：1. 齿轮 1、2 和齿轮 3、4的传动中心距分别为：a m(z1 z2) 2(15 32) 47 mm22m2a(z3 z4) (20 30) 50 mm根据其中心距，选齿轮 3、4 为标准齿轮传动，而齿轮 1、 2 为正变位传动。实际中心距取为 a50 mm，此方案为最佳。因为，齿轮 3、4 的中心距较大，选其为标准传动，使该设计、加工简单，互换性好， 同时也避免了齿轮 1、2 采用负变位传动不利的情况。齿轮 l、2采用正 传动，一方面可避免齿轮发生根切，如齿轮 z1 15<17，故必须采用正 变位；另一方面齿轮的弯曲强度及接触强度都有所提

23、高。2. 齿轮 1、 2 改为斜齿轮传动时，由题意要求：两轮齿数不变，模 数不变，即， m nm2 mm ，其中心距为a 2cmons (z1 z2) 2co2s (15 32) a' 50 mm2cos则2 50(15 32) 0.94 ， 19.948 19 56'54"zv13.z1cos33 15 18.06cos319.948zv23 3 3238.53cos3cos3 19.948z24. 对于斜齿轮来说不发生根切的最少齿数为：zmin zv cos317cos319.948 14.12而 z2 15 zmin 14.12 所以该齿轮不会发生根切。6.14

24、解：i121.z2z150225a m(z2 q) 8(50 10) 240 mm2.d1mq10 80mmd2 mz2 8 50 400 mmda1m(q 2ha) 8(10 2) 96 mmda2m(z2 2ha*) 8(50 2) 416 mmd f1 m(q 2ha 2c ) 8(10 2 2 0.25) 60 mmd f2 m(z2 2ha* 2c* ) 8(50 2 2 0.25) 380 mm6.15 解：各个蜗轮的转动方向如图所示6.17 解：z141.2 90 25 651 arctg( z1 ) arctg(30) 25 z230对于圆锥齿轮不发生根切的最少齿数为：zmin

25、 zv1 cos 1 17 cos 25 15.41 ，当 z zmin 则会发生根切 而 z1 14 zmin 15.41 ，故会发生根切。z 141 arctg( 1 ) arctg( ) 34.99 35则 zmin zv1 cos 1 17 cos35 13.93而 z1 14 zmin 13.93 ，故不会发生根切。第七章 齿轮系作业7.2 解：齿条的移动方向如图所示，其轮系传动比为：i15 n1z2 z3 z4 z5n5z1z2' z3'z4'48 120 40 8060 80 60 2则齿轮 5'的转速为：n5n1i15240 7.5 r /min

26、32又齿轮 5'分度圆直径为：d5'z5'm 65 5 325 mm325 7.5 0.128 m/s60000v6所以齿条的移动速度为：60 1000解：1. 其轮系传动比为：d5'n57.3i14n1z2z3z4 42 78 55n4z1z2' z3'1 18 18则齿轮 4 的转速n5 n450905 556.11即转筒 5 的转速）为：n1 1500 2.70 r /mini14 556.11所以重物的移动速度为：D5n5400 2.70.057 m/s60 1000 600002. 电动机的转向如图所示。7.6 解：1. 该轮系为复合轮

27、系，由齿轮 1、 2、2'、3、H 组成一个周转轮系，由 齿轮 1、2、 2'、4、H 另组成一个周转轮系。2. 周转轮系 1、 2、2'、3、 H 的传动比为：Hn1nHz2z332 80640i1313n3nHz1z2'26 22143则 143n1 143nH640n3 640nHn 143n1 640n3 143 300 640 ( 50) 13.9 r /min nH13.9 r /min故 H 640 143 783 所以 nH 与 n1转向相同3. 周转轮系 1、2、2'、 4、 H 的传动比为： H n1 nH z2 z4 32 36 2

28、88i14 n4 nH z1z2' 26 22 143 则 143n1 143nH 288n4 288nH ， 故143n1 143nH 288nH 143 300 13.9 (288 143)288 所以 n4与 n1转向相同1 H H 156 r/min7.8 解：1. 该轮系为复合轮系，由齿轮1、2、3、H 组成周转轮系， 由齿轮 3 '、4、5 组成定轴轮系。2. 周转轮系的传动比为：Hi13n1 nHn3 nHz3 88 4 z1 22故 n1 4nH nH 4n3 3nH 4n3in3' n3定轴轮系的传动比为：3'5n5nHz51z3'故

29、n3' n3n5nH3. 因此 n1 3nH 4n3 3n5 4( n5) 7n5i15 nn1 7 所以 15 n57.13 解：1. 该轮系为复合轮系，由齿轮3'、4、5、 H 组成周转轮系，由齿轮1、2、2'、3 组成一个定轴轮系， 由齿轮 5'、 6 组成另一个定轴轮系。2. 周转轮系的传动比为：i3H'5n3' nHz5605n5 nHz3'242故 2n3'2nH5n55nH ，则定轴轮系 1、3n3 n1 故 3 2 12、2'、3 的传动比为：3100 150 r /min2i13n1n3z2z3z1z2&

30、#39;60 30 290 30 3定轴轮系 5'、6 的传动比为：i5'6n5'n6z6z5'32368n5'n6故 5' 9 6 98 900 800r /min3. 而 n3 n3' ， n5 n5'，所以n2n3' 5n5 2 150 5 ( 800)nH528.6r /min因此77第八章其他常用机构作业8.5 解：t1t2t3 53 5610 515t2t153522 0.675 3 3n(z 2) n(6 2)2z232264n121n33所以 mbrb ae F 5 20 920kgmm解析法计算：ae a

31、c2 ce2452 302 54.1 mmmbmbrb 1100 rb2504.4 kgtg1 actg56.3ce4530第九章 机械的平衡作业9.3 解：盘形转子的平衡方程为：mr1 m2r2 m3r3 m4r4 mbrb 0则 5 100 7 200 8 150 6 1 00 mbrb 0500 1400 1200 600 mbrb 0 1400F20 kgmm/ mm取 F 70由向量多边形量得 ae=55 mm , 57 ，9.4 解：1. 将质量 m1、 m2向平面和平面进行分解：m2 m2l2 l3l1 l2 l315 2 200 103 200kgm2152003 2005 kgl1l1 l2 l320 200 6.67 kg3 200kg20 2 200 13.333 200