机械原理--速度瞬心习题
《机械原理》课后习题附答案
CB D BC平面机构结构分析专业———班级———学号———姓名——— 1.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1 输入，使轴A连续回转；而固装在轴A 上的凸轮与杠杆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。
C B 35 A 24 1解：1）取比例尺μ1＝1mm/mm 绘制机构运动简图2）分析是否能实现设计意图由图：n=3 pι=4 p h=1因为:F=3n-2pι-p h =3x3-2x4-1=0因此，此简易冲床不能运动。
因为由构件3，4，5 及运动副B，C，D 组成不能运动的刚性机架3）提出修改方案为了使此机构能运动，应增加机构的自由度。
修改方案：D(1 (2DG7D 64C EF9 38B 2 A122如图所示为一小型压力机。
图中齿轮 1与偏心轮 1’为同一构件，绕固定轴心 o 连续转动。
在齿轮 5上开有凸轮凹槽，摆杆 4上的滚子 6嵌在凹槽中，从而使摆杆 4 绕 C 轴上下摆动。
同时，又通过偏心轮 1’、连杆 2、滑杆 3使 C 轴上下移动。
最后通过在摆杆 4的叉槽中的滑块 7和铰链 G 使冲头 8实现冲压运动。
试绘制其机构运动简图，并计算自由度。
b)解：计算该机构的自由度n=7， p ι=9， p h =2 F=3n-2p e -p h =3x7-2x8-2=13. 试计算下列二图所示齿轮连杆组合机构的自由度。
图中相切的圆周表示一对齿轮传动的节圆；凡局部自由度、复合铰链和虚约束均需明确指出。
解：a ）解n=4 P ι=5 Ph=1F=3x4-2x5-1=134 C A复合铰链1a)BD 5b）解：n＝6 Pι=7 Ph=3F＝3×6－2×7－3＝14.试计算下列二图所示压榨机的自由度。
图a 中，左右两半完全对称；图b 中，CD = FI = KL = KM = FJ = CE，LI =KF = MJ = JE = FC = ID。
机械原理-简单机构速度分析的速度瞬心法
三心定理
作平面运动的三个构件共有三个瞬ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ，
它们位于同一直线上.
Vk1 K 2 1 Vk2
瞬心的应用
瞬心的应用
1 与3 的关系 已知四杆机构的尺寸及 1求全部瞬心、
P24 1 2 2
v p13 1 p14 p13 l
p23
3
p12 1 P13 p14
4
3
v p13 3 p34 p13 l
∞
v2 v p1 2 1 p13 p12 l
p13
1
p12
已知下列机构的尺寸及
求全部瞬心、 与
的关系
3
∞ P23
2
p13
p12
1
v2 v p1 2 1 p13 p12 l
速度瞬心
VA A B VB
v p1 v p2 0
绝对瞬心
P12
VA1 A2
2 A B
v p1 v p2 0
VB1B 2
相对瞬心
1
P12
P12
瞬心的数目
n ( n 1) N 2
•N－瞬心数
•n－构件数
瞬心的求法
观察法
P12
P12在无穷远
P12 P12在公法线上
三心定理
4 p34
p34 p13 1 3 p14 p13
已知下列机构的尺寸及
求全部瞬心、 与
的关系
p13 P12 1
v p12 1 p13 p12 l 2 p23 p12 l
p23 p12 1 2 p13 p12
2
p23
3
已知下列机构的尺寸及
求全部瞬心、 与
的关系
第4章 速度瞬心及其应用
直接以运动副相连的两构件的速度瞬心的确定
3
（P1m或P2n为瞬心但不是铰链时仍然正确） 为瞬心但不是铰链时仍然正确）
4
作平面运动三个构件之间的三个速度瞬心 必在同一条直线上。 （证明作习题 ）
5
4.2 速度瞬心在机构速度分析中的应用 速度瞬心在机构速度分析中的应用 机构
已知各杆长和ω2，求ω4和ω3。（须标注转向或方向）
高副低代——采用低副代替高副进行变通处理的方法 采用低副代替高副进行变通处理的方法 高副低代
要点——找出两高副元素的接触点处的公法线和曲率中心 找出两高副元素的接触点处的公法线和曲率中心 要点
在机构运动分析仅考虑 机构的位置、速度和加速度的 情况下以及分析机构的级别时， 可以采用高副低代。
曲线与曲线形成的高副
VP23=ω3μl（P13P23）=ω2μl（P12P23） ω3=ω2（P12P23）/（P13P23）
6
（动画） V4=ω2μl（P12P24） VP23=ω3μl（P13P23）=ω2μl（P12P23） ω3=ω2（P12P23）/（P13P23）
7
ω1 ⋅ P01P12 µ l = v P12 = v2 （↑）
（动画）
（动画）
8
4.3 瞬心线和瞬心线机构 瞬心线和瞬心线机构
A、B轨迹为直线；AB中点轨迹为
圆；AB及其延长线上其它点轨迹为 椭圆。
（矩形对角线相等：OP≡AB。∠APB恒为直角）
为定瞬心线， 圆S4为定瞬心线，而圆 为定瞬心线 而圆S2 为动瞬心线 ,动瞬心线将沿定瞬 动瞬心线将沿定瞬 心线作无滑动的滚动 利用瞬心线设计而成的机构 利用瞬心线设计而成的机构 叫做瞬心线机构
11
曲线与点形成的高副
第三章习题答案
宁夏大学机械工程学院基础部《机械原理》课程第三章机构的运动分析习题答案1. 在图示的凸轮机构中，已知各构件尺寸，长度比例尺μl ，凸轮1的角速度ω1，逆时针方向转动，试确定：（1）全部瞬心的数目（要写出计算公式）；（2）全部瞬心的位置（标注在图上）；（3）从动杆2的速度υ2的表达式。
解：分332)13(32)1N (N (1)K ----=-⨯=-=（2）瞬心位置如图----3分 （3）l 13121P122P P V V μω•==----3分2.在图示的四杆机构中，已知各构件尺寸，长度比例尺为μl ，构件1的角速度为ω1，逆时针方向转动，试确定：（1）全部瞬心的数目（要写出计算公式）；（2）全部瞬心的位置（标注在图上）；（3）从动杆3的角速度ω3的表达式。
解：分332)13(32)1N (N (1)K ----=-⨯=-=（2）瞬心位置如图----4分（3）2241424124l24144l 24122P P P P P P P P ωωμωμω==----3分3. 试求下图机构中的所有速度瞬心。
1234ω1P 12 P 24P 13P 14P 34P 23P 23 ∝P 23P 124. 画出下图所示机构的指定速度瞬心。
(1)画出图（a ）中的全部瞬心；(2)画出图(b)中的瞬心2426,P P5.在下图的四杆机构中，己知65,90,125,AB CD AD BC l mm l mm l l mm ==== 顺时针方向转动，试用瞬心法求： （1）当15oϕ=，点C 的速度C v(2) 当15o ϕ=时，构件BC(即BC 线上或其延长线上)速度最小的一点E 的位置及其速度值； (3)当0C v =时角ϕ的值。
110/,rad s ω=6. 已知下图所示机构各构件的尺寸，并知原动件1以速度'1v 匀速运动，试确定： (1)在图示位置时机构全部瞬心的位置；(2)构件2的角速度2ω、角加速度2α及其上C 点的速度C v 和加速度C a (写出表达式。
机械原理课后习题答案部分)
第二章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，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。
2-5 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2-22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。
2-11 如图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上下运动以达到冲压目的。
试绘出其机构运动简图，分析其是否能实现设计意图？并提出修改方案。
解：1）取比例尺绘制机构运动简图。
2）分析其是否可实现设计意图。
F=3n-( 2P l +P h –p’ )-F’=3×3-(2×4+1-0)-0=0此简易冲床不能运动,无法实现设计意图。
3）修改方案。
为了使此机构运动，应增加一个自由度。
办法是：增加一个活动构件，一个低副。
修改方案很多，现提供两种。
※2-13图示为一新型偏心轮滑阎式真空泵。
其偏心轮1绕固定轴心A转动，与外环2固连在一起的滑阀3在可绕固定轴心C转动的圆柱4中滑动。
机械原理复习题第3章
（7）图3-24所示机构中，已知原动件1以等角速度 =10rad/s逆时针方向转动， =100mm， =300mm，e=30mm。当 、120°、220°时，试用复数矢量法求构件2的转角 、角速度 和角加速度 ，构件3的速度 和加速度 。
解：取坐标系xAy，并标出各杆矢量及其方位角，如图所示。
（5）加速度影像原理适用于整个机构。 （ ×）
2.单选题
（1）以移动副相连的两构件间的瞬心位于（ B ）
A．导路上B．垂直于导路方向的无穷远处
C．过构件中心的垂直于导路方向的无穷远处D．构件中心
（2）速度影像原理适用于（ C ）
A．整个机构B．通过运动副相连的机构C．单个构件D．形状简单机构
（3）确定不通过运动副直接相连的两构件的瞬心，除了运用概念法外，还需要借助（ A ）
当P12和P24重合时， ，则是杆2和杆3共线的位置，且有两个共线位置：一个是重叠共线位置， ；一个是拉直共线位置，
（4）图3-21所示机构中，已知 20㎜，滑块1及2分别以匀速且 0.002m/s作反向移动，试求机构在 45°位置时的速度之比 的大小。
解：机构为对称结构，分析ACEF部分，得出 结果乘以2即可。 ，故 。
（6）在用解析法进行运动分析时，如何判断各杆的方位角所在的象限？如何确定速度、加速度、角速度和角加速度的方向？
答：各杆的方位角所在象限可根据其三角函数分子分母的正负号或机构的初始安装情况和机构运动的连续性来确定。
速度、加速度求解结果为正，说明其与杆矢的方向相同，否则相反；角速度和角加速度结果为正，说明其方向为沿X轴起方位角增加的方向，否则相反。
解：
（a）①作速度分析
求 。 ，其方向垂直AB，指向与 转向一致。
机械原理习题解答(第1-3章)
vB
+
vC2B
=
vC3
+
vC2C3
方向
？ ？
ω1lAB
？
BC
AB
0
? ∥BC
b
C(C2,C3,C4)
p
C3
C2
d
e
再根据速度影像原理，作△bde ∽ △ BDE 求得d及e，由图可得
b
vD v pd 0.23m / s
C(C2,C3,C4)
p' C '
（3）加速度分析
' C2
3
答：（1）机构所有的瞬心数：K=（N-1）/2=6(6-1)/2=15。 （2）求出如下三个瞬心P16，P36，P13，如下图所示。
P23 K（P13） P36
P12 P16
1 / 3 P P / P P 36 13 16 13
3-11 速度多边形和加速度多边形有哪些特性？试标出图 中VAB、VBC、VCA及VA、VB、VC的方向？ 答：速度多边形具有以下特点： （1）作图起点p称为速度多边形的极点p，它代表机构中速 度为零的点。 （2）在速度多边形中，连接p点和任一点的矢量代表该点 在机构图中同名点的绝对速度，其指向是从p点指向该点。
答：速度瞬心是互作平面相对运动的两构件上瞬时相对速 度为零的重合点，也就是具有同一瞬时绝对速度的重合点 (即瞬时绝对速度速度相等的重合点)，简称瞬心。若瞬心 处的绝对速度为零，则该瞬心称为绝对瞬心，否则称为相 对瞬心。 3-2 何为三心定理？何种情况下的瞬心需用三心定理来确 定？ 答： 三心定理是指三个彼此作平面平行运动的构件的三 个瞬心必位于同一直线上。 对于不通过运动副直接相连的两构件间的瞬心位置，需用 三心定理来确定。
机械原理习题(参考)(1)
机械原理复习题绪论复习思考题1、试述构件和零件的区别与联系？2、何谓机架、原动件和从动件？第一章机械的结构分析复习思考题1、两构件构成运动副的特征是什么？2、如何区别平面及空间运动副？3、何谓自由度和约束？4、转动副与移动副的运动特点有何区别与联系？5、何谓复合铰链？计算机构自由度时应如何处理？6、机构具有确定运动的条件是什么？7、什么是虚约束？习题1、画出图示平面机构的运动简图，并计算其自由度。
（a）(b) (c)2、一简易冲床的初拟设计方案如图。
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。
3、计算图示平面机构的自由度；机构中的原动件用圆弧箭头表示。
(a) (b) (c)(d) (e) (f)第二章 平面机构的运动分析复习思考题1、已知作平面相对运动两构件上两个重合点的相对速度12A A V 及12B B V 的方向，它们的相对瞬心P 12在何处？2、当两构件组成滑动兼滚动的高副时，其速度瞬心在何处？3、如何考虑机构中不组成运动副的两构件的速度瞬心？4、利用速度瞬心，在机构运动分析中可以求哪些运动参数？5、在平面机构运动分析中，哥氏加速度大小及方向如何确定？习题1、试求出下列机构中的所有速度瞬心。
(a) (b)(c) (d)2、图示的凸轮机构中，凸轮的角速度ω1=10s-1，R=50mm，l A0=20mm，试求当φ=0°、45°及90°时，构件2的速度v。
题2图凸轮机构题3图组合机构3、图示机构，由曲柄1、连杆2、摇杆3及机架6组成铰链四杆机构，轮1′与曲柄1固接，其轴心为B，轮4分别与轮1′和轮5相切，轮5活套于轴D上。
各相切轮之间作纯滚动。
试用速度瞬心法确定曲柄1与轮5的角速比ω1/ω5。
4、在图示的颚式破碎机中，已知：x D=260mm，y D=480mm，x G=400mm，y G=200mm，l AB=l CE=100mm，l BC=l BE=500mm，l CD=300mm，l EF=400mm，l GF=685mm，ϕ1=45°,ω1=30rad/s 逆时针。
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习题 > 答案
一.概念
1.当两构件组成转动副时,其相对速度瞬心在转动副的圆心处;组成移动副时,其瞬心在垂直于移动导路的无穷远处;组成滑动兼滚动的高副时,其瞬心在接触点两轮廓线的公法线上.
2.相对瞬心与绝对瞬心相同点是都是两构件上相对速度为零,绝对速度相等的点 ,而不同点是相对瞬心的绝对速度不为零,而绝对瞬心的绝对速度为零 .
3.速度影像的相似原理只能用于同一构件上的两点,而不能用于机构不同构件上的各点.
4.速度瞬心可以定义为互相作平面相对运动的两构件上,相对速度为零,绝对速度相等的点.
5.3个彼此作平面平行运动的构件共有 3 个速度瞬心,这几个瞬心必位于同一条直线上 .含有6个构件的平面机构,其速度瞬心共有 15 个,其中 5 个是绝对瞬心,有 9 个相对瞬心.
二.计算题
1、
2.关键:找到瞬心P 36
6 Solution:
The coordinates of joint B are
y =ABsinφ=0.20sin45°=0.141m
x =ABsinφ=0.20sin45°=0.141m
The vector diagram of the right Fig is drawn by representing the RTR (BBD) dyad. B B
The vector equation, corresponding to this loop, is written as
+ -=0 or =-
Where = and =γ. When the above vectorial equation is projected on the x and y axes, two scalar equations are obtained: r*cos(φ+π)=x -x =-0.141m
r*sin(φ+π)=y -y =-0.541m
Angle φ is obtained by solving the system of the two previous scalar equations:
tgφ= φ=75.36°
The distance r is
r=
=0.56m
The coordinates of joint C are
x =CDcosφ=0.17m y =CDsinφ-AD=0.27m
For the next dyad RRT (CEE), the right Fig, one can write
Cecos(π- φ)=x
- x Cesin(π- φ)= y - y
r B r r D r D B r 3D B 3D B 33141.0541
.0⇒3)cos(3πϕ+-B
D x x C 3C 34
E C 4E C
Vector diagram represent the RRT (CEE) dyad.
When the system of equations is solved, the unknowns φ and x are obtained: φ=165.9° x =-0.114m
7. Solution: The origin of the system is at A, A ≡0; that is, x =y =0.
The coordinates of the R joints at B are
x =l cosφ y = l sinφ
For the dyad DBB (RTR), the following equations can be written with respect to the sliding line CD:
mx - y +n=0 y =mx +n
With x =d , y =0 from the above system, slope m of link CD and intercept n can be calculated: m= n= The coordinates x and y of the center of the R joint C result from the system of two equations:
y =mx +n=, (x - x )+(y - y )=l 4E 4E A A B 1B 1B B D D D 1D 11
1cos sin d l l -ϕϕϕϕ
cos sin 1111l d l d -C C C C ϕϕϕϕcos sin cos sin 111
111
1l d l d x d l l C -+-C D 2C D 22
3
Because of the quadratic equation, two solutions are abstained for x and y .For continuous motion of the mechanism, there are constraint relations for the Choice of the correct solution; that is x < x < x and y >0
For the last dyad CEE (RRT), a position function can be written for joint E: (x -x )+(y -h)=l The equation produces values for x and x , and the solution x >x is selected for continuous motion of the mechanism.
C C C B
D C C
E 2C 22
4
1E 2E E C。