1、1机械设计基础（第五版）课后习题答案(完整版)杨可竺、程光蕴、李仲生主编1-1 至 1-4 解 机构运动简图如下图所示。 图 1.11 题 1-1 解图 图 1.12 题 1-2 解图 图 1.13 题 1-3 解图 图 1.14 题 1-4 解图 1-5 解 1-6 解 1-7 解 1-8 解 1-9 解 1-10 解 1-11 解 1-12 解 1-13 解 该导杆机构的全部瞬心如图所示，构件 1、3 的角速比为： 1-14 解 该正切机构的全部瞬心如图所示，构件 3 的速度为： ，方向垂直向上。 21-15 解 要求轮 1 与轮 2 的角速度之比，首先确定轮 1、轮 2 和机架 4 三个
2、构件的三个瞬心，即 ， 和 ，如图所示。则： ，轮 2 与轮 1 的转向相反。 1-16 解 （ 1）图 a 中的构件组合的自由度为： 自由度为零，为一刚性桁架，所以构件之间不能产生相对运动。 （ 2）图 b 中的 CD 杆是虚约束，去掉与否不影响机构的运动。故图 b 中机构的自由度为： 所以构件之间能产生相对运动。题 2-1 答 : a ） ，且最短杆为机架，因此是双曲柄机构。 b ） ，且最短杆的邻边为机架，因此是曲柄摇杆机构。 c ） ，不满足杆长条件，因此是双摇杆机构。 d ） ，且最短杆的对边为机架，因此是双摇杆机构。 题 2-2 解 : 要想成为转动导杆机构，则要求 与 均为周转副
3、。 （ 1 ）当 为周转副时，要求 能通过两次与机架共线的位置。 见图 2-15 中位置 和。 在 中，直角边小于斜边，故有： （极限情况取等号） ； 在 中，直角边小于斜边，故有： （极限情况取等号） 。 综合这二者，要求 即可。 （ 2 ）当 为周转副时，要求 能通过两次与机架共线的位置。 见图 2-15 中位置 和 。 在位置 时，从线段 来看，要能绕过 点要求： （极限情况取等号） ；在位置 时，因为导杆 是无限长的，故没有过多条件限制。 （ 3 ）综合（ 1 ） 、 （ 2 ）两点可知，图示偏置导杆机构成为转动导杆机构的条件是： 题 2-3 见图 2.16 。3图 2.16 题 2-
4、4 解 : （ 1 ）由公式 ，并带入已知数据列方程有： 因此空回行程所需时间 ； （ 2 ）因为曲柄空回行程用时 ， 转过的角度为 ， 因此其转速为： 转 / 分钟 题 2-5 解 : （ 1 ）由题意踏板 在水平位置上下摆动 ，就是曲柄摇杆机构中摇杆的极限位置，此时曲柄与连杆处于两次共线位置。取适当比例 图 尺，作出两次极限位置 和 （见图2.17 ） 。由图量得： ， 。 4解得 ： 由已知和上步求解可知： ， ， ， （ 2 ） 因最小传动角位于曲柄与机架两次共线位置，因此取 和 代入公式（ 2-3 ）计算可得： 或： 代入公式（ 2-3 ），可知 题 2-6 解： 因为本题属于设计题
5、，只要步骤正确，答案不唯一。这里给出基本的作图步骤，不给出具体数值答案。作图步骤如下（见图 2.18 ）： （ 1 ）求 ， ；并确定比例尺 。 （ 2 ）作 ， 。 （即摇杆的两极限位置） （ 3 ）以 为底作直角三角形 ， ， 。 （ 4 ）作 的外接圆，在圆上取点 即可。 在图上量取 ， 和机架长度 。则曲柄长度 ，摇杆长度 。在得到具体各杆数据之后，代入公式 （ 2 3 ）和 （ 2-3 ）求最小传动5角 ，能满足 即可。 图 2.18 题 2-7 图 2.19 解 : 作图步骤如下 （见图 2.19 ） ： （ 1 ）求 ， ；并确定比例尺 。 （ 2 ）作 ，顶角 ， 。 （ 3
6、）作 的外接圆，则圆周上任一点都可能成为曲柄中心。 （ 4 ）作一水平线，于 相距 ，交圆周于 点。 （ 5 ）由图量得 ， 。解得 ： 曲柄长度： 连杆长度： 题 2-8 解 : 见图 2.20 ，作图步骤如下： （ 1 ） 。 （ 2 ）取 ，选定 ，作 和 ， 。 （ 3 ）定另一机架位置： 角平 分线， 。 （ 4 ） ， 。 杆即是曲柄，由图量得 曲柄长度： 6题 2-9 解： 见图 2.21 ，作图步骤如下： （ 1 ）求 ， ，由此可知该机构没有急回特性。 （ 2 ）选定比例尺 ，作 ， 。 （即摇杆的两极限位置） （ 3 ）做 ， 与 交于 点。 （ 4 ）在图上量取 ， 和机
7、架长度 。 曲柄长度： 连杆长度： 题 2-10 解 : 见图 2.22 。这是已知两个活动铰链两对位置设计四杆机构，可以用圆心法。连接 ， ，作图 2.22 的中垂线与 交于 点。然后连接 ， ，作 的中垂线与 交于 点。图中画出了一个位置 。从图中量取各杆的长度，得到：， 题 2-11 解 : （ 1 ）以 为中心，设连架杆长度为 ，根据 作出 ， 。 （ 2 ）取连杆长度 ，以 ， ， 为圆心，作弧。 （ 3 ）另作以 点为中心， 、 ， 的另一连架杆的几个位置，并作出不同半径的许多同心圆弧。 （ 4 ）进行试凑，最后得到结果如下： ， ， ， 。 机构运动简图如图 2.23 。 7题
8、2-12 解 : 将已知条件代入公式（ 2-10 ）可得到方程组： 联立求解得到： ， ， 。 将该解代入公式（ 2-8 ）求解得到： ， ， ， 。 又因为实际 ，因此每个杆件应放大的比例尺为： ，故每个杆件的实际长度是： ， ， ， 。 题 2-13 证明 : 见图 2.25 。在 上任取一点 ，下面求证 点的运动轨迹为一椭圆。见图可知 点将 分为两部分，其中 ， 。 又由图可知 ， ，二式平方相加得 8可见 点的运动轨迹为一椭圆。3-1 解 图 3.10 题 3-1 解图如图 3.10 所示，以 O 为圆心作圆并与导路相切，此即为偏距圆。过 B 点作偏距圆的下切线，此线为凸轮与从动件在
9、B 点接触时，导路的方向线。推程运动角 如图所示。 3-2 解图 3.12 题 3-2 解图如图 3.12 所示，以 O 为圆心作圆并与导路相切，此即为偏距圆。过 D 点作偏距圆的下切线，此线为凸轮与从动件在 D 点接触时，导路的方向线。凸轮与从动件在 D 点接触时的压力角 如图所示。 3-3 解 ：从动件在推程及回程段运动规律的位移、速度以及加速度方程分别为：（ 1）推程： 0 150 9（ 2）回程：等加速段 0 60 等减速段 60 120 为了计算从动件速度和加速度，设 。 计算各分点的位移、速度以及加速度值如下： 总转角 0 15 30 45 60 75 90 105 位移 (mm)
10、 0 0.734 2.865 6.183 10.365 15 19.635 23.817 速度 (mm/s) 0 19.416 36.931 50.832 59.757 62.832 59.757 50.832 加速度（ mm/s 2 ） 65.797 62.577 53.231 38.675 20.333 0 -20.333 -38.675 总转角 120 135 150 165 180 195 210 225 位移 (mm) 27.135 29.266 30 30 30 29.066 26.250 21.563 速度 (mm/s) 36.932 19.416 0 0 0 -25 -50 -
11、75 加速度（ mm/s 2 ） -53.231 -62.577 -65.797 0 -83.333 -83.333 -83.333 -83.333 总转角 240 255 270 285 300 315 330 345 位移 (mm) 15 8.438 3.75 0.938 0 0 0 0 速度 (mm/s) -100 -75 -50 -25 0 0 0 0 加速度（ mm/s 2 ） -83.333 -83.333 83.333 83.333 83.333 0 0 0 根据上表 作图如下（注：为了图形大小协调，将位移曲线沿纵轴放大了 5 倍。 ）： 10图 3-13 题 3-3 解图 3-4 解 ： 图 3-14 题 3-4 图 根据 3-3 题解作图如图 3-15 所示。根据(3.1)式可知， 取最大，同时 s 2 取最小时，凸轮机构的压力角最大。从图 3-15 可知，这点可能在推程段的开始处或在推程的中点处。由图量得在推程的开始处凸轮机构的压力角最大，此时 =30 。 图 3-15 题 3-4 解图 3-5 解 ：（ 1）计算从动件的位移并对凸轮转角求导 当凸轮转角 在 0 过程中，从动件按简谐运动规律上升 h=30mm。根据教材(3-7)式 可得：
