1、平面机构的运动分析及答案解析(总分:100.00,做题时间:90 分钟)一、B填空题/B(总题数:10,分数:20.00)1.速度瞬心可以定义为互作平面相对运动的两构件上 1 的点。(分数:2.00)填空项 1:_2.相对瞬心与绝对瞬心的相同点是_,不同点是_;在由 N个构件组成的机构中,有_个相对瞬心,有_个绝对瞬心。(分数:2.00)填空项 1:_3.作平面相对运动的三个构件的三个瞬心必 1。(分数:2.00)填空项 1:_4.在矢量方程图解法中,影像原理只适用于求_。(分数:2.00)填空项 1:_5.平面四杆机构共有_个速度瞬心,其中_个是绝对瞬心。(分数:2.00)填空项 1:_6.
2、当两构件组成回转副时,其瞬心是 1。(分数:2.00)填空项 1:_7.当两构件不直接组成运动副时,瞬心位置用 1 确定。(分数:2.00)填空项 1:_8.当两构件的相对运动为_动,牵连运动为_动时,两构件的重合点之间将有哥氏加速度。哥氏加速度的大小为_,方向与_的方向一致。(分数:2.00)填空项 1:_9.当两构件组成转动副时,其相对速度瞬心在_处;组成移动副时,其瞬心在_处;组成兼有滑动和滚动的高副时,其瞬心在_处。(分数:2.00)填空项 1:_10.速度影像的相似原理只能应用于_的各点,而不能应用于_的各点。(分数:2.00)填空项 1:_二、B计算题/B(总题数:20,分数:80
3、.00)11.如下图 a所示的机构,已知:主动件曲柄 AB匀角速度转动,LCD=2LAB=400mm,L BC=300mm,L EF=400mm, 1=10rad/s,E 点位于 CD杆的中点。试用矢量方程图解法求解机构在图示位置时(即 ABCD,ABBC)滑块 F点的速度 vF和加速度 aF。要求列出矢量方程,并标注各量的大小和方向情况。(分数:4.00)_12.在下图图 a所示的机构中,已知各构件的长度,主动件 AB以等角速度顺时针方向旋转,现已给出机构在图示位置的速度多边形(图 b)和加速度多边形(图 c),试列出求解构件 2的角速度和角加速度以及 D、E两点的速度和加速度的过程。(要求
4、写出矢量方程,以及方程中各量的大小和表达式及方向)(分数:4.00)_13.如下图图 a所示机构位置,ABC=90,已知构件尺寸,原动件 1以等角速度 1逆时针方向转动,试求:该图是按 l=0.001 的比例绘制而成的(1)在图上标出机构的全部瞬心 P12、P 23、P 34、P 13和 P24,并指出其中的绝对瞬心。(2)利用相对运动图解法以任意比例尺作出机构的速度图和加速度图,求构件 3的角速度 3和角加速度 3。(要求:写出作图的矢量方程和主要步骤,写出 3及 3的表达式)(分数:4.00)_14.如下图图 a所示机构中,已知各杆尺寸,其中 LCD=LCB, 1=常数,试用相对运动图解法
5、求构件 5的速度 vD5和加速度 aD5,以及杆 2的角速度 2及其方向。要求列出矢量方程式及必要的算式,画出速度和加速度多边形。(分数:4.00)_15.在下图图 a所示机构中,已知各杆尺寸及 v1=常数,试用相对运动图解法求构件 3的角速度 3和角加速度 3。要求列出矢量方程式及必要的算式,画出速度和加速度多边形。(分数:4.00)_16.拉杆夹斗机构运动简图如图所示。已知:L AB=600mm,L BC=400mm,当拉杆 CD以 0.1m/s匀速上拉时,用相对运动图解法求:当 BC与 CD的夹角为 60时,夹斗运动的角速度。(分数:4.00)_17.如图所示齿轮连杆机构中,齿轮 2与杆
6、 BC固连。已知图示位置时,AB 垂直于 BC,CD 垂直于 BC,且 z1=3 1,式中 z1为齿轮 1的角速度, 1为 AB杆的角速度。若又知齿轮 2的齿数 z2=30,求齿轮 1的齿数 z1。(分数:4.00)_18.如图所示凸轮机构中,已知 R=45mm, =80mm, =20mm,=90,凸轮 1以等角速度 1=10rad/s逆时针方向转动。(分数:4.00)_19.在如图所示六杆机构中,原动件 2的角速度 2=10rad/s,机构图的比例尺为 l=2mm/mnl。试:(分数:4.00)_20.已知如图所示摆动导杆机构的尺寸和运动参数如下:L AB=30mm,L BC=67mm,L
7、AC=60mm, 1=90, 1=10rad/s。求:(分数:4.00)_21.在如图所示导杆机构中,已知 1=30,L AB=LAD=LBD=1m,导杆 3为一直角杆,BCD=ABC=90,LDC= LBD,构件 1为原动件,其角速度 1=1rad/s,角加速度 1=0。问:(分数:4.00)_22.在如图所示的摆动导杆机构中,已知 LAB=30mm,L AC=100mm,L BD=50mm,L DE=40mm, 1=45,曲柄 1以等角速度 1=10rad/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)。(分数:4.00)_23.已知如图
8、所示四杆机构的尺寸及位置,原动件曲柄以等角速度 1顺时针方向转动。画出机构速度图和加速度图,并在位置图上标出连杆上速度为零的点 F和加速度为零的点 E。(分数:4.00)_24.在如图所示六杆机构中,已知LAB=150mm,L BC=500mm,L DC=265mm,L AF=600mm,L BE=250mm,L AD=210mm,=45,BEBC,AFAD,曲柄1的等角速度 1=20rad/s,求角速度 3、 4,角加速度 3、 4。(解析法和图解法均可)(分数:4.00)_25.如图所示机构的尺寸和位置均已知,其中 1=10rad/s(常数),长度比例尺 l=0.01m/mm。求 E点的速
9、度 vE和加速度 aE。(分数:4.00)_26.如图所示机构中,设已知机构的尺寸及原动件以 1等速回转,试:(分数:4.00)_27.如图所示摇块机构中,已知 LAB=60mm,L AC=120mm,L BD=60mm,=60,曲柄角速度 1=100rad/s,试求:构件 2的角速度 2、角加速度 2和 D点的速度 vD、加速度 aD。(用矢量方程图解法)(分数:4.00)_28.在如图所示的齿轮连杆组合机构中,已知 LAB=45mm,L BC=100mm,L CD=70mm,L AD=120mm,试分析:(分数:4.00)_29.在如图所示的齿轮-连杆机构中,AB/CD,齿轮 5与连杆 3
10、固连,并与齿轮 6啮合。已知LAB=2LCD=150mm,L BC=160mm,齿数 z5=30,z 6=45, 2=90rad/s。试求齿轮 6的角速度 6的大小和方向。(分数:4.00)_30.在如图所示的机构中,L AB=150mm,L BE=150mm,L BC=300mm,L CD=400mm,L AE=250mm,ABDE, 1=2(1/s) (顺时针方向), 4=1(1/s) (逆时针方向),试求速度 vC2及 3的大小与方向。(方法自选。若用矢量方程图解法,须用文字简述其过程,作图精度不作要求)(分数:4.00)_平面机构的运动分析答案解析(总分:100.00,做题时间:90
11、分钟)一、B填空题/B(总题数:10,分数:20.00)1.速度瞬心可以定义为互作平面相对运动的两构件上 1 的点。(分数:2.00)填空项 1:_ (正确答案:瞬时相对速度为零(或瞬时绝对速度相同))解析:2.相对瞬心与绝对瞬心的相同点是_,不同点是_;在由 N个构件组成的机构中,有_个相对瞬心,有_个绝对瞬心。(分数:2.00)填空项 1:_ (正确答案:互作平面相对运动的两构件上瞬时相对速度为零的点 后者绝对速度为零,前者不是 (N-1)/(N/2-1) N-1)解析:3.作平面相对运动的三个构件的三个瞬心必 1。(分数:2.00)填空项 1:_ (正确答案:在同一直线上)解析:4.在矢
12、量方程图解法中,影像原理只适用于求_。(分数:2.00)填空项 1:_ (正确答案:同一构件上不同点的速度 加速度)解析:5.平面四杆机构共有_个速度瞬心,其中_个是绝对瞬心。(分数:2.00)填空项 1:_ (正确答案:6 2)解析:6.当两构件组成回转副时,其瞬心是 1。(分数:2.00)填空项 1:_ (正确答案:回转副中心)解析:7.当两构件不直接组成运动副时,瞬心位置用 1 确定。(分数:2.00)填空项 1:_ (正确答案:三心定理)解析:8.当两构件的相对运动为_动,牵连运动为_动时,两构件的重合点之间将有哥氏加速度。哥氏加速度的大小为_,方向与_的方向一致。(分数:2.00)填
13、空项 1:_ (正确答案:移 转 * 将 vC2C1沿 1转 90)解析:9.当两构件组成转动副时,其相对速度瞬心在_处;组成移动副时,其瞬心在_处;组成兼有滑动和滚动的高副时,其瞬心在_处。(分数:2.00)填空项 1:_ (正确答案:转动副中心 移动方向的垂线上无穷远处 接触点处公法线上)解析:10.速度影像的相似原理只能应用于_的各点,而不能应用于_的各点。(分数:2.00)填空项 1:_ (正确答案:同一构件上 不同构件上)解析:二、B计算题/B(总题数:20,分数:80.00)11.如下图 a所示的机构,已知:主动件曲柄 AB匀角速度转动,LCD=2LAB=400mm,L BC=30
14、0mm,L EF=400mm, 1=10rad/s,E 点位于 CD杆的中点。试用矢量方程图解法求解机构在图示位置时(即 ABCD,ABBC)滑块 F点的速度 vF和加速度 aF。要求列出矢量方程,并标注各量的大小和方向情况。(分数:4.00)_正确答案:(按比例尺*画机构图。计算运动已知点的速度*(1)速度分析 对于同一构件上的不同点,有速度矢量方程*取速度比例尺*作机构图示位置的速度多边形,如图 b所示。利用速度影像法求出 vE。* 2=0, 4=0,构件 2和构件 4作瞬时平动。滑块 F点的速度vF=*=200.05m/s=1m/s构件 3的角速度*(2)加速度分析 计算运动已知点的加速
15、度*对于同一构件上的不同点,有加速度矢量方程*取加速度比例尺*作机构图示位置的加速度多边形,如图 c所示。利用加速度影像法求出 aE。对于同一构件上的不同点,列出加速度矢量方程,求滑块 F点的加速度 aF*)解析:解析 (1)分析机构的组成情况,这是一个六杆机构的运动分析问题。 (2)机构中不存在转动的滑块,故只需采用同一构件上的不同点求解即可。 (3)利用影像法原理求解 E点的运动。12.在下图图 a所示的机构中,已知各构件的长度,主动件 AB以等角速度顺时针方向旋转,现已给出机构在图示位置的速度多边形(图 b)和加速度多边形(图 c),试列出求解构件 2的角速度和角加速度以及 D、E两点的
16、速度和加速度的过程。(要求写出矢量方程,以及方程中各量的大小和表达式及方向)(分数:4.00)_正确答案:(速度分析 利用同一构件上的不同点及不同构件上的重合点,列出速度矢量方程*构件 2的角速度 2(rad/s)*vD、v E用速度影像法求得*(2)加速度分析 利用同一构件上的不同点和不同构件上的重合点,列出加速度矢量方程*构件 2的角加速度(rad/s 2)*aD及 aE则用加速度(m/s 2)影像法求解*)解析:解析 (1)分析机构的组成情况,这是一个四杆机构的运动分析问题。 (2)机构中存在转动的滑块,所以既需用同一构件的不同点,又要用不同构件上的重合点求解。 (3)利用影像法原理求解
17、 D点、E 点的运动。13.如下图图 a所示机构位置,ABC=90,已知构件尺寸,原动件 1以等角速度 1逆时针方向转动,试求:该图是按 l=0.001 的比例绘制而成的(1)在图上标出机构的全部瞬心 P12、P 23、P 34、P 13和 P24,并指出其中的绝对瞬心。(2)利用相对运动图解法以任意比例尺作出机构的速度图和加速度图,求构件 3的角速度 3和角加速度 3。(要求:写出作图的矢量方程和主要步骤,写出 3及 3的表达式)(分数:4.00)_正确答案:(机构的全部瞬心 P12、P 23、P 34、P 13和 P24如图 b所示。P 14、P 34、P 24和 P13为绝对瞬心。(1)
18、速度分析 取构件 3上的 B点为动点,构件 2上的 B点为牵连点,列出重合点 B点的速度矢量方程*取速度比例尺 v作机构图示位置的速度多边形,如图 c所示。机构在图示位置时构件 3的角速度 2= 3=0,v B3=0(2)加速度分析 重合点 B点的加速度矢量方程*取加速度比例尺 a作机构图示位置的加速度多边形,如图 d所示。构件 3的角加速度 3(rad/s2)*)解析:解析 (1)本题属于四杆机构(摆动导杆机构处于特殊位置时)的运动分析问题。 (2)标出机构的全部瞬心,其中的绝对瞬心是绝对速度为零的点的瞬心。 (3)机构中存在转动的滑块,所以需要利用不同构件上的重合点求解。14.如下图图 a
19、所示机构中,已知各杆尺寸,其中 LCD=LCB, 1=常数,试用相对运动图解法求构件 5的速度 vD5和加速度 aD5,以及杆 2的角速度 2及其方向。要求列出矢量方程式及必要的算式,画出速度和加速度多边形。(分数:4.00)_正确答案:(速度分析 对于同一构件 2上的不同点,有速度矢量方程*取速度比例尺 v作机构图示位置的速度多边形;如图 b所示,用速度影像法求 vD2。对于不同构件上的重合点 D点,列出速度矢量方程*构件 5的速度 vD5(m/s)*构件 2的角速度 2(rad/s)*(2)加速度分析 对于同一构件 2上的不同点,列出加速度矢量方程*取加速度比例尺 a作机构图示位置的加速度
20、多边形;如图 c所示,用加速度影像法求 aD2。对于不同构件上的重合点 D点,列出加速度矢量方程*构件 5的加速度 aD5(m/s2)*)解析:解析 (1)图示为六杆机构求解,既有同一构件上的不同点,又有不同构件上的重合点运动分析问题。 (2)构件 2为求解的关键构件,它和滑块 3铰链连接,并与滑块 4以移动副连接。 (3)求解时注意影像法的应用。15.在下图图 a所示机构中,已知各杆尺寸及 v1=常数,试用相对运动图解法求构件 3的角速度 3和角加速度 3。要求列出矢量方程式及必要的算式,画出速度和加速度多边形。(分数:4.00)_正确答案:(速度分析 列出速度矢量方程*取速度比例尺 v作机
21、构图示位置的速度多边形,如图 c所示,由图中求得构件 3的角速度 2(rad/s)*(2)加速度分析 列出加速度矢量方程*取加速度比例尺 a作机构图示位置的加速度多边形,如图 d所示。由图中得构件 3的角加速度 3(rad/s2)*)解析:解析 (1)机构为带有两个滑块的四杆机构。机构中既有平动滑块,又有转动的滑块。(2)本题利用了构件扩大的概念,将构件 3扩大到包括 B点,如图 b所示。(3)利用重合点法求构件 3的角速度 3和角加速度 3。16.拉杆夹斗机构运动简图如图所示。已知:L AB=600mm,L BC=400mm,当拉杆 CD以 0.1m/s匀速上拉时,用相对运动图解法求:当 B
22、C与 CD的夹角为 60时,夹斗运动的角速度。(分数:4.00)_正确答案:(图ABC 中*,所以*故ABC=-120-35.26=24.74。取*画速度多边形(见下图),图中vCBBC,v BAB,cbp=ABC=24.74*pbc 中有*,则*)解析:17.如图所示齿轮连杆机构中,齿轮 2与杆 BC固连。已知图示位置时,AB 垂直于 BC,CD 垂直于 BC,且 z1=3 1,式中 z1为齿轮 1的角速度, 1为 AB杆的角速度。若又知齿轮 2的齿数 z2=30,求齿轮 1的齿数 z1。(分数:4.00)_正确答案:(齿轮 1、2 的相对速度瞬心在连心线上节点 P处,有 z1LAP= 1L
23、AB= z2LBP因为 ABBC,CDBC,所以 z2=0, z1LAP= 1LAB。即3z=z1+z2,z 1=*z2=15)解析:18.如图所示凸轮机构中,已知 R=45mm, =80mm, =20mm,=90,凸轮 1以等角速度 1=10rad/s逆时针方向转动。(分数:4.00)_正确答案:(1)如图 a所示,P 23在 C点,P 13在 A点,P 12在 BO与 CA线交点。且*(2)高副低代运动简图如图 b所示。则有*其中,*取*作速度矢量多边形,如图 c所示。*)解析:19.在如图所示六杆机构中,原动件 2的角速度 2=10rad/s,机构图的比例尺为 l=2mm/mnl。试:(
24、分数:4.00)_正确答案:(1)F=3n-2P L-PH=35-27-0=1进行杆组拆分如图 a所示。3、4 为级杆组,5、6 为级杆组。机构为级机构。*(2)运动求解1)用瞬心法求解,如图 b所示。P12P23与 P34P14的交点为 P13,P 13P35与 P16P56的交点为 P15,P 23P35与 P15P12的交点为 P25。*2)用相对运动图解法求解。由任意点 p作*=L AB 2/ v,方向垂直于 AB;由 b作 bdBD;由 p作pdDE,交 bd于 d点。据*,在 bd上求出 c点,*即 c点速度,如图 c所示。过 c点作 cfCF;由 p作 pf平行于滑块 6移动方向
25、,交 cf于 f点,*代表滑块 6移动速度,则*)解析:20.已知如图所示摆动导杆机构的尺寸和运动参数如下:L AB=30mm,L BC=67mm,L AC=60mm, 1=90, 1=10rad/s。求:(分数:4.00)_正确答案:(1)构件 3的绝对速度瞬心在 C点,如图 a所示。*(2)取*。由任意点 p作*=v b1/ v= 1LAB/10=30mm,作 b3b1/CB;由 p作 pb3BC,pb 3代表 vB3,如图b所示。由 p作 pdCD,交 b1b3,于 d,有*(3)B2、B 3点相对运动有哥氏加速度存在。因为 B2与 B3间有相对滑动,且牵连运动为转动( 2)。)解析:2
26、1.在如图所示导杆机构中,已知 1=30,L AB=LAD=LBD=1m,导杆 3为一直角杆,BCD=ABC=90,LDC= LBD,构件 1为原动件,其角速度 1=1rad/s,角加速度 1=0。问:(分数:4.00)_正确答案:(1)l 1=LAB=1m,l 4=LAD=1m,l 2=,l 3=+L CD。由于 lmin+lmaxp+q,即 l1+l3l 2+l4。由存在两个整转副的条件可知,该机构不满足条件。所以 AB杆不能 360整周转动。(2)瞬心 P14在 A处,P 12在 B处,P 34在 D处,P 23在垂直于 BC的无穷远处,P 13在 A点处,如图 a所示。*(3)列矢量方
27、程,作机构在图示位置的加速度多边形,如图 b所示。*)解析:22.在如图所示的摆动导杆机构中,已知 LAB=30mm,L AC=100mm,L BD=50mm,L DE=40mm, 1=45,曲柄 1以等角速度 1=10rad/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)。(分数:4.00)_正确答案:(1)速度分析*取*作速度多边形,得*ABC 中*则 LBC=123.87mm 3= 2=vB3/LBC2rad/s,逆时针方向在 pb3上作 d、e,则*(2)加速度分析*取*作加速度多边形,则*)解析:23.已知如图所示四杆机构的尺寸及位
28、置,原动件曲柄以等角速度 1顺时针方向转动。画出机构速度图和加速度图,并在位置图上标出连杆上速度为零的点 F和加速度为零的点 E。(分数:4.00)_正确答案:(1)速度分析*机构图示位置的速度多边形如图 b所示。*(2)加速度分析*机构图示位置的加速度多边形如图 c所示。连杆上速度为零的点 F和加速度为零的点 E为加速度极点 p的影像点,其作法:连接加速度多边形中的pbc,作EBCpbc即可得 E点)均应为绝对速度瞬心 P24点,即 AB与 CD交点,如图 a所示。)解析:24.在如图所示六杆机构中,已知LAB=150mm,L BC=500mm,L DC=265mm,L AF=600mm,L
29、 BE=250mm,L AD=210mm,=45,BEBC,AFAD,曲柄1的等角速度 1=20rad/s,求角速度 3、 4,角加速度 3、 4。(解析法和图解法均可)(分数:4.00)_正确答案:(1)速度分析*vB= 1lAB=200.15m/m=3m/s取*画速度多边形(图 a),得*作速度影像图bceBCE,则*(2)加速度分析*取*,画加速度多边形,如图 b所示,得*)解析:25.如图所示机构的尺寸和位置均已知,其中 1=10rad/s(常数),长度比例尺 l=0.01m/mm。求 E点的速度 vE和加速度 aE。(分数:4.00)_正确答案:(1)速度分析*其中,*取*画速度多边
30、形,如图 a所示,得*继续作速度多边形图,由图得*(2)加速度分析*其中:*取*画加速度多边形,如图 b所示。*继续作加速度多边形,由图 b得*)解析:26.如图所示机构中,设已知机构的尺寸及原动件以 1等速回转,试:(分数:4.00)_正确答案:(如下图所示。*(1)P14在 A点,P 24在 B点,P 23在过 E点的法线上,又应在 p24p34的连线上,E 点即为 P23点。P 12在 D点法线上,又根据三心定理,P 12应在 P24P14直线上,所以 P12在二直线交点 A处。P 13应在 p12p23,与 P14P34的交点上;P 12P23为 AE的连线;P 14P34为过 A点所
31、作 CP34的平行线,二线交点为 A(即 P14、P 12),A 点也是P13。(2)构件 3只作移动,其上各点速度均相同。*)解析:27.如图所示摇块机构中,已知 LAB=60mm,L AC=120mm,L BD=60mm,=60,曲柄角速度 1=100rad/s,试求:构件 2的角速度 2、角加速度 2和 D点的速度 vD、加速度 aD。(用矢量方程图解法)(分数:4.00)_正确答案:(1)速度分析*vB= 1LAB=1000.06m/s=6m/s取*画速度矢量多边形,如图 a所示。由图中得vC=vB=6m/s, 2=0,v D=vB=6m/s*(2)加速度分析*取*画加速度矢量多边形,
32、如图 b所示。由图中得*aD=a2LDC=254m/s2)解析:28.在如图所示的齿轮连杆组合机构中,已知 LAB=45mm,L BC=100mm,L CD=70mm,L AD=120mm,试分析:(分数:4.00)_正确答案:(1)L AB+LAD=165mmL BC+LCD=170mmAB杆是最短杆,且又为连架杆,它与最长杆长度之和小于另外两杆长度之和,所以,构件 1为曲柄,能作整周转动。(2)F=3n-(2PL+PH)=35-(26+2)=1或 F=3n-(2PL+PH-P)-F=35-(26+2-0)-0=1(3)P13位置如下图所示。*)解析:29.在如图所示的齿轮-连杆机构中,AB
33、/CD,齿轮 5与连杆 3固连,并与齿轮 6啮合。已知LAB=2LCD=150mm,L BC=160mm,齿数 z5=30,z 6=45, 2=90rad/s。试求齿轮 6的角速度 6的大小和方向。(分数:4.00)_正确答案:(如下图所示。*vB3/vC3, 3=0vB3=vC3, 4= 2LAB/LCD=2 2,逆时针方向齿轮 5、6 及杆 4组成一周转轮系(4 为系杆),有* 6=* 4+ 4=334.3rad/s,逆时针方向)解析:30.在如图所示的机构中,L AB=150mm,L BE=150mm,L BC=300mm,L CD=400mm,L AE=250mm,ABDE, 1=2(
34、1/s) (顺时针方向), 4=1(1/s) (逆时针方向),试求速度 vC2及 3的大小与方向。(方法自选。若用矢量方程图解法,须用文字简述其过程,作图精度不作要求)(分数:4.00)_正确答案:(用矢量方程图解法:由于 BCCD*式中有三个未知量,但 vC2B2与 vC2C3均在 CD线方向,可先合成一个未知量来作速度矢量多边形,求出vC3D。取*,作速度矢量多边形,由图得* 3=vC3D/LCD=0.625rad/s,顺时针方向 2= 3=0.625rad/svC2B2= 2LBC=187.5mm/s在矢量多边形上作*=v C2B2/ v=18.75mm,得 C2点,连 bc2代表 vC2,则有vC2=*=400mm/s,方向如下图示*)解析: