机械原理答案1_7

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1、. . . .第二章 平面机构的结构分析题2-1 图a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（各尺寸由图上量取），分析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。(图2-1a)2)要分析是否能实现设计意图,首先要计算机构的自由度。尽管此机构有4个活动件，但齿轮1和凸轮2是固装在轴A上，只能作为一个活动件，故 原动件数不等于自由度数，此简易冲床不能运动，即不能实现设计意图。分析：因构件3、4与机架5和运动副B、C、D组成不能运

2、动的刚性桁架。故需增加构件的自由度。3)提出修改方案：可以在机构的适当位置增加一个活动构件和一个低副，或用一个高副来代替一个低副。(1) 在构件3、4之间加一连杆及一个转动副(图2-1b)。(2) 在构件3、4之间加一滑块及一个移动副(图2-1c)。(3) 在构件3、4之间加一滚子(局部自由度)及一个平面高副(图2-1d)。讨论：增加机构自由度的方法一般是在适当位置上添加一个构件（相当于增加3个自由度）和1个低副（相当于引入2个约束），如图2-1（b）（c）所示，这样就相当于给机构增加了一个自由度。用一个高副代替一个低副也可以增加机构自由度，如图2-1（d）所示。题2-2 图a所示为一小型压力

3、机。图上，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。解：分析机构的组成：此机构由偏心轮1（与齿轮1固结）、连杆2、滑杆3、摆杆4、齿轮5、滚子6、滑块7、冲头8和机架9组成。偏心轮1与机架9、连杆2与滑杆3、滑杆3与摆杆4、摆杆4与滚子6、齿轮5与机架9、滑块7与冲头8均组成转动副，滑杆3与机架9、摆杆4与滑块7、冲头8与机架9均组成移动副，齿轮1与齿轮5、

4、凸轮(槽)5与滚子6组成高副。故解法一： 解法二： 局部自由度 题2-3如图a所示为一新型偏心轮滑阀式真空泵。其偏心轮1绕固定轴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。当偏心轮1按图示方向连续转动时，可将设备中的空气按图示空气流动方向从阀5中排出，从而形成真空。由于外环2与泵腔6有一小间隙，故可抽含有微小尘埃的气体。试绘制其机构的运动简图，并计算其自由度。解：1)取比例尺,绘制机构运动简图。(如图题2-3所示) 2) 题2-4 使绘制图a所示仿人手型机械手的食指机构的机构运动简图（以手指8作为相对固定的机架），并计算其自由度。解：1)取比例尺,绘制机构运动简图。(

5、如图2-4所示)2) 题2-5 图a所示是为高位截肢的人所设计的一种假肢膝关节机构，该机构能保持人行走的稳定性。若以颈骨1为机架，试绘制其机构运动简图和计算其自由度，并作出大腿弯曲90度时的机构运动简图。解：1)取比例尺,绘制机构运动简图。大腿弯曲90度时的机构运动简图如虚线所示。(如图2-5所示)2) 题2-6 试计算如图所示各机构的自由度。图a、d为齿轮-连杆组合机构；图b为凸轮-连杆组合机构（图中在D处为铰接在一起的两个滑块）；图c为一精压机机构。并问在图d所示机构中，齿轮3与5和齿条7与齿轮5的啮合高副所提供的约束数目是否相同？为什么？解： a) b) 解法一： 解法二： 虚约束 局部

6、自由度 c) 解法一： 解法二： 虚约束 局部自由度 d) 齿轮3与齿轮5的啮合为高副（因两齿轮中心距己被约束，故应为单侧接触）将提供1个约束。齿条7与齿轮5的啮合为高副（因中心距未被约束，故应为双侧接触）将提供2个约束。题2-7试绘制图a所示凸轮驱动式四缸活塞空气压缩机的机构运动简图。并计算其机构的自由度（图中凸轮1原动件，当其转动时，分别推动装于四个活塞上A、B、C、D处的滚子，使活塞在相应得气缸内往复运动。图上AB=BC=CD=AD）。解：1)取比例尺,绘制机构运动简图。(如图2-7(b)所示)2) 此机构由1个凸轮、4个滚子、4个连杆、4个活塞和机架组成。凸轮与4个滚子组成高副，4个连

7、杆、4个滚子和4个活塞分别在A、B、C、D处组成三副复合铰链。4个活塞与4个缸（机架）均组成移动副。解法一： 虚约束：因为，4和5，6和7、8和9为不影响机构传递运动的重复部分，与连杆10、11、12、13所带入的约束为虚约束。机构可简化为图2-7（b）重复部分中的构件数 低副数 高副数 局部自由度局部自由度 解法二：如图2-7（b）局部自由度 题2-8 图示为一刹车机构。刹车时，操作杆1向右拉，通过构件2、3、4、5、6使两闸瓦刹住车轮。试计算机构的自由度，并就刹车过程说明此机构自由度的变化情况。（注：车轮不属于刹车机构中的构件。）解：1)未刹车时，刹车机构的自由度 2)闸瓦G、J之一刹紧车

8、轮时，刹车机构的自由度 3)闸瓦G、J同时刹紧车轮时，刹车机构的自由度 题2-9 试确定图示各机构的公共约束m和族别虚约束p，并人说明如何来消除或减少共族别虚约束。解：(a)楔形滑块机构的楔形块1、2相对机架只能在该平面的x、y方向移动，而其余方向的相对独立运动都被约束，故公共约束数,为4族平面机构。 将移动副改为圆柱下刨，可减少虚约束。 (b) 由于齿轮1、2只能在平行平面内运动，故为公共约束数,为3族平面机构。 将直齿轮改为鼓形齿轮，可消除虚约束。(c) 由于凸轮机构中各构件只能在平行平面内运动，故为的3族平面机构。 将平面高副改为空间高副，可消除虚约束。题2-10 图示为以内燃机的机构运

9、动简图，试计算自由度，并分析组成此机构的基本杆组。如在该机构中改选EG为原动件，试问组成此机构的基本杆组是否与前者不同。解：1)计算此机构的自由度 2)取构件AB为原动件时机构的基本杆组图2-10（b）所示。此机构为二级机构。3)取构件GE为原动件时机构的基本杆组图2-10（c）所示。此机构为三级机构。题2-11 图a所示为一收放式折叠支架机构。该支架中的件1和5分别用木螺钉联接于固定台板1和活动台板5上，两者在D处铰接，使活动台板能相对于固定台板转动。又通过件1、2、3、4组成的铰链四杆机构及连杆3上E点处销子与件5上的连杆曲线槽组成的销槽联接使活动台板实现收放动作。在图示位置时，虽在活动台

10、板上放有较重的重物，活动台板也不会自动收起，必须沿箭头方向推动件2，使铰链B、D重合时，活动台板才可收起（如图中双点划线所示）。现已知机构尺寸lAB=lAD=90mm,lBC=lCD=25mm，试绘制机构的运动简图，并计算其自由度。解：1)取比例尺,绘制机构运动简图。(如图2-11所示)2) E处为销槽副，销槽两接触点公法线重合，只能算作一个高副。 第三章 平面机构的运动分析题3-1 试求图示各机构在图示位置时全部瞬心的位置(用符号Pij直接标注在图上)解：题3-2 在图示在齿轮-连杆机构中,试用瞬心法求齿轮1与齿轮3 的传动比w1/w3.解：1）计算此机构所有瞬心的数目2）为求传动比需求出如

11、下三个瞬心、如图3-2所示。3）传动比计算公式为：题3-3在图a所示的四杆机构中，lAB=60mm，lCD=90mm，lAD=lBC=120mm，2=10rad/s，试用瞬心法求：1） 当=165时，点C的速度Vc；2） 当=165时，构件3的BC线上速度最小的一点E的位置及速度的大小；3） 当Vc=0时，角之值（有两个解）解：1) 以选定比例尺,绘制机构运动简图。(图3-3 )2）求VC，定出瞬心P13的位置。如图3-3（a） 3）定出构件3的BC线上速度最小的点E的位置。因为BC线上速度最小的点必与P13点的距离最近，所以过P13点引BC线延长线的垂线交于E点。如图3-3（a）4）当时，P

12、13与C点重合，即AB与BC共线有两个位置。作出的两个位置。量得 题3-4 在图示的各机构中，设已知各构件的尺寸、原动件1以等角速度1顺时针方向转动。试用图解法求机构在图示位置时构件3上C点的速度及加速度。解：a)速度方程：加速度方程：b) 速度方程：加速度方程：b) 速度方程：加速度方程：题3-5 在图示机构中，已知各构件的尺寸及原动件1的角速度1（为常数），试以图解法求1=90时，构件3的角速度3及角加速度3（比例尺如图）。（应先写出有关的速度、加速度矢量方程，再作图求解。）解：1) 速度分析：图3-5（b） 速度方程： 速度多边形如图3-5(b) 转向逆时针2) 加速度分析：图3-5（c

13、） 转向顺时针。题3-6 在图示的摇块机构中，已知lAB=30mm，lAC=100mm，lBD=50mm，lDE=40mm。曲柄以等角速度1=10rad/s回转，试用图解法求机构在1=45位置时，点D和点E的速度和加速度，以及构件2的角速度和角加速度。解： 1) 选定比例尺, 绘制机构运动简图。(图3-6 (a)2）速度分析：图3-6（b）速度方程 由速度影像法求出VE 速度多边形如图3-6 (b) （顺时针）3）加速度分析：图3-6（c） 由加速度影像法求出aE 加速度多边形如图3-6 (c) （顺时针）题3-7在图示的机构中，已知lAE=70mm，lAB=40mm，lEF=60mm，lDE

14、=35mm，lCD=75mm，lBC=50mm，原动件1以等角速度1=10rad/s回转，试以图解法求点C在1=50时的速度Vc和加速度ac。解：1) 速度分析：以F为重合点(F1、F5、F4) 有速度方程：以比例尺速度多边形如图3-7 (b)，由速度影像法求出VB、VD2) 加速度分析：以比例尺有加速度方程： 由加速度影像法求出aB、aD题3-8 在图示的凸轮机构中，已知凸抡1以等角速度转动，凸轮为一偏心圆，其半径，试用图解法求构件2的角速度与角加速度 。解：1) 高副低代，以选定比例尺,绘制机构运动简图。(图3-8 )2) 速度分析：图3-6（b） 取B4、B2为重合点。速度方程： 速度多边形如图3-8(b) 转向逆时针3）加速度分析：图3-8（c） 转向顺时针。