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1、第二章习题及解答第二章习题及解答2-1 如题图 2-1 所示为一小型冲床，试绘制其机构运动简图，并计算机构自由度。（a） （b） 题图 2-1 解： 1)分析 该小型冲床由菱形构件 1、滑块 2、拨叉 3 和圆盘 4、连杆 5、冲头 6 等构件组成，其 中菱形构件 1 为原动件，绕固定点 A 作定轴转动，通过铰链 B 与滑块 2 联接，滑块 2 与拨 叉 3 构成移动副，拨叉 3 与圆盘 4 固定在一起为同一个构件且绕 C 轴转动，圆盘通过铰链 与连杆 5 联接，连杆带动冲头 6 做往复运动实现冲裁运动。 2)绘制机构运动简图 选定比例尺后绘制机构运动简图如图（b）所示。 3)自由度计算 其中
2、 n=5，PL=7, PH=0, F=3n-2PL-PH=35-27=1 故该机构具有确定的运动。2-2 如题图 2-2 所示为一齿轮齿条式活塞泵，试绘制其机构运动简图，并计算机构自 由度。（a） （b） 题图 2-2解： 1)分析 该活塞泵由飞轮曲柄 1、连杆 2、扇形齿轮 3、齿条活塞 4 等构件组成，其中飞轮曲柄 1 为原动件，绕固定点 A 作定轴转动，通过铰链 B 与连杆 2 联接，连杆 2 通过铰链与扇形 齿轮 3 联接，扇形齿轮 3 通过高副接触驱动齿条活塞 4 作往复运动，活塞与机架之间构成 移动副。 2) 绘制机构运动简图 选定比例尺后绘制机构运动简图如图（b）所示。 3)自由
3、度计算 其中 n=4，PL=5, PH=1F=3n-2PL-PH=34-25-1=1 故该机构具有确定的运动。2-3 如图 2-3 所示为一简易冲床的初步设计方案，设计者的意图是电动机通过一级齿 轮 1 和 2 减速后带动凸轮 3 旋转，然后通过摆杆 4 带动冲头实现上下往复冲压运动。试根 据机构自由度分析该方案的合理性，并提出修改后的新方案。题图 2-3 解： 1)分析2)绘制其机构运动简图(图 2-3 b) 选定比例尺后绘制机构运动简图如图（b）所示。 3)计算机构自由度并分析其是否能实现设计意图由图 b 可知，45200lhnpppF故3(2)3 4(2 520)00lhFnpppF 因
4、此，此简易冲床根本不能运动，需增加机构的自由度。 4)提出两种修改方案 为了使机构能运动，应增加机构的自由度。方法可以是：在机构的适当位置，增加一 个活动构件和一个低副，或者用一个高副去代替一个低副，其修改方案很多，图 c 图 d 给 出其中的两种方案。新方案中：562lhnpp新方案的机构自由度：3 5(262)1F 改进后的方案具有确定的运动。2-4 如题图 2-4 所示为一小型压力机，试绘制其机构运动简图，并计算机构自由度。（a） （b） 题图 2-4 解： 1)分析该压力机由齿轮 1、偏心轮 1、连杆 2、导杆 3、叉形连杆 4、齿轮 5、滚子 6、滑块 7、冲头 8 所组成，其中齿轮
5、 1 与偏心轮 1固定连接组成一个构件，且为原动件，偏心轮 1与连杆 2 通过转动副联接，连杆通过铰链推动导杆移动，导杆的另外一端与连杆 4 构成 转动副，连杆 4 的中部有一个滚子 6，齿轮 5 的端面加工有一个凹槽，形成一个端面槽形 凸轮，滚子 6 嵌入凸轮槽中，叉形连杆 4 另外一端与滑块 7 构成移动副，滑块 7 通过铰链 与冲头联接，驱动冲头滑块作往复上下冲压运动。 2)作机构运动简图 选定比例尺后绘制机构运动简图如图（b）所示。 3)计算该机构的自由度810201(D)lhnpppF处滚子的转动3(2)3 8(2 1020) 11lhFnpppF 故该机构具有确定的运动。2-5 如
6、题图 2-5 所示为一人体义腿膝关节机构，若以胫骨 1 为机架，试绘制其机构运动简 图，并计算机构自由度。（a） （b） 题图 2-5解： 1)分析 该机构所有构件均为杆状，且都是通过转动副相联接， 2)绘制机构运动简图 选定比例尺后绘制机构运动简图如图（b）所示。 3)计算自由度57000lhnpppF3(2)3 52 71lhFnpppF 故该机构具有确定的运动。2-6 计算图 2-6 所示压榨机机的机构自由度。（a） （b）题图 2-6解： 该机构中存在结构对称部分，构件 4、5、6 和构件 8、9、10。如果去掉一个对称部分，机构仍能够正常工作，故可将构件 8、9、10 上转动副 G、
7、H、I、D 处带来约束视为虚约束；构件 7 与构件 11 在左右两边同时形成导路平行的移动副，只有其中一个起作用，另一个是虚约束；构件 4、5、6 在 E 点处形成复合铰链。机构中没有局部自由度和高副。去掉机构中的虚约束，则得到图(b)中实线所示的八杆机构，其中活动构件数为，7n机构中低副数，于是求得机构的自由度为：10 lP11027323 hlPPnF故该机构具有确定的运动。2-7 计算题图 2-7 所示测量仪表机构的自由度。题图 2-7 解： 1)分析 该机构包括 6 个活动构件，其中导杆与扇形齿轮固联在一起组成构件 5，齿轮与指针 固联在一起组成构件 6。 2)计算自由度活动构件数为，
8、机构中低副数，高副数于是求得机构的自由度为：6n L8P H1P LH323 62 811FnPP 故该机构具有确定的运动。2-8 如题图 2-8 所示为一物料输送机构，试绘制机构运动简图，并计算机构的自由度。（a） （b） 题图 2-8解 1）分析 该机构中共包含有 8 个构件，且所有构件均通过转动副联接，其中曲柄为原动件。 2）绘制机构运动简图 选定比例尺后绘制机构运动简图如图 2-8（b）所示。 3)计算自由度活动构件数为，机构中低副数，高副数于是求得机构的自由度为：7n L10P H0P LH323 72 1001FnPP 故该机构具有确定的运动。2-9 如题图 2-8 所示为一拟人食
9、指机械手，试绘制该机构的运动简图，并计算机构的自由 度。（a） （b） 题图 2-9 解： 1)分析 该机构共有 8 个构件，其中手掌体为机架，活塞 A 作直线移动，为原动件，其余运动 副均为转动副。 2）绘制运动简图选定比例尺后绘制机构运动简图如图 2-9（b）所示。 3）自由度计算机构中活动构件数：710000lhnpppF3(2)3 72 101lhFnpppF 故该机构具有确定的运动。2-9 如题图 2-9 所示为某一机械中制动器的机构运动简图，工作中当活塞杆 1 被向右拉时， 通过各构件传递运动迫使摆杆 4、6 作相向摆动，制动块压紧制动轮实现制动；当活塞杆 1 被向左拉时，迫使构件
10、 4、6 作反相摆动，此时制动块与制动轮脱离接触，不起制动作用。 试分析该机构由不制动状态过渡到制动状态时机构自由度变化情况。解： 1）分析工作过程 制动过程中闸瓦经历了不接触制动轮，到单边闸瓦接触制动轮，再到两侧闸瓦全部压 紧制动轮三种情况。闸瓦接触到制动轮之后，摆杆停止摆动，此时的摆杆可认为变成了机 架的一部分，因此，制动过程中机构的构件数目会发生变化。 1)未刹车时，刹车机构的自由度68000lhnpppF3(2)3 62 82lhFnpppF 2)闸瓦之一刹紧车轮时，刹车机构的自由度,G J57000lhnpppF3(2)3 52 71lhFnpppF 3) 闸瓦同时刹紧车轮时，刹车机
11、构的自由度,G J46000lhnpppF3(2)3 42 60lhFnpppF 2-10 题 4-图为外科手术用剪刀。其中弹簧的作用是保持剪刀口张开，并且便于医生单手操作。忽略弹簧，并以构件 1 为机架，分析机构的工作原理，画出该机构的运动简图。（a） （b） 题图 2-10 解： 1）工作原理分析 若以构件 1 为机架，则该手术用剪刀由机架、原动件、从动件、组成，共 个构件。属于平面四杆机构。当用手握住剪刀，即构件(固定钳口)不动时，驱动构件 ，使构件绕构件转动的同时，通过构件带动构件(活动钳口)也沿构件(固定钳 口)上下移动，从而使剪刀的刀口张开或闭合。 2）绘制运动简图 选定比例尺后绘制机构运动简图如图 2-10（b）所示。 3）自由度计算34000lhnpppF3(2)3 3240lhFnpppF 2-11 如题图 2-11 所示为一内燃机简图，试计算该机构的自由度，并确定该机构的级别， 若选构件 5 为原动件，该机构又是几级机构。（a） （b） （c） 题图 2-11 解： 1)计算此机构的自由度3(2)3 72 101lhFnpppF 2)取构件为原动件时，机构的基本杆组图如图 b 所示，此机构为级机构。 AB3)取构件为原动件时，机构的基本杆组图如图 c 所示，此机构为级机构。EG
