机械原理第七版西北工业大学课后习题答案第2—8章参考答案

机械原理课后习题答案第二章 机构的结构分析题题 2-11 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 2-11a)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3n3lp1hp01423323hlppnF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 2-11b)2) 在构件 3、4 之间加一滑块及一个移动副(图 2-11c)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 2-11d)。

11(c)题2-11(d)54364(a)5325215436426(b)321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）所示题题 2-12 图 a 所示为一小型压力机图上，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、凸轮(槽)5 与滚子 6 组成高副。

故解法一：7n9lp2hp12927323hlppnF解法二：8n10lp2hp局部自由度1F11210283)2(3FpppnFhl题题 2-13 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ＡＢＣ１２３４解：解：1)取比例尺,绘制机构运动简图如图题 2-3 所示)2)3n4lp0hp10423323hlppnF题题 2-14 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)5n7lp0hp10725323hlppnF弯曲 90º 时的机构运动简图题题 2-15 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,绘制机构运动简图如图 2-4 所示)2)7n10lp0hp101027323hlppnF题题 2-16 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？解解：a)4n5lp1hp11524323hlppnFA 处为复合铰链b) 解法一：5n6lp2hp12625323hlppnF解法二：7n8lp2hp虚约束0 p局部自由度2F12)0282(73)2(3FpppnFhl2、4 处存在局部自由度c) 解法一：5n7lp0hp10725323hlppnF解法二：11n17lp0hp虚约束263010232nppphl局部自由度0F10)20172(113)2(3FpppnFhlC、F、K 处存在复合铰链d)6n7lp3hp13726323hlppnF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 个约束题题 2-18 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6n8lp0hp20826323hlppnF2)闸瓦 G、J 之一刹紧车轮时，刹车机构的自由度5n7lp0hp10725323hlppnF3)闸瓦 G、J 同时刹紧车轮时，刹车机构的自由度4n6lp0hp00624323hlppnF题题 2-20 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）均组成移动副解法一：13n17lp4hp虚约束：因为ADCDBCAB， 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10 n低副数17lp高副数3hp局部自由度3 F43103317232nppphl局部自由度4F14)44172(133)2(3FpppnFhl解法二：如图 2-7（b）局部自由度1F11)0132(33)2(3FpppnFhl题题 2-21 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4n5lp1hp11524323hlppnF题题 2-23 图示为以内燃机的机构运动简图，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图2-23(a)A1EB2D3FG654CH41572(c)23(b)67514763解：1)计算此机构的自由度7n10lp0hp101027323hlppnF2)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题 2-24 试计算如图所示平面高副机构的自由度解：1）计算自由度F = 3n - ( 2P l+P h– p’ )-F’=3×5 - (2×6+1 -0)-1 =1高副低代：拆组:Ⅱ级组解：1）计算自由度F = 3n - ( 2P l+P h– p’ )-F’=3×7 - (2×9+1 -0)-1 =1高副低代:拆组:Ⅱ级组Ⅲ 级组 题题 2-26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。

Ａ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4m,为 4 族平面机构35 ppi 5113452466miipminmF3352660iipnF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3m,为 3 族平面机构25p14p 51112223236mihlippnpminmF241522660iipnF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3m的 3 族平面机构35p14p1F 5145134353366miiFppFpminmF2114353660FipnFi将平面高副改为空间高副，可消除虚约束第 3 章课后习题参考答案 3—1何谓速度瞬心?相对瞬心与绝对瞬心有何异同点? 答：参考教材 30~31 页。

3—2何谓三心定理?何种情况下的瞬心需用三心定理来确定? 答：参考教材 31 页 3-3 试求图示各机构在图示位置时全部瞬心的位置(用符号 P， ，直接标注在图上) (a)(b)答：答：（10 分） (d)（10 分） 3-4 标出图示的齿轮一连杆组合机构中所有瞬心，并用瞬心法求齿轮 1 与齿轮 3 的传动比 ω1/ω3答：1)瞬新的数目： K=N(N-1)/2=6(6-1)/2=152)为求ω1/ω3需求 3 个瞬心 P16、P36、P13的位置（2 分）3） ω1/ω3= P36P13/P16P13=DK/AK 由构件 1、3 在 K 点的速度方向相同，可知ω3与ω1同向3-6 在图示的四杆机构中，LAB=60mm，LCD=90mm,LAD=LBC=120mm, ω2=10rad/s,试用瞬心法 求： 1)当φ=。