机械设计基础第二版题解

机械设计基础第二版(陈晓南_杨培林)题解

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从自由度，凸轮，齿轮，v 带，到轴，轴承

第三章部分题解

3-5 图 3-37 所示为一冲床传动机构的设计方案。设计者的意图是通

过齿轮 1 带动凸轮 2 旋转后，经过摆杆 3 带动导杆 4 来实现

冲头

上下冲压的动作。试分析此方案有无结构组成原理上的错误。若

有，应如何修改？

解 画出该方案的机动示意图如习题 3-5 解图(a)，其自由度为：

F = 3n - 2P 5 - P 4 = 3′3- 2′4-1= 0 其中：滚子

为局部自由度

计算可知：自由度为零，故该方案无法实现所要求的运动，即结

图 3-37 习题 3-5 图构组成原理上有错误。

解决方法：①增加一个构件和一个低副，如习题 3-5 解图(b)所示。其自由度为：

F = 3n - 2P 5 - P 4 = 3′4- 2′5-1=1

②将一个低副改为高副，如习题 3-5 解图(c)所示。其自由度为：

F = 3n - 2P 5 - P 4 = 3′3- 2′3- 2 =1

习题 3-5 解图(a) 习题 3-5 解图(b) 习题 3-5 解图(c)

3-6 画出图 3-38 所示机构的运动简图（运动尺寸由图上量取），并计算其自由度。

(a)机构模型 (d) 机构模型图 3-38 习题 3-6 图 解(a) 习题 3-6(a)图所示机构的运动简图可画成习题 3-6(a)解图(a)或习题 3-6(a)解图(b)的两种形式。

计算该机构自由度为：

F = 3n - 2P 5 - P 4 = 3′3- 2′4-0 =1

习题3-6(a)解图(a)习题3-6(a)解图(b)

解(d)习题3-6(d)图所示机构的运动简图可画成习题3-6(d)解图(a)、习题3-6(d)解图(b)、习题3-6(d)解图

(c) 等多种形式。

- 1 -

计算该机构自由度为：

F = 3n- 2P5 - P4 = 3′3- 2′4-0 =1

习题

3-6(d)解图(a) 习题3-6(d)解图(b) 习题3-6(d)解图(c)

3-7 计算图3-39 所示机构的自由度，并说明各机构应有的原动件数目。

解(a) F = 3n- 2P5 - P4 = 3′7 - 2′10-0 =1

A、B、C、D 为复合铰链

原动件数目应为1

说明：该机构为精确直线机构。当满足BE=BC=CD=DE，AB=AD，

AF=CF 条件时，E 点轨迹是精确直线，其轨迹垂直于机架连心线AF

解(b) F = 3n- 2P5 - P4 = 3′5- 2′7 -0 =1

B 为复合铰链，移动副E、F 中有一个是虚约束原动件数目应为1

说明：该机构为飞剪机构，即在物体的运动过程中将其剪切。剪切时剪刀的水平运动速度与被剪物体的水平运动速度相等，以防止较厚的被剪物体的压缩或拉伸。

解(c)方法一：将△FHI 看作一个构件

F = 3n- 2P5 - P4 = 3′10- 2′14-0 = 2

B、C 为复合铰链原动件数目应为2

方法二：将FI、FH、HI 看作为三个独立的构件

F = 3n- 2P5 - P4 = 3′12- 2′17 -0 = 2

B、C、F、H、I 为复合铰链

原动件数目应为2

说明：该机构为剪板机机构，两个剪刀刀口安装在两个滑

块上，主动件分别为构件AB 和DE。剪切时仅有一

个主动件运动，用于控制两滑块的剪切运动。而另

一个主动件则用于控制剪刀的开口度，以适应不同

厚度的物体。

解(d) F = (3-1)n-(2-1)P 5 = (3-1)′3-(2-1)′5 =1

原动件数目应为1

说明：该机构为全移动副机构（楔块机构），

其公共约束数为1，即所有构件均受到

不能绕垂直于图面轴线转动的约束。

解(e) F = 3n- 2P5 - P4 = 3′3- 2′3-0 = 3原动件数目应为

3

说明：该机构为机械手机构，机械手头部装有弹簧夹手，以便夹取物体。三个构件分别由三个独立的电动机驱动，以

满足弹簧夹手的位姿要求。弹簧夹手与构件 3 在机构运

动时无相对运动，故应为同一构件。

2

3-10 找出图3-42 所示机构在图示位置时的所有瞬心。若已知构件1

的角速度w

1 ，试求图中机构所示位置时构件3 的速度或角速度

（用表达式表示）。

解(a)v= v=w l（←）解(b)v= v=w l（↓）

解(c)∵ v=w l=w l（↑）解(d)v= v=w l（↑）

l（ ）

∴ w3 = w1

l

3

第六章部分题解参考

6-9 试根据图6-52 中注明的尺寸判断各铰链四杆机构的类型。

图6-52 习题6-9 图

解(a)∵ l max +l min =110+ 40 =150 ＜S l其余= 90+ 70 =160

最短杆为机架

∴ 该机构为双曲柄机构

(b)∵ l max +l min =120+ 45 =165＜S l其余=100+ 70 =170最短杆邻边为机架

∴ 该机构为曲柄摇杆机构

(c)∵ l max +l min =100+50 =150＞S l其余= 70+ 60 =130

∴ 该机构为双摇杆机构

(d)∵ l max +l min =100+50 =150＜S l其余= 90+ 70 =160最短杆对边为机架

∴ 该机构为双摇杆机构

6-10 在图6-53 所示的四杆机构中，若a =17 ，c = 8，d = 21。则b 在什么范围内

时机构有曲柄存在？它是哪个构件？

解分析：⑴根据曲柄存在条件②，若存在曲柄，则 b 不能小于c；若b=c，则不

满足曲柄存在条件①。所以b 一定大于c。

⑵若b＞c，则四杆中 c 为最短杆，若有曲柄，则一定是C D 杆。

b＞d：l max +l min = b+ c ≤S l= a + d图6-53 习题6-10 图∴ b≤a + d -c =17 + 21-8 = 30b＜d：

l max +l min = d +c≤S l其余= a +b

∴ b≥d +c-a = 21+8-17 =12

结论：12≤b≤30 时机构有曲柄存在，C D 杆为曲柄

6-13 设计一脚踏轧棉机的曲柄摇杆机构。AD 在铅垂线上，要求踏板

CD 在水平位置上下各摆动10°，且l CD =500mm，l AD =1000mm。

试用图解法求曲柄AB 和连杆BC 的长度。

m/mm 比例，作出A、D、C、C1 和C2 点。

解作图步骤：①按m

l =

②连接AC1、AC2，以A 为圆心AC1 为半径作圆交AC2

于E 点。

③作EC2 的垂直平分线n-n 交EC2 于F 点，则FC2 的长

度为曲柄AB 的长度。

④作出机构运动简图ABCD 及B1、B2 点。

⑤测量必要的长度尺寸，得到设计结果。

注：以上作图步骤可以不写出，但图中必须保留所有的作图线

条。l

m l AB = ′8 = m = 80 mm （计算值： mm）

AB =