机械设计基础课后习题答案

第三章部分题解参考

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？

习题3-5图

习题3-5解图(a) 习题3-5解图(b) 习题3-5解图(c) 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：

14233 2345=-⨯-⨯=--=P P n F 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：

1

15243 2345=-⨯-⨯=--=P P n F 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：

1

23233 2345=-⨯-⨯=--=P P n F 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。

习题3-6(a)图 习题3-6(d)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。 自由度计算：

1042332345=-⨯-⨯=--=P P n F

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)或习题3-6(d)解图(b)

的两种形式。 自由度计算：

1042332345=-⨯-⨯=--=P P n F

习题3-6(d)解图(a) 习题3-6(d)解图(b)

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) 10102732345=-⨯-⨯=--=P P n F

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) 1072532345=-⨯-⨯=--=P P n F

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

201420132345=-⨯-⨯=--=P P n F

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

201722132345=-⨯-⨯=--=P P n F 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) 15)12(31)-3()12()13(

5=⨯--⨯=---=P n F

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) 3032332345=-⨯-⨯=--=P P n F

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。

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1ω，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) 14131133P P P l v v ω==（←） 解(b) 14131133P P P l v v ω==（↓）

解(c) ∵ 341331413113P P P P P l l v ωω==（↑） 解(d) 14131133P P P l v v ω==（↑）

∴ 134

1314

133ωωP P P P l l =

（ ）

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。

习题6-9图

解 (a) ∵ 15040110min max =+=+l l ＜1607090=+=∑其余l

最短杆为机架

∴ 该机构为双曲柄机构

(b) ∵ 65145120min max =+=+l l ＜17070001=+=∑其余l 最短杆邻边为机架

∴ 该机构为曲柄摇杆机构

(c) ∵ 05150100min max =+=+l l ＞3010670=+=∑其余l

∴ 该机构为双摇杆机构

(d) ∵ 15050100

min max =+=+l l ＜6017090=+=∑其余l

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17=a ，8=c ，21=d 。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D C 杆。 b ＞d ： c b l l +=+m i n m a x ≤d a l +=∑其余

∴ b ≤3082117=-+=-+c d a b ＜d ： c d l l +=+m i n m a x ≤b a l +=∑其余 ∴ b ≥1217821=-+=-+a c d

结论：12≤b ≤30时机构有曲柄存在，D C 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CD l =500mm ，AD l =1000mm 。试用图解法求曲柄AB 和连杆BC 的长度。

解 m m 78m 078.08.701.0==⨯==AB l l AB μ

m m 1115m 115.15.11101.0==⨯==BC l l BC μ