机械原理习题答案

机械原理习题答案

《机械原理》作业题解

第二章

机构的结构分析

F＝3n－2pl－ph ＝3×－2×－1＝ 0 34 F = 3n ? (2pl + ph )= 3 × 4 ? (2 × 5 + 1) = 1

7 4

3

8 5 2 9 1-1' F = 3n ?(2pl + ph ? p') ? F'= 3 × 8 ? (2 ×10 + 2 ? 0) ?1

= 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方案。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,首先要计算机构管此机构有4个活动件，但齿轮1和凸轮2是固装能作为一个活动件，故 n?3 pl?3 ph?1

F?3n?2pl?ph?3?3?2?4?1?0

的自由度。尽在轴A上，只

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2-1b)。 (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)。

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：n?7 pl?9ph?2

F?3n?2pl?ph?3?7?2?9?2?1

解法二：n?8 pl?10 ph?2 局部自由度 F??1

F?3n?(2pl?ph?p?)?F??3?8?2?10?2?1?1

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。

题2-4

时，可将设备中的

解：1)取比例尺,绘制机构运动简图。(如图题2-3所示)

４

Ａ

题2-3

2) n?3 pl?4 ph?0

F?3n?2pl?ph?3?3?2?4?0?1

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。(如图2-4所示)

2) n?7 pl?10 ph?0

F?3n?2pl?ph?3?7?2?10?0?1

题2-5 图a所示是为高位截肢的人保持人行走的稳定性。若以颈骨1试绘制其机构运动简图和计算其

运动简图。

解：1)取比例尺,绘制机构运动如虚线所示。(如图2-5所示) 2) n?5 pl?7 ph?0

F

所设计的一种假肢膝关节机构，该机构能

为机架，

自由度，并作出大腿弯曲90度时的机构

简图。大腿弯曲90度时的机构运动简图

题2-6 杆组合机构（图中在D处为铰接在

题2a、d为齿轮-连杆组合机构；图b为凸轮-连；图c为一精压机机构。并

束

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

数目是否相同？为什么？解： a) n?4 pl?5ph?1

b) 解法一：n?5 pl?6ph?2

F?3n?2pl?ph?3?5?2?6?2?1

解法二：n?7 pl?8ph?2 虚约束p??0 局部自由度 F??2 F?3n?(2pl?ph?p?)?F??3?7?(2?8?2?0)?2?1

c) 解法一：n?5 pl?7ph?0

F?3n?2pl?ph?3?5?2?7?0?1

O

A3E

(b)

解法二：n?11 pl?17ph?0

??3n??2?10?0?3?6?2 局部自由度 F??0 虚约束p??2pl??ph

F?3n?(2pl?ph?p?)?F??3?11?(2?17?0?2)?0?1

d) n?6 pl?7ph?3

F?3n?2pl?ph?3?6?2?7?3?1

齿轮3与齿轮5的啮合为高副（因两齿轮中心距己被约

单侧接触）将提供1个约束。

束，故应为

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