浙江工业大学机械原理习题卡

第二章 机构的结构分析

一、试画出图示平面机构的机构示意图，并计算自由度（步骤：1）列出完整公式，2）带入数据，3）写出结果）。

图a ) 唧筒机构――用于水井的半自动汲水机构。图中水管4直通水下，当使用者来回摆动手

柄2时，活塞3将上下移动，从而汲出井水。 n= 3

p L = 4 p H = 0

p '= 0 F '= 0 F=3n －(2p l ＋p h －p ′)－F ′

= 3×3－（2×4＋0－0）－0 = 1

图b ) 缝纫机针杆机构 原动件1绕铰链A 作整周转动，使得滑块2沿滑槽滑动，同时针杆作

上下移动，完成缝线动作。

解： 自由度计算： 画出机构示意图：

n= 3

p L = 4 p H = 0

p '= 0 F '= 0 F=3n －(2p l ＋p h －p ′)－F ′ = 3×3－(2×4＋0－0)－0 = 1

图c ）所示为一具有急回作用的冲床。图中绕固定轴心A 转动的菱形盘1为原

动件，其与滑块2在

B 点铰接，通过滑块2推动拨叉3绕固定轴心

C 转动，而拨叉3与圆盘4为同一构件。当圆盘4转动时，通过连杆5使冲头6实现冲压运动。试绘制其机构运动简图，并计算自由度。

观察方向

3

2

4

1 4

3

2

1

解：1) 选取适当比例尺μl ，绘制机构运动简图(见图b)

2) 分析机构是否具有确定运动

n= 5 p L = 7 p H = 0

p '= 0 F '= 0 F =3n －(2p l ＋p h －p ′)－F ′= 3×5－(2×7＋0－0)－0 ＝ 1 机构原动件数目＝ 1 机构有无确定运动？ 有确定运动

想一想

1．如何判断菱形盘1和滑块是否为同一构件？它们能为同一构件吗?

2 为了使冲头6得到上下运动，只要有机构CDE 即可，为什还要引入机构ABC ？(可在学过第三章后再来想想)

二、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) 选取适当比例尺μl ，绘制机构运动简图(见图b)

2) 分析是否能实现设计意图 n= 3

p L = 4 p H = 1

p '= 0 F '= 0

b ) μl = 1 mm/mm

5

3 (4)

2

1 6

7

F=3n －(2p l ＋p h －p ′)－F ′ =3×5－(2×7＋0－0)－0 = 1

机构有无确定运动？ 有确定运动 能否实现设计意图？ 不能

3) 提出修改方案（图c ）

c )

想一想：

1．通过本题．你对在设计新的机械或分析现有机械时，首先要绘制机构的运动简图有什么体会? 2．计算机构自由度的目的是什么?

3．当机构的自由度小于1时，可通过哪些途径来增加自由度?本题中还可列出哪些简单而又适用的修改方案？

三、计算图示机构的自由度，并在图上指出其中的复合铰链、局部自由度和虚约束。

n= 8 p L = 10 p H = 2 p '= 0 F '= 1

F=3n －(2p l ＋p h －p ′)－F ′

=3×8－(2×10＋2－0)－1= 1

n= 8 p L = 10 p H = 2

p '= 1 F '= 1

F =3n －(2p l ＋p h －p ′)－F ′

b ) μl = 1 mm/mm

4 5 3

2

b 3’’ b

4 5

3

2

1’

1

4

3

2

1

1’

A

复合铰链

局部自由度

虚约束

局部自

由度 复合铰链

=3×8－(2×10＋2－1)－1= 2

n= 10 p L = 14 p H = 1 p '= 1 F '= 1

F =3n －(2p l ＋p h －p ′)－F ′

=3×10－(2×14＋1－1)－1= 1

复合铰链

虚约束

局部自由度

四、对图示翻台机构：

(1) 绘出机构简图；

(2) 计算自由度；

(3) 进行结构分析，并指出杆组的数目与级别以及机构级别。图中箭头所在构件为原动件。

G

五、试计算图示机构的自由度。（若有复合铰链、局部自由度或虚约束，必须明确指出。〕并指出杆组的数目与级别以及机构级别。

G I

L

第3章 平面机构的运动分析答案

一、 填空题：

1．速度瞬心是两刚体上 瞬时速度相等 的重合点。 2．若 瞬心的绝对速度为零 ，则该瞬心称为绝对瞬心； 若 瞬心的绝对速度不为零 ，则该瞬心称为相对瞬心。

3．当两个构件组成移动副时，其瞬心位于 垂直于导路方向的无穷远 处。当两构件组成高副时，两个高副元素作纯滚动，则其瞬心就在 接触点处 ；若两个高副元素间有相对滑动时，则其瞬心在 过接触点两高副元素的公法线上 。

4．当求机构的不互相直接联接各构件间的瞬心时，可应用 三心定理 来求。 5．3个彼此作平面平行运动的构件间共有 3 个速度瞬心，这几个瞬心必定位于 一条直线 上。

6．机构瞬心的数目K 与机构的构件数N 的关系是 K ＝N (N －1)/2 。 7．铰链四杆机构共有 6 个速度瞬心，其中 3 个是绝对瞬心。

8．速度比例尺μν表示图上 每单位长度所代表的速度大小 ，单位为： (m/s)/mm 。 加速度比例尺μa 表示图上每单位长度所代表的加速度大小 ，单位为 (m/s 2)/mm 。 9．速度影像的相似原理只能应用于 构件 ，而不能应用于整个机构。

10．在摆动导杆机构中，当导杆和滑块的相对运动为 平 动，牵连运动为 转 动时（以上两空格填转动或平动），两构件的重合点之间将有哥氏加速度。哥氏加速度的大小为2×相对速度×牵连角速度；方向为 相对速度沿牵连角速度的方向转过90°之后的方向 。

二、试求出图示各机构在图示位置时全部瞬心的位置(用符号ij P 直接标注在图上)。 1

2 3

4

B

C D

A

P 23（P 13） P 14（P 24）

P 34

P 12

3 2 B

4 P 13

P 34

P 23→∞

2

3

4

B

C

P 23（P 24）

P 34 P 14→∞

P 13→∞