机械原理第七版西北工业大学课后习题答2-7章.doc

西北工业大学机械原理课后习题解答

第二章机构的结构分析

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，以到达冲压的目的。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

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)。

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：

解法二：局部自由度

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。

解：1)取比例尺,绘制机构运动简图。(如图题2-3所示)

2)

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。假设以颈骨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：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)

弯曲90o时的机构运动简图

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)

题2-16试计算如下图各机构的自由度。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：a)

A处为复合铰链

b)解法一：

解法二：虚约束局部自由度

2、4处存在局部自由度

c)解法一：

解法二：

虚约束局部自由度

C、F、K处存在复合铰链

d)

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

2)闸瓦G、J之一刹紧车轮时，刹车机构的自由度

3)闸瓦G、J同时刹紧车轮时，刹车机构的自由度

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