第二章习题参考答案

1、题2-1 1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）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 n=3 pl = 3 ph =1F =3n2Pl ph=3x32x41=0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

2、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）。3个自讨论：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 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

3、，如图2-1 （d）所示。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。若以颈骨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） n = 5 Pi =7 Ph =0F =3n -2pl - ph =3 5 -2 7 -0 -113H题2-42-15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 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

4、Pi =10 Ph =0F =3n -2pl - ph =3 7-2 10-0 =1a)2-16.试计算图示各机构的自由度。图a、d为齿轮一连杆组合机构；图b为凸 轮一连杆组合机才（图中在D处为较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、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?b)0题2-16图解c)a)分析：A为复合较链，不存在局部自由度和虚约束F=3n- (2pl+ph)=3 4 (2 5+1)=1或 F=3n-(2pL+pH-p)- F=3 4 (2 )5+1-0)- 0=1b)分析：B、E为局部自由度。F=3n- (2pL+pH)=3

5、 5-(2)6+2)=1或 F=3n-(2pL+pH-p)-F=3 H-(2 8+2-0)- 2=1注意：该机构在D处虽存在轨迹重合的问题，但由于 D处相较接的双滑块为 一个II级杆组，未引入约束，故机构不存在虚约束。如果将相较接的双滑块改为 相固联的十字滑块，则该机构就存在一个虚约束。c）分析：该机构存在重复结构部分，故存在虚约束。实际上，从传递运动的 独立性来看，有机构ABCDE就可以了，而其余部分为重复部分，则引入了虚约 束。F=3n- (2pl+ph)=3 5-(2 H+0)=1或 F=3n-(2pL+pH-p)- F=3 X1-(2 M7+0- 2)- 0=1d)分析：A、B、C为复

6、合较链；D处高副的数目为2。不存在局部自由度和 虚约束。F=3n-(2pl+ph)=3 6-(2 7+3)=1或 F=3n-(2pL+pH-p)-F=3 )6- (2 7+3- 0)- 0=1齿轮3与5的中心距受到约束，轮齿两侧齿廓只有一侧接触，另一侧存在间隙， 故齿轮高副提供一个约束。齿条7与齿轮5的中心距没有受到约束，两齿轮的中心可以彼此靠近，使轮齿 两侧齿廓均接触，因轮齿两侧接触点处的法线方向并不重合， 故齿轮高副提供两 个约束。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。

7、（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n = 6 Pi =8ph =0F -3n -2pl - ph -3 6 -2 8 -0 -2a）2）闸瓦G、J之一刹紧车轮时，刹车机构的自由度n=5 Pi=7Ph=F =3n -2pl - ph =3 5 -2 7 -0 =13）闸瓦G、J同时刹紧车轮时，刹车机构的自由度n =4 Pi =6Ph =0F =3n -2pi - ph =3 4 -2 6 -0 =02-20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

8、，使活塞在相应得气缸内往复运动。图上 AB=BC=CD=AD )。解：1)取比例尺，绘制机构运动简图。(如图2-7(b)所示)2)此机构由1个凸轮、4个滚子、4个连杆、4个活塞和机架组成。凸轮与4个滚子组成高副，4个连杆、4个滚子和4个活塞 分别在A、B、C、D处组成三副复合较链。4个活塞与4个缸(机架)均组成移 动副。解法一：n =13 Pi =17 Ph =4虚约束：因为AB =BC=CD=AD, 4和5, 6和7、8和9为不影响机构传递运动的 重复部分，与连杆10、11、12、13所带入的约束为虚约束。机构可简化为图 2-7 (b)重复部分中的构件数n = 10 低副数pl=17F=3p

9、 = 2p： +ph -3=2父17+3-3父10-3 = 4局部自由度 F = 4F =3n -(2pi + Ph _p)-F，= 3父13-(2父17 +4-4)-解法二：如图2-7 (b)局部自由度F = 1F =3n _(2pi +ph -p) -F =3父3 -(23+1-0) -1 =1再 ，一一O1i局副数ph =3 局邹自由度4=11 |A 34El2z Kia)2-21图示为一收放式折叠 固定台板1和活动台板51 转动。又通过件1、2、3、(b)支架机构。该支架中的件1和5分别用木螺钉联接于 上，两者在D处较接，使活动台板能相对于固定台板4组成的银链四才f机构及连杆 3上E点

10、处销子与件5上的连杆曲线槽组成的销槽联接使活动台板实现收放动作。在图示位置时，虽在活动台板上放有较重的重物，活动台板也不会自动收起，必须沿箭头方向推动件 2,使银链B、D重合时，活动台板才可收起（如图中双点划线所示）。现已知机 构尺寸lAB=lAD=90mm,lBC=lCD=25mm ,试绘制机构的运动简图，并计算其自 由度。图2-11解：1）取比例尺,绘制机构运动简图。（如图2-11所示）2） E处为销梢副，销梢两接触点公法线重合，只能算作一个高副。n =4pi =5 ph =1F =3n -2pi - ph =3 4 -2 5 -1 =12-232-10 v|”图示机构的自由度.井分析组成此机构的网本杆的.确定机构的级别。如在该机构中 改选EG为原动件,试问划分的基木杆组及机构的级别与前#肯何