機(jī)械原理第2章習(xí)題及解答

1、第二章習(xí)題及解答2-1 如題圖2-1所示為一小型沖床，試?yán)L制其機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖，并計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度。（a） （b）題圖2-1解：1)分析該小型沖床由菱形構(gòu)件1、滑塊2、撥叉3和圓盤4、連桿5、沖頭6等構(gòu)件組成，其中菱形構(gòu)件1為原動(dòng)件，繞固定點(diǎn)A作定軸轉(zhuǎn)動(dòng)，通過鉸鏈B與滑塊2聯(lián)接，滑塊2與撥叉3構(gòu)成移動(dòng)副，撥叉3與圓盤4固定在一起為同一個(gè)構(gòu)件且繞C軸轉(zhuǎn)動(dòng)，圓盤通過鉸鏈與連桿5聯(lián)接，連桿帶動(dòng)沖頭6做往復(fù)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)沖裁運(yùn)動(dòng)。2)繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖選定比例尺后繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖如圖（b）所示。3)自由度計(jì)算其中 n=5，PL=7, PH=0, F=3n-2PL-PH=3×5-2×7=1故該機(jī)構(gòu)

2、具有確定的運(yùn)動(dòng)。2-2 如題圖2-2所示為一齒輪齒條式活塞泵，試?yán)L制其機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖，并計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度。（a） （b）題圖2-2解：1)分析該活塞泵由飛輪曲柄1、連桿2、扇形齒輪3、齒條活塞4等構(gòu)件組成，其中飛輪曲柄1為原動(dòng)件，繞固定點(diǎn)A作定軸轉(zhuǎn)動(dòng)，通過鉸鏈B與連桿2聯(lián)接，連桿2通過鉸鏈與扇形齒輪3聯(lián)接，扇形齒輪3通過高副接觸驅(qū)動(dòng)齒條活塞4作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，活塞與機(jī)架之間構(gòu)成移動(dòng)副。2) 繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖選定比例尺后繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖如圖（b）所示。3)自由度計(jì)算其中 n=4，PL=5, PH=1 F=3n-2PL-PH=3×4-2×5-1=1故該機(jī)構(gòu)具有確定的運(yùn)動(dòng)。2-3 如圖2-

3、3所示為一簡易沖床的初步設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)者的意圖是電動(dòng)機(jī)通過一級(jí)齒輪1和2減速后帶動(dòng)凸輪3旋轉(zhuǎn)，然后通過擺桿4帶動(dòng)沖頭實(shí)現(xiàn)上下往復(fù)沖壓運(yùn)動(dòng)。試根據(jù)機(jī)構(gòu)自由度分析該方案的合理性，并提出修改后的新方案。題圖2-3解：1)分析2)繪制其機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖(圖2-3 b)選定比例尺后繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖如圖（b）所示。3)計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度并分析其是否能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)意圖由圖b可知，故因此，此簡易沖床根本不能運(yùn)動(dòng)，需增加機(jī)構(gòu)的自由度。4)提出兩種修改方案為了使機(jī)構(gòu)能運(yùn)動(dòng)，應(yīng)增加機(jī)構(gòu)的自由度。方法可以是：在機(jī)構(gòu)的適當(dāng)位置，增加一個(gè)活動(dòng)構(gòu)件和一個(gè)低副，或者用一個(gè)高副去代替一個(gè)低副，其修改方案很多，圖c圖d給出其中的兩種方案。新

4、方案中：新方案的機(jī)構(gòu)自由度：改進(jìn)后的方案具有確定的運(yùn)動(dòng)。2-4 如題圖2-4所示為一小型壓力機(jī)，試?yán)L制其機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖，并計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度。（a） （b）題圖2-4解：1)分析該壓力機(jī)由齒輪1、偏心輪1、連桿2、導(dǎo)桿3、叉形連桿4、齒輪5、滾子6、滑塊7、沖頭8所組成，其中齒輪1與偏心輪1固定連接組成一個(gè)構(gòu)件，且為原動(dòng)件，偏心輪1與連桿2通過轉(zhuǎn)動(dòng)副聯(lián)接，連桿通過鉸鏈推動(dòng)導(dǎo)桿移動(dòng)，導(dǎo)桿的另外一端與連桿4構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)副，連桿4的中部有一個(gè)滾子6，齒輪5的端面加工有一個(gè)凹槽，形成一個(gè)端面槽形凸輪，滾子6嵌入凸輪槽中，叉形連桿4另外一端與滑塊7構(gòu)成移動(dòng)副，滑塊7通過鉸鏈與沖頭聯(lián)接，驅(qū)動(dòng)沖頭滑塊作往復(fù)上下沖壓運(yùn)

5、動(dòng)。2)作機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖選定比例尺后繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖如圖（b）所示。3)計(jì)算該機(jī)構(gòu)的自由度故該機(jī)構(gòu)具有確定的運(yùn)動(dòng)。2-5 如題圖2-5所示為一人體義腿膝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，若以脛骨1為機(jī)架，試?yán)L制其機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖，并計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度。（a） （b）題圖2-5 解：1)分析該機(jī)構(gòu)所有構(gòu)件均為桿狀，且都是通過轉(zhuǎn)動(dòng)副相聯(lián)接，2)繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖選定比例尺后繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖如圖（b）所示。3)計(jì)算自由度故該機(jī)構(gòu)具有確定的運(yùn)動(dòng)。2-6計(jì)算圖2-6所示壓榨機(jī)機(jī)的機(jī)構(gòu)自由度。（a） （b）題圖2-6解： 該機(jī)構(gòu)中存在結(jié)構(gòu)對(duì)稱部分，構(gòu)件4、5、6和構(gòu)件8、9、10。如果去掉一個(gè)對(duì)稱部分，機(jī)構(gòu)仍能夠正常工作，故可將構(gòu)件8、9、

6、10上轉(zhuǎn)動(dòng)副G、H、I、D處帶來約束視為虛約束；構(gòu)件7與構(gòu)件11在左右兩邊同時(shí)形成導(dǎo)路平行的移動(dòng)副，只有其中一個(gè)起作用，另一個(gè)是虛約束；構(gòu)件4、5、6在E點(diǎn)處形成復(fù)合鉸鏈。機(jī)構(gòu)中沒有局部自由度和高副。去掉機(jī)構(gòu)中的虛約束，則得到圖(b)中實(shí)線所示的八桿機(jī)構(gòu)，其中活動(dòng)構(gòu)件數(shù)為，機(jī)構(gòu)中低副數(shù)，于是求得機(jī)構(gòu)的自由度為：故該機(jī)構(gòu)具有確定的運(yùn)動(dòng)。2-7 計(jì)算題圖2-7所示測量儀表機(jī)構(gòu)的自由度。題圖2-7解：1)分析該機(jī)構(gòu)包括6個(gè)活動(dòng)構(gòu)件，其中導(dǎo)桿與扇形齒輪固聯(lián)在一起組成構(gòu)件5，齒輪與指針固聯(lián)在一起組成構(gòu)件6。2)計(jì)算自由度活動(dòng)構(gòu)件數(shù)為，機(jī)構(gòu)中低副數(shù)，高副數(shù)于是求得機(jī)構(gòu)的自由度為：故該機(jī)構(gòu)具有確定的運(yùn)動(dòng)。2

7、-8 如題圖2-8所示為一物料輸送機(jī)構(gòu)，試?yán)L制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖，并計(jì)算機(jī)構(gòu)的自由度。（a） （b）題圖2-8解1）分析該機(jī)構(gòu)中共包含有8個(gè)構(gòu)件，且所有構(gòu)件均通過轉(zhuǎn)動(dòng)副聯(lián)接，其中曲柄為原動(dòng)件。2）繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖選定比例尺后繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖如圖2-8（b）所示。3)計(jì)算自由度活動(dòng)構(gòu)件數(shù)為，機(jī)構(gòu)中低副數(shù)，高副數(shù)于是求得機(jī)構(gòu)的自由度為：故該機(jī)構(gòu)具有確定的運(yùn)動(dòng)。2-9 如題圖2-8所示為一擬人食指機(jī)械手，試?yán)L制該機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡圖，并計(jì)算機(jī)構(gòu)的自由度。（a） （b）題圖2-9解：1)分析該機(jī)構(gòu)共有8個(gè)構(gòu)件，其中手掌體為機(jī)架，活塞A作直線移動(dòng)，為原動(dòng)件，其余運(yùn)動(dòng)副均為轉(zhuǎn)動(dòng)副。2）繪制運(yùn)動(dòng)簡圖選定比例尺后繪制機(jī)構(gòu)

8、運(yùn)動(dòng)簡圖如圖2-9（b）所示。3）自由度計(jì)算機(jī)構(gòu)中活動(dòng)構(gòu)件數(shù)：故該機(jī)構(gòu)具有確定的運(yùn)動(dòng)。2-9 如題圖2-9所示為某一機(jī)械中制動(dòng)器的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖，工作中當(dāng)活塞桿1被向右拉時(shí)，通過各構(gòu)件傳遞運(yùn)動(dòng)迫使擺桿4、6作相向擺動(dòng)，制動(dòng)塊壓緊制動(dòng)輪實(shí)現(xiàn)制動(dòng)；當(dāng)活塞桿1被向左拉時(shí)，迫使構(gòu)件4、6作反相擺動(dòng)，此時(shí)制動(dòng)塊與制動(dòng)輪脫離接觸，不起制動(dòng)作用。試分析該機(jī)構(gòu)由不制動(dòng)狀態(tài)過渡到制動(dòng)狀態(tài)時(shí)機(jī)構(gòu)自由度變化情況。 解：1）分析工作過程制動(dòng)過程中閘瓦經(jīng)歷了不接觸制動(dòng)輪，到單邊閘瓦接觸制動(dòng)輪，再到兩側(cè)閘瓦全部壓緊制動(dòng)輪三種情況。閘瓦接觸到制動(dòng)輪之后，擺桿停止擺動(dòng)，此時(shí)的擺桿可認(rèn)為變成了機(jī)架的一部分，因此，制動(dòng)過程中機(jī)構(gòu)的

9、構(gòu)件數(shù)目會(huì)發(fā)生變化。1)未剎車時(shí)，剎車機(jī)構(gòu)的自由度2)閘瓦之一剎緊車輪時(shí)，剎車機(jī)構(gòu)的自由度3) 閘瓦同時(shí)剎緊車輪時(shí)，剎車機(jī)構(gòu)的自由度2-10題4-圖為外科手術(shù)用剪刀。其中彈簧的作用是保持剪刀口張開，并且便于醫(yī)生單手操作。忽略彈簧，并以構(gòu)件1為機(jī)架，分析機(jī)構(gòu)的工作原理，畫出該機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡圖。（a） （b）題圖2-10解：1）工作原理分析若以構(gòu)件1為機(jī)架，則該手術(shù)用剪刀由機(jī)架、原動(dòng)件、從動(dòng)件、組成，共個(gè)構(gòu)件。屬于平面四桿機(jī)構(gòu)。當(dāng)用手握住剪刀，即構(gòu)件(固定鉗口)不動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)構(gòu)件，使構(gòu)件繞構(gòu)件轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，通過構(gòu)件帶動(dòng)構(gòu)件(活動(dòng)鉗口)也沿構(gòu)件(固定鉗口)上下移動(dòng)，從而使剪刀的刀口張開或閉合。2）繪制運(yùn)動(dòng)簡圖選定比例尺后繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖如圖2-10（b）所示。3）自由度計(jì)算2-11 如題圖2-11所示為一