機(jī)械原理第2章機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析

機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析2-11.圖示為一簡易沖床的初擬設(shè)計(jì)方案。設(shè)計(jì)者的思路是：動(dòng)力由齒輪1輸入，使軸A連續(xù)回轉(zhuǎn)；而固裝在軸A上的凸輪2與杠桿3組成的凸輪機(jī)構(gòu)使沖頭4上下運(yùn)動(dòng)，以達(dá)到?jīng)_壓的目的。試?yán)L出其機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖（各尺寸由圖上量取），分析是否能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)意圖，并提出修改(xiūgǎi)方案（要求用機(jī)構(gòu)示意圖表示出來）。精品資料A12345題2-11圖精品資料解:⑴分析：繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖沿著(yánzhe)運(yùn)動(dòng)傳遞的路線，根據(jù)各個(gè)活動(dòng)構(gòu)件參與構(gòu)成運(yùn)動(dòng)副的情況（兩構(gòu)件組成的運(yùn)動(dòng)副的類型，取決于兩構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系），確定表示各個(gè)構(gòu)件的符號(hào)，再將各個(gè)構(gòu)件符號(hào)連接起來，就得到機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖（或機(jī)構(gòu)示意圖）。精品資料構(gòu)件(gòujiàn)2：與機(jī)架5構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)副A；與構(gòu)件(gòujiàn)3構(gòu)成凸輪高副。所以構(gòu)件(gòujiàn)2的符號(hào)為圖a)。構(gòu)件(gòujiàn)3：與構(gòu)件(gòujiàn)2構(gòu)成凸輪高副；與機(jī)架5構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)副；與機(jī)架4構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)副。所以構(gòu)件(gòujiàn)3的符號(hào)為圖b)。圖a)圖b)精品資料構(gòu)件4：與機(jī)架3構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)副；與機(jī)架5構(gòu)成移動(dòng)(yídòng)副。所以構(gòu)件4的符號(hào)為圖c)或圖d)。圖c)圖d)精品資料將這些構(gòu)件符號(hào)依次連接起來，就得到機(jī)構(gòu)(jīgòu)運(yùn)動(dòng)簡圖，如題2-11答圖a)或b)所示。機(jī)構(gòu)(jīgòu)運(yùn)動(dòng)簡圖，如題2-11答圖a)或b)所示。題2-11答圖A1，2345a)A1，2345b)μL=1mm/mm精品資料⑵分析：是否能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)意圖在機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析中判斷該方案否能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)意圖，應(yīng)該從以下兩點(diǎn)考慮：①機(jī)構(gòu)自由度是否大于零；②機(jī)構(gòu)原動(dòng)件的數(shù)目(shùmù)是否等于機(jī)構(gòu)自由度的數(shù)目(shùmù)。因此，必須計(jì)算該機(jī)構(gòu)的自由度:F=3n-(2pL+pH)=3×3-(2×4+1)=0。因?yàn)闄C(jī)構(gòu)的自由度為F=3n-(2pL+pH)=3×3-(2×4+1)=0可知，該機(jī)構(gòu)不能運(yùn)動(dòng)，不能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)意圖。精品資料⑶分析(fēnxī)修改方案因?yàn)樵瓌?dòng)件的數(shù)目為1，所以修改的思路為：將機(jī)構(gòu)的自由度由0變?yōu)?。因此，修改方案應(yīng)有2種。方案1：給機(jī)構(gòu)增加1個(gè)構(gòu)件（增加3個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)）和1個(gè)低副（增加2個(gè)約束），使機(jī)構(gòu)自由度增加1，即由0變?yōu)?。如題2-11答圖c)、d)、e)所示。方案2：將機(jī)構(gòu)中的1個(gè)低副（2個(gè)約束）替換為1個(gè)高副（1個(gè)約束），使機(jī)構(gòu)中的約束數(shù)減少1個(gè)，從而使機(jī)構(gòu)自由度增加1，即由0變?yōu)?。如題2-11答圖f)所示。修改方案如題2-11答圖c)、d)、e)、f)所示。精品資料王樹才A1，2345e)A1，23454?c)A1，23454?d)A1，2345f)題2-11答圖精品資料2-16.試計(jì)算圖示各機(jī)構(gòu)的自由度。圖a、d為齒輪—連桿組合(zǔhé)機(jī)構(gòu)；圖b為凸輪—連桿組合(zǔhé)機(jī)構(gòu)（圖中在D處為鉸接在一起的兩個(gè)滑塊）；圖c為一精壓機(jī)機(jī)構(gòu)。并問在圖d所示機(jī)構(gòu)中，齒輪3、5和齒條7與齒輪5的嚙合高副所提供的約束數(shù)目是否相同？為什么？精品資料題2-16圖ABCD齒輪a)ABCFKDEILJMc)ABCD1234567d)ABCDEFb)精品資料題2-16圖ABCD齒輪a)a)解分析：A為復(fù)合(fùhé)鉸鏈，不存在局部自由度和虛約束。F=3n-(2pl+ph)=3×4-(2×5+1)=1或F=3n-(2pl+ph-p′)-F′=3×4-(2×5+1-0)-0=1精品資料題2-16圖ABCDEFb)b)解:分析：B、E為局部自由度。F=3n-(2pl+ph)=3×5-(2×6+2)=1或F=3n-(2pl+ph-p')-F'=3×7-(2×8+2-0)-2=1注意：該機(jī)構(gòu)在D處雖存在軌跡重合的問題，但由于D處相鉸接(jiǎojiē)的為雙滑塊，未引入約束，故機(jī)構(gòu)不存在虛約束。如果將相鉸接(jiǎojiē)的雙滑塊改為相固聯(lián)的十字滑塊，則該機(jī)構(gòu)就存在一個(gè)虛約束。精品資料c)分析：該機(jī)構(gòu)存在重復(fù)結(jié)構(gòu)部分(bùfen)，故存在虛約束。實(shí)際上，從傳遞運(yùn)動(dòng)的獨(dú)立性來看，有機(jī)構(gòu)ABCDE就可以了，而其余部分(bùfen)為重復(fù)部分(bùfen)，則引入了虛約束。F=3n-(2pL+pH)=3×5-(2×7+0)=1或F=3n-(2pL+pH-p')-F′=3×11-(2×17+0-2)-0=1題2-16圖ABCFKDEILJMc)精品資料d)分析：A、B、C為復(fù)合鉸鏈；D處高副的數(shù)目為2。不存在局部自由度和虛約束。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齒輪3與5的中心距受到約束，輪齒兩側(cè)齒廓只有一側(cè)接觸，另一側(cè)存在間隙，故齒輪高副提供一個(gè)(yīɡè)約束。齒條7與齒輪5的中心距沒有受到約束，兩齒輪的中心可以彼此靠近，使輪齒兩側(cè)齒廓均接觸，因輪齒兩側(cè)接觸點(diǎn)處的法線方向并不重合，故齒輪高副提供兩個(gè)約束。ABCD1234567d)精品資料例題1、試畫出如圖所示泵機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)(yùndòng)簡圖，并計(jì)算其自由度。ABC1234例題1圖ABC1234b)ABC1234a)題答圖精品資料解在繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖時(shí)，首先必須搞清機(jī)構(gòu)的組成及運(yùn)動(dòng)傳遞情況。在圖示機(jī)構(gòu)中，偏心盤1為原動(dòng)件，其與機(jī)架4構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)副A；構(gòu)件1與帶環(huán)的柱塞2構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)副B；構(gòu)件2在擺動(dòng)盤3的槽中來回移動(dòng)，構(gòu)成移動(dòng)副，其相對(duì)(xiāngduì)移動(dòng)方向沿BC方向；構(gòu)件3與機(jī)架4組成轉(zhuǎn)動(dòng)副C，其在擺動(dòng)盤3的中心處。精品資料根據(jù)上述分析，再選定一適當(dāng)?shù)谋壤吆鸵晥D平面，并依次定出各轉(zhuǎn)動(dòng)副的位置和移動(dòng)副導(dǎo)路的方位。就不難畫出其機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖，如答圖a或b所示。由于該機(jī)構(gòu)具有(jùyǒu)3個(gè)活動(dòng)構(gòu)件、3個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副和1個(gè)移動(dòng)副，沒有高副，沒有局部自由度和虛約束，故機(jī)構(gòu)的自由度為F=3n－（2pL＋pH）=3×3－（2×4＋0）=1精品資料例題2圖示為毛紡設(shè)備洗毛機(jī)中所采用的雙重偏心輪機(jī)構(gòu)，偏心輪1可以在偏心輪2中相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，偏心輪2可以在構(gòu)件3的圓環(huán)中相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。⑴試?yán)L制其在圖示位置時(shí)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)(yùndòng)簡圖；⑵當(dāng)以偏心盤1為原動(dòng)件時(shí)，該機(jī)構(gòu)是否有確定的運(yùn)動(dòng)(yùndòng)？ABOO?123題2圖AOO?B123題答圖精品資料解在繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖時(shí)，首先必須搞清機(jī)構(gòu)的組成及運(yùn)動(dòng)傳遞情況。在圖示機(jī)構(gòu)中，偏心盤1為原動(dòng)件，其與機(jī)架構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)(zhuàndòng)副A；偏心盤1與偏心盤2構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)(zhuàndòng)副O(jiān)；偏心盤2與帶環(huán)的構(gòu)件3構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)(zhuàndòng)副O(jiān)?；構(gòu)件3與機(jī)架組成轉(zhuǎn)動(dòng)(zhuàndòng)副B。根據(jù)上述分析，再選定一適當(dāng)?shù)谋壤吆鸵晥D平面，并依次定出各轉(zhuǎn)動(dòng)(zhuàndòng)副的位置。就不難畫出其機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖，如答圖所示。精品資料由于該機(jī)構(gòu)具有3個(gè)活動(dòng)構(gòu)件、4個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)(zhuàndòng)副，沒有高副，沒有局部自由度和虛約束，故機(jī)構(gòu)的自由度為F=3n－（2pL＋pH）=3×3－（2×4＋0）=1ABOO?123題2圖AOO?B123題答圖精品資料例題3在圖示的機(jī)構(gòu)中，偏心盤1繞固定軸O轉(zhuǎn)動(dòng)(zhuàndòng)，迫使滑塊2在圓盤3的槽中來回滑動(dòng)，而圓盤3又相對(duì)于機(jī)架4轉(zhuǎn)動(dòng)(zhuàndòng)。試畫出該機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖，并計(jì)算其自由度。OAB1234題3圖OAB1234a)OAB1234b)題答圖精品資料解在繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖時(shí)，首先必須搞清機(jī)構(gòu)的組成及運(yùn)動(dòng)傳遞情況。在圖示機(jī)構(gòu)中，偏心盤1為原動(dòng)件，其與機(jī)架4構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)副O(jiān)；偏心盤1與滑塊2構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)副A；滑塊2與圓盤3構(gòu)成移動(dòng)副，其相對(duì)移動(dòng)方向沿AB方向；圓盤3與機(jī)架4組成轉(zhuǎn)動(dòng)副B。根據(jù)上述分析，再選定一適當(dāng)?shù)谋壤吆鸵晥D(shìtú)平面，并依次定出各轉(zhuǎn)動(dòng)副的位置和移動(dòng)副導(dǎo)路的方位。就不難畫出其機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖，如答圖a或b所示。精品資料由于該機(jī)構(gòu)具有3個(gè)活動(dòng)構(gòu)件、3個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)(zhuàndòng)副和1個(gè)移動(dòng)副，沒有高副，沒有局部自由度和虛約束，故機(jī)構(gòu)的自由度為F=3n－（2pL＋pH）=3×3－（2×4＋0）=1OAB1234題3圖OAB1234a)OAB1234b)題答圖精品資料例題4在圖示的機(jī)構(gòu)中，偏心盤1繞固定軸O轉(zhuǎn)動(dòng)，通過構(gòu)件(gòujiàn)2，使滑塊3相對(duì)于機(jī)架4往復(fù)移動(dòng)。試畫出該機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖，并計(jì)算其自由度。OAB1234題4圖OAB123題答圖精品資料解在繪制機(jī)構(gòu)(jīgòu)運(yùn)動(dòng)簡圖時(shí)，首先必須搞清機(jī)構(gòu)(jīgòu)的組成及運(yùn)動(dòng)傳遞情況。在圖示機(jī)構(gòu)(jīgòu)中，偏心盤1為原動(dòng)件，其與機(jī)架4構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)副O(jiān)；偏心盤1與構(gòu)件2構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)副A；構(gòu)件2與滑塊3構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)副B；滑塊3與機(jī)架4組成移動(dòng)副，其相對(duì)移動(dòng)方向沿OB方向。精品資料根據(jù)上述分析，再選定一適當(dāng)?shù)谋壤吆鸵晥D平面，并依次定出各轉(zhuǎn)動(dòng)副的位置(wèizhi)和移動(dòng)副導(dǎo)路的方位。就不難畫出其機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖，如答圖所示。由于該機(jī)構(gòu)具有3個(gè)活動(dòng)構(gòu)件、3個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副和1個(gè)移動(dòng)副，沒有高副，沒有局部自由度和虛約束，故機(jī)構(gòu)的自由度為F=3n－（2pL＋pH）=3×3－（2×4＋0）=1OAB1234題4圖OAB123題答圖精品資料例題(lìtí)5:試畫出圖示沖壓機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖。ABC1234Rr題5圖ABC1234題答圖精品資料例題6試畫出圖示機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)(yùndòng)簡圖。圖中，偏心盤1繞固定軸O轉(zhuǎn)動(dòng)，迫使偏心盤2在圓盤3中繞其幾何中心B相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，而圓盤3又相對(duì)于機(jī)架轉(zhuǎn)動(dòng)。OABC1234題6圖AOBC題答圖精品資料例題7:計(jì)算圖示機(jī)構(gòu)的自由度。如有復(fù)合(fùhé)鉸鏈、局部自由度、虛約束，請(qǐng)說明在何處。題7圖ABCDEFGHABCDEFG1234567答圖B精品資料解:B處有局部(júbù)自由度，除去局部(júbù)自由度,H和G處算一個(gè)運(yùn)動(dòng)副。如圖所示。F=3n－（2pL＋pH）=3×6－（2×8＋1）=1題7圖ABCDEFGHABCDEFG1234567答圖精品資料例題8:試分析題圖a、b所示兩個(gè)機(jī)構(gòu)：①若在機(jī)構(gòu)中具有復(fù)合鉸鏈(jiǎoliàn)、局部自由度、虛約束，請(qǐng)說明在何處；②計(jì)算機(jī)構(gòu)的自由度，分析其運(yùn)動(dòng)的確定性，并說明機(jī)構(gòu)的組成是否合理，若不合理應(yīng)怎樣修改？（圖見下頁）精品資料5ABCDEF12345（a）ABCDE1234567（b）例題8圖試卷(shìjuàn)中題圖精品資料解（a）圖：B處有局部自由度，E和F處算一個(gè)(yīɡè)運(yùn)動(dòng)副。F=3n－（2pL＋pH）=3×3－（2×4＋1）=0

該機(jī)構(gòu)自由度為零，不能運(yùn)動(dòng)，機(jī)構(gòu)的組成不合理。修改方法至少有以下三個(gè)：如答圖a、b、c所示。5ABCDEF12345（a）例題8a圖精品資料（a）ABCDEF1234ABCDEF12345（b）題8a答圖25ABCDEF12345（a）例題8a圖精品資料25ABCDEF12345（a）例題8a圖（c）ABCDEF12345C題8a答圖精品資料解：（b）圖：A處為構(gòu)件1、3、7組成的復(fù)合鉸鏈，B處為構(gòu)件2、3、4組成的復(fù)合鉸鏈，C處為構(gòu)件4、5、6組成的復(fù)合鉸鏈；E和D處算一個(gè)運(yùn)動(dòng)(yùndòng)副。F=3n－（2pL＋pH）=3×6－（2×7＋2）=2該機(jī)構(gòu)自由度為2，而只有1個(gè)原動(dòng)件，機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)(yùndòng)不確定，機(jī)構(gòu)的組成不合理。修改方法為：將構(gòu)件1也變成原動(dòng)件，或?qū)?gòu)件1改為固定件（機(jī)架）等。例題8b圖精品資料例題9：如圖所示為牛頭刨床的一個(gè)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。設(shè)計(jì)者的意圖是動(dòng)力由曲柄1輸入，通過滑塊2使擺動(dòng)導(dǎo)桿3作往復(fù)(wǎngfù)擺動(dòng)，并帶動(dòng)滑枕4往復(fù)(wǎngfù)移動(dòng)以達(dá)到刨削的目的。試分析此方案有無結(jié)構(gòu)組成原理上的錯(cuò)誤（須說明理由）。若有，應(yīng)如何改正？（試提出2個(gè)方案，畫出機(jī)構(gòu)示意圖。）ω115324題9圖2精品資料解：F=3n－（2pL＋pH）=3×4－2×6=0或F=3n－（2pL＋pH－p'）－F′=3×4－（2×7＋0－2）－0=0此方案有結(jié)構(gòu)組