机械原理习题答案Word格式.docx
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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,首先要计算机构管此机构有4个活动件，但齿轮1和凸轮2是固装能作为一个活动件，故n?
3pl?
3ph?
F?
3n?
2pl?
ph?
3?
2?
4?
1?
0
的自由度。
尽在轴A上，只
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2-1b）。
（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）。
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2-2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。
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：
n?
7pl?
9ph?
2
7?
9?
解法二：
8pl?
10ph?
2局部自由度F?
?
（2pl?
p?
）?
F?
8?
10?
题2-3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。
题2-4
时，可将设备中的
（如图题2-3所示）
４
Ａ
题2-3
2）n?
4ph?
0?
题2-4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。
（如图2-4所示）
题2-5图a所示是为高位截肢的人保持人行走的稳定性。
若以颈骨1试绘制其机构运动简图和计算其
运动简图。
1）取比例尺,绘制机构运动如虚线所示。
（如图2-5所示）2）n?
5pl?
7ph?
F
?
5?
所设计的一种假肢膝关节机构，该机构能
为机架，
自由度，并作出大腿弯曲90度时的机构
简图。
大腿弯曲90度时的机构运动简图
题2-6杆组合机构（图中在D处为铰接在
题2a、d为齿轮-连杆组合机构；
图b为凸轮-连；
图c为一精压机机构。
并
束
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
数目是否相同？
为什么？
a）n?
4pl?
5ph?
b）解法一：
6ph?
6?
8ph?
2虚约束p?
0局部自由度F?
（2?
0）?
c）解法一：
7ph?
O
A3E
（b）
11pl?
17ph?
0虚约束p?
ph
11?
17?
2）?
d）n?
6pl?
3
齿轮3与齿轮5的啮合为高副（因两齿轮中心距己被约
单侧接触）将提供1个约束。
束，故应为
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2-7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）。
（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处组成三副复合铰链。
4个活塞与4个缸（机架）均组成
移动副。
n?
13pl?
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）
3局部自由度F?
3重复部分中的构件数n?
10低副数pl?
17高副数ph
4p?
局部自由度F?
13?
4）?
如图2-7（b）
题2-8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。
）
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2-9试确定图示各机构的公共约束m和族别虚约束p″，并人说明如何来消除或减少共族别虚约
束。
（a）楔形
1、2相对机架只能
x、y方向移动，而其余方向的相对
独立运动都被约束，故公共约束数m?
4,为4族平面机构。
pi?
p5?
5
m?
i?
p
i?
i
F0?
6n?
ipi?
3将移动副改为圆柱下刨，可减少虚约束。
第八版西工大教研室编
第2章
2-1何谓构件?
何谓运动副及运动副元素?
运动副是如何进行分类的?
答：
参考教材5~7页。
2-2机构运动简图有何用处?
它能表示出原机构哪些方面的特征?
机构运动简图可以表示机构的组成和运动传递情况，可进行运动分析，而且也可用来进行动力分析。
2-3机构具有确定运动的条件是什么?
当机构的原动件数少于或多于机构的自由度时，机构的运动将发生什么情况?
参考教材12~13页。
2-4何谓最小阻力定律?
试举出在机械工程中应用最小阻力定律的1、2个实例。
2-5在计算平面机构的自由度时，应注意哪些事项?
参考教材15~17页。
2-6在图2-20所示的机构中，在铰链C、B、D处，被连接的两构件上连接点的轨迹都是重合的，那么能说该机构有三个虚约束吗?
为什么?
不能，因为在铰链C、B、D中任何一处，被连接的两构件上连接点的轨迹重合是由于其他两处的作用，所以只能算一处。
2-7何谓机构的组成原理?
何谓基本杆组?
它具有什么特性?
如何确定基本杆组的级别及机构的级别?
参考教材18~19页。
2-8为何要对平面高副机构进行“高副低代"
“高副低代”应满足的条件是什么?
参考教材20~21页。
2-9任选三个你身边已有的或能观察到的下列常用装置（或其他装置），试画出其机构运动简图，并计算其自由度。
1）折叠桌或折叠椅；
2）酒瓶软木塞开盖器；
3）衣柜上的弹簧合页；
4）可调臂台灯机构；
5）剥线钳；
6）磁带式录放音机功能键操纵机构；
7）洗衣机定时器机构；
8）轿车挡风玻璃雨刷机构；
9）公共汽车自动开闭门机构；
10）挖掘机机械臂机构；
。
2-10请说出你自己身上腿部的髋关节、膝关节和踝关节分别可视为何种运动副?
试画出仿腿部机构的机构运动简图，并计算其自由度。
2-11图示为一简易冲床的初拟设计。
设计者的思路是：
动力由齿轮j输入，使轴A连续回转；
而固装在轴^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。
1）取比例尺绘制机构运动简图
2）分析是否能实现设计意图
f?
0不合理∵f?
0，可改为
2-12图示机构为一凸轮齿轮连杆组合机构，试绘制其机构示意简图并计算自由度。
2-16试计算图示凸轮-连杆组合机构的自由度
（a）f?
1A为复合铰链
（1）图示机构在D处的结构与图2-1所示者一致，经分析知该机构共有7个活动构件，
8个低副（注意移动副F与F’，E与E’均只算作一个移动副），2个高副；
因有两个滚子2、4，所以有两个局部自由度，没有虚约束，故机构的自由度为
F=3n-（2pl+ph-p’）-F’=3ⅹ7-（2ⅹ8+2-0）-2=1
（2）如将D处结构改为如图b所示形式，即仅由两个移动副组成。
注意，此时在该处将带来一个虚约束。
因为构件3、6和构件5、6均组成移动副，均要限制构件6在图纸平面内转动，这两者是重复的，故其中有一个为虚约束。
经分析知这时机构的活动构件数为6，低副数为7，高副数和局部自由度数均为2，虚约束数为1，故机构的自由度为
F=3n-（2pl+ph-p’）-F’=3×
6-（2ⅹ7+2-1）-2=1
上述两种结构的机构虽然自由度均为一，但在性能上却各有千秋：
前者的结构较复杂，但没有虚约束，在运动中不易产生卡涩现象；
后者则相反，由于有一个虚约束，假如不能保证在运动过程中构件3、5始终垂直，在运动中就会出现卡涩甚至卡死现象，故其对制造精度要求较高。
（c）
（1）n=11,p1=17,ph=0,p`=2p1`+ph-3n`=2,F`=0
F=3n-（2p1+ph-p`）-F`=3×
11-（2×
17+0-2）-0=1
（2）去掉虚约束后F=3n-（2pl+ph）=3×
5-（2×
7+0）=1
（d）A、B、C处为复合铰链。
自由度为：
F=3n-（2p1+ph-p`）-F`=3×
6-（2×
7+3）-0=1
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不同，因为齿轮3、5处只有一个
高副，而齿条7与齿轮5在齿的两侧面均保持接触，故为两个高副。
2-13图示为一新型偏心轮滑阎式真空泵。
其偏心轮1绕固定轴心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。
当偏心轮按图示方向连续回转时可将设备中的空气吸入，并将空气从阀5中排出，从而形成真空。
（1）试绘制其机构运动简图；
（2）计算其自由度。
解
（1）取比例尺作机构运动简图如图所示。
（2）F=3n-（2p1+ph-p’）-F’=3×
4-（2×
4+0-0）-1=1
2-14图示是为高位截肢的人所设汁的一种假肢膝关节机构。
该机构能保持人行走的稳定性。
若以胫骨1为机架，试绘制其机构运动简图和计一算其自由度，并作出大腿弯曲时的机构运动简图。
解把胫骨l相对固定作为机架．假肢膝关节机构的机构运动简图如图
所示,大腿弯曲90。
时的机构运动简图，如图中虚线所示。
其自由度为：
F=3n-（2pl+ph-p’）-F’=3×
7+0-0）-0=1
2-15试绘制图n所示仿人手型机械手的食指机构的机构运动简图（以手掌8作为相对
固定的机架），井计算自由度。
（1）取比倒尺肌作机构运动简图
（2）计算自由度
12-18图示为一刹车机构。
刹车时，操作杆j向右拉，通过构件2、3、4、5、6使两闸瓦刹住
车轮。
（注；
（1）未刹车时，刹车机构的自由度
2）闸瓦G、J之一剃紧车轮时．刹车机构的自由度
内容仅供参考
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