1、第二章习题及解答2-1 如题图 2-1 所示为一小型冲床，试绘制其机构运动简图，并计算机构自由度。（a） （b）题图 2-1解：1)分析该小型冲床由菱形构件 1、滑块 2、拨叉 3 和圆盘 4、连杆 5、冲头 6 等构件组成，其中菱形构件 1 为原动件，绕固定点 A 作定轴转动，通过铰链 B 与滑块 2 联接，滑块 2 与拨叉 3 构成移动副，拨叉 3 与圆盘 4 固定在一起为同一个构件且绕 C 轴转动，圆盘通过铰链与连杆 5 联接，连杆带动冲头 6 做往复运动实现冲裁运动。2)绘制机构运动简图选定比例尺后绘制机构运动简图如图（b）所示。3)自由度计算其中 n=5，P L=7, PH=0, F
2、=3n-2PL-PH=35-27=1故该机构具有确定的运动。2-2 如题图 2-2 所示为一齿轮齿条式活塞泵，试绘制其机构运动简图，并计算机构自由度。（a） （b）题图 2-2解：1)分析该活塞泵由飞轮曲柄 1、连杆 2、扇形齿轮 3、齿条活塞 4 等构件组成，其中飞轮曲柄1 为原动件，绕固定点 A 作定轴转动，通过铰链 B 与连杆 2 联接，连杆 2 通过铰链与扇形齿轮 3 联接，扇形齿轮 3 通过高副接触驱动齿条活塞 4 作往复运动，活塞与机架之间构成移动副。2) 绘制机构运动简图选定比例尺后绘制机构运动简图如图（b）所示。3)自由度计算其中 n=4，P L=5, PH=1F=3n-2PL
3、-PH=34-25-1=1故该机构具有确定的运动。2-3 如图 2-3 所示为一简易冲床的初步设计方案，设计者的意图是电动机通过一级齿轮 1 和 2 减速后带动凸轮 3 旋转，然后通过摆杆 4 带动冲头实现上下往复冲压运动。试根据机构自由度分析该方案的合理性，并提出修改后的新方案。题图 2-3解：1)分析2)绘制其机构运动简图(图 2-3 b)选定比例尺后绘制机构运动简图如图（b）所示。3)计算机构自由度并分析其是否能实现设计意图由图 b 可知， 4520lhnppF故 3(2)34(5)lhFF因此，此简易冲床根本不能运动，需增加机构的自由度。4)提出两种修改方案为了使机构能运动，应增加机构
4、的自由度。方法可以是：在机构的适当位置，增加一个活动构件和一个低副，或者用一个高副去代替一个低副，其修改方案很多，图 c 图 d 给出其中的两种方案。新方案中： 562lhnp新方案的机构自由度： 35()1F改进后的方案具有确定的运动。2-4 如题图 2-4 所示为一小型压力机，试绘制其机构运动简图，并计算机构自由度。（a ） （b）题图 2-4解：1)分析该压力机由齿轮 1、偏心轮 1、连杆 2、导杆 3、叉形连杆 4、齿轮 5、滚子 6、滑块7、冲头 8 所组成，其中齿轮 1 与偏心轮 1固定连接组成一个构件，且为原动件，偏心轮1与连杆 2 通过转动副联接，连杆通过铰链推动导杆移动，导杆
5、的另外一端与连杆 4 构成转动副，连杆 4 的中部有一个滚子 6，齿轮 5 的端面加工有一个凹槽，形成一个端面槽形凸轮，滚子 6 嵌入凸轮槽中，叉形连杆 4 另外一端与滑块 7 构成移动副，滑块 7 通过铰链与冲头联接，驱动冲头滑块作往复上下冲压运动。2)作机构运动简图选定比例尺后绘制机构运动简图如图（b）所示。3)计算该机构的自由度 810201(D)lhnppF处 滚 子 的 转 动3(2)38(2)lFF故该机构具有确定的运动。2-5 如题图 2-5 所示为一人体义腿膝关节机构，若以胫骨 1 为机架，试绘制其机构运动简图，并计算机构自由度。（a ） （b）题图 2-5解：1)分析该机构所
6、有构件均为杆状，且都是通过转动副相联接，2)绘制机构运动简图选定比例尺后绘制机构运动简图如图（b）所示。3)计算自由度 5700lhnppF3(2)35271lFF故该机构具有确定的运动。2-6 计算图 2-6 所示压榨机机的机构自由度。（a） （b）题图 2-6解： 该机构中存在结构对称部分，构件 4、5、6 和构件 8、9、10。如果去掉一个对称部分，机构仍能够正常工作，故可将构件 8、9、10 上转动副 G、H、I、D 处带来约束视为虚约束；构件 7 与构件 11 在左右两边同时形成导路平行的移动副，只有其中一个起作用，另一个是虚约束；构件 4、5、6 在 E 点处形成复合铰链。机构中没
7、有局部自由度和高副。去掉机构中的虚约束，则得到图(b)中实线所示的八杆机构，其中活动构件数为 ，7n机构中低副数 ，于是求得机构的自由度为：10lP1027323 hlnF故该机构具有确定的运动。2-7 计算题图 2-7 所示测量仪表机构的自由度。题图 2-7解：1)分析该机构包括 6 个活动构件，其中导杆与扇形齿轮固联在一起组成构件 5，齿轮与指针固联在一起组成构件 6。2)计算自由度活动构件数为 ，机构中低副数 ，高副数 于是求得机构的自由度为：nL8PH1LH323621FP故该机构具有确定的运动。2-8 如题图 2-8 所示为一物料输送机构，试绘制机构运动简图，并计算机构的自由度。（a
8、） （b）题图 2-8解1）分析该机构中共包含有 8 个构件，且所有构件均通过转动副联接，其中曲柄为原动件。2）绘制机构运动简图选定比例尺后绘制机构运动简图如图 2-8（b）所示。3)计算自由度活动构件数为 ，机构中低副数 ，高副数 于是求得机构的自由度为：7nL10PH0PLH3232FP故该机构具有确定的运动。2-9 如题图 2-8 所示为一拟人食指机械手，试绘制该机构的运动简图，并计算机构的自由度。（a） （b）题图 2-9解：1)分析该机构共有 8 个构件，其中手掌体为机架，活塞 A 作直线移动，为原动件，其余运动副均为转动副。2）绘制运动简图选定比例尺后绘制机构运动简图如图 2-9（
9、b）所示。3）自由度计算机构中活动构件数： 7100lhnppF(2)3721lhFF故该机构具有确定的运动。2-9 如题图 2-9 所示为某一机械中制动器的机构运动简图，工作中当活塞杆 1 被向右拉时，通过各构件传递运动迫使摆杆 4、6 作相向摆动，制动块压紧制动轮实现制动；当活塞杆 1被向左拉时，迫使构件 4、6 作反相摆动，此时制动块与制动轮脱离接触，不起制动作用。试分析该机构由不制动状态过渡到制动状态时机构自由度变化情况。解：1）分析工作过程制动过程中闸瓦经历了不接触制动轮，到单边闸瓦接触制动轮，再到两侧闸瓦全部压紧制动轮三种情况。闸瓦接触到制动轮之后，摆杆停止摆动，此时的摆杆可认为变
10、成了机架的一部分，因此，制动过程中机构的构件数目会发生变化。1)未刹车时，刹车机构的自由度 6800lhnppF3(2)3628lFF2)闸瓦 之一刹紧车轮时，刹车机构的自由度,GJ5700lhnppF3(2)35271lFF3) 闸瓦 同时刹紧车轮时，刹车机构的自由度,GJ4600lhnppF3(2)3426lFF2-10 题 4-图为外科手术用剪刀。其中弹簧的作用是保持剪刀口张开，并且便于医生单手操作。忽略弹簧，并以构件 1 为机架，分析机构的工作原理，画出该机构的运动简图。（a ） （b）题图 2-10解：1）工作原理分析若以构件 1 为机架，则该手术用剪刀由机架、原动件、从动件、组成，
11、共个构件。属于平面四杆机构。当用手握住剪刀，即构件( 固定钳口 )不动时，驱动构件，使构件绕构件转动的同时，通过构件带动构件( 活动钳口) 也沿构件(固定钳口) 上下移动，从而使剪刀的刀口张开或闭合。2）绘制运动简图选定比例尺后绘制机构运动简图如图 2-10（b）所示。3）自由度计算 400lhnppF(2)324lFF2-11 如题图 2-11 所示为一内燃机简图，试计算该机构的自由度，并确定该机构的级别，若选构件 5 为原动件，该机构又是几级机构。（a） （b） （c）题图 2-11解：1)计算此机构的自由度3(2)37210lhFnpF2)取构件 为原动件时，机构的基本杆组图如图 b 所
12、示，此机构为级机构。 AB3)取构件 为原动件时，机构的基本杆组图如图 c 所示，此机构为 级机构。EG第 5 章思考题5-1 齿轮传动要匀速、连续、平稳地进行必须满足哪些条件?答 齿轮传动要均匀、平稳地进行，必须满足齿廓啮合基本定律即i12= 1/ 2=O2PO 1P，其中 P 为连心线 O1P2与公法线的交点。齿轮传动要连续、平稳地进行，必须满足重合度 l，同时满足一对齿轮的正确啮合条件。5-2 渐开线具有哪些重要的性质?渐开线齿轮传动具有哪些优点?答：参考教材。5-3 具有标准中心距的标准齿轮传动具有哪些特点?答 若两齿轮传动的中心距刚好等于两齿轮节圆半径之和，则称此中心距为标准中心距按
13、此中心距安装齿轮传动称为标准安装。（1)两齿轮的分度圆将分别与各自的节圆重合。(2)轮齿的齿侧间隙为零。(3)顶隙刚好为标准顶隙，即 c=c*m=O.25m。5-4 何谓重合度?重合度的大小与齿数 z、模数 m、压力角 、齿顶高系数 ha*、顶隙系数c*及中心距 a 之间有何关系?答 通常把一对齿轮的实际啮合线长度与齿轮的法向齿距 pb的比值 。称为齿轮传动的重合度。重合度的表达式为： =z1(tan altan)z 2(tan a2-tan)/2由重合度的计算公式可见，重合度 与模数 m 无关随着齿数 z 的增多而加大，对于按标准中心距安装的标准齿轮传动，当两轮的齿数趋于无穷大时的极限重合度
14、 = 1.981 此外重合度还随啮合角 的减小和齿顶高系数 ha*的增大而增大。重合度与中心距 a 有关(涉及啮合角 )，与压力角 、顶隙系数 c*无关。5-5 齿轮齿条啮合传动有何特点?为什么说无论齿条是否为标准安装，啮合线的位置都不会改变?答 由于不论齿条在任何位置，其齿廓总与原始位置的齿廓平行而啮合线垂直于齿廓，因此，不论齿轮与齿条是否按标准安装，其啮合线的位置总是不变的，节点位置确定，齿轮的节圆确定；当齿轮与齿条按标准安装时，齿轮的分度圆应与齿条的分度线相切。这时齿轮的节圆与其分度圆重合，齿条的常节线也与其分度线重合。因此，传动啮合角 等于分度圆压力角 ，也等于齿条的齿形角 。5-6 节圆与分度圆、啮合角与压力角有什么区别?答 节圆是两轮啮合传动时在节点处相切的一对圆。只有当一对齿轮啮合传动时有了节点才有节圆，对于一个单一的齿轮来说是不存在节圆的，而且两齿轮节圆的大小是随两齿轮中心距的变化而变化的。而齿轮的分度圆是一个大小完全确定的圆，不论这个齿轮是否与另一齿轮啮合，也不论两轮的中心距如何变化，每个齿轮都有一个唯一的、大小完全确定的分度圆。啮合角是指两轮传动时其节点处的速度矢量与啮合线之间所夹的锐角，压力角是指单
