中南大学机械原理部分答案

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，PL=7, PH=0, F=3n-2PL-PH=3×5-2×7=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，PL=5, PH=1 F=3n-2PL-PH=3×4-2×5-1=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，n?4故

pl?5ph?2p??0F??0

F?3n?(2pl?ph?p?)?F??3?4?(2?5?2?0)?0?0

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：n?5pl?6ph?2

新方案的机构自由度：F?3?5?(2?6?2)?1

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

n?8pl?10ph?2p??0F??1(D处滚子的转动)

F?3n?(2pl?ph?p?)?F??3?8?(2?10?2?0)?1?1

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

n?5pl?7ph?0p??0F??0

F?3n?(2pl?ph?p?)?F??3?5?2?7?1

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

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