機(jī)械原理(西北工業(yè)大學(xué)第七版)習(xí)題選解

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1、西北工業(yè)大學(xué)圖a)圖c)圖d)第二章機(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?。?，分析是否能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)意圖，并提出修改方案（要求用機(jī)構(gòu)示意圖表示出來）。解⑴分析：繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖沿著運(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

2、到機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖（或機(jī)構(gòu)示意圖）。構(gòu)件2：與機(jī)架5構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)副A；與構(gòu)件3構(gòu)成凸輪高副。所以構(gòu)件2的符號(hào)為圖a）。構(gòu)件3：與構(gòu)件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3的符號(hào)為圖b）。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)副。所以構(gòu)件4的符號(hào)為圖c）或圖d)o將這些構(gòu)件符號(hào)依次連接起來，就得到機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖，如題2-門答圖a）或b）所示。機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖，如題2?11答圖a）或b）所示。⑵分析:b)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)

3、目是否等于機(jī)構(gòu)自由度的數(shù)目。因此，必須計(jì)算該機(jī)構(gòu)的自由度F=3n-（2pL+pH）=3X3-（2X4+1）二0。因?yàn)闄C(jī)構(gòu)的自由度為F=3n-（2pL+pH）=3x3-（2x4+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。⑶分析修改方案因?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2T1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)

4、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2T1答圖f）所示。修改方案如題2?11答圖c）、d）、e）＞f）所示。fl211e)1,2題2-11答圖2-16.試計(jì)算圖示各機(jī)構(gòu)的自由度。圖a、d為齒輪一連桿組合機(jī)構(gòu)；圖b為凸輪一連桿組合機(jī)構(gòu)（圖屮在D處為較接在一起的兩個(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？C）d)題2?16圖a)分析：A為復(fù)合較鏈，不存在局部自由度和虛約束。F=3n-(2pL+pH)=3x4~(

5、2x5+1)=1或F=3n-(2pL+pH-p,)-F,=3x4-(2x5+1-0)-0=1b)分析：B、E為局部自由度。F=3ii-(2pl+ph)=3x5-(2x6+2)=1或F=3n-(2pL+pH-p,)-F,=3x7-(2x8+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處相狡接的雙滑塊為一個(gè)II級(jí)桿組，未引入約束，故機(jī)構(gòu)不存在虛約束。如果將相較接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。c)分析：該機(jī)構(gòu)存在重復(fù)結(jié)構(gòu)部分，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)ABCD

6、E就可以了，而其余部分為重復(fù)部分，則引入了虛約束。F=3n-(2pl+ph)=3x5-(2x7+0)=1或F=3n-(2pL+pH-p,)-F,=3x11-(2x17+0-2)-0=1d)分析：A、B、C為復(fù)合較鏈；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)=3x6-(2x7+3)=1或F=3n-(2pL+pH-p，)-F,=3x6-(2x7+3-0)-0=l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)約束。齒條7與齒輪5的中心距沒有受到約束，兩齒輪的

7、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。3-3.試求圖示各機(jī)構(gòu)在圖示位置時(shí)全部瞬心的位置。4C12b)a)d)題3?3圖解a)通過運(yùn)動(dòng)副直接相聯(lián)的兩構(gòu)件的瞬心:P

8、3f8P

9、4f8a)P12在A點(diǎn)，P23在B點(diǎn)，P34在C點(diǎn)、,Pg在垂直于移動(dòng)副導(dǎo)路方向的無窮遠(yuǎn)處。不通過運(yùn)動(dòng)副直接相聯(lián)的兩構(gòu)件的瞬心位置，借助三心定理來確定：對于構(gòu)件1、2、3,P13必在P12及P23的連線上，而對于構(gòu)件1、4、3,P

10、3又必在比4及P34的連線上，因上述兩線平行，故上述兩線的交點(diǎn)

11、在無窮遠(yuǎn)處，即為Ph在垂直于BC的無窮遠(yuǎn)處。對于構(gòu)件2、3、4,P24必在P23及P34的連線上，而對于構(gòu)件2、1、4,P24乂必在P12及P】4的連線上，故上述兩線的交點(diǎn)B即為瞬心P24。b)b)通過運(yùn)動(dòng)副直接相聯(lián)的兩構(gòu)件的瞬心：PI2在A點(diǎn)，P23在垂直于移動(dòng)副導(dǎo)路方向的無窮遠(yuǎn)處，P.