机械原理第2章机构的结构分析

机构的结构分析2-11.图示为一简易冲床的初拟设计方案。设计者的思路是：动力由齿轮1输入，使轴A连续回转；而固装在轴A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(xiūgǎi)方案（要求用机构示意图表示出来）。精品资料A12345题2-11图精品资料解:⑴分析：绘制机构运动简图沿着(yánzhe)运动传递的路线，根据各个活动构件参与构成运动副的情况（两构件组成的运动副的类型，取决于两构件之间的相对运动关系），确定表示各个构件的符号，再将各个构件符号连接起来，就得到机构运动简图（或机构示意图）。精品资料构件(gòujiàn)2：与机架5构成转动副A；与构件(gòujiàn)3构成凸轮高副。所以构件(gòujiàn)2的符号为图a)。构件(gòujiàn)3：与构件(gòujiàn)2构成凸轮高副；与机架5构成转动副；与机架4构成转动副。所以构件(gòujiàn)3的符号为图b)。图a)图b)精品资料构件4：与机架3构成转动副；与机架5构成移动(yídòng)副。所以构件4的符号为图c)或图d)。图c)图d)精品资料将这些构件符号依次连接起来，就得到机构(jīgòu)运动简图，如题2-11答图a)或b)所示。机构(jīgòu)运动简图，如题2-11答图a)或b)所示。题2-11答图A1，2345a)A1，2345b)μL=1mm/mm精品资料⑵分析：是否能实现设计意图在机构的结构分析中判断该方案否能实现设计意图，应该从以下两点考虑：①机构自由度是否大于零；②机构原动件的数目(shùmù)是否等于机构自由度的数目(shùmù)。因此，必须计算该机构的自由度:F=3n-(2pL+pH)=3×3-(2×4+1)=0。因为机构的自由度为F=3n-(2pL+pH)=3×3-(2×4+1)=0可知，该机构不能运动，不能实现设计意图。精品资料⑶分析(fēnxī)修改方案因为原动件的数目为1，所以修改的思路为：将机构的自由度由0变为1。因此，修改方案应有2种。方案1：给机构增加1个构件（增加3个独立运动）和1个低副（增加2个约束），使机构自由度增加1，即由0变为1。如题2-11答图c)、d)、e)所示。方案2：将机构中的1个低副（2个约束）替换为1个高副（1个约束），使机构中的约束数减少1个，从而使机构自由度增加1，即由0变为1。如题2-11答图f)所示。修改方案如题2-11答图c)、d)、e)、f)所示。精品资料王树才A1，2345e)A1，23454΄c)A1，23454΄d)A1，2345f)题2-11答图精品资料2-16.试计算图示各机构的自由度。图a、d为齿轮—连杆组合(zǔhé)机构；图b为凸轮—连杆组合(zǔhé)机构（图中在D处为铰接在一起的两个滑块）；图c为一精压机机构。并问在图d所示机构中，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是否相同？为什么？精品资料题2-16图ABCD齿轮a)ABCFKDEILJMc)ABCD1234567d)ABCDEFb)精品资料题2-16图ABCD齿轮a)a)解分析：A为复合(fùhé)铰链，不存在局部自由度和虚约束。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精品资料题2-16图ABCDEFb)b)解:分析：B、E为局部自由度。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：该机构在D处虽存在轨迹重合的问题，但由于D处相铰接(jiǎojiē)的为双滑块，未引入约束，故机构不存在虚约束。如果将相铰接(jiǎojiē)的双滑块改为相固联的十字滑块，则该机构就存在一个虚约束。精品资料c)分析：该机构存在重复结构部分(bùfen)，故存在虚约束。实际上，从传递运动的独立性来看，有机构ABCDE就可以了，而其余部分(bùfen)为重复部分(bùfen)，则引入了虚约束。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题2-16图ABCFKDEILJMc)精品资料d)分析：A、B、C为复合铰链；D处高副的数目为2。不存在局部自由度和虚约束。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齿轮3与5的中心距受到约束，轮齿两侧齿廓只有一侧接触，另一侧存在间隙，故齿轮高副提供一个(yīɡè)约束。齿条7与齿轮5的中心距没有受到约束，两齿轮的中心可以彼此靠近，使轮齿两侧齿廓均接触，因轮齿两侧接触点处的法线方向并不重合，故齿轮高副提供两个约束。ABCD1234567d)精品资料例题1、试画出如图所示泵机构的机构运动(yùndòng)简图，并计算其自由度。ABC1234例题1图ABC1234b)ABC1234a)题答图精品资料解在绘制机构运动简图时，首先必须搞清机构的组成及运动传递情况。在图示机构中，偏心盘1为原动件，其与机架4构成转动副A；构件1与带环的柱塞2构成转动副B；构件2在摆动盘3的槽中来回移动，构成移动副，其相对(xiāngduì)移动方向沿BC方向；构件3与机架4组成转动副C，其在摆动盘3的中心处。精品资料根据上述分析，再选定一适当的比例尺和视图平面，并依次定出各转动副的位置和移动副导路的方位。就不难画出其机构运动简图，如答图a或b所示。由于该机构具有(jùyǒu)3个活动构件、3个转动副和1个移动副，没有高副，没有局部自由度和虚约束，故机构的自由度为F=3n－（2pL＋pH）=3×3－（2×4＋0）=1精品资料例题2图示为毛纺设备洗毛机中所采用的双重偏心轮机构，偏心轮1可以在偏心轮2中相对转动，偏心轮2可以在构件3的圆环中相对转动。⑴试绘制其在图示位置时的机构运动(yùndòng)简图；⑵当以偏心盘1为原动件时，该机构是否有确定的运动(yùndòng)？ABOO΄123题2图AOO΄B123题答图精品资料解在绘制机构运动简图时，首先必须搞清机构的组成及运动传递情况。在图示机构中，偏心盘1为原动件，其与机架构成转动(zhuàndòng)副A；偏心盘1与偏心盘2构成转动(zhuàndòng)副O；偏心盘2与带环的构件3构成转动(zhuàndòng)副O΄；构件3与机架组成转动(zhuàndòng)副B。根据上述分析，再选定一适当的比例尺和视图平面，并依次定出各转动(zhuàndòng)副的位置。就不难画出其机构运动简图，如答图所示。精品资料由于该机构具有3个活动构件、4个转动(zhuàndòng)副，没有高副，没有局部自由度和虚约束，故机构的自由度为F=3n－（2pL＋pH）=3×3－（2×4＋0）=1ABOO΄123题2图AOO΄B123题答图精品资料例题3在图示的机构中，偏心盘1绕固定轴O转动(zhuàndòng)，迫使滑块2在圆盘3的槽中来回滑动，而圆盘3又相对于机架4转动(zhuàndòng)。试画出该机构的机构运动简图，并计算其自由度。OAB1234题3图OAB1234a)OAB1234b)题答图精品资料解在绘制机构运动简图时，首先必须搞清机构的组成及运动传递情况。在图示机构中，偏心盘1为原动件，其与机架4构成转动副O；偏心盘1与滑块2构成转动副A；滑块2与圆盘3构成移动副，其相对移动方向沿AB方向；圆盘3与机架4组成转动副B。根据上述分析，再选定一适当的比例尺和视图(shìtú)平面，并依次定出各转动副的位置和移动副导路的方位。就不难画出其机构运动简图，如答图a或b所示。精品资料由于该机构具有3个活动构件、3个转动(zhuàndòng)副和1个移动副，没有高副，没有局部自由度和虚约束，故机构的自由度为F=3n－（2pL＋pH）=3×3－（2×4＋0）=1OAB1234题3图OAB1234a)OAB1234b)题答图精品资料例题4在图示的机构中，偏心盘1绕固定轴O转动，通过构件(gòujiàn)2，使滑块3相对于机架4往复移动。试画出该机构的机构运动简图，并计算其自由度。OAB1234题4图OAB123题答图精品资料解在绘制机构(jīgòu)运动简图时，首先必须搞清机构(jīgòu)的组成及运动传递情况。在图示机构(jīgòu)中，偏心盘1为原动件，其与机架4构成转动副O；偏心盘1与构件2构成转动副A；构件2与滑块3构成转动副B；滑块3与机架4组成移动副，其相对移动方向沿OB方向。精品资料根据上述分析，再选定一适当的比例尺和视图平面，并依次定出各转动副的位置(wèizhi)和移动副导路的方位。就不难画出其机构运动简图，如答图所示。由于该机构具有3个活动构件、3个转动副和1个移动副，没有高副，没有局部自由度和虚约束，故机构的自由度为F=3n－（2pL＋pH）=3×3－（2×4＋0）=1OAB1234题4图OAB123题答图精品资料例题(lìtí)5:试画出图示冲压机构的机构运动简图。ABC1234Rr题5图ABC1234题答图精品资料例题6试画出图示机构的机构运动(yùndòng)简图。图中，偏心盘1绕固定轴O转动，迫使偏心盘2在圆盘3中绕其几何中心B相对转动，而圆盘3又相对于机架转动。OABC1234题6图AOBC题答图精品资料例题7:计算图示机构的自由度。如有复合(fùhé)铰链、局部自由度、虚约束，请说明在何处。题7图ABCDEFGHABCDEFG1234567答图B精品资料解:B处有局部(júbù)自由度，除去局部(júbù)自由度,H和G处算一个运动副。如图所示。F=3n－（2pL＋pH）=3×6－（2×8＋1）=1题7图ABCDEFGHABCDEFG1234567答图精品资料例题8:试分析题图a、b所示两个机构：①若在机构中具有复合铰链(jiǎoliàn)、局部自由度、虚约束，请说明在何处；②计算机构的自由度，分析其运动的确定性，并说明机构的组成是否合理，若不合理应怎样修改？（图见下页）精品资料5ABCDEF12345（a）ABCDE1234567（b）例题8图试卷(shìjuàn)中题图精品资料解（a）图：B处有局部自由度，E和F处算一个(yīɡè)运动副。F=3n－（2pL＋pH）=3×3－（2×4＋1）=0

该机构自由度为零，不能运动，机构的组成不合理。修改方法至少有以下三个：如答图a、b、c所示。5ABCDEF12345（a）例题8a图精品资料（a）ABCDEF1234ABCDEF12345（b）题8a答图25ABCDEF12345（a）例题8a图精品资料25ABCDEF12345（a）例题8a图（c）ABCDEF12345C题8a答图精品资料解：（b）图：A处为构件1、3、7组成的复合铰链，B处为构件2、3、4组成的复合铰链，C处为构件4、5、6组成的复合铰链；E和D处算一个运动(yùndòng)副。F=3n－（2pL＋pH）=3×6－（2×7＋2）=2该机构自由度为2，而只有1个原动件，机构运动(yùndòng)不确定，机构的组成不合理。修改方法为：将构件1也变成原动件，或将构件1改为固定件（机架）等。例题8b图精品资料例题9：如图所示为牛头刨床的一个机构设计方案。设计者的意图是动力由曲柄1输入，通过滑块2使摆动导杆3作往复(wǎngfù)摆动，并带动滑枕4往复(wǎngfù)移动以达到刨削的目的。试分析此方案有无结构组成原理上的错误（须说明理由）。若有，应如何改正？（试提出2个方案，画出机构示意图。）ω115324题9图2精品资料解：F=3n－（2pL＋pH）=3×4－2×6=0或F=3n－（2pL＋pH－p'）－F′=3×4－（2×7＋0－2）－0=0此方案有结构组