西北工业大学研究生入学考试机械原理题库1.doc

平面机构的结构分析
题2-1 图a所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,首先要计算机构的自由度。尽管此机构有4个活动件,但齿轮1和凸轮2是固装在轴A上,只能作为一个活动件,故
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)。
讨论:增加机构自由度的方法一般是在适当位置上添加一个构件(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。
解: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:
解法二: 局部自由度
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时,可将设备中的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。
解:1)取比例尺,绘制机构运动简图。(如图题2-3所示)

2)
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。
解:1)取比例尺,绘制机构运动简图。(如图2-4所示)
2)
题2-5 图a所示是为高位截肢的人所设计的一种假肢膝关节机构,该机构能保持人行走的稳定性。若以颈骨1为机架,
试绘制其机构运动简图和计算其自由度,并作出大腿弯曲90度时的机构运动简图。
解:1)取比例尺,绘制机构运动简图。大腿弯曲90度时的机构运动简图如虚线所示。(如图2-5所示)
2)
题2-6 试计算如图所示各机构的自由度。图a、d为齿轮-连杆组合机构;图b为凸轮-连杆组合机构(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与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?
解: a)

b) 解法一:
解法二: 虚约束局部自由度
c) 解法一:
解法二:
虚约束局部自由度
d)

齿轮3与齿轮5的啮合为高副(因两齿轮中心距己被约束,故应为单侧接触)将提供1个约束。
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)。
解:1)取比例尺,绘制机构运动简图。(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。
解法一:

虚约束:
因为,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