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机械原理 习题集解答 刘冠阳 郭卫东 北京航空航天大学机器人研究所 2013年1月 机构的组成原理 1、什么是构件，什么是运动副？ 解答：独立运动的单元体称为构件。由两个构件直接接触组成的可动的连接称为运动副。 2、运动链是怎样形成的？它与机构有什么关系？ 解答：把若干个构件用运动副连接起来所形成的构件系统称为运动链。如果取运动链中的某个构件为机架， 当运动链中的一个或若干个构件相对于机架（参考坐标系）按规定的运动规律做相对独立的运动时，而该运 动链中的其余构件能够随之按确定的规律运动，则就把这样的运动链称为机构。 3、机构具有确定运动的条件是什么？当机构的原动件数少于或多于机构的自由度时，机构的运动将发生什 么情况？ 解答：机构具有确定运动的条件是机构原动件的数目等于机构自由度。当机构的原动件数少于机构的自由度 时，机构的运动不确定；当机构的原动件数多于机构的自由度时，机构将不能运动，或在机构中最薄弱环节 处损坏。 4、什么是机构的运动简图？绘制机构运动简图的目的是什么？它能表示出原机构哪些方面的特征？ 解答：利用简单线条表示的构件和规定的运动副的表示方法绘制的机构图就是机构运动简图。绘制机构运动 简图的目的是在对机构进行运动分析和动力分析时，可以忽略掉那些无关的因素而只考虑那些只与运动有关 的因素，并用最为简洁明了的方式，把构件和运动副所形成的机构图形画出来。机构运动简图与实际机构应 具有完全相同的运动特性，即它们的所有构件的运动形式是完全相同的，因此机构运动简图必须根据机构的 实际尺寸按比例绘制。 5、试绘出如图所示偏心轮传动机构的机构运动简图，并计算其自由度。 解答：绘制机构运动简图（右上）。偏心轮传动机构由六个构件组成。根据机构的工作原理，构件 5是机架， 原动件为偏心轮 1，它与机架 5组成转动副，其回转中心为 A点。构件 2是一个三副构件，它与构件 1、构 件 3、构件 4分别组成转动副，它们的回转中心分别为 B、C和 E点。构件 3与机架 5、构件 6与机架 5分别 在 D、F点组成转动副。构件 4与构件 6在 E点组成移动副。在选定长度比例尺和投影面后，定出各转动副 的回转中心点A、B、C、D、E、F 的位置及移动副导路E 的位置，并用运动副符号表示，用直线把各运动副 连接起来，标明机架和原动件，即得右上图所示的机构运动简图。 1 6、如图所示的活塞泵有曲柄 1、连杆 2、扇形齿轮 3、齿条活塞 4和机 架 5共 5个构件所组成。曲柄 1是原动件，2、3、4为从动件。当原动 件 1回转时，活塞在气缸中作往复运动。试绘出机构运动简图，计算 其自由度，并判断机构运动是否确定。 解答：绘制机构运动简图。各构件之间的连接如下：构件 1和构件 5、 构件 2和构件 1、构件 3和构件 5之间有相对转动，分别构成转动副 A、 B、C、D。构件3 的轮齿与构件4 的轮齿构成平面高副E。构件4与 构件 5之间为相对移动，构成移动副 F。选取适当的比例，用构件和运 动副的规定符号画出机构运动简图，如左图所示。 计算自由度： F 3n2P P 352701 L H 因为该机构的自由度等于原动件数目，所以此机构具有确定的运动。 7、试计算图示运动链的自由度，并判断该运动链是 否具有确定的运动。若有复合铰 ，局部自由度和虚 约束，应明确指出。 解答：n5，P 7 （其中转动副D是三构件构成的复合铰 ），P 0，因此该运动链的自由度为 L H F 3n2P P 352701 L H 该运动链的自由度等于原动件数目，因此具有确定的运动。 8、试计算图示运动链的自由度，并判断该运动 链是否具有确定的运动。若有复合铰 ，局部自 由度和虚约束，应明确指出。 解答：n7，P 10 （其中转动副C是三构件的复合铰 ），P 0，因此该运动链的自由度为： L