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机械原理习题选解 2007年月第二章 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，并提出修改方案（要求用机构示意图表示出来）。 解 ⑴分析：绘制机构运动简图 沿着运动传递的路线，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）。 构件2：与机架5构成转动副A；与构件3构成凸轮高副。所以构件2的符号为图a)。 构件3：与构件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3的符号为图b)。 构件4：与机架3构成转动副；与机架5构成移动副。所以构件4的符号为图c)或图d)。 将这些构件符号依次连接起来，就得到机构运动简图，如题2-11答图a)或b)所示。 机构运动简图，如题2-11答图a)或b)所示。 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机构原动件的数目是否等于机构自由度的数目。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。 ⑶分析修改方案 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。 2-16. 试计算图示各机构的自由度。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、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) 分析：A为复合铰链，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 b) 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处相铰接的双滑块为一个Ⅱ级杆组，未引入约束，故机构不存在虚约束。如果将相铰接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。 c) 分析：该机构存在重复结构部分，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，而其余部分为重复部分，则引入了虚约束。 F=3n-(2pL+