机械设计基础 模块 三

一、填空

1、图示机构中有 1 虚约束。

2、图示机构要有确定运动，需要有 1 原动件。

3、机构具有确定运动的条件是：原动件数等于机构的自由度数。

4、运动副是指能使两构件之间既能保持 直接 接触，而又能产生一定的形式相对运动的连接。

5、机器或机构各部分之间应具有 确定 运动。

6、运动副接触形式有: 点 、线 、面 。

题3-1-1图 题3-1-2图

二、判断

1、机构都是可动的。(√)

2、机器是由机构组合而成的，机构的组合一定就是机器。   （×）

3、构件可以是一个零件，也可以是几个零件通过刚性连接组成的一个整体。（√）

4、按其接触形式，运动副分为点线接触的高副和面接触的低副。（√）

5、具有两个自由度和一个约束条件的移动副是平面低副。（×）

6、移动副的导路必须与相对移动方向一致。（√）

7、机构能具有相对运动的条件是其自由度F＞0。（√）

8、速度瞬心法可以用于求解机构的加速度问题。（×）

三、计算与分析

1、绘制如图所示内燃机的机构运动简图。

解 (1) 分析、 确定构件类型。

图示的内燃机是由活塞1、连杆2、曲轴3与气缸体4组成的曲柄滑块机构；同曲轴3固联的齿轮5，同凸轮轴7固联的齿轮6与气缸体4组成的齿轮机构；凸轮7、进气阀顶杆8与气缸体4组成的凸轮机构(排气阀在图中未画出)共同组成的。气缸体4作为机架，是固定件；燃气推动下的活塞1是原动件；其余构件都是从动件。

(2) 确定运动副类型。

各构件之间的联接方式如下：5和6，7和8之间构成高副；1和4，8和4之间构成移动副；7和4， 2和1，2和3，3和4之间均为相对转动，构成回转副。

(3) 定视图方向。

连杆运动平面为视图方向。

(4) 选择比例尺, 绘制简图。

先画出滑块导路中心线及曲轴中心位置, 然后根据构件尺寸和运动副之间的尺寸, 按选定的比例尺和规定符号绘出，如图所示。

题3-3-1图 题3-3-1答案

1-活塞；2-连杆；3-曲轴；4-气缸体；5、6-齿轮；7-凸轮；8-进气阀顶杆

2、绘制如图所示活塞泵的机构运动简图。

题3-3-2图 题3-3-2答案

1-曲柄；2-连杆；3-齿扇；4-齿条活塞；5-机架

解：

(1) 分析、 确定构件类型。

活塞泵由曲柄1、连杆2、齿扇3、齿条活塞4和机架5等五个构件组成。曲柄1是原动件，2、3、4是从动件。当原动件1回转时，活塞在气缸中往复运动。

(2) 确定运动副类型。

各构件之间的连接如下：构件1和5，2和1，3和2，3和5之间为相对转动，分别构成A、B、C、D转动副。构件3的轮齿与构件4的齿构成平面高副E。构件4与5之间为相对移动，构成移动副F。

(3) 定视图方向。

连杆运动平面为视图方向。

(4) 选择比例尺, 绘制简图。

选取适当比例，按题图示尺寸，定出A、B、C、D、E、F的相对位置，用构件和运动副的规定符号画出机构运动简图，在原动件上标注箭头，如图所示。

3、计算如图所示圆盘锯主体机构的自由度。

题3-3-3图

解 机构中有七个活动构件，n＝7,A、B、C、D四处都是三个构件汇交的复合铰链，各有两个转动副，E、F处各有一个转动副，故PL＝10，该机构没有高副。计算得

F＝3×7-2×10=1

F与机构原动件数相等。当原动件6转动时，圆盘中心E将确定地沿EE′移动。

4、计算如图所示内燃机机构的自由度。

题3-3-4图

解 该机构有6个活动构件，4个转动副，3个移动副，1个齿轮高副，2个凸轮高副组成。即n=6，PL=7，PH=3。

该机构的自由度为F=3n-2PL-PH=3×6-2×7-3=1。

5、求如图所示平面铰链五杆机构的自由度，并分析其是否具有确定的运动。

题3-3-5图

解 如图所示，5为机架，l、2、3、4为活动构件，A、B、C、D、E为5个转动副(低副)，因此，n＝4，PL＝5，PH＝o。自由度为

F＝3n-2PL-PH＝3×4-2×5—0＝2

即该机构必须有两个主动构件，才能具有确定的运动。若只有1个主动构件，则机构将不能有确定的运动。如图所示，如果只有主动构件l，则其余构件可以在位置2、3、4，也可以在位置2′、3′，4′，即机构的运动不确定。

6、计算推土机机构的自由度，并判断机构的运动是否确定。

解 推土机机构有8个可动构件，11个低副（其中有2个移动副、9个转动副）， 即n=8 ， PL=11，没有高副所以，该机构的自由度为：

F=3n-2PL-PH=3×8-2×11-0=2

该机构有两个原动件（活塞杆 5 和 7 ）。原动件数等于机构自由度，机构的运动确定。

题3-3-6图

1-铲斗；2-连杆；3-动臂；4-摇臂；5-活塞杆；6-转斗油缸；7-活塞杆；8-动臂油缸；

9-车体

7、如图所示为铰链四杆机构，已知绘制机构运动简图的长度比例尺μl、各个构件的尺寸以及构件2的角速度ω2。求构件4的角速度ω4。

解 (1) 该机构的瞬心数目为

(2) 确定各构件的瞬心。

转动副中心A、 B、 C和D分别是瞬心P12、 P23、 P34和P14，可直接找出。

瞬心P13和P24则用瞬心多边形法来求。 铰链四杆机构的瞬心多边形为四边形， 如图 (b) 所示， 其顶点分别表示机构中的四个构件1、2、3和4。 每两个顶点之间的连线代表相应构件的速度瞬心，因此四个棱边分别表示瞬心P12、 P23、 P34和P14。

(3) 求构件4的角速度ω4。

根据瞬心的概念，构件2和构件4在瞬心P24处的绝对速度相等。所以，在瞬心P24处存在如下的关系：

  vP24=ω2﹒P12P24=ω4﹒P24P14

P12P24和P24P14可直接从所作的图中按比例量取。可得出

题3-3-7图

北京邮电大学《机械设计基础》课后题解模块三