1、题 2-1 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 3nlph原动件数不等于自由度数，此简易冲床不能014232lF运动，即不能实现设计意图。分析：因构件
2、 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)。11(c)题 2-(d)5436a55215436426b321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
3、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。2-14 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) 5n7lp0h12323hlF2-15 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
4、) 取比例尺,绘制机构运动简图。(如图 2-4 所示)2) 7n10lph1027323lF题 -题 -42-16. 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)=34-(25+1)=1或 F=3n-(2pL+pH-p)-F=34-(25+1-0)-0=1b) 分析：B 、E 为局部自由度。F=3
5、n-(2pL+pH)=35-(26+2)=1或 F=3n-(2pL+pH-p)-F=37-(28+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+pH)=35-(27+0)=1或 F=3n-(2pL+pH-p)-F=311-(217+0-2)-0=1d) 分析：A、B、C 为
6、复合铰链；D 处高副的数目为 2。不存在局部自由度题 2-16 图ABCD齿轮a)ABCFKDEILJMc)ABCD1 A 2 34567d)A BCDEFb)和虚约束。F=3n-(2pL+pH)=36-(27+3)=1或 F=3n-(2pL+pH-p)-F=36-(27+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。2-18 图示为一刹车机构。刹车时，操作杆 1 向右拉
7、，通过构件2、3、4、5、6 使两闸瓦刹住车轮。试计算机构的自由度，并就刹车过程说明此机构自由度的变化情况。 （注：车轮不属于刹车机构中的构件。 ）解：1) 未刹车时，刹车机构的自由度6n8lp0h286323hlF2)闸瓦 G、J 之一刹紧车轮时，刹车机构的自由度5n7lp0h1725323hlF3)闸瓦 G、J 同时刹紧车轮时，刹车机构的自由度4n6lp0h0624323hlF2-20 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
8、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。解法一：13n7lp4h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ADCBA重复部分，与连杆 10、11、12、13 所带入的约束为虚约束。机构可简化为图 2-7（b）重复部分中的构件数 低副数 高副数 局部自由度10n1lp3hp3F 437
9、232phl局部自由度 4F1)1()(3 nhl解法二：如图 2-7（b）局部自由度 1 )032()2( FpFhl OE2-21 图示为一收放式折叠支架机构。该支架中的件 1 和 5 分别用木螺钉联接于固定台板 1和活动台板 5上，两者在 D 处铰接，使活动台板能相对于固定台板转动。又通过件 1、2、3 、4 组成的铰链四杆机构及连杆 3 上 E 点处销子与件 5 上的连杆曲线槽组成的销槽联接使活动台板实现收放动作。在图示位置时，虽在活动台板上放有较重的重物，活动台板也不会自动收起，必须沿箭头方向推动件 2，使铰链 B、D 重合时，活动台板才可收起（如图中双点划线所示） 。现已知机构尺寸 lAB=lAD=90mm,lBC=lCD=25mm，试绘制机构的运动简图，并计算其自由度。解：1)取比例尺,绘制机构运动简图。(如图 2-11 所示)2) E 处为销槽副，销槽两接触点公法线重合，只能算作一个高副。4n5lp1h1524323lFCBA图 -2-232-24 与下一题差不多
