機械原理第2章機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析

機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析2-11.圖示為一簡易沖床的初擬設(shè)計方案。設(shè)計者的思路是：動力由齒輪1輸入，使軸A連續(xù)回轉(zhuǎn)；而固裝在軸A上的凸輪2與杠桿3組成的凸輪機構(gòu)使沖頭4上下運動，以達到?jīng)_壓的目的。試繪出其機構(gòu)運動簡圖（各尺寸由圖上量取），分析是否能實現(xiàn)設(shè)計意圖，并提出修改(xiūgǎi)方案（要求用機構(gòu)示意圖表示出來）。精品資料A12345題2-11圖精品資料解:⑴分析：繪制機構(gòu)運動簡圖沿著(yánzhe)運動傳遞的路線，根據(jù)各個活動構(gòu)件參與構(gòu)成運動副的情況（兩構(gòu)件組成的運動副的類型，取決于兩構(gòu)件之間的相對運動關(guān)系），確定表示各個構(gòu)件的符號，再將各個構(gòu)件符號連接起來，就得到機構(gòu)運動簡圖（或機構(gòu)示意圖）。精品資料構(gòu)件(gòujiàn)2：與機架5構(gòu)成轉(zhuǎn)動副A；與構(gòu)件(gòujiàn)3構(gòu)成凸輪高副。所以構(gòu)件(gòujiàn)2的符號為圖a)。構(gòu)件(gòujiàn)3：與構(gòu)件(gòujiàn)2構(gòu)成凸輪高副；與機架5構(gòu)成轉(zhuǎn)動副；與機架4構(gòu)成轉(zhuǎn)動副。所以構(gòu)件(gòujiàn)3的符號為圖b)。圖a)圖b)精品資料構(gòu)件4：與機架3構(gòu)成轉(zhuǎn)動副；與機架5構(gòu)成移動(yídòng)副。所以構(gòu)件4的符號為圖c)或圖d)。圖c)圖d)精品資料將這些構(gòu)件符號依次連接起來，就得到機構(gòu)(jīgòu)運動簡圖，如題2-11答圖a)或b)所示。機構(gòu)(jīgòu)運動簡圖，如題2-11答圖a)或b)所示。題2-11答圖A1，2345a)A1，2345b)μL=1mm/mm精品資料⑵分析：是否能實現(xiàn)設(shè)計意圖在機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析中判斷該方案否能實現(xiàn)設(shè)計意圖，應(yīng)該從以下兩點考慮：①機構(gòu)自由度是否大于零；②機構(gòu)原動件的數(shù)目(shùmù)是否等于機構(gòu)自由度的數(shù)目(shùmù)。因此，必須計算該機構(gòu)的自由度:F=3n-(2pL+pH)=3×3-(2×4+1)=0。因為機構(gòu)的自由度為F=3n-(2pL+pH)=3×3-(2×4+1)=0可知，該機構(gòu)不能運動，不能實現(xiàn)設(shè)計意圖。精品資料⑶分析(fēnxī)修改方案因為原動件的數(shù)目為1，所以修改的思路為：將機構(gòu)的自由度由0變?yōu)?。因此，修改方案應(yīng)有2種。方案1：給機構(gòu)增加1個構(gòu)件（增加3個獨立運動）和1個低副（增加2個約束），使機構(gòu)自由度增加1，即由0變?yōu)?。如題2-11答圖c)、d)、e)所示。方案2：將機構(gòu)中的1個低副（2個約束）替換為1個高副（1個約束），使機構(gòu)中的約束數(shù)減少1個，從而使機構(gòu)自由度增加1，即由0變?yōu)?。如題2-11答圖f)所示。修改方案如題2-11答圖c)、d)、e)、f)所示。精品資料王樹才A1，2345e)A1，23454?c)A1，23454?d)A1，2345f)題2-11答圖精品資料2-16.試計算圖示各機構(gòu)的自由度。圖a、d為齒輪—連桿組合(zǔhé)機構(gòu)；圖b為凸輪—連桿組合(zǔhé)機構(gòu)（圖中在D處為鉸接在一起的兩個滑塊）；圖c為一精壓機機構(gòu)。并問在圖d所示機構(gòu)中，齒輪3、5和齒條7與齒輪5的嚙合高副所提供的約束數(shù)目是否相同？為什么？精品資料題2-16圖ABCD齒輪a)ABCFKDEILJMc)ABCD1234567d)ABCDEFb)精品資料題2-16圖ABCD齒輪a)a)解分析：A為復合(fùhé)鉸鏈，不存在局部自由度和虛約束。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精品資料題2-16圖ABCDEFb)b)解:分析：B、E為局部自由度。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：該機構(gòu)在D處雖存在軌跡重合的問題，但由于D處相鉸接(jiǎojiē)的為雙滑塊，未引入約束，故機構(gòu)不存在虛約束。如果將相鉸接(jiǎojiē)的雙滑塊改為相固聯(lián)的十字滑塊，則該機構(gòu)就存在一個虛約束。精品資料c)分析：該機構(gòu)存在重復結(jié)構(gòu)部分(bùfen)，故存在虛約束。實際上，從傳遞運動的獨立性來看，有機構(gòu)ABCDE就可以了，而其余部分(bùfen)為重復部分(bùfen)，則引入了虛約束。F=3n-(2pL+pH)=3×5-(2×7+0)=1或F=3n-(2pL+pH-p')-F′=3×11-(2×17+0-2)-0=1題2-16圖ABCFKDEILJMc)精品資料d)分析：A、B、C為復合鉸鏈；D處高副的數(shù)目為2。不存在局部自由度和虛約束。F=3n-(2pL+pH)=3×6-(2×7+3)=1或F=3n-(2pL+pH-p')-F'=3×6-(2×7+3-0)-0=1齒輪3與5的中心距受到約束，輪齒兩側(cè)齒廓只有一側(cè)接觸，另一側(cè)存在間隙，故齒輪高副提供一個(yīɡè)約束。齒條7與齒輪5的中心距沒有受到約束，兩齒輪的中心可以彼此靠近，使輪齒兩側(cè)齒廓均接觸，因輪齒兩側(cè)接觸點處的法線方向并不重合，故齒輪高副提供兩個約束。ABCD1234567d)精品資料例題1、試畫出如圖所示泵機構(gòu)的機構(gòu)運動(yùndòng)簡圖，并計算其自由度。ABC1234例題1圖ABC1234b)ABC1234a)題答圖精品資料解在繪制機構(gòu)運動簡圖時，首先必須搞清機構(gòu)的組成及運動傳遞情況。在圖示機構(gòu)中，偏心盤1為原動件，其與機架4構(gòu)成轉(zhuǎn)動副A；構(gòu)件1與帶環(huán)的柱塞2構(gòu)成轉(zhuǎn)動副B；構(gòu)件2在擺動盤3的槽中來回移動，構(gòu)成移動副，其相對(xiāngduì)移動方向沿BC方向；構(gòu)件3與機架4組成轉(zhuǎn)動副C，其在擺動盤3的中心處。精品資料根據(jù)上述分析，再選定一適當?shù)谋壤吆鸵晥D平面，并依次定出各轉(zhuǎn)動副的位置和移動副導路的方位。就不難畫出其機構(gòu)運動簡圖，如答圖a或b所示。由于該機構(gòu)具有(jùyǒu)3個活動構(gòu)件、3個轉(zhuǎn)動副和1個移動副，沒有高副，沒有局部自由度和虛約束，故機構(gòu)的自由度為F=3n－（2pL＋pH）=3×3－（2×4＋0）=1精品資料例題2圖示為毛紡設(shè)備洗毛機中所采用的雙重偏心輪機構(gòu)，偏心輪1可以在偏心輪2中相對轉(zhuǎn)動，偏心輪2可以在構(gòu)件3的圓環(huán)中相對轉(zhuǎn)動。⑴試繪制其在圖示位置時的機構(gòu)運動(yùndòng)簡圖；⑵當以偏心盤1為原動件時，該機構(gòu)是否有確定的運動(yùndòng)？ABOO?123題2圖AOO?B123題答圖精品資料解在繪制機構(gòu)運動簡圖時，首先必須搞清機構(gòu)的組成及運動傳遞情況。在圖示機構(gòu)中，偏心盤1為原動件，其與機架構(gòu)成轉(zhuǎn)動(zhuàndòng)副A；偏心盤1與偏心盤2構(gòu)成轉(zhuǎn)動(zhuàndòng)副O(jiān)；偏心盤2與帶環(huán)的構(gòu)件3構(gòu)成轉(zhuǎn)動(zhuàndòng)副O(jiān)?；構(gòu)件3與機架組成轉(zhuǎn)動(zhuàndòng)副B。根據(jù)上述分析，再選定一適當?shù)谋壤吆鸵晥D平面，并依次定出各轉(zhuǎn)動(zhuàndòng)副的位置。就不難畫出其機構(gòu)運動簡圖，如答圖所示。精品資料由于該機構(gòu)具有3個活動構(gòu)件、4個轉(zhuǎn)動(zhuàndòng)副，沒有高副，沒有局部自由度和虛約束，故機構(gòu)的自由度為F=3n－（2pL＋pH）=3×3－（2×4＋0）=1ABOO?123題2圖AOO?B123題答圖精品資料例題3在圖示的機構(gòu)中，偏心盤1繞固定軸O轉(zhuǎn)動(zhuàndòng)，迫使滑塊2在圓盤3的槽中來回滑動，而圓盤3又相對于機架4轉(zhuǎn)動(zhuàndòng)。試畫出該機構(gòu)的機構(gòu)運動簡圖，并計算其自由度。OAB1234題3圖OAB1234a)OAB1234b)題答圖精品資料解在繪制機構(gòu)運動簡圖時，首先必須搞清機構(gòu)的組成及運動傳遞情況。在圖示機構(gòu)中，偏心盤1為原動件，其與機架4構(gòu)成轉(zhuǎn)動副O(jiān)；偏心盤1與滑塊2構(gòu)成轉(zhuǎn)動副A；滑塊2與圓盤3構(gòu)成移動副，其相對移動方向沿AB方向；圓盤3與機架4組成轉(zhuǎn)動副B。根據(jù)上述分析，再選定一適當?shù)谋壤吆鸵晥D(shìtú)平面，并依次定出各轉(zhuǎn)動副的位置和移動副導路的方位。就不難畫出其機構(gòu)運動簡圖，如答圖a或b所示。精品資料由于該機構(gòu)具有3個活動構(gòu)件、3個轉(zhuǎn)動(zhuàndòng)副和1個移動副，沒有高副，沒有局部自由度和虛約束，故機構(gòu)的自由度為F=3n－（2pL＋pH）=3×3－（2×4＋0）=1OAB1234題3圖OAB1234a)OAB1234b)題答圖精品資料例題4在圖示的機構(gòu)中，偏心盤1繞固定軸O轉(zhuǎn)動，通過構(gòu)件(gòujiàn)2，使滑塊3相對于機架4往復移動。試畫出該機構(gòu)的機構(gòu)運動簡圖，并計算其自由度。OAB1234題4圖OAB123題答圖精品資料解在繪制機構(gòu)(jīgòu)運動簡圖時，首先必須搞清機構(gòu)(jīgòu)的組成及運動傳遞情況。在圖示機構(gòu)(jīgòu)中，偏心盤1為原動件，其與機架4構(gòu)成轉(zhuǎn)動副O(jiān)；偏心盤1與構(gòu)件2構(gòu)成轉(zhuǎn)動副A；構(gòu)件2與滑塊3構(gòu)成轉(zhuǎn)動副B；滑塊3與機架4組成移動副，其相對移動方向沿OB方向。精品資料根據(jù)上述分析，再選定一適當?shù)谋壤吆鸵晥D平面，并依次定出各轉(zhuǎn)動副的位置(wèizhi)和移動副導路的方位。就不難畫出其機構(gòu)運動簡圖，如答圖所示。由于該機構(gòu)具有3個活動構(gòu)件、3個轉(zhuǎn)動副和1個移動副，沒有高副，沒有局部自由度和虛約束，故機構(gòu)的自由度為F=3n－（2pL＋pH）=3×3－（2×4＋0）=1OAB1234題4圖OAB123題答圖精品資料例題(lìtí)5:試畫出圖示沖壓機構(gòu)的機構(gòu)運動簡圖。ABC1234Rr題5圖ABC1234題答圖精品資料例題6試畫出圖示機構(gòu)的機構(gòu)運動(yùndòng)簡圖。圖中，偏心盤1繞固定軸O轉(zhuǎn)動，迫使偏心盤2在圓盤3中繞其幾何中心B相對轉(zhuǎn)動，而圓盤3又相對于機架轉(zhuǎn)動。OABC1234題6圖AOBC題答圖精品資料例題7:計算圖示機構(gòu)的自由度。如有復合(fùhé)鉸鏈、局部自由度、虛約束，請說明在何處。題7圖ABCDEFGHABCDEFG1234567答圖B精品資料解:B處有局部(júbù)自由度，除去局部(júbù)自由度,H和G處算一個運動副。如圖所示。F=3n－（2pL＋pH）=3×6－（2×8＋1）=1題7圖ABCDEFGHABCDEFG1234567答圖精品資料例題8:試分析題圖a、b所示兩個機構(gòu)：①若在機構(gòu)中具有復合鉸鏈(jiǎoliàn)、局部自由度、虛約束，請說明在何處；②計算機構(gòu)的自由度，分析其運動的確定性，并說明機構(gòu)的組成是否合理，若不合理應(yīng)怎樣修改？（圖見下頁）精品資料5ABCDEF12345（a）ABCDE1234567（b）例題8圖試卷(shìjuàn)中題圖精品資料解（a）圖：B處有局部自由度，E和F處算一個(yīɡè)運動副。F=3n－（2pL＋pH）=3×3－（2×4＋1）=0

該機構(gòu)自由度為零，不能運動，機構(gòu)的組成不合理。修改方法至少有以下三個：如答圖a、b、c所示。5ABCDEF12345（a）例題8a圖精品資料（a）ABCDEF1234ABCDEF12345（b）題8a答圖25ABCDEF12345（a）例題8a圖精品資料25ABCDEF12345（a）例題8a圖（c）ABCDEF12345C題8a答圖精品資料解：（b）圖：A處為構(gòu)件1、3、7組成的復合鉸鏈，B處為構(gòu)件2、3、4組成的復合鉸鏈，C處為構(gòu)件4、5、6組成的復合鉸鏈；E和D處算一個運動(yùndòng)副。F=3n－（2pL＋pH）=3×6－（2×7＋2）=2該機構(gòu)自由度為2，而只有1個原動件，機構(gòu)運動(yùndòng)不確定，機構(gòu)的組成不合理。修改方法為：將構(gòu)件1也變成原動件，或?qū)?gòu)件1改為固定件（機架）等。例題8b圖精品資料例題9：如圖所示為牛頭刨床的一個機構(gòu)設(shè)計方案。設(shè)計者的意圖是動力由曲柄1輸入，通過滑塊2使擺動導桿3作往復(wǎngfù)擺動，并帶動滑枕4往復(wǎngfù)移動以達到刨削的目的。試分析此方案有無結(jié)構(gòu)組成原理上的錯誤（須說明理由）。若有，應(yīng)如何改正？（試提出2個方案，畫出機構(gòu)示意圖。）ω115324題9圖2精品資料解：F=3n－（2pL＋pH）=3×4－2×6=0或F=3n－（2pL＋pH－p'）－F′=3×4－（2×7＋0－2）－0=0此方案有結(jié)構(gòu)組