机械原理习题

第2章机构的结构分析随堂自测选择题（每小题5分，共100分）1.当机构的的原动件数目小于其自由度数时，该机构将（）确定的运动。

A.有B.没有C.不完全有2.当机构的的原动件数目大于其自由度数时，该机构将（）。

A.有确定的运动B.没有确定的运动C.最薄弱环节发生损坏3.在机构中，某些不影响机构运动传递的重复部分所带入的约束为（）。

A.虚约束B.局部自由度C.复合铰链。

4.机构具有确定运动的条件是（）。

A.机构自由度小于原动件数B.机构自由度大于原动件数C.机构自由度等于原动件数5.用一个平面低副联二个做平面运动的构件所形成的运动链共有（）个自由度。

A.3B.4C.5D.66.杆组是自由度等于（）的运动链。

A.0B.1C.原动件数7.一般平面运动副所提供的约束为（）。

A.1B.2C.3D.1或28.某机构为Ⅲ级机构,那么该机构应满足的必要充分条件是（）。

A.含有一个自由度B.至少含有一个基本杆组C.至少含有一个Ⅱ级杆组D.至少含有一个Ⅲ级杆组9.机构中只有一个（）。

A.闭式运动链B.运动件C.从动件D.机架10.具有确定运动的差动轮系中其原动件数目（）。

A.至少应有2个B.最多有2个C.只有2个D.不受限制11.机构作确定运动的基本条件是其自由度必须大于零。

（）对错12.任何机构都是自由度为零的基本杆组依次连接到原动件和机架上面构成的。

（）对错13.高副低代是为了对含有高副的平面机构进行分析和研究。

（）对错14.任何具有确定运动的机构的从动件系统的自由度都等于零。

（）对错15.在平面机构中一个高副将引入两个约束。

（）对错16.当机构的自由度F>0,且等于原动件数，则该机构即具有确定的相对运动。

（）对错17.运动链要成为机构，必须使运动链中原动件数目等于其自由度数。

（）对错18.任何机构都是由机架加原动件，再加若干自由度为零的杆组组成的。

所以说杆组是自由度为零的运动链。

（）对错19.只有自由度为1的机构才具有确定的运动。

（）对错20.具有一个自由度的运动副称为Ⅰ级副。

（）对错１-1．图题1-1是由点(线)接触所构成的运动副。

试分析计算它们的自由度数量和性质，并从封闭形式和受力状况与相对应的面接触低副进行比较。

1-1答案：a)自由度数为３。

约束掉３个移动，保留３个转动自由度，为３级运动副。

b) 自由度数为３。

约束掉１个移动、２个转动，保留２个移动，１个转动自由度，为３级运动副。

c) 自由度数为1。

约束掉2个移动、3个转动，保留1个移动自由度，为5级运动副。

d) 自由度数为1。

约束掉3个移动、２个转动，保留１个转动自由度，为5级运动副。

e) 自由度数为2。

约束掉2个移动、２个转动，保留1个移动，１个转动自由度，为4级运动副。

1-2．观察分析工作原理，绘制机构运动简图，计算机构自由度。

题图１-２a为一夹持自由度。

实线位置为从上输送带取出工件（夹头处于夹紧状态）；虚线位置为将工件放到下输送带上（夹头松开）。

该机构是由行星轮系、凸轮机构及连杆机构组合而成。

题图１-２b是为了减小活塞与汽缸盖之间的摩擦而设计的一种结构形式的内燃机，画出它们的机构运动简图、计算其自由度。

分析结构中存在的虚约束和它们是如何来实现减小摩擦这一目的的。

题图１-２c为一种型式的偏心油泵，画出其机构运动简图，计算其自由度，并分析它们是如何由运动简图演化得到的。

题图１-２d为针织机的针杆驱动装置的结构示意图，绘制其机构运动简图及运动链图。

1-1-2答案：a)其结构的自由度Ｆ＝３×８－２×１０－２＝２或Ｆ＝３×９－２×１１－１＝２。

机构运动简图：b)自由度Ｆ＝３×５－２×７＝１。

机构运动简图：c)自由度Ｆ＝３×６－２×４＝１。

机构运动简图：d)自由度Ｆ＝３×５－２×７＝１。

机构运动简图：１－3．用公式推导法，求出Ｆ＝１、Ｎ＝１０的单铰运动链的基本结构方案以及它们的单铰数和所形成的闭环数k，并从中找出图１－１７所示的双柱压力机构简图所对应的运动链。

1-3答案：∵Ｆ＝１,Ｎ＝１０∴单链数Ｐ＝３Ｎ／２－（Ｆ＋３）／２＝１３闭环数k＝Ｐ＋１－Ｎ＝４由Ｐ３３页公式１－１３a可得：合回路分别是由如下构件组成：１０，９，８，７，１４；１０，１，２，３；１０，５，４，３；２，３，４，５，６，７。

1－４.计算下列各机构的自由度。

注意分析其中的虚约束、局部自由度合复合铰链等。

题图１－４a为使５、６构件能在相互垂直方向上作直线移动的机构，其中ＡＢ＝ＢＣ＝ＣＤ＝ＡＤ。

题图１－４b为凸轮式４缸活塞气压机的结构简图，在水平和垂直方向上作直线运动，其中仍满足ＡＢ＝ＢＣ＝ＣＤ＝ＡＤ。

题图１－４c所示机构，导路ＡＤ⊥ＡＣ、ＢＣ＝ＣＤ／２＝ＡＢ。

该机构可有多种实际用途，可用于椭圆仪，准确的直线轨迹产生器，或作为压缩机或机动马达等。

题图１－４d为一大功率液压动力机。

其中ＡＢ＝Ａ｀Ｂ｀，ＢＣ＝Ｂ｀Ｃ｀，ＣＤ＝Ｃ｀Ｄ｀，ＣＥ＝Ｃ｀Ｅ｀，且Ｅ、Ｅ｀处于滑块移动轴线的对称位置。

1-4答案：a)其中４、８、３、２、７构件构成了虚约束。

Ｆ＝３×３－２×４＝１;先按a）图机构运动起来。

拆去虚约束后再观察其运动。

b)其中ＡＤ、ＣＤ杆及下方的活塞构成虚约束。

Ｆ＝３×５－２×７＝１;c)为轨迹重合虚约束，可认为ＡＢ杆或滑块之一构成虚约束。

Ｆ＝３×３－２×４＝１;d)对称的上部分或下部分构成虚约束。

Ｆ＝３×５－２×７＝１.１－５．采用基本杆组法综合运动链和机构。

１）１）试用Ⅱ级和Ⅲ级基本杆组，综合出如下的瓦特杆链和斯蒂芬逊６杆链。

２）２）取题图１－５b、stephenson６杆链中的不同构件为机架和原动件，得出不同级别、不同组合方式得机构。

分别用Ⅱ级和Ⅲ级基本杆组，综合出自由度为２、３的运动链。

1-1答案：a)自由度数为３。

约束掉３个移动，保留３个转动自由度，为３级运动副。

b) 自由度数为３。

约束掉１个移动、２个转动，保留２个移动，１个转动自由度，为３级运动副。

c) 自由度数为1。

约束掉2个移动、3个转动，保留1个移动自由度，为5级运动副。

d) 自由度数为1。

约束掉3个移动、２个转动，保留１个转动自由度，为5级运动副。

e) 自由度数为2。

约束掉2个移动、２个转动，保留1个移动，１个转动自由度，为4级运动副。

１－６．在题图１－６a、b、c中，分别限ＡＢ及ＥＦ为原动件时，划分其基本杆组，确定机构的级别。

将题图１－６d、e、f中的虚约束、局部自由度去除，并在高副低代后，划分其基本杆组，确定机构的级别。

1-6答案：a)Ｆ＝３×７－２×１０＝１．注意其中的Ｃ、Ｇ、Ｄ、Ｈ点并不是复合铰链。

以ＡＢ为原动件时：由三个Ⅱ级基本杆组与原动件、机架构成的机构，其机构级别为二级。

以ＥＦ为原动件时：由１个Ⅱ级基本杆组，１个Ⅲ级基本杆组组成。

杆组级别为三级。

b)Ｆ＝３×５－２×７＝１以ＡＢ为原动件时：由１个Ⅲ级基本杆组组成，机构级别为三级。

以ＥＦ为原动件时：由２个Ⅱ级基本杆组组成，机构级别为２级。

C）Ｆ＝３×７－２×１０＝１其中Ｃ点为复合铰链，分别由2、３、４构件在Ｃ点构成复合铰。

以ＡＢ为原动件时：由３个Ⅱ级基本杆组组成。

机构级别为２级。

以ＥＦ为原动件时：由３个Ⅱ级基本杆组组成。

机构级别为２级。

d)Ｆ＝３×３－２×３－２＝１或者Ｆ＝３×５－２×５－２－２＝１其中Ｂ、Ｄ处的磙子具有局部自由度。

高副低代后的瞬时替代机构为：机构级别为２级。

e）Ｆ＝３×４－２×５－１＝１其中Ｅ不是复合铰链，Ｆ处构成虚约束。

高副低代后为：由１个Ⅲ级基本杆组组成，机构级别为３级。

F）Ｆ＝３×６－２×８－１＝１滚子具有局部自由度，Ｄ点构成虚约束。

其中Ｇ、Ｉ、Ｆ点不是复合铰链。

高副低代后为：由１个Ⅱ级基本杆组，１个Ⅲ级基本杆组组成。

机构级别为３级。

１－７．按空间机构的结构公式，计算题图１－７所示机构的自由度，分析其过约束及局部自由度。

答案：a)Ｆ＝６×３－（３×１＋４×１＋５×２）＝１b)F=6×3－(3×2+5×2)－１＝１c)Ｆ＝６×３－（５×４－３）＝１d)Ｆ＝６×３－（３×１＋４×１＋５×２）＝１２－１．绘制题图２－１所示机构的机构运动简图，说明它们个为何种机构．2-1答案：a) b)曲柄摇块机构曲柄滑块机构c)d)曲柄滑块机构曲柄摇块机构２－２．已知题图２－２所示铰链四杆机构ABCD中，l BC=50mm，l CD=35mm，l AD=30mm，取ＡＤ为机架．１）１）如果该机构能成为曲柄摇杆机构，且AB是曲柄，求l AB的取值范围；２）２）如果该机构能成为双曲柄杆构，求l AB的取值范围；３）３）如果该机构能成为双摇杆机构，求l AB的取值范围．2-2答案：1）该机为曲柄摇杆机构，且AB为曲柄，则AB应为最短杆。

其中已知BC杆为最长杆50。

∴l AB+l BC≤l AD+l CD∴l AB≤152）该机构欲成为双曲柄机构，同样应满足曲柄存在的条件，且应以最短杆为机架。

现AD为机架，则只能最短杆即为AD＝３０，则最长杆可能为BC杆，也可能是AB杆。

１）１）若AB杆为最长杆：l AD+l AB≤l BC+l CD∴l AB≤55 即５０＜l AB＜５５２）２）若ＢＣ杆为最长杆：l AB+l BC≤l AB+l CD∴l AB≤45 即４５≤l AB＜５０∴若该机构为双曲柄机构，则ＡＢ杆杆长的取值范围为：45≤l AB≤50３）３）欲使该机构为双摇杆机构，则最短杆与最长杆之和应大于另外二杆之和。

现在的关键是谁是最短、最长杆？1)1)若AB杆最短，则最长杆为BC：∴l AB+l BC＞l CD+l AD∴l AB＞152）若AD杆最短，BC杆最长：l AD+l AB＞l BC+l CD∴l AB＜45AB杆最长：l AD+l AB＞l BC+l CD l AB＞55l AB＜l AD+l CD+l BC l AB＜115综上分析：AB杆的取值为：15＜l AB＜45 或者55＜l AB＜115 2－3．在题图２－３所示的铰链四杆机构中，各杆件长度分别为：l AB＝28mm，l BC＝52mm，l CD=50mm，l AD=72mm。

１）１）若取AD为机架，求该机构的极位夹角θ和往复行程时间比系数Ｋ，杆CD的最大摆角和最小传动角γmin；２）２）若取AB为机架，该机构将演化为何种类型的机构？为什么？这是C、D两个转动副是整转副还是摇转副？2-3答案：由于l AB＋l AD≤l BC＋l CD，且以最短杆ＡＢ的邻边为机架。