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第7章课后习题参考答案7—1等效转动惯量和等效力矩各自的等效条件是什么?7—2在什么情况下机械才会作周期性速度波动?速度波动有何危害?如何调节?答: 当作用在机械上的驱动力（力矩)周期性变化时，机械的速度会周期性波动。
机械的速度波动不仅影响机械的工作质量，而且会影响机械的效率和寿命。
调节周期性速度波动的方法是在机械中安装一个具有很大转动惯量的飞轮。
7—3飞轮为什么可以调速?能否利用飞轮来调节非周期性速度波动，为什么?答： 飞轮可以凋速的原因是飞轮具有很大的转动惯量，因而要使其转速发生变化．就需要较大的能量，当机械出现盈功时，飞轮轴的角速度只作微小上升，即可将多余的能量吸收储存起来；而当机械出现亏功时，机械运转速度减慢．飞轮又可将其储存的能量释放，以弥补能最的不足，而其角速度只作小幅度的下降。
非周期性速度波动的原因是作用在机械上的驱动力(力矩)和阻力(力矩)的变化是非周期性的。
当长时问内驱动力(力矩)和阻力(力矩)做功不相等，机械就会越转越快或越转越慢．而安装飞轮并不能改变驱动力(力矩)或阻力(力矩)的大小也就不能改变驱动功与阻力功不相等的状况，起不到调速的作用，所以不能利用飞轮来调节非周期陛速度波动。
7—4为什么说在锻压设备等中安装飞轮可以起到节能的作用?解： 因为安装飞轮后，飞轮起到一个能量储存器的作用，它可以用动能的形式把能量储存或释放出来。
对于锻压机械来说，在一个工作周期中，工作时间很短．而峰值载荷很大。
安装飞轮后．可以利用飞轮在机械非工作时间所储存能量来帮助克服其尖峰载荷，从而可以选用较小功率的原动机来拖动，达到节能的目的，因此可以说安装飞轮能起到节能的作用。
7—5由式J F =△W max ／(ωm 2 [δ])，你能总结出哪些重要结论(希望能作较全面的分析)?答：①当△W max 与ωm 一定时，若[δ]下降，则J F 增加。
所以，过分追求机械运转速度的均匀性，将会使飞轮过于笨重。
②由于J F 不可能为无穷大，若△W max ≠0，则[δ]不可能为零，即安装飞轮后机械的速度仍有波动，只是幅度有所减小而已。
机械原理作业集答案详解 第二章平面机构的结构分析题2-1 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3=n 3=l p 1=h p01423323=-⨯-⨯=--=h l p p n F原动件数不等于自由度数，此简易冲床不能运动，即不能实现设计意图。
分析：因构件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2-1(d)54364(a)5325215436426(b)321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。
题2-2 图a 所示为一小型压力机。
图上，齿轮1与偏心轮1’为同一构件，绕固定轴心O 连续转动。
在齿轮5上开有凸轮轮凹槽，摆杆4上的滚子6嵌在凹槽中，从而使摆杆4绕C 轴上下摆动。
同时，又通过偏心轮1’、连杆2、滑杆3使C 轴上下移动。
最后通过在摆杆4的叉槽中的滑块7和铰链G 使冲头8实现冲压运动。
机械原理第7章课后习题参考答案7—1等效转动惯量和等效力矩各自的等效条件是什么?7—2在什么情况下机械才会作周期性速度波动?速度波动有何危害?如何调节?答: 当作用在机械上的驱动力（力矩)周期性变化时，机械的速度会周期性波动。
机械的速度波动不仅影响机械的工作质量，而且会影响机械的效率和寿命。
调节周期性速度波动的方法是在机械中安装一个具有很大转动惯量的飞轮。
7—3飞轮为什么可以调速?能否利用飞轮来调节非周期性速度波动，为什么?答：飞轮可以凋速的原因是飞轮具有很大的转动惯量，因而要使其转速发生变化．就需要较大的能量，当机械出现盈功时，飞轮轴的角速度只作微小上升，即可将多余的能量吸收储存起来；而当机械出现亏功时，机械运转速度减慢．飞轮又可将其储存的能量释放，以弥补能最的不足，而其角速度只作小幅度的下降。
非周期性速度波动的原因是作用在机械上的驱动力(力矩)和阻力(力矩)的变化是非周期性的。
当长时问内驱动力(力矩)和阻力(力矩)做功不相等，机械就会越转越快或越转越慢．而安装飞轮并不能改变驱动力(力矩)或阻力(力矩)的大小也就不能改变驱动功与阻力功不相等的状况，起不到调速的作用，所以不能利用飞轮来调节非周期陛速度波动。
7—4为什么说在锻压设备等中安装飞轮可以起到节能的作用?解：因为安装飞轮后，飞轮起到一个能量储存器的作用，它可以用动能的形式把能量储存或释放出来。
对于锻压机械来说，在一个工作周期中，工作时间很短．而峰值载荷很大。
安装飞轮后．可以利用飞轮在机械非工作时间所储存能量来帮助克服其尖峰载荷，从而可以选用较小功率的原动机来拖动，达到节能的目的，因此可以说安装飞轮能起到节能的作用。
7—5由式J F=△W max／(ωm2 [δ])，你能总结出哪些重要结论(希望能作较全面的分析)?答：①当△W max与ωm一定时，若[δ]下降，则J F增加。
所以，过分追求机械运转速度的均匀性，将会使飞轮过于笨重。
②由于J F不可能为无穷大，若△W max≠0，则[δ]不可能为零，即安装飞轮后机械的速度仍有波动，只是幅度有所减小而已。
第二章平面机构的结构分析2—1试画出唧筒机构的运动简图，并计算其自由度。
解：n = 3 ，pl = 4 ，p = 0hF = 3n − 2 p −pl h= 3 × 3 − 2 × 4= 12—2试画出缝纫机下针机构的运动简图，并计算其自由度。
解：n = 3 ，pl = 4 ，p = 0hF = 3n − 2 p −pl h= 3 × 3 − 2 × 4= 1班级成绩姓名任课教师学号批改日期- 1 -2—3试画出图示机构的运动简图，并计算其自由度。
解：或n = 3 ，pl = 4 ，p = 0hF = 3n − 2 p −pl h = 3 × 3 − 2 × 4= 12—4试画出简易冲床的运动简图，并计算其自由度。
n = 5 ，p = 7 ，p = 0l hF = 3 n − 2 p −pl h解：= 3 × 5 − 2 ×7= 1班级成绩姓名任课教师学号批改日期- 2 -2—5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，分析是否能实现设计意图，并提出修改方案。
解：机构简图如下：机构不能运动。
n = 3 ，pl = 4 ，p = 1hF = 3 n − 2 pl −ph可修改为：n = 4 ，pl= 3 × 5 − 2 × 7 − 1= 0或= 5 ，p = 1hF = 3n − 2 p −p 班级成绩l h= 3× 4 − 2 × 5 −1 姓名任课教师= 1 学号批改日期- 3 -或虚约束。
E DDE =FCCF = HG解 1：C 、F 为复合铰链，I 为局部自由度， EFGC 为 虚 约 束 。
n = 12 ， p= 17 ， p = 1 ， F ′ = 1 ， p ′ = 1B A IG HJKNlhF = 3 n − 2 p − p − F ′ + p ′l h= 3 × 12 − 2 × 17 − 1 − 1 + 1 = 1解 2：C 为复合铰链，I 为局部自由度（焊死），EFGC 为 虚 约 束 （ 去 掉 ）。
机械原理习题选解武秀东2007年6月教材：普通高等教育“十五”国家级规划教材机械原理（第七版）西北工业大学机械原理及机械零件教研室编孙桓陈作模葛文杰主编高等教育出版社本教材第四版曾获全国第二届高等学校优秀教材优秀奖本教材第五版曾获教育部科技进步奖二等奖第二章 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-(2p L +p H )=3×3-(2×4+1)=0。
因为机构的自由度为 F=3n-(2p L +p H )=3×3-(2×4+1)=0 可知，该机构不能运动，不能实现设计意图。
题2-11图图a)图b)图c)题2-11答图a)b)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。
机械原理作业集答案详解 第二章平面机构的结构分析题2-1 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3=n 3=l p 1=h p01423323=-⨯-⨯=--=h l p p n F原动件数不等于自由度数，此简易冲床不能运动，即不能实现设计意图。
分析：因构件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2-1(d)54364(a)5325215436426(b)321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。
题2-2 图a 所示为一小型压力机。
图上，齿轮1与偏心轮1’为同一构件，绕固定轴心O 连续转动。
在齿轮5上开有凸轮轮凹槽，摆杆4上的滚子6嵌在凹槽中，从而使摆杆4绕C 轴上下摆动。
同时，又通过偏心轮1’、连杆2、滑杆3使C 轴上下移动。
最后通过在摆杆4的叉槽中的滑块7和铰链G 使冲头8实现冲压运动。
试绘制其机构运动简图，并计算自由度。
解：分析机构的组成：此机构由偏心轮1’（与齿轮1固结）、连杆2、滑杆3、摆杆4、齿轮5、滚子6、滑块7、冲头8和机架9组成。
偏心轮1’与机架9、连杆2与滑杆3、滑杆3与摆杆4、摆杆4与滚子6、齿轮5与机架9、滑块7与冲头8均组成转动副，滑杆3与机架9、摆杆4与滑块7、冲头8与机架9均组成移动副，齿轮1与齿轮5、凸轮(槽)5与滚子6组成高副。
故解法一：7=n 9=l p 2=h p12927323=-⨯-⨯=--=h l p p n F解法二：8=n 10=l p 2=h p 局部自由度 1='F11210283)2(3=--⨯-⨯='-'-+-=F p p p n F h l题2-3如图a 所示为一新型偏心轮滑阀式真空泵。
其偏心轮1绕固定轴A 转动，与外环2固连在一起的滑阀3在可绕固定轴心C 转动的圆柱4中滑动。
当偏心轮1按图示方向连续转动时，可将设备中的空气按图示空气流动方向从阀5中排出，从而形成真空。
由于外环2与泵腔6有一小间隙，故可题2-4抽含有微小尘埃的气体。
试绘制其机构的运动简图，并计算其自由度。
解：1)取比例尺,绘制机构运动简图。
(如图题2-3所示)ＡＢＣ１２３４题2-32) 3=n4=lp0=hp1423323=-⨯-⨯=--=hlppnF题2-4 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)取比例尺,绘制机构运动简图。
(如图2-4所示)2) 7=n10=lp0=hp11027323=-⨯-⨯=--=hlppnF题2-5 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) 5=n 7=l p 0=h p10725323=-⨯-⨯=--=h l p p n F题2-6 试计算如图所示各机构的自由度。
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与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) 4=n 5=l p 1=h p11524323=-⨯-⨯=--=h l p p n Fb) 解法一：5=n 6=l p 2=h p12625323=-⨯-⨯=--=h l p p n F解法二：7=n 8=l p 2=h p 虚约束0='p 局部自由度 2='F12)0282(73)2(3=--+⨯-⨯='-'-+-=F p p p n F h lc) 解法一：5=n 7=l p 0=h p10725323=-⨯-⨯=--=h l p p n F解法二：11=n 17=l p 0=h p虚约束263010232=⨯-+⨯='-'+'='n p p p hl 局部自由度 0='F 10)20172(113)2(3=--+⨯-⨯='-'-+-=F p p p n F h ld) 6=n 7=l p 3=h p13726323=-⨯-⨯=--=h l p p n F齿轮3与齿轮5的啮合为高副（因两齿轮中心距己被约束，故应为单侧接触）将提供1个约束。
齿条7与齿轮5的啮合为高副（因中心距未被约束，故应为双侧接触）将提供2个约1O32AE(b)束。
题2-7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。
解法一：13=n 17=l p 4=h p虚约束：因为AD CD BC AB ===，4和5，6和7、8和9为不影响机构传递运动的重复部分，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10='n 低副数17='l p 高副数3='hp 局部自由度3=''F 43103317232=-⨯-+⨯='-'+'='n p p p hl 局部自由度 4='F14)44172(133)2(3=--+⨯-⨯='-'-+-=F p p p n F h l解法二：如图2-7（b ） 局部自由度 1='F11)0132(33)2(3=--+⨯-⨯='-'-+-=F p p p n F h l题2-8 图示为一刹车机构。
刹车时，操作杆1向右拉，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6=n 8=l p 0=h p20826323=-⨯-⨯=--=h l p p n F2)闸瓦G 、J 之一刹紧车轮时，刹车机构的自由度5=n 7=l p 0=h p10725323=-⨯-⨯=--=h l p p n F3)闸瓦G 、J 同时刹紧车轮时，刹车机构的自由度4=n 0=h p00624323=-⨯-⨯=--=h l p p n F题2-9 试确定图示各机构的公共约束m 和族别虚约束p ″，并人说明如何来消除或减少共族别虚约束。
解：(a)楔形滑块机构的楔形块1、2相对机架只能在该平面的x 、y 方向移动，而其余方向的相对独立运动都被约束，故公共约束数4=m ,为4族平面机构。
35==p p i()()()()∑+==⨯--⨯-=---=5113452466m i ip m i n m F3352660-=⨯-⨯=-=i ip n F 将移动副改为圆柱下刨，可减少虚约束。
Ａ题(b) 由于齿轮1、2只能在平行平面内运动，故为公共约束数3=m ,为3族平面机构。
25=p 14=p()()∑+==-⨯-⨯=--=---=51112223236m i h l ip p n pm i n m F241522660-=⨯-⨯-⨯=-=i ip n F 将直齿轮改为鼓形齿轮，可消除虚约束。
(c) 由于凸轮机构中各构件只能在平行平面内运动，故为3=m 的3族平面机构。
35=p 14=p 1='F()()()()()∑+=='-----⨯-='----=5145134353366m i iF p p F pm i n m F2114353660-=-⨯-⨯-⨯='--=F ip n F i 将平面高副改为空间高副，可消除虚约束。
题2-10 图示为以内燃机的机构运动简图，试计算自由度，并分析组成此机构的基本杆组。
如在该机构中改选EG 为原动件，试问组成此机构的基本杆组是否与前者不同。
解：1)计算此机构的自由度7=n 10=l p 0=h p101027323=-⨯-⨯=--=h l p p n F2)取构件AB 为原动件时机构的基本杆组图2-10（b ）所示。
此机构为二级机构。
3)取构件GE 为原动件时机构的基本杆组图2-10（c ）所示。
此机构为三级机构。
图2-10(a)A1E B 2D 3FG654C H 41572(c)23(b)675147632-11 图a 所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l AB =l AD =90mm,l BC =l CD =25mm ，试绘制机构的运动简图，并计算其自由度。
DCBAE图2-11解：1)取比例尺,绘制机构运动简图。
