《机械原理》第七版西北工业大学习题答案(特别全答案详解)

《机械原理》第七版西北工业大学习题答案 第二章到第十一章

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,首先要计算机构管此机构有4个活动件，但齿轮1和凸轮2是固装能作为一个活动件，故 n 3 pl 3 ph 1

的自由度。尽在轴A上，只

F 3n 2pl ph 3 3 2 4 1 0

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)。

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。

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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：n 7 pl 9 ph 2

F 3n 2pl ph 3 7 2 9 2 1

解法二：n 8 pl 10 ph 2 局部自由度 F 1

F 3n (2pl ph p ) F 3 8 2 10 2 1 1

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。

题2-4

时，可将设备中的

解：1)取比例尺,绘制机构运动简图。(如图题2-3所示)

４Ａ

题2-3

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2) n 3 pl 4 ph 0

F 3n 2pl ph 3 3 2 4 0 1

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) n 7 pl 10 ph 0

F 3n 2pl ph 3 7 2 10 0 1

题2-5 图a所示是为高位截肢的人保持人行走的稳定性。若以颈骨1试绘制其机构运动简图和计算其

运动简图。

解：1)取比例尺,绘制机构运动如虚线所示。(如图2-5所示) 2) n 5 pl 7 ph 0

简图。大腿弯曲90度时的机构运动简图所设计的一种假肢膝关节机构，该机构能

为机架，

自由度，并作出大腿弯曲90度时的机构

F

3n 2pl ph 3 5 2 7 0 1

题2-6 杆组合机构（图中在D处为铰接在

a、d为齿轮-连杆组合机构；图b为凸轮-连；图c为一精压机机构。并

束

题问在图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

数目是否相同？为什么？ 解： a) n 4 pl 5 ph 1

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F 3n 2pl ph 3 4 2 5 1 1

b) 解法一：n 5 pl 6 ph 2

F 3n 2pl ph 3 5 2 6 2 1

解法二：n 7 pl 8 ph 2 虚约束p 0 局部自由度 F 2

F 3n (2pl ph p ) F 3 7 (2 8 2 0) 2 1

c) 解法一：n 5 pl 7 ph 0

O

3

E

F 3n 2pl ph 3 5 2 7 0 1

解法二：n 11 pl 17 ph 0

(b)

3n 2 10 0 3 6 2 局部自由度 F 0 虚约束p 2pl ph

F 3n (2pl ph p ) F 3 11 (2 17 0 2) 0 1

d) n 6 pl 7 ph 3

F 3n 2pl ph 3 6 2 7 3 1

齿轮3与齿轮5的啮合为高副（因两齿轮中心距己被约

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：

束，故应为

n 13 pl 17 ph 4

虚约束：

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因为AB BC CD AD，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）

3 局部自由度F 3 重复部分中的构件数n 10 低副数pl 17 高副数ph

3n 2 17 3 3 10 3 4 p 2pl ph

局部自由度 F 4

F 3n (2pl ph p ) F 3 13 (2 17 4 4) 4 1

解法二：如图2-7（b）

局部自由度 F 1

F 3n (2pl ph p ) F 3 3 (2 3 1 0) 1 1

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

n 6 pl 8 ph 0

F 3n 2pl ph 3 6 2 8 0 2

2)闸瓦G、J之一刹紧车轮时，刹车机构的自由度

n 5 pl 7 ph 0

F 3n 2pl ph 3 5 2 7 0 1

3)闸瓦G、J同时刹紧车轮时，刹车机构的自由度

n 4 pl 6 ph 0

F 3n 2pl ph 3 4 2 6 0 0

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

1、2相对机架只能

x、y方向移动，而其余方向的相对

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