机械设计基础习题参考答案
机械设计基础课程组编
武汉科技大学机械自动化学院
第2章平面机构的自由度和速度分析2-1画运动简图。
1
3
4
5 2
2-2 图2-38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组成的凸轮机构将使冲头4上下运动以达到冲压的目的。
4
3
5
1 2
解答：原机构自由度F=3⨯3- 2 ⨯4-1 = 0，不合理，
2-3 试计算图2-42所示凸轮—连杆组合机构的自由度。
b)
a)
A
E
M
D
F
E
L
K
J
I
F
B
C
C
D
B
A
解答：a) n=7; P l=9; P h=2，F=3⨯7-2 ⨯9-2 =1 L处存在局部自由度，D处存在虚约束
b) n=5; P l=6; P h=2，F=3⨯5-2 ⨯6-2 =1 E、B处存在局部自由度，F、C处存在虚约束2-4 试计算图2-43所示齿轮—连杆组合机构的自由度。
B
D
C
A
(a)
C
D
B
A
(b)
解答：a) n=4; P l=5; P h=1，F=3⨯4-2 ⨯5-1=1 A处存在复合铰链
b) n=6; P l=7; P h=3，F=3⨯6-2 ⨯7-3=1 B、C、D处存在复合铰链
2-5 先计算如图所示平面机构的自由度。并指出图中的复合铰链、局部自由度和虚约束。
A
B
C
D
E
解答： a) n=7; P l =10; P h =0，F=3⨯7-2 ⨯10 = 1 C 处存在复合铰链。
b) n=7; P l =10; P h =0，F=3⨯7-2 ⨯10 = 1
B
D
E
C
A
c) n=3; P l =3; P h =2，F=3⨯3 -2 ⨯3-2 = 1 D 处存在局部自由度。 d) n=4; P l =5; P h =1，F=3⨯4 -2 ⨯5-1 = 1
A
B C D E
F G G'
H A
B
D C
E
F G
H
I
J
e) n=6; P l =8; P h =1，F=3⨯6 -2 ⨯8-1 = 1 B 处存在局部自由度，G 、G'处存在虚约束。 f) n=9; P l =12; P h =2，F=3⨯9 -2 ⨯12-2 = 1 C 处存在局部自由度，I 处存在复合铰链。
2-6计算自由度
F=3*9-2*12=3
F=3*4-2*4-2=2
2-7判断是否具有确定运动。
F=3*5-2*7=1，有确定运动
F=3*5-2*7=1，有两个主动见，无确定运动
第3章 平面连杆机构
3-2 举出至少3个基本型式的平面四杆机构应用实例，并画出机构运动简图。 解：此题须画出机构简图，标出各铰链点及原动件，具体答案根据实际情况。
3-3题3-3图所示铰链四杆机构中，已知 BC=100mm ， CD=70mm ， AD=60mm ，AD 为机架。试问：（1）若此机构为曲柄摇杆机构，且AB 为曲柄，求AB 的最大值；（2）若此机构为双曲柄机构，求AB 最小值；（3）若此机构为双摇杆机构，求AB 的取值范围。
（1）AB ≤30mm （2）AB ≥90mm
（3）AB ∈(30,90)∪(110,230)
解：（1）根据题意：AB 为最短杆，且满足杆长之和条件，即：
AB+ BC ≤CD+ AD ，得：AB ≤30mm ，AB 杆最大值为30 mm 。 （2）若此机构为双曲柄机构，那么AD 一定为最短杆，即： AD+ BC ≤CD+ AB ，得：AB ≥90mm ，AB 杆最小值为90 mm 。
（3）若此机构为双摇杆机构，则可判定该机构不满足杆长之和条件， 分三种情况讨论，其一：AB 是最短杆，则有：AB+ BC ＞CD+ AD ，
得：60＞AB ＞30；其二：AB 不是最短杆也不是最长杆，则AD 为最短杆，有：AD+ BC ＞AB+ CD ，得：90＞AB ＞60；其三：AB 是最长杆，则有：
AD+ AB ＞BC+ CD ，得：AB ＞110，又为了满足该机构能成为一个四杆机构，需保证： AB ＜BC+ CD+ AD=230，即230＞AB ＞110。
综上所述，AB 的取值范围为：AB ∈(30,90)∪(110,230)。
3-4解：传动角︒==65.411min r r ，︒=︒-︒=-︒=37.7163.1081801802max r r ，
传动角+压力角=90°，故压力角：︒=35.48max α，︒=63.18min α，
D
极位夹角︒=62.17θ，217.1180180=-︒+︒=θ
θ
K 。
3-5解：（1）曲柄摇杆机构；
（2）双曲柄机构； （3）双摇杆机构。
3-7 如题3-7图所示的曲柄滑块机构：
（1）曲柄为主动件，滑块朝右运动为工作行程，试确定曲柄的合理转向，并简述其理由； （2）当曲柄为主动件时，画出极位夹角θ，最小传动角γ min 。 （3）设滑块为主动件，试用作图法确定该机构的死点位置；
解：（1）曲柄应为顺时针转动，理由可从两方面说明：顺时针转动，则在工作行程中，机构的压力角比较小，传力特性好；顺时针转动，机构工作行程速度慢，回行程速度快，具有急回特性。
（2）极位夹角如图θ角；当曲柄AB 位于最上方B ′处有工作行程最小传动角γ min ；当曲柄AB 位于最下方B 〞处有回行程最小传动角γ min 。
（3）滑块为主动件，机构的死点位置在曲柄与连杆共线的B 1 和B 2 两个位置处。
