機(jī)械原理答案章

1、第 8 章課后習(xí)題參考答案8-l鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，轉(zhuǎn)動副成為周轉(zhuǎn)副的條件是什么?在下圖所示四桿機(jī)構(gòu)ABCD中哪些運(yùn)動副為周轉(zhuǎn)副 ?當(dāng)其桿 AB與 AD重合時(shí)，該機(jī)構(gòu)在運(yùn)動上有何特點(diǎn)?并用作圖法求出桿 3 上 E 點(diǎn)的連桿曲線。答：轉(zhuǎn)動副成為周轉(zhuǎn)副的條件是：（1）最短桿與最長桿的長度之和小于或等于其他兩桿長度之和；（2）機(jī)構(gòu)中最短桿上的兩個(gè)轉(zhuǎn)動副均為周轉(zhuǎn)副。圖示ABCD四桿機(jī)構(gòu)中 C、 D 為周轉(zhuǎn)副。當(dāng)其桿 AB與 AD重合時(shí)，桿 BE與 CD也重合因此機(jī)構(gòu)處于死點(diǎn)位置。8-2 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，當(dāng)以曲柄為原動件時(shí)，機(jī)構(gòu)是否一定存在急回運(yùn)動，且一定無死點(diǎn)?為什么 ?答：機(jī)構(gòu)不一定存在急回運(yùn)動，但一定

2、無死點(diǎn)，因?yàn)椋海?）當(dāng)極位夾角等于零時(shí)，就不存在急回運(yùn)動如圖所示，（2）原動件能做連續(xù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動，所以一定無死點(diǎn)。8-3四桿機(jī)構(gòu)中的極位和死點(diǎn)有何異同?8-4 圖 a 為偏心輪式容積泵；圖b 為由四個(gè)四桿機(jī)構(gòu)組成的轉(zhuǎn)動翼板式容積泵。試?yán)L出兩種泵的機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖，并說明它們?yōu)楹畏N四桿機(jī)構(gòu)，為什么?解機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖如右圖所示，ABCD是雙曲柄機(jī)構(gòu)。因?yàn)橹鲃訄A盤 AB繞固定軸 A 作整周轉(zhuǎn)動，而各翼板CD繞固定軸 D 轉(zhuǎn)動，所以 A、D為周轉(zhuǎn)副，桿 AB、 CD都是曲柄。8-5 試畫出圖示兩種機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖，并說明它們各為何種機(jī)構(gòu)。圖 a 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)圖 b 為導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。8-6 如圖所示，設(shè)己知四桿機(jī)

3、構(gòu)各構(gòu)件的長度為a240mm， b600 mm , c400mm, d500mm 。試問 :1) 當(dāng)取桿 4 為機(jī)架時(shí)，是否有曲柄存在 ?2) 若各桿長度不變，能否以選不同桿為機(jī)架的辦法獲得雙曲柄機(jī)構(gòu)和雙搖桿機(jī)構(gòu) ?如何獲得?3) 若 a、bc 三桿的長度不變，取桿 4 為機(jī)架，要獲得曲柄搖桿機(jī)構(gòu) ,d 的取值范圍為何值?:解 (1) 因 a+b=240+600=840900=400+500=c+d且最短桿 1 為連架軒故當(dāng)取桿 4 為機(jī)架時(shí)，有曲柄存在。(2) 、能。要使此此機(jī)構(gòu)成為雙曲柄機(jī)構(gòu)，則應(yīng)取 1 桿為機(jī)架；兩使此機(jī)構(gòu)成為雙搖桿機(jī)構(gòu)，則應(yīng)取桿 3 為機(jī)架。(3) 要獲得曲柄搖桿機(jī)構(gòu)

4、, d 的取值范圍應(yīng)為 440760mm。8-7 圖示為一偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，試求桿 AB為曲柄的條件。 若偏距 e=0，則桿 AB為曲柄的條件是什么 ?解 (1) 如果桿 AB能通過其垂直于滑塊導(dǎo)路的兩位置時(shí)，則轉(zhuǎn)動副 A 為周轉(zhuǎn)副，故桿 AB為曲柄的條件是 AB+e BC。(2) 若偏距 e=0, 則桿 AB為曲柄的條件是 ABBC8-8在圖所示的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中， 各桿的長度為 l1 28mm，l2 52mm， l3 50mm ，l4 72mm ，試求 :1) 當(dāng)取桿 4 為機(jī)架時(shí)，該機(jī)構(gòu)的極位夾角、桿 3 的最大擺角、最小傳動角min 和行程速比系數(shù) K;2) 當(dāng)取桿 1 為機(jī)架時(shí)，將演化

5、成何種類型的機(jī)構(gòu) ?為什么 ?并說明這時(shí) C、D兩個(gè)轉(zhuǎn)動副是周轉(zhuǎn)副還是擺轉(zhuǎn)副 ;3) 當(dāng)取桿 3 為機(jī)架時(shí)，又將演化成何種機(jī)構(gòu) ?這時(shí) A、B 兩個(gè)轉(zhuǎn)動副是否仍為周轉(zhuǎn)副 ?解 (1) 作出機(jī)構(gòu)的兩個(gè)極位，如圖 , 并由圖中量得： =18.6o, =70.6o, min=22.7 o(2) 由 l1+l4 l2+l3 可知圖示鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)各桿長度符合桿長條件；小最短桿 l 為機(jī)架時(shí)，該機(jī)構(gòu)將演化成雙曲柄機(jī)構(gòu)； 最短桿 1 參與構(gòu)成的轉(zhuǎn)動副 A、B 都是周轉(zhuǎn)副而 C、D 為擺轉(zhuǎn)副；（3）當(dāng)取桿 3 為機(jī)架時(shí)，最短桿變?yōu)檫B桿，又將演化成雙搖桿機(jī)構(gòu)，此時(shí)A、B 仍為周轉(zhuǎn)副。8-9在圖示的連桿機(jī)構(gòu)中，已

6、知各構(gòu)件的尺寸為 l AB 160mm, lBC 260mm,lCD200mm, lAD 80mm, 構(gòu)件 AB為原動件，沿順時(shí)針方向勻速回轉(zhuǎn)，試確定 :1)四桿機(jī)構(gòu) ABCD的類型 ;2)該四桿機(jī)構(gòu)的最小傳動角min ；3)滑塊 F 的行程速比系數(shù) K。解（ 1) 由 l AD+l BC<l AB+l CD且最短桿 AD為機(jī)架可知，圖中四桿 ABCD為雙曲柄機(jī)構(gòu)；(2) 作出四桿機(jī)構(gòu) ABCD傳動角最小時(shí)的位置。見圖并量得 min=12o(3) 作出滑塊 F 的上、下兩個(gè)極位及原動件 AB與之對應(yīng)的兩個(gè)極位，并量得 =47o。求出滑塊 F 的行程速比系數(shù)為8-10 試說明對心曲柄滑塊機(jī)

7、構(gòu)當(dāng)以曲柄為主動件時(shí)，其傳動角在何處最大?何處最小 ?解在曲柄與導(dǎo)軌共線的兩位置之一傳動角最大，max=90 o ；在曲柄與機(jī)架共線的兩位置之一傳動角最小，min=arcos(L AB/lBC) 。8-11 正弦機(jī)構(gòu) ( 圖 8 一 15b) 和導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) ( 圖 8 22a) 中，當(dāng)以曲柄為主動件時(shí)， 最小傳動角min 為多少 ?傳動角按什么規(guī)律變化?解 min=90o；傳動角恒定不變。8-12 圖示為偏置導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)， 試作出其在圖示位置時(shí)的傳動角以及機(jī)構(gòu)的最小傳動角及其出現(xiàn)的位置，并確定機(jī)構(gòu)為回轉(zhuǎn)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的條件。解傳動角以及機(jī)構(gòu)最小傳動角及其出現(xiàn)的位置如下圖所示。機(jī)構(gòu)為回轉(zhuǎn)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的條件 :A

8、B AC8-13 如圖 8 57 所示，當(dāng)按給定的行程速度變化系數(shù)K 設(shè)計(jì)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)時(shí)，試證明若將固定鉸鏈 A 的中心取在 FG弧段上將不滿足運(yùn)動連續(xù)性要求。答因這時(shí)機(jī)構(gòu)的兩極位DC1, DC 2 將分別在兩個(gè)不連通的可行域內(nèi)。8-14 圖示為一實(shí)驗(yàn)用小電爐的爐門裝置，關(guān)閉時(shí)為位置E1，開啟時(shí)為位置 E2。試設(shè)計(jì)一個(gè)四桿機(jī)構(gòu)來操作爐門的啟閉( 各有關(guān)尺寸見圖 ) 。( 開啟時(shí)，爐門應(yīng)向外開啟，爐門與爐體不得發(fā)生干涉。而關(guān)閉時(shí)，爐門應(yīng)有一個(gè)自動壓向爐體的趨勢( 圖中 S 為爐門質(zhì)心位置) 。B、C為兩活動鉸鏈所在位置。解 (1) 作出 B2C2 的位置；用作圖法求出 A 及 D 的位置，并作出

9、機(jī)構(gòu)在 E2 位置的運(yùn)動簡圖，見下圖，并從圖中量得l=.AB=95 mmABllAD=l .AD =335mmlCD=l .CD=290mm(2) 用怍圖法在爐門上求得 B 及 C 點(diǎn)位置，并作出機(jī)構(gòu)在位置的運(yùn)動圖 ( 保留作圖線) 。作圖時(shí)將位置 E1 轉(zhuǎn)至位置 E2，見圖并量得lAB=l. AB=92.5 mmlBC=l BC=l 27.5 rnmlCD=l .CD=262.5 mn8-15圖示為公共汽車車門啟閉機(jī)構(gòu)。已知車門上鉸鏈C 沿水平直線移動，鉸鏈B 繞固定鉸鏈 A 轉(zhuǎn)動，車門關(guān)閉位置與開啟位置夾角為a=115 o，AB1/C 1C2，l BC=400 mm，1C1C2=550mm

10、, 試求構(gòu)件 AB的長度，驗(yàn)算最小傳動角，并繪出在運(yùn)動中車門所占據(jù)的空間( 作為公共汽車的車門，要求其在啟閉中所占據(jù)的空間越小越好。8-16圖示為一已知的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，現(xiàn)要求用一連桿將搖桿CD和 滑塊 F 聯(lián)接起來，使搖桿的三個(gè)已知位置C1D 、 C 2D 、 C3 D 和滑塊的三個(gè)位置 F1 、 F2 、 F3 相對應(yīng) ( 圖示尺寸系按比例繪出 ) 。試確定此連桿的長度及其與搖桿CD鉸接點(diǎn)的位置。解由題意知，本題實(shí)際是為按兩連架桿( 搖桿與滑塊 ) 的預(yù)定對應(yīng)位置設(shè)計(jì)四扦機(jī)構(gòu)的同題。具體作圖過程如下圖所示。連桿的長度為l EF=l E2F2= l 30 mm 。8-17圖示為某儀表中采用的搖

11、桿滑塊機(jī)構(gòu)，若已知滑塊和搖桿的對應(yīng)位置為S1 =36mm，S12=8mm，S23=9 mm ; 12=25 o ，23=35 o ，搖桿的第位置在鉛垂方向上。滑塊上鉸鏈點(diǎn)取在 B 點(diǎn)，偏距 e=28 mm, 試確定曲柄和連桿長度。解本題屬于按兩連架軒預(yù)定的對應(yīng)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)問題。此問題可用反轉(zhuǎn)法求解。曲柄長度 22.2mm，連桿長度 52.2 mm見圖中標(biāo)注。8-18 試設(shè)計(jì)圖示的六桿機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)當(dāng)原動件l 自 y 軸順時(shí)針轉(zhuǎn)過 12=60 o 時(shí)，構(gòu)件3 順時(shí)針轉(zhuǎn)過 =45 o 恰與 x 軸重合。此時(shí)，滑塊6 自 E1 點(diǎn)移動到 E2 點(diǎn)，位移 s12=20 mm。試確定鉸鏈 B 及 C

12、的位置。解由題意知，所要設(shè)計(jì)的六桿機(jī)構(gòu)ABCDEF是由鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)ABCD和搖桿滑塊機(jī)構(gòu)CDE串聯(lián)所組成，故此設(shè)計(jì)問題，可分解為兩個(gè)四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)問題。對于搖桿滑塊機(jī)構(gòu)CDE的設(shè)計(jì)，就是確定活動鉸鏈C 的位置，可用反轉(zhuǎn)法設(shè)汁，具體作法如下圖所示。對于鉸鏈四扦機(jī)構(gòu)ABCD的設(shè)計(jì)就是確定活動鉸鏈B 的位置，也可用反轉(zhuǎn)法設(shè)計(jì)，具體作法如下圖所示。8-19 現(xiàn)欲設(shè)計(jì)一四桿機(jī)構(gòu)翻書器。如圖所示，當(dāng)踩動腳踏板時(shí)，連桿上的肘點(diǎn)自M，移至 M：就可翻過一頁書?，F(xiàn)已知固定鉸鏈 A、D 的位置，連架桿 AB 的長度及三個(gè)位置以及描點(diǎn) M的三個(gè)位置。試設(shè)計(jì)該四桿機(jī)構(gòu) ( 壓重用以保證每次翻書時(shí)只翻過一頁 )解：作圖

13、，并量得： AB=36mm, AD=47mm, CD=5mm,BC=10mm, BM=36mm, CM=44mm8-20 現(xiàn)需設(shè)計(jì)一鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)，用以啟閉汽車前燈的遮避窗門。圖示為該門( 即連桿上的標(biāo)線 ) 在運(yùn)動過程中的五個(gè)位置，其參數(shù)如表83 所示。試用解析法設(shè)計(jì)該四桿機(jī)構(gòu)( 其位置必須限定在圖示長方形的有效空間內(nèi)) 。8-21 圖示為一用推拉纜操作的長桿夾持器，用一四桿機(jī)構(gòu)ABCD來實(shí)現(xiàn)夾持動作。設(shè)已知兩連架桿上標(biāo)線的對應(yīng)角度如圖所示，試確定該四桿機(jī)構(gòu)各桿的長度。解：取 AD為機(jī)架，并以適當(dāng)比例尺作機(jī)架AD及 AB桿與 DE桿的三對對應(yīng)位置。此機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)簡要步驟如圖（保留作圖線） ，機(jī)構(gòu)各

14、桿長度為：8-22 圖示為一汽車引擎油門控制裝置。此裝置由四桿機(jī)構(gòu)ABCD、平行四邊形機(jī)構(gòu)DEFG及油門裝置所組成，由繞 O軸轉(zhuǎn)動的油門踏板OI 驅(qū)動可實(shí)現(xiàn)油門踏板與油門的協(xié)調(diào)配合動作。當(dāng)油門踏板的轉(zhuǎn)角分別為0o、5o、15o 及 20o 時(shí)，桿 MAB相對應(yīng)的轉(zhuǎn)角分別為0o、32o、52o 及 63o( 逆時(shí)針方向 ) ，與之相應(yīng)油門開啟程度為0o( 關(guān)閉 ) 、14o、44o 及 60o( 全開) 四個(gè)狀態(tài)?，F(xiàn)設(shè) l AD=120 mm，試以作圖法設(shè)計(jì)此四桿機(jī)構(gòu) ABCD，并確定桿 AB及 CD的安裝角度 1 及2 的大小 ( 當(dāng)踏板轉(zhuǎn) 20o 時(shí)， AM與 OA重合， DE與 AD重合

15、) 。解：（1）由平行四邊形機(jī)構(gòu)特征知桿 CD的轉(zhuǎn)角與油門開啟角相同，故四桿機(jī)構(gòu) ABCD兩連架桿 AB及 CD的三對對應(yīng)角 12=32 o, 12=14 o; 13=52 o, 13=44 o, 14=63 o, 14=60 o ；且均為逆時(shí)針方向；（2）取相應(yīng)比例尺作出機(jī)架AD如圖所示；取 BB為歸并點(diǎn)，按點(diǎn)歸并法設(shè)計(jì)此四桿機(jī)構(gòu)（保留全部作圖線），并量得：l AB= l. AB=92mm, lAD= l. AD=120mm, lBC= l .BC=180mm, l CD= l .CD=34mm; 1=92o, 2 =102o8-23 如圖所示，現(xiàn)欲設(shè)計(jì)一鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)，設(shè)已知搖桿CD的長 l

16、CD75mm 行程速比系數(shù)K=1.5，機(jī)架 AD 的長度為 lAD100mm ，搖桿的一個(gè)極限位置與機(jī)架間的夾角為45 ，試求曲柄的長度 l AB 和連桿的長度 l BC （有兩組解）。解：先計(jì)算180 k1180 1.5136k11.51再以相應(yīng)比例尺 l. 作圖可得兩個(gè)解：(1) lAB=l. (AC 2-AC1)/2 =49.5mm, lBC=l . (AC 2+AC1)/2=119.5mm(2) lAB=l. (AC 1-AC2)/2 =22mm, lBC= l . (AC 2 +AC)/2=48mm18-24 如圖所示，設(shè)已知破碎機(jī)的行程速度變化系數(shù)K=1.2，顎板長度 l CD=3

17、00 mm顎板擺角=35o，曲柄長度 l AD=80 mm。求連桿的長度，并驗(yàn)算最小傳動角min 是否在允許的范圍內(nèi)。k11.511801801.536解：先計(jì)算k11取相應(yīng)比例尺 作出搖桿 CD的兩極限位置 CD 及 C D和固定鉸鏈 A 所l12在圓 s1( 保留作圖線 ) 。-如圖所示，以 C2 為圓心、 2AB為半徑作圓，同時(shí)以F 為圓心 2FC 為半徑作圓，兩圓交于點(diǎn) E，作 CE 的延長線與圓 s的交點(diǎn)，即為鉸鏈 A 的位置。21由圖知： lBC=l . AC 1+l AB=310mm min= =45o>40o8-25 圖示為一牛頭刨床的主傳動機(jī)構(gòu)，已知l=75 mm，l=

18、100 mm，行程速度變化系數(shù)ABDEK=2，刨頭 5 的行程 H=300 mm。要求在整個(gè)行程中，推動刨頭5 有較小的壓力角，試設(shè)計(jì)此機(jī)構(gòu)。k121解 先算導(dǎo)桿的擺角180180260k11取相應(yīng)比例尺l 作圖，由圖可得導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)導(dǎo)桿和機(jī)架的長度為：LCD=l .CD=300mm, lAC=l .AC=150mm;導(dǎo)桿端點(diǎn) D的行程D1D2=E1 E2=H/l為了使推動刨頭5 在整行程中有較小壓力角，刨頭導(dǎo)路的位置h 成為H=lCD(1+cos( /2)/2=300(1+cos(60/2)/2=279.9mm點(diǎn)津本題屬于按行程速比系數(shù)K 設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)問題，需要注意的是：導(dǎo)桿CD的最大擺角與機(jī)構(gòu)

19、極位夾角相等：因H=300mm，且要求在整個(gè)行中刨頭運(yùn)動壓力角較小。所以取 CD1=CD2=300mm, 則 D1D2 =H=300mm。8-26 某裝配線需設(shè)計(jì)一輸送工件的四桿機(jī)構(gòu)，要求將工件從傳遞帶C1 經(jīng)圖示中間位置輸送到傳送帶 C2 上。給定工件的三個(gè)方位為： M1(204 ，-30) ，21=0o；M2(144 ，80) ，22=22o； M3(34 ，100) ，23=68 o 。初步預(yù)選兩個(gè)固定鉸鏈的位置為A(0，0) 、D(34，一 83) 。試用解析法設(shè)計(jì)此四桿機(jī)構(gòu)。解由題可知 ,本題屬于按預(yù)定的連桿位置用解析法設(shè)汁四桿機(jī)構(gòu)問題，AADD坐標(biāo)值，具體計(jì)算過程略。N=3，并已預(yù)

20、選 x , y和 x , y8-27如圖所示，設(shè)要求四桿機(jī)構(gòu)兩連架桿的三組對應(yīng)位置分別為:135，150 ，280，275，3125， 3105。試以解析法設(shè)計(jì)此四桿機(jī)構(gòu)。解：（1）將 , 的三組對應(yīng)值帶入式（ 8-17 ）（初選 0= 0=0）Cos( + 0)=p 0cos( +0)+p 1 cos( +0)-( +0)+p 2cos35p0cos50p1 cos(5035 )p2cos80p0cos75p1 cos(7580 )p2得cos125p0 cos105p1 cos(105 125 ) p2解之得（計(jì)算到小數(shù)點(diǎn)后四位）p0=1.5815, p 1=-1.2637, p2 =1.

21、0233（2）如圖所示，求各桿的相對長度，得n=c/a=p 0=1.5815, l=-n/p=1.2515（3）求各桿的長度：得d=80.00a=d/l=80/1.2515=63.923mmb=ma=1.583163.923=101.197mmc=na=1.585163.923=101.094mm8-28 試用解析法設(shè)計(jì)一曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，設(shè)已知滑塊的行程速度變化系數(shù)K=15，滑塊的沖程 H=50 mm，偏距 e=20 mm。并求其最大壓力角 max。180 k1180 1.5136并取相應(yīng)比例尺 l 根據(jù)滑塊的行程 H作出極位及解：計(jì)算k11.51作圓，作偏距線，兩者的交點(diǎn)即鉸鏈所在的位置，由圖

22、可得：l =l.(AC -AC )/2 =17mm, l=. (AC +AC)/2=36mmAB21BCl218-29 試用解析法設(shè)計(jì)一四桿機(jī)構(gòu)，使其兩連架桿的轉(zhuǎn)角關(guān)系能實(shí)現(xiàn)期望函數(shù)y=，l z10。8-30 如圖所示，已知四桿機(jī)構(gòu)。 ABCD的尺寸比例及其連桿上E 點(diǎn)的軌跡曲線， 試按下列兩種情況設(shè)計(jì)一具有雙停歇運(yùn)動的多桿機(jī)構(gòu)：1) 從動件搖桿輸出角為 45o：2) 從動件滑塊輸出行程為 5 倍曲柄長度。8-31 請結(jié)合下列實(shí)際設(shè)計(jì)問題，選擇自己感興趣的題目，并通過需求背景調(diào)查進(jìn)一步明確設(shè)計(jì)目標(biāo)和技術(shù)要求，應(yīng)用本章或后幾章所學(xué)知識完成相應(yīng)設(shè)計(jì)并編寫設(shè)計(jì)報(bào)告。1) 結(jié)合自己身邊學(xué)習(xí)和生活的需要

23、，設(shè)計(jì)一折疊式床頭小桌或晾衣架，或一收藏式床頭書架或臉盆架或電腦架等；2) 設(shè)計(jì)一能幫助截癱病人獨(dú)自從輪椅轉(zhuǎn)入床上或四肢癱瘓已失去活動能力的病人能自理用餐或自動翻書進(jìn)行閱讀的機(jī)械；3) 設(shè)計(jì)適合老、中、青不同年齡段使用并針對不同職業(yè)活動性質(zhì) ( 如坐辦公室人員運(yùn)動少的特點(diǎn) ) 的健身機(jī)械；4) 設(shè)計(jì)幫助運(yùn)動員網(wǎng)球或乒乓球訓(xùn)練的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)球機(jī)或步兵步行耐力訓(xùn)練， 或空軍飛行員體驗(yàn)混戰(zhàn)演習(xí)訓(xùn)練 ( 即給可能的飛行員各方位加一個(gè)重力 ) ，或宇航員失重訓(xùn)練 ( 即能運(yùn)載一人并提供一個(gè)重力加速度) 的模擬訓(xùn)練機(jī)械；5) 設(shè)計(jì)放置在超市外投幣式的具有安全、有趣或難以想像的運(yùn)動的小孩“坐椅”或能使兩位、四位游

24、客產(chǎn)生毛骨悚然的顫動感覺的輕便“急動”坐車。第 9 章課后參考答案9-1何謂凸輪機(jī)構(gòu)傳動中的剛性沖擊和柔性沖擊?試補(bǔ)全圖示各段 s 一、v 一 、 一 曲線，并指出哪些地方有剛性沖擊，哪些地方有柔性沖擊？答凸輪機(jī)構(gòu)傳動中的剛性沖擊是指理論上無窮大的慣性力瞬問作用到構(gòu)件上，使構(gòu)件產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊；而柔性沖擊是指理論上有限大的慣性力瞬間作用到構(gòu)件上，使構(gòu)件產(chǎn)生的沖擊。s- , v-, a- 曲線見圖。在圖9-1 中 B， C 處有剛性沖擊，在0，A，D，E 處有柔性沖擊。9 2 何謂凸輪工作廓線的變尖現(xiàn)象和推桿運(yùn)動的失真現(xiàn)象?它對凸輪機(jī)構(gòu)的工作有何影響?如何加以避免 ?答在用包絡(luò)的方法確定凸輪的工作

25、廓線時(shí)，凸輪的工作廓線出現(xiàn)尖點(diǎn)的現(xiàn)象稱為變尖現(xiàn)象：凸輪的工作廓線使推桿不能實(shí)現(xiàn)預(yù)期的運(yùn)動規(guī)律的現(xiàn)象件為失真現(xiàn)象。變尖的工s作廓0/32 /34 /35 /32線v極易a磨損，題9-1圖使推桿運(yùn)動失真使推桿運(yùn)動規(guī)律達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，因此應(yīng)設(shè)法避免。變尖和失真現(xiàn)象可通過增大凸輪的基圓半徑減小滾子半徑以及修改推桿的運(yùn)動規(guī)律等方法來避免。9 3 力封閉與幾何封閉凸輪機(jī)構(gòu)的許用壓力角的確定是否一樣?為什么 ?答力封閉與幾何封閉凸輪機(jī)溝的許用壓力角的確定是不一樣的。因?yàn)樵诨爻屉A段 - 對于力封閉的凸輪饑構(gòu)，由于這時(shí)使推桿運(yùn)動的不是凸輪對推桿的作用力F，而是推桿所受的封閉力其不存在自鎖的同題，故允許采用較大的

26、壓力角。但為使推稈與凸輪之間的作用力不致過大。也需限定較大的許用壓力角。而對于幾何形狀封閉的凸輪機(jī)構(gòu)，則需要考慮自鎖的問題。許用壓力角相對就小一些。9 4一滾子推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)，在使用中發(fā)現(xiàn)推桿滾子的直徑偏小，欲改用較大的滾子？問是否可行 ?為什么 ?答不可行。因?yàn)闈L子半徑增大后。凸輪的理論廓線改變了推桿的運(yùn)動規(guī)律也勢必發(fā)生變化。9 5 一對心直動推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)，在使用中發(fā)現(xiàn)推程壓力角稍偏大，擬采用推桿偏置的辦法來改善，問是否可行?為什么 ?答不可行。因?yàn)橥茥U偏置的大小、方向的改變會直接影響推桿的運(yùn)動規(guī)律而原凸輪機(jī)構(gòu)推桿的運(yùn)動規(guī)律應(yīng)該是不允許擅自改動的。9-6在圖示機(jī)構(gòu)中，哪個(gè)是正偏置?哪個(gè)

27、是負(fù)偏置 ?根據(jù)式 (9-24) 說明偏置方向?qū)ν馆啓C(jī)構(gòu)壓力角有何影響 ?答由凸輪的回轉(zhuǎn)中心作推桿軸線的垂線得垂足點(diǎn)，若凸輪在垂足點(diǎn)的速度沿推桿的推程方向剛凸輪機(jī)構(gòu)為正偏置反之為負(fù)偏置。由此可知在圖示機(jī)溝中，兩個(gè)均為正偏置。由可知在其他條件不變的情況下。若為正偏置(e 前取減號 ) 由于推程時(shí) (ds/d )為正式中分子 ds/d -e<ds/d ,故壓力角 減小。而回程時(shí) ,由于 dsd為負(fù) ,式中分子為 |(ds d )-e|=| (ds d) |+ |e| >ds d 。故壓力角增大。負(fù)偏置時(shí)剛相反，即正偏置會使推程壓力角減小，回程壓力角增大；負(fù)偏置會使推程壓力角增大，回程壓

28、力角減小。9 7 試標(biāo)出題 96a 圖在圖示位置時(shí)凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角，凸輪從圖示位置轉(zhuǎn)過90o 后推桿的位移；并標(biāo)出題96b 圖推桿從圖示位置升高位移s 時(shí)，凸輪的轉(zhuǎn)角和凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角。解如圖 (a) 所示，用直線連接圓盤凸輪圓心A 和滾子中心 B，則直線 AB與推桿導(dǎo)路之間所夾的銳角為圖示位置時(shí)凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角。以A 為圓心 , AB為半徑作圓 ,得凸輪的理論廓線圓。連接A 與凸輪的轉(zhuǎn)動中心O并延長，交于凸輪的理論廓線于C點(diǎn)。以 O為圓心以 OC為半徑作圓得凸輪的基圓。以O(shè)為圓心 ,以 O點(diǎn)到推桿導(dǎo)路的距離OD為半徑作圓得推桿的偏距圓； 。延長推桿導(dǎo)路線交基圓于G-點(diǎn)，以直線連接 OG。過

29、O點(diǎn)作 OG的垂線，交基圓于E 點(diǎn)。過 E 點(diǎn)在偏距圓的下側(cè)作切線切點(diǎn)為H 點(diǎn)交理論廓線于F點(diǎn)，則線段 EF的長即為凸輪從圖示位置轉(zhuǎn)過90 后推桿的位移 s。方法同前，在圖(b) 中分別作出凸輪的理論廓線、基圓、推桿的偏距圓。延長推桿導(dǎo)路線交基圓于 G點(diǎn)，以直線連接 OG。以 O為圓心，以滾子中心升高s 后滾子的轉(zhuǎn)動中心 K 到 O點(diǎn)的距離 OK為半徑作圓弧，交理論廓線于F 點(diǎn)。過 F 點(diǎn)作偏距圓的切線，交基圓于 E 點(diǎn)，切點(diǎn)為 H。則 GOE為推桿從圖示位置升高位移s 時(shí)- 凸輪的轉(zhuǎn)角， AFH為此時(shí)凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角。(a)(b)9 8 在圖示凸輪機(jī)構(gòu)中， 圓弧底擺動推桿與凸輪在B 點(diǎn)接觸。

30、當(dāng)凸輪從圖示位置逆時(shí)針轉(zhuǎn)過 90。時(shí)，試用圖解法標(biāo)出：1) 推桿在凸輪上的接觸點(diǎn)；2) 擺桿位移角的大??；3) 凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角。解 如圖所示，以 O為圓心，以 O點(diǎn)到推桿轉(zhuǎn)動中心 A 的距離 AO為半徑作圓， 得推桿轉(zhuǎn)動中心反轉(zhuǎn)位置圓。過 O點(diǎn)怍 OA的垂線，交推桿轉(zhuǎn)動中心反轉(zhuǎn)位置圓于 D點(diǎn)。以 O為圓心以 O點(diǎn)到推桿圓弧圓心 C 的距離 CO為半徑作圓得凸輪的理論廓線。以 O為圓心，作圓內(nèi)切于凸輪的理論廓線圓，得凸輪的基圓。以 D為圓心，以 AC為半徑作圓弧，交凸輪的理論廓線于 E 點(diǎn)，交凸輪的圓于 G點(diǎn)。用直線連接 EO，交凸輪的實(shí)際廓線于 F 點(diǎn)，此即為推桿在凸輪上的接觸點(diǎn)；而GDE即

31、為擺桿的位移角；過E 點(diǎn)并垂直于 DE的直線與直線EF間所夾的銳角即為此時(shí)凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角。99已知凸輪角速度為15 rad s，凸輪轉(zhuǎn)角0 150 時(shí)，推桿等速上升16mm;150 180 時(shí)推桿遠(yuǎn)休，180 300 時(shí)推桿下降16mm;300 360 時(shí)推桿近休。試選擇合適的推桿推程運(yùn)動規(guī)律，以實(shí)現(xiàn)其最大加速度值最小，并畫出其運(yùn)動線圖。解推桿在推程及回程段運(yùn)動規(guī)律的位移方程為：(1)推程： s=h 0 0o 1 50o(2)回程：等加速段 s=h 一 2h2 020o 60o等減速段 s=2h( 一 ) 2 0 260o 120o計(jì)算各分點(diǎn)的位移值如表93：根據(jù)表 9-3 可作所求圖如下圖

32、：910 設(shè)計(jì)一凸輪機(jī)構(gòu)，凸輪轉(zhuǎn)動一周時(shí)間為2 s 。凸輪的推程運(yùn)動角為60o，回程運(yùn)動角為 150。，近休止運(yùn)動角為150o。推桿的行程為15 mm。試選擇合適的推桿升程和回程的運(yùn)動規(guī)律，使得其最大速度值最小，并畫出運(yùn)動線圖。9一 11 試設(shè)計(jì)一對心直動滾子推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)，滾子半徑r ，=10 mm，凸輪以等角速度逆時(shí)針回轉(zhuǎn)。凸輪轉(zhuǎn)角=0o120o 時(shí)，推桿等速上升 20 mm；=120o 180o 時(shí)，推桿遠(yuǎn)休止； =180o270o 時(shí)，推桿等加速等減速下降20 mm；=270o： 360o 時(shí)，推桿近休止。要求推程的最大壓力角。 30o，試選取合適的基圓半徑，并繪制凸輪的廓線。問此凸

33、輪機(jī)構(gòu)是否有缺陷，應(yīng)如何補(bǔ)救。9 一 12 試設(shè)計(jì)一個(gè)對心平底直動推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)凸輪的輪廓曲線。設(shè)已知凸輪基圓半徑 rn=30 mm，推桿平底與導(dǎo)軌的中心線垂直，凸輪順時(shí)針方向等速轉(zhuǎn)動。當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)過 1201r 推桿以余弦加速度運(yùn)動上升 20。，再轉(zhuǎn)過 150o 時(shí)，推桿又以余弦加速度運(yùn)動回到原位，凸輪轉(zhuǎn)過其余 90o 時(shí)，推桿靜止不動。問這種凸輪機(jī)構(gòu)壓力角的變化規(guī)律如何 ?是否也存在自鎖問題 ?若有，應(yīng)如何避免 ?解 推桿在推程及回程運(yùn)動規(guī)律的位移方程為（ 1) 推程S=h1-cos(/ 0)/2 ： 0o 120o（2）回程S=h1+cos(/ 0)/20o1 50o計(jì)算各分點(diǎn)的位移值如表

34、9-4l ：根據(jù)表 9-4 可作所求圖如下圖：這種凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角為一定值，它恒等于平底與導(dǎo)路所夾銳角的余角與其他因素?zé)o關(guān)。這種凸輪機(jī)構(gòu)也會是存在自鎖問題，為了避免自鎖在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該在結(jié)構(gòu)許可的條件下，盡可能取較大的推桿導(dǎo)路導(dǎo)軌的長度。并盡可能減小推gan 9 的懸臂尺寸。9 一 13一擺動滾子推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)( 參看圖 923) ，已知 lOA=60 mmr0=25mm，lAB=50mm，rr=8 mm。凸輪順時(shí)針方向等速轉(zhuǎn)動，要求當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)過180o 時(shí)，推桿以余弦加速度運(yùn)動向上擺動25o；轉(zhuǎn)過一周中的其余角度時(shí)，推桿以正弦加速度運(yùn)動擺回到原位置。試以作圖法設(shè)計(jì)凸輪的工作廓線。解推扦在推程及回

35、程段運(yùn)動規(guī)律的位移方程為(1)推程： s=1-cos( / 0 )/20o 180o(2)回程： s=1-( / 0) 十 sin(2/ 0)/(2 ) oo 180o計(jì)算各分點(diǎn)的位移值如表95：根據(jù)表 9。5 作圖如圖所示914 試設(shè)計(jì)偏置直動滾子推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)凸輪的理論輪廓曲線和工作廓線。已知凸輪軸置于推桿軸線右側(cè)，偏距e=20 mm，基圓半徑 r 。=50 mm，滾子半徑 r ， =10 mm。凸輪以等角速度沿順時(shí)針方向回轉(zhuǎn)，在凸輪轉(zhuǎn)過角占，：120。的過程中，推桿按正弦加速度運(yùn)動規(guī)律上升矗 =50 mm；凸輪繼續(xù)轉(zhuǎn)過炙 =30。時(shí)，推桿保持不動；其后，凸輪再回轉(zhuǎn)角度如 =60 時(shí)，推

36、桿又按余弦加速度運(yùn)動規(guī)律下降至起始位置；凸輪轉(zhuǎn)過一周的其余角度時(shí)，推桿又靜止不動。解 (1)汁算推桿的位移并對凸輪轉(zhuǎn)角求導(dǎo)：當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)角 在 o 2 3 過程中，推桿按正弦加速度運(yùn)動規(guī)律上升h=50rnm。則sh1sin( 2)5033cos(3)可得020220 2/3dsh 11 cos( 2)5033cos(3)d111220 2/3當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)角占在2356 過程中，推桿遠(yuǎn)休。S=50，23 5 6ds/d =0，2/3 56當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)角 在 5/6 7 6 過程中，推桿又按余弦加速度運(yùn)動規(guī)律下降至起始位置。則可得sh 1cos (12) 50 1cos3(5)23265676dshsin(1

37、2 )53sin3(5)d233265676當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)角 在 7 /6 2 過程中，推桿近休。S=07 62ds/ d =07 2(2)計(jì)算凸輪的理論廓線和實(shí)際廓線：i本題的計(jì)算簡圖如圖（a) 所示。選取坐標(biāo)系如圖(b) 所示，由圖（ b) 可知，凸輪理論廓線上 B 點(diǎn)( 即滾子中心 ) 的直角坐標(biāo)為 :x=(s0 +s)cos -esiny=(s0 +s)sin+ecos式中： s0=(r 02-e 2) 1/2 =(502-20 2) 1/2 =45.826mm由圖 (b) 可知凸輪實(shí)際廓線的方程即B點(diǎn)的坐標(biāo)方程式為ix=x-rr cosY=y-rr sin 因?yàn)?dy/d =(ds/d -

38、e)sin +(s 0+s)cos dx/d=(ds/d -e)cos -(s 0 -s)sinsindx / ds)2(dy / d)2(dx / ddy / dscos)2) 2所以(dx / d(dy / d故 x=x-10cos y=y-10sin由上述公式可得理論輪廓曲線和工作廓線的直角坐標(biāo)計(jì)算結(jié)果如表96凸輪廓線如下圖昕示。915 圖示為一旅行用輕便剃須刀，圖a 為工作位置，圖b 為正在收起的位置 ( 整個(gè)刀夾可以收入外殼中 ) 。在刀夾上有兩個(gè)推桿A、 B，各有一個(gè)銷A、B，分別插入外殼里面的兩個(gè)內(nèi)凸輪槽中。按圖a 所示箭頭方向旋轉(zhuǎn)旋鈕套時(shí)( 在旋鈕套中部有兩個(gè)長槽，推桿上的銷從

39、中穿過，使兩推桿只能在旋鈕套中移動，而不能相對于旋鈕套轉(zhuǎn)動) ，刀夾一方面跟著旋鈕套旋轉(zhuǎn)，并同時(shí)從外殼中逐漸伸出，再旋轉(zhuǎn)至水平位置( 工作位置 ) 。按圖 b 所示箭頭方向旋轉(zhuǎn)旋鈕套時(shí)，刀夾也一方面跟著旋鈕套旋轉(zhuǎn)，并先沿逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)過 900 成垂直位置， 再逐漸全部縮回外殼中。 要求設(shè)計(jì)外殼中的兩凸輪槽( 展開圖 ) ，使該剃須刀能完成上述動作，設(shè)計(jì)中所需各尺寸可從圖中量取，全部動作在旋鈕套轉(zhuǎn)過2角的過程中完成。解由題意知。兩推桿相差180o 布置，所以它們各自對應(yīng)的凸輪槽應(yīng)為等距線。當(dāng)兩銷予都到達(dá)推桿B 的最高位置時(shí)推桿B 不再升高而推軒A 繼續(xù)升高，此段推桿 B 對應(yīng)的凸輪槽應(yīng)為水平的，

40、而推桿A 對應(yīng)的凸輪槽不變。為了安裝方便將推桿A B 所對應(yīng)的凸輪槽與端部連通。為了保證能同時(shí)將A,B 推桿以及旋鈕套從外殼中取出將凸輪槽適當(dāng)向水平方向伸展。據(jù)此沒計(jì)凸輪槽展開圖如圖所示。圖中第 l 位置為兩推桿最下位置時(shí)情況：第4 位置為推桿 B 不再上升而推桿 A 繼續(xù)上升的情況；第 5 位置為題圖中的工作位置。第 6，7 位置是裝拆時(shí)的位置。第 11 章課后參考答案11-1 在給定輪系主動輪的轉(zhuǎn)向后，可用什么方法來確定定軸輪系從動輪的轉(zhuǎn)向？周轉(zhuǎn)輪系中主、從動件的轉(zhuǎn)向關(guān)系又用什么方法來確定?答：參考教材 216218 頁。11-2如何劃分一個(gè)復(fù)合輪系的定軸輪系部分和各基本周轉(zhuǎn)輪系部分 ?在

41、圖示的輪系中， 既然構(gòu)件 5 作為行星架被劃歸在周轉(zhuǎn)輪系部分中，在計(jì)算周轉(zhuǎn)輪系部分的傳動比時(shí)，是否應(yīng)把齒輪5 的齒數(shù) ,Z 5計(jì)入?答：劃分一個(gè)復(fù)合輪系的定軸輪系部分和各基本周轉(zhuǎn)輪系部分關(guān)鍵是要把其中的周轉(zhuǎn)輪系部分劃出來， 周轉(zhuǎn)輪糸的特點(diǎn)是具有行星輪和行星架，所以要先找到輪系中的行星輪，然后找出行星架。每一行星架，連同行星架上的行星輪和與行星輪相嚙合的太陽輪就組成一個(gè)基本周轉(zhuǎn)輪糸。在一個(gè)復(fù)合輪系中可能包括有幾個(gè)基本周轉(zhuǎn)輪系（一般每一個(gè)行星架就對應(yīng)一個(gè)基本周轉(zhuǎn)輪系) ，當(dāng)將這些周轉(zhuǎn)輪一一找出之后剩下的便是定軸輪糸部分了。在圖示的輪系中雖然構(gòu)件5 作為行星架被劃歸在周轉(zhuǎn)輪系部分中，但在計(jì)算周轉(zhuǎn)輪系

42、部分的傳動比時(shí)不應(yīng)把齒輪5 的齒數(shù)計(jì)入。11-3H在計(jì)算行星輪系的傳動比時(shí)，式 i mH=1-imn只有在什么情況下才是正確的?答在行星輪系，設(shè)固定輪為 n,即=0 時(shí), i=1-iH公式才是正確的。nmHmn11-4在計(jì)算周轉(zhuǎn)輪系的傳動比時(shí)，式 i Hmn=(n m-n H) (n n-n H) 中的 i Hmn是什么傳動比，如何確定其大小和“±”號 ?H答: i mn是在根據(jù)相對運(yùn)動原理，設(shè)給原周轉(zhuǎn)輪系加上一個(gè)公共角速度“- H”。使之繞行星架的固定軸線回轉(zhuǎn)，這時(shí)各構(gòu)件之間的相對運(yùn)動仍將保持不變，而行星架的角速度為0，即行星架“靜止不動” 了于是周轉(zhuǎn)輪系轉(zhuǎn)化成了定軸輪系，這個(gè)轉(zhuǎn)化

43、輪系的傳動比，HH其大小可以用 i mn=(n m-n H) (n n-n H) 中的 i mn公式計(jì)算；方向由“±”號確定，但注意，它由在轉(zhuǎn)化輪系中 m. n 兩輪的轉(zhuǎn)向關(guān)系來確定。11-5 用轉(zhuǎn)化輪系法計(jì)算行星輪系效率的理論基礎(chǔ)是什么?為什么說當(dāng)行星輪系為高速時(shí)，用它來計(jì)算行星輪系的效率會帶來較大的誤差?答: 用轉(zhuǎn)化輪系法計(jì)算行星輪系效率的理論基礎(chǔ)是行星輪系的轉(zhuǎn)化輪系和原行星輪系的差別，僅在于給整個(gè)行星輪系附加了一個(gè)公共角速度“- H”。經(jīng)過這樣的轉(zhuǎn)化之后，各構(gòu)件之間的相對運(yùn)動沒有改變， 而輪系各運(yùn)動副中的作用力( 當(dāng)不考慮構(gòu)件回轉(zhuǎn)的離心H慣性力時(shí) ) 以及摩擦因數(shù)也不會改變。因

44、而行星輪系與其轉(zhuǎn)化輪系中的摩擦損失功率P f應(yīng)相等。用轉(zhuǎn)化輪系法計(jì)算行星輪系效率沒有考慮由于加工、安裝和使用情況等的不同，以及還有一些影響因素如攪油損失、行星輪在公轉(zhuǎn)中的離心慣性力等，因此理論計(jì)算的結(jié)果并不能完全正確地反映傳動裝置的實(shí)際效率。11-6 何謂正號機(jī)構(gòu)、負(fù)號機(jī)構(gòu)?各有何特點(diǎn) ?各適用于什么場合 ?HH答:行星輪系的轉(zhuǎn)化輪系中當(dāng)傳動比i 1n>o，稱為正號機(jī)構(gòu)；當(dāng)傳動比i 1n<o，稱為負(fù)號機(jī)構(gòu)。正號機(jī)構(gòu)效率隨著l iH1l的增大而降低，其效率可能出現(xiàn)負(fù)值而發(fā)生自鎖，其主要用于傳遞運(yùn)動，如用在傳動比大而對效率要求不高的輔助裝置中；負(fù)號機(jī)構(gòu)由于在任何情況下都不會出現(xiàn)自鎖，效

45、率較高，主要用于動力傳動。11-7 何謂封閉功率流 ?在什么情況下才會出現(xiàn) ?有何危害 ?答:在選用封閉式行星輪系時(shí)， 如其型式及有關(guān)參數(shù)選擇不當(dāng)，可能會形成有一部分功率只在輪系內(nèi)部循環(huán)，而不能向外輸出的情況，即形成所謂的封閉功率流。當(dāng)abi和 i 異號，且 l iabl>l il 時(shí)，出現(xiàn)封閉功率流。這種封閉的功率流將增大摩擦功率損失，使輪系的效率和強(qiáng)度降低，對于傳動極為不刊。11-8 在確定行星輪系各輪齒數(shù)時(shí)，必須滿足哪些條件，為什么?答設(shè)計(jì)行星輪系時(shí)，各輪齒數(shù)的選擇應(yīng)滿足四個(gè)條件；對于不同的輪系，這四個(gè)條件具體表達(dá)式不盡相同，下面以內(nèi)齒輪3 固定，各輪均為標(biāo)準(zhǔn)齒輪的2K H 型輪系為例加以說明。(1)保證實(shí)現(xiàn)給定的傳動比：z3=(i -1)z11H(2)滿足同心條件 ( 即保證兩太陽輪和系桿的軸線重合 ): Z3=z1+2z2(3) 滿足 k 個(gè)行星輪均布安裝 ( 即滿足裝配條件 ) ：N=(z3 +z1)/k(n為整數(shù))(4) 滿足鄰接條件（即保證相鄰行星輪不致相互碰撞)：(z 1+z2)sin(180o/k)>z2+2ha *11-9 在行星