機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)

機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)三、下列知識點(diǎn)可出計(jì)算類型題題20圖A題20圖ACBFDE（1）答：B處為局部自由度；E、D之一為虛約束。機(jī)構(gòu)自由度：F=3n－2PL－PH=3×4－2×5－1=1因?yàn)闄C(jī)構(gòu)主動(dòng)件數(shù)和自由度數(shù)相等，所以機(jī)構(gòu)有確定的運(yùn)動(dòng)。題21圖A題21圖ACBODEFGH答：A處為局部自由度；移動(dòng)副G、H之一為虛約束；機(jī)構(gòu)自由度：F=3n－2PL－PH=3×6－2×8－1=1因?yàn)闄C(jī)構(gòu)主動(dòng)件數(shù)和自由度數(shù)相等，所以機(jī)構(gòu)有確定的運(yùn)動(dòng)。JB題22JB題22圖AFGHCDEI答：F處為局部自由度；移動(dòng)副D、E之一為虛約束；機(jī)構(gòu)自由度：F=3n－2PL－PH=3×6－2×8－1=1因?yàn)闄C(jī)構(gòu)主動(dòng)件數(shù)和自由度數(shù)相等，所以機(jī)構(gòu)有確定的運(yùn)動(dòng)。題23圖BAFC題23圖BAFCEDG答：G處為局部自由度；移動(dòng)副E、F之一為虛約束；機(jī)構(gòu)自由度：F=3n－2PL－PH=3×4－2×5－1=1因?yàn)闄C(jī)構(gòu)主動(dòng)件數(shù)和自由度數(shù)相等，所以機(jī)構(gòu)有確定的運(yùn)動(dòng)。C題24圖EABDFGH24．計(jì)算圖示機(jī)構(gòu)的自由度并判斷C題24圖EABDFGH答：C處為復(fù)合鉸鏈，EF桿及相聯(lián)接的轉(zhuǎn)動(dòng)副或GH桿及相聯(lián)接的轉(zhuǎn)動(dòng)副之一為虛約束。機(jī)構(gòu)自由度：F=3n－2PL－PH=3×5－2×7－0=1因?yàn)闄C(jī)構(gòu)主動(dòng)件數(shù)和自由度數(shù)相等，所以機(jī)構(gòu)有確定的運(yùn)動(dòng)。25．（1-3P14）計(jì)算圖示機(jī)構(gòu)自由度并判定機(jī)構(gòu)是否具有確定的運(yùn)動(dòng)（若含有復(fù)合鉸鏈、局部自由度和虛約束請指出）。題25圖題25圖ABEDC答：C處為復(fù)合鉸鏈。機(jī)構(gòu)自由度：F=3n－2PL－PH=3×5－2×7=1因?yàn)闄C(jī)構(gòu)主動(dòng)件數(shù)和自由度數(shù)相等，所以機(jī)構(gòu)有確定的運(yùn)動(dòng)。26．（1-3P14）計(jì)算圖示機(jī)構(gòu)自由度并判定機(jī)構(gòu)是否具有確定的運(yùn)動(dòng)（若含有復(fù)合鉸鏈、局部自由度和虛約束請指出）。AABCEDFG題26圖答：B、F處為復(fù)合鉸鏈。機(jī)構(gòu)自由度：F=3n－2PL－PH=3×7－2×10=1因?yàn)闄C(jī)構(gòu)主動(dòng)件數(shù)和自由度數(shù)相等，所以機(jī)構(gòu)有確定的運(yùn)動(dòng)。27．（1-3P14）計(jì)算圖示機(jī)構(gòu)自由度并判定該機(jī)構(gòu)是否具有確定的運(yùn)動(dòng)（若含有復(fù)合鉸鏈、局部自由度和虛約束請指出）。題27圖題27圖題23圖ABCEDF答：機(jī)構(gòu)自由度：F=3n－2PL－PH=3×5－2×7=1因?yàn)闄C(jī)構(gòu)主動(dòng)件數(shù)和自由度數(shù)相等，所以機(jī)構(gòu)有確定的運(yùn)動(dòng)。28．（1-3P14）計(jì)算圖示機(jī)構(gòu)的自由度并判斷圖示機(jī)構(gòu)是否具有確定的運(yùn)動(dòng)（若含有復(fù)合鉸鏈、局部自由度和虛約束請指出）。AABCEDFG題28圖答：移動(dòng)副F、G之一為虛約束。機(jī)構(gòu)自由度：F=3n－2PL－PH=3×5－2×7－0=1因?yàn)闄C(jī)構(gòu)主動(dòng)件數(shù)和自由度數(shù)相等，所以機(jī)構(gòu)有確定的運(yùn)動(dòng)。四、下列知識點(diǎn)可出綜合應(yīng)用題28．闡述平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖的繪制方法答:（1）分析機(jī)械的動(dòng)作原理、組成情況和運(yùn)動(dòng)情況，搞清固定構(gòu)件與活動(dòng)構(gòu)件、主動(dòng)件與從動(dòng)件。（2）沿著運(yùn)動(dòng)傳遞路線，逐一分析每兩個(gè)構(gòu)件間相對運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)，以確定運(yùn)動(dòng)副的類型和數(shù)目。（3）恰當(dāng)?shù)剡x擇運(yùn)動(dòng)簡圖的視圖平面，對于平面機(jī)構(gòu)通常選用與各構(gòu)件運(yùn)動(dòng)平面相平行的平面作為視圖平面。必要時(shí)也允許把機(jī)械不同部分的視圖展開到同一圖面上，或用其他視圖表達(dá)，總之以能簡單清楚地把機(jī)械的結(jié)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)傳遞的情況正確地表達(dá)為原則。（4）選擇適當(dāng)?shù)谋壤撸?）從原動(dòng)件開始，根據(jù)確定出的各運(yùn)動(dòng)副的相對位置，用各運(yùn)動(dòng)副的代號、常用機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖符號和簡單線條，按傳動(dòng)順序繪制出機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖。29．闡述機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析的方法和步驟答：機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析就是將機(jī)構(gòu)分解為原動(dòng)件、機(jī)架和基本桿組，并確定機(jī)構(gòu)的極別。與機(jī)構(gòu)組成過程相反，一般是從遠(yuǎn)離原動(dòng)件的構(gòu)件開始拆組。其要領(lǐng)及步驟如下：（1）檢查并除去機(jī)構(gòu)中的局部自由度和虛約束。（2）用低副代替機(jī)構(gòu)中的高副。（3）正確計(jì)算機(jī)構(gòu)的自由度，明確機(jī)構(gòu)的原動(dòng)件。機(jī)構(gòu)原動(dòng)件的數(shù)目應(yīng)等于機(jī)構(gòu)自由度的數(shù)目。（4）從機(jī)構(gòu)中拆桿組。首先從傳動(dòng)關(guān)系上離原動(dòng)件最遠(yuǎn)的部分開始試拆，先試拆Ⅱ級桿組，如不能拆卸，再試拆Ⅲ級桿組或更高級桿組，直到剩下原動(dòng)件和機(jī)架為止。注意每次試拆組后，機(jī)構(gòu)剩余部分的運(yùn)動(dòng)特性與拆桿組前相同，不允許出現(xiàn)只屬于一個(gè)構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)副和只有一個(gè)運(yùn)動(dòng)副的構(gòu)件（原動(dòng)件除外）。四、下列知識點(diǎn)可出綜合應(yīng)用類型題圖32題32．已知連桿BC的長度及其預(yù)定位置B1C1、B2C2圖32題答：連桿BC的軌跡分別是以固定鉸鏈A、D為圓心的圓弧或圓。根據(jù)“三點(diǎn)定一圓”的幾何原理，分別作B1B2、B2B3的垂直平分線b12、b23，它們的交點(diǎn)即為固定鉸鏈A的中心位置；同理，分別作線段C1C2、C2C3的垂直平分線c12、c23，它們的交點(diǎn)即為固定鉸鏈D的中心位置。連接AB1和C1D即為所求的四桿機(jī)構(gòu)。此問題有唯一解。上述問題中，如果給定連桿的兩個(gè)預(yù)定位置B1C1、B2C2，那么固定鉸鏈A、D點(diǎn)就可以分別在b33．設(shè)計(jì)一鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)，使其兩連架桿實(shí)現(xiàn)下列三組對應(yīng)關(guān)系：θ11=30°，θ31=45°；θ12=60°，θ32=90°；θ13=90°、θ33=135°。（可取1件長a=300mm）題題33圖解：根據(jù)機(jī)構(gòu)的位置方程取，則由上式得將三組參數(shù)代入上式則解方程組求出三個(gè)待定參數(shù)由常數(shù)關(guān)系式根據(jù)實(shí)際需要決定構(gòu)件1的長度a后，其他構(gòu)件的桿長b、c、d便可確定。取原動(dòng)件1長度a=300mm，將P1、P2、P3及a代入上式求出其余桿尺寸分別為b=299.9mmc=212.1mmd=409.7mm34．已知搖桿長，擺角ψ，和行程速比系數(shù)K，根據(jù)給出的圖示結(jié)果，闡述用圖解法設(shè)計(jì)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)步驟。題題34圖答：1）計(jì)算出極位夾角任取一點(diǎn)D作為搖桿轉(zhuǎn)動(dòng)中心，以此為頂點(diǎn)作等腰三角形△DC1C2，使∠C1DC2=ψ，兩腰長。2）計(jì)算出極位夾角，過C1點(diǎn)作C1N⊥C1C2，過C2作C2M使∠C1C2M=903）△作直角三角形△C1C2P的外接圓，則此圓周上任意點(diǎn)均可作為曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)中心A。A確定后機(jī)架長AD即可確定。由幾何關(guān)系得曲柄和連桿長度：a=(AC2-AC1)/2，b=(AC2+AC1因A點(diǎn)位置有無數(shù)個(gè)，所以有無窮多解。常用最小傳動(dòng)角γmin或其他附加條件確定A點(diǎn)的確切位置。三、下列知識點(diǎn)可出綜合應(yīng)用類型題21．理論廓線曲率半徑為ρa(bǔ)，實(shí)際廓線曲率半徑為ρb，滾子半徑為rr，分析滾子半徑對凸輪實(shí)際輪廓的影響。答：對于內(nèi)凹凸輪廓線，其三者之間的關(guān)系為ρb=ρa(bǔ)+rr，因此無論滾子半徑大小如何，實(shí)際輪廓線總是可以作出的。對于外凸凸輪廓線，其三者間的關(guān)系為ρb=ρa(bǔ)－rr，ρa(bǔ)＞rr時(shí)，ρb＞0，此時(shí)可以求出正常的實(shí)際輪廓；當(dāng)ρa(bǔ)＝rr時(shí)，ρb=0，凸輪實(shí)際輪廓將出現(xiàn)尖點(diǎn)，尖點(diǎn)處極易磨損；ρa(bǔ)＜rr時(shí)，則ρb＜0為負(fù)值，實(shí)際上輪廓將出現(xiàn)交叉，在加工時(shí)，交叉部分被切掉，使從動(dòng)件不能按預(yù)期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)，從而導(dǎo)致從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)失真。因此，為了使?jié)L子從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)不發(fā)生失真，保證任何情況下都不發(fā)生實(shí)際輪廓變尖或相交，應(yīng)使實(shí)際輪廓外凸部分的最小曲率半徑不小于某一許用值[ρb]，即ρbmin=ρa(bǔ)min－rr≥[ρb]，其中[ρb]=3～5mm。三、下列知識點(diǎn)可出計(jì)算類型題41．圖示漸開線。已知基圓半徑rb=45mm，求rk=60mm時(shí)，漸開線K點(diǎn)的壓力角αk、曲率半徑ρk；基圓壓力角αb答：由幾何關(guān)系曲率半徑基圓壓力角和曲率半徑ααkKNOρkrkrb題38圖39．一漸開線斜齒圓柱齒輪，z=14，mn=4mm，β=12°，求齒輪的當(dāng)量齒數(shù)；判斷齒輪是否發(fā)生根切。答：當(dāng)量齒數(shù)zv=z/(cos3β)=14/(cos312°)=15.53不根切直齒輪的最少齒數(shù)為17，不根切斜齒輪的最少齒數(shù)為zmin=zvmincos3β=17cos315°=15.91由于zv＜zmin所以發(fā)生根切。40．一對外嚙合漸開線斜齒圓柱齒輪，z1=16，z2=40，mn=4mm，β=15°，b=30mm，求無側(cè)隙嚙合的中心距、端面模數(shù)及軸面重合度。答：答：中心距a=mn(z1+z2)/(2cosβ)=4×(16+40)/(2cos15°)=115.5端面模數(shù)mt=mn/cosβ=4/cos15°=4.14軸面重合度=(bsinβ)/(πmn)=(30×sin15°)/(π×4)=0.6241．已知一齒輪的模數(shù)m=3mm，齒數(shù)z=20，壓力角α=20°，ha答：齒頂圓壓力角齒頂圓曲率半徑42．α=20°，ha*=1的漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒輪的齒根圓和基圓重合時(shí)，齒數(shù)應(yīng)為多少？基圓直徑：db=mzcos20°齒根圓直徑：df=m(z-2ha*-2c*)由db=df即mzcos20°=m(z-2ha*-2c*)得齒數(shù)z=2(ha*+c*)/(1-cosα)≈4243．一對外嚙合標(biāo)準(zhǔn)斜齒輪，z1=19，i12=2，αn=20°，mn=2.5mm，han*=1，β=11°，求標(biāo)準(zhǔn)中心距a；若實(shí)際中心距為122mm，確定螺旋角β。(cos11°=0.98)答：求齒數(shù)z2z2=i12.z1=2×19=38求標(biāo)準(zhǔn)中心距a=mn(z1+z2)/(2cosβ)=2.5×(19+38)/(2cos11°)=72.58mm求螺旋角由a=mn(z1+z2)/(2cosβ)得β=arc[mn(z1+z2)/(2a)]=arc[2.5×(19+38)/(2×72.58)]=10.98°44．一標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪ha*=1，齒頂圓齒距pa=15.7mm，齒頂圓直徑為da=400mm，求該齒輪的齒數(shù)和模數(shù)。答：齒頂圓周長為由da=paz得齒數(shù)z=πda/pa=π×400/15.7=80由da=m(z+2ha*得模數(shù)m=da/(z+2ha*)=400/(80+2)=4.88mm，取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)m=5mm45．一對漸開線外嚙合標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)，z1=20，z2=40，m=3mm，α=20°，ha*=1，求（1）兩輪分度圓直徑d1、d2，齒頂圓直徑da1、da2，及標(biāo)準(zhǔn)安裝時(shí)的中心距a答：（1）求分度圓直徑、齒頂圓直徑及標(biāo)準(zhǔn)安裝時(shí)的中心距分度圓直徑d1=mz1=3×20=60mmd2=mz2=3×40=120mm齒頂圓直徑da1=d1+2ha*m=60+2×1×3=66mmda2=d2+2ha*m=120+2×1×3=126mm標(biāo)準(zhǔn)中心距46．已知一對漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪減速器，模數(shù)m=4，壓力角α=20°，齒數(shù)z1=25，z2=50，轉(zhuǎn)速n1=960r/min，求轉(zhuǎn)速n2、中心距a、基圓齒距pb。答：由一對齒輪傳動(dòng)比公式i12=n1/n2=z2/z1得轉(zhuǎn)速n2=(z1/z2)n1=(25/50)×960=480r/min中心距a=m(z1+z2)/2=4×(25+50)/2=150mm基圓齒距pb=πmcosα=π×4cos20°=11.8mm47．一對漸開線外嚙合標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)，標(biāo)準(zhǔn)中心距a=160mm，齒輪z1=20，z2=50，α=20°，ha*=1，c*=0.25，試求模數(shù)和兩輪的分度圓直徑、基圓直徑。答：由中心距公式求出模數(shù)，取m=5mm。分度圓直徑基圓直徑48．（4-3P78）一對齒輪傳i12動(dòng)，已知n1=960r/min，齒數(shù)z1=20，z2=60，計(jì)算傳動(dòng)比i12和n2。答：傳動(dòng)比i12=n1/n2=z2/z1=60/20=3n2轉(zhuǎn)速n2=n1/i12=960/3=320r/min齒根圓直徑：df=m(z-2ha*-2c由db=df即mzcos20°=m(z-2ha*-2c得齒數(shù)z=2(ha*+c*)/(1-cosα)≈42四、下列知識點(diǎn)可出綜合應(yīng)用類型題48．設(shè)計(jì)一對漸開線外嚙合標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)。要求傳動(dòng)比i12=2.03，標(biāo)準(zhǔn)中心距a=150mm，模數(shù)m=3mm。若中心距增大1.5mm，求節(jié)圓直徑d1′、d2′及嚙合角α′。解：（1）標(biāo)準(zhǔn)齒輪設(shè)計(jì)由

解出z1=33.0033z2=66.997取z1=33z2=67求得以下參數(shù)：分度圓直徑：d1=mz1=33×3=99mmd2=mz2=67×3=201mm齒頂圓直徑：da1=d1+2ha=99+2×3=105mmda2=d2+2ha=201+2×3=207mm齒根圓直徑：df1=d1-2hf=99-2×3(1+0.25)=91.5mmdf2=d2-2hf=201-2×3(1+0.25)=193.5mm（2）中心距增大1.5mm安裝中心距增大1.5，即a′=a+1.5=151.5mm則節(jié)圓直徑：嚙合角：49．現(xiàn)預(yù)配做一齒輪傳動(dòng)的小齒輪，與之相配的大齒輪為標(biāo)準(zhǔn)齒輪，其齒數(shù)z2=52，齒頂圓直徑da2=135mm，標(biāo)準(zhǔn)中心距a=112.5mm，試確定小答：

由中心距得

齒數(shù)分度圓直徑

齒頂圓直徑齒根圓直徑50．一對漸開線外嚙合標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)，z1=20，z2=40，m=2mm，α=20°，ha*=1，c*=0.25，求（1）兩輪分度圓直徑d1、d2，齒頂圓直徑da1、da2，及標(biāo)準(zhǔn)安裝時(shí)的中心距a；（2）當(dāng)中心距a′=61mm時(shí)，頂隙c′、節(jié)圓直徑d1′、d2′嚙合角α′。（1）求分度圓直徑、齒頂圓直徑及標(biāo)準(zhǔn)安裝時(shí)的中心距分度圓直徑d1=mz1=2×20=40mmd2=mz2=2×40=80mm齒頂圓直徑da1=d1+2ha*m=40+2×1×2=44mmda2=d2+2ha*m=80+2×1×2=84mm標(biāo)準(zhǔn)中心距（2）當(dāng)中心距改變時(shí)求頂隙、節(jié)圓直徑及嚙合角。頂隙節(jié)圓直徑嚙合角四、下列知識點(diǎn)可出綜合應(yīng)用類型題22．圖示復(fù)合輪系z1=12，z2=52，z3=76，z4=49，z6=73，求傳動(dòng)比i1H；若轉(zhuǎn)速n1=1450r/min，求行星架轉(zhuǎn)速nH，并判斷兩輪轉(zhuǎn)向是否相同。解：此為混合輪系。題22題22圖12356H4（2）分別計(jì)算傳動(dòng)比（3）聯(lián)立求解由于將n4、n6代入（A）式整理后得：結(jié)果為正，1、H轉(zhuǎn)向相同。二、下列知識點(diǎn)可出簡答類型題1、常用螺旋機(jī)構(gòu)有幾種，各是什么？答：三種1）普通螺旋機(jī)構(gòu)；2）復(fù)式螺旋機(jī)構(gòu)；3）微動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)。三、下列知識點(diǎn)可出計(jì)算類型題題19圖B