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機(jī)械原理第7章課后習(xí)題參考答案7—1等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和等效力矩各自的等效條件是什么?7—2在什么情況下機(jī)械才會(huì)作周期性速度波動(dòng)?速度波動(dòng)有何危害?如何調(diào)節(jié)?答:當(dāng)作用在機(jī)械上的驅(qū)動(dòng)力〔力矩)周期性變化時(shí),機(jī)械的速度會(huì)周期性波動(dòng)。機(jī)械的速度波動(dòng)不僅影響機(jī)械的工作質(zhì)量,而且會(huì)影響機(jī)械的效率和壽命。調(diào)節(jié)周期性速度波動(dòng)的方法是在機(jī)械中安裝一個(gè)具有很大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的飛輪。7—3飛輪為什么可以調(diào)速?能否利用飛輪來(lái)調(diào)節(jié)非周期性速度波動(dòng),為什么?答:飛輪可以凋速的原因是飛輪具有很大的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,因而要使其轉(zhuǎn)速發(fā)生變化.就需要較大的能量,當(dāng)機(jī)械出現(xiàn)盈功時(shí),飛輪軸的角速度只作微小上升,即可將多余的能量吸收儲(chǔ)存起來(lái);而當(dāng)機(jī)械出現(xiàn)虧功時(shí),機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度減慢.飛輪又可將其儲(chǔ)存的能量釋放,以彌補(bǔ)能最的缺乏,而其角速度只作小幅度的下降。非周期性速度波動(dòng)的原因是作用在機(jī)械上的驅(qū)動(dòng)力(力矩)和阻力(力矩)的變化是非周期性的。當(dāng)長(zhǎng)時(shí)問內(nèi)驅(qū)動(dòng)力(力矩)和阻力(力矩)做功不相等,機(jī)械就會(huì)越轉(zhuǎn)越快或越轉(zhuǎn)越慢.而安裝飛輪并不能改變驅(qū)動(dòng)力(力矩)或阻力(力矩)的大小也就不能改變驅(qū)動(dòng)功與阻力功不相等的狀況,起不到調(diào)速的作用,所以不能利用飛輪來(lái)調(diào)節(jié)非周期陛速度波動(dòng)。7—4為什么說(shuō)在鍛壓設(shè)備等中安裝飛輪可以起到節(jié)能的作用?解:因?yàn)榘惭b飛輪后,飛輪起到一個(gè)能量?jī)?chǔ)存器的作用,它可以用動(dòng)能的形式把能量?jī)?chǔ)存或釋放出來(lái)。對(duì)于鍛壓機(jī)械來(lái)說(shuō),在一個(gè)工作周期中,工作時(shí)間很短.而峰值載荷很大。安裝飛輪后.可以利用飛輪在機(jī)械非工作時(shí)間所儲(chǔ)存能量來(lái)幫助克服其尖峰載荷,從而可以選用較小功率的原動(dòng)機(jī)來(lái)拖動(dòng),到達(dá)節(jié)能的目的,因此可以說(shuō)安裝飛輪能起到節(jié)能的作用。7—5由式JF=△Wmax/(ωm2[δ]),你能總結(jié)出哪些重要結(jié)論(希望能作較全面的分析)?答:①當(dāng)△Wmax與ωm一定時(shí),假設(shè)[δ]下降,那么JF增加。所以,過(guò)分追求機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度的均勻性,將會(huì)使飛輪過(guò)于笨重。②由于JF不可能為無(wú)窮大,假設(shè)△Wmax≠0,那么[δ]不可能為零,即安裝飛輪后機(jī)械的速度仍有波動(dòng),只是幅度有所減小而已。③當(dāng)△Wmax與[δ]一定時(shí),JF與ωm的平方值成反比,故為減小JF,最好將飛輪安裝在機(jī)械的高速軸上。當(dāng)然,在實(shí)際設(shè)計(jì)中還必須考慮安裝飛輪軸的剛性和結(jié)構(gòu)上的可能性等因素。7—6造成機(jī)械振動(dòng)的原因主要有哪些?常采用什么措施加以控制?7—7圖示為一機(jī)床工作臺(tái)的傳動(dòng)系統(tǒng)。設(shè)各齒輪的齒數(shù),齒輪3的分度圓半徑r3,各齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J1、,J2、,J2’、J3,齒輪1直接裝在電動(dòng)機(jī)軸上,故J1中包含了電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量;工作臺(tái)和被加工零件的重量之和為G。當(dāng)取齒輪1為等效構(gòu)件時(shí),試求該機(jī)械系統(tǒng)的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Je解:根據(jù)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的等效原那么.有那么7-8圖示為DC伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的立銑數(shù)控工作臺(tái),工作臺(tái)及工件的質(zhì)量為m4=355kg,滾珠絲杠的導(dǎo)程d=6mm,轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J3=1.2×10-3kg.m。,齒輪1、2的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量分別為J1=732×10-6kg.m2,J2=768×10-6kg解:根據(jù)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的等效原那么.有那么:=732×10-6+(768+l200)l×10-6×(25/45)2+355×(6×10-3)2×(25/45)2=5.284×l0-3kg.m7—9某機(jī)械穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)主軸的角速度ωs=100rad/s,機(jī)械的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Je=0.5kg.m2,制動(dòng)器的最大制動(dòng)力矩Mr=20N.m(制動(dòng)器與機(jī)械主軸直接相連,并取主軸為等效構(gòu)件)。要求制動(dòng)時(shí)間不超過(guò)3s,試檢驗(yàn)該制動(dòng)器是否能滿足工作要求。解因此機(jī)械系統(tǒng)的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量.F:及等效力矩Al。均為常數(shù),故可利用力矩形式的機(jī)械運(yùn)動(dòng)方程式:Me=Jedω/dt其中:Me=-Mr=-20N.m,Je=0.5kg.m2dt=[Je/(-Mr)]dω=[0.5/〔-20〕]dω=-0.025dω因此t=-0.025(ω-ωs)=0.025ωs=2.5s由于t=2.5s<3s,所以該制動(dòng)器滿足工作要求。7一10設(shè)有一由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)械系統(tǒng),以主軸為等效構(gòu)件時(shí),作用于其上的等效驅(qū)動(dòng)力矩Med=10000—100ω(N.m),等效阻抗力矩Mer=8000N.m,等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Je=8kg.m2,主軸的初始角速度ω0=100rad/s。試確定運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中角速度ω與角加速度α隨時(shí)間的變化關(guān)系。解由于機(jī)械系統(tǒng)的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為常數(shù),等效力矩為速度的函數(shù),故可利用力矩形式的機(jī)械運(yùn)動(dòng)方程式Me(ω)=Med(ω)-Mer(ω)=Jedω/dt即10000-100ω-8000=8dω/dt(1)對(duì)式①積分得(2)將式(2)改寫為一l2.5t=In(100ω一2000)一ln8000解得ω=20+80e-12.5t上式對(duì)t求導(dǎo)得α=dω/dt=-100e-12.5t7—11在圖示的刨床機(jī)構(gòu)中,空程和工作行程中消耗于克服阻抗力的恒功率分別為P1=367.7w和p2=3677w,曲柄的平均轉(zhuǎn)速n=100r/min,空程曲柄的轉(zhuǎn)角為φ1=120o。當(dāng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)轉(zhuǎn)不均勻系數(shù)δ=0.05時(shí),試確定電動(dòng)機(jī)所需的平均功率,并分別計(jì)算在以下兩種情況中的飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JF(略去各構(gòu)件的重量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量).1)飛輪裝在曲柄軸上;2)飛輪裝在電動(dòng)機(jī)軸上,電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速nn=I440r/min。電動(dòng)機(jī)通過(guò)減速器驅(qū)動(dòng)曲柄,為簡(jiǎn)化計(jì)算,減速器的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量忽略不計(jì)。解(1)確定電動(dòng)機(jī)的平均功率。作功率循環(huán)圖如以下圖所示。根據(jù)在一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)內(nèi).驅(qū)動(dòng)功與阻抗功應(yīng)相等,可得PT=P1t1+P2t2P=(P1t1+P2t2)/T=(P1φ1+P2φ2)/(φ1+φ2)=(367.7/3+3677×2/3)=2573.9w(2)由圖知最大盈虧功為:、△Wmax=(P-P1)t1=(P-P1)(60φ1)/(2πn)=(2573.9-367.7)×60×(1/3)×1〕當(dāng)飛輪裝在曲柄軸上時(shí)飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為2〕飛輪裝在電機(jī)軸上時(shí),飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為JF`=JF(n/nn)2=80.473×(100/1440)2=0.388kg.m27-12某內(nèi)燃機(jī)的曲柄輸出力矩隨曲柄轉(zhuǎn)角的變化曲線如圖所示,其運(yùn)動(dòng)周期曲柄的平均轉(zhuǎn)速。當(dāng)用該內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)一阻抗力為常數(shù)的機(jī)械時(shí),如果要求其運(yùn)轉(zhuǎn)不均勻系數(shù)=。試求曲軸最大轉(zhuǎn)速和相應(yīng)的曲柄轉(zhuǎn)角位置;裝在曲軸上的飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量〔不計(jì)其余構(gòu)件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量〕。解:(1)確定阻抗力矩,因一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)內(nèi)驅(qū)動(dòng)功應(yīng)等于阻抗功.所以有MrφT=AOABC=200×〔1/2〕×(π/6+π)解得Mr=(1/π)×200×(1/2)×(π/6+π)=l16.67N.m(2)求曲軸最大轉(zhuǎn)速nmax,和相應(yīng)的曲柄轉(zhuǎn)角位置φmax:作其系統(tǒng)的能量指示圖(見圖(b)).由圖可知在c處機(jī)構(gòu)出現(xiàn)能量最大值.即φ=φc時(shí),n=nmax。故Φmax=20o+30o+130o×(200-116.7)/200=104.16o此時(shí)nmax=(1+δ/2)nm=(1+0.01/2)×620=623.1r/min〔3)求裝在曲軸上的飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J,:故:7—13圖示為兩同軸線的軸1和2以摩擦離合器相連。軸1和飛輪的總質(zhì)量為100kg,回轉(zhuǎn)半徑ρ=450mm;軸2和轉(zhuǎn)子的總質(zhì)量為250kg,回轉(zhuǎn)半徑ρ=625mm。在離合器接合前,軸1的轉(zhuǎn)速為n,=100r/min,而軸2以n:=20groin的轉(zhuǎn)速與軸1同向轉(zhuǎn)動(dòng)。在離合器接合后3s,兩軸即到達(dá)相同的速度。設(shè)在離合器接合過(guò)程中,無(wú)外加驅(qū)動(dòng)力矩和阻抗力矩。試求:1)兩軸接合后的公共角速度;2)在離合器結(jié)合過(guò)程中,離合器所傳遞的轉(zhuǎn)矩的大小。解設(shè)離合器結(jié)合過(guò)程中所傳遞的摩擦力矩為Mf.兩軸結(jié)合后的公共角速度為ω。根鋸力矩形式的機(jī)械運(yùn)動(dòng)方程。對(duì)于軸l和軸2,分別有:〔1〕〔2〕由式〔1〕〔2〕得:式中J1=m1ρ12J2=m2ρ22ω1=2πn1/60=πn1/30,ω2=2πn2/60=πn2/30從而由〔1〕得:7—14圖示為一轉(zhuǎn)盤驅(qū)動(dòng)裝置。1為電動(dòng)機(jī),額定功率為Pn=0.55kW,額定轉(zhuǎn)速為nn=1390.r/min,轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J1=0.018kg.m2;2為減速器,其減速比i2=35,3、4為齒輪傳動(dòng),z3=20,z4=52;減速器和齒輪傳動(dòng)折算到電動(dòng)機(jī)軸上的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J2e=0.015kg.rn2;轉(zhuǎn)盤5的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J5=144kg.m,作用在轉(zhuǎn)盤上的阻力矩為Mr5=80N.m;傳動(dòng)裝置及電動(dòng)機(jī)折算到電動(dòng)機(jī)軸上的阻力矩為Mr1=0.3N.m。該裝置欲采用點(diǎn)動(dòng)(每次通電時(shí)間約0.15s)作步進(jìn)調(diào)整,問每次點(diǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)盤5約轉(zhuǎn)過(guò)多少度?提示:電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩Mn=9550Pn/nn,電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Md≈2Mn,并近似當(dāng)作常數(shù)。解取電機(jī)軸作為等效構(gòu)件,那么系統(tǒng)的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為點(diǎn)動(dòng)過(guò)程中,系統(tǒng)的運(yùn)行分為兩個(gè)階段:第一階段為通電啟動(dòng)階段,第二階段為斷電停車階段。第一階段的等效力矩為由于在此階段系統(tǒng)的等效力矩和等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量均為常數(shù),所以在此階段電機(jī)軸的角速度和轉(zhuǎn)過(guò)的角度為ω11=ω10+α1t1φ11=φ10+ω10t1+(1/2)α1t12式中:φ10=0,ω10=0,.t1=0.15,a1=Me11/Je1所以第二階段的等效力矩為由于在此階段系統(tǒng)的等效力矩和等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量均為常數(shù),所以在此階段電機(jī)軸的角速度和轉(zhuǎn)過(guò)的角度為:ω12=ω11+α2t2φ12=φ11+ω11t2+(1/2)α2t22式中:ω12=0,α2=Me12/Je1所以每次點(diǎn)動(dòng)后.電機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)的角度為φ1=φ12+φ11=1.424+9.125=10.549rad而轉(zhuǎn)盤5轉(zhuǎn)過(guò)的角度為: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(dòng)副成為周轉(zhuǎn)副的條件是什么?在以下圖所示四桿機(jī)構(gòu)ABCD中哪些運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(dòng)副成為周轉(zhuǎn)副的條件是:〔1〕最短桿與最長(zhǎng)桿的長(zhǎng)度之和小于或等于其他兩桿長(zhǎng)度之和;〔2〕機(jī)構(gòu)中最短桿上的兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)件時(shí),機(jī)構(gòu)是否一定存在急回運(yùn)動(dòng),且一定無(wú)死點(diǎn)?為什么?答:機(jī)構(gòu)不一定存在急回運(yùn)動(dòng),但一定無(wú)死點(diǎn),因?yàn)椋骸?〕當(dāng)極位夾角等于零時(shí),就不存在急回運(yùn)動(dòng)如下圖,〔2〕原動(dòng)件能做連續(xù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),所以一定無(wú)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(dòng)翼板式容積泵。試?yán)L出兩種泵的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖,并說(shuō)明它們?yōu)楹畏N四桿機(jī)構(gòu),為什么?解機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖如右圖所示,ABCD是雙曲柄機(jī)構(gòu)。因?yàn)橹鲃?dòng)圓盤AB繞固定軸A作整周轉(zhuǎn)動(dòng),而各翼板CD繞固定軸D轉(zhuǎn)動(dòng),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(dòng)簡(jiǎn)圖,并說(shuō)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如下圖,設(shè)己知四桿機(jī)構(gòu)各構(gòu)件的長(zhǎng)度為,,。試問:1)當(dāng)取桿4為機(jī)架時(shí),是否有曲柄存在?2)假設(shè)各桿長(zhǎng)度不變,能否以選不同桿為機(jī)架的方法獲得雙曲柄機(jī)構(gòu)和雙搖桿機(jī)構(gòu)?如何獲得?3)假設(shè)a、b﹑c三桿的長(zhǎng)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=840≤900=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),那么應(yīng)取1桿為機(jī)架;兩使此機(jī)構(gòu)成為雙搖桿機(jī)構(gòu),那么應(yīng)取桿3為機(jī)架。(3)要獲得曲柄搖桿機(jī)構(gòu),d的取值范圍應(yīng)為440~760mm。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。假設(shè)偏距e=0,那么桿AB為曲柄的條件是什么?解(1)如果桿AB能通過(guò)其垂直于滑塊導(dǎo)路的兩位置時(shí),那么轉(zhuǎn)動(dòng)副A為周轉(zhuǎn)副,故桿AB為曲柄的條件是AB+e≤BC。(2)假設(shè)偏距e=0,那么桿AB為曲柄的條件是AB≤BC8-8在圖所示的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中,各桿的長(zhǎng)度為,,,,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(dòng)角和行程速比系數(shù)K;2)當(dāng)取桿1為機(jī)架時(shí),將演化成何種類型的機(jī)構(gòu)?為什么?并說(shuō)明這時(shí)C、D兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)副是否仍為周轉(zhuǎn)副?解(1)怍出機(jī)構(gòu)的兩個(gè)極位,如圖,并由圖中量得:θ=18.6o,φ=70.6o,γmin=22.7o(2)①由l1+l4≤l2+l3可知圖示鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)各桿長(zhǎng)度符合桿長(zhǎng)條件;?、谧疃虠Ul為機(jī)架時(shí),該機(jī)構(gòu)將演化成雙曲柄機(jī)構(gòu);③最短桿1參與構(gòu)成的轉(zhuǎn)動(dòng)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,各構(gòu)件的尺寸為構(gòu)件AB為原動(dòng)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(dòng)角;3)滑塊F的行程速比系數(shù)K。解〔1)由lAD+lBC<lAB+lCD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(dòng)角最小時(shí)的位置。見圖并量得γmin=12o(3)作出滑塊F的上、下兩個(gè)極位及原動(dòng)件AB與之對(duì)應(yīng)的兩個(gè)極位,并量得θ=47o。求出滑塊F的行程速比系數(shù)為8-10試說(shuō)明對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)當(dāng)以曲柄為主動(dòng)件時(shí),其傳動(dòng)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(dòng)角最大,γmax=90o;在曲柄與機(jī)架共線的兩位置之一傳動(dòng)角最小,γmin=arcos(LAB/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(dòng)件時(shí),最小傳動(dòng)角γmin為多少?傳動(dòng)角按什么規(guī)律變化?解γmin=90o;傳動(dòng)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(dòng)角以及機(jī)構(gòu)的最小傳動(dòng)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(dòng)角以及機(jī)構(gòu)最小傳動(dòng)角及其出現(xiàn)的位置如以下圖所示。機(jī)構(gòu)為回轉(zhuǎn)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的條件:AB≤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),試證明假設(shè)將固定鉸鏈A的中心取在FG弧段上將不滿足運(yùn)動(dòng)連續(xù)性要求。答因這時(shí)機(jī)構(gòu)的兩極位DC1,DC2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(lái)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)生干預(yù)。而關(guān)閉時(shí),爐門應(yīng)有一個(gè)自動(dòng)壓向爐體的趨勢(shì)(圖中S為爐門質(zhì)心位置)。B、C為兩活動(dòng)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,并作出機(jī)構(gòu)在E2位置的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖,見以下圖,并從圖中量得lAB==μl.AB=95mmlAD=μl.AD=335mmlCD=μl.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(dòng)圖(保存作圖線)。作圖時(shí)將位置E1轉(zhuǎn)至位置E2,見圖并量得lAB=μl.AB=92.5mmlBC=μlBC=l27.5rnmlCD=μl.CD=262.5mn8-15圖示為公共汽車車門啟閉機(jī)構(gòu)。車門上鉸鏈C沿水平直線移動(dòng),鉸鏈B繞固定鉸鏈A轉(zhuǎn)動(dòng),車門關(guān)閉位置與開啟位置夾角為a=115o,AB1//C1C2,lBC=400mm,1C1C2=550mm,試求構(gòu)件AB8-16圖示為一的曲柄搖桿機(jī)構(gòu),現(xiàn)要求用一連桿將搖桿CD和滑塊F聯(lián)接起來(lái),使搖桿的三個(gè)位置、、和滑塊的三個(gè)位置、、相對(duì)應(yīng)(圖示尺寸系按比例繪出)。試確定此連桿的長(zhǎng)度及其與搖桿CD鉸接點(diǎn)的位置。解由題意知,此題實(shí)際是為按兩連架汗(搖桿與滑塊)的預(yù)定對(duì)應(yīng)位置設(shè)計(jì)四扦機(jī)構(gòu)的同題。具體作圖過(guò)程如以下圖所示。連桿的長(zhǎng)度為lEF=μlE2F2=l30mm8-17圖示為某儀表中采用的搖桿滑塊機(jī)構(gòu),假設(shè)滑塊和搖桿的對(duì)應(yīng)位置為S1=36mm,S12=8mm,S23=9mm;φ12=25o,φ23=35o,搖桿的第Ⅱ位置在鉛垂方向上?;瑝K上鉸鏈點(diǎn)取在B點(diǎn),偏距e=28mm,試確定曲柄和連桿長(zhǎng)度。解此題屬于按兩連架軒預(yù)定的對(duì)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(zhǎng)度22.2mm,連桿長(zhǎng)度52.2mm.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(dòng)件l自y軸順時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)φ12=60o時(shí),構(gòu)件3順時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)ψ=45o恰與x軸重合。此時(shí),滑塊6自E1點(diǎn)移動(dòng)到E2點(diǎn),位移s12=20mm。試確定鉸鏈B及C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(duì)于搖桿滑塊機(jī)構(gòu)CDE的設(shè)計(jì),就是確定活動(dòng)鉸鏈C的位置,可用反轉(zhuǎn)法設(shè)汁,具體作法如以下圖所示。對(duì)于鉸鏈四扦機(jī)構(gòu)ABCD的設(shè)計(jì).就是確定活動(dòng)鉸鏈B的位置,也可用反轉(zhuǎn)法設(shè)計(jì),具體作法如以下圖所示。8-19現(xiàn)欲設(shè)計(jì)一四桿機(jī)構(gòu)翻書器。如下圖,當(dāng)踩動(dòng)腳踏板時(shí),連桿上的肘點(diǎn)自M,移至M:就可翻過(guò)一頁(yè)書。現(xiàn)固定鉸鏈A、D的位置,連架桿AB的長(zhǎng)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(guò)一頁(yè))解:作圖,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(dòng)過(guò)程中的五個(gè)位置,其參數(shù)如表8—3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(zhǎng)方形的有效空間內(nèi))。8-21圖示為一用推拉纜操作的長(zhǎng)桿夾持器,用一四桿機(jī)構(gòu)ABCD來(lái)實(shí)現(xiàn)夾持動(dòng)作。設(shè)兩連架桿上標(biāo)線的對(duì)應(yīng)角度如下圖,試確定該四桿機(jī)構(gòu)各桿的長(zhǎng)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(duì)對(duì)應(yīng)位置。此機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)要步驟如圖〔保存作圖線〕,機(jī)構(gòu)各桿長(zhǎng)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(dòng)的油門踏板OI驅(qū)動(dòng)可實(shí)現(xiàn)油門踏板與油門的協(xié)調(diào)配合動(dòng)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(duì)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)。現(xiàn)設(shè)lAD=120mm,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β1及β2的大小(當(dāng)踏板轉(zhuǎn)20o時(shí),AM與OA重合,DE與AD重合)。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(duì)對(duì)應(yīng)角α12=32o,φ12=14o;α13=52o,φ13=44o,α14=63o,φ14=60o;且均為逆時(shí)針方向;〔2〕取相應(yīng)比例尺作出機(jī)架AD如下圖;取BB為歸并點(diǎn),按點(diǎn)歸并法設(shè)計(jì)此四桿機(jī)構(gòu)〔保存全部作圖線〕,并量得:lAB=μl.AB=92mm,lAD=μl.AD=120mm,lBC=μl.BC=180mm,lCD=μl.CD=34mm;β1=92o,β2=102o8-23如下圖,現(xiàn)欲設(shè)計(jì)一鉸鏈四桿機(jī)構(gòu),設(shè)搖桿CD的長(zhǎng)行程速比系數(shù)K=1.5,機(jī)架AD的長(zhǎng)度為,搖桿的一個(gè)極限位置與機(jī)架間的夾角為,試求曲柄的長(zhǎng)度和連桿的長(zhǎng)度〔有兩組解〕。解:先計(jì)算再以相應(yīng)比例尺μl.作圖可得兩個(gè)解:(1)lAB=μl.(AC2-AC1)/2=49.5mm,lBC=μl.(AC2+AC1)/2=119.5mm(2)lAB=μl.(AC1-AC2)/2=22mm,lBC=μl.(AC2+AC1)/2=48mm8-24如下圖,設(shè)破碎機(jī)的行程速度變化系數(shù)K=1.2,顎板長(zhǎng)度lCD=300mm顎板擺角φ=35o,曲柄長(zhǎng)度lAD=80mm。求連桿的長(zhǎng)度,并驗(yàn)算最小傳動(dòng)角γmin是否在允許的范圍內(nèi)。解:先計(jì)算取相應(yīng)比例尺μl作出搖桿CD的兩極限位置C1D及C2D和固定鉸鏈A所在圓s1(保存作圖線)。-如下圖,以C2為圓心、2AB為半徑作圓,同時(shí)以F為圓心2FC2為半徑作圓,兩圓交于點(diǎn)E,作C2E的延長(zhǎng)線與圓s1的交點(diǎn),即為鉸鏈A的位置。由圖知:lBC=μl.AC1+lAB=310mmγmin=γ``=45o>40o8-25圖示為一牛頭刨床的主傳動(dòng)機(jī)構(gòu),lAB=75mm,lDE=100mm,行程速度變化系數(shù)K=2,刨頭5的行程H=300mm。要求在整個(gè)行程中,推動(dòng)刨頭5有較小的壓力角,試設(shè)計(jì)此機(jī)構(gòu)。解先算導(dǎo)桿的擺角取相應(yīng)比例尺μl作圖,由圖可得導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)導(dǎo)桿和機(jī)架的長(zhǎng)度為:LCD=μl.CD=300mm,lAC=μl.AC=150mm;導(dǎo)桿端點(diǎn)D的行程D1D2=E1E2=H/μl為了使推動(dòng)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(φ/2))/2=300[(1+cos(60/2))/2=279.9mm點(diǎn)津此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:①導(dǎo)桿CD的最大擺角與機(jī)構(gòu)極位夾角相等:②因H=300mm,且要求在整個(gè)行中刨頭運(yùn)動(dòng)壓力角較小。所以取CD1=CD2=300mm,那么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),θ21=0o;M2(144,80),θ22=22o;M3(34,100),θ23=68o。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,此題屬于按預(yù)定的連桿位置用解析法設(shè)汁四桿機(jī)構(gòu)問題,N=3,并已預(yù)選xA,yA和xD,yD坐標(biāo)值,具體計(jì)算過(guò)程略。8-27如下圖,設(shè)要求四桿機(jī)構(gòu)兩連架桿的三組對(duì)應(yīng)位置分別為:,,,,,。試以解析法設(shè)計(jì)此四桿機(jī)構(gòu)。解:〔1〕將α,φ的三組對(duì)應(yīng)值帶入式〔8-17〕〔初選α0=φ0=0〕Cos(α+α0)=p0cos(φ+φ0)+p1cos[(φ+φ0)-(α+α0)]+p2得解之得〔計(jì)算到小數(shù)點(diǎn)后四位〕p0=1.5815,p1=-1.2637,p2=1.0233〔2〕如下圖,求各桿的相對(duì)長(zhǎng)度,得n=c/a=p0=1.5815,l=-n/p=1.2515〔3〕求各桿的長(zhǎng)度:得d=80.00a=d/l=80/1.2515=63.923mmb=ma=1.5831ⅹ63.923=101.197mmc=na=1.5851ⅹ63.923=101.094mm8-28試用解析法設(shè)計(jì)一曲柄滑塊機(jī)構(gòu),設(shè)滑塊的行程速度變化系數(shù)K=1.5,滑塊的沖程H=50mm,偏距e=20mm。并求其最大壓力角αmax。解:計(jì)算并取相應(yīng)比例尺μl根據(jù)滑塊的行程H作出極位及作θ圓,作偏距線,兩者的交點(diǎn)即鉸鏈所在的位置,由圖可得:lAB=μl.(AC2-AC1)/2=17mm,lBC=μl.(AC2+AC1)/2=36mm8-29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≤z≤10。8-30如下圖,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,試按以下兩種情況設(shè)計(jì)一具有雙停歇運(yùn)動(dòng)的多桿機(jī)構(gòu):1)從動(dòng)件搖桿輸出角為45o:2)從動(dòng)件滑塊輸出行程為5倍曲柄長(zhǎng)度。8-31請(qǐng)結(jié)合以下實(shí)際設(shè)計(jì)問題,選擇自己感興趣的題目,并通過(guò)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(shí)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,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)一能幫助截癱病人單獨(dú)從輪椅轉(zhuǎn)入床上或四肢癱瘓已失去活動(dòng)能力的病人能自理用餐或自動(dòng)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(duì)不同職業(yè)活動(dòng)性質(zhì)(如坐辦公室人員運(yùn)動(dòng)少的特點(diǎn))的健身機(jī)械;4)設(shè)計(jì)幫助運(yùn)發(fā)動(dòng)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平安、有趣或難以想像的運(yùn)動(dòng)的小孩“坐椅”或能使兩位、四位游客產(chǎn)生毛骨悚然的顫抖感覺的輕便“急動(dòng)”坐車。第9章課后參考答案9-1何謂凸輪機(jī)構(gòu)傳動(dòng)中的剛性沖擊和柔性沖擊?試補(bǔ)全圖示各段一、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(dòng)中的剛性沖擊是指理論上無(wú)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-δ,v-δ,a-δ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(dòng)的失真現(xiàn)象?它對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)的工作有何影響?如何加以防止?題9-1題9-1圖9—3力封閉與幾何封閉凸輪機(jī)構(gòu)的許用壓力角確實(shí)定是否一樣?為什么?答力封閉與幾何封閉凸輪機(jī)溝的許用壓力角確實(shí)定是不一樣的。因?yàn)樵诨爻屉A段-對(duì)于力封閉的凸輪饑構(gòu),由于這時(shí)使推桿運(yùn)動(dòng)的不是凸輪對(duì)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,故允許采用較大的壓力角。但為使推稈與凸輪之間的作用力不致過(guò)大。也需限定較大的許用壓力角。而對(duì)于幾何形狀封閉的凸輪機(jī)構(gòu),那么需要考慮自鎖的問題。許用壓力角相對(duì)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(dòng)規(guī)律也勢(shì)必發(fā)生變化。9—5一對(duì)心直動(dòng)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,擬采用推桿偏置的方法來(lái)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(huì)直接影響推桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律.而原凸輪機(jī)構(gòu)推桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律應(yīng)該是不允許擅自改動(dòng)的。9-6在圖示機(jī)構(gòu)中,哪個(gè)是正偏置?哪個(gè)是負(fù)偏置?根據(jù)式(9-24)說(shuō)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),假設(shè)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。假設(shè)為正偏置(e前取減號(hào)).由于推程時(shí)(ds/dδ)為正.式中分子ds/dδ-e<ds/dδ,故壓力角α減小。而回程時(shí),由于ds/dδ為負(fù),式中分子為|(ds/dδ)-e|=|(ds/dδ)|+|e|>ds/dδ。故壓力角增大。負(fù)偏置時(shí)剛相反,即正偏置會(huì)使推程壓力角減小,回程壓力角增大;負(fù)偏置會(huì)使推程壓力角增大,回程壓力角減小。9—7試標(biāo)出題9—6a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(guò)90o后推桿的位移;并標(biāo)出題9—6b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,那么直線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(dòng)中心O并延長(zhǎng),交于凸輪的理論廓線于C點(diǎn)。以O(shè)為圓心.以O(shè)C為半徑作圓得凸輪的基圓。以O(shè)為圓心,以O(shè)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(zhǎng)推桿導(dǎo)路線交基圓于G-點(diǎn),以直線連接OG。過(guò)O點(diǎn)作OG的垂線,交基圓于E點(diǎn)。過(guò)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),那么線段EF的長(zhǎng)即為凸輪從圖示位置轉(zhuǎn)過(guò)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(zhǎng)推桿導(dǎo)路線交基圓于G點(diǎn),以直線連接OG。以O(shè)為圓心,以滾子中心升高s后滾子的轉(zhuǎn)動(dòng)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(guò)F點(diǎn)作偏距圓的切線,交基圓于E點(diǎn),切點(diǎn)為H。那么∠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(dòng)推桿與凸輪在B點(diǎn)接觸。當(dāng)凸輪從圖示位置逆時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)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。解如下圖,以O(shè)為圓心,以O(shè)點(diǎn)到推桿轉(zhuǎn)動(dòng)中心A的距離AO為半徑作圓,得推桿轉(zhuǎn)動(dòng)中心反轉(zhuǎn)位置圓。過(guò)O點(diǎn)怍OA的垂線,交推桿轉(zhuǎn)動(dòng)中心反轉(zhuǎn)位置圓于D點(diǎn)。以O(shè)`為圓心.以O(shè)`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(shè)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即為擺桿的位移角;過(guò)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。9—9凸輪角速度為1.5rad/s,凸輪轉(zhuǎn)角時(shí),推桿等速上升16mm;時(shí)推桿遠(yuǎn)休,時(shí)推桿下降16mm;時(shí)推桿近休。試選擇適宜的推桿推程運(yùn)動(dòng)規(guī)律,以實(shí)現(xiàn)其最大加速度值最小,并畫出其運(yùn)動(dòng)線圖。解推桿在推程及回程段運(yùn)動(dòng)規(guī)律的位移方程為:(1)推程:s=hδ/δ00o≤δ≤150o(2)回程:等加速段s=h一2hδ2/δ`020o≤δ≤60o等減速段s=2h(δ’一δ)2/δ0`260o≤δ≤120o計(jì)算各分點(diǎn)的位移值如表9.3:根據(jù)表9-3可作所求圖如以下圖:9—10設(shè)計(jì)一凸輪機(jī)構(gòu),凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)一周時(shí)間為2s。凸輪的推程運(yùn)動(dòng)角為60o,回程運(yùn)動(dòng)角為150。,近休止運(yùn)動(dòng)角為150o。推桿的行程為15mm。試選擇適宜的推桿升程和回程的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,使得其最大速度值最小,并畫出運(yùn)動(dòng)線圖。9一11試設(shè)計(jì)一對(duì)心直動(dòng)滾子推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu),滾子半徑r,=10mm,凸輪以等角速度逆時(shí)針回轉(zhuǎn)。凸輪轉(zhuǎn)角δ=0o~120o時(shí),推桿等速上升20mm;δ=120o~180o時(shí),推桿遠(yuǎn)休止;δ=180o~270o時(shí),推桿等加速等減速下降20mm;δ=270o~:360o時(shí),推桿近休止。要求推程的最大壓力角α。?!?0o,試選取適宜的基圓半徑,并繪制凸輪的廓線。問此凸輪機(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(duì)心平底直動(dòng)推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)凸輪的輪廓曲線。設(shè)凸輪基圓半徑rn=30mm,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(dòng)。當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)過(guò)120~1~r推桿以余弦加速度運(yùn)動(dòng)上升20。。,再轉(zhuǎn)過(guò)150o時(shí),推桿又以余弦加速度運(yùn)動(dòng)回到原位,凸輪轉(zhuǎn)過(guò)其余90o時(shí),推桿靜止不動(dòng)。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?假設(shè)有,應(yīng)如何防止?解推桿在推程及回程運(yùn)動(dòng)規(guī)律的位移方程為〔1)推程S=h[1-cos(πδ/δ0)]/2:0o≤δ≤120o〔2〕回程.S=h[1+cos(πδ/δ0`)]/20o≤δ≤150o計(jì)算各分點(diǎn)的位移值如表9-4l:根據(jù)表9-4可作所求圖如以下圖: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(huì)是存在自鎖問題,為了防止自鎖.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(zhǎng)度。并盡可能減小推gan9的懸臂尺寸。9一13一擺動(dòng)滾子推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)(參看圖9—23),lOA=60mmr0=25mm,lAB=50mm,rr=8mm。凸輪順時(shí)針方向等速轉(zhuǎn)動(dòng),要求當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)過(guò)180o時(shí),推桿以余弦加速度運(yùn)動(dòng)向上擺動(dòng)25o;轉(zhuǎn)過(guò)一周中的其余角度時(shí),推桿以正弦加速度運(yùn)動(dòng)擺回到原位置。試以作圖法設(shè)計(jì)凸輪的工作廓線。解推扦在推程及回程段運(yùn)動(dòng)規(guī)律的位移方程為(1)推程:s=Φ[1-cos(πδ/δ0)/20o≤δ≤180o(2)回程:s=Φ[1-(δ/δ`0)十sin(2πδ/δ`0)]/(2π)oo≤δ≤180o計(jì)算各分點(diǎn)的位移值如表9.5:根據(jù)表9。5作圖如下圖9—14試設(shè)計(jì)偏置直動(dòng)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。凸輪軸置于推桿軸線右側(cè),偏距e=20mm,基圓半徑r。=50mm,滾子半徑r,=10mm。凸輪以等角速度沿順時(shí)針方向回轉(zhuǎn),在凸輪轉(zhuǎn)過(guò)角占,:120。的過(guò)程中,推桿按正弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律上升矗=50mm;凸輪繼續(xù)轉(zhuǎn)過(guò)炙=30。時(shí),推桿保持不動(dòng);其后,凸輪再回轉(zhuǎn)角度如=60時(shí),推桿又按余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律下降至起始位置;凸輪轉(zhuǎn)過(guò)一周的其余角度時(shí),推桿又靜止不動(dòng)。解(1)汁算推桿的位移并對(duì)凸輪轉(zhuǎn)角求導(dǎo):當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)角δ在o≤δ≤2π/3過(guò)程中,推桿按正弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律上升h=50rnm。那么可得0≤δ≤2π/30≤δ≤2π/3當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)角占在2π/3≤δ≤5π/6過(guò)程中,推桿遠(yuǎn)休。S=50,2π/3≤δ≤5π/6ds/dδ=0,2π/3≤δ≤5π/6當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)角δ在5π/6≤δ≤7π/6過(guò)程中,推桿又按余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律下降至起始位置。那么可得5π/6≤δ≤7π/65π/6≤δ≤7π/6當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)角δ在7π/6≤δ≤2π過(guò)程中,推桿近休。S=07π/6≤δ≤2πds/dδ=07π≤δ≤2π(2)計(jì)算凸輪的理論廓線和實(shí)際廓線:i此題的計(jì)算簡(jiǎn)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)cosδ-esinδy=(s0+s)sinδ+ecosδ式中:s0=(r02-e2)1/2=(502-202)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-rrcosθY`=y-rrsinθ因?yàn)閐y/dδ=(ds/dδ-e)sinδ+(s0+s)cosδdx/dδ=(ds/dδ-e)cosδ-(s0-s)sinδ所以故x`=x-10cosθy`=y-10sinθ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9.6凸輪廓線如以下圖昕示。9—15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(zhǎng)槽,推桿上的銷從中穿過(guò),使兩推桿只能在旋鈕套中移動(dòng),而不能相對(duì)于旋鈕套轉(zhuǎn)動(dòng)),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(guò)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(dòng)作,設(shè)計(jì)中所需各尺寸可從圖中量取,全部動(dòng)作在旋鈕套轉(zhuǎn)過(guò)2π角的過(guò)程中完成。解由題意知。兩推桿相差180o布置,所以它們各自對(duì)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(duì)應(yīng)的凸輪槽應(yīng)為水平的,而推桿A對(duì)應(yīng)的凸輪槽不變。為了安裝方便.將推桿A.B所對(duì)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)凸輪槽展開圖如下圖。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(dòng)輪的轉(zhuǎn)向后,可用什么方法來(lái)確定定軸輪系從動(dòng)輪的轉(zhuǎn)向?周轉(zhuǎn)輪系中主、從動(dòng)件的轉(zhuǎn)向關(guān)系又用什么方法來(lái)確定?答:參考教材216~218頁(yè)。11-2如何劃分一個(gè)復(fù)合輪系的定軸輪系局部和各根本周轉(zhuǎn)輪系局部?在圖示的輪系中,既然構(gòu)件5作為行星架被劃歸在周轉(zhuǎn)輪系局部中,在計(jì)算周轉(zhuǎn)輪系局部的傳動(dòng)比時(shí),是否應(yīng)把齒輪5的齒數(shù),Z5計(jì)入?答:劃分一個(gè)復(fù)合輪系的定軸輪系局部和各根本周轉(zhuǎn)輪系局部關(guān)鍵是要把其中的周轉(zhuǎn)輪系局部劃出來(lái),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(yáng)輪就組成一個(gè)根本周轉(zhuǎn)輪糸。在一個(gè)復(fù)合輪系中可能包括有幾個(gè)根本周轉(zhuǎn)輪系〔一般每一個(gè)行星架就對(duì)應(yīng)一個(gè)根本周轉(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局部了。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)輪系局部中,但在計(jì)算周轉(zhuǎn)輪系局部的傳動(dòng)比時(shí).不應(yīng)把齒輪5的齒數(shù)計(jì)入。11-3在計(jì)算行星輪系的傳動(dòng)比時(shí),式imH=1-iHmn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ωn=0時(shí),imH=1-iHmn公式才是正確的。11-4在計(jì)算周轉(zhuǎn)輪系的傳動(dòng)比時(shí),式iHmn=(nm-nH)/(nn-nH)中的iHmn是什么傳動(dòng)比,如何確定其大小和“±”號(hào)?答:iHmn是在根據(jù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)原理,設(shè)給原周轉(zhuǎn)輪系加上一個(gè)公共角速度“-ωH”。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(duì)運(yùn)動(dòng)仍將保持不變,而行星架的角速度為0,即行星架“靜止不動(dòng)”了.于是周轉(zhuǎn)輪系轉(zhuǎn)化成了定軸輪系,這個(gè)轉(zhuǎn)化輪系的傳動(dòng)比,其大小可以用iHmn=(nm-nH)/(nn-nH)中的iHmn公式計(jì)算;方向由“±”號(hào)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(lái)確定。11-5用轉(zhuǎn)化輪系法計(jì)算行星輪系效率的理論根底是什么?為什么說(shuō)當(dāng)行星輪系為高速時(shí),用它來(lái)計(jì)算行星輪系的效率會(huì)帶來(lái)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根底是行星輪系的轉(zhuǎn)化輪系和原行星輪系的差異,僅在于給整個(gè)行星輪系附加了一個(gè)公共角速度“-ωH”。經(jīng)過(guò)這樣的轉(zhuǎn)化之后,各構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)沒有改變,而輪系各運(yùn)動(dòng)副中的作用力(當(dāng)不考慮構(gòu)件回轉(zhuǎn)的離心慣性力時(shí))以及摩擦因數(shù)也不會(huì)改變。因而行星輪系與其轉(zhuǎn)化輪系中的摩擦損失功率PHf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(dòng)裝置的實(shí)際效率。11-6何謂正號(hào)機(jī)構(gòu)、負(fù)號(hào)機(jī)構(gòu)?各有何特點(diǎn)?各適用于什么場(chǎng)合?答:行星輪系的轉(zhuǎn)化輪系中當(dāng)傳動(dòng)比iH1n>o,稱為正號(hào)機(jī)構(gòu);當(dāng)傳動(dòng)比iH1n<o,稱為負(fù)號(hào)機(jī)構(gòu)。正號(hào)機(jī)構(gòu)效率隨著liH1l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(dòng),如用在傳動(dòng)比大而對(duì)效率要求不高的輔助裝置中;負(fù)號(hào)機(jī)構(gòu)由于在任何情況下都不會(huì)出現(xiàn)自鎖,效率較高,主要用于動(dòng)力傳動(dòng)。11-7何謂封閉功率流?在什么情況下才會(huì)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(huì)形成有一局部功率只在輪系內(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)iaⅢ和ibⅢ異號(hào),且liaⅢl>libⅢl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(duì)于傳動(dòng)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(duì)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(shuō)明。(1)保證實(shí)現(xiàn)給定的傳動(dòng)比:z3=(i1H-1)z1(2)滿足同心條件(即保證兩太陽(yáng)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):(z1+z2)sin(180o/k)>z2+2ha11-9在行星輪系中采用均載裝置的目的何在?采用均載裝置后會(huì)不會(huì)影響該輪系的傳動(dòng)比?答在行星輪系中,常把某些構(gòu)件作成可以浮動(dòng)的.在輪系運(yùn)轉(zhuǎn)中,如各行星輪受力不均勻。這些構(gòu)件能在一定的范圍內(nèi)自由浮動(dòng),以到達(dá)自動(dòng)調(diào)節(jié)各行星輪載荷的目的。采用均載裝置后不會(huì)影響該輪系的傳動(dòng)比。11-10何謂少齒差行星傳動(dòng)?擺線針輪傳動(dòng)的齒數(shù)差是多少?在諧波傳動(dòng)中柔輪與剛輪的齒數(shù)差如何確定?答少齒差行星傳動(dòng)是指在行星輪系中.當(dāng)行星輪1與內(nèi)齒輪2的齒數(shù)差△z=z2-z1=1~4時(shí).就稱為少齒差行星傳動(dòng);擺線針輪傳動(dòng)的齒數(shù)差是1;在諧波傳動(dòng)中柔輪與剛輪的齒距相同.但齒數(shù)不等,剛輪與柔輪的齒數(shù)差通常等于波數(shù)n,即zr-zs=n011-11圖示為一手搖提升裝置,其中各輪齒數(shù)均為,試求傳動(dòng)比i15并指出當(dāng)提升重物時(shí)手柄的轉(zhuǎn)向。解:當(dāng)提升重物時(shí)手柄的轉(zhuǎn)向逆時(shí)針〔從左向右看手柄〕。11-12圖示為一千分表的示意圖,各輪齒數(shù)如圖,模數(shù)m=0.11mm(為非標(biāo)準(zhǔn)模數(shù))假設(shè)要測(cè)量桿1每移動(dòng)0.001mm時(shí),指針尖端剛好移動(dòng)一個(gè)刻度(s=1.5mm)。問指針的長(zhǎng)度尺等于多少?(圖中齒輪5和游絲的作用是使各工作齒輪始終保持單側(cè)接觸,以消除齒側(cè)間隙對(duì)測(cè)量精度的影響。)解:由圖可知,輪2〔2`〕、3、〔3`〕、4、5組成定軸輪系且n2=n2`,n3=n3`n4=-100n`2桿1和齒輪2是一對(duì)齒條與齒輪的外嚙合,設(shè)桿1每移動(dòng)0.001時(shí)間為t由圖知,指針擺一個(gè)刻度的s=1.5mm那么擺角θ有關(guān)系式θ=s/R即θ=n4t=s/R那么11-13圖示為繞線機(jī)的計(jì)數(shù)器。圖中1為單頭蝸桿,其一端裝手把,另一端裝繞制線圈。2、3為兩個(gè)窄蝸輪,z2=99,.Z3=100。在計(jì)數(shù)器中有兩個(gè)刻度盤,在固定刻度盤的一周上有100個(gè)刻度,在與蝸輪2固連的活動(dòng)刻度盤的一周上有99個(gè)刻度,指針與蝸輪3固連。問指針在固定刻度盤上和活動(dòng)刻度盤上的每一格讀數(shù)各代表繞制線圈的匝數(shù)是多少?又在圖示情況下,線圈已繞制了多少匝?解:因i13=nl/n3=z3/z1=100,故n3=n1/100,即蝸桿每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn),蝸輪3轉(zhuǎn)過(guò)1/100轉(zhuǎn),指針相對(duì)固定刻度盤轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)格度,說(shuō)明指針在固定刻度盤上的每一格讀數(shù)代表被繞制線圈繞制了一匝。
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