機械設(shè)計課后習題第8章作業(yè)

第8章作業(yè)8-l鉸鏈四桿機構(gòu)中，轉(zhuǎn)動副成為周轉(zhuǎn)副的條件是什么?在以下圖所示四桿機構(gòu)ABCD中哪些運動副為周轉(zhuǎn)副?當其桿AB與AD重合時，該機構(gòu)在運動上有何特點?并用作圖法求出桿3上E點的連桿曲線。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〕機構(gòu)中最短桿上的兩個轉(zhuǎn)動副均為周轉(zhuǎn)副。圖示ABCD四桿機構(gòu)中C、D為周轉(zhuǎn)副。當其桿AB與AD重合時，桿BE與CD也重合因此機構(gòu)處于死點位置。8-2曲柄搖桿機構(gòu)中，當以曲柄為原動件時，機構(gòu)是否一定存在急回運動，且一定無死點?為什么?答：機構(gòu)不一定存在急回運動，但一定無死點，因為：〔1〕當極位夾角等于零時，就不存在急回運動如下圖，〔2〕原動件能做連續(xù)回轉(zhuǎn)運動，所以一定無死點。8-3四桿機構(gòu)中的極位和死點有何異同?8-4圖a為偏心輪式容積泵；圖b為由四個四桿機構(gòu)組成的轉(zhuǎn)動翼板式容積泵。試繪出兩種泵的機構(gòu)運動簡圖，并說明它們?yōu)楹畏N四桿機構(gòu)，為什么?解機構(gòu)運動簡圖如右圖所示，ABCD是雙曲柄機構(gòu)。因為主動圓盤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試畫出圖示兩種機構(gòu)的機構(gòu)運動簡圖，并說明它們各為何種機構(gòu)。圖a曲柄搖桿機構(gòu)圖b為導桿機構(gòu)。8-6如下圖，設(shè)己知四桿機構(gòu)各構(gòu)件的長度為，,。試問:1)當取桿4為機架時，是否有曲柄存在?2)假設(shè)各桿長度不變，能否以選不同桿為機架的方法獲得雙曲柄機構(gòu)和雙搖桿機構(gòu)?如何獲得?3)假設(shè)a、b﹑c三桿的長度不變，取桿4為機架，要獲得曲柄搖桿機構(gòu),d的取值范圍應(yīng)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．故當取桿4為機架時，有曲柄存在?！?2)、能。要使此此機構(gòu)成為雙曲柄機構(gòu)，那么應(yīng)取1桿為機架；兩使此機構(gòu)成為雙搖桿機構(gòu)，那么應(yīng)取桿3為機架。(3)要獲得曲柄搖桿機構(gòu),d的取值范圍應(yīng)為240~760mm。8-7圖示為一偏置曲柄滑塊機構(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能通過其垂直于滑塊導路的兩位置時，那么轉(zhuǎn)動副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構(gòu)中，各桿的長度為，，，，試求:1)當取桿4為機架時，該機構(gòu)的極位夾角、桿3的最大擺角、最小傳動角和行程速比系數(shù)K;2)當取桿1為機架時，將演化成何種類型的機構(gòu)?為什么?并說明這時C、D兩個轉(zhuǎn)動副是周轉(zhuǎn)副還是擺轉(zhuǎn)副;3)當取桿3為機架時，又將演化成何種機構(gòu)?這時A、B兩個轉(zhuǎn)動副是否仍為周轉(zhuǎn)副?解(1)怍出機構(gòu)的兩個極位，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構(gòu)各桿長度符合桿長條件；?、谧疃虠Ul為機架時，該機構(gòu)將演化成雙曲柄機構(gòu)；③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〕當取桿3為機架時，最短桿變?yōu)檫B桿，又將演化成雙搖桿機構(gòu)，此時A、B仍為周轉(zhuǎn)副。8-9在圖示的連桿機構(gòu)中，各構(gòu)件的尺寸為構(gòu)件AB為原動件，沿順時針方向勻速回轉(zhuǎn)，試確定:1)四桿機構(gòu)ABCD的類型;2)該四桿機構(gòu)的最小傳動角；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為機架可知，圖中四桿ABCD為雙曲柄機構(gòu)；(2)作出四桿機構(gòu)ABCD傳動角最小時的位置。見圖并量得γmin=12o(3)作出滑塊F的上、下兩個極位及原動件AB與之對應(yīng)的兩個極位，并量得θ=47o。求出滑塊F的行程速比系數(shù)為8-10試說明對心曲柄滑塊機構(gòu)當以曲柄為主動件時，其傳動角在何處最大?何處最小?解在曲柄與導軌共線的兩位置之一傳動角最大，γmax=90o；在曲柄與機架共線的兩位置之一傳動角最小，γmin=arcos(LAB/lBC)。8-11正弦機構(gòu)(圖8一15b)和導桿機構(gòu)(圖8—22a)中，當以曲柄為主動件時，最小傳動角γmin為多少?傳動角按什么規(guī)律變化?解γmin=90o；傳動角恒定不變。8-12圖示為偏置導桿機構(gòu)，試作出其在圖示位置時的傳動角以及機構(gòu)的最小傳動角及其出現(xiàn)的位置，并確定機構(gòu)為回轉(zhuǎn)導桿機構(gòu)的條件。解傳動角以及機構(gòu)最小傳動角及其出現(xiàn)的位置如以下圖所示。機構(gòu)為回轉(zhuǎn)導桿機構(gòu)的條件:AB≤AC8-13如圖8—57所示，當按給定的行程速度變化系數(shù)K設(shè)計曲柄搖桿機構(gòu)時，試證明假設(shè)將固定鉸鏈A的中心取在FG弧段上將不滿足運動連續(xù)性要求。答因這時機構(gòu)的兩極位DC1,DC2將分別在兩個不連通的可行域內(nèi)。8-14圖示為一實驗用小電爐的爐門裝置，關(guān)閉時為位置E1，開啟時為位置E2。試設(shè)計一個四桿機構(gòu)來操作爐門的啟閉(各有關(guān)尺寸見圖)。(開啟時，爐門應(yīng)向外開啟，爐門與爐體不得發(fā)生干預。而關(guān)閉時，爐門應(yīng)有一個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，并作出機構(gòu)在E2lAB==μl.AB=95mmlAD=μl.AD=335mmlCD=μl.CD=290mm(2)用怍圖法在爐門上求得B及C點位置，并作出機構(gòu)在位置的運動圖(保存作圖線)。作圖時將位置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構(gòu)。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=115o，AB1//C1C2，lBC=400mm，1C1C2=550mm,試求構(gòu)件AB8-16圖示為一的曲柄搖桿機構(gòu)，現(xiàn)要求用一連桿將搖桿CD和滑塊F聯(lián)接起來，使搖桿的三個位置、、和滑塊的三個位置、、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鉸接點的位置。解由題意知，此題實際是為按兩連架汗(搖桿與滑塊)的預定對應(yīng)位置設(shè)計四扦機構(gòu)的同題。具體作圖過程如以下圖所示。連桿的長度為lEF=μlE2F2=l30mm。8-17圖示為某儀表中采用的搖桿滑塊機構(gòu)，假設(shè)滑塊和搖桿的對應(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上鉸鏈點取在B點，偏距e=28mm,試確定曲柄和連桿長度。解此題屬于按兩連架軒預定的對應(yīng)位置設(shè)計四桿機構(gòu)問題。此問題可用反轉(zhuǎn)法求解。曲柄長度，連桿長度52.2mm．見圖中標注。8-18試設(shè)計圖示的六桿機構(gòu)。該機構(gòu)當原動件l自y軸順時針轉(zhuǎn)過φ12=60o時，構(gòu)件3順時針轉(zhuǎn)過ψ=45o恰與x軸重合。此時，滑塊6自E1點移動到E2點，位移s12=20mm。試確定鉸鏈B及C的位置。解由題意知，所要設(shè)計的六桿機構(gòu)ABCDEF是由鉸鏈四桿機構(gòu)ABCD和搖桿滑塊機構(gòu)CDE串聯(lián)所組成，故此設(shè)計問題，可分解為兩個四桿機構(gòu)的設(shè)計問題。對于搖桿滑塊機構(gòu)CDE的設(shè)計，就是確定活動鉸鏈C的位置，可用反轉(zhuǎn)法設(shè)汁，具體作法如以下圖所示。對于鉸鏈四扦機構(gòu)ABCD的設(shè)計．就是確定活動鉸鏈B的位置，也可用反轉(zhuǎn)法設(shè)計，具體作法如以下圖所示。8-19現(xiàn)欲設(shè)計一四桿機構(gòu)翻書器。如下圖，當踩動腳踏板時，連桿上的肘點自M，移至M：就可翻過一頁書?，F(xiàn)固定鉸鏈A、D的位置，連架桿AB的長度及三個位置以及描點M的三個位置。試設(shè)計該四桿機構(gòu)(壓重用以保證每次翻書時只翻過一頁)解：作圖，并量得：AB=36mm,AD=47mm,CD=5mm,BC=10mm,BM=36mm,CM=44mm8-20現(xiàn)需設(shè)計一鉸鏈四桿機構(gòu)，用以啟閉汽車前燈的遮避窗門。圖示為該門(即連桿上的標線)在運動過程中的五個位置，其參數(shù)如表8—3所示。試用解析法設(shè)計該四桿機構(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，用一四桿機構(gòu)ABCD來實現(xiàn)夾持動作。設(shè)兩連架桿上標線的對應(yīng)角度如下圖，試確定該四桿機構(gòu)各桿的長度。解：取AD為機架，并以適當比例尺作機架AD及AB桿與DE桿的三對對應(yīng)位置。此機構(gòu)設(shè)計簡要步驟如圖〔保存作圖線〕，機構(gòu)各桿長度為：8-22圖示為一汽車引擎油門控制裝置。此裝置由四桿機構(gòu)ABCD、平行四邊形機構(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)動可實現(xiàn)油門踏板與油門的協(xié)調(diào)配合動作。當油門踏板的轉(zhuǎn)角分別為0o、5o、15o及20o時，桿MAB相對應(yīng)的轉(zhuǎn)角分別為0o、32o、52o及63o(逆時針方向)，與之相應(yīng)油門開啟程度為0o(關(guān)閉)、14o、44o及60o(全開)四個狀態(tài)?，F(xiàn)設(shè)lAD=120mm，試以作圖法設(shè)計此四桿機構(gòu)ABCD，并確定桿AB及CD的安裝角度β1及β2的大小(當踏板轉(zhuǎn)20o時，AM與OA重合，DE與AD重合)。解：〔1〕由平行四邊形機構(gòu)特征知桿CD的轉(zhuǎn)角與油門開啟角相同，故四桿機構(gòu)ABCD兩連架桿AB及CD的三對對應(yīng)角α12=32o,φ12=14o;α13=52o,φ13=44o,α14=63o,φ14=60o；且均為逆時針方向；〔2〕取相應(yīng)比例尺作出機架AD如下圖；取BB為歸并點，按點歸并法設(shè)計此四桿機構(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)計一鉸鏈四桿機構(gòu)，設(shè)搖桿CD的長行程速比系數(shù)，機架AD的長度為，搖桿的一個極限位置與機架間的夾角為，試求曲柄的長度和連桿的長度〔有兩組解〕。解：先計算再以相應(yīng)比例尺μl.作圖可得兩個解：(1)lAB=μl.(AC2-AC1)/2=,lBC=μl.(AC2+AC1)/2=(2)lAB=μl.(AC1-AC2)/2=22mm,lBC=μl.(AC2+AC1)/2=48mm8-24如下圖，設(shè)破碎機的行程速度變化系數(shù)，顎板長度lCD=300mm顎板擺角φ=35o，曲柄長度lAD=80mm。求連桿的長度，并驗算最小傳動角γmin是否在允許的范圍內(nèi)。解：先計算取相應(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，同時以F為圓心2FC2為半徑作圓，兩圓交于點E，作C2E的延長線與圓s1的交點，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機構(gòu)，lAB=75mm，lDE=100mm，行程速度變化系數(shù)K=2，刨頭5的行程H=300mm。要求在整個行程中，推動刨頭5有較小的壓力角，試設(shè)計此機構(gòu)。解先算導桿的擺角取相應(yīng)比例尺μl作圖，由圖可得導桿機構(gòu)導桿和機架的長度為：LCD=μl.CD=300mm,lAC=μl.AC=150mm;導桿端點D的行程D1D2=E1E2=H/μl為了使推動刨頭5在整行程中有較小壓力角，刨頭導路的位置h成為H=lCD(1+cos(φ/2))/2=300[(1+cos(60/2))/2=點津此題屬于按行程速比系數(shù)K設(shè)計四桿機構(gòu)問題，需要注意的是：①導桿CD的最大擺角與機構(gòu)極位夾角相等：②因H=300mm，且要求在整個行中刨頭運動壓力角較小。所以取CD1=CD2=300mm,那么D1D2=H=300mm。8-26某裝配線需設(shè)計一輸送工件的四桿機構(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。給定工件的三個方位為：M1(204，-30)，θ21=0o；M2(144，80)，θ22=22o；M3(34，100)，θ23=68o。初步預選兩個固定鉸鏈的位置為A(0，0)、D(34，一83)。試用解析法設(shè)計此四桿機構(gòu)。解由題可知,此題屬于按預定的連桿位置用解析法設(shè)汁四桿機構(gòu)問題，N=3，并已預選xA,yA和xD,yD坐標值，具體計算過程略。8-27如下圖，設(shè)要求四桿機構(gòu)兩連架桿的三組對應(yīng)位置分別為:，，，，，。試以解析法設(shè)計此四桿機構(gòu)。解：〔1〕將α,φ的三組對應(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〔計算到小數(shù)點后四位〕p0=1.5815,p1=-1.2637,p2〔2〕如下圖，求各桿的相對長度，得n=c/a=p0〔3〕求各桿的長度：得a=d/l=80/1.2515=ⅹ63.923=ⅹ63.923=8-28試用解析法設(shè)計一曲柄滑塊機構(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