機(jī)械原理課后答案第9章

1、第9章作業(yè)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$、v一、a曲線，并指出哪些地方有剛性沖擊，哪些地方有柔性沖擊？懸9-I醫(yī)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-5,v-5,a-5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。92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)

2、預(yù)期的運(yùn)動規(guī)律的現(xiàn)象件為失真現(xiàn)象。變尖的工作廓線極易磨損，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。s,/32,/3,4，/35，/3v題9-1圖93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

3、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。94一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。95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)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

4、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ds/detana，(r2一e2)s0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/d8-evds/d8,故壓力角a減小。而回程時(shí)，由于ds/d8為負(fù)，式中分子為l(ds/d8)-el=l(ds/d8)|+|14丿d8。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，回程壓力角減小。97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90后推桿的

5、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(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；。延長推桿導(dǎo)路線交基圓于G-點(diǎn)，以直線連接OG。過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

6、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(shè)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。貝kGOE為推桿從圖示位置升高位移s時(shí)-凸輪的轉(zhuǎn)角，ZAFH為此時(shí)凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角。(a)98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。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?。?）凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角。解如圖所示，以O(shè)為圓心，以O(shè)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)

7、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0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ZGDE即為擺桿的位移角；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1.5rad/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

8、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=hS/800WW150（2）回程：等加速段s=h一2hS2/8020WW60等減速段s=2h（S一8）2/502605120計(jì)算各分點(diǎn)的位移值如表9.3：験9.3總轉(zhuǎn)角治90105位移/mni01.63.24.呂6.48億61,2總轉(zhuǎn)角120附165*180D研2102姦位移/mm12,S14.4lfi161515.514LL5總轉(zhuǎn)傅240255270285肚CT315朋F345位移/111118丄520+50000根據(jù)表9-3可作所求圖如下圖:

9、910設(shè)計(jì)一凸輪機(jī)構(gòu)，凸輪轉(zhuǎn)動一周時(shí)間為2s。凸輪的推程運(yùn)動角為60,回程運(yùn)動角為150。，近休止運(yùn)動角為150。推桿的行程為15mm。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，=10mm,凸輪以等角速度逆時(shí)針回轉(zhuǎn)。凸輪轉(zhuǎn)角6=0120時(shí)，推桿等速上升20mm；&=120180時(shí)，推桿遠(yuǎn)休止；6=180270時(shí)，推桿等加速等減速下降20mm；6=270：360時(shí)，推桿近休止。要求推程的最大壓力角a。W30，試選取合適的基圓半徑，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)對心

10、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=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。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150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90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)律的位移方程為推程S=h1-cos(n6/60)/2：0W6W120回程.S=h1+cos(n6/60、)/20W6W150計(jì)算各分點(diǎn)的位移值如表9-41：表9,471545,6075-J0尹位移/mm00.762.936.1?1013：83

11、17.0719.24總轉(zhuǎn)角1201：擰180210位移/nim2019.5118,0915.8813.09106.91良12總轉(zhuǎn)角240270*300311345c位移/mmL910.4&0:0!j-0.：0-0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gan9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10A=60mmr0=25mm,1AB=5Omm,rr=8mm。凸輪順時(shí)針方向

12、等速轉(zhuǎn)動，要求當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)過180時(shí)，推桿以余弦加速度運(yùn)動向上擺動25；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。解推扦在推程及回程段運(yùn)動規(guī)律的位移方程為推程：s=O1-cos(nS/80)/20WW180回程：s=O1-(8/80)十sin(2n5/50)/(2n)oWW180計(jì)算各分點(diǎn)的位移值如表9.5：00根據(jù)表9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=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)過角占，

13、：120。的過程中，推桿按正弦加速度運(yùn)動規(guī)律上升矗=50mm；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oWW2n/3過程中，推桿按正弦加速度運(yùn)動規(guī)律上升h=50rnm。貝9s，hsin(2兀)可得s，hsin(0s，hsin(2兀)可得s，hsin(02兀)，50cos(3)ds，h_cos(2兀)，50cos(3)0000當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)角占在2n/355n/6過程中，推桿遠(yuǎn)休。S=50:2n/3WW5n/6ds/d5=0，2n/3W

14、W5n/6當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)角在5n/6W5W7n/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h兀s，1cos(c20可得力兀(o，o，o)50“o/q5兀TOC o 1-5 h zs=1cosI12=1cos3(o_)5n/6WW5n/6WW7n/65n/6WW7n/63dsh(0oo)5o5兀二sini2二3sm3(-)do2oo2633當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)角在7n/6WW2n過程中，推桿近休。S=07n/652nds/d5=07nS2n(2)計(jì)算凸輪的理論廓線和實(shí)際廓線：1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=(s

15、0+s)cos8-esin6y=(s0+s)s1n6+ecos6式中：s0=(r02-e2)i/2=(502-202)i/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1X、=X-rrcos0Y=y-rrsin0因?yàn)閐y/d6=(ds/d6-e)sin6+(s0+s)cos6dx/d6=(ds/d6-e)cos6-(s0-s)sin6dx/dssinU=一(dx/do)2(dy/d5)2cos9=dy/ds所以故(dx/do)2(dy/d5)所以故x=x-10cos0y=y-10sin0I:-I:；!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

16、輪廓線如下圖昕示。Oi.r.1擴(kuò)H.倚；43.41,8137.5剛“y2V.亦31.3-V-):?4.脖口fe4b17J慮LS631,00.曲.器冊L-亠1G.2Z.fi77L,26,j:r.1165*!一繹皈52K1-m35.1一池貓4一85.533*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2n角的過程中完成。兩推桿相差180兩推桿相差180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，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