機(jī)械原理試題及答案

平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析題2-1圖a所示為一簡(jiǎn)易沖床的初擬設(shè)計(jì)方案。設(shè)計(jì)者的思路是：動(dòng)力由齒輪1輸入，使軸A連續(xù)回轉(zhuǎn)；而固裝在軸A上的凸輪2與杠桿3組成的凸輪機(jī)構(gòu)使沖頭4上下運(yùn)動(dòng)，以達(dá)到?jīng)_壓的目的。試?yán)L出其機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖（各尺寸由圖上量?。?，分析是否能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)意圖，并提出修改方案。解：1)取比例尺,繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。(圖2-1a)2)要分析是否能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)意圖,首先要計(jì)算機(jī)構(gòu)的自由度。盡管此機(jī)構(gòu)有4個(gè)活動(dòng)件，但齒輪1和凸輪2是固裝在軸A上，只能作為一個(gè)活動(dòng)件，故原動(dòng)件數(shù)不等于自由度數(shù)，此簡(jiǎn)易沖床不能運(yùn)動(dòng)，即不能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)意圖。分析：因構(gòu)件3、4與機(jī)架5和運(yùn)動(dòng)副B、C、D組成不能運(yùn)動(dòng)的剛性桁架。故需增加構(gòu)件的自由度。3)提出修改方案：可以在機(jī)構(gòu)的適當(dāng)位置增加一個(gè)活動(dòng)構(gòu)件和一個(gè)低副，或用一個(gè)高副來(lái)代替一個(gè)低副。(1)在構(gòu)件3、4之間加一連桿及一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副(圖2-1b)。(2)在構(gòu)件3、4之間加一滑塊及一個(gè)移動(dòng)副(圖2-1c)。(3)在構(gòu)件3、4之間加一滾子(局部自由度)及一個(gè)平面高副(圖2-1d)。討論：增加機(jī)構(gòu)自由度的方法一般是在適當(dāng)位置上添加一個(gè)構(gòu)件（相當(dāng)于增加3個(gè)自由度）和1個(gè)低副（相當(dāng)于引入2個(gè)約束），如圖2-1（b）（c）所示，這樣就相當(dāng)于給機(jī)構(gòu)增加了一個(gè)自由度。用一個(gè)高副代替一個(gè)低副也可以增加機(jī)構(gòu)自由度，如圖2-1（d）所示。題2-2圖a所示為一小型壓力機(jī)。圖上，齒輪1與偏心輪1’為同一構(gòu)件，繞固定軸心O連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。在齒輪5上開(kāi)有凸輪輪凹槽，擺桿4上的滾子6嵌在凹槽中，從而使擺桿4繞C軸上下擺動(dòng)。同時(shí)，又通過(guò)偏心輪1’、連桿2、滑桿3使C軸上下移動(dòng)。最后通過(guò)在擺桿4的叉槽中的滑塊7和鉸鏈G使沖頭8實(shí)現(xiàn)沖壓運(yùn)動(dòng)。試?yán)L制其機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖，并計(jì)算自由度。解：分析機(jī)構(gòu)的組成：此機(jī)構(gòu)由偏心輪1’（與齒輪1固結(jié)）、連桿2、滑桿3、擺桿4、齒輪5、滾子6、滑塊7、沖頭8和機(jī)架9組成。偏心輪1’與機(jī)架9、連桿2與滑桿3、滑桿3與擺桿4、擺桿4與滾子6、齒輪5與機(jī)架9、滑塊7與沖頭8均組成轉(zhuǎn)動(dòng)副，滑桿3與機(jī)架9、擺桿4與滑塊7、沖頭8與機(jī)架9均組成移動(dòng)副，齒輪1與齒輪5、凸輪(槽)5與滾子6組成高副。故解法一：解法二：局部自由度題2-3如圖a所示為一新型偏心輪滑閥式真空泵。其偏心輪1繞固定軸A轉(zhuǎn)動(dòng)，與外環(huán)2固連在一起的滑閥3在可繞固定軸心C轉(zhuǎn)動(dòng)的圓柱4中滑動(dòng)。當(dāng)偏心輪1按圖示方向連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可將設(shè)備中的空氣按圖示空氣流動(dòng)方向從閥5中排出，從而形成真空。由于外環(huán)2與泵腔6有一小間隙，故可抽含有微小塵埃的氣體。試?yán)L制其機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖，并計(jì)算其自由度。解：1)取比例尺,繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。(如圖題2-3所示)2)題2-4使繪制圖a所示仿人手型機(jī)械手的食指機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖（以手指8作為相對(duì)固定的機(jī)架），并計(jì)算其自由度。解：1)取比例尺,繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。(如圖2-4所示)2)題2-5圖a所示是為高位截肢的人所設(shè)計(jì)的一種假肢膝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)能保持人行走的穩(wěn)定性。若以頸骨1為機(jī)架，試?yán)L制其機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖和計(jì)算其自由度，并作出大腿彎曲90度時(shí)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。解：1)取比例尺,繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。大腿彎曲90度時(shí)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖如虛線所示。(如圖2-5所示)2)題2-6試計(jì)算如圖所示各機(jī)構(gòu)的自由度。圖a、d為齒輪-連桿組合機(jī)構(gòu)；圖b為凸輪-連桿組合機(jī)構(gòu)（圖中在D處為鉸接在一起的兩個(gè)滑塊）；圖c為一精壓機(jī)機(jī)構(gòu)。并問(wèn)在圖d所示機(jī)構(gòu)中，齒輪3與5和齒條7與齒輪5的嚙合高副所提供的約束數(shù)目是否相同？為什么？解：a)b)解法一：解法二：虛約束局部自由度c)解法一：解法二：虛約束局部自由度d)齒輪3與齒輪5的嚙合為高副（因兩齒輪中心距己被約束，故應(yīng)為單側(cè)接觸）將提供1個(gè)約束。齒條7與齒輪5的嚙合為高副（因中心距未被約束，故應(yīng)為雙側(cè)接觸）將提供2個(gè)約束。題2-7試?yán)L制圖a所示凸輪驅(qū)動(dòng)式四缸活塞空氣壓縮機(jī)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。并計(jì)算其機(jī)構(gòu)的自由度（圖中凸輪1原動(dòng)件，當(dāng)其轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，分別推動(dòng)裝于四個(gè)活塞上A、B、C、D處的滾子，使活塞在相應(yīng)得氣缸內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。圖上AB=BC=CD=AD）。解：1)取比例尺,繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。(如圖2-7(b)所示)2)此機(jī)構(gòu)由1個(gè)凸輪、4個(gè)滾子、4個(gè)連桿、4個(gè)活塞和機(jī)架組成。凸輪與4個(gè)滾子組成高副，4個(gè)連桿、4個(gè)滾子和4個(gè)活塞分別在A、B、C、D處組成三副復(fù)合鉸鏈。4個(gè)活塞與4個(gè)缸（機(jī)架）均組成移動(dòng)副。解法一：虛約束：因?yàn)椋?和5，6和7、8和9為不影響機(jī)構(gòu)傳遞運(yùn)動(dòng)的重復(fù)部分，與連桿10、11、12、13所帶入的約束為虛約束。機(jī)構(gòu)可簡(jiǎn)化為圖2-7（b）重復(fù)部分中的構(gòu)件數(shù)低副數(shù)高副數(shù)局部自由度局部自由度解法二：如圖2-7（b）局部自由度題2-8圖示為一剎車機(jī)構(gòu)。剎車時(shí)，操作桿1向右拉，通過(guò)構(gòu)件2、3、4、5、6使兩閘瓦剎住車輪。試計(jì)算機(jī)構(gòu)的自由度，并就剎車過(guò)程說(shuō)明此機(jī)構(gòu)自由度的變化情況。（注：車輪不屬于剎車機(jī)構(gòu)中的構(gòu)件。）解：1)未剎車時(shí)，剎車機(jī)構(gòu)的自由度2)閘瓦G、J之一剎緊車輪時(shí)，剎車機(jī)構(gòu)的自由度3)閘瓦G、J同時(shí)剎緊車輪時(shí)，剎車機(jī)構(gòu)的自由度題2-9試確定圖示各機(jī)構(gòu)的公共約束m和族別虛約束p″，并人說(shuō)明如何來(lái)消除或減少共族別虛約束。解：(a)楔形滑塊機(jī)構(gòu)的楔形塊1、2相對(duì)機(jī)架只能在該平面的x、y方向移動(dòng)，而其余方向的相對(duì)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)都被約束，故公共約束數(shù),為4族平面機(jī)構(gòu)。將移動(dòng)副改為圓柱下刨，可減少虛約束。(b)由于齒輪1、2只能在平行平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)，故為公共約束數(shù),為3族平面機(jī)構(gòu)。將直齒輪改為鼓形齒輪，可消除虛約束。(c)由于凸輪機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件只能在平行平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)，故為的3族平面機(jī)構(gòu)。將平面高副改為空間高副，可消除虛約束。題2-10圖示為以內(nèi)燃機(jī)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖，試計(jì)算自由度，并分析組成此機(jī)構(gòu)的基本桿組。如在該機(jī)構(gòu)中改選EG為原動(dòng)件，試問(wèn)組成此機(jī)構(gòu)的基本桿組是否與前者不同。解：1)計(jì)算此機(jī)構(gòu)的自由度2)取構(gòu)件AB為原動(dòng)件時(shí)機(jī)構(gòu)的基本桿組圖2-10（b）所示。此機(jī)構(gòu)為二級(jí)機(jī)構(gòu)。3)取構(gòu)件GE為原動(dòng)件時(shí)機(jī)構(gòu)的基本桿組圖2-10（c）所示。此機(jī)構(gòu)為三級(jí)機(jī)構(gòu)。題2-11圖a所示為一收放式折疊支架機(jī)構(gòu)。該支架中的件1和5分別用木螺釘聯(lián)接于固定臺(tái)板1`和活動(dòng)臺(tái)板5`上，兩者在D處鉸接，使活動(dòng)臺(tái)板能相對(duì)于固定臺(tái)板轉(zhuǎn)動(dòng)。又通過(guò)件1、2、3、4組成的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)及連桿3上E點(diǎn)處銷子與件5上的連桿曲線槽組成的銷槽聯(lián)接使活動(dòng)臺(tái)板實(shí)現(xiàn)收放動(dòng)作。在圖示位置時(shí)，雖在活動(dòng)臺(tái)板上放有較重的重物，活動(dòng)臺(tái)板也不會(huì)自動(dòng)收起，必須沿箭頭方向推動(dòng)件2，使鉸鏈B、D重合時(shí)，活動(dòng)臺(tái)板才可收起（如圖中雙點(diǎn)劃線所示）?，F(xiàn)已知機(jī)構(gòu)尺寸lAB=lAD=90mm,lBC=lCD=25mm，試?yán)L制機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖，并計(jì)算其自由度。解：1)取比例尺,繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。(如圖2-11所示)2)E處為銷槽副，銷槽兩接觸點(diǎn)公法線重合，只能算作一個(gè)高副。平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析題3-1試求圖示各機(jī)構(gòu)在圖示位置時(shí)全部瞬心的位置(用符號(hào)Pij直接標(biāo)注在圖上)解：題3-2在圖示在齒輪-連桿機(jī)構(gòu)中,試用瞬心法求齒輪1與齒輪3的傳動(dòng)比w1/w3.解：1）計(jì)算此機(jī)構(gòu)所有瞬心的數(shù)目2）為求傳動(dòng)比需求出如下三個(gè)瞬心、、如圖3-2所示。3）傳動(dòng)比計(jì)算公式為：題3-3在圖a所示的四桿機(jī)構(gòu)中，lAB=60mm，lCD=90mm，lAD=lBC=120mm，ω2=10rad/s，試用瞬心法求：當(dāng)φ=165°時(shí)，點(diǎn)C的速度Vc；當(dāng)φ=165°時(shí)，構(gòu)件3的BC線上速度最小的一點(diǎn)E的位置及速度的大??；當(dāng)Vc=0時(shí)，φ角之值（有兩個(gè)解）解：1)以選定比例尺,繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。(圖3-3)2）求VC，定出瞬心P13的位置。如圖3-3（a）3）定出構(gòu)件3的BC線上速度最小的點(diǎn)E的位置。因?yàn)锽C線上速度最小的點(diǎn)必與P13點(diǎn)的距離最近，所以過(guò)P13點(diǎn)引BC線延長(zhǎng)線的垂線交于E點(diǎn)。如圖3-3（a）4）當(dāng)時(shí)，P13與C點(diǎn)重合，即AB與BC共線有兩個(gè)位置。作出的兩個(gè)位置。量得題3-4在圖示的各機(jī)構(gòu)中，設(shè)已知各構(gòu)件的尺寸、原動(dòng)件1以等角速度ω1順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。試用圖解法求機(jī)構(gòu)在圖示位置時(shí)構(gòu)件3上C點(diǎn)的速度及加速度。解：a)速度方程：加速度方程：b)速度方程：加速度方程：b)速度方程：加速度方程：題3-5在圖示機(jī)構(gòu)中，已知各構(gòu)件的尺寸及原動(dòng)件1的角速度ω1（為常數(shù)），試以圖解法求φ1=90°時(shí)，構(gòu)件3的角速度ω3及角加速度α3（比例尺如圖）。（應(yīng)先寫(xiě)出有關(guān)的速度、加速度矢量方程，再作圖求解。）解：1)速度分析：圖3-5（b）速度方程：速度多邊形如圖3-5(b)轉(zhuǎn)向逆時(shí)針加速度分析：圖3-5（c）轉(zhuǎn)向順時(shí)針。題3-6在圖示的搖塊機(jī)構(gòu)中，已知lAB=30mm，lAC=100mm，lBD=50mm，lDE=40mm。曲柄以等角速度ω1=10rad/s回轉(zhuǎn)，試用圖解法求機(jī)構(gòu)在φ1=45°位置時(shí)，點(diǎn)D和點(diǎn)E的速度和加速度，以及構(gòu)件2的角速度和角加速度。解：1)選定比例尺,繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。(圖3-6(a))2）速度分析：圖3-6（b）速度方程由速度影像法求出VE速度多邊形如圖3-6(b)（順時(shí)針）3）加速度分析：圖3-6（c）由加速度影像法求出aE加速度多邊形如圖3-6(c)（順時(shí)針）題3-7在圖示的機(jī)構(gòu)中，已知lAE=70mm，lAB=40mm，lEF=60mm，lDE=35mm，lCD=75mm，lBC=50mm，原動(dòng)件1以等角速度ω1=10rad/s回轉(zhuǎn)，試以圖解法求點(diǎn)C在φ1=50°時(shí)的速度Vc和加速度ac。解：1)速度分析：以F為重合點(diǎn)(F1、F5、、F4)有速度方程：以比例尺速度多邊形如圖3-7(b)，由速度影像法求出VB、VD2)加速度分析：以比例尺有加速度方程：由加速度影像法求出aB、aD題3-8在圖示的凸輪機(jī)構(gòu)中，已知凸掄1以等角速度轉(zhuǎn)動(dòng)，凸輪為一偏心圓，其半徑，試用圖解法求構(gòu)件2的角速度與角加速度。解：1)高副低代，以選定比例尺,繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。(圖3-8)2)速度分析：圖3-6（b）取B4、、B2為重合點(diǎn)。速度方程：速度多邊形如圖3-8(b)轉(zhuǎn)向逆時(shí)針3）加速度分析：圖3-8（c）轉(zhuǎn)向順時(shí)針。題3-9在圖a所示的牛頭刨床機(jī)構(gòu)中，h=800mm，h1=360mm，h2=120mm，lAB=200mm，lCD=960mm，lDE=160mm，設(shè)曲柄以等角速度ω1=5rad/s逆時(shí)針?lè)较蚧剞D(zhuǎn)，試用圖解法求機(jī)構(gòu)在φ1=135°位置時(shí)，刨頭上點(diǎn)C的速度Vc。解：選定比例尺,繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。(圖3-9(a))解法一：速度分析：先確定構(gòu)件3的絕對(duì)瞬心P36，利用瞬心多邊形，如圖3-9（b）由構(gòu)件3、5、6組成的三角形中，瞬心P36、P35、P56必在一條直線上，由構(gòu)件3、4、6組成的三角形中，瞬心P36、P34、P46也必在一條直線上，二直線的交點(diǎn)即為絕對(duì)瞬心P36。速度方程方向垂直AB。VB3的方向垂直BG（BP36），VB3B2的方向平行BD。速度多邊形如圖3-9(c)速度方程解法二：確定構(gòu)件3的絕對(duì)瞬心P36后，再確定有關(guān)瞬心P16、P12、P23、P13、P15，利用瞬心多邊形，如圖3-9（d）由構(gòu)件1、2、3組成的三角形中，瞬心P12、P23、P13必在一條直線上，由構(gòu)件1、3、6組成的三角形中，瞬心P36、P16、P13也必在一條直線上，二直線的交點(diǎn)即為瞬心P13。利用瞬心多邊形，如圖3-9（e）由構(gòu)件1、3、5組成的三角形中，瞬心P15、P13、P35必在一條直線上，由構(gòu)件1、5、6組成的三角形中，瞬心P56、P16、P15也必在一條直線上，二直線的交點(diǎn)即為瞬心P15。如圖3-9(a)P15為構(gòu)件1、5的瞬時(shí)等速重合點(diǎn)題3-10在圖示的齒輪-連桿組合機(jī)構(gòu)中，MM為固定齒條，齒輪3的齒數(shù)為齒輪4的2倍，設(shè)已知原動(dòng)件1以等角速度ω1順時(shí)針?lè)较蚧剞D(zhuǎn)，試以圖解法求機(jī)構(gòu)在圖示位置時(shí)，E點(diǎn)的速度VE以及齒輪3、4的速度影像。解：1)選定比例尺繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。(圖3-10(a))2）速度分析：此齒輪-連桿機(jī)構(gòu)可看成ABCD及DCEF兩個(gè)機(jī)構(gòu)串聯(lián)而成。則速度方程：以比例尺作速度多邊形，如圖3-10(b)取齒輪3與齒輪4的嚙合點(diǎn)為K，根據(jù)速度影像原理，在速度圖(b)中作，求出k點(diǎn)，以c為圓心，以ck為半徑作圓g3即為齒輪3的速度影像。同理，以e為圓心，以ek為半徑作圓g4即為齒輪4的速度影像。題3-11如圖a所示的擺動(dòng)式飛剪機(jī)用于剪切連續(xù)運(yùn)動(dòng)中的鋼帶。設(shè)機(jī)構(gòu)的尺寸為lAB=130mm，lBC=340mm，lCD=800mm。試確定剪床相對(duì)鋼帶的安裝高度H（兩切刀E及E`應(yīng)同時(shí)開(kāi)始剪切鋼帶5）；若鋼帶5以速度V5=0.5m/s送進(jìn)時(shí)，求曲柄1的角速度ω1應(yīng)為多少才能同步剪切？解：1)選定比例尺,繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。(圖3-11)兩切刀E和E’同時(shí)剪切鋼帶時(shí),E和E’重合,由機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖可得2)速度分析：速度方程：由速度影像3）VE必須與V5同步才能剪切鋼帶。加速度方程：題3-12圖a所示為一汽車雨刷機(jī)構(gòu)。其構(gòu)件1繞固定軸心A轉(zhuǎn)動(dòng)，齒條2與構(gòu)件1在B點(diǎn)處鉸接，并與繞固定軸心D轉(zhuǎn)動(dòng)的齒輪3嚙合（滾子5用來(lái)保證兩者始終嚙合），固聯(lián)于輪3的雨刷3作往復(fù)擺動(dòng)。設(shè)機(jī)構(gòu)的尺寸為lAB=18mm，；輪3的分度圓半徑r3=lCD=12mm，原動(dòng)件1以等角速度ω1=1rad/s順時(shí)針回轉(zhuǎn)，試以圖解法確定雨刷的擺程角和圖示位置時(shí)雨刷的角速度。解：1)選定比例尺,繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。(圖3-12)在圖中作出齒條2和齒輪3嚙合擺動(dòng)時(shí)占據(jù)的兩個(gè)極限位置C′和C″，可得擺程角2）速度分析：圖3-12（b）速度方程：以比例尺作速度多邊形，如圖3-12(b)轉(zhuǎn)向逆時(shí)針3）加速度分析：以比例尺作加速度多邊形如圖3-12(c)轉(zhuǎn)向順時(shí)針。題3-13圖a所示為一可傾斜卸料的升降臺(tái)機(jī)構(gòu)。此升降機(jī)有兩個(gè)液壓缸1、4，設(shè)已知機(jī)構(gòu)的尺寸為。若兩活塞的相對(duì)移動(dòng)速度分別為，試求當(dāng)兩活塞的相對(duì)移動(dòng)位移分別為時(shí)（以升降臺(tái)位于水平且DE與CF重合時(shí)為起始位置），工件重心S處的速度及加速度和工件的角速度及角加速度。解：1）選定比例尺,繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。(圖3-13)此時(shí)2）速度分析：取作速度多邊形，如圖3-13（b）由速度影像法，求得d、g，再根據(jù)繼續(xù)作圖求得，再由速度影像法求得：（逆時(shí)針）2)加速度分析（解題思路）根據(jù)作圖求得，再由加速度影像法根據(jù)作圖求得，再由加速度影像法求得：，第四章平面機(jī)構(gòu)的力分析題4-1在圖示的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，設(shè)已知lAB=0.1m，lBC=0.33m，n1=1500r/min（為常數(shù)），活塞及其附件的重量G3=21N，連桿質(zhì)量G2=25N，JS2=0.0425kg·m2，連桿質(zhì)心S2至曲柄銷B的距離lBS2=lBC/3。試確定在圖示位置時(shí)活塞的慣性力以及連桿的總慣性力。解：1)選定比例尺,繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。(圖4-1(a))2）運(yùn)動(dòng)分析：以比例尺作速度多邊形，如圖4-1(b)以比例尺作加速度多邊形如圖4-1(c)3)確定慣性力活塞3：方向與相反。連桿2：方向與相反。（順時(shí)針）總慣性力：(圖4-1(a))題4-2機(jī)械效益Δ是衡量機(jī)構(gòu)力放大程度的一個(gè)重要指標(biāo)，其定義為在不考慮摩擦的條件下機(jī)構(gòu)的輸出力（力矩）與輸入力（力矩）之比值，即Δ=。試求圖示各機(jī)構(gòu)在圖示位置時(shí)的機(jī)械效益。圖a所示為一鉚釘機(jī)，圖b為一小型壓力機(jī)，圖c為一剪刀。計(jì)算所需各尺寸從圖中量取。（a）(b)(c)解：(a)作鉚釘機(jī)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖及受力圖見(jiàn)4-2（a）由構(gòu)件3的力平衡條件有：由構(gòu)件1的力平衡條件有：按上面兩式作力的多邊形見(jiàn)圖4-2（b）得（b）作壓力機(jī)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖及受力圖見(jiàn)4-2（c）由滑塊5的力平衡條件有：由構(gòu)件2的力平衡條件有：其中按上面兩式作力的多邊形見(jiàn)圖4-2（d）得(c)對(duì)A點(diǎn)取矩時(shí)有其中a、b為Fr、Fd兩力距離A點(diǎn)的力臂。題4-3圖a所示導(dǎo)軌副為由拖板1與導(dǎo)軌2組成的復(fù)合移動(dòng)副，拖板的運(yùn)動(dòng)方向垂直于紙面；圖b所示為由轉(zhuǎn)動(dòng)軸1與軸承2組成的復(fù)合轉(zhuǎn)動(dòng)副，軸1繞其軸線轉(zhuǎn)動(dòng)?，F(xiàn)已知各運(yùn)動(dòng)副的尺寸如圖所示，并設(shè)G為外加總載荷，各接觸面間的摩擦系數(shù)均為f。試分別求導(dǎo)軌副的當(dāng)量摩擦系數(shù)fv和轉(zhuǎn)動(dòng)副的摩擦圓半徑ρ。解：1）求圖a所示導(dǎo)軌副的當(dāng)量摩擦系數(shù)，把重量G分解為G左，G右，，2）求圖b所示轉(zhuǎn)動(dòng)副的摩擦圓半徑支反力，假設(shè)支撐的左右兩端均只在下半周上近似均勻接觸。對(duì)于左端其當(dāng)量摩擦系數(shù)，摩擦力摩擦力矩對(duì)于右端其當(dāng)量摩擦系數(shù)，摩擦力摩擦力矩摩擦圓半徑題4-4圖示為一錐面徑向推力軸承。已知其幾何尺寸如圖所示，設(shè)軸1上受鉛直總載荷G，軸承中的滑動(dòng)摩擦系數(shù)為f。試求軸1上所受的摩擦力矩Mf（分別一新軸端和跑合軸端來(lái)加以分析）。解：此處為槽面接觸，槽面半角為。當(dāng)量摩擦系數(shù)代入平軸端軸承的摩擦力矩公式得若為新軸端軸承，則若為跑合軸端軸承，則題4-5圖示為一曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的三個(gè)位置，F(xiàn)為作用在活塞上的力，轉(zhuǎn)動(dòng)副A及B上所畫(huà)的虛線小圓為摩擦圓，試決定在三個(gè)位置時(shí)，作用在連桿AB上的作用力的真實(shí)方向（各構(gòu)件的重量及慣性力略去不計(jì)）解：圖a和圖b連桿為受壓，圖c連桿為受拉.，各相對(duì)角速度和運(yùn)動(dòng)副總反力方向如下圖題4-6圖示為一擺動(dòng)推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)，凸輪1沿逆時(shí)針?lè)较蚧剞D(zhuǎn)，F(xiàn)為作用在推桿2上的外載荷，試確定在各運(yùn)動(dòng)副中總反力（FR31，F(xiàn)R12及FR32）的方位（不考慮構(gòu)件的重量及慣性力，圖中虛線小圓為摩擦圓，運(yùn)動(dòng)副B處摩擦角為φ=10°）。解:1)取構(gòu)件2為受力體，如圖4-6。由構(gòu)件2的力平衡條件有：三力匯交可得和2)取構(gòu)件1為受力體，題4-9在圖a所示的正切機(jī)構(gòu)中，已知h=500mm，l=100mm，ω1=10rad/s（為常數(shù)），構(gòu)件3的重量G3=10N，質(zhì)心在其軸線上，生產(chǎn)阻力Fr=100N，其余構(gòu)件的重力、慣性力及所有構(gòu)件的摩擦力均略去不計(jì)。試求當(dāng)φ1=60°時(shí)，需加在構(gòu)件1上的平衡力矩Mb。提示：構(gòu)件3受力傾斜后，構(gòu)件3、4將在C1、C2兩點(diǎn)接觸。解:1)選定比例尺繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。2）運(yùn)動(dòng)分析：以比例尺，作速度多邊形和加速度多邊形如圖4-1(c)，如圖4-9（a）(b)3)確定構(gòu)件3上的慣性力4)動(dòng)態(tài)靜力分析：以構(gòu)件組2,3為分離體，如圖4-9(c),由有以作力多邊形如圖4-9(d)得以構(gòu)件1為分離體，如圖4-9(e)，有順時(shí)針?lè)较?。題4-10在圖a所示的雙缸V形發(fā)動(dòng)機(jī)中，已知各構(gòu)件的尺寸如圖（該圖系按比例尺μ1=0.005m/mm準(zhǔn)確作出的）及各作用力如下：F3=200N，F(xiàn)5=300N，F(xiàn)＇I2=50N，F(xiàn)＇I4=80N，方向如圖所示；又知曲柄以等角速度ω1轉(zhuǎn)動(dòng)，試以圖解法求在圖示位置時(shí)需加于曲柄1上的平衡力偶矩Mb。解:應(yīng)用虛位移原理求解，即利用當(dāng)機(jī)構(gòu)處于平衡狀態(tài)時(shí)，其上作用的所有外力（包括慣性力）瞬時(shí)功率應(yīng)等于零的原理來(lái)求解，可以不需要解出各運(yùn)動(dòng)副中的反力，使求解簡(jiǎn)化。1)以比例尺作速度多邊形如圖4-10圖4-102）求平衡力偶矩：由，順時(shí)針?lè)较?。第五章機(jī)械的效率和自鎖(1)題5-1解:（1）根據(jù)己知條件，摩擦圓半徑計(jì)算可得圖5-1所示位置（2）考慮摩擦?xí)r，運(yùn)動(dòng)副中的反力如圖5-1所示。（3）構(gòu)件1的平衡條件為：構(gòu)件3的平衡條件為：按上式作力多邊形如圖5-1所示，有（4）（5）機(jī)械效率：題5-2解:（1）根據(jù)己知條件，摩擦圓半徑作出各運(yùn)動(dòng)副中的總反力的方位如圖5-2所示。（2）以推桿為研究對(duì)象的平衡方程式如下：（3）以凸輪為研究對(duì)象的平衡方程式如下：（4）聯(lián)立以上方程解得討論：由于效率計(jì)算公式可知，φ1，φ2減小，L增大，則效率增大，由于θ是變化的，瞬時(shí)效率也是變化的。題5-3解:該系統(tǒng)的總效率為電動(dòng)機(jī)所需的功率為題5-4解：此傳動(dòng)屬混聯(lián)。第一種情況：PA=5kW,PB=1kW輸入功率傳動(dòng)總效率電動(dòng)機(jī)所需的功率第二種情況：PA=1kW,PB=5kW輸入功率傳動(dòng)總效率電動(dòng)機(jī)所需的功率題5-5解：此題是判斷機(jī)構(gòu)的自鎖條件，因?yàn)樵摍C(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，故可選用多種方法進(jìn)行求解。解法一：根據(jù)反行程時(shí)的條件來(lái)確定。反行程時(shí)（楔塊3退出）取楔塊3為分離體，其受工件1、1′和夾具2作用的總反力FR13和FR23以及支持力F′。各力方向如圖5-5（a）、(b)所示，根據(jù)楔塊3的平衡條件，作力矢量三角形如圖5-5（c）所示。由正弦定理可得當(dāng)時(shí)，于是此機(jī)構(gòu)反行程的效率為令，可得自鎖條件為：。解法二：根據(jù)反行程時(shí)生產(chǎn)阻力小于或等于零的條件來(lái)確定。根據(jù)楔塊3的力矢量三角形如圖5-5（c），由正弦定理可得若楔塊不自動(dòng)松脫，則應(yīng)使即得自鎖條件為：解法三：根據(jù)運(yùn)動(dòng)副的自鎖條件來(lái)確定。由于工件被夾緊后F′力就被撤消，故楔塊3的受力如圖5-5(b)所示，楔塊3就如同受到FR23（此時(shí)為驅(qū)動(dòng)力）作用而沿水平面移動(dòng)的滑塊。故只要FR23作用在摩擦角φ之內(nèi)，楔塊3即發(fā)生自鎖。即，由此可得自鎖條件為：。討論：本題的關(guān)鍵是要弄清反行程時(shí)FR23為驅(qū)動(dòng)力。用三種方法來(lái)解，可以了解求解這類問(wèn)題的不同途徑。第六章機(jī)械的平衡題6-1圖示為一鋼制圓盤，盤厚b=50mm，位置Ⅰ處有一直徑φ=50mm的通孔，位置Ⅱ處是一質(zhì)量m2=0.5kg的重塊。為了使圓盤平衡，你在圓盤上r=200mm處制一通孔。試求此孔德直徑與位置。（鋼的密度=7.8g/cm3）解：解法一：先確定圓盤的各偏心質(zhì)量大小設(shè)平衡孔質(zhì)量根據(jù)靜平衡條件由在位置相反方向挖一通孔解法二：由質(zhì)徑積矢量方程式，取作質(zhì)徑積矢量多邊形如圖6-1（b）平衡孔質(zhì)量量得題6-2在圖示的轉(zhuǎn)子中，已知各偏心質(zhì)量m1=10kg，m2=15kg，m3=20kg，m4=10kg，它們的回轉(zhuǎn)半徑分別為r1=40cm，r2=r4=30cm，r3=20cm，又知各偏心質(zhì)量所在的回轉(zhuǎn)平面的距離為l12=l23=l34=30cm，各偏心質(zhì)量的方位角如圖。若置于平衡基面Ⅰ及Ⅱ中的平衡質(zhì)量mbⅠ及mbⅡ的回轉(zhuǎn)半徑均為50cm，試求mbⅠ及mbⅡ的大小和方位。解：解法一：先確定圓盤的各偏心質(zhì)量在兩平衡基面上大小根據(jù)動(dòng)平衡條件同理解法二：根據(jù)動(dòng)平衡條件由質(zhì)徑積矢量方程式，取作質(zhì)徑積矢量多邊形如圖6-2（b）題6-3圖示為一滾筒，在軸上裝有帶輪。現(xiàn)已測(cè)知帶輪有一偏心質(zhì)量m1=1kg；另外，根據(jù)該滾筒的結(jié)構(gòu)，知其具有兩個(gè)偏心質(zhì)量m2=3kg，m3=4kg，各偏心質(zhì)量的位置如圖所示（長(zhǎng)度單位為mm）。若將平衡基面選在滾筒的端面，兩平衡基面中平衡質(zhì)量的回轉(zhuǎn)半徑均取為400mm，試求兩平衡質(zhì)量的大小及方位。若將平衡基面Ⅱ改選為帶輪中截面，其他條件不變，；兩平衡質(zhì)量的大小及方位作何改變？解：(1)以滾筒兩端面為平衡基面時(shí)，其動(dòng)平衡條件為以，作質(zhì)徑積矢量多邊形，如圖6-3（a），(b)，則，，（2）以滾輪中截面為平衡基面Ⅱ時(shí)，其動(dòng)平衡條件為以，作質(zhì)徑積矢量多邊形，如圖6-3（c），(d)，則，題6-4如圖所示為一個(gè)一般機(jī)器轉(zhuǎn)子，已知轉(zhuǎn)子的重量為15kg。其質(zhì)心至兩平衡基面Ⅰ及Ⅱ的距離分別l1=100mm，l2=200mm，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n=3000r/min，試確定在兩個(gè)平衡基面Ⅰ及Ⅱ內(nèi)的需用不平衡質(zhì)徑積。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速提高到6000r/min時(shí)，許用不平衡質(zhì)徑積又各為多少？解：（1）根據(jù)一般機(jī)器的要求，可取轉(zhuǎn)子的平衡精度等級(jí)為G6.3，對(duì)應(yīng)平衡精度A=6.3mm/s(2)可求得兩平衡基面Ⅰ及Ⅱ中的許用不平衡質(zhì)徑積為(3)可求得兩平衡基面Ⅰ及Ⅱ中的許用不平衡質(zhì)徑積為題6-5在圖示的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，已知各構(gòu)件的尺寸為lAB=100mm，lBC=400mm；連桿2的質(zhì)量m2=12kg，質(zhì)心在S2處，lBS2=lBC/3；滑塊3的質(zhì)量m3=20kg，質(zhì)心在C點(diǎn)處；曲柄1的質(zhì)心與A點(diǎn)重合。今欲利用平衡質(zhì)量法對(duì)該機(jī)構(gòu)進(jìn)行平衡，試問(wèn)若對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行完全平衡和只平衡掉滑塊3處往復(fù)慣性力的50%的部分平衡，各需加多大的平衡質(zhì)量（取lBC=lAC=50mm），及平衡質(zhì)量各應(yīng)加在什么地方？解：（1）完全平衡需兩個(gè)平衡質(zhì)量，各加在連桿上C′點(diǎn)和曲柄上C″點(diǎn)處。平衡質(zhì)量的大小為（2）部分平衡需一個(gè)平衡質(zhì)量，應(yīng)加曲柄延長(zhǎng)線上C″點(diǎn)處。平衡質(zhì)量的大小為故平衡質(zhì)量為第七章機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)及其速度波動(dòng)的調(diào)節(jié)題7-1如圖所示為一機(jī)床工作臺(tái)的傳動(dòng)系統(tǒng)，設(shè)已知各齒輪的齒數(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，因?yàn)辇X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)慣量的等效原則，有題7-2已知某機(jī)械穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)其主軸的角速度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（該制動(dòng)器與機(jī)械主軸直接相聯(lián)，并取主軸為等效構(gòu)件）。設(shè)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Je及等效力矩Me均為常數(shù)，故可利用力矩形式的機(jī)械運(yùn)動(dòng)方程式其中：由于所以該制動(dòng)器滿足工作要求。題7-3圖a所示為一導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，設(shè)已知lAB=150mm，lAC=300mm，lCD=550mm，質(zhì)量為m1=5kg（質(zhì)心S1在A點(diǎn)），m2=3kg（質(zhì)心S2在B點(diǎn)），m3=10kg（質(zhì)心S3在lCD/2處），繞質(zhì)心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為JS1=0.05kg·m2，JS2=0.002kg·m2，JS3=0.2kg·m2，力矩M1=1000N·m，F(xiàn)3=5000N。若取構(gòu)件3為等效構(gòu)件，試求φ1=45°時(shí)，機(jī)構(gòu)的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Je3及等效力矩Me3。解：由機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖和速度多邊形如圖可得故以構(gòu)件3為等效構(gòu)件時(shí)，該機(jī)構(gòu)的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為等效力矩為題7-4在圖a所示的刨床機(jī)構(gòu)中，已知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，空程中曲柄的轉(zhuǎn)角φ1=120°。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=1440r/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）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?？傻茫?）最大盈虧功為（3）求飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量當(dāng)飛輪裝在曲柄軸上時(shí)，飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為當(dāng)飛輪裝在電機(jī)軸上時(shí)，飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為討論：由此可見(jiàn)，飛輪安裝在高速軸（即電機(jī)軸）上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量要比安裝在低速軸（即曲柄軸）上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小得多。題7-5某內(nèi)燃機(jī)的曲柄輸出力矩Md隨曲柄轉(zhuǎn)角的變化曲線如圖a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)一阻力為常數(shù)的機(jī)械時(shí)如果要求運(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，有解得2)求和作其系統(tǒng)的能量指示圖（圖b），由圖b知，在c處機(jī)構(gòu)出現(xiàn)能量最大值，即時(shí)，故這時(shí)3)求裝在曲軸上的飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量故題7-6圖a所示為某機(jī)械系統(tǒng)的等效驅(qū)動(dòng)力矩及等效阻抗力矩對(duì)轉(zhuǎn)角的變化曲線，為其變化的周期轉(zhuǎn)角。設(shè)己知各下尺面積為，，，，，，，而單位面積所代表的功為，試求系統(tǒng)的最大盈虧功。又如設(shè)己知其等效構(gòu)件的平均轉(zhuǎn)速為。等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為。試求該系統(tǒng)的最大轉(zhuǎn)速及最小轉(zhuǎn)速，并指出最大轉(zhuǎn)束及最小轉(zhuǎn)速出現(xiàn)的位置。解：1）求作此系統(tǒng)的能量指示圖（圖b），由圖b知：此機(jī)械系統(tǒng)的動(dòng)能最小及最大值分別出現(xiàn)在b及e的位置，即系統(tǒng)在及處，分別有及。2)求運(yùn)轉(zhuǎn)不均勻系數(shù)設(shè)求和第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)椋海?）當(dāng)極位夾角等于零時(shí)，就不存在急回運(yùn)動(dòng)如圖所示，（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(huà)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如圖所示，設(shè)己知四桿機(jī)構(gòu)各構(gòu)件的長(zhǎng)度為，,。試問(wèn):1)當(dāng)取桿4為機(jī)架時(shí)，是否有曲柄存在?2)若各桿長(zhǎng)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、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)，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),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。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(guò)其垂直于滑塊導(dǎo)路的兩位置時(shí)，則轉(zhuǎn)動(dòng)副A為周轉(zhuǎn)副，故桿AB為曲柄的條件是AB+e≤BC。(2)若偏距e=0,則桿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；小②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)；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，已知各構(gòu)件的尺寸為構(gòu)件AB為原動(dòng)件，沿順時(shí)針?lè)较騽蛩倩剞D(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(jiàn)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)，試證明若將固定鉸鏈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(kāi)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(jiàn)圖)。(開(kāi)啟時(shí)，爐門應(yīng)向外開(kāi)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(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(jiàn)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(保留作圖線)。作圖時(shí)將位置E1轉(zhuǎn)至位置E2，見(jiàn)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)。已知車門上鉸鏈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(kāi)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(lái)，使搖桿的三個(gè)已知位置、、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，本題實(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)，若已知滑塊和搖桿的對(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。解本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(wèn)題。此問(wèn)題可用反轉(zhuǎn)法求解。曲柄長(zhǎng)度22.2mm，連桿長(zhǎng)度52.2mm．見(jiàn)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(wèn)題，可分解為兩個(gè)四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)問(wèn)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)，具體作法如下圖所示。8-19現(xiàn)欲設(shè)計(jì)一四桿機(jī)構(gòu)翻書(shū)器。如圖所示，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(shū)。現(xiàn)已知固定鉸鏈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(shū)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)已知兩連架桿上標(biāo)線的對(duì)應(yīng)角度如圖所示，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（保留作圖線），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?lè)较?，與之相應(yīng)油門開(kāi)啟程度為0o(關(guān)閉)、14o、44o及60o(全開(kāi))四個(gè)狀態(tài)?，F(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(kāi)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?lè)较颍唬?）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：lAB=μl.AB=92mm,lAD=μl.AD=120mm,lBC=μl.BC=180mm,lCD=μl.CD=34mm;β1=92o,β2=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(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(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)，已知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)津本題屬于按行程速比系數(shù)K設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)問(wèn)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,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)，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,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(wèn)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如圖所示，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）如圖所示，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)已知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(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)合下列實(shí)際設(shè)計(jì)問(wèn)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(xiě)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(shū)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(dòng)能力的病人能自理用餐或自動(dòng)翻書(shū)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)動(dòng)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(dòng)的小孩“坐椅”或能使兩位、四位游客產(chǎn)生毛骨悚然的顫動(dòng)感覺(jué)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(wèn)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(jiàn)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?如何加以避免?題9-1圖答題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(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)，則需要考慮自鎖的問(wèn)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(wèn)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，擬采用推桿偏置的辦法來(lái)改善，問(wèn)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)，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(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，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(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)，則線段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。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(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?。?)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(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已知凸輪角速度為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。試選擇合適的推桿推程運(yùn)動(dòng)規(guī)律，以實(shí)現(xiàn)其最大加速度值最小，并畫(huà)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。試選擇合適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(huà)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，試選取合適的基圓半徑，并繪制凸輪的廓線。問(wèn)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)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?lè)较虻人俎D(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(wèn)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(wèn)題?若有，應(yīng)如何避免?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(wèn)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(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)，已知lOA=60mmr0=25mm，lAB=50mm，rr=8mm。凸輪順時(shí)針?lè)较虻人俎D(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作圖如圖所示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。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?lè)较蚧剞D(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。則可得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。則可得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本題的計(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?lè)较蜣D(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(kāi)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(méi)計(jì)凸輪槽展開(kāi)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(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)合輪系的定軸輪系部分和各基本周轉(zhuǎn)輪系部分?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)輪系部分中，在計(jì)算周轉(zhuǎn)輪系部分的傳動(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(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)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(duì)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)輪系部分的傳動(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基礎(chǔ)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“-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(méi)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(méi)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)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)，以達(dá)到自動(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)均為已知，試求傳動(dòng)比i1