機械設計基礎高教版課后習題答案

第1章機械設計概述

1.1機械設計過程通常分為哪幾個階段？各階段的主要內容是什么？

答：機械設計過程通?？煞譃橐韵聨讉€階段：

1.產品規(guī)劃主要工作是提出設計任務和明確設計要求。

2.方案設計在滿足設計任務書中設計具體要求的前提下，由設計人員構思出多種可行方案并進行分

析比較，從中優(yōu)選出一種功能滿足要求、工作性能可靠、結構設計可靠、結構設計可行、成本低廉的方案。

3.技術設計完成總體設計、部件設計、零件設計等。

4.制造及試驗制造出樣機、試用、修改、鑒定。

1.2常見的失效形式有哪兒種？

答：斷裂，過量變形，表面失效，破壞正常工作條件引起的失效等幾種。

1.3什么叫工作能力？計算準則是如何得出的？

答:工作能力為指零件在一定的工作條件下抵抗可能出現(xiàn)的失效的能力。對于載荷而言稱為承載能力。

根據(jù)不同的失效原因建立起來的工作能力判定條件。

1.4標準化的重要意義是什么？

答：標準化的重要意義可使零件、部件的種類減少，簡化生產管理過程，降低成本，保證產品的質量,

縮短生產周期。

第2章摩擦、磨損及潤滑概述

2.1按摩擦副表面間的潤滑狀態(tài)，摩擦可分為哪兒類？各有何特點？

答：摩擦副可分為四類：干摩擦、液體摩擦、邊界摩擦和混合摩擦。

干摩擦的特點是兩物體間無任何潤滑劑和保護膜，摩擦系數(shù)及摩擦阻力最大，磨損最嚴重，在接觸區(qū)

內出現(xiàn)了粘著和梨刨現(xiàn)象。液體摩擦的特點是兩摩擦表面不直接接觸，被液體油膜完全隔開，摩擦系數(shù)極

小，摩擦是在液體的分子間進行的，稱為液體潤滑。邊界摩擦的特點是兩摩擦表面被吸附在表面的邊界膜

隔開，但由于邊界膜較薄，不能完全避免金屬的直接接觸，摩擦系數(shù)較大，仍有局部磨損產生?；旌夏Σ?/p>

的特點是同時存在邊界潤滑和液體潤滑，摩擦系數(shù)比邊界潤滑小，但會有磨損發(fā)生。

2.2磨損過程分幾個階段？各階段的特點是什么？

答：磨損過程分三個階段，即跑合摩合磨損階段、穩(wěn)定磨損階段、劇烈磨損階段。各階段的特點是:

跑合磨損階段磨損速度由快變慢；穩(wěn)定磨損階段磨損緩慢，磨損率穩(wěn)定；劇烈磨損階段，磨損速度及磨損

率都急劇增大。

2.3按磨損機理的不同，磨損有哪兒種類型？

答：磨損的分類有磨粒磨損、粘著磨損、疲勞磨損點蝕、腐蝕磨損。

2.4哪種磨損對傳動件來說是有益的？為什么？

答：跑合磨損是有益的磨損，因為經(jīng)跑合磨損后，磨損速度減慢，可改善工作表面的性質，提高摩擦

副的使用壽命。

2.5如何選擇適當?shù)臐櫥瑒?/p>

答：選潤滑劑時應根據(jù)工作載荷、運動速度、工作溫度及其它工作條件選擇。

當載荷大時，選粘度大的潤滑油，如有較大的沖擊時選潤滑脂或固體潤滑劑。高速時選粘度小的潤滑

油，高速高溫時可選氣體潤滑劑；低速時選粘度小的潤滑油，低速重載時可選潤滑脂；多塵條件選潤滑脂,

多水時選耐水潤滑脂。

2.6潤滑油的潤滑方法有哪些？

答：油潤滑的潤滑方法有分散潤滑法和集中潤滑法。集中潤滑法是連續(xù)潤滑，可實現(xiàn)壓力潤滑。分散

潤滑法可以是間斷的或連續(xù)的。間斷潤滑有人工定時潤滑、手動油杯潤滑、油芯油杯潤滑、針閥油杯潤滑、

帶油潤滑、油浴及飛濺潤滑、噴油潤滑、油零潤滑等幾種。

2.7接觸式密封中常用的密封件有哪些？

答：接觸式密封常用的密封件有。形密封圈，J形、U形、V形、Y形、L形密封圈，以及氈圈。

2.8非接觸式密封是如何實現(xiàn)密封的？

答:非接觸式密封有曲路密封和隙縫密封，它是靠隙縫中的潤滑脂實現(xiàn)密封的。

第3章平面機構的結構分析

3.1機構具有確定運動的條件是什么？

答：機構的主動件數(shù)等于自由度數(shù)時，機構就具有確定的相對運動。

3.2在計算機構的自由度時，要注意哪些事項？

答：應注意機構中是否包含著復合校鏈、局部自由度、虛約束。

3.3機構運動簡圖有什么作用？如何繪制機構運動簡圖？

答（1）能拋開機構的具體結構和構件的真實外形，簡明地表達機構的傳動原理，并能對機構進行方

案討論和運動、受力分析。

（2）繪制機構運動簡圖的步驟如下所述：

①認真研究機構的結構及其動作原理，分清機架，確定主動件。

②循著運動傳遞的路線，搞清各構件間相對運動的性質，確定運動副的種類。

③測量出運動副間的相對位置。

④選擇視圖平面和比例尺，用規(guī)定的線條和符號表示其構件和運動副，繪制成機構運動簡圖。

3.4計算如題3.4圖所示各機構的自由度，并說明欲使其具有確定運動，需要有幾個原動件？

題3.4圖

答：a）〃=9,4=134=0代入式（3.1）中可得尸=3"-26-0=3x9-2x13-0=1

此機構要具有確定的運動，需要有一個原動件。

b）3處存在局部自由度，必須取消，即把滾子與桿剛化，則〃=3,4產3[=2代入式（3.1）中

可得產=3〃一2玲一為=3x3-2x3-2=l

此機構要具有確定的運動，需要有一個原動件。

c）n=5,k=7吊=0代入式（3.1）中可得/=3〃-2外一耳=3x5-2x7—0=1

此機構要具有確定的運動，需要有一個原動件。

3.5繪制如題3.5圖所示各機構的運動簡圖，并計算其自由度。

*>k,題3.5圖?>s題3.5答案圖

答：取〃L=0-001m/mm,繪制運動簡圖如題3.5答案圖所示：

圖a）：〃=3,耳=4PH=0,則尸=3〃—26—4=1；

圖b）：n-3,玲=4&=0,則Z7=3〃-2Q—耳=1。

3.6試計算如題3.6圖所示機構的自由度，并判斷該機構的運動是否確定（圖中繪有箭頭的構件為

原動件）。

a)b)c)

d)c)0

的h,題3.6圖

解：a)：n=7,片=10PH=0?F=3n-2Pl-PH=3x7-2xl61運動確定。

b)n=5,Q=7%=0.F=3”—2弓一耳=3x5—2x7=1運動確定

c)zi=7,P=L10PHl=i0oLF=3Hn-2P.-PH=3x7-2xl31運動確定

d)n=4,Q=4耳=2。尸=3"-2"—4=3x4-2x4-2=2運動確定。

e)n=3,P.=4PH=0o尸=3〃一26一4=3*3-2、4=1運動確定。

f)n=5,玲=7%=0。尸=3n—2"-%=3x5—2x7=1運動確定。

g)〃=9,a=12PH=2oF=311-2^-PH=3x9-2xl22=1運動確定

h)n=9,玲=12%=0。尸=3〃—2耳一耳=3x9—2x12=3運動確定。

3.7試問如題3.7圖所示各機構在組成上是否合理？如不合理，請針對錯誤提出修改方案。

對于題3.7圖a的機構，在。處改為一個滑塊，如題3.7圖a所示。

對于題3.7圖b的機構，在構件4上增加一個轉動副，如題3.7答案圖b所示；或在構件4的。處添加

--滑塊，如題3.7答案圖c所示。

題3.7答案圖

第4章平面連桿機構

4.1機構運動分析時的速度多邊形與加速度多邊形特性是什么？

答：同一構件上各點的速度和加速度構成的多邊形與構件原來的形狀相似，且字母順序一致。

4.2為什么要研究機械中的摩擦？機械中的摩擦是否全是有害的？

答：機械在運轉時，其相鄰的兩構件間發(fā)生相對運動時，就必然產生摩擦力，它一方面會消耗一部分

的輸入功，使機械發(fā)熱和降低其機械效率，另一方面又使機械磨損，影響了機械零件的強度和壽命，降低

了機械工作的可靠性，因此必須要研究機械中的摩擦。

機械中的摩擦是不一定有害的，有時會利用摩擦力進行工作，如帶傳動和摩擦輪傳動等。

4.3何謂摩擦角？如何確定移動副中總反力的方向？

答(1)移動或具有移動趨勢的物體所受的總反力與法向反力之間的夾角稱為摩擦角°。

(2)總反力與相對運動方向或相對運動趨勢的方向成一鈍角90°+。，據(jù)此來確定總反力的方向。

4.4何謂摩擦圓？如何確定轉動副中總反力的作用線？

答(1)以轉軸的軸心為圓心，以P(P=%)為半徑所作的圓稱為摩擦圓。

(2)總反力與摩擦圓相切，其位置取決于兩構件的相對轉動方向，總反力產生的摩擦力矩與相對轉

動的轉向相反。

4.5從機械效率的觀點看，機械自鎖的條件是什么？答：機械自鎖的條件為〃40。

4.6連桿機構中的急回特性是什么含義？什么條件下機構才具有急回特性？

答(1)當曲柄等速轉動時，搖桿來回搖動的速度不同，返回時速度較大。機構的這種性質，稱為機

構的急回特性。通常用行程速度變化系數(shù)K來表示這種特性。

(2)當時，則K>1,機構具有急回特性。

4.7校鏈四桿機構中曲柄存在的條件是什么？曲柄是否一定是最短桿？

答(1)最長桿與最短桿的長度之和小于或等于其余兩桿長度之和；最短桿或相鄰桿應為機架。

(2)曲柄不一定為最短桿，如雙曲柄機構中，機架為最短桿。

4.8何謂連桿機構的死點？舉出避免死點和利用死點的例子。

答(1)主動件通過連桿作用于從動件上的力恰好通過其回轉中心時的位置，稱為連桿機構的死點位

置。

(2)機車車輪在工作中應設法避免死點位置。如采用機車車輪聯(lián)動機構，當一個機構處于死點位置時，

可借助另一個機構來越過死點；飛機起落架是利用死點工作的，當起落架放下時，機構處于死點位置，使

降落可靠。

4.9在題4.9圖示中，已知機構的尺寸和相對位置，構件1以等角速度阻逆時針轉動，求圖示位置C

點和D點的速度及加速度，構件2的角速度和角加速度。

解：取長度比例尺，繪制簡圖如題4.9答案圖a所示。

b

題4.9答案圖

解（i）速度分析。

①求Vg.由圖可知，VB^CDXAB,方向垂直于AB,指向與外的轉向一致。

②求因8點與C點同為構件2上的點，故有：

=口3+Vg

大??？助（48?

方向水平1AB1BC

取速度比例尺4（w%m）,作速度矢量圖如題4.9答案圖6所示，則外代表汽；友代表丫山，其大

小為vc=4,,pc,vCB=?heo

③求g。因%B=①2/BC，則02=~方向為順時針轉。

IBC

④求功。因為8、C、。為同一構件上的三點，所以可利用速度影像原理求得d點，連接為代表％

如題4.9答案圖b所示，其大小為vD=pd,方向同pd。

（2）加速度分析。

①求即O。由已知條件可知：端D=31：./no方向為6-4；4D=0。

②求與。根據(jù)相對運動原理，可選立下列方程式

-H乙Z:c-H

au==a上C-/saCB

2r

大??？。匕Bg??

方向水平BfACTB1BC

m/s

取加速度比例尺也,（Xm）,作加速度矢量如題4.9答案圖c,則由代表a%,而代表a%。

由圖可知，%=〃"?02’方向同p'c'（水平向左）；a'CB=jua-c"c',方向同c"c'。

alCB,則a?="=喏（方向為逆時針）

③求a2。因4B=2

④求aD。

+ci'gu+a'Du大小？

"Q="A十^DB+C'I>13="u

2i2i

G].①2」DB9-P'c'g-1os?

方向？B-^ADTBIBC漉DTCIBC

作矢量圖，如題4.9答案圖c所示,可見”小代表4。

由圖可見，?D=A?,P'd'>方向同p'd'。

4.10如題4.10圖所示的較鏈四桿機構中，已知

30mm,lnr=7OL5mmCLz,lrn=32mmt\U,Ln=80mm,

構件1以等角速度助=10rad/s順時針轉動?，F(xiàn)已作出該瞬時的速度多邊形（題4.10圖b）和加速度多邊形

（題4.10圖c）。試用圖解法求：（1）構件2上速度為零的點E的位置，并求出該點的加速度（2）為

加速度多邊形中各矢量標注相應符號：（3）求構件2的角加速度的。

題4.10圖

解：取〃,=0.01%m，作結構簡圖，如題4.10答案圖

a所示。

（1）求勾件2上速度為零的點E及E點的加速度七。

題4.10答案圖

②VB°匕=魴（B=10x0.03=0.3/，方向如題4.10答案圖a所示,且_LAJ5。

②求vc。丫。=-4-

大小？0.3%？

方向水平LAB1BC

取4=0.01嗎*,，作速度矢量圖如題4.10答案圖b所示。

因女=0,故在速度圖中，e與極點p相重合，即三角符號Ap左為△BCE的影像，其作圖過程為:

過8點作BE_L環(huán)，過C點作CE,五，其交點即為E點，如題4.10答案圖a所示。

③求力？、傷及%;。

由圖用知，vCB=M，*bc—0.01x33=0.33%,%=4'P。=0.01x38=0.38%。

又因VCB=①24BC，匕=LD

ra

則ice=22L=4.4y,方向為逆時針。

2L0.075人

ocC

上=_2^_=U88ra）,方向為逆時針。

3lCD0.032人

1

czc=a二+a；=ciH+a..+acB

大小啰3%口？例①?，CB?

方向CTDLCDACTBIBC

取〃“=0.1%,作加速度矢量圖，如題4.10答案圖c所示，則淳代表外。

1c，

ac=/z(/-pc)=0.1x45=4.5^/2，方向P?

④求心。利用加速度影像原理，即Ab'c'e'sABCE。作圖過程為：作

Zc'b'e'=NBCE,Zc'b"e'=NCBE,其交點即為e',則再代表aE。

(2)各矢量標準符號如題4.10答案圖c所示。

(3)求構件2的角加速度a?。

由圖可知，a%=4.7萬=61x68.5=6.85%,又因a%=%4B，則

6.85=214.H%

0.032

4.11如題4.11圖所示為一四桿機構，設已知/0B=2/。A=400mm,Lc=650mm,

lAB=350mm,(yt=120rad/min,求當。1A平行于且垂直于時的％和氣。

。梃

題4.11圖

解：取M=0.01%m，畫出機構的位置圖，如題4.11答案圖a所示。

題4.11答案圖

(1)速度分析。

120

①求匕,。匕4=四乙。|=---x0.2=0.4m/s,方向垂直于。14。

②求唳。因B點與A點同為構件2上的點，故有：

大??？0.4?

方向1O2BLOtA±AB

取速度比例尺四,=0.01m%m，作速度矢量如題4.11答案圖b所示，由圖可知:

vB=vA=Pa=Pb

③求匕。因為“=以，所以構件2在此瞬時作平動，即％=「=以=P。，

gj=0%=?包幺=”迎3%

^O2B^O2B0”

方向為順時針轉。

（2）加速度分析。

1

n八2

①求知。由已知條件可知:a=（而產*0.2=0.8%,方向Af。廠

A=魴OyA

4=0。

②求%。根據(jù)相對運動原理，可建立下列方程式

=a

aB=aB+aB.A+BA.+aBA

大小？CD}?l0li?0.80?

方向？BTO?LO2BBfO]IBA

取〃"=0.025%,作加速度矢量圖如題4.11答案圖c所示，則而代表許。

③求外。根據(jù)影像原理可得出：BA:AC=b'a':a'c',作圖如題4.11答案圖c所示，可得出再代

ac=na-pc'=0.025x47=1.18,方向垂直向下。

4.12如題4.12圖所示為擺動導桿機構，設已知L=60mm,幾=120mm,曲柄AB以等角速度

叼=30rad/s順時針轉動。求：（1）當N84C=90°時，構件3的角速度g和角加速度％；（2）當

NA8C=90°時，構件3的角速度03和角加速度；（3）當NA8C=180°（B點轉于AC之間）時，構件3

的角速度必和角加速度4。

解（1）當ZBAC=90°時，取〃L=0。03%1m，畫出機構的位置圖，如題4/2答案圖（一）a所示。

方向IBC1ABBC

取從=0.06%m，作速度矢量圖如題4.12答案圖（一）b所示，由圖可知：花代表以3

則

_v_pb3H_12x0.06

B35.33rad/方向為順時針，且①2=g。

BCBC"i45X0.003

②求c

a3

=k

aB3+aB?a32+a+aB3B2(2)

9

大小*」BC?①：，AB2g丫&通

方向BTCIBC6-AIBCBC

式中=?；?/8c=5.33x45x0.03=7.20%

=助2?=302x0.06=54哽

aB2IAB

或以=2g也4j=2x5.33x27x0.06=17.3%^

=2CO2-vBBi

取〃"=l%m，作加速度矢量圖如題412答案圖（一）C所示，由圖可知：4）；代表砧，將

移至B點，得：幺=世,J30.05x1=222.6ra%

345X0.003/S

lBCBCM

方向為逆時針轉。

（2）當NA8C=900時，取〃L=0.003%m，畫出機構的位置圖，如題4.12答案圖（二）。所示。

題4.12答案圖（二）

①求取,。依據(jù)矢量方程（1），作速度矢量圖如題4.12答案圖（二）b所示，取4=0Q6‘%m。由

圖可知：82%代表加B,，〃4=0，貝Ug=O。

②求二3。依據(jù)矢量方程（2）,作加速度矢量圖如題4.12答案圖（二）c所示，取4=l^Nm。由

圖可知：4"%'代表O］，則/廿霎六彘/352”%

方向為逆時針轉。

（3）當NA8C=180°時，畫出機構的位置圖，如題4.12答案圖（三）a所示。

題4.12答案

①求口3。依據(jù)矢量方程（1），作速度矢量圖如題4.12答案圖（三）b所示，取

4=0.06%^。由圖可知：甌代表以孫，又打、打重合，則以必=°，兩代表也，則

口/=他4=.30*806=3（）ra%方向為逆時針轉。

lBCBC/JL20X0.003

②求&3。依據(jù)矢量方程（2）,作加速度矢量如題4.12答案圖（三）C所示，取H=l%m。由圖

可知：因b：、b；重合，v'B3=0,貝ija,=0。

4.13如題4.13圖所示，設已知以1=200mm,構件逆時針轉動，助=30也％而，求以及許。

77>74題4.13圖

解：取〃L=0?005%m，畫出機構的位置圖，如題4.13答案圖a所示。

題4.13答案圖

（1）速度分析（求V）。

5f2,即5=以2電/帖=孟'0.2=0.1%，方向垂直于。田。

=丫人二+"心人2

0.1?

方向水平10,A鉛垂

取4=0.005作速度矢量圖如題413答案圖b所示，由圖可知：話代表也；記代表丫隊,

則vB=7&//v=14.5x0.005=0.073%方向為水平。

（2）加速度分析（求）。

kZ-

-23=々AN++

大??？幼,2g?丫時?

方向水平A->01水平向右垂直

...2,f3oV

式中=［而）x0.2=0.05%

a%=2x靜8x0.005=0.04%

BA2=2外=232。

取4=0.00125,作加速度矢量圖如題4.13答案圖C所示，由圖可知：萍代表狐，則

a=//（（-7^=0.00125x5=0.00625%方向為水平向右。

4.14如題4.14圖所示為-機床的矩形-V形導軌，已知拖板1的運動方向垂直于紙面，重心在S處，兒何尺

寸如圖所示，各接觸面間的滑動摩擦系數(shù)/=0.1。求V形導軌處的當量摩擦系數(shù)￡。

題4.14圖

解：作用于導軌上壓力為“、叱。卬=叱+嗎根據(jù)力矩平衡條件可知：叱=嗎

作用在左右導軌上的摩擦力為￡、F2F]=f.Wl=-fW

居=/?』一=—!—f-W所以F=1f

2sin45°2sin45"vsin45J

4.15如題4.15圖所示，已知x=250mm,y=200mm,用為驅動力，工為工作阻力，轉動副A、8的

軸頸半徑為r,當量摩擦系數(shù)為力，滑動摩擦系數(shù)為/，忽略各構件的重力和慣性力。試作出各運動副中

總反力的作用線。

答（1）求跖、可；。忽略各構件的重量和慣性力，桿2為二力桿，作用在桿2上的兩個力耳；和

二應等值、共線、反向。當考慮摩擦后，該二力不通過較鏈中心，而與摩擦圓相切?；瑝K3向下移動，

連桿2與垂直導路的夾角a增大，連桿2相對于滑塊3的轉速。23為順時針方向。所以，品對軸心產生

的摩擦力矩為逆時針方向。因而532應切于摩擦圓上方。同時，滑塊1左移，，角減小，6y21為順時針方

向，所以我R32對軸心產生的摩擦力為逆時針方向。因而”12應切于摩擦圓下方。由于“與不應共線，

因此，它們的作用線應是A、B兩點摩擦圓的內公切線，如題4.15答案圖所示。

尸出,且三力匯交于一點。543與滑

塊3的速度E的夾角大于90°,如題4.15答案所示。

（3）求篇。取滑塊1為單元體，其上作用力為瓦、用工、%，且三力匯交于一點，%與7的

夾角大于90°,如題4.15答案圖所示。

4.16-錢鏈四桿機構中，已知=500mm,岫=350mm,/A0=300mm,4。為機架。試問：

（1）若此機構為雙曲柄機構，且AB為曲柄，求/"的最大值。

（2）若此機構為雙曲柄機構，求乙8的最小值。

（3）若此機構為雙搖桿機構，求4B的取值范圍。

解：結構簡圖如題4.16答案圖所示。

（1）若為曲柄拴桿機構，則AB為最短，且lAB+lBC<l.D+lCD

代入已知量求解得lAB<150mm,則配的最大值為150mm。

（2）若為雙曲柄機構，則AD應為最短，且：

①當AB為最長時，由于/4。+L+18，可得出*W550mm。

②當AB不是最長時，由于/旬+//4的+/。，可得出2450mm

要滿足上述二種情況，注的最小值應為450mm.

（3）若為雙搖桿機構，則只能是不滿足桿長之和的條件，即為最短桿與最長桿長度之和大于其它兩桿

長度之和。

①當心為最短時，由于心+/g>&>+/。，可得出&?>150mm；

②當加為最長時，由于如+4c>“）+Q），可得出兀>150mm，又由于如<為+/+兒，可

得出lAB<1150mmo

③當，AD<IBA<時，由于+”BC>IBA+1cD9可得出【AB<450mm

要滿足上述三種情況，IAB的取值范圍為150mme<450mm或550mm<L?<1150mm。

4.17已知校鏈四桿機構（如題4.17圖所示）各構件的氏度，試問：

（1）這是錢鏈四桿機構基本形式中的何種機構？

（2）若以AB為原動件，此機構有無急回特性？為什么？

（3）當以AB為原動件時，此機構的最小傳動角出現(xiàn)在機構何位置（在圖上標出）？

題4.17圖

答（1）因為/AB+'CV/AO+JD，且又以最短桿AB的鄰邊為機架，則此機構為曲柄搖桿機構。

（2）有。因為以AB為原動件時，此機構為曲柄搖桿機構。

（3）匕“而出現(xiàn)在曲柄與機架共線時的位置，如題4.17答案圖所示，取比例尺〃工=“Cl%1m'由

圖可得出匕加=180。_6或者k

4.18如題4.18圖所示的偏置曲柄滑塊機構，已知行程速度變化系數(shù)K=1.5,滑塊行程人=50mm,偏距

e=20mm,試用圖解法求：

（1）曲柄長度/"和連桿長度

（2）曲柄為原動件時機構的最大壓力角和最大傳動角r。

（3）滑塊為原動件時機構的死點位置。

K+1

作圖如題4.18答案所示，取ML=im%m，可測得：

ACj=27mm;AC2=70mmo又Q+b=AC2/-。=4G，代入AG、AC2值后，聯(lián)立求得：

a=21.5mm,Z?=48.5mm。

（說明：設A8=〃，3c=6。將原位置圖旋轉180°后作圖）

題4.18答案圖

結論：=〃,,《=1x21.5=21.5mmLr=u,b=1x48.5=48.5mm

（2）求amax和vax。由圖可知：a=arcsin‘土、‘呻

‘BC

當°=90°時，a為最大值，即a=arcsini也叫_arcsjn2吐21?5=58.8°

/48.5

當夕=270°時-，a為最小值，即

,e+Z?-sin270°.120-21.51

arcsin----A--------=arcsin----------1.77°

LBC48.5

k=90fM=90；1.77°=88.23。

（3）滑塊為原動件時，機構的死點位置為A&G和A仄G。

4.19設計欽鏈四桿機構（如題4.19圖所示），已知機架長/m=600mm,要求兩連架桿的三組對應位置

為：%=130°和%=110°、％=80°和k=70°、（P,=45°和％=30°，連架桿AB的長度lAB=200mm,,

連架桿CD上的標線DE的長度可取為lDE=400mm，試設計此四桿機構。

解（1）取〃L=0-01%m，按給定條件作出AB、DE的三組位置，并連接。生和。鳥。

（2）用反轉法將。生、。鳥分別繞D點反轉%—%=40',%=80°,得出當'、B；點、。

（3）分別作用鳥'、與3；垂直平分線矩、43交于G點，連接AB?。，即為該較鏈四桿機構，如

題4.19答案圖所示。

__題4.19答案圖

（4）由題4.19答案圖測得：函=70mm,布=25mm。桿8C、CD的長度展、/圓為

lBC=?4=70x10=700mm

lCD=G。/zL=25x10=250mm

4.20如題4.20圖示所示為一雙聯(lián)齒輪變速裝置，用拔叉DE操縱雙聯(lián)齒輪移動?，F(xiàn)擬設計一四桿機構

ABCD操縱拔叉的擺動。己知條件是：機架lAD=100mm,較鏈A、D的位置如題4.20圖所示，拔叉滑塊

行程為30mm,拔叉尺寸/9=入”=4011101,固定軸心D在拔叉滑塊行程的垂直等分線上。又在此四桿機

構ABCD中構件AB為手柄，當手柄垂直向上位于A4位置時，拔叉處于其位置，當手柄A4逆時針轉過

。=90°處于水平位置AB2時;拔叉處于與位置。試設計此四桿機構。

解：如題4.20答案圖所示，取〃1=0002%^^，利用剛化反轉法，連接AC?，令AC?繞A點反轉。

角得點，作CC；的垂直平分線，交位置1于4點，連接ABCEI即為該四桿機構。由題4.20答案圖測

AB〕=11mm,B.C,=52mm

"lAB=〃[_?AB]=2x11=22mm

lBC=4?BC=2x52=104mm

題4.20答案圖

5.1滾子從動件盤形凸輪的基圓半徑如何度量？

答：是在理論輪廓上度量的。

5.2平底垂直于導路的直動從動件盤形凸輪機構的壓力角等于多大？設計凸輪機構時，對壓力角有什么

要求？

答(1)等于零。

(2)從傳力合理，提高傳動效率來看，壓力角越小越好。設計時規(guī)定：tzmax<[a]

5.3凸輪機構常用的四種從動件運動規(guī)律中，哪種運動規(guī)律有剛性沖擊？哪些運動規(guī)律有柔性沖擊？哪

種運動規(guī)律沒有沖擊？如何來選擇從動件的運動規(guī)律？

答：勻速運動規(guī)律有剛性沖擊；等加速-等減速和余弦加速度運動規(guī)律有柔性沖擊；正弦加速度運動規(guī)

律沒有沖擊。

在選擇從動件的運動規(guī)律時，應根據(jù)機器工作時的運動要求來確定。

5.4工程上設計凸輪機構時，其基圓半徑一般如何選??？

答：先根據(jù)結構條件初定基圓半徑匕。若出現(xiàn)則需增大基圓半徑小再重新進行設計。

5.5如題5.5圖所示為尖頂直動從動件盤形凸輪機構的運動圖線，但圖題5.5給出的運動線圖尚不完全,

試在圖上補全各段的曲線，并指出哪些位置有剛性沖擊，哪些位置有柔性沖擊。

題5.5圖

答(1)補全各段的曲線，如題5.5答案圖所示。

(2)在0、b、c、e、處有剛性沖擊；在a、d處有柔性沖擊。

5.6試作圖法法設計一個對心直動從動件盤形凸輪。已知理論輪廓基圓半徑二=50mm,滾子半徑

/=15mm,凸輪順時針勻速轉動。當凸輪轉過120°時，從動件以等速運動規(guī)律上升30mm；再陡過150°時,

從動件以余弦加速度運動規(guī)律回到原位；凸輪轉過其余90°時，從動件靜止不動。

解：取/=0-002%m。

(1)繪制s-夕⑺曲線，如題5.6答案圖a所示，并將推程、回程各分為6等份。

(2)以相同的比例繪制凸輪基圓及從動件的初始位置，如題5.6答案圖b所示。

題5.6答案圖

(3)在題5.6答案圖b上，按逆時針方向(-⑼畫出推程角120°,回程角150°,近休止角90°,并在

相應段與位移線圖對應劃分為6等份，得分點G、C2,C3……。

(4)過各分點作徑向線，并從基圓上的點c、。2、G……。開始向外量取相應的位移量得用、

;l

B3……，即B￡=Tr,B2B2=22,B3B3=33……得到反轉后滾子中心的位置。

(5)將用、―、B3……連成光滑曲線，得凸輪理論輪廊〃。

(6)以〃上各點為圓心，萬為半徑作一系列圓，此圓的包絡線為凸輪的實際輪廊乙'，如題5.6答案圖

b所示。

5.7用作圖法求出下列各凸輪從如題5,7所示位置轉到B點而與從動件接觸時凸輪的轉角0。(可在題

5.7圖上標出來)。

如題5.7答案圖

5.8用作圖法求出下列各凸輪從如題5.8圖所示位置轉過45°后機構的壓力角a。(可在題5.8圖上標出

來)

a)b)c)d)

如題5.8答案圖

5.9在如題5.9圖所示偏置直動滾子從動件盤形凸輪機構中，已知圓盤半徑R,圓心與轉軸中心間的距

離0A=R/2,偏距e=OA/0,滾子半徑為不。

(1)求在如題5.9圖所示位置(夕=45°)時機構的壓力角。

(2)如分別增大半徑k、偏距e、圓心與轉軸中心間的距離0A(三個數(shù)值每次只改變一個)，試問從動

件的上升距離和壓力角有無變化？為什么？

D

解(1)因二者接觸點的法線OB與Q方向一致，故a=0°。

(2)如題5.9答案圖所示，設在某瞬時，從動件占據(jù)位置H。由圖可知。a=NOO'P。

當叫增大時，。'點上移至。‘‘使得a角減??；

當e增大時，NOO'P增大，。增大；

當OA增大時?，a不變。從動件的上升距離是不變化的。

5.10-對心直動滾子從動件盤形凸輪機構，凸輪順時針勻速轉動，基圓半徑〃=40mm,行程

h=20mm,滾子半徑阡=10mm,推程運動角。=120°,從動件按正弦加速度規(guī)律運動，試用極坐標法

求出凸輪轉角夕=30°、60。、90"時凸輪理論輪廊與實際輪廓上對應點的坐標。

(P1./2

解：當從動件按正弦加速度規(guī)律運動時，它的位移方程為5=〃------sin(—好—)

。2乃°

當夕=30°、60°、90°時的位移號、S2、S3分別為

2萬?嗎

釬2。生」制至當“82mm=20空-Lw=10.00mm

1120°2乃120°12002)120

曠2。sin(生也)=18.18mm

3120°2乃120°

(1)用極標法求理論輪廊上對應點的坐標值。

選取凸輪轉軸中心為坐標原點，OX通過從動件的運動起始點，則理論輪廊上某點的極坐標方程為

,p=dg+s)2+/

0=(p+P-13a

因該凸輪機構為對心直動從動件，故5。=匚、e=0、B=o、A=o

P=n+s

可求得

\0=(p

當夕=30°時:8=r+S[=40+1.82=41.82mme、=(p\=30

當夕=60°時：0=r+.?2=40+10.00=50.00mm4=%=60°

當夕=90°時:P3-r+$3=40+18.18=58.18mm4二%=90

(2)用極坐標方法出實際輪廓上對應點的坐標值。

極坐標方程為!PT=J/+$-24cos2式中:a=arctan細蚓-

d.r=0+/\0pd0/d（p

根據(jù)題意可得出石arctan也也=aean止竺史

pP

當夕=30。時：，

4=arctan當1-COS爭.]）Z,82=12.87"

2乃216/41.82

,TT.

當夕=60"時：1202乃7T/o

4=arctan互?（1-cos互4）100G=20.92

,TT.

當夕=90。時：.,2042兀兀、/

4=arctan巨.（jos巨方）/818=9.33

_TT_

式41：△。=arctan—飛-

p-%cos2

10sinl2.8T

當9=30°時:△4=arctan=3.97°

41.82-10cosl2.87°

10sin20.92°

當夕=60°時:A

02-arctan=5.20°

50-lOcos20.92°

"=arctan—仆——]92°

當夕=900時:A1”933=

358.18-10cos9.33°

2

pT1=VPi+^-2^1^008^

因此可得出當°=30°時:

=V41.822+102-2X41.82X10XCOS12.87C

=32.15mm

匹=4+