机械原理学习-答案资料8-11章.doc
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1、/第第 8 章课后习题参考答案章课后习题参考答案8-l 铰链四杆机构中,转动副成为周转副的条件是什么?在下图所示四杆机构 ABCD中哪些运动副为周转副?当其杆 AB 与 AD 重合时,该机构在运动上有何特点?并用作图法求出杆 3 上 E 点的连杆曲线。答:转动副成为周转副的条件是:(1)最短杆与最长杆的长度之和小于或等于其他两杆长度之和;(2)机构中最短杆上的两个转动副均为周转副。图示 ABCD 四杆机构中 C、D 为周转副。当其杆 AB 与 AD 重合时,杆 BE 与 CD 也重合因此机构处于死点位置。8-2 曲柄摇杆机构中,当以曲柄为原动件时,机构是否一定存在急回运动,且一定无死点?为什么
2、?答:机构不一定存在急回运动,但一定无死点,因为:(1)当极位夹角等于零时,就不存在急回运动如图所示,(2)原动件能做连续回转运动,所以一定无死点。8-3 四杆机构中的极位和死点有何异同?8-4 图 a 为偏心轮式容积泵;图 b 为由四个四杆机构组成的转动翼板式容积泵。试绘出两种泵的机构运动简图,并说明它们为何种四杆机构,为什么?解 机构运动简图如右图所示,ABCD 是双曲柄机构。/因为主动圆盘 AB 绕固定轴 A 作整周转动,而各翼板 CD 绕固定轴 D 转动,所以 A、D 为周转副,杆 AB、CD 都是曲柄。8-5 试画出图示两种机构的机构运动简图,并说明它们各为何种机构。图 a 曲柄摇杆
3、机构图 b 为导杆机构。8-6 如图所示,设己知四杆机构各构件的长度为240amm,600b mm,400,500cmm dmm。试问:1)当取杆 4 为机架时,是否有曲柄存在? 2)若各杆长度不变,能否以选不同杆为机架的办法获得双曲柄机构和双摇杆机构?如何获得? 3)若 a、bc 三杆的长度不变,取杆 4 为机架,要获得曲柄摇杆机构,d 的取值范围为何值? : /解 (1)因 a+b=240+600=840900=400+500=c+d 且最短杆 1 为连架轩故当取杆 4 为机架时,有曲柄存在。 (2)、能。要使此此机构成为双曲柄机构,则应取 1 杆为机架;两使此机构成为双摇杆机构,则应取杆
4、 3 为机架。(3)要获得曲柄摇杆机构, d 的取值范围应为 440760mm。8-7 图示为一偏置曲柄滑块机构,试求杆 AB 为曲柄的条件。若偏距 e=0,则杆 AB为曲柄的条件是什么? 解 (1)如果杆 AB 能通过其垂直于滑块导路的两位置时,则转动副 A 为周转副,故杆 AB 为曲柄的条件是 AB+eBC。(2)若偏距 e=0, 则杆 AB 为曲柄的条件是 ABBC8-8 在图所示的铰链四杆机构中,各杆的长度为1l28mm,2l52mm, 3l50mm,4l72mm,试求:1)当取杆 4 为机架时,该机构的极位夹角、杆 3 的最大摆角、最小传动角min和行程速比系数 K;2)当取杆 1
5、为机架时,将演化成何种类型的机构?为什么?并说明这时 C、D 两个转动副是周转副还是摆转副;/3)当取杆 3 为机架时,又将演化成何种机构?这时 A、B 两个转动副是否仍为周转副?解 (1)作出机构的两个极位,如图, 并由图中量得:=18.6,=70.6, min=22.7 18018018.612.318018018.6k (2)由 l1+l4 l2+l3 可知图示铰链四杆机构各杆长度符合杆长条件;小最短杆 l 为机架时,该机构将演化成双曲柄机构;最短杆 1 参与构成的转动副 A、B 都是周转副而 C、D 为摆转副;(3)当取杆 3 为机架时,最短杆变为连杆,又将演化成双摇杆机构,此时A、B
6、 仍为周转副。/8-9 在图示的连杆机构中,已知各构件的尺寸为160,ABlmmBCl260,mm200,CDlmm80,ADlmm构件 AB 为原动件,沿顺时针方向匀速回转,试确定:1)四杆机构 ABCD 的类型;2)该四杆机构的最小传动角min;3)滑块 F 的行程速比系数 K。/解 (1)由 lAD+lBC408-25 图示为一牛头刨床的主传动机构,已知 lAB=75 mm,lDE=100 mm,行程速度变化系数 K=2,刨头 5 的行程 H=300 mm。要求在整个行程中,推动刨头 5 有较小的压力角,试设计此机构。解 先算导杆的摆角12118018060121k k/取相应比例尺 l
7、作图,由图可得导杆机构导杆和机架的长度为:LCD=l.CD=300mm, lAC=l.AC=150mm;导杆端点 D 的行程 D1D2=E1E2=H/l为了使推动刨头 5 在整行程中有较小压力角,刨头导路的位置 h 成为H=lCD(1+cos(/2)/2=300(1+cos(60/2)/2=279.9mm点津 本题属于按行程速比系数 K 设计四杆机构问题,需要注意的是:导杆 CD的最大摆角与机构极位夹角相等:因 H=300mm,且要求在整个行中刨头运动压力角较小。所以取 CD1=CD2=300mm, 则 D1D2=H=300mm。8-26 某装配线需设计一输送工件的四杆机构,要求将工件从传递带
8、 C1经图示中间位置输送到传送带 C2上。给定工件的三个方位为:M1(204,-30),21=0;M2(144,80),22=22 ;M3(34,100),23=68 。初步预选两个固定铰链的位置为 A(0,0)、D(34,一 83)。试用解析法设计此四杆机构。/解 由题可知, 本题属于按预定的连杆位置用解析法设汁四杆机构问题,N=3,并已预选 xA, yA和 xD, yD坐标值,具体计算过程略。8-27 如图所示,设要求四杆机构两连架杆的三组对应位置分别为:135,150,280,275,3125,3105。试以解析法设计此四杆机构。解:(1)将 , 的三组对应值带入式(8-17) (初选
9、0=0=0)Cos(+0)=p0cos(+0)+p1cos(+0)-(+0)+p2得 012012012cos35cos50cos(5035 )cos80cos75cos(7580 )cos125cos105cos(105125 )ppppppppp 解之得(计算到小数点后四位)p0=1.5815, p1=-1.2637, p2=1.0233(2)如图所示,求各杆的相对长度,得 n=c/a=p0=1.5815, l=-n/p=1.251522 21 21.5831mlnlp (3)求各杆的长度:得 d=80.00a=d/l=80/1.2515=63.923mm/b=ma=1.583163.92
10、3=101.197mmc=na=1.585163.923=101.094mm8-28 试用解析法设计一曲柄滑块机构,设已知滑块的行程速度变化系数 K=15,滑块的冲程 H=50 mm,偏距 e=20 mm。并求其最大压力角 max。解:计算11.5 11801803611.5 1k k 并取相应比例尺 l 根据滑块的行程 H 作出极位及作 圆,作偏距线,两者的交点即铰链所在的位置,由图可得:lAB=l. (AC2-AC1)/2 =17mm, lBC=l. (AC2+AC1)/2=36mm8-29 试用解析法设计一四杆机构,使其两连架杆的转角关系能实现期望函数y=,lz10。8-30 如图所示,
11、已知四杆机构。ABCD 的尺寸比例及其连杆上 E 点的轨迹曲线,试按下列两种情况设计一具有双停歇运动的多杆机构:1)从动件摇杆输出角为 45:/2)从动件滑块输出行程为 5 倍曲柄长度。8-31 请结合下列实际设计问题,选择自己感兴趣的题目,并通过需求背景调查进一步明确设计目标和技术要求,应用本章或后几章所学知识完成相应设计并编写设计报告。1)结合自己身边学习和生活的需要,设计一折叠式床头小桌或晾衣架,或一收藏式床头书架或脸盆架或电脑架等;2)设计一能帮助截瘫病人独自从轮椅转入床上或四肢瘫痪已失去活动能力的病人能自理用餐或自动翻书进行阅读的机械;3)设计适合老、中、青不同年龄段使用并针对不同职
12、业活动性质(如坐办公室人员运动少的特点)的健身机械;4)设计帮助运动员网球或乒乓球训练的标准发球机或步兵步行耐力训练,或空军飞行员体验混战演习训练(即给可能的飞行员各方位加一个重力),或宇航员失重训练(即能运载一人并提供一个重力加速度)的模拟训练机械;5)设计放置在超市外投币式的具有安全、有趣或难以想像的运动的小孩“坐椅”或能使两位、四位游客产生毛骨悚然的颤动感觉的轻便“急动”坐车。/第 9 章课后参考答案9-1 何谓凸轮机构传动中的刚性冲击和柔性冲击?试补全图示各段s一、v一、一曲线,并指出哪些地方有刚性冲击,哪些地方有柔性冲击?答 凸轮机构传动中的刚性冲击是指理论上无穷大的惯性力瞬问作用到
13、构件上,使构件产生强烈的冲击;而柔性冲击是指理论上有限大的惯性力瞬间作用到构件上,使构件产生的冲击。s-, v-, a- 曲线见图。在图 9-1 中 B,C 处有刚性冲击,在 0,A,D,E 处有柔性冲击。92 何谓凸轮工作廓线的变尖现象和推杆运动的失真现象?它对凸轮机构的工作有何影响?如何加以避免?答 在用包络的方法确定凸轮的工作廓线时,凸轮的工作廓线出现尖点的现象称为变尖现象:凸轮的工作廓线使推杆不能实现预期的运动规律的现象件为失真现象。avs 03/3/23/43/52题 9-1 图/变尖的工作廓线极易磨损,使推杆运动失真使推杆运动规律达不到设计要求,因此应设法避免。变尖和失真现象可通过
14、增大凸轮的基圆半径减小滚子半径以及修改推杆的运动规律等方法来避免。93 力封闭与几何封闭凸轮机构的许用压力角的确定是否一样?为什么?答 力封闭与几何封闭凸轮机沟的许用压力角的确定是不一样的。因为在回程阶段-对于力封闭的凸轮饥构,由于这时使推杆运动的不是凸轮对推杆的作用力 F,而是推杆所受的封闭力其不存在自锁的同题,故允许采用较大的压力角。但为使推秆与凸轮之间的作用力不致过大。也需限定较大的许用压力角。而对于几何形状封闭的凸轮机构,则需要考虑自锁的问题。许用压力角相对就小一些。94 一滚子推杆盘形凸轮机构,在使用中发现推杆滚子的直径偏小,欲改用较大的滚子?问是否可行?为什么?答 不可行。因为滚子
15、半径增大后。凸轮的理论廓线改变了推杆的运动规律也势必发生变化。95 一对心直动推杆盘形凸轮机构,在使用中发现推程压力角稍偏大,拟采用推杆偏置的办法来改善,问是否可行?为什么?答 不可行。因为推杆偏置的大小、方向的改变会直接影响推杆的运动规律而原凸轮机构推杆的运动规律应该是不允许擅自改动的。9-6 在图示机构中,哪个是正偏置?哪个是负偏置?根据式(9-24)说明偏置方向对凸轮机构压力角有何影响?/答 由凸轮的回转中心作推杆轴线的垂线得垂足点,若凸轮在垂足点的速度沿推杆的推程方向刚凸轮机构为正偏置反之为负偏置。由此可知在图示机沟中,两个均为正偏置。由22 0/tan ()ds deres 可知在其
16、他条件不变的情况下。若为正偏置(e 前取减号)由于推程时(ds/d)为正式中分子 ds/d-edsd。故压力角增大。负偏置时刚相反,即正偏置会使推程压力角减小,回程压力角增大;负偏置会使推程压力角增大,回程压力角减小。97 试标出题 96a 图在图示位置时凸轮机构的压力角,凸轮从图示位置转过 90后推杆的位移;并标出题 96b 图推杆从图示位置升高位移 s 时,凸轮的转角和凸轮机构的压力角。解 如图 (a)所示,用直线连接圆盘凸轮圆心 A 和滚子中心 B,则直线 AB 与推杆导路之间所夹的锐角为图示位置时凸轮机构的压力角。以 A 为圆心, AB 为半径作圆, /得凸轮的理论廓线圆。连接 A 与
17、凸轮的转动中心 O 并延长,交于凸轮的理论廓线于C 点。以 O 为圆心以 OC 为半径作圆得凸轮的基圆。以 O 为圆心, 以 O 点到推杆导路的距离 OD 为半径作圆得推杆的偏距圆;。延长推杆导路线交基圆于 G-点,以直线连接 OG。过 O 点作 OG 的垂线,交基圆于 E 点。过 E 点在偏距圆的下侧作切线切点为 H 点交理论廓线于 F 点,则线段 EF 的长即为凸轮从图示位置转过 90后推杆的位移 s。方法同前,在图 (b)中分别作出凸轮的理论廓线、基圆、推杆的偏距圆。延长推杆导路线交基圆于 G 点,以直线连接 OG。以 O 为圆心,以滚子中心升高 s 后滚子的转动中心 K 到 O 点的距
18、离 OK 为半径作圆弧,交理论廓线于 F 点。过 F 点作偏距圆的切线,交基圆于 E 点,切点为 H。则GOE 为推杆从图示位置升高位移 s 时-凸轮的转角,AFH 为此时凸轮机构的压力角。(a) (b)/98 在图示凸轮机构中,圆弧底摆动推杆与凸轮在 B 点接触。当凸轮从图示位置逆时针转过 90。时,试用图解法标出:1)推杆在凸轮上的接触点;2)摆杆位移角的大小;3)凸轮机构的压力角。解 如图所示,以 O 为圆心,以 O 点到推杆转动中心 A 的距离 AO 为半径作圆,得推杆转动中心反转位置圆。过 O 点怍 OA 的垂线,交推杆转动中心反转位置圆于 D 点。以 O为圆心以 O点到推杆圆弧圆心
19、 C 的距离 CO为半径作圆得凸轮的理/论廓线。以 O 为圆心,作圆内切于凸轮的理论廓线圆,得凸轮的基圆。以 D 为圆心,以 AC 为半径作圆弧,交凸轮的理论廓线于 E 点,交凸轮的圆于G 点。用直线连接 EO ,交凸轮的实际廓线于 F 点,此即为推杆在凸轮上的接触点;而GDE 即为摆杆的位移角;过 E 点并垂直于 DE 的直线与直线 EF 间所夹的锐角即为此时凸轮机构的压力角。99 已知凸轮角速度为 15 rads,凸轮转角0 150 时,推杆等速上升16mm; 150 180时推杆远休,180 300时推杆下降 16mm;300 360时推杆近休。试选择合适的推杆推程运动规律,以实现其最大
20、加速度值最小,并画出其运动线图。解 推杆在推程及回程段运动规律的位移方程为:(1)推程:s=h0 01 50(2)回程:等加速段 s=h 一 2h202 060等减速段 s=2h(一 )202 60120/计算各分点的位移值如表 93:根据表 9-3 可作所求图如下图:910 设计一凸轮机构,凸轮转动一周时间为 2 s。凸轮的推程运动角为 60,回程运动角为 150。 ,近休止运动角为 150。推杆的行程为 15 mm。试选择合适的推杆升程和回程的运动规律,使得其最大速度值最小,并画出运动线图。9 一 11 试设计一对心直动滚子推杆盘形凸轮机构,滚子半径 r,=10 mm,凸轮以等角速度逆时针
21、回转。凸轮转角 =0120 时,推杆等速上升 20 mm;=120180 时,推杆远休止;=180270 时,推杆等加速等减速下降 20 /mm;=270:360 时,推杆近休止。要求推程的最大压力角 。 。30,试选取合适的基圆半径,并绘制凸轮的廓线。问此凸轮机构是否有缺陷,应如何补救。9 一 12 试设计一个对心平底直动推杆盘形凸轮机构凸轮的轮廓曲线。设已知凸轮基圆半径 rn=30 mm,推杆平底与导轨的中心线垂直,凸轮顺时针方向等速转动。当凸轮转过 1201r 推杆以余弦加速度运动上升 20。 。 ,再转过 150 时,推杆又以余弦加速度运动回到原位,凸轮转过其余 90 时,推杆静止不动
22、。问这种凸轮机构压力角的变化规律如何?是否也存在自锁问题?若有,应如何避免?解 推杆在推程及回程运动规律的位移方程为(1)推程S=h1-cos(/0)/2: 0120(2)回程S=h1+cos(/0)/2 01 50计算各分点的位移值如表 9-4l:根据表 9-4 可作所求图如下图:/这种凸轮机构的压力角为一定值,它恒等于平底与导路所夹锐角的余角与其他因素无关。这种凸轮机构也会是存在自锁问题,为了避免自锁在设计时应该在结构许可的条件下,尽可能取较大的推杆导路导轨的长度。并尽可能减小推 gan 9 的悬臂尺寸。9 一 13 一摆动滚子推杆盘形凸轮机构(参看图 923),已知 lOA=60 mmr
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