西北工業(yè)大學(xué)機(jī)械原理課后答案第8章

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)動副為周轉(zhuǎn)副?當(dāng)其桿AB與AD重合時，該機(jī)構(gòu)在運(yùn)動上有何特點(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(jī)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(jī)構(gòu)中C、D為周轉(zhuǎn)副。當(dāng)其桿AB與AD重合時，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)以曲柄為原動件時，機(jī)構(gòu)是否一定存在急回運(yùn)動，且一定無死點(diǎn)?為什么?答：機(jī)構(gòu)不一定存在急回運(yùn)動，但一定無死點(diǎn)，因?yàn)椋海?）當(dāng)極位夾角等于零時，就不存在急回運(yùn)動如圖所示，（2）原動件能做連續(xù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動，所以一定無死點(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為由四個四桿機(jī)構(gòu)組成的轉(zhuǎn)動翼板式容積泵。試?yán)L出兩種泵的機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖，并說明它們?yōu)楹畏N四桿機(jī)構(gòu)，為什么?解 機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖如右圖所示，ABCD是雙曲柄機(jī)構(gòu)。因?yàn)橹鲃訄A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(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖，并說明它們各為何種機(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)件的長度為，,。試問:1)當(dāng)取桿4為機(jī)架時，是否有曲柄存在? 2)若各桿長度不變，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、bc三桿的長度不變，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=840900=400+500=c+d且最短桿 1為連架軒故當(dāng)取桿4為機(jī)架時，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440760mm。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能通過其垂直于滑塊導(dǎo)路的兩位置時，則轉(zhuǎn)動副A為周轉(zhuǎn)副，故桿AB為曲柄的條件是AB+eBC。(2)若偏距e=0, 則桿AB為曲柄的條件是ABBC 8-8 在圖所示的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，各桿的長度為， ，試求:1)當(dāng)取桿4為機(jī)架時，該機(jī)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(dāng)取桿1為機(jī)架時，將演化成何種類型的機(jī)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(dāng)取桿3為機(jī)架時，又將演化成何種機(jī)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(jī)構(gòu)的兩個極位，如圖, 并由圖中量得： =18.6,=70.6, min=22.7 (2)由l1+l4 l2+l3可知圖示鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)各桿長度符合桿長條件；小最短桿l為機(jī)架時，該機(jī)構(gòu)將演化成雙曲柄機(jī)構(gòu)；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(dāng)取桿3為機(jī)架時，最短桿變?yōu)檫B桿，又將演化成雙搖桿機(jī)構(gòu)，此時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為原動件，沿順時針方向勻速回轉(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傳動角最小時的位置。見圖并量得min=12(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=47。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(jī)構(gòu)當(dāng)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(dǎo)軌共線的兩位置之一傳動角最大，max=90 ； 在曲柄與機(jī)架共線的兩位置之一傳動角最小，min=arcos(LAB/lBC)。8-11正弦機(jī)構(gòu)(圖8一15b)和導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)(圖822a)中，當(dāng)以曲柄為主動件時，最小傳動角min為多少?傳動角按什么規(guī)律變化?解 min=90； 傳動角恒定不變。8-12圖示為偏置導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，試作出其在圖示位置時的傳動角以及機(jī)構(gòu)的最小傳動角及其出現(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 傳動角以及機(jī)構(gòu)最小傳動角及其出現(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: ABAC 8-13如圖857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，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)動連續(xù)性要求。 答 因這時機(jī)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(shí)驗(yàn)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(jì)一個四桿機(jī)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)生干涉。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(jī)構(gòu)在E2位置的運(yùn)動簡圖，見下圖，并從圖中量得 lAB=l.AB=95 mm lAD=l.AD =335mm lCD=l.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)動圖(保留作圖線)。作圖時將位置E1轉(zhuǎn)至位置E2，見圖并量得 lAB=l.AB=92.5 mm lBC=lBC=l 27.5 rnm lCD=l.CD=262.5 mn 8-15 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，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=115 ，AB1/C1C2，lBC=400 mm，1C1C2=550 mm , 試求構(gòu)件AB的長度，驗(yàn)算最小傳動角，并繪出在運(yùn)動中車門所占據(jù)的空間(作為公共汽車的車門，要求其在啟閉中所占據(jù)的空間越小越好。 8-16 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，使搖桿的三個已知位置、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(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)定對應(yīng)位置設(shè)計(jì)四扦機(jī)構(gòu)的同題。具體作圖過程如下圖所示。連桿的長度為lEF=lE2F2= l 30 mm。 8-17 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應(yīng)位置為S1=36mm，S12=8mm，S23=9 mm ; 12=25 ，23=35 ，搖桿的第位置在鉛垂方向上?；瑝K上鉸鏈點(diǎn)取在B點(diǎn)，偏距e=28 mm, 試確定曲柄和連桿長度。解 本題屬于按兩連架軒預(yù)定的對應(yīng)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)問題。此問題可用反轉(zhuǎn)法求解。曲柄長度22.2mm，連桿長度52.2 mm見圖中標(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)原動件l自y軸順時針轉(zhuǎn)過12=60 時，構(gòu)件3順時針轉(zhuǎn)過=45 恰與x軸重合。此時，滑塊6自E1點(diǎn)移動到E2點(diǎn)，位移s12=20 mm。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)問題，可分解為兩個四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)問題。對于搖桿滑塊機(jī)構(gòu)CDE的設(shè)計(jì)，就是確定活動鉸鏈C的位置，可用反轉(zhuǎn)法設(shè)汁，具體作法如下圖所示。 對于鉸鏈四扦機(jī)構(gòu)ABCD的設(shè)計(jì)就是確定活動鉸鏈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)翻書器。如圖所示，當(dāng)踩動腳踏板時，連桿上的肘點(diǎn)自M，移至M：就可翻過一頁書?，F(xiàn)已知固定鉸鏈A、D的位置，連架桿AB的長度及三個位置以及描點(diǎn)M的三個位置。試設(shè)計(jì)該四桿機(jī)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=44mm 8-20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)動過程中的五個位置，其參數(shù)如表83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(jī)構(gòu)ABCD來實(shí)現(xiàn)夾持動作。設(shè)已知兩連架桿上標(biāo)線的對應(yīng)角度如圖所示，試確定該四桿機(jī)構(gòu)各桿的長度。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桿的三對對應(yīng)位置。此機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)簡要步驟如圖（保留作圖線），機(jī)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(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)動的油門踏板OI驅(qū)動可實(shí)現(xiàn)油門踏板與油門的協(xié)調(diào)配合動作。當(dāng)油門踏板的轉(zhuǎn)角分別為0、5、15及20時，桿MAB相對應(yīng)的轉(zhuǎn)角分別為0、32、52及63(逆時針方向)，與之相應(yīng)油門開啟程度為0(關(guān)閉)、14、44及60(全開)四個狀態(tài)?，F(xiàn)設(shè)lAD=120 mm，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1及2的大小(當(dāng)踏板轉(zhuǎn)20時，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)角與油門開啟角相同，故四桿機(jī)構(gòu)ABCD兩連架桿AB及CD的三對對應(yīng)角12=32 , 12=14 ; 13=52 , 13=44 , 14=63 , 14=60 ；且均為逆時針方向；（2）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=l.AB=92mm, lAD=l.AD=120mm, lBC=l.BC=180mm, lCD=l.CD=34mm; 1=92, 2=102 8-23 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的長行程速比系數(shù)K=1.5，機(jī)架AD的長度為，搖桿的一個極限位置與機(jī)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(jì)算 再以相應(yīng)比例尺l.作圖可得兩個解：(1) lAB=l. (AC2-AC1)/2 =49.5mm, lBC=l. (AC2+AC1)/2=119.5mm(2) lAB=l. (AC1-AC2)/2 =22mm, lBC=l. (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，顎板長度lCD=300 mm顎板擺角=35，曲柄長度lAD=80 mm。求連桿的長度，并驗(yàn)算最小傳動角min是否在允許的范圍內(nèi)。解：先計(jì)算取相應(yīng)比例尺l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，同時以F為圓心2FC2為半徑作圓，兩圓交于點(diǎn)E，作C2E的延長線與圓s1的交點(diǎn)，即為鉸鏈A的位置。由圖知： lBC=l. AC1+lAB=310mmmin=45>40 8-25圖示為一牛頭刨床的主傳動機(jī)構(gòu)，已知lAB=75 mm，lDE=100 mm，行程速度變化系數(shù)K=2，刨頭5的行程H=300 mm。要求在整個行程中，推動刨頭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l作圖，由圖可得導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)導(dǎo)桿和機(jī)架的長度為： LCD=l.CD=300mm, lAC=l.AC=150mm;導(dǎo)桿端點(diǎn)D的行程 D1D2=E1E2=H/l為了使推動刨頭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(/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)問題，需要注意的是：導(dǎo)桿CD的最大擺角與機(jī)構(gòu)極位夾角相等：因H=300mm，且要求在整個行中刨頭運(yùn)動壓力角較小。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。給定工件的三個方位為：M1(204，-30)，21=0；M2(144，80)，22=22 ；M3(34，100)，23=68 。初步預(yù)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(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)問題，N=3，并已預(yù)選xA, yA和xD, yD坐標(biāo)值，具體計(jì)算過程略。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, 的三組對應(yīng)值帶入式（8-17）（初選0=0=0）Cos(+0)=p0cos(+0)+p1cos(+0)-(+0)+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，求各桿的相對長度，得n=c/a=p0=1.5815, l=-n/p=1.2515 （3）求各桿的長度：得d=80.00 a=d/l=80/1.2515=63.923mm b=ma=1.583163.923=101.197mm c=na=1.585163.923=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=15，滑塊的沖程H=50 mm，偏距e=20 mm。并求其最大壓力角max。解：計(jì)算并取相應(yīng)比例尺l根據(jù)滑塊的行程H作出極位及作圓，作偏距線，兩者的交點(diǎn)即鉸鏈所在的位置，由圖可得：lAB=l. (AC2-AC1)/2 =17mm, lBC=l. (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=，lz10。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)動的多桿機(jī)構(gòu)： 1)從動件搖桿輸出角為45： 2)從動件滑塊輸出行程為5倍曲柄長度。8-31請結(jié)合下列實(shí)際設(shè)計(jì)問題，選擇自己感興趣的題目，并通過需求背景調(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)知識完成相應(yīng)設(shè)計(jì)并編寫設(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能力的病人能自理用餐或自動翻書進(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不同職業(yè)活動性質(zhì)(如坐辦公室人員運(yùn)動少的特點(diǎn))的健身機(jī)械； 4)設(shè)計(jì)幫助運(yùn)動員網(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重力)，或宇航員失重訓(xùn)練(即能運(yùn)載一人并提供一個重力加速度)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)動的小孩“坐椅”或能使兩位、四位游客產(chǎn)生毛骨悚然的顫動感覺的輕便“急動”坐車。