機(jī)械原理第七版西北工業(yè)大學(xué)習(xí)題答案特別全答案詳解.doc

第二章 平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析題2-1 圖a所示為一簡易沖床的初擬設(shè)計(jì)方案。設(shè)計(jì)者的思路是：動力由齒輪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，以達(dá)到?jīng)_壓的目的。試?yán)L出其機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖（各尺寸由圖上量?。治鍪欠衲軐?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)動簡圖。(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)活動件，故 原動件數(shù)不等于自由度數(shù)，此簡易沖床不能運(yùn)動，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)動副B、C、D組成不能運(yùn)動的剛性桁架。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)活動構(gòu)件和一個(gè)低副，或用一個(gè)高副來代替一個(gè)低副。(1) 在構(gòu)件3、4之間加一連桿及一個(gè)轉(zhuǎn)動副(圖2-1b)。(2) 在構(gòu)件3、4之間加一滑塊及一個(gè)移動副(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。在齒輪5上開有凸輪輪凹槽，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。同時(shí)，又通過偏心輪1、連桿2、滑桿3使C軸上下移動。最后通過在擺桿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。試?yán)L制其機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖，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，與外環(huán)2固連在一起的滑閥3在可繞固定軸心C轉(zhuǎn)動的圓柱4中滑動。當(dāng)偏心輪1按圖示方向連續(xù)轉(zhuǎn)動時(shí)，可將設(shè)備中的空氣按圖示空氣流動方向從閥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)動簡圖，并計(jì)算其自由度。解：1)取比例尺,繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖。(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)動簡圖（以手指8作為相對固定的機(jī)架），并計(jì)算其自由度。解：1)取比例尺,繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖。(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)動簡圖和計(jì)算其自由度，并作出大腿彎曲90度時(shí)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖。解：1)取比例尺,繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖。大腿彎曲90度時(shí)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖如虛線所示。(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)動式四缸活塞空氣壓縮機(jī)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖。并計(jì)算其機(jī)構(gòu)的自由度（圖中凸輪1原動件，當(dāng)其轉(zhuǎn)動時(shí)，分別推動裝于四個(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。圖上AB=BC=CD=AD）。解：1)取比例尺,繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖。(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，并就剎車過程說明此機(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，并人說明如何來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相對機(jī)架只能在該平面的x、y方向移動，而其余方向的相對獨(dú)立運(yùn)動都被約束，故公共約束數(shù),為4族平面機(jī)構(gòu)。 將移動副改為圓柱下刨，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，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，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)動簡圖，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為原動件，試問組成此機(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)為二級機(jī)構(gòu)。3)取構(gòu)件GE為原動件時(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)接于固定臺板1和活動臺板5上，兩者在D處鉸接，使活動臺板能相對于固定臺板轉(zhuǎn)動。又通過件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)接使活動臺板實(shí)現(xiàn)收放動作。在圖示位置時(shí)，雖在活動臺板上放有較重的重物，活動臺板也不會自動收起，必須沿箭頭方向推動件2，使鉸鏈B、D重合時(shí)，活動臺板才可收起（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)動簡圖，并計(jì)算其自由度。解：1)取比例尺,繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖。(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。 第三章 平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析題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）為求傳動比需求出如下三個(gè)瞬心、如圖3-2所示。3）傳動比計(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，2=10rad/s，試用瞬心法求：1） 當(dāng)=165時(shí)，點(diǎn)C的速度Vc；2） 當(dāng)=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??；3） 當(dāng)Vc=0時(shí)，角之值（有兩個(gè)解）解：1) 以選定比例尺,繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖。(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P13點(diǎn)引BC線延長線的垂線交于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、原動件1以等角速度1順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動。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)件的尺寸及原動件1的角速度1（為常數(shù)），試以圖解法求1=90時(shí)，構(gòu)件3的角速度3及角加速度3（比例尺如圖）。（應(yīng)先寫出有關(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2) 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1=10rad/s回轉(zhuǎn)，試用圖解法求機(jī)構(gòu)在1=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)動簡圖。(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，原動件1以等角速度1=10rad/s回轉(zhuǎn)，試以圖解法求點(diǎn)C在1=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，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)動簡圖。(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1=5rad/s逆時(shí)針方向回轉(zhuǎn)，試用圖解法求機(jī)構(gòu)在1=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)動簡圖。(圖3-9 (a)解法一：速度分析：先確定構(gòu)件3的絕對瞬心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)已知原動件1以等角速度1順時(shí)針方向回轉(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)動簡圖。(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所示的擺動式飛剪機(jī)用于剪切連續(xù)運(yùn)動中的鋼帶。設(shè)機(jī)構(gòu)的尺寸為lAB=130mm，lBC=340mm，lCD=800mm。試確定剪床相對鋼帶的安裝高度H（兩切刀E及E應(yīng)同時(shí)開始剪切鋼帶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1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)動簡圖。(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)動簡圖可得 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，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)動的齒輪3嚙合（滾子5用來保證兩者始終嚙合），固聯(lián)于輪3的雨刷3作往復(fù)擺動。設(shè)機(jī)構(gòu)的尺寸為lAB=18mm，；輪3的分度圓半徑r3=lCD=12mm，原動件1以等角速度1=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)動簡圖。(圖3-12 )在圖中作出齒條2和齒輪3嚙合擺動時(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。若兩活塞的相對移動速度分別為，試求當(dāng)兩活塞的相對移動位移分別為時(shí)（以升降臺位于水平且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)動簡圖。(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=0.0425kgm2，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)動簡圖。(圖4-1(a) )2）運(yùn)動分析：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=。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)動簡圖及受力 圖見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圖4-2（b）得（b）作壓力機(jī)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖及受力圖見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圖4-2（d）得(c) 對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)合移動副，拖板的運(yùn)動方向垂直于紙面；圖b所示為由轉(zhuǎn)動軸1與軸承2組成的復(fù)合轉(zhuǎn)動副，軸1繞其軸線轉(zhuǎn)動?，F(xiàn)已知各運(yùn)動副的尺寸如圖所示，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)動副的摩擦圓半徑。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。對于左端其當(dāng)量摩擦系數(shù) ，摩擦力摩擦力矩對于右端其當(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)動副A及B上所畫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.，各相對角速度和運(yùn)動副總反力方向如下圖題4-6 圖示為一擺動推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)，凸輪1沿逆時(shí)針方向回轉(zhuǎn)，F(xiàn)為作用在推桿2上的外載荷，試確定在各運(yùn)動副中總反力（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)動副B處摩擦角為=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，1=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)1=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)動簡圖。2）運(yùn)動分析：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)針方向。題4-10 在圖a所示的雙缸V形發(fā)動機(jī)中，已知各構(gòu)件的尺寸如圖（該圖系按比例尺1=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1轉(zhuǎn)動，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)等于零的原理來求解，可以不需要解出各運(yùn)動副中的反力，使求解簡化。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)針方向。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)動副中的總反力的方位如圖5-2所示。（2）以推桿為研究對象的平衡方程式如下： （3）以凸輪為研究對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，1，2減小，L增大，則效率增大，由于是變化的，瞬時(shí)效率也是變化的。題5-3解:該系統(tǒng)的總效率為 電動機(jī)所需的功率為題5-4解：此傳動屬混聯(lián)。第一種情況：PA = 5 kW, PB = 1 kW輸入功率 傳動總效率 電動機(jī)所需的功率第二種情況：PA = 1 kW, PB = 5 kW輸入功率 傳動總效率 電動機(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 若楔塊不自動松脫，則應(yīng)使即得自鎖條件為：解法三：根據(jù)運(yùn)動副的自鎖條件來確定。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)動力）作用而沿水平面移動的滑塊。故只要FR23作用在摩擦角之內(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)動力。用三種方法來解，可以了解求解這類問題的不同途徑。第六章 機(jī)械的平衡題6-1圖示為一鋼制圓盤，盤厚b=50mm，位置處有一直徑=50mm的通孔，位置處是一質(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。若置于平衡基面及中的平衡質(zhì)量mb及mb的回轉(zhuǎn)半徑均為50cm，試求mb及mb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)動平衡條件 同理 解法二：根據(jù)動平衡條件由質(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?，F(xiàn)已測知帶輪有一偏心質(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時(shí)，其動平衡條件為以，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)心至兩平衡基面及的距離分別l1=100mm，l2=200mm，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n=3000r/min，試確定在兩個(gè)平衡基面及內(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)子的平衡精度等級為G6.3 ，對應(yīng)平衡精度A = 6.3 mm/s(2) 可求得兩平衡基面及中的許用不平衡質(zhì)徑積為(3) 可求得兩平衡基面及中的許用不平衡質(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)量法對該機(jī)構(gòu)進(jìn)行平衡，試問若對機(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)及其速度波動的調(diào)節(jié)題7-1如圖所示為一機(jī)床工作臺的傳動系統(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)動慣量J1、J2、J2、J3，因?yàn)辇X輪1直接裝在電動機(jī)軸上，故J1中包含了電動機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量，工作臺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)動慣量Je。解：根據(jù)等效轉(zhuǎn)動慣量的等效原則，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s=100rad/s，機(jī)械的等效轉(zhuǎn)動慣量Je=0.5Kgm2，制動器的最大制動力矩Mr=20Nm（該制動器與機(jī)械主軸直接相聯(lián)，并取主軸為等效構(gòu)件）。設(shè)要求制動時(shí)間不超過3s，試檢驗(yàn)該制動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)動方程式 其中：由于 所以該制動器滿足工作要求。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)動慣量為JS1=0.05kgm2，JS2=0.002kgm2，JS3=0.2kgm2，力矩M1=1000Nm，F(xiàn)3=5000N。若取構(gòu)件3為等效構(gòu)件，試求1=45時(shí)，機(jī)構(gòu)的等效轉(zhuǎn)動慣量Je3及等效力矩Me3。解：由機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡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1=120。當(dāng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)轉(zhuǎn)不均勻系數(shù)=0.05時(shí)，試確定電動機(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)動慣量JF（略去各構(gòu)件的重量和轉(zhuǎn)動慣量）：1）飛輪裝在曲柄軸上；2）飛輪裝在電動機(jī)軸上，電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)速nn=1440r/min。電動機(jī)通過減速器驅(qū)動曲柄。為簡化計(jì)算減速器的轉(zhuǎn)動慣量忽略不計(jì)。解：（1）根據(jù)在一個(gè)運(yùn)動循環(huán)內(nèi)，驅(qū)動功與阻抗功應(yīng)相等。可得（2）最大盈虧功為（3）求飛輪轉(zhuǎn)動慣量當(dāng)飛輪裝在曲柄軸上時(shí)，飛輪的轉(zhuǎn)動慣量為當(dāng)飛輪裝在電機(jī)軸上時(shí)，飛輪的轉(zhuǎn)動慣量為討論：由此可見，飛輪安裝在高速軸（即電機(jī)軸）上的轉(zhuǎn)動慣量要比安裝在低速軸（即曲柄軸）上的轉(zhuǎn)動慣量小得多。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)動周期，曲柄的平均轉(zhuǎn)速，當(dāng)用該內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動一阻力為常數(shù)的機(jī)械時(shí)如果要求運(yùn)轉(zhuǎn)不均勻系數(shù)，試求：1) 曲軸最大轉(zhuǎn)速和相應(yīng)的曲柄轉(zhuǎn)角位置；2) 裝在曲軸上的飛輪轉(zhuǎn)動慣量（不計(jì)其余構(gòu)件的轉(zhuǎn)動慣量）。解: 1)確定阻抗力矩因一個(gè)運(yùn)動循環(huán)內(nèi)驅(qū)動功應(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)動慣量故題7-6 圖a所示為某機(jī)械系統(tǒng)的等效驅(qū)動力矩及等效阻抗力矩對轉(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) 3) 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(shí)，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(gè)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(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)以曲柄為原動件時(shí)，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(shí)，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(gè)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(shí)，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(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(shí)，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(shí)，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(shí)，將演化成何種類型的機(jī)構(gòu)?為什么?并說明這時(shí)C、D兩個(gè)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(shí)，又將演化成何種機(jī)構(gòu)?這時(shí)A、B兩個(gè)轉(zhuǎn)動副是否仍為周轉(zhuǎn)副?解 (1)怍出機(jī)構(gòu)的兩個(gè)極位，如圖, 并由圖中量得： =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(shí)，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(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為原動件，沿順時(shí)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(shí)的位置。見圖并量得min=12(3)作出滑塊F的上、下兩個(gè)極位及原動件AB與之對應(yīng)的兩個(gè)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(shí)，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(shí)，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(shí)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(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，開啟時(shí)為位置E2。試設(shè)計(jì)一個(gè)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(shí)，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(shí)，爐門應(yīng)有一個(gè)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(shí)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(gè)已知位置、和滑塊的三個(gè)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(shí)針轉(zhuǎn)過12=60 時(shí)，構(gòu)件3順時(shí)針轉(zhuǎn)過=45 恰與x軸重合。此時(shí)，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(gè)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(shí)，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(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時(shí)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(gè)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(shí)，桿MAB相對應(yīng)的轉(zhuǎn)角分別為0、32、52及63(逆時(shí)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(gè)狀態(tài)。現(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(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(shí)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(gè)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(gè)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(shí)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(gè)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(gè)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(gè)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(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