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1、（机械制造行业）机械设计基础1-1至1-4解 机构运动简图如下图所示。 图 1.11 题1-1解图图1.12 题1-2解图 图1.13 题1-3解图 图1.14 题1-4解图 1-5 解 1-6 解 1-7 解 1-8 解 1-9 解 1-10 解 1-11 解 1-12 解 1-13解 该导杆机构的全部瞬心如图所示，构件 1、3的角速比为： 1-14解 该正切机构的全部瞬心如图所示，构件 3的速度为：，方向垂直向上。 1-15解 要求轮 1与轮2的角速度之比，首先确定轮1、轮2和机架4三个构件的三个瞬心，即，和，如图所示。则：，轮2与轮1的转向相反。 1-16解 （ 1）图a中的构件组合的自
2、由度为： 自由度为零，为一刚性桁架，所以构件之间不能产生相对运动。 （ 2）图b中的 CD 杆是虚约束，去掉与否不影响机构的运动。故图 b中机构的自由度为： 所以构件之间能产生相对运动。题 2-1答 : a ），且最短杆为机架，因此是双曲柄机构。 b ），且最短杆的邻边为机架，因此是曲柄摇杆机构。 c ），不满足杆长条件，因此是双摇杆机构。 d ），且最短杆的对边为机架，因此是双摇杆机构。 题 2-2解 : 要想成为转动导杆机构，则要求与均为周转副。 （ 1 ）当为周转副时，要求能通过两次与机架共线的位置。 见图 2-15 中位置和。 在中，直角边小于斜边，故有：（极限情况取等号）； 在中，直
3、角边小于斜边，故有：（极限情况取等号）。 综合这二者，要求即可。 （ 2 ）当为周转副时，要求能通过两次与机架共线的位置。 见图 2-15 中位置和 。 在位置时，从线段来看，要能绕过点要求：（极限情况取等号）； 在位置时，因为导杆是无限长的，故没有过多条件限制。 （ 3 ）综合（ 1 ）、（ 2 ）两点可知，图示偏置导杆机构成为转动导杆机构的条件是： 题 2-3 见图 2.16 。 图 2.16 题 2-4解 : （ 1 ）由公式，并带入已知数据列方程有： 因此空回行程所需时间； （ 2 ）因为曲柄空回行程用时， 转过的角度为， 因此其转速为：转 / 分钟 题 2-5 解 : （ 1 ）由题
4、意踏板在水平位置上下摆动，就是曲柄摇杆机构中摇杆的极限位置，此时曲柄与连杆处于两次共线位置。取适当比例 图 尺，作出两次极限位置和（见图2.17 ）。由图量得：，。 解得 ： 由已知和上步求解可知： ， （ 2 ） 因最小传动角位于曲柄与机架两次共线位置，因此取和代入公式（ 2-3 ）计算可得： 或： 代入公式（ 2-3 ），可知 题 2-6解： 因为本题属于设计题，只要步骤正确，答案不唯一。这里给出基本的作图步骤，不给出具体数值答案。作图步骤如下（见图 2.18 ）： （ 1 ）求，；并确定比例尺。 （ 2 ）作，。（即摇杆的两极限位置） （ 3 ）以为底作直角三角形，。 （ 4 ）作的外接
5、圆，在圆上取点即可。 在图上量取，和机架长度。则曲柄长度，摇杆长度 。在得到具体各杆数据之后，代入公式 （ 2 3 ）和 （ 2-3 ）求最小传动角，能满足即可。 图 2.18 题 2-7图 2.19 解 : 作图步骤如下 （见图 2.19 ） ： （ 1 ）求，；并确定比例尺。 （ 2 ）作，顶角，。 （ 3 ）作的外接圆，则圆周上任一点都可能成为曲柄中心。 （ 4 ）作一水平线，于相距，交圆周于点。 （ 5 ）由图量得，。解得 ： 曲柄长度： 连杆长度： 题 2-8 解 : 见图 2.20 ，作图步骤如下： （ 1 ）。 （ 2 ）取，选定，作和， 。 （ 3 ）定另一机架位置：角平 分线
6、，。 （ 4 ），。 杆即是曲柄，由图量得 曲柄长度： 题 2-9解： 见图 2.21 ，作图步骤如下： （ 1 ）求，由此可知该机构没有急回特性。 （ 2 ）选定比例尺，作，。（即摇杆的两极限位置） （ 3 ）做，与交于点。 （ 4 ）在图上量取，和机架长度。 曲柄长度： 连杆长度： 题 2-10解 : 见图 2.22 。这是已知两个活动铰链两对位置设计四杆机构，可以用圆心法。连接，作图 2.22的中垂线与交于点。然后连接，作的中垂线与交于点。图中画出了一个位置。从图中量取各杆的长度，得到：， 题 2-11解 : （ 1 ）以为中心，设连架杆长度为，根据作出，。 （ 2 ）取连杆长度，以，为
7、圆心，作弧。 （ 3 ）另作以点为中心，、，的另一连架杆的几个位置，并作出不同半径的许多同心圆弧。 （ 4 ）进行试凑，最后得到结果如下：，。 机构运动简图如图 2.23 。 题 2-12解 : 将已知条件代入公式（ 2-10 ）可得到方程组： 联立求解得到： ，。 将该解代入公式（ 2-8 ）求解得到： ，。 又因为实际，因此每个杆件应放大的比例尺为： ，故每个杆件的实际长度是： ， ，。 题 2-13证明 : 见图 2.25 。在上任取一点，下面求证点的运动轨迹为一椭圆。见图可知点将分为两部分，其中，。 又由图可知，二式平方相加得 可见点的运动轨迹为一椭圆。3-1解图 3.10 题3-1解
8、图如图 3.10所示，以O为圆心作圆并与导路相切，此即为偏距圆。过B点作偏距圆的下切线，此线为凸轮与从动件在B点接触时，导路的方向线。推程运动角如图所示。 3-2解图 3.12 题3-2解图如图 3.12所示，以O为圆心作圆并与导路相切，此即为偏距圆。过D点作偏距圆的下切线，此线为凸轮与从动件在D点接触时，导路的方向线。凸轮与从动件在D点接触时的压力角如图所示。 3-3解 ：从动件在推程及回程段运动规律的位移、速度以及加速度方程分别为：（ 1）推程： 0 150 （ 2）回程：等加速段060 等减速段 60120 为了计算从动件速度和加速度，设。 计算各分点的位移、速度以及加速度值如下： 总转
9、角 0 15 30 45 60 75 90 105 位移 (mm) 0 0.734 2.865 6.183 10.365 15 19.635 23.817 速度 (mm/s) 0 19.416 36.931 50.832 59.757 62.832 59.757 50.832 加速度（ mm/s 2 ） 65.797 62.577 53.231 38.675 20.333 0 -20.333 -38.675 总转角 120 135 150 165 180 195 210 225 位移 (mm) 27.135 29.266 30 30 30 29.066 26.250 21.563 速度 (mm
10、/s) 36.932 19.416 0 0 0 -25 -50 -75 加速度（ mm/s 2 ） -53.231 -62.577 -65.797 0 -83.333 -83.333 -83.333 -83.333 总转角 240 255 270 285 300 315 330 345 位移 (mm) 15 8.438 3.75 0.938 0 0 0 0 速度 (mm/s) -100 -75 -50 -25 0 0 0 0 加速度（ mm/s 2 ） -83.333 -83.333 83.333 83.333 83.333 0 0 0 根据上表 作图如下（注：为了图形大小协调，将位移曲线沿纵
11、轴放大了 5倍。）： 图 3-13 题3-3解图 3-4 解 ：图 3-14 题3-4图 根据 3-3题解作图如图3-15所示。根据(3.1)式可知，取最大，同时s 2 取最小时，凸轮机构的压力角最大。从图3-15可知，这点可能在推程段的开始处或在推程的中点处。由图量得在推程的开始处凸轮机构的压力角最大，此时=30 。 图 3-15 题3-4解图 3-5解 ：（ 1）计算从动件的位移并对凸轮转角求导 当凸轮转角在 0过程中，从动件按简谐运动规律上升 h=30mm。根据教材(3-7)式 可得： 00当凸轮转角在过程中，从动件远休。 S 2 =50当凸轮转角在过程中，从动件按等加速度运动规律下降到
12、升程的一半。根据教材(3-5)式 可得： 当凸轮转角在过程中，从动件按等减速度运动规律下降到起始位置。根据教材(3-6)式 可得： 当凸轮转角在过程中，从动件近休。 S 2 =50 （ 2）计算凸轮的理论轮廓和实际轮廓 本题的计算简图及坐标系如图 3-16所示，由图可知，凸轮理论轮廓上B点(即滚子中心)的直角坐标为 图 3-16 式中。 由图 3-16可知，凸轮实际轮廓的方程即B 点的坐标方程式为 因为 所以 故 由上述公式可得 理论轮廓曲线和实际轮廓的直角坐标，计算结果如下表，凸轮廓线如图3-17所示。 x y x y 0 49.301 8.333 180 -79.223 -8.885 10 47.421 16.843 190 -76.070 -22.421 20 44.668 25.185 200 -69.858 -34.840 30 40.943 33.381 210 -60.965 -45.369 40 36.089 41.370 220 -49.964 -53.356 50 29.934 48.985 230 -37.588 -58.312 60 22.347 55.943 240 -24.684 -59.949 70 13.284 61.868 250 -12.409 -59.002 80 2
