机械设计基础554.doc

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1、第一章1.1 如图1.1-1所示为一简易冲床设计方案，试绘制其运动简图，分析其是否具有确定的运动。如不具有确定的运动，请给出使其有确定相对运动的改进方案。解：该设计方案的机构运动简图如图1.1-2所示。由于其自由度，该设计方案不具有确定的运动。为使机构的自由度增加，可改一个低副为高副，也可引入一个构件和一个低副。图1.1-35为几种改进方案（修改之处可移至他处出现，从而获得新的改进方案）。 图1.1-1 图1.1-2 图1.1-3 图1.1-4 图1.1-5友情提示：折线表示的弹簧起到保证构件3与凸轮接触的作用，不涉及运动副。1.2 请绘制图示平面机构的运动简图，并计算自由度，确定主动件。 图

2、1.2-(a) 图1.2-(b) （a），主动件为1 （b），主动件为1 （c），主动件为1 （d），主动件为2 图1.2-(c) 图1.2-(d)1.3 请计算图示各机构的自由度。友情提示：（a）存在局部自由度；（b）存在一高副、中间杆非虚约束；（c）注意焊接符号；（d）存在齿轮高副。1.4 请计算图示各机构的自由度。友情提示：（a）存在局部自由度和两个高副；（b）注意焊接符号和复合铰链；（c）曲柄滑块机构杆组、虚约束较多；（d）（e）（f）存在复合铰链。1.5 请计算图示各机构的自由度。友情提示：（a）A处存在复合铰链；（b）B、C、D处存在复合铰链。第二章2.1 试求各机构在图示位置的全

3、部瞬心位置。友情提示：根据活动构件数画瞬心圆，然后采用观察法确定相邻构件之间的瞬心，最后采用三心定理确定不相邻构件之间的瞬心。 图2.12.2 在图示的齿轮-连杆组合机构当中，试用瞬心法求齿轮1与齿轮3的传动比。友情提示：两齿轮啮合时节圆做纯滚动；用三心定理按以下顺序P26（借助于1、3构件）、P13（借助于2、6构件）、P34（借助于1、5构件）。图2.22.3 在图示的四杆机构当中，已知、，请用瞬心法求：（1）当165度时，点C的速度；（2）在构件3的BC线或其延长线上，速度最小的点E（位置及速度大小）；（3）当为0时，的值（两解）。解：（1）采用瞬心法，找出P13，则，；（2）过P13作

4、的垂线，则垂足E为待求的点，；（3）当与共线时，P13在C点，。在当中，三条边可以分别为60、90、120，也可以是180、90、120。因此，可以为，也可以为。图2.32.4 如图所示冲床机构，已知各构件的长度m、m、m、m、m、rad/s、，请分别用图解法和解析法求滑块5在图示位置的速度和加速度。解：（1）图解法： （2）解析法：以A为原点、以水平向右为x轴正方向建立坐标系。D点坐标为：求导可得体2、体3的角速度和角加速度。E点坐标为：求导可得体5的速度和加速度。2.5 如图所示机构，已知构件1作匀速转动，角速度为，请对机构在图示位置进行速度和加速度分析。（提示：在两构件的重合点存在牵连运

5、动的角速度时，根据牵连运动与相对运动的合成原理，应以随牵连坐标运动点的运动参数表示相对于牵连坐标运动点的运动参数；存在两个未知数的矢量方程可采用图解法求解）解：（a） （b） （c） （d） （e） （f） 2.6 如图所示的机构当中，已知、，其余参数如图所示，试用图解法求连杆2的角速度和角加速度，以及点S2的速度和加速度。提示：影像法求S2点速度、加速度。2.7 在如图所示的机构当中，已知、，构件1、2、4的质心均在中点，试用图解法或解析法求为45度时构件5的位置、角速度和加速度。提示：AD长度为已知。解：（1）图解法： （2）解析法：以A为原点、水平向右为x轴正方向建立坐标系。D点坐标为：

6、 求导可得构件2、3角速度和角加速度。F点坐标为：求导可得构件5的速度和加速度。2.8 在上题所研究的机构当中，如果作用在构件5上的力F=3000N，方向沿x轴向左，构件15的质量分别为3.6、6、7、8、9kg, 构件14的转动惯量分别为0.03、0.08、0.9、0.12。请求维持该运动状态，作用在构件1上的力矩（平衡力矩）为多少，各运动副中的反力为多少（忽略摩擦力）。解：运动学分析的方法和结果在上题。对各体分离进行受力解析，列写动力学方程。可得：方程数：5个体分别可列3、3、3、3、2，共14未知量数：A、B、C、D、E、F各两个铰接力、5受到的滑道作用力、平衡力矩，共14个变量。方程数

7、与未知量数相同，可解。2.9 如图所示牛头刨床机构中，、，滑块上的作用力、方向水平向右。试用解析法求该机构运动副中的反力和维持构件1匀速转动时作用在构件1上的力矩（平衡力矩）。解：该题目涉及力学分析较多，可在学校图书馆“外文数据库”之“文摘类-EV2平台（EI、NTIS、Patents）”查阅以下文献：第三章3.1 根据杆长条件和机架判断铰链四杆机构的类型，分别为双曲柄、双摇杆、双摇杆、不符合机架条件的双摇杆机构。3.2 液压泵机构。左为曲柄摇块机构，右为曲柄滑块机构。 图3.23.3 压力机的机构属于曲柄滑块机构。图3.33.4 请运用四杆机构存在广义曲柄的条件，推导图示偏置导杆机构成为转动

8、导杆机构的条件。（提示：转动导杆机构可视为双曲柄机构）解：该机构可视为偏置曲柄滑块机构改换机架的演化机构，D在无穷远处，根据存在广义曲柄的条件，如果BC AB + e，则AB为广义曲柄，该机构为转动导杆机构。3.8 设计一脚踏轧棉机的曲柄摇杆机构，要求踏板CD在水平位置上下各摆10度，且、。（1）请用图解法求曲柄AB和连杆BC的长度；（2）计算该机构的最小传动角。解：（1）根据机构在极限位置时曲柄与连杆共线的特点，可得出两者的差与和的长度，从而得出结果。图3.8（2）在从动曲柄与连杆共线的位置处，传动角为0度，压力角为90度；在连杆BC与B点轨迹相切的位置处，传动角为90度，传动角为0度。3.

9、9 设计一曲柄摇杆机构，已知摇杆长度，摆角，摇杆的行程速比系数K为1.2。（1）用图解法确定其余三杆的尺寸；（2）确定机构最小传动角（若，则应另选铰链A的位置，重新设计）。图3.9解：（1）由K=1.2得出极位夹角；C点两极限位置与A所共的圆上，弧C1C2的圆周角为，据此做出A点的位置轨迹，可任选一A点做出，再根据极限位置连杆与曲柄重合的特点求出各杆长度。 （2）曲柄与机架重叠共线时，传动角取最小值。3.10 设计一曲柄滑块机构，已知滑块的行程s为50mm，偏距e为16mm，行程速比系数K为1.2，求曲柄和连杆的长度。解：先画出表示导路的C1C2，画出曲柄中心O所在直线。由K=1.2求出极位夹

10、角，做出O点的轨迹圆。在该圆上C1C2所对圆周角为。该O点的轨迹圆与轨迹直线的交点即为O点。根据C1O为l2 l1，C2O为l2 + l1，可得曲柄和连杆的长度。图3.103.11 设计一（摆动）导杆机构，已知机架长度l4为100mm，行程速比系数K为1.4，求曲柄的长度l1。解：由K可得极位夹角，据此画出摆杆两极限位置，其角平分线为机架。再根据机架长度确定出曲柄回转中心。由如图所示的几何关系可求得曲柄长度。 图3.11 图3.133.12 设计一曲柄摇杆机构，已知摇杆的长度l3为80mm，摆角为40度，K=1.2，且要求一极限位置与机架间的夹角为90度。试用图解法确定其余三杆的长度。 图3.

11、12解：（1）根据已知条件做出摇杆两个极限位置和机架所在的线。（2）由K得到。（3）得出曲柄回转中心所在的圆。（4）根据连杆与曲柄共线的特殊位置求出其长度。3.13 设计一加热炉启闭机构。已知：炉门上两活动铰链的中心距为50mm（连杆长度），炉门打开后成水平位置时，要求炉门温度较低的一面朝上（见虚线，连杆另一位置），因定铰链安装在yy（机架）。求其余三杆的长度。解：根据A点在B点两位置的垂直中分线上、D点在C点两位置的垂直中分线上，结合已知条件可确定出A、D，从而可得其余三杆尺寸。3.14 设计一铰链四杆机构，已知其两连架杆的四组对应位置间的夹角为、，曲柄的第一个位置与机架共线。请求出各杆的长

12、度，并绘出机构运动简图。（提示：四个位置不能由刚化反转法设计）解：（1）设计机架AD的长度。（2）以A为原点、水平向右为x轴正方向建立坐标系。（3）由D的位置可得：其中，为连杆的位置角，为摇杆第一个位置的位置角（固定铰接点指向连杆铰接点）。由以上两式消去，可得：（4）由已知条件，可得：第一个位置、，第二个位置、，第三个位置、，第四个位置、。将其代入四个方程，可解出四个未知数、。 图3.14 图3.153.15 如图所示的破碎机，已知K1.2、颚板的长度、摆角、曲柄长度。请确定连杆和机架的长度，并求其最小传动角。解：由K1.2可得。摇杆的两极限位置对应的连杆夹角为极位夹角：，参考教材第40页图3

13、-23，可得：由上式可求得连杆长度。以D为原点，颚板左极限位置为y轴正方向建立坐标系。根据摇杆两极限位置，A的坐标可为： 和 消去连杆位置角、，可得关于A点坐标的两个方程，从而可求得、，机架可确定。当曲柄与机架重合时出现最小传动角，可根据各杆长度及余弦定理求得该最小传动角。3.16 某油田使用的抽油机为曲柄摇杆机构（见教材第10页图1-6），极位夹角为12度，游梁（摇杆）摆角为57度，摇杆长度为1.86米，曲柄的长度为0.86米，其压力角应尽可能小，请设计其尺寸。解：与上题一致，摇杆两极限位置对应的连杆位置角之差为极位夹角， 由余弦定理得：可求得连杆长度。以O2为原点，以曲柄与连杆共线时所对应

14、的摆杆上极限位置为y轴建立坐标系。点O1坐标可表示为： 和与上题步骤相同，可求出各杆尺寸。为保证压力角尽可能小，须考虑多解的取舍。第四章4.10 图示为从动件在推程时的部分运动线图，其远、近休止角均不等于零，试根据s、v、a之间的积分关系定性地补全该运动线图，并指出何处存在刚性冲击、何处存在柔性冲击。解：图中位置G：刚性冲击；R：柔性冲击。提示：速度突变之处存在刚性冲击，加速度突变之处存在柔性冲击。图4.10 图4.144.14 设计一偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构，凸轮转向及从动件初始位置如图表示。已知偏距，基圆半径，滚子半径。从动件运动规律对应的凸轮转角为：推程角、推程休止角、回程角、回程休止角，以简谐运动规律上升，行程，回程以等加速等减速运动规律返回原处。试绘制从动件位移线图及凸轮轮廓曲线。解：绘制从动件位移线图；绘出基圆、偏距圆，在其中之一上根据位移线图取点；绘出各位置的导路；由各位置的位移确定其理论轮廓上的点，然后光滑连接出理论轮廓；根据滚