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1、word1.1 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良方案。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为几种改良方案修改之处可移至他处出现,从而获得新的改良方案。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,不涉与运动副。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1.2-(a) 图1.2-(b) a,主动件为1 b,主动件为1 c,主动
2、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;def存在复合铰链。1.5 请计算图示各机构的自由度。友情提示:aA处存在复合铰链;bB、C、D处存在复合铰链。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。3.3 压力机
3、的机构属于曲柄滑块机构。3.4 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,如此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。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;
4、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 设计一曲柄摇杆机构,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假如,如此应另选铰链A的位置,重新设计。解:1由得出极位夹角;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,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
5、线。由求出极位夹角,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l2l1,C2O为l2 + l1,可得曲柄和连杆的长度。3.11 设计一摆动导杆机构,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。由如下列图的几何关系可求得曲柄长度。3.12 设计一曲柄摇杆机构,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。解:1根据条件做出摇杆两个极限位置和机架
6、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。: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,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
7、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、。3.15 如下列图的破碎机,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。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3-23,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
8、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,可根据各杆长度与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: 和与上题步骤一样,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。4.10 图示为从动件在推程时的局部运动线
9、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。4.14 设计一偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构,凸轮转向与从动件初始位置如图表示。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与凸轮轮廓曲线。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
10、的位移确定其理论轮廓上的点,然后光滑连接出理论轮廓;根据滚子半径绘出实际轮廓。4.17 画出图示凸轮机构中凸轮的基圆,并在图上标出凸轮由图示位置转过45度时凸轮轮廓上的接触点位置与凸轮机构的压力角。解:绘出凸轮转过45度之后的导路和机架。a根据滚子与圆凸轮相切绘出滚子中心的轨迹,可得滚子中心的位置。受力方向为滚子与凸轮接触的法线方向,运动方向沿导路向上。b过O做导路的平行线,可得切点,从而平底位置可确定,受力方向与运动方向一样。c做出A点位置,根据滚子与凸轮相切、摆杆长度不变绘出两条滚子中心的轨迹,从而获得滚子中心。4.18 图示尖底偏置直动从动件盘形凸轮,AFB、CD为圆弧,AD、BC为直线
11、,A、B为直线与圆弧AFB的切点。偏距、基圆半径、OC=OD=20mm、角COD=30度。试求:1从动件的升程h,凸轮推程运动角,回程运动角与近休止角;2凸轮与从动件在A、D、C、B点接触时机构的压力角、。解:1作偏距圆和基圆,由DE=CG=h5mm。凸轮推程运动角为角AOE,回程运动角为角GOB,近休止角为角BOFA。2作各点对应的导路为从动件运动方向,作与O点的连线为从动件受力方向,可得各点处的压力角。4.19 图示两凸轮机构中凸轮均为偏心圆盘,转向如图,、,E、F为凸轮与滚子的两个接触点,请在图上标出:1从E点接触到F点接触凸轮所转过的角度;2F点接触时机构压力角;3由E点接触到F点接触
12、从动件的位移s;4画出凸轮理论轮廓线,并计算基圆半径。解:a图:(1)作滚子中心轨迹和偏距圆;(2)作AF延长线与滚子中心轨迹圆的交点,该点为F点接触时的滚子中心;(3)过该滚子中心作偏距圆的切线,该切线为F点接触时的导路;(4)由E、F点接触时导路与偏距圆的切点确定凸轮的转角;(5)由受力方向与运动方向确定出压力角;(6)两个滚子中心到导路与偏距圆切点的距离之差为从E接触到F接触的从动件位移;(7)滚子中心的轨迹即为凸轮理论轮廓线以A为圆心,以35mm为半径,圆心为A点,与理论廓线相切的圆为基圆,其半径为基圆半径25mm。b图:(1) 以A为圆心,以R+RT为半径画圆,该圆为滚子中心的轨迹圆
13、,也是凸轮的理论廓线;(2)以O为圆心,以OB为半径画圆,该圆为反转法当中摆杆回转中心的轨迹圆; (3)作AF的延长线,与理论轮廓的交点为G,该点为F点接触时的滚子中心;(4)以G为圆心,以摆杆长度为半径画弧,与摆杆回转中心轨迹圆相交于B,该点为F点接触时的摆杆回转中心;(5)BOB为从E点接触到F点接触的凸轮转角;(6)AG的延长线与BG的垂线之间的夹角为F点接触时的压力角;(7)两个位置上,摆杆与机架的夹角之差为从E接触到F接触的从动件角位移;(8)圆心为O点,与理论廓线相切圆为基圆,其半径为基圆半径25mm。4.20 请用解析法设计题4.14的凸轮机构,编写程序计算并打印凸轮理论轮廓曲线
14、与实际轮廓曲线上点的直角坐标和压力角的数值。解:可以中国科技论文在线“下载以下论文参阅:春明. 极坐标上凹槽凸轮廓线的解析法设计与其C语言实现J/OL. 中国科技论文在线, 2009-6-3编程计算后的结果为:图4.20-1 计算结果5.1为了使一对齿轮的传动比保持不变,其齿廓应满足齿廓啮合根本定律,即节点为定点。在两齿轮的分度圆与节圆重合时,啮合角与压力角相等。5.2 根据渐开线性质,基圆没有渐开线,是否渐开线齿轮的齿根圆一定要设计成比基圆大?在什么条件下渐开线齿轮的齿根圆直径比基圆直径大?答:齿轮的齿根圆不一定要设计成比基圆大。因为齿根圆半径为,基圆半径为,采用特7定的齿制和压力角,其数值
15、均为齿数z的函数。对于正常齿制,压力角为20度的标准直齿圆柱齿轮,当时,齿根圆的直径大于基圆的。5.3对于一对已切制好的渐开线外啮合直齿圆柱标准齿轮,:、。在中心距和61mm两种情况下,节圆、啮合角不同。该对齿轮的尺寸由表5-3所示的公式计算。5.4 证明:同一基圆上生成的两条渐开线的法向距离相等。发生线、渐开线法线、基圆切线共线,发生线上两点的轨迹不变,该距离为两条渐开线的法向距离。m5mm,压力角=20度,中心距a350mm,角速比i95。请求出两齿轮的齿数、分度圆直径、齿顶圆直径、齿根圆直径、基圆直径。解:由角速比得两齿数的关系,再由中心距公式得齿数;其它尺寸根据相关公式计算。5.7,用卡尺量得一渐开线直齿圆柱齿轮的三个齿公法线长度W361.83mm,两个齿的公法线