西工大《机械原理》课后题全解__孙恒版作业答案精选.doc

2-11.图示为一简易冲床的初拟设计方案。设计者的思路是：动力由齿轮1输入，使轴A连续回转；而固装在轴A上的凸轮2与杠杆3组成的凸轮机构使冲头4上下运动，以达到冲压的目的。试绘出其机构运动简图（各尺寸由图上量取），分析是否能实现设计意图，并提出修改方案（要求用机构示意图表示出来）。解分析：绘制机构运动简图沿着运动传递的路线，根据各个活动构件参与构成运动副的情况（两构件组成的运动副的类型，取决于两构件之间的相对运动关系），确定表示各个构件的符号，再将各个构件符号连接起来，就得到机构运动简图（或机构示意图）。构件2：与机架5构成转动副A；与构件3构成凸轮高副。所以构件2的符号为图a)。构件3：与构件2构成凸轮高副；与机架5构成转动副；与机架4构成转动副。所以构件3的符号为图b)。构件4：与机架3构成转动副；与机架5构成移动副。所以构件4的符号为图c)或图d)。将这些构件符号依次连接起来，就得到机构运动简图，如题2-11答图a)或b)所示。机构运动简图，如题2-11答图a)或b)所示。分析：是否能实现设计意图在机构的结构分析中判断该方案否能实现设计意图，应该从以下两点考虑：机构自由度是否大于零；机构原动件的数目是否等于机构自由度的数目。因此，必须计算该机构的自由度F=3n-(2pL+pH)=33-(24+1)=0。因为机构的自由度为F=3n-(2pL+pH)=33-(24+1)=0可知，该机构不能运动，不能实现设计意图。分析修改方案因为原动件的数目为1，所以修改的思路为：将机构的自由度由0变为1。因此，修改方案应有2种。方案1：给机构增加1个构件（增加3个独立运动）和1个低副（增加2个约束），使机构自由度增加1，即由0变为1。如题2-11答图c)、d)、e)所示。方案2：将机构中的1个低副（2个约束）替换为1个高副（1个约束），使机构中的约束数减少1个，从而使机构自由度增加1，即由0变为1。如题2-11答图f)所示。修改方案如题2-11答图c)、d)、e)、f)所示。分析修改方案因为原动件的数目为1，所以修改的思路为：将机构的自由度由0变为1。因此，修改方案应有2种。方案1：给机构增加1个构件（增加3个独立运动）和1个低副（增加2个约束），使机构自由度增加1，即由0变为1。如题2-11答图c)、d)、e)所示。方案2：将机构中的1个低副（2个约束）替换为1个高副（1个约束），使机构中的约束数减少1个，从而使机构自由度增加1，即由0变为1。如题2-11答图f)所示。修改方案如题2-11答图c)、d)、e)、f)所示。2-16.试计算图示各机构的自由度。图a、d为齿轮连杆组合机构；图b为凸轮连杆组合机构（图中在D处为铰接在一起的两个滑块）；图c为一精压机机构。并问在图d所示机构中，齿轮3、5和齿条7与齿轮5的啮合高副所提供的约束数目是否相同？为什么？解a)分析：A为复合铰链，不存在局部自由度和虚约束。F=3n-(2pL+pH)=34-(25+1)=1或F=3n-(2pL+pH-p)-F=34-(25+1-0)-0=1b)分析：B、E为局部自由度。F=3n-(2pL+pH)=35-(26+2)=1或F=3n-(2pL+pH-p)-F=37-(28+2-0)-2=1注意：该机构在D处虽存在轨迹重合的问题，但由于D处相铰接的双滑块为一个级杆组，未引入约束，故机构不存在虚约束。如果将相铰接的双滑块改为相固联的十字滑块，则该机构就存在一个虚约束。c)分析：该机构存在重复结构部分，故存在虚约束。实际上，从传递运动的独立性来看，有机构ABCDE就可以了，而其余部分为重复部分，则引入了虚约束。F=3n-(2pL+pH)=35-(27+0)=1或F=3n-(2pL+pH-p)-F=311-(217+0-2)-0=1d)分析：A、B、C为复合铰链；D处高副的数目为2。不存在局部自由度和虚约束。F=3n-(2pL+pH)=36-(27+3)=1或F=3n-(2pL+pH-p)-F=36-(27+3-0)-0=1齿轮3与5的中心距受到约束，轮齿两侧齿廓只有一侧接触，另一侧存在间隙，故齿轮高副提供一个约束。齿条7与齿轮5的中心距没有受到约束，两齿轮的中心可以彼此靠近，使轮齿两侧齿廓均接触，因轮齿两侧接触点处的法线方向并不重合，故齿轮高副提供两个约束。3-3. 试求图示各机构在图示位置时全部瞬心的位置。解a)通过运动副直接相联的两构件的瞬心：P12在A点，P23在B点，P34在C点，P14在垂直于移动副导路方向的无穷远处。不通过运动副直接相联的两构件的瞬心位置，借助三心定理来确定：对于构件1、2、3，P13必在P12及P23的连线上，而对于构件1、4、3，P13又必在P14及P34的连线上，因上述两线平行，故上述两线的交点在无穷远处，即为P13在垂直于BC的无穷远处。对于构件2、3、4，P24必在P23及P34的连线上，而对于构件2、1、4，P24又必在P12及P14的连线上，故上述两线的交点B即为瞬心P24。b)通过运动副直接相联的两构件的瞬心：P12在A点，P23在垂直于移动副导路方向的无穷远处，P34在B点，P14在垂直于移动副导路方向的无穷远处。不通过运动副直接相联的两构件的瞬心位置，借助三心定理来确定：对于构件1、2、3，P13必在P12及P23的连线上，而对于构件1、4、3，P13又必在P14及P34的连线上，故上述两线的交点即为P13。同理，可求得瞬心P24。c)通过运动副直接相联的两构件的瞬心：P12在垂直于移动副导路方向的无穷远处，P23在A点，P34在B点，P14在垂直于移动副导路方向的无穷远处。不通过运动副直接相联的两构件的瞬心位置，借助三心定理来确定：对于构件1、2、3，P13必在由P12和P23确定的直线上，而对于构件1、4、3，P13又必在由P14和P34确定的直线上，故上述两直线的交点即为P13。对于构件2、3、4，P24必在由P23和P34确定的直线上，而对于构件2、1、4，P24又必在由P12及P14确定的直线上（两个无穷远点确定的直线），故上述两线的交点即为P24，即P24在直线AB上的无穷远处。d)通过运动副直接相联的两构件的瞬心：P12必在过A点的公法线上，同时P12必在垂直于vM的直线上，故上述两线的交点即为P12。P23在B点。P34在垂直于移动副导路方向的无穷远处。P14在C点。不通过运动副直接相联的两构件的瞬心位置，借助三心定理来确定：对于构件1、2、3，P13必在P12及P23的连线上，而对于构件1、4、3，P13又必在P14及P34的连线上，故上述两线的交点即为P13。同理，可求得瞬心P24。例8-1 如图8-44a所示的偏置曲柄滑块机构中，设曲柄AB的长度为r，连杆BC的长度为l，滑块C的行程为H，偏距为e。现需求：1）确定杆AB为曲柄的条件；2）分析此机构是否存在急回运动？若有，其行程速度变化系数为多少？3）若以杆AB为主动件，试确定该机构的最小传动角 min的位置；4）试问该机构在何种情况下有死点位置？5） 若机构为对心曲柄滑块机构，上述情况又如何？偏置曲柄滑块机构 对心曲柄滑块机构 1）由铰链四杆机构的杆长条件可知当杆AB为最短杆时，AB杆为曲柄。2）用作图法作出该机构的两个极位AB1C1及AB2C2，因极位夹角故此机构有急回运动。其行程速度变化系数为3）当机构以曲柄AB为原动件时，从动件（滑块）CD与连杆BC所夹的锐角 即为传动角。其最小传动角 min将出现在曲柄AB与机架AD共线的两个位置之一，量出的两个位置角度来比较，可知最小传动角 4）当机构以曲柄AB为原动件，最小传动角 min0,故机构无死点位置。但当机构以滑块C为主动件时，因机构从动件曲柄AB与连杆BC存在两个共线位置（此时min=0 ），故有两个死点位置， 即为AB1C1及AB2C2。5）若机构为对心曲柄滑块机构（如图8-44b），因其e=0，故=0o。a）当rl时， AB杆为曲柄；b）无急回运动；c）以曲柄AB为原动件时，从动件（滑块）CD与连杆BC所夹的两次传动角相等。d）当机构以曲柄AB为原动件，最小传动角 min0,故机构无死点位置。但当机构以滑块C为主动件时，因机构从动件曲柄AB与连杆BC存在两个共线位置，故有两个死点位置。10-6节圆与分度圆,啮合角与压力角有何区别?节圆：需要先弄清楚节点概念后才知道什么是节圆。两齿轮的啮合接触点所作的两齿廓的公法线与两齿轮旋转中心连线的交点称为节点。渐开线圆柱齿轮啮合传动时由于传动比恒定使得节点到各自中心的长度不变，则节点绕各自中心旋转而成为节圆，两齿轮啮合则相当于两个节圆纯滚动。分度圆：是指齿顶高与齿根高分界的圆，在齿轮加工时用于对360分度而采用，因此叫做分度圆。节圆与分度圆区别：综上所述，一对齿轮啮合传动才出现的节点绕齿轮中心的节圆，节圆是啮合时成对出现的；单一的齿轮存在分度圆。啮合角：啮合角即是啮合线与节点圆周速度的所夹的锐角。而啮合线即是啮合点在空间的运动轨迹，该轨迹就是过两齿廓啮合点的公法线并斜外切于两基圆。压力角：啮合点所受的正压力方向与啮合点运动方向所夹的锐角，齿轮设计时的压力角通常指分度圆上的压力角。啮合角与分度圆的区别：啮合角只有在一对齿轮啮合传动才出现，当中心距变化时啮合角也将变化；单一的齿轮齿廓上也能确定压力角，其值不受中心距大小变化而影响。10-26已知一对渐开线标准外啮合圆柱齿轮传动的模数m=5 mm、压力角=20、中心距a=350 mm、传动比i12=9/5，试求两轮的齿数、分度圆直径、齿顶圆直径、基圆直径以及分度圆上的齿厚和齿槽宽。解：根据a=m（z1+z2）/2=350 及i12=z2/z1=9/5 得：z1=50 z2=90d1=mz1=250 mm d2=mz2=450 mmha=h*am=5 mmda1=d1+2ha=260 mmda2=d2+2ha=460 mmdb1=d1cos=234.923 mm db2=d2cos=422.862 mms=e=m/2=7.854mm11-15.如图所示为收音机短波调谐微动机构。已知齿数Z199，Z2100。试问当旋钮转动一圈时，齿轮2转过多大角度(齿轮3为宽齿，同时与轮1、2相啮合)?如何蜗杆蜗轮传动判断左右旋右图所示为蜗杆蜗轮传动，其轴交角一般为90 ，蜗杆与蜗轮的旋向必相同，图示为右旋 。设已知蜗杆的转向，欲求蜗轮转向，可应用螺旋运动法则确定：若为左旋，则将左手握拳，其四指表示蜗杆了转向，拇指指向应为蜗杆1沿其轴线前进方向，但蜗杆1 的轴向位置已固定，则蜗轮2必朝相反方向运动，按此即可确定其转向；如为右旋，就改用右手按上述同样方法判断。例如右下图所示的蜗杆蜗轮传动中，蜗杆是左旋，且转动方向是由内向外（垂直观察），根据螺旋法则，用左手判断，四指应指向纸面的外面来握持蜗杆，这时拇指指向纸面的左侧，所以在啮合点处蜗轮的速度方向是指向纸面的右侧。在蜗杆蜗轮传动中，如已知蜗轮、和蜗杆的转