机原第一次讨论课题目总结

1、精测0胡海2010010498讨论课题目总结1. 通过以下一组题目的讨论，明确运动链成为机构的条件，学会根据功能要求构思机构方案；能对已构思出的方案进行分析，找出存在的问题并加以改进（1）图1-1所示为一设计人员初拟的简易冲床的设计方案。设计者的思路是：动力由齿轮1输入，带动齿轮2连续转动；与齿轮2固结在一起的凸轮2与杠杆3组成的凸轮机构将带动冲头4上下往复运动，从而达到冲压工件的目的。试按比例绘制出该设计方案的机构运动简图，分析该方案能否实现设计意图，并说明理由。若不能，请在该方案的基础上提出2种以上修改方案，画出修改后方案的机构运动简图。图1-1 简易冲床答：机构运动简图如下图所1.1示图

2、1.1 建议冲床的机构运动简图图1中一共有4个构件，5个低副，2个高副，由平面自由度公式F=3n-2p5-p4计算得F=3×4-2×5-2=0因此不能构成机构。要构成机构，必须使自由度数与原动件数相等，即F=1。改进方法也就是增加一个自由度主要从以下两方面考虑：（1） 增加一个运动构件和一个低副；（2） 将一个低副换成高副；以下是几种增加一个运动构件和一个低副的改进方案：一、增加一个构件和一个转动副，F=3×5-2×6-2=1。图1.2 增加一个杆件和一个转动副的两种方案二、增加一个构件和一个移动副，F=3×5-2×6-2=1。图1.

3、3 增加一个滑块和一个移动副(2)图1-2所示为手动冲床一个设计方案的示意图。设计思路是：动力由摇杆1输入，通过连杆2使摇杆3往复摆动，摇杆3又推动冲杆5作往复直线运动，以达到冲压的目的。试按比例绘制出该设计方案的机构运动简图，分析该方案能否实现设计意图，并说明理由。若不能，请在该方案的基础上提出2种以上修改方案，画出修改后方案的机构运动简图。图1-2 手动冲床答：机构的运动简图如图1.4所示：图1.4 手动冲床的机构运动简图图1.4中一共有4个构件，6个低副，由平面自由度公式F=3n-2p5-p4计算得F=3×4-2×6=0因此不能构成机构。要构成机构，必须使自由度数与原

4、动件数相等，即F=1。改进的思路与上一题一样，具体方案如图1.5和图1.6.一、增加一个构件和一个转动副，F=3×5-2×7=1。图1.5 增加一个杆件和一个转动副二、增加一个构件和一个移动副，F=3×5-2×7=1。图1.6 增加一个滑块和一个移动副(3)图1-3所示为一脚踏式推料机设计方案示意图。设计思路是：动力由踏板1输入，通过连杆2使杠杆3摆动，进而使推板4沿导轨直线运动，完成输送工件或物料的工作。试按比例绘制出该设计方案的机构运动简图，分析该方案能否实现设计意图，并说明理由。若不能，请在该方案的基础上提出2种以上修改方案，画出修改后方案的机构运

5、动简图。图1-3 脚踏式推料机答：机构的运动简图如图1.7所示：图1.7 手动冲床的机构运动简图图1.7中一共有4个构件，5个转动副，1个移动副，由平面自由度公式F=3n-2p5-p4计算得F=3×4-2×6=0因此不能构成机构。要构成机构，必须使自由度数与原动件数相等，即F=1。改进方案如图1.8所示：.一、 增加一个构件和一个移动副，F=3×5-2×7=1。图1.8 增加一个滑块和一个移动副2. 通过以下一组题目的讨论，掌握急回特性的真谛，扩展课堂所学知识，并学会根据急回特性的要求，构思多种方案（1）在图2-1所示的连杆机构中，已知各构件的尺寸为：l

6、AB=160mm， lBC=260mm，lCD =200mm，lAD=80mm，lDE =65mm，lEF=120mm ；并已知构件AB为原动机，沿顺时针方向匀速回转，试确定： 四杆机构ABCD的类型； 该四杆机构的最小传动角 ； 滑块F的行程速比系数K； 滑块F的行程H。图2-1 平面四连杆机构答：(1) 在四杆机构ABCD中，lmin=lAD=80mm，lmax=lBC=260mm，lmin+lmax=340<lAB+lCD=160+200=360，满足杆长之和条件，且最短杆AD为机架，故ABCD为双曲柄机构；(2) 由传动角的定义，对ABCD四杆机构来说，传动角为BCD或其补角。在

7、BCD中，当B位于AD共线时，BD取得最大最小值，此时传动角取得极值，见图2.1和2.2.当B在A左侧时，图2.1 传动角最大BD=160+80=240mm，由余弦公式，cosBCD=BC2+CD2-BD22*BC*BD=0.48，则BCD=61.31°；当B在A右侧时，图2.2 传动角最小BD=160-80=80mm，由余弦公式，cosBCD=BC2+CD2-BD22*BC*BD=0.97，则BCD=13.23°；比较可知，传动角min=13.23°；(3) 分析可知，极限位置为E处于DE这条线上且E分别位于D的左右两边的时候，如图2.3所示：图2.3 右极限位

8、置E位于D左侧时，计算方法如下：连接AC，由勾股定理：AD2+DC2=AC2，得出AC=215.41mm，cosDAC=ADAC=0.37，则DAC=68.20°；在CAB中，由余弦定理，cosBAC=AC2+AB2-BC22*AC*AB=0.064，则BAC=86.34°；于是BAD=86.34°-68.20°=18.14°；图2.4 左极限位置E位于D右侧时，计算方法如下：连接AC，由勾股定理：AD2+DC2=AC2，得出AC=215.41mm，cosDAC=ADAC=0.37，则DAC=68.20°；在CAB中，由余弦定理，co

9、sBAC=AC2+AB2-BC22*AC*AB=0.064，则BAC=86.34°；于是BAD=86.34°+68.20°=154.54°；于是由K的定义可以算出 K=360°-（154.54°-18.14°）（154.54°-18.14°）=1.64(4) 分析很容易知道，行程H=（EF+ED）-（EF-ED）=2*lDE=130mm。（2）图2-2所示六杆机构中，各构件的尺寸为=60mm，=110mm，=80mm ，=100mm，=40mm，=120mm，滑块F为输出构件。试确定： 滑块F往返行程的平

10、均速度是否相同？其行程速比系数K为多少？ 滑块F的行程H； 机构的最小传动角gmin。图2-2答：1) 因为 lAB<lCD<lAD<lBC，lAB+lBC<lAD+lCD，且AD固定，所以四连杆ABCD为一曲柄滑块机构。当滑块F处于左右极限位置时，机构如图2.5所示。由图中可以看出，角不为0，所以机构具有急回特性。图2.5 机构左右极限位置所以2) 图2.5中的两个位置即为滑块的左右极限位置带入数据可解得：所以3) 整个机构有两个传动角，即滑块部分的传动角F和曲柄摇杆ABCD的传动角Ca) 考虑滑块部分的传动角F（EFD的余角），当DE达到竖直方向时取得最小值。b)

11、考虑四连杆ABCD部分的传动角C。图2.6是C取极限位置时的示意图：图2.6 传动角最大最小时位置容易算出传动角最小为：综上，整个机构的最小传动角为：（3）某生产线的动力源为匀速转动的电动机，执行构件为往复移动的滑块。生产工艺要求滑块的运动需具有急回运动特性。试在图2-3机构运动简图的基础上，根据设计要求完成机构系统简图的设计工作，要求给出2种以上（含2种）设计方案。图2-3答：设计方法与上两题的思路一样，下面给出几种符合要求的简单方式。一、 曲柄摇杆机构图2.7 曲柄摇杆机构二、 双曲柄机构图2.7 双曲柄机构三、 摆动导杆机构图2.8 摆动导杆机构3. 通过以下题目的讨论掌握连杆机构的设计

12、方法，学会灵活运用设计原理(1)已知铰链四杆机构如图3-1所示，各杆长度为a36mm，b70mm，c60mm，d70mm，现欲用它驱动杆件e，使e能从垂直位置向左作30°角摆动，杆e的摆动中心与铰链中心D的距离XDE70mm，YDE60mm，试设计此铰链四杆机构，并校核其最小传动角gmin，计算其行程速比系数K。(比例：m1mm/mm)图3-1答：本题的思路是先确定曲柄摇杆机构ABCD中摇杆的运动范围，即确定摇杆CD的两个极限位置。再将CD当作原动件，杆E作为执行件，用刚化反转法求出中间连接件的形状和长度。结果如图3.1所示：图3.1 设计的铰链四杆机构(2)图3-2所示为曲柄摇杆机构ABCD，设计者欲通过摇杆CD驱动连杆EF，实现滑块的往复移动。已知：。要求滑块的行程，且，滑块的导路与AD平行。试求： 采用图解法确定导路和铰链F的位置； 计算滑块F的行程速比系数K。图3-2答：（1）由于30+55<40+50，且作为机架的AD既不是最长杆，也不是最短杆，因此该装置为曲柄摇杆机构，则可以知道F的两个极限位置就是CD杆左右运动的两个极限位置，也就是AB和BC共线的位置，按照上述想法，不难可以做出以下图形（图3.2）：图3.2 导路和铰链位置的确定其中白色代表AB，BC按照ABC顺序共线时的极限位置，黄色代表AB，BC