机械原理-平面连杆机构及其设计

1、精品文档第八章平面连杆机构及其设计题8-1试画出图示两种机构的机构运动简图，并说明他们各为何种机构。在图a中偏心盘1绕固定轴0转动，迫使滑块 2在圆盘3的槽中来回滑动，而圆盘 3又相对于机架4转动； 在图b中偏心盘1绕固定轴0转动，通过构件 2，使滑块3相对于机架4往复移动。（图a的机构运动简图可有两种表达方式，绘出其中之一即可）昵公恪快現這或导杆机构曲柄摇块机构A 101AJF S232Bd 丿.丿.B4题8-1题8-2如图所示，设已知四杆机构各构件的长度a=240mm, b=600mm ,c=400mm ,d=500mm，试回答下列问题：1）当取杆4为机架时，是否有曲柄存在？ 若有曲柄，则

2、杆 a为曲柄，此时该机构为 机构。2）要使机构成为双曲柄机构，则应取杆 机架。3）要使此机构成为双摇杆机构，则应取杆 为机架，且其长度的允许变动范围为4）如将杆4的长度改为d = 4 0 0 mm，而其他各杆的长度不变，则当分别以1、2、3杆为机架时，所获得的机构为 机构。解：1）因a b 240 600 c d 400 500 900且最短杆1为连架杆，故当取杆4为机架时，有曲柄存在。此时该机构为曲柄摇杆机构。2） 要使此机构成为双曲柄机构，则应取最短杆1为机架。3） 要使此机构成为双摇杆机构，则取最杆3为机架，其长度的允许变动范围为：（1 ）因最短杆1为连杆，即使满足杆长条件，此机构也不能

3、成为双摇杆机构（2）不满足杆长条件时，b为最长杆，c为最短杆，b c ad c 140c为最长杆，但不可能大于三杆长度之和c a b d故c 1340综合以上条件，140 c 1340时，均可为双摇杆机构。4）如将杆4的长度改为400，其它杆长度不变，则当分别以1、2、3杆为机架时，因不满足杆长条件，故所获机构均为双摇杆机构。题8-3在图示的各四杆机构中，已知各构件的尺寸（由图上量取，图中比例尺卩1=2mm/mm ）杆AB为主动件，转向如图所示。现要求：1 ）试给出这三种机构有曲柄的条件和各机构的名称；2）机构有无急回运动？若有，试以作图法确定其极位夹角并计算其行程速比系数K ； 3）标出各机

4、构在图示位置时的机构传动角丫和压力角a,求作最小传动角丫min和最小压力角a min，并说明机构的传动性能如何？4 ）机构是否存在死点位置？解：a）图为曲柄摇杆机构。杆 AB为曲柄的条件：AB AD BC CD AB BC AB CD AB AD由图8-3 （a）两极限位置 AB 1C1D和AB 2C2D可得极位夹角0 , K 1所以无急回运动。机构传动角丫和压力角a如图示位置。最小传动角丫min位置为AB " C " D最小压力角a min位置为AB 0C0D。min 0曲柄为主动件，不存在死点位置。b）图为偏置曲柄滑块机构。杆 AB为曲柄的条件:AB AD BCCD 当

5、 e 0 ABe BC 当e 0 AB BC极位夹角C1AC2即21.2, K1.27 有急回运动。机构传动角丫和压力角a如图示位置。最小传动角丫 min位置为曲柄垂直于导路时两位置中AB ” Cmin38.8最小压力角a min位置为AB 0C0omin曲柄为主动件，不存在死点位置。C" C2CminB'B"题8-3 (a)BBiA77YC0C'GC1CoB"BoB'题8-3(b)c）图为偏置导杆机构。杆 AB为曲柄的条件：AB CD AC BD 当 e 0 AB e BC 当 e 0 AB BC极位夹角BiAE 即 81, K 2.64

6、 有急回运动。机构传动角丫和压力角a如图示位置。最小传动角丫min位置为CB最短，即CB "min48.2最小压力角a min位置为为CB最长，即CB '。 min 9曲柄为主动件，不存在死点位置。精品文档180180题8-4图a所示为一新型杆式曲柄冲压机。在此冲压机构中，动力是由绕固定轴心A匀速转动的齿轮1输入，通过分别铰接在齿轮 1轮缘上B处和传动件3上C处的杆2使杆3柄 轴颈3'和可绕其轴心 E相对转动的连杆4带动冲头5上下往复运动，可使冲头实现快进，低速冲压、高速返回的运动规律。已知机构的尺寸:lAB=100mm，lBc=110mm , lcD=55mm，解：

7、1) n 5Pl7Ph0F 3n2PlPh35 2 70 12） ABCD为双曲柄机构，min45.3 DEF为对心曲柄滑块机lAD=20mm， lDE=40mm， lEF=250mm，现要求:1） 试以比例尺卩i=5mm/mm绘制图示位置的机构的运动简图（图 b）,并计算其自由度；2）确定四杆机构 ABCD和DEF的类型和最小传动角丫 min，并说 明此冲压机构的传动性能如何？3） 确定该冲压机构的极位夹角B和行程速比系数K ,并说明此冲 压机构的冲头是进快还是返回快？为什么？构。min80.83 ）极位夹角58.5行程速比系数 k1.97精品文档CADEC广、B0 J题8-4题8-5如图所

8、示,设要求四杆机构两连架杆的三组对应位置分别为a1=50 ° ;a 2=80 ° ,© 2=75 ° ;3=125°, © 3=105 °。另外 lAD=80mm。试以解析法设计此四杆机构。©P21=35 ° ,cos0P0 cos0 R cos0得 cos35P0 cos 75P1 cos 5035P2cos80P0 cos 75R cos 7580P2cos125P0 cos 105R cos 105125P2解之得（计算到小数点后四位）1.5815 ,Po解：1）将 i的三组对应值代入下式（初选1

9、.2637 , P21.02332)求各杆的相对长度，得cP01.5815 ,lan1 .2515P122：丨 n 12IP21 .58313)求各杆的长度80.00mmd 80l 1.2515 ma 1.581563.92363.923101.197na 1.581563.923101.094E1，敞开时在位置题8-6图a所示为一实验用小电炉的炉门启闭机构，炉门关闭时在位置E2，试设计一四杆机构来实现炉门启闭的操作。（1） 已选定炉门上的两个铰链 B及C的位置（图b）；（2） 已选定炉壁上的两个固定铰链A及D的位置（图c）。解：1）已选定炉门上的两个铰链 B和C的位置。用作图法求出A及D的位

10、置，并作出机构在 E2位置的运动简图,如图 8-6（ 1）；1 AB由图量得：IbcCDI AB 95mmi BC 335mmi CD 290mm2）已选定炉壁上的两个铰链A和D的位置。用作图法求出B及C的位置，并作出机构在E2位置的运动简图，如图 8-6（ 2）1 ABl AB92.5mm由图量得：lBCi BC127.5mmIcDi CD262.5mmD'bi2BiCl2Adi2D习题8-6(1)ai2-D习题8-6(2)E题8-8图a所示为一用绳索操作的长杆夹持器，并用一四杆机构ABCD来实现执握动作。设已知AB杆及DE杆的对应角度关系如图 a所示，且lDE=60mm，lAD=1

11、40mm， lAB=20mm。试以作图法设计此四杆机构。（保留作图线。）解：取AD杆为机架，并以适当比例尺作 AD、AB与DE杆的三对对应位置。作图步骤如图题8-8所示（保留作图线）由图量得：1 ABl AB20 mm1 ADl AD140 mm1 BCl BC137 mmIcDi CD38.4mm6020ft0AD50C?B3*bi3B2bi2B3BlB2E3E2El题8-8题8-9如图所示为一已知的曲柄摇杆CD和滑块F连接起来，使摇杆的三个已知位置C2D、C3D和滑块的三个位置 Fi、F2、F3 相对应（图示尺寸系按比例尺绘出），试以作图法确定此连杆的长度及其摇杆CD铰接点的位置。（作图法

12、求解时，应保留 全部作图线。）解：由题意知，本题实际是为按两连CiD、架杆（摇杆与滑块）的预定事对应位置设计四杆机构的问题。具体作图过程如图8-9 所示,连杆的长度为Ief lEh 27.2mm题8-9卩1M1-6 14-6 13 屮题 8-10ABCD、平行四边形机构题8-10图a所示为一汽车引擎油门控制装置。此装置由四杆机构DEFG及油门装置所组成，由绕 0轴转动的油门踏板 01驱动，可实现油门踏板与油门的协 调配和动作。当油门踏板的转角分别为0°、5°、15°及20°时，杆MAB相对应的转角分别为0 °、32°、52°

13、、及63°（逆时针方向），与之相应油门开启程度为0°（关闭）、 14。及60。（全开）四个状态。现设 lAD=120mm ,试以作图法设计此四杆机构 ABCD，并确定杆 AB及CD的安装角度3 1及B 2的大小（当踏板转20°, AM与 0A重合，DE与AD重合）。解：取B1及B2为归并点，按点位归 并（缩减）法设计此四杆机构（如图8-10）AB1C1Db34i! 一T.B4，申，jF.b23O量得各杆长度： AB 95mm92BC 165mm CD 48mm AD 120mm116题8-11如图所示，现欲设计一铰链四杆机构，已知其摇杆CD的长lcD=75mm，行

14、程速比系数K=1.5，机架AD的长度为lAD=100mm，又知摇杆的一个极限位置与机架间的夹角为®=45 °,试求曲柄的长度 Iab和连杆的长Ibc。(有两个解。)K 11.5 1“解： 18018036K 11.5 1解法一：如图8-10(a)所设计的四杆机构的两极限位置为AB 1C1D和AB2C2D量得各杆长度：|abac2 ac1/IQ ommlAC2 AC 121 1onmm21 Bci2如图8-10(a)所设计的四杆机构的两极限位置为AB 1 C1' D 和 AB 2" C21 D量得各杆长度：Iac2 ac1OO crnmllABl22.511

15、2BC解法AC2 AC1 48.3mm2取|作出摇杆CD的两极限位置 DCi及DC2和固定铰链A所在的圆Si。以C2为圆心，2AB 为半径作圆，同时以 F为圆心，FC2为半径作圆，两圆交于 E,作C2E的延长线与 Si的交 点即为铰链A的位置。量得BC杆长度:1 BeAC1305mm2作AB杆与机架AD两次共线得AB 'C'D 和 AB ”C”D 两位置，贝U B”C”D 为min4540Si题8-12 /作图证明：（下述证明中三字母组合为角度）C1EAAC1EAC1 AEC2EAC 2 ACi2l AB 160mmC1 FC2 180（同弧圆周角与对顶圆心角的一半角度互补）1

16、1C2 ECi180C1FC218018090-222C1 EA180C2EC118090-9022AC1E18090-9022得证。解法二：由余弦定理cos2 2b aC1C22 24a2 C1C22b2 2a22a2CQ22cos 1题8-13试设计一偏置曲柄滑块机构(图a),设已知其滑块的行程速比系数K=1.5，滑块的冲程H=40mm，偏距e=15mm。并求其最大压力角a max。180361.5 1K 1解：计算180 K 1取i作出滑块的冲程H的两极位C1 及 C2,作B圆，作偏距线，两者交点即为铰链位置。量得各杆长度:l ABAC2 AC1i17mmAC2 AC1i36.4mm m

17、ax262C1C2题 8-13lAB=75mm , lDE=100mm，行程速比系题8-14图a所示为一牛头刨床的主传动机构，已知5有较小的压力角，试设数K=2，刨头5的行程H=300mm，要求在整个行程中，推动刨头 计此机构。K 12 1解：计算 18018060 导杆的摆角60K 12 1导杆端点D行程D1D2E1E2H 300 取图,由图可得DiD2ICD 2300mm1 ACSin 2I abaB i50mmB2B)A QBi题 8-14(a)为了使推动刨头'5在整个行程中有较小压力角，刨头导路的位置分析:1)当导路的位置在CF时，在FE2 位置0 ,但在DiEi'和D2E3 位置 max