陈立德版机械设计基础第4、5章课后题答案.doc

.第4章 平面连杆机构4.1 机构运动分析时的速度多边形与加速度多边形特性是什么？答：同一构件上各点的速度和加速度构成的多边形与构件原来的形状相似，且字母顺序一致。4.2 为什么要研究机械中的摩擦？机械中的摩擦是否全是有害的？答：机械在运转时，其相邻的两构件间发生相对运动时，就必然产生摩擦力，它一方面会消耗一部分的输入功，使机械发热和降低其机械效率，另一方面又使机械磨损，影响了机械零件的强度和寿命，降低了机械工作的可靠性，因此必须要研究机械中的摩擦。机械中的摩擦是不一定有害的，有时会利用摩擦力进行工作，如带传动和摩擦轮传动等。4.3 何谓摩擦角？如何确定移动副中总反力的方向？答：（1）移动或具有移动趋势的物体所受的总反力与法向反力之间的夹角称为摩擦角。（2）总反力与相对运动方向或相对运动趋势的方向成一钝角，据此来确定总反力的方向。4.4 何谓摩擦圆？如何确定转动副中总反力的作用线？答：（1）以转轴的轴心为圆心，以为半径所作的圆称为摩擦圆。 （2）总反力与摩擦圆相切，其位置取决于两构件的相对转动方向，总反力产生的摩擦力矩与相对转动的转向相反。4.5 从机械效率的观点看，机械自锁的条件是什么？答：机械自锁的条件为。4.6 连杆机构中的急回特性是什么含义？什么条件下机构才具有急回特性？答：（1）当曲柄等速转动时，摇杆来回摇动的速度不同，返回时速度较大。机构的这种性质，称为机构的急回特性。通常用行程速度变化系数K来表示这种特性。（2）当时，则，机构具有急回特性。4.7 铰链四杆机构中曲柄存在的条件是什么？曲柄是否一定是最短杆？答：（1）最长杆与最短杆的长度之和小于或等于其余两杆长度之和；最短杆或相邻杆应为机架。（2）曲柄不一定为最短杆，如双曲柄机构中，机架为最短杆。4.8 何谓连杆机构的死点？举出避免死点和利用死点的例子。（1）主动件通过连杆作用于从动件上的力恰好通过其回转中心时的位置，称为连杆机构的死点位置。（2）机车车轮在工作中应设法避免死点位置。如采用机车车轮联动机构，当一个机构处于死点位置时，可借助另一个机构来越过死点；飞机起落架是利用死点工作的，当起落架放下时，机构处于死点位置，使降落可靠。4.9 在题4.9图示中，已知机构的尺寸和相对位置，构件1以等角速度逆时针转动，求图示位置C点和D点的速度及加速度，构件2的角速度和角加速度。题4.9图解：取长度比例尺，绘制简图如题4.9答案图a所示。精品.题4.9答案图解：（1）速度分析。求.由图可知，方向垂直于AB，指向与的转向一致。求.因B点与C点同为构件2上的点，故有：大小 ？ ？方向 水平 取速度比例尺（）,作速度矢量图如题4.9答案图b所示，则代表；代表，其大小为，。求。因，则方向为顺时针转。求。因为B、C、D为同一构件上的三点，所以可利用速度影像原理求得d 点，连接代表，如题4.9答案图b所示，其大小为，方向同。（2）加速度分析。求。由已知条件可知：，方向为BA；。求。根据相对运动原理，可选立下列方程式大小 ？ ？方向 水平 精品.取加速度比例尺，作加速度矢量如题4.9答案图c，则代表，代表。由图可知，方向同（水平向左）；，方向同。求。因，则（方向为逆时针）求。大小 ？ ？ ？方向 ？ 作矢量图，如题4.9答案图c所示，可见代表。由图可见，=，方向同。4.10 如题4.10图所示的铰链四杆机构中，已知，构件1以等角速度顺时针转动。现已作出该瞬时的速度多边形（题4.10图b）和加速度多边形（题4.10图 c）。试用图解法求：（1）构件2上速度为零的点E的位置，并求出该点的加速度；（2）为加速度多边形中各矢量标注相应符号：（3）求构件2的角加速度。题4.10图解：取，作结构简图，如题4.10答案图a所示。（1）求构件2上速度为零的点E及E点的加速度。精品.题4.10答案图求。，方向如题4.10答案图a所示，且。求。大小 ？ ？方向 水平 取，作速度矢量图如题4.10答案图b所示。因，故在速度图中，e与极点p相重合，即三角符号为BCE的影像，其作图过程为：过B点作，过C点作，其交点即为E点，如题4.10答案图a所示。求、及。由图可知，。又因 精品.则 ，方向为逆时针。，方向为逆时针。大小 ？ ？方向 取，作加速度矢量图，如题4.10答案图所示，则代表。，方向。求。利用加速度影像原理，即。作图过程为：作，其交点即为，则代表。（2）各矢量标准符号如题4.10答案图c所示。（3）求构件2的角加速度。由图可知，又因则。4.11 如题4.11图所示为一四杆机构，设已知，求当平行于且垂直于AB时的和。题4.11图精品.解：取，画出机构的位置图，如题4.11答案图a所示。题4.11答案图（1） 速度分析。求。 ，方向垂直于。求。因B点与A点同为构件2上的点，故有：大小 ？ 0.4 ？方向 取速度比例尺，作速度矢量如题4.11答案图b所示，由图可知：求。因为所以构件2在此瞬时作平动，即 方向为顺时针转。（2） 加速度分析。求。由已知条件可知：，方向，。求。根据相对运动原理，可建立下列方程式大小？ ？ 0.8 0 ？方向？ 精品.取作加速度矢量图如题4.11答案图c所示，则代表。求。根据影像原理可得出：，作图如题4.11答案图c所示，可得出代表。，方向垂直向下。4.12 如题4.12图所示为摆动导杆机构，设已知曲柄AB以等角速度顺时针转动。求：（1）当时，构件3的角速度和角加速度；（2）当时，构件3的角速度和角加速度；（3）当（B点转于AC之间）时，构件3的角速度和角加速度。（1）当时，取,画出机构的位置图，如题4.12答案图（一）a所示。题4.12答案图（一）求。 （1）大小 ？方向 取，作速度矢量图如题4.12答案图（一）b所示，由图可知：代表，则精品.方向为顺时针，且。求。 （2）大小 ？ ？方向 式中取，作加速度矢量图如题4.12答案图（一）c所示，由图可知：代表，将移至B点，得：方向为逆时针转。（2）当时，取，画出机构的位置图，如题4.12答案图（二）所示。题4.12答案图（二）求。依据矢量方程（1），作速度矢量图如题4.12答案图（二）b所示，取精品. 。由图可知：代表，则。求。依据矢量方程（2），作加速度矢量图如题4.12答案图（二）c所示，取。由图可知：代表，则方向为逆时针转。（3）当时，取，画出机构的位置图，如题4.12答案图（三）所示。 a) b) c)题4.12答案 求。依据矢量方程（1），作速度矢量图如题4.12答案图（三）b所示，取。由图可知：代表，又、重合，则代表，则方向为逆时针转。求。依据矢量方程（2），作加速度矢量如题4.12答案图（三）c所示，取。由图可知：因、重合，则。4.13 如题4.13图所示，设已知构件逆时针转动，求及。解：取，画出机构的位置图，如题4.13答案图所示。精品.题4.13答案图(1) 速度分析（求）。,即，方向垂直于。大小 ？ 0.1？方向 水平 铅垂取，作速度矢量图如题4.13答案图b所示，由图可知：代表代表,则，方向为水平。（2）加速度分析（求）。大小 ？ ？方向 水平 水平向右 垂直式中取，作加速度矢量图如题4.13答案图c所示，由图可知：代表，则，方向为水平向右。4.14 如题4.14图所示为一机床的矩形-V形导轨，已知拖板1的运动方向垂直于纸面，重心在S处，几何尺寸如图所示，各接触面间的滑动摩擦系数精品.。求V形导轨处的当量摩擦系数。题4.14图解：作用于导轨上压力为、。，根据力矩平衡条件可知：，作用在左右导轨上的摩擦力为、，所以：4.15 如题4.15图所示，已知为驱动力，为工作阻力，转动副A、B的轴颈半径为r，当量摩擦系数为，滑动摩擦系数为，忽略各构件的重力和惯性力。试作出各运动副中总反力的作用线。 题4.15图答：（1）求、。忽略各构件的重量和惯性力，杆2为二力杆，作用在杆2上的两个力和应等值、共线、反向。当考虑摩擦后，该二力不通过铰链中心，而与摩擦圆相切。滑块3向下移动，连杆2与垂直导路的夹角增大，连杆2相对于滑块3的转速为顺时针方向。所以，对轴心产生的摩擦力矩为逆时针方向。因而应切于摩擦圆上方。同时，滑块1左移，角减小，为顺时针方向，所以对轴心产生的摩擦力为逆时针方向。因而应切于摩擦圆下方。由于与应共线，因此，它们的作用线应是A、B两点摩擦圆的内公切线，如题4.15答案图所示。题4.15答案图精品.（2）求。取滑块3为单元体，其上作用力为、，且三力汇交于一点。与滑块3的速度的夹角大于，如题4.15答案所示。（3）求。取滑块1为单元体，其上作用力为、，且三力汇交于一点，与的夹角大于，如题4.15答案图所示。4.16 一铰链四杆机构中，已知，AD为机架。试问：（1） 若此机构为双曲柄机构，且AB为曲柄，求的最大值。（2） 若此机构为双曲柄机构，求的最小值。（3） 若此机构为双摇杆机构，求的取值范围。解：结构简图如题4.16答案图所示。（1）若为曲柄拴杆机构，则AB为最短，且代入已知量求解得，则的最大值为150mm。（2）若为双曲柄机构，则AD应为最短，且： 当AB为最长时，由于，可得出。当AB不是最长时，由于，可得出要满足上述二种情况，的最小值应为450mm。（3）若为双摇杆机构，则只能是不满足杆长之和的条件，即为最短杆与最长杆长度之和大于其它两杆长度之和。当为最短时，由于，可得出；当为最长时，由于，可得出，又由于，可得出。当时，由于，可得出要满足上述三种情况，的取值范围为或。4.17 已知铰链四杆机构（如题4.17图所示）各构件的长度，试问：精品.（1） 这是铰链四杆机构基本形式中的何种机构？（2） 若以AB为原动件，此机构有无急回特性？为什么？（3） 当以AB为原动件时，此机构的最小传动角出现在机构何位置（在图上标出）？题4.17图答：（1）因为，且又以最短杆AB的邻边为机架，则此机构为曲柄摇杆机构。（3） 有。因为以AB为原动件时，此机构为曲柄摇杆机构。（3） 出现在曲柄与机架共线时的位置，如题4.17答案图所示，取比例尺，由图可得出或者。题4.17答案图4.18 如题4.18图所示的偏置曲柄滑块机构，已知行程速度变化系数K=1.5，滑块行程h=50mm，偏距e=20mm，试用图解法求：（1） 曲柄长度和连杆长度.（2） 曲柄为原动件时机构的最大压力角和最大传动角。（3） 滑块为原动件时机构的死点位置。题4.18图解：（1）求、。板位夹角作图如题4.18答案所示，取，可测得：。又代入、值后，联立求得：。（说明：设，。将原位置图旋转后作图）题4.18答案图结论：精品.：（2）求和。由图可知：当时，为最大值，即当时，为最小值，（3）滑块为原动件时，机构的死点位置为和。4.19 设计铰链四杆机构（如题4.19图所示），已知机架长要求两连架杆的三组对应位置为：和、和、和，连架杆AB的长度，连架杆CD上的标线DE的长度可取为，试设计此四杆机构。题4.19图解：（1）取，按给定条件作出AB、DE的三组位置，并连接和。（2）用反转法将、分别绕D点反转，得出、点。（3）分别作、垂直平分线、交于点，连接，即为该铰链四杆机构，如题4.19答案图所示。题4.19答案图（4）由题4.19答案图测得：。杆、CD的长度、为精品.4.20 如题4.20图示所示为一双联齿轮变速装置，用拔叉DE操纵双联齿轮移动。现拟设计一四杆机构ABCD操纵拔叉的摆动。已知条件是：机架，铰链A、D的位置如题4.20图所示，拔叉滑块行程为30mm，拔叉尺寸，固定轴心D在拔叉滑块行程的垂直等分线上。又在此四杆机构ABCD中构件AB为手柄，当手柄垂直向上位于位置时，拔叉处于位置，当手柄逆时针转过处于水平位置AB2时，拔叉处于位置。试设计此四杆机构。题4.20图解：如题4.20答案图所示，取，利用刚化反转法，连接，令绕A点反转角得点，作的垂直平分线，交位置1于点，连接即为该四杆机构。由题4.20答案图测得题4.20答案图第5章 凸轮机构5.1 滚子从动件盘形凸轮的基圆半径如何度量？答：是在理论轮廓上度量的。5.2 平底垂直于导路的直动从动件盘形凸轮机构的压力角等于多大？设计凸轮机构时，对压力角有什么要求？答：（1）等于零。（2）从传力合理，提高传动效率来看，压力角越小越好。设计时规定：精品.5.3 凸轮机构常用的四种从动件运动规律中，哪种运动规律有刚性冲击？哪些运动规律有柔性冲击？哪种运动规律没有冲击？如何来选择从动件的运动规律？答：匀速运动规律有刚性冲击；等加速-等减速和余弦加速度运动规律有柔性冲击；正弦加速度运动规律没有冲击。在选择从动件的运动规律时，应根据机器工作时的运动要求来确定。5.4 工程上设计凸轮机构时，其基圆半径一般如何选取？答：先根据结构条件初定基圆半径。若出现，则需增大基圆半径，再重新进行设计。5.5 如题5.5图所示为尖顶直动从动件盘形凸轮机构的运动图线，但图题5.5给出的运动线图尚不完全，试在图上补全各段的曲线，并指出哪些位置有刚性冲击，哪些位置有柔性冲击。题5.5图答：（1）补全各段的曲线，如题5.5答案图所示。（2）在O、b、c、e、处有刚性冲击；在a、d处有柔性冲击。题5.5答案图5.6 试作图法法设计一个对心直动从动件盘形凸轮。已知理论轮廓基圆半径，滚子半径，凸轮顺时针匀速转动。当凸轮转过时，从动件以等速运动规律上升30mm；再转过时，从动件以余弦加速度运动规律回到原位；凸轮转过其余时，从动件静止不动。精品.解：取。（1）绘制曲线，如题5.6答案图a所示，并将推程、回程各分为6等份。（2）以相同的比例绘制凸轮基圆及从动件的初始位置，如题5.6答案图b所示。题5.6答案图（3）在题.6答案图b上，按逆时针方向画出推程角，回程角，近休止角，并在相应段与位移线图对应划分为6等份，得分点、。（4）过各分点作径向线，并从基圆上的点、。开始向外量取相应的位移量得、，即得到反转后滚子中心的位置。（5）将、连成光滑曲线，得凸轮理论轮廊。（6）以上各点为圆心，rT为半径作一系列圆，此圆的包络线为凸轮的实际轮廊，如题5.6答案图b所示。5.7 用作图法求出下列各凸轮从如题5.7所示位置转到B点而与从动件接触时凸轮的转角。（可在题5.7图上标出来）。题5.7图精品.答：如题5.7答案图5.8 用作图法求出下列各凸轮从如题5.8图所示位置转过后机构的压力角。（可在题5.8图上标出来）题5.8图答：如题5.8答案图5.9 在如题5.9图所示偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构中，已知圆盘半径R，圆心与转轴中心间的距离，偏距，滚子半径为。（1） 求在如题5.9图所示位置时机构的压力角。（2） 如分别增大半径、偏距e、圆心与转轴中心间的距离OA（三个数值每次只改变一个），试问从动件的上升距离和压力角有无变化？为什么？题5.9图解：（1）因二者接触点的法线OB与方向一致，故。精品.（2）如题5.9答案图所示，设在某瞬时，从动件占据位置。由图可知。当增大时，点上移至使得角减小；当e增大时，增大，增大； 当OA增大时，不变。从动件的上升距离是不变化的。题5.9答案图5.10 一对心直动滚子从动件盘形凸轮机构，凸轮顺时针匀速转动，基圆半径，行程，滚子半径，推程运动角，从动件按正弦加速度规律运动，试用极坐标法求出凸轮转角、时凸轮理论轮廊与实际轮廓上对应点的坐标。解：当从动件按正弦加速度规律运动时，它的位移方程为当、时的位移、分别为（1）用极标法求理论轮廊上对应点的坐标值。选取凸轮转轴中心为坐标原点，OX通过从动件的运动起始点，则理论轮廊上某点的极坐标方程为 因该凸轮机构为对心直动从动件，故、可求得：精品.当时：当时：当时：（2）用极坐标方法出实际轮廓上对应点的坐标值。极坐标方程为式中：根据题意可得出：当时： 当时：当时：式中：当时：当时： 当时：因此可得出当时：精品.当时：当时：如有侵权请联系告知删除，感谢你们的配合！精品