陳立德版機械設計基礎第4、5章課后題答案

1、第4章 平面連桿機構(gòu)4.1 機構(gòu)運動分析時的速度多邊形與加速度多邊形特性是什么？答：同一構(gòu)件上各點的速度和加速度構(gòu)成的多邊形與構(gòu)件原來的外形相像，且字母挨次全都。4.2 為什么要爭辯機械中的摩擦？機械中的摩擦是否全是有害的？答：機械在運轉(zhuǎn)時，其相鄰的兩構(gòu)件間發(fā)生相對運動時，就必定產(chǎn)生摩擦力，它一方面會消耗一部分的輸入功，使機械發(fā)熱和降低其機械效率，另一方面又使機械磨損，影響了機械零件的強度和壽命，降低了機械工作的牢靠性，因此必需要爭辯機械中的摩擦。機械中的摩擦是不肯定有害的，有時會利用摩擦力進行工作，如帶傳動和摩擦輪傳動等。4.3 何謂摩擦角？如何確定移動副中總反力的方向？答：（1）移動或具有

2、移動趨勢的物體所受的總反力與法向反力之間的夾角稱為摩擦角。（2）總反力與相對運動方向或相對運動趨勢的方向成一鈍角，據(jù)此來確定總反力的方向。4.4 何謂摩擦圓？如何確定轉(zhuǎn)動副中總反力的作用線？答：（1）以轉(zhuǎn)軸的軸心為圓心，以為半徑所作的圓稱為摩擦圓。 （2）總反力與摩擦圓相切，其位置取決于兩構(gòu)件的相對轉(zhuǎn)動方向，總反力產(chǎn)生的摩擦力矩與相對轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)向相反。4.5 從機械效率的觀點看，機械自鎖的條件是什么？答：機械自鎖的條件為。4.6 連桿機構(gòu)中的急回特性是什么含義？什么條件下機構(gòu)才具有急回特性？答：（1）當曲柄等速轉(zhuǎn)動時，搖桿來回搖動的速度不同，返回時速度較大。機構(gòu)的這種性質(zhì)，稱為機構(gòu)的急回特性。通

3、常用行程速度變化系數(shù)K來表示這種特性。（2）當時，則，機構(gòu)具有急回特性。4.7 鉸鏈四桿機構(gòu)中曲柄存在的條件是什么？曲柄是否肯定是最短桿？答：（1）最長桿與最短桿的長度之和小于或等于其余兩桿長度之和；最短桿或相鄰桿應為機架。（2）曲柄不肯定為最短桿，如雙曲柄機構(gòu)中，機架為最短桿。4.8 何謂連桿機構(gòu)的死點？舉出避開死點和利用死點的例子。（1）主動件通過連桿作用于從動件上的力恰好通過其回轉(zhuǎn)中心時的位置，稱為連桿機構(gòu)的死點位置。（2）機車車輪在工作中應設法避開死點位置。如接受機車車輪聯(lián)動機構(gòu)，當一個機構(gòu)處于死點位置時，可借助另一個機構(gòu)來越過死點；飛機起落架是利用死點工作的，當起落架放下時，機構(gòu)處于

4、死點位置，使降落牢靠。4.9 在題4.9圖示中，已知機構(gòu)的尺寸和相對位置，構(gòu)件1以等角速度逆時針轉(zhuǎn)動，求圖示位置C點和D點的速度及加速度，構(gòu)件2的角速度和角加速度。題4.9圖解：取長度比例尺，繪制簡圖如題4.9答案圖a所示。題4.9答案圖解：（1）速度分析。求.由圖可知，方向垂直于AB，指向與的轉(zhuǎn)向全都。求.因B點與C點同為構(gòu)件2上的點，故有：大小 ？ ？方向 水平 取速度比例尺（）,作速度矢量圖如題4.9答案圖b所示，則代表；代表，其大小為，。求。因，則方向為順時針轉(zhuǎn)。求。由于B、C、D為同一構(gòu)件上的三點，所以可利用速度影像原理求得d 點，連接代表，如題4.9答案圖b所示，其大小為，方向同。

5、（2）加速度分析。求。由已知條件可知：，方向為BA；。求。依據(jù)相對運動原理，可選立下列方程式大小 ？ ？方向 水平 取加速度比例尺，作加速度矢量如題4.9答案圖c，則代表，代表。由圖可知，方向同（水平向左）；，方向同。求。因，則（方向為逆時針）求。大小 ？ ？ ？方向 ？ 作矢量圖，如題4.9答案圖c所示，可見代表。由圖可見，=，方向同。4.10 如題4.10圖所示的鉸鏈四桿機構(gòu)中，已知，構(gòu)件1以等角速度順時針轉(zhuǎn)動。現(xiàn)已作出該瞬時的速度多邊形（題4.10圖b）和加速度多邊形（題4.10圖 c）。試用圖解法求：（1）構(gòu)件2上速度為零的點E的位置，并求出該點的加速度；（2）為加速度多邊形中各矢量標

6、注相應符號：（3）求構(gòu)件2的角加速度。題4.10圖解：取，作結(jié)構(gòu)簡圖，如題4.10答案圖a所示。（1）求構(gòu)件2上速度為零的點E及E點的加速度。題4.10答案圖求。，方向如題4.10答案圖a所示，且。求。大小 ？ ？方向 水平 取，作速度矢量圖如題4.10答案圖b所示。因，故在速度圖中，e與極點p相重合，即三角符號為BCE的影像，其作圖過程為：過B點作，過C點作，其交點即為E點，如題4.10答案圖a所示。求、及。由圖可知，。又因 則 ，方向為逆時針。，方向為逆時針。大小 ？ ？方向 取，作加速度矢量圖，如題4.10答案圖所示，則代表。，方向。求。利用加速度影像原理，即。作圖過程為：作，其交點即為

7、，則代表。（2）各矢量標準符號如題4.10答案圖c所示。（3）求構(gòu)件2的角加速度。由圖可知，又因則。4.11 如題4.11圖所示為一四桿機構(gòu)，設已知，求當平行于且垂直于AB時的和。題4.11圖解：取，畫出機構(gòu)的位置圖，如題4.11答案圖a所示。題4.11答案圖（1） 速度分析。求。 ，方向垂直于。求。因B點與A點同為構(gòu)件2上的點，故有：大小 ？ 0.4 ？方向 取速度比例尺，作速度矢量如題4.11答案圖b所示，由圖可知：求。由于所以構(gòu)件2在此瞬時作平動，即 方向為順時針轉(zhuǎn)。（2） 加速度分析。求。由已知條件可知：，方向，。求。依據(jù)相對運動原理，可建立下列方程式大?。?？ 0.8 0 ？方向？

8、取作加速度矢量圖如題4.11答案圖c所示，則代表。求。依據(jù)影像原理可得出：，作圖如題4.11答案圖c所示，可得出代表。，方向垂直向下。4.12 如題4.12圖所示為搖擺導桿機構(gòu)，設已知曲柄AB以等角速度順時針轉(zhuǎn)動。求：（1）當時，構(gòu)件3的角速度和角加速度；（2）當時，構(gòu)件3的角速度和角加速度；（3）當（B點轉(zhuǎn)于AC之間）時，構(gòu)件3的角速度和角加速度。（1）當時，取,畫出機構(gòu)的位置圖，如題4.12答案圖（一）a所示。題4.12答案圖（一）求。 （1）大小 ？方向 取，作速度矢量圖如題4.12答案圖（一）b所示，由圖可知：代表，則方向為順時針，且。求。 （2）大小 ？ ？方向 式中取，作加速度矢量

9、圖如題4.12答案圖（一）c所示，由圖可知：代表，將移至B點，得：方向為逆時針轉(zhuǎn)。（2）當時，取，畫出機構(gòu)的位置圖，如題4.12答案圖（二）所示。題4.12答案圖（二）求。依據(jù)矢量方程（1），作速度矢量圖如題4.12答案圖（二）b所示，取 。由圖可知：代表，則。求。依據(jù)矢量方程（2），作加速度矢量圖如題4.12答案圖（二）c所示，取。由圖可知：代表，則方向為逆時針轉(zhuǎn)。（3）當時，取，畫出機構(gòu)的位置圖，如題4.12答案圖（三）所示。 a) b) c)題4.12答案 求。依據(jù)矢量方程（1），作速度矢量圖如題4.12答案圖（三）b所示，取。由圖可知：代表，又、重合，則代表，則方向為逆時針轉(zhuǎn)。求。依據(jù)

10、矢量方程（2），作加速度矢量如題4.12答案圖（三）c所示，取。由圖可知：因、重合，則。4.13 如題4.13圖所示，設已知構(gòu)件逆時針轉(zhuǎn)動，求及。解：取，畫出機構(gòu)的位置圖，如題4.13答案圖所示。題4.13答案圖(1) 速度分析（求）。,即，方向垂直于。大小 ？ 0.1？方向 水平 鉛垂取，作速度矢量圖如題4.13答案圖b所示，由圖可知：代表代表,則，方向為水平。（2）加速度分析（求）。大小 ？ ？方向 水平 水平向右 垂直式中取，作加速度矢量圖如題4.13答案圖c所示，由圖可知：代表，則，方向為水平向右。4.14 如題4.14圖所示為一機床的矩形-V形導軌，已知拖板1的運動方向垂直于紙面，重

11、心在S處，幾何尺寸如圖所示，各接觸面間的滑動摩擦系數(shù)。求V形導軌處的當量摩擦系數(shù)。題4.14圖解：作用于導軌上壓力為、。，依據(jù)力矩平衡條件可知：，作用在左右導軌上的摩擦力為、，所以：4.15 如題4.15圖所示，已知為驅(qū)動力，為工作阻力，轉(zhuǎn)動副A、B的軸頸半徑為r，當量摩擦系數(shù)為，滑動摩擦系數(shù)為，忽視各構(gòu)件的重力和慣性力。試作出各運動副中總反力的作用線。 題4.15圖答：（1）求、。忽視各構(gòu)件的重量和慣性力，桿2為二力桿，作用在桿2上的兩個力和應等值、共線、反向。當考慮摩擦后，該二力不通過鉸鏈中心，而與摩擦圓相切。滑塊3向下移動，連桿2與垂直導路的夾角增大，連桿2相對于滑塊3的轉(zhuǎn)速為順時針方向

12、。所以，對軸心產(chǎn)生的摩擦力矩為逆時針方向。因而應切于摩擦圓上方。同時，滑塊1左移，角減小，為順時針方向，所以對軸心產(chǎn)生的摩擦力為逆時針方向。因而應切于摩擦圓下方。由于與應共線，因此，它們的作用線應是A、B兩點摩擦圓的內(nèi)公切線，如題4.15答案圖所示。題4.15答案圖（2）求。取滑塊3為單元體，其上作用力為、，且三力匯交于一點。與滑塊3的速度的夾角大于，如題4.15答案所示。（3）求。取滑塊1為單元體，其上作用力為、，且三力匯交于一點，與的夾角大于，如題4.15答案圖所示。4.16 一鉸鏈四桿機構(gòu)中，已知，AD為機架。試問：（1） 若此機構(gòu)為雙曲柄機構(gòu)，且AB為曲柄，求的最大值。（2） 若此機構(gòu)

13、為雙曲柄機構(gòu)，求的最小值。（3） 若此機構(gòu)為雙搖桿機構(gòu)，求的取值范圍。解：結(jié)構(gòu)簡圖如題4.16答案圖所示。（1）若為曲柄拴桿機構(gòu)，則AB為最短，且代入已知量求解得，則的最大值為150mm。（2）若為雙曲柄機構(gòu)，則AD應為最短，且： 當AB為最長時，由于，可得出。當AB不是最長時，由于，可得出要滿足上述二種狀況，的最小值應為450mm。（3）若為雙搖桿機構(gòu)，則只能是不滿足桿長之和的條件，即為最短桿與最長桿長度之和大于其它兩桿長度之和。當為最短時，由于，可得出；當為最長時，由于，可得出，又由于，可得出。當時，由于，可得出要滿足上述三種狀況，的取值范圍為或。4.17 已知鉸鏈四桿機構(gòu)（如題4.17圖

14、所示）各構(gòu)件的長度，試問：（1） 這是鉸鏈四桿機構(gòu)基本形式中的何種機構(gòu)？（2） 若以AB為原動件，此機構(gòu)有無急回特性？為什么？（3） 當以AB為原動件時，此機構(gòu)的最小傳動角消滅在機構(gòu)何位置（在圖上標出）？題4.17圖答：（1）由于，且又以最短桿AB的鄰邊為機架，則此機構(gòu)為曲柄搖桿機構(gòu)。（3） 有。由于以AB為原動件時，此機構(gòu)為曲柄搖桿機構(gòu)。（3） 消滅在曲柄與機架共線時的位置，如題4.17答案圖所示，取比例尺，由圖可得出或者。題4.17答案圖4.18 如題4.18圖所示的偏置曲柄滑塊機構(gòu)，已知行程速度變化系數(shù)K=1.5，滑塊行程h=50mm，偏距e=20mm，試用圖解法求：（1） 曲柄長度和連

15、桿長度.（2） 曲柄為原動件時機構(gòu)的最大壓力角和最大傳動角。（3） 滑塊為原動件時機構(gòu)的死點位置。題4.18圖解：（1）求、。板位夾角作圖如題4.18答案所示，取，可測得：。又代入、值后，聯(lián)立求得：。（說明：設，。將原位置圖旋轉(zhuǎn)后作圖）題4.18答案圖結(jié)論：（2）求和。由圖可知：當時，為最大值，即當時，為最小值，（3）滑塊為原動件時，機構(gòu)的死點位置為和。4.19 設計鉸鏈四桿機構(gòu)（如題4.19圖所示），已知機架長要求兩連架桿的三組對應位置為：和、和、和，連架桿AB的長度，連架桿CD上的標線DE的長度可取為，試設計此四桿機構(gòu)。題4.19圖解：（1）取，按給定條件作出AB、DE的三組位置，并連接和

16、。（2）用反轉(zhuǎn)法將、分別繞D點反轉(zhuǎn)，得出、點。（3）分別作、垂直平分線、交于點，連接，即為該鉸鏈四桿機構(gòu)，如題4.19答案圖所示。題4.19答案圖（4）由題4.19答案圖測得：。桿、CD的長度、為4.20 如題4.20圖示所示為一雙聯(lián)齒輪變速裝置，用拔叉DE操縱雙聯(lián)齒輪移動。現(xiàn)擬設計一四桿機構(gòu)ABCD操縱拔叉的搖擺。已知條件是：機架，鉸鏈A、D的位置如題4.20圖所示，拔叉滑塊行程為30mm，拔叉尺寸，固定軸心D在拔叉滑塊行程的垂直等分線上。又在此四桿機構(gòu)ABCD中構(gòu)件AB為手柄，當手柄垂直向上位于位置時，拔叉處于位置，當手柄逆時針轉(zhuǎn)過處于水平位置AB2時，拔叉處于位置。試設計此四桿機構(gòu)。題4

17、.20圖解：如題4.20答案圖所示，取，利用剛化反轉(zhuǎn)法，連接，令繞A點反轉(zhuǎn)角得點，作的垂直平分線，交位置1于點，連接即為該四桿機構(gòu)。由題4.20答案圖測得題4.20答案圖第5章 凸輪機構(gòu)5.1 滾子從動件盤形凸輪的基圓半徑如何度量？答：是在理論輪廓上度量的。5.2 平底垂直于導路的直動從動件盤形凸輪機構(gòu)的壓力角等于多大？設計凸輪機構(gòu)時，對壓力角有什么要求？答：（1）等于零。（2）從傳力合理，提高傳動效率來看，壓力角越小越好。設計時規(guī)定：5.3 凸輪機構(gòu)常用的四種從動件運動規(guī)律中，哪種運動規(guī)律有剛性沖擊？哪些運動規(guī)律有柔性沖擊？哪種運動規(guī)律沒有沖擊？如何來選擇從動件的運動規(guī)律？答：勻速運動規(guī)律有

18、剛性沖擊；等加速-等減速和余弦加速度運動規(guī)律有柔性沖擊；正弦加速度運動規(guī)律沒有沖擊。在選擇從動件的運動規(guī)律時，應依據(jù)機器工作時的運動要求來確定。5.4 工程上設計凸輪機構(gòu)時，其基圓半徑一般如何選??？答：先依據(jù)結(jié)構(gòu)條件初定基圓半徑。若消滅，則需增大基圓半徑，再重新進行設計。5.5 如題5.5圖所示為尖頂直動從動件盤形凸輪機構(gòu)的運動圖線，但圖題5.5給出的運動線圖尚不完全，試在圖上補全各段的曲線，并指出哪些位置有剛性沖擊，哪些位置有柔性沖擊。題5.5圖答：（1）補全各段的曲線，如題5.5答案圖所示。（2）在O、b、c、e、處有剛性沖擊；在a、d處有柔性沖擊。題5.5答案圖5.6 試作圖法法設計一個

19、對心直動從動件盤形凸輪。已知理論輪廓基圓半徑，滾子半徑，凸輪順時針勻速轉(zhuǎn)動。當凸輪轉(zhuǎn)過時，從動件以等速運動規(guī)律上升30mm；再轉(zhuǎn)過時，從動件以余弦加速度運動規(guī)律回到原位；凸輪轉(zhuǎn)過其余時，從動件靜止不動。解：取。（1）繪制曲線，如題5.6答案圖a所示，并將推程、回程各分為6等份。（2）以相同的比例繪制凸輪基圓及從動件的初始位置，如題5.6答案圖b所示。題5.6答案圖（3）在題.6答案圖b上，按逆時針方向畫出推程角，回程角，近休止角，并在相應段與位移線圖對應劃分為6等份，得分點、。（4）過各分點作徑向線，并從基圓上的點、。開頭向外量取相應的位移量得、，即得到反轉(zhuǎn)后滾子中心的位置。（5）將、連成光滑曲線，得凸輪理論輪廊。（6）以上各點為圓心，rT為半徑作一系列圓，此圓的包絡線為凸輪的實際輪廊，如題5.6答案圖b所示。5.7 用作圖法求出下列各凸輪從如題5.7所示位置轉(zhuǎn)到B點而與從動件接觸時凸輪的轉(zhuǎn)角。（可在題5.7圖上標出來）。題5.7圖答：如題5.7答