第4章機械系統(tǒng)常用運動機構(gòu)練習題及答案

第4章機械系統(tǒng)常用運動機構(gòu)4-1簡述機器與機構(gòu)的區(qū)別。解：機器和機構(gòu)的區(qū)別在于：機構(gòu)只是一個構(gòu)件系統(tǒng)，而機器除構(gòu)件系統(tǒng)之外還包含電氣、液壓等其他裝置；機構(gòu)只用于傳遞運動和力，機器除傳遞運動和力外，還應(yīng)當具有變換或傳遞能量、物料、信息的功能。但是，在研究構(gòu)件的運動和受力情況時，機器與機構(gòu)之間并無區(qū)別。4-2舉例說明什么是高副？什么是低副？解：構(gòu)件間以面接觸形成的運動副稱為低副。平面運動副中的低副有轉(zhuǎn)動副和移動副兩種。如鉸鏈聯(lián)接、車床導軌、蝸輪蝸桿副、螺紋副等。構(gòu)件間以點或線接觸形成的運動副稱為高副。如凸輪副，齒輪副等。4-3機構(gòu)有哪幾部分組成？解：機構(gòu)一般由機架、原動件和從動件三部分組成。4-4判別如圖題4-4所示的平面四桿機構(gòu)分別屬于哪種機構(gòu)并說明原因。圖題4-4解：（a）雙曲柄機構(gòu)，當最長桿與最短桿的長度之和小于或等于其余兩桿的長度之和時，若最短桿為機架，則得到雙曲柄機構(gòu)；（b）曲柄搖桿機構(gòu)，當最長桿與最短桿的長度之和小于或等于其余兩桿的長度之和時，若最短桿的相鄰桿為機架，則得到曲柄搖桿機構(gòu)（c）雙搖桿機構(gòu)。當最長桿與最短桿的長度之和大于其余兩桿的長度之和時，只能得到雙搖桿機構(gòu)（d）雙搖桿機構(gòu)。當最長桿與最短桿的長度之和小于或等于其余兩桿的長度之和時，若最短桿的對面桿為機架，則得到雙搖桿機構(gòu)。4-5繪出如圖題4-5所示機構(gòu)的運動簡圖。（a）翻斗車（b）手搖唧筒圖題4-5解：4-6指出如圖題4-6所示機構(gòu)運動簡圖中的復(fù)合鉸鏈、局部自由度和虛約束，并計算各機構(gòu)的自由度。圖題4-6解：（a）（b）（c）（d）（e）（f）（g）（h）4-7簡述平面機構(gòu)具有確定運動的條件。解：根據(jù)自由度與原動件數(shù)之間的關(guān)系可以判定機構(gòu)是否具有確定的運動：（1）如果機構(gòu)自由度大于零且大于原動件數(shù)，則機構(gòu)能夠運動，但運動不確定。（2）如果機構(gòu)自由度大于零且等于原動件數(shù)，則機構(gòu)具有確定的運動。（3）如果機構(gòu)自由度小于等于零或小于原動件數(shù)，則機構(gòu)無法運動。4-8什么是平面四桿機構(gòu)的急回特性？此性質(zhì)多應(yīng)用于什么機器中？解：在圖4-35中，當曲柄AB順時針從AB1轉(zhuǎn)到AB2時，轉(zhuǎn)過角度為，搖桿CD由C1D擺到C2D，所需時間為t1，C點的平均速度為v1。當曲柄順時針從AB2轉(zhuǎn)到AB1時，轉(zhuǎn)過角度為，搖桿由C2D擺到C1D，所需時間為t2，C點的平均速度為v2。由于曲柄等速轉(zhuǎn)動，但＞，故使得＞，而搖桿CD來回擺動的行程相等，均為弧，所以＞。這種特性稱為機構(gòu)的急回特性。多應(yīng)用于往復(fù)式運送機和牛頭刨床等機器上。4-9什么是平面四桿機構(gòu)的死點位置？舉出避免死點和利用死點進行工作的例子。解：如圖4-38所示的曲柄搖桿機構(gòu)中，設(shè)搖桿CD為主動件，則當該機構(gòu)處于圖4-38的兩個虛線位置之一時，連桿與曲柄在一條直線上，出現(xiàn)了傳動角γ=0°的情況。這時主動件CD通過連桿作用于從動件AB上的力恰好通過其轉(zhuǎn)動中心，將不能使從動件AB轉(zhuǎn)動而出現(xiàn)“頂死”現(xiàn)象。機構(gòu)的這種位置稱為死點位置。應(yīng)用于如折疊式靠椅、飛機起落架機構(gòu)等。4-10為什么凸輪機構(gòu)廣泛應(yīng)用于自動、半自動機械的控制裝置中？比較尖頂、滾子和平底從動件的優(yōu)缺點及應(yīng)用場合。解：在機械裝置中，尤其是自動控制機械中，為了實現(xiàn)某些特殊或復(fù)雜的運動規(guī)律，廣泛應(yīng)用著各種凸輪機構(gòu)。凸輪機構(gòu)通過高副接觸可使從動件獲得各種預(yù)期的規(guī)律運動。從動件的運動規(guī)律取決于凸輪的輪廓形狀。凸輪機構(gòu)的優(yōu)點是只需設(shè)計出適當?shù)耐馆嗇喞?，就可使從動件實現(xiàn)各種預(yù)期的運動規(guī)律，且結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、設(shè)計方便；缺點是凸輪與從動件為點接觸或線接觸，壓強大，易于磨損，難加工，成本高。因此，凸輪機構(gòu)常用于傳力不大的控制機構(gòu)中。①尖頂從動件凸輪機構(gòu)。尖頂從動件凸輪機構(gòu)端部能與復(fù)雜的凸輪輪廓保持接觸，因而能實現(xiàn)任意預(yù)期的運動規(guī)律。但尖頂從動件與凸輪之間為點接觸，磨損快，所以只適用于受力不大的低速凸輪機構(gòu)。②滾子從動件凸輪機構(gòu)。在從動件端部裝一滾子，即成為滾子從動件凸輪機構(gòu)，滾子從動件與凸輪之間為滾動摩擦，耐磨損，且可承受較大的載荷。但凸輪上凹陷的輪廓未必能很好地與滾子接觸，從而影響實現(xiàn)預(yù)期的運動規(guī)律。③平底從動件凸輪機構(gòu)。平底從動件凸輪機構(gòu)與凸輪輪廓表面接觸的端面為一平面。凸輪與從動件之間的作用力始終垂直于平底的平面，受力比較平穩(wěn)，且接觸面間易形成油膜，利于潤滑，減少磨損，適用于高速傳動。但它不能應(yīng)用在有凹槽輪廓的凸輪機構(gòu)中，因此，運動規(guī)律受到一定的限制。4-11凸輪機構(gòu)從動件常用運動規(guī)律有哪些？解：1）等速運動規(guī)律；2）等加速等減速運動規(guī)律；3）余弦加速度（簡諧）運動規(guī)律4-12螺紋是如何形成的？常用螺紋牙形有幾種？解：螺旋線是沿著圓柱或圓錐表面運動的點的軌跡，在圓柱面（或圓錐面）的螺旋線上任意點的軸向位移和相應(yīng)的角位移成定比。常用螺紋牙型有三角形、梯形、矩形和鋸齒形。4-13螺紋的主要參數(shù)有哪些？解：1）大徑；2）小徑；3）中徑；4）螺距；5）導程；6）螺紋升角；7）牙型角4-14螺旋機構(gòu)有哪幾種形式？分別舉例說明其特點。解：單螺旋機構(gòu)，如千斤頂、壓力機、臺虎鉗、車床的絲杠進給機構(gòu)等差動螺旋機構(gòu)，如微調(diào)鏜刀、雙螺旋機構(gòu)等復(fù)式螺旋機構(gòu)，如電桿拉線機構(gòu)、彈簧圓規(guī)等滾動螺旋機構(gòu)，如滾珠絲桿等。4-15什么是步進機構(gòu)？常用的步進機構(gòu)有哪幾種？舉例說明它們在生產(chǎn)生活的應(yīng)用。解：機械設(shè)備中，特別是在自動、半自動機械設(shè)備中，常常需要某些構(gòu)件具有周期性時停、時動的間歇運