机械原理第章 平面连杆机构及其设计.docx

机械原理第章 平面连杆机构及其设计第八章 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O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O转动，通过构件2，使滑块3相对于机架4往复移动。 或导杆机构曲柄摇块机构A12BOA3412BO34O(a)题8-1(b)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_为机架。 51 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) 如将杆的长度改为，而其他各杆的长度不变，则当分别以、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： 因最短杆1为连杆，即使满足杆长条件，此机构也不能成为双摇杆机构 不满足杆长条件时，b为最长杆，c为最短杆，b+c>a+d c>140 c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）标出各机构在图示位置时的机构传动角和压力角，求作最小传动角小压力角min，并说明机构的传动性能如何？4）机构是否存在死点位置？ min和最解：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AB1C1D和AB2C2D可得 极位夹角q=0° ，K=1 所以无急回运动。 机构传动角和压力角如图示位置。最小传动角最小压力角min位置为min位置为ABCD AB0C0D。 amin=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： 52 AB+AD¥£BC+CD¥ 当 e¹0 AB+e£BC 当 e=0AB£BC 极位夹角C1AC2 即q=21.2° ，K=1.27 有急回运动。 机构传动角和压力角如图示位置。最小传动角置中ABC min位置为曲柄垂直于导路时两位gmin=38.8° 最小压力角min位置为AB0C0。 amin=0° 曲柄为主动件，不存在死点位置。 C"C2CminBB2B'B1AC0C'C190°B"DB0题8-3试以比例尺1=5mm/mm绘制图示位置的机构的运动简图，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？ 解：1）n=5 pl=7 ph=0 min，并说F=3n-2pl-ph=3´5-2´7-0=1 2）ABCD为双曲柄机构，gmin=g¢¢=45.3°DEF为对心曲柄滑块机构。gmin=g¢¢=80.8° 3）极位夹角 q=58.5° 行程速比系数 k=180°+q=1.97 180°-q 54 题8-4题8-5如图所示，设要求四杆机构两连架杆的三组对应位置分别为1=35°，1=50°； 2=80°，2=75°；3=105°。另外lAD=80mm。试3=125°，以解析法设计此四杆机构。 解：1）将ai、fi的三组对应值代入下式 (f+f0)-(a+a0)+P2 cos(a+a0)=P0cos(f+f0)+P1cos得 cos35°=P0cos75°+P1cos(50°-35°)+P2 (75°-80°)+P2 cos80°=P0cos75°+P1coscos125°=P0cos105°+P105°-125°)+P2 1cos(解之得P,P,P2=1.0233 0=1.58151=-1.26372）求各杆的相对长度，得 n=cn=P0=1.5815,l=1.2515,m=aP1l2+n2+1-2lP2=1.5831 3）求各杆的长度 d=80.00mmd80=63.923 l1.2515b=ma=1.5815´63.923=101.197a=c=na=1.5815´63.923=101.09455 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E1，敞开时在位置E2，试设计一四杆机构来实现炉门启闭的操作。 已选定炉门上的两个铰链B及C的位置； 已选定炉壁上的两个固定铰链A及D的位置。 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的位置，并作出机构在E2位置的运动简图， 如图8-6； lAB=ml×AB=95mm 由图量得：lBC=ml×BC=335mm lCD=ml×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 lAB=ml×AB=92.5mm由图量得：lBC=ml×BC=127.5mm lCD=ml×CD=262.5mm 56 D'B1M1B1A'c12b12AC1B2C2AC1a12N1N2M2d12DD习题8-6(1)习题8-6(2)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=140mm，lAB=20mm。 试以作图法设计此四杆机构。 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。 由图量得： lAB=ml×AB=20mmlAD=ml×AD=140mm lBC=ml×BC=137mm lCD=ml×CD=38.4mm 57 B3b13E3B2b12B3A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C1D、C2D、C3D和滑块的三个位置F1、F2、F3相对应，试以作图法确定此连杆的长度及其摇杆CD铰接点的位置。 解：由题意知，本题实际是为按两连架杆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lEF=mlE1F1=27.2mm E2E1C1B2B1DF3C2E1C3F2F1F2F3C1B2AB1B3题8-958 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ABCD、平行四边形机构DEFG及油门装置所组成，由绕O轴转动的油门踏板OI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°、及63°，与之相应油门开启程度为0°、14°及60°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1及2的大小。 解：取B1及B2为归并点，按点位归并法设计此四杆机构AB1C1D b34B4B3b23OB1M41M1-13-141413121A-12DC122E4B2B3B4量得各杆长度：ABC4E1题8-10=95mm BC=165mm CD=48mm AD=120mm b1=92° b2=116° 59 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lAB和连杆的长lBC。 解：q=180°K-11.5-1=180°=36° K+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AB1C1D和AB2C2D 量得各杆长度：lAB=mlAC2-AC1AC2+AC1=49.3mm lBc=ml=120mm 22C1C2B2DA题8-11(a)B1解法一：如图8-10(a)所设计的四杆机构的两极限位置为AB1C1D和AB2C2D 量得各杆长度：lAB¢=mlAC2-AC1AC2+AC1=22.5mm lBC=ml=48.3mm 221B2DC1AB1题8-11 C1FC2=180°-q C2EC1=180°-11qC1FC2=180°-(180°-q)=90°+ 222 C1EA=180°-C2EC1=180°-ç90°+æèqö÷=90°- 2ø2q AC1E=180°-q-ç90°+æèqö÷=90°- 2ø2q C1EA=AC1E AC1=AE 得证。 C2E=AC2-AC1=2lAB=160mm 61 解法二：由余弦定理 22(b-a)+(b+a)+C1C2 cosq=2(b-a)(b+a)224a2+C1C2 =1+222b-2a2 b= 2a2+C1C2cosq-12+a2 题8-13 试设计一偏置曲柄滑块机构，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 解：计算q=180°max。 K-11.5-1=180°=36° K+11.5+1取ml作出滑块的冲程H的两极位C1及C2，作圆，作偏距线，两者交点即为铰链A的位置。量得各杆长度： lAB¢=mlAC2-AC1AC2+AC1=17mm lBC=ml=36.4mm 22amax=62° B1AemaxC1题8-1 4图a所示为一牛头刨床的主传动机构，已知lAB=75mm，lDE=100mm，行程速比系数K=2，刨头5的行程H=300mm，要求在整个行程中，推动刨头5有较小的压力角，试设计此机构。 解：计算q=180°min2B2C2K-12-1=180°=60° 导杆的摆角 f=q=60° K+12+1导杆端点D行程D1D2=E1E2=H=300 取ml图,由图可得 62 D1D2lCD=sinf2=300mm l=AC2lABsinf2=150mm HDAB2ED1EB1题8-14(a)C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 a=0，但在D1E1和D2E3位置amax 2）当导路的位置在CG时，在D1E1“和D2E3“位置，a=0 ，但在FE2”位置amax 3）当导路的位置在FG中线时，在D1E1、FE2和D2E3位置，均amin。如图8-14 刨头导路的位置h应为： 1111fh=lCG+lFG=lCG+(lCF-lCG)=(lCG+lCF)=æçlCDcos2+lCDö÷=ø2222è1æ=lCDçcosf+1ö÷=280mm2ø2è 63 FEEDmaxEEGminEDE1AhBC题8-14(b) EE64 E