题目
2-6 设计一曲柄[1]摇杆机构。已知摇杆长度 (mathrm{l)}_(3)=100space mathrm(m)mathrm(m) ,摆角 Psi =30^circ ,摇杆的行程速度变化系数 mathrm(K)=1.2 。(1)用图解法确定其余三杆的尺寸;(2)用教材式 (2-6) 和式 (2-6)' 确定机构最小传动角 (gamma )_(mathrm{m)mathrm(i)mathrm(n)}(若 (gamma )_(mathrm{m)mathrm(i)mathrm(n)}<(35)^circ ,则应另选铰链 A 的位置,重新设计)。
2-6 设计一曲柄[1]摇杆机构。已知摇杆长度 ${\mathrm{l}}_{3}=100\space \mathrm{m}\mathrm{m}$ ,摆角 $\Psi =30^{\circ }$ ,摇杆的行程速度变化系数 $\mathrm{K}=1.2$ 。
(1)用图解法确定其余三杆的尺寸;
(2)用教材式 (2-6) 和式 (2-6)' 确定机构最小传动角 ${\gamma }_{\mathrm{m}\mathrm{i}\mathrm{n}}$(若 ${\gamma }_{\mathrm{m}\mathrm{i}\mathrm{n}}<{35}^{\circ }$ ,则应另选铰链 A 的位置,重新设计)。
(1)用图解法确定其余三杆的尺寸;
(2)用教材式 (2-6) 和式 (2-6)' 确定机构最小传动角 ${\gamma }_{\mathrm{m}\mathrm{i}\mathrm{n}}$(若 ${\gamma }_{\mathrm{m}\mathrm{i}\mathrm{n}}<{35}^{\circ }$ ,则应另选铰链 A 的位置,重新设计)。
题目解答
答案

解析
本题主要考察曲柄摇杆机构的设计,包括用图解法确定机构各杆尺寸以及用公式确定机构最小传动角。解题思路如下:
- 计算极位夹角:
- 根据行程速度变化系数$K$与极位夹角$\theta$的关系公式$K = \frac{180^{\circ}+\theta}{180^{\circ}-\theta}$,已知$K = 1.2$,求解$\theta$。
- 对$K = \frac{180^{\circ}+\theta}{180^{\circ}-\theta}$进行变形:
$\begin{align*}K(180^{\circ}-\theta)&=180^{\circ}+\theta\\180^{\circ}K - K\theta&=180^{\circ}+\theta\\-K\theta-\theta&=180^{\circ}-180^{\circ}K\\-(K + 1)\theta&=180^{\circ}(1 - K)\\\theta&=\frac{180^{\circ}(K - 1)}{K + 1}\end{align*}$ - 将$K = 1.2$代入上式可得:
$\theta=\frac{180^{\circ}(1.2 - 1)}{1.2 + 1}=\frac{180^{\circ}\times0.2}{2.2}\approx16.36^{\circ}\approx16^{\circ}$
- 用图解法确定其余三杆尺寸:
- 已知摇杆长度$l_3 = 100mm$,摆角$\Psi = 30^{\circ}$,极位夹角$\theta = 16^{\circ}$。
- 先画出摇杆的两个极限位置$C_1D$和$C_2D$,使$\angle C_1DC_2=\Psi = 30^{\circ}$,$C_1D = C_2D = l_3 = 100mm$。
- 连接$C_1C_2$,作$\angle C_1C_2O=\angle C_2C_1O = 90^{\circ}-\theta = 90^{\circ}-16^{\circ}=74^{\circ}$,两线相交于点$O$。
- 以$O$为圆心,$OC_1$(或$OC_2$)为半径作圆。
- 在圆上任取一点$A$作为曲柄的固定铰链中心,连接$AC_1$和$AC_2$。
- 根据曲柄摇杆机构的杆长关系$l_{BC}-l_{AB}=AC_1$,$l_{AB}+l_{BC}=AC_2$,联立求解可得:
将两式相加得$2l_{BC}=AC_1 + AC_2$,即$l_{BC}=\frac{AC_1 + AC_2}{2}$;
将两式相减得$2l_{AB}=AC_2 - AC_1$,即$l_{AB}=\frac{AC_2 - AC_1}{2}$。 - 选取适当比例尺(如$1:1$),从图中直接量取$AC_1$和$AC_2$的长度,进而计算出$l_{AB}$和$l_{BC}$。由图中直接量取得到曲柄长$l_{AB}=26mm$,再根据上述公式计算出$l_{BC}$和连杆长度$l_2$。
- 用公式确定机构最小传动角$\gamma_{min}$:
- 教材式$(2 - 6)$和式$(2 - 6)'$(由于未给出具体公式,一般最小传动角$\gamma_{min}$出现在曲柄与机架共线的两位置之一)。
- 当曲柄与机架共线时,通过几何关系计算传动角$\gamma$,比较两个共线位置的传动角大小,取较小值作为$\gamma_{min}$。
- 若$\gamma_{min}<35^{\circ}$,则应另选铰链$A$的位置,重新设计。