题目
题7图所示的凸轮[1]机构,已知该机构的结构尺寸和凸轮1的角速度w1。利用瞬心法,求机构在图示位置时从动件2的线速度w1。机构运动简图的比例尺为w1。解:构件1与机架0的速度瞬心P01以及从动件与机架的速度瞬心P02可根据相应的构件分别构成转动副和移动副而直接确定出来。凸轮1和从动件之间的瞬心P12的确定方法是:一方面,P12应在构件1、2高副接触点K的公法线n-n上,另一方面,利用三心定理,它又应在瞬心P01和P02的连线上,即又应在过点P01而垂直于从动件2与机架移动副导路的直线上。因而,n-n与该直线的交点即为P12。再根据速度瞬心的概念,可得:w1其中,w1可以直接从图中量出。从动件的速度v2方向如图中w1所示。
题7图所示的凸轮[1]机构,已知该机构的结构尺寸和凸轮1的角速度
。利用瞬心法,求机构在图示位置时从动件2的线速度
。机构运动简图的比例尺为
。
解:构件1与机架0的速度瞬心P01以及从动件与机架的速度瞬心P02可根据相应的构件分别构成转动副和移动副而直接确定出来。凸轮1和从动件之间的瞬心P12的确定方法是:一方面,P12应在构件1、2高副接触点K的公法线n-n上,另一方面,利用三心定理,它又应在瞬心P01和P02的连线上,即又应在过点P01而垂直于从动件2与机架移动副导路的直线上。因而,n-n与该直线的交点即为P12。
再根据速度瞬心的概念,可得:

其中,
可以直接从图中量出。从动件的速度v2方向如图中
所示。
题目解答
答案
解:首先确定各个运动副中的反力的方向如图所示。选取构件3为分离体,再选取力比例尺
,作出其力多边形,如图所示。

构件2为二力杆,所以
最后得构件AB上所能克服的阻力矩MQ的大小为

阻力矩MQ的方向为逆时针方向,如图所示。
解析
本题考查机械机构的受力分析与静力计算,核心思路是通过力多边形法确定各构件的反力,并计算从动件克服的阻力矩。
关键点:
- 反力方向的确定:根据运动副类型(转动副、移动副)判断反力方向;
- 分离体选取与力平衡:选取关键构件(如构件3)作为分离体,利用静力平衡条件建立方程;
- 力比例尺的应用:通过力多边形确定各力大小;
- 阻力矩的计算:结合反力大小与作用臂长度计算最终阻力矩。
步骤1:确定运动副中的反力方向
- 转动副(如构件3与机架的转动副)的反力方向沿轴线方向;
- 移动副(如构件2与机架的移动副)的反力方向垂直于导路方向;
- 高副(如凸轮与从动件接触点)的反力方向沿公法线方向。
步骤2:选取分离体并作力多边形
- 分离体选择:选取构件3作为分离体,包含所有作用力(外力、反力、驱动力等);
- 力比例尺确定:根据已知力(如驱动力$P$)选择比例尺,绘制力多边形;
- 力平衡条件:通过力多边形闭合确定未知力大小。
步骤3:计算各构件的反力
- 构件3的受力:通过力多边形计算$R_{23}$,公式为:
$R_{23} = \frac{18}{20}P = \frac{18}{20} \times 80 = 72 \, \text{N}$ - 二力杆的性质:构件2为二力杆,反力大小相等、方向相反,即:
$R_{21} = R_{12} = R_{32} = R_{23} = 72 \, \text{N}$
步骤4:计算阻力矩
- 阻力矩公式:
$M_Q = R_{21} \cdot l_1 = 72 \times 10 \times 0.001 = 0.72 \, \text{N·m}$ - 方向判断:根据机械运动方向,阻力矩方向为逆时针。