第7章课后习题参考答案7—1等效转动惯量和等效力矩各自的等效条件是什么?7—2在什么情况下机械才会作周期性速度波动?速度波动有何危害?如何调节?答: 当作用在机械上的驱动力(力矩)周期性变化时,机械的速度会周期性波动。机械的速度波动不仅影响机械的工作质量,而且会影响机械的效率和寿命。调节周期性速度波动的方法是在机械中安装一个具有很大转动惯量的飞轮。7—3飞轮为什么可以调速?能否利用飞轮来调节非周期性速度波动,为什么?答: 飞轮可以凋速的原因是飞轮具有很大的转动惯量,因而要使其转速发生变化.就需要较大的能量,当机械出现盈功时,飞轮轴的角速度只作微小上升,即可将多余的能量吸收储存起来;而当机械出现亏功时,机械运转速度减慢.飞轮又可将其储存的能量释放,以弥补能最的不足,而其角速度只作小幅度[1]的下降。非周期性速度波动的原因是作用在机械上的驱动力(力矩)和阻力(力矩)的变化是非周期性的。当长时问内驱动力(力矩)和阻力(力矩)做功不相等,机械就会越转越快或越转越慢.而安装飞轮并不能改变驱动力(力矩)或阻力(力矩)的大小也就不能改变驱动功与阻力功不相等的状况,起不到调速的作用,所以不能利用飞轮来调节非周期陛速度波动。7—4为什么说在锻压设备等中安装飞轮可以起到节能的作用?: 因为安装飞轮后,飞轮起到一个能量储存器的作用,它可以用动能的形式把能量储存或释放出来。对于锻压机械来说,在一个工作周期中,工作时间很短.而峰值载荷很大。安装飞轮后.可以利用飞轮在机械非工作时间所储存能量来帮助克服其尖峰载荷,从而可以选用较小功率的原动机来拖动,达到节能的目的,因此可以说安装飞轮能起到节能的作用。7—5由式J=△W/(ω [δ]),你能总结出哪些重要结论(希望能作较全面的分)?答:①当△WF与ωmax一定时,若[δ]下降,则Jm增加。所以,过分追求机械运转速度的均匀性,将会使飞轮过于笨重。 由题意知,所要设计的六杆机构ABCDEF是由铰链四杆机构ABCD和摇杆滑块机构CDE串联所组成,故此设计问题,可分为两个四杆机构的设计问题。对于摇杆滑块机构CDE的设计,就是确定活动铰链C的位置,可用反转法设汁,具体作法如下所示。对于铰链四扦机构ABCD的设计.就是确定活动铰链B的位置,也可用反转法设计,具体作法如下所示。8-19现欲设计一四杆机构翻书器。如所示,当踩动脚踏板[2]时,连杆[3]上的肘点自M,移至M:就可翻过一页书。现已知固定铰链A、D的位置,连架杆AB的长度及三个位置以及描点M的三个位置。试设计该四杆机构(压重[4]用以保证每次翻书时只翻过一页):作,并量得:AB=36mm, AD=47mm, CD=5mm,BC=10mm, BM=36mm, CM=44mm8-20现需设计一铰链四杆机构,用以启闭汽车前灯的遮避窗门。示为该门(即连杆上的标线)在运动过程中的五个位置,其参数如表8—3所示。试用法设计该四杆机构(其位置必须限定在示长方形的有效空间内)。D-|||-、-|||-C-|||-C.-|||-B.-|||-a-9-|||-的轨进-|||-乘 吓不-|||-is A. 一 一一-|||-(0,=18-|||-必前 /1-|||-38-21示为一用推拉缆操作的长杆夹持器,用一四杆机构ABCD来实现夹持动作。设已知两连架杆上标线的对应角度如所示,试确定该四杆机构各杆的长度。:取AD为机架,并以适当比例尺作机架AD及AB杆与DE杆的三对对应位置。此机构设计简要步骤如(保留作线),机构各杆长度为:8-22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合动作。当油门踏板的转角分别为0º、5º、15º及20º时,杆MAB相对应的转角分别为0º、32º、52º及63º(逆时针方向),与之相应油门开启程度为0º(关闭)、14º、44º及60º(全开)四个状态。现设l=120 mm,试以作法设计此四杆机构ABCD,并确定杆AB及CD的安装角度β及β的大小(当踏板转20º时,AM与OA重合,DE与AD重合)。:(1)由平行四边形机构特征知杆CD的转角与油门开启角相同,故四杆机构ABCD两连架杆AB及CD的三对对应角α=32 º, φ=14 º; α=52 º, φ=44 º, α=63 º, φ=60 º;且均为逆时针方向;(2)取相应比例尺作出机架AD如所示;取BB为归并点,按点归并法设计此四杆机构(保留全部作线),并量得:l12=μ12AB=92mm, l13=μ13AD=120mm, l14=μ14.BC=180mm, l=μ.CD=34mm; β=92º, β=102º8-23 如所示,现欲设计一铰链四杆机构,设已知摇杆CD的长行程速比系数K=1.5,机架AD的长度为,摇杆的一个极限位置与机架间的夹角为,试求曲柄的长度和连杆的长度(有两组)。:先计算 D-|||-、-|||-C-|||-C.-|||-B.-|||-a-9-|||-的轨进-|||-乘 吓不-|||-is A. 一 一一-|||-(0,=18-|||-必前 /1-|||-3再以相应比例尺μ作可得两个:(1) l=μ (AC-AC)/2 =49.5mm, l=μ. (AC+AC)/2=119.5mm(2) l=μ (AC-AC)/2 =22mm, l=μ. (AC+AC)/2=48mm8-24如所示,设已知破碎机的行程速度变化系数K=1.2,颚板长度lAB=300 mm颚板摆角φ=35º,曲柄长度ll.=80 mm。求连杆的长度,并验算最小传动角γ2是否在允许的范围内。:先计算取相应比例尺μ作出摇杆CD的两极限位置CD及CD和固定铰链A所在圆sCD(保留作线)。 -如所示,以C为圆心、2AB为半径作圆,同时以F为圆心2FC为半径作圆,两圆交于点E,作CE的延长线与圆s的交点,即为铰链A的位置。由知: l=μ. AC+l=310mmγl=γ``=45º>40º8-25示为一牛头刨床的主传动机构,已知l2=75 mm,l2=100 mm,行程速度变化系数K=2,刨头5的行程H=300 mm。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。 先算导杆的摆角取相应比例尺μ作,由可得导杆机构导杆和机架的长度为:LAB=μDE.CD=300mm, l=μ.AC=150mm;导杆端点D的行程 DD=EE=H/μ为了使推动刨头5在整行程中有较小压力角,刨头导路的位置h成为H=ll(1+cos(φ/2))/2=300[(1+cos(60/2))/2=279.9mm点津 本题属于按行程速比系数K设计四杆机构问题,需要注意的是:①导杆CD的最大摆角与机构极位夹角相等:②因H=300mm,且要求在整个行中刨头运动压力角较小。所以取CD1=CD2=300mm, 则D1D2=H=300mm。8-26某装配线需设计一输送工件的四杆机构,要求将工件从传递带C经示中间位置输送到传送带C上。给定工件的三个方位为:M(204,-30),θ=0º;M(144,80),θ=22 º;M(34,100),θ=68 º。初步预选两个固定铰链的位置为A(0,0)、D(34,一83)。试用法设计此四杆机构。 由题可知, 本题属于按预定的连杆位置用法设汁四杆机构问题,N=3,并已预选x1, y2和x1, y2坐标值,具体计算过程略。8-27 如所示,设要求四杆机构两连架杆的三组对应位置分别为:,,,,,。试以法设计此四杆机构。D-|||-、-|||-C-|||-C.-|||-B.-|||-a-9-|||-的轨进-|||-乘 吓不-|||-is A. 一 一一-|||-(0,=18-|||-必前 /1-|||-3:(1)将α, φ 的三组对应值带入式(8-17)(初选α=φ=0)Cos(α+αA)=pAcos(φ+φD)+pDcos[(φ+φ)-(α+α)]+p得 D-|||-、-|||-C-|||-C.-|||-B.-|||-a-9-|||-的轨进-|||-乘 吓不-|||-is A. 一 一一-|||-(0,=18-|||-必前 /1-|||-3之得(计算到小数点后四位)p=1.5815, p=-1.2637, p=1.0233(2)如所示,求各杆的相对长度,得n=c/a=p=1.5815, l=-n/p=1.2515(3)求各杆的长度:得d=80.00A. =d/l=80/1.2515=63.923mm B. =1.5831ⅹ63.923=101.197mm C. =1.5851ⅹ63.923=101.094mm D. D-|||-、-|||-C-|||-C.-|||-B.-|||-a-9-|||-的轨进-|||-乘 吓不-|||-is A. 一 一一-|||-(0,=18-|||-必前 /1-|||-3 E. K=1.5,滑块的冲程H=50 mm,偏距e=20 mm。并求其最大压力角αmax。 F. H作出极位及作θ圆,作偏距线,两者的交点即铰链所在的位置,由可得: G. CAB-ACl.)/2 =17mm, l2=μ1. (ACBC+ACl)/2=36mm D-|||-、-|||-C-|||-C.-|||-B.-|||-a-9-|||-的轨进-|||-乘 吓不-|||-is A. 一 一一-|||-(0,=18-|||-必前 /1-|||-3 ^,l≤z≤10。 BCD的尺寸比例及其连杆上E点的轨迹曲线,试按下列两种情况设计一具有双停歇运动的多杆机构: 1)从动件摇杆输出角为45º: 2)从动件滑块输出行程为5倍曲柄长度。 D-|||-、-|||-C-|||-C.-|||-B.-|||-a-9-|||-的轨进-|||-乘 吓不-|||-is A. 一 一一-|||-(0,=18-|||-必前 /1-|||-3 8-31请结合下列实际设计问题,选择自己感兴趣的题目,并通过需求背景调查进一步明确设计目标和技术要求,应用本章或后几章所学知识完成相应设计并编写设计报告。 1)结合自己身边学习和生活的需要,设计一折叠式床头小桌或晾衣架,或一收藏式床头书架或脸盆架或电脑架等; 2)设计一能帮助截瘫病人独自从轮椅转入床上或四肢瘫痪已失去活动能力的病人能自理用餐或自动翻书进行阅读的机械; 3)设计适合老、中、青不同年龄段使用并针对不同职业活动性质(如坐办公室人员运动少的特点)的健身机械; 4)设计帮助运动员网球或乒乓球训练的标准发球机或步兵步行耐力训练,或空军飞行员体验混战演习训练(即给可能的飞行员各方位加一个重力),或宇航员失重训练(即能运载一人并提供一个重力加速度)的模拟训练机械; 5)设计放置在超市外投币式的具有安全、有趣或难以想像的运动的小孩“坐椅”或能使两位、四位游客产生毛骨悚然的颤动感觉的轻便“急动”坐车。 D-|||-、-|||-C-|||-C.-|||-B.-|||-a-9-|||-的轨进-|||-乘 吓不-|||-is A. 一 一一-|||-(0,=18-|||-必前 /1-|||-3

第7章课后习题参考答案

7—1等效转动惯量和等效力矩各自的等效条件是什么?

7—2在什么情况下机械才会作周期性速度波动?速度波动有何危害?如何调节?

答: 当作用在机械上的驱动力(力矩)周期性变化时,机械的速度会周期性波动。机械的速度波动不仅影响机械的工作质量,而且会影响机械的效率和寿命。调节周期性速度波动的方法是在机械中安装一个具有很大转动惯量的飞轮。

7—3飞轮为什么可以调速?能否利用飞轮来调节非周期性速度波动,为什么?

答: 飞轮可以凋速的原因是飞轮具有很大的转动惯量,因而要使其转速发生变化.就需要较大的能量,当机械出现盈功时,飞轮轴的角速度只作微小上升,即可将多余的能量吸收储存起来;而当机械出现亏功时,机械运转速度减慢.飞轮又可将其储存的能量释放,以弥补能最的不足,而其角速度只作小幅度^[1]的下降。

非周期性速度波动的原因是作用在机械上的驱动力(力矩)和阻力(力矩)的变化是非周期性的。当长时问内驱动力(力矩)和阻力(力矩)做功不相等,机械就会越转越快或越转越慢.而安装飞轮并不能改变驱动力(力矩)或阻力(力矩)的大小也就不能改变驱动功与阻力功不相等的状况,起不到调速的作用,所以不能利用飞轮来调节非周期陛速度波动。

7—4为什么说在锻压设备等中安装飞轮可以起到节能的作用?

: 因为安装飞轮后,飞轮起到一个能量储存器的作用,它可以用动能的形式把能量储存或释放出来。对于锻压机械来说,在一个工作周期中,工作时间很短.而峰值载荷很大。安装飞轮后.可以利用飞轮在机械非工作时间所储存能量来帮助克服其尖峰载荷,从而可以选用较小功率的原动机来拖动,达到节能的目的,因此可以说安装飞轮能起到节能的作用。

7—5由式J=△W/(ω [δ]),你能总结出哪些重要结论(希望能作较全面的分)?

答:①当△WF与ωmax一定时,若[δ]下降,则Jm增加。所以,过分追求机械运转速度的均匀性,将会使飞轮过于笨重。

由题意知,所要设计的六杆机构ABCDEF是由铰链四杆机构ABCD和摇杆滑块机构CDE串联所组成,故此设计问题,可分为两个四杆机构的设计问题。

对于摇杆滑块机构CDE的设计,就是确定活动铰链C的位置,可用反转法设汁,具体作法如下所示。

对于铰链四扦机构ABCD的设计.就是确定活动铰链B的位置,也可用反转法设计,具体作法如下所示。

8-19现欲设计一四杆机构翻书器。如所示,当踩动脚踏板^[2]时,连杆^[3]上的肘点自M,移至M:就可翻过一页书。现已知固定铰链A、D的位置,连架杆AB的长度及三个位置以及描点M的三个位置。试设计该四杆机构(压重^[4]用以保证每次翻书时只翻过一页)

:作,并量得:AB=36mm, AD=47mm, CD=5mm,

BC=10mm, BM=36mm, CM=44mm

8-20现需设计一铰链四杆机构,用以启闭汽车前灯的遮避窗门。示为该门(即连杆上的标线)在运动过程中的五个位置,其参数如表8—3所示。试用法设计该四杆机构(其位置必须限定在示长方形的有效空间内)。

8-21示为一用推拉缆操作的长杆夹持器,用一四杆机构ABCD来实现夹持动作。设已知两连架杆上标线的对应角度如所示,试确定该四杆机构各杆的长度。

:取AD为机架,并以适当比例尺作机架AD及AB杆与DE杆的三对对应位置。此机构设计简要步骤如(保留作线),机构各杆长度为:

8-22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合动作。当油门踏板的转角分别为0º、5º、15º及20º时,杆MAB相对应的转角分别为0º、32º、52º及63º(逆时针方向),与之相应油门开启程度为0º(关闭)、14º、44º及60º(全开)四个状态。现设l=120 mm,试以作法设计此四杆机构ABCD,并确定杆AB及CD的安装角度β及β的大小(当踏板转20º时,AM与OA重合,DE与AD重合)。

:(1)由平行四边形机构特征知杆CD的转角与油门开启角相同,故四杆机构ABCD两连架杆AB及CD的三对对应角α=32 º, φ=14 º; α=52 º, φ=44 º, α=63 º, φ=60 º;且均为逆时针方向;

(2)取相应比例尺作出机架AD如所示;

取BB为归并点,按点归并法设计此四杆机构(保留全部作线),并量得:

l12=μ12AB=92mm, l13=μ13AD=120mm, l14=μ14.BC=180mm, l=μ.CD=34mm; β=92º, β=102º

8-23 如所示,现欲设计一铰链四杆机构,设已知摇杆CD的长行程速比系数K=1.5,机架AD的长度为,摇杆的一个极限位置与机架间的夹角为,试求曲柄的长度和连杆的长度(有两组)。

:先计算

再以相应比例尺μ作可得两个:

(1) l=μ (AC-AC)/2 =49.5mm, l=μ. (AC+AC)/2=119.5mm

(2) l=μ (AC-AC)/2 =22mm, l=μ. (AC+AC)/2=48mm

8-24如所示,设已知破碎机的行程速度变化系数K=1.2,颚板长度lAB=300 mm颚板摆角φ=35º,曲柄长度ll.=80 mm。求连杆的长度,并验算最小传动角γ2是否在允许的范围内。

:先计算

取相应比例尺μ作出摇杆CD的两极限位置CD及CD和固定铰链A所

在圆sCD(保留作线)。 -

如所示,以C为圆心、2AB为半径作圆,同时以F为圆心2FC为半径作圆,两圆交于点E,作CE的延长线与圆s的交点,即为铰链A的位置。

由知: l=μ. AC+l=310mm

γl=γ``=45º>40º

8-25示为一牛头刨床的主传动机构,已知l2=75 mm,l2=100 mm,行程速度变化系数K=2,刨头5的行程H=300 mm。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。

先算导杆的摆角

取相应比例尺μ作,由可得导杆机构导杆和机架的长度为:

LAB=μDE.CD=300mm, l=μ.AC=150mm;

导杆端点D的行程 DD=EE=H/μ

为了使推动刨头5在整行程中有较小压力角,刨头导路的位置h成为

H=ll(1+cos(φ/2))/2=300[(1+cos(60/2))/2=279.9mm

点津 本题属于按行程速比系数K设计四杆机构问题,需要注意的是:①导杆CD的最大摆角与机构极位夹角相等:②因H=300mm,且要求在整个行中刨头运动压力角较小。所以取CD1=CD2=300mm, 则D1D2=H=300mm。

8-26某装配线需设计一输送工件的四杆机构,要求将工件从传递带C经示中间位置输送到传送带C上。给定工件的三个方位为:M(204,-30),θ=0º;M(144,80),θ=22 º;M(34,100),θ=68 º。初步预选两个固定铰链的位置为A(0,0)、D(34,一83)。试用法设计此四杆机构。

由题可知, 本题属于按预定的连杆位置用法设汁四杆机构问题,

N=3,并已预选x1, y2和x1, y2坐标值,具体计算过程略。

8-27 如所示,设要求四杆机构两连架杆的三组对应位置分别为:,,,,,。试以法设计此四杆机构。

:(1)将α, φ 的三组对应值带入式(8-17)(初选α=φ=0)

Cos(α+αA)=pAcos(φ+φD)+pDcos[(φ+φ)-(α+α)]+p

得

之得(计算到小数点后四位)p=1.5815, p=-1.2637, p=1.0233

(2)如所示,求各杆的相对长度,得n=c/a=p=1.5815, l=-n/p=1.2515

(3)求各杆的长度:得d=80.00

A. =d/l=80/1.2515=63.923mm
B. =1.5831ⅹ63.923=101.197mm
C. =1.5851ⅹ63.923=101.094mm
D.
E. K=1.5,滑块的冲程H=50 mm,偏距e=20 mm。并求其最大压力角αmax。
F. H作出极位及作θ圆,作偏距线,两者的交点即铰链所在的位置,由可得:
G. CAB-ACl.)/2 =17mm, l2=μ1. (ACBC+ACl)/2=36mm

^,l≤z≤10。
BCD的尺寸比例及其连杆上E点的轨迹曲线,试按下列两种情况设计一具有双停歇运动的多杆机构:
1)从动件摇杆输出角为45º:
2)从动件滑块输出行程为5倍曲柄长度。

8-31请结合下列实际设计问题,选择自己感兴趣的题目,并通过需求背景调查进一步明确设计目标和技术要求,应用本章或后几章所学知识完成相应设计并编写设计报告。
1)结合自己身边学习和生活的需要,设计一折叠式床头小桌或晾衣架,或一收藏式床头书架或脸盆架或电脑架等;
2)设计一能帮助截瘫病人独自从轮椅转入床上或四肢瘫痪已失去活动能力的病人能自理用餐或自动翻书进行阅读的机械;
3)设计适合老、中、青不同年龄段使用并针对不同职业活动性质(如坐办公室人员运动少的特点)的健身机械;
4)设计帮助运动员网球或乒乓球训练的标准发球机或步兵步行耐力训练,或空军飞行员体验混战演习训练(即给可能的飞行员各方位加一个重力),或宇航员失重训练(即能运载一人并提供一个重力加速度)的模拟训练机械;
5)设计放置在超市外投币式的具有安全、有趣或难以想像的运动的小孩“坐椅”或能使两位、四位游客产生毛骨悚然的颤动感觉的轻便“急动”坐车。