机械系统设计.doc

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1、机械系统设计三、下列知识点可出计算类型题题20图ACBFDE20计算图示机构自由度并判定机构是否具有确定的运动（若含有复合铰链、局部自由度和虚约束请指出）。（1）答：B处为局部自由度；E、D之一为虚约束。 机构自由度：F=3n2PLPH=34251=1 因为机构主动件数和自由度数相等，所以机构有确定的运动。 题21图ACBODEFGH21计算图示机构自由度并判定机构是否具有确定的运动（若含有复合铰链、局部自由度和虚约束请指出）。答： A处为局部自由度；移动副G、H之一为虚约束； 机构自由度：F=3n2PLPH=36281=1 因为机构主动件数和自由度数相等，所以机构有确定的运动。 JB题22图

2、AFGHCDEI22计算图示机构自由度并判定机构是否具有确定的运动（若含有复合铰链、局部自由度和虚约束请指出）。答： F处为局部自由度；移动副D、E之一为虚约束； 机构自由度：F=3n2PLPH=36281=1 因为机构主动件数和自由度数相等，所以机构有确定的运动。 题23图BAFCEDG23计算图示机构自由度并判定该机构是否具有确定的运动（若含有复合铰链、局部自由度和虚约束请指出）。答： G处为局部自由度；移动副E、F之一为虚约束； 机构自由度：F=3n2PLPH=34251=1 因为机构主动件数和自由度数相等，所以机构有确定的运动。C题24图EABDFGH24计算图示机构的自由度并判断图示

3、机构是否具有确定的运动（若含有复合铰链、局部自由度和虚约束请指出），其中CDEFGH，CDEFGH；CGDH，CEDF，EGFH。答： C处为复合铰链，EF杆及相联接的转动副或GH杆及相联接的转动副之一为虚约束。 机构自由度：F=3n2PLPH=35270=1 因为机构主动件数和自由度数相等，所以机构有确定的运动。25（1-3P14）计算图示机构自由度并判定机构是否具有确定的运动（若含有复合铰链、局部自由度和虚约束请指出）。题25图ABEDC答： C处为复合铰链。 机构自由度：F=3n2PLPH=3527=1 因为机构主动件数和自由度数相等，所以机构有确定的运动。 26（1-3P14）计算图示

4、机构自由度并判定机构是否具有确定的运动（若含有复合铰链、局部自由度和虚约束请指出）。ABCEDFG题26图答： B、F处为复合铰链。 机构自由度：F=3n2PLPH=37210=1 因为机构主动件数和自由度数相等，所以机构有确定的运动。 27（1-3P14）计算图示机构自由度并判定该机构是否具有确定的运动（若含有复合铰链、局部自由度和虚约束请指出）。题27图题23图ABCEDF答： 机构自由度：F=3n2PLPH=3527=1 因为机构主动件数和自由度数相等，所以机构有确定的运动。28（1-3P14）计算图示机构的自由度并判断图示机构是否具有确定的运动（若含有复合铰链、局部自由度和虚约束请指出

5、）。ABCEDFG题28图答：移动副F、G之一为虚约束。 机构自由度：F=3n2PLPH=35270=1 因为机构主动件数和自由度数相等，所以机构有确定的运动。四、下列知识点可出综合应用题28阐述平面机构运动简图的绘制方法答:（1）分析机械的动作原理、组成情况和运动情况，搞清固定构件与活动构件、主动件与从动件。（2）沿着运动传递路线，逐一分析每两个构件间相对运动的性质，以确定运动副的类型和数目。（3）恰当地选择运动简图的视图平面，对于平面机构通常选用与各构件运动平面相平行的平面作为视图平面。必要时也允许把机械不同部分的视图展开到同一图面上，或用其他视图表达，总之以能简单清楚地把机械的结构及运动

6、传递的情况正确地表达为原则。（4）选择适当的比例尺（5）从原动件开始，根据确定出的各运动副的相对位置，用各运动副的代号、常用机构运动简图符号和简单线条，按传动顺序绘制出机构运动简图。29阐述机构结构分析的方法和步骤答：机构的结构分析就是将机构分解为原动件、机架和基本杆组，并确定机构的极别。与机构组成过程相反，一般是从远离原动件的构件开始拆组。其要领及步骤如下： （1）检查并除去机构中的局部自由度和虚约束。 （2）用低副代替机构中的高副。 （3）正确计算机构的自由度，明确机构的原动件。机构原动件的数目应等于机构自由度的数目。 （4）从机构中拆杆组。首先从传动关系上离原动件最远的部分开始试拆，先试

7、拆级杆组，如不能拆卸，再试拆级杆组或更高级杆组，直到剩下原动件和机架为止。注意每次试拆组后，机构剩余部分的运动特性与拆杆组前相同，不允许出现只属于一个构件的运动副和只有一个运动副的构件（原动件除外）。四、下列知识点可出综合应用类型题图32题32已知连杆BC的长度及其预定位置B1C1、B2C2、B3C3，设计出四杆机构如图。叙述图解过程。答：连杆BC的轨迹分别是以固定铰链A、D为圆心的圆弧或圆。根据“三点定一圆”的几何原理，分别作B1B2、B2B3的垂直平分线b12、b23，它们的交点即为固定铰链A的中心位置；同理，分别作线段C1C2、C2C3的垂直平分线c12、c23，它们的交点即为固定铰链D

8、的中心位置。连接AB1和C1D即为所求的四杆机构。此问题有唯一解。上述问题中，如果给定连杆的两个预定位置B1C1、B2C2，那么固定铰链A、D点就可以分别在b12、c12上任意取，这时所求的四杆机构有无穷多组解。具体设计时，一般再根据其他条件，来得到一组确定解。33设计一铰链四杆机构，使其两连架杆实现下列三组对应关系：11=30，31=45；12=60，32=90；13=90、33=135。（可取1件长a=300mm）题33图解：根据机构的位置方程取，则由上式得将三组参数代入上式则 解方程组求出三个待定参数 由常数关系式 根据实际需要决定构件1的长度a后，其他构件的杆长b、c、d便可确定。取原

9、动件1长度a=300mm，将P1、P2、P3及a代入上式求出其余杆尺寸分别为b=299.9mm c=212.1mm d=409.7mm34已知摇杆长，摆角，和行程速比系数K，根据给出的图示结果，阐述用图解法设计曲柄摇杆机构的设计步骤。题34图答：1）计算出极位夹角任取一点D作为摇杆转动中心，以此为顶点作等腰三角形DC1C2，使C1DC2=，两腰长。2）计算出极位夹角，过C1点作C1NC1C2，过C2作C2M使C1C2M=90-，两直线交于P点。3）作直角三角形C1C2P的外接圆，则此圆周上任意点均可作为曲柄转动中心A。A确定后机架长AD即可确定。由几何关系得曲柄和连杆长度：a=(AC2-AC1

10、)/2，b=(AC2+AC1)/2。因A点位置有无数个，所以有无穷多解。常用最小传动角min或其他附加条件确定A点的确切位置。三、下列知识点可出综合应用类型题21理论廓线曲率半径为a，实际廓线曲率半径为b，滚子半径为rr，分析滚子半径对凸轮实际轮廓的影响。答：对于内凹凸轮廓线，其三者之间的关系为b=a+rr，因此无论滚子半径大小如何，实际轮廓线总是可以作出的。对于外凸凸轮廓线，其三者间的关系为b=arr，arr时，b0，此时可以求出正常的实际轮廓；当arr时，b=0，凸轮实际轮廓将出现尖点，尖点处极易磨损；arr时，则b0为负值，实际上轮廓将出现交叉，在加工时，交叉部分被切掉，使从动件不能按预

11、期的运动规律运动，从而导致从动件运动失真。因此，为了使滚子从动件凸轮机构不发生失真，保证任何情况下都不发生实际轮廓变尖或相交，应使实际轮廓外凸部分的最小曲率半径不小于某一许用值 b，即bmin=aminrrb，其中b=35mm。三、下列知识点可出计算类型题41图示渐开线。已知基圆半径rb=45mm，求rk=60mm时，渐开线K点的压力角k、曲率半径k；基圆压力角b和曲率半径b各是多少。答：由几何关系 曲率半径 基圆压力角和曲率半径 kKNOkrkrb题38图39一渐开线斜齿圆柱齿轮，z=14，mn=4mm，=12，求齿轮的当量齿数；判断齿轮是否发生根切。答：当量齿数 zv=z/(cos3)=1

12、4/(cos312)=15.53不根切直齿轮的最少齿数为17，不根切斜齿轮的最少齿数为 zmin=zvmin cos3=17 cos315=15.91 由于 zvzmin所以发生根切。40一对外啮合渐开线斜齿圆柱齿轮，z1=16，z2=40，mn=4mm，=15，b=30mm，求无侧隙啮合的中心距、端面模数及轴面重合度。答：答：中心距 a=mn (z1+z2)/(2cos)=4(16+40)/(2cos15)=115.5mm端面模数 mt=mn/cos=4/cos15=4.14mm 轴面重合度 =(bsin)/(mn)=(30sin15)/ (4)=0.6241已知一齿轮的模数m=3mm，齿数

13、z=20，压力角=20，ha*=1，求齿顶圆处的渐开线压力角和曲率半径。答：齿顶圆压力角 齿顶圆曲率半径 42=20，ha*=1的渐开线标准直齿轮的齿根圆和基圆重合时，齿数应为多少？基圆直径：db=mzcos20齿根圆直径：df=m(z-2ha*-2c*)由 db= df 即 mzcos20=m(z-2ha*-2c*)得齿数 z=2(ha*+c*)/(1-cos)4243一对外啮合标准斜齿轮，z1=19，i12=2，n=20，mn=2.5mm，han*=1，=11，求标准中心距a；若实际中心距为122mm，确定螺旋角。(cos11=0.98)答：求齿数z2 z2= i12.z1=219=38求

14、标准中心距 a=mn (z1+z2)/(2cos)=2.5(19+38)/(2cos11)=72.58mm求螺旋角 由 a=mn (z1+z2)/(2cos)得 = arcmn (z1+z2)/(2a)= arc2.5(19+38)/(272.58)=10.9844一标准直齿圆柱齿轮ha*=1，齿顶圆齿距pa=15.7mm，齿顶圆直径为da=400mm，求该齿轮的齿数和模数。答：齿顶圆周长为 由 da=paz 得齿数 z=da/pa=400/15.7=80 由 da=m(z+2ha*) 得模数 m= da/(z+2ha*)=400/(80+2)=4.88mm，取标准模数m=5mm。45一对渐开

15、线外啮合标准直齿圆柱齿轮传动，z1=20，z2=40，m=3mm，=20，ha*=1，求（1）两轮分度圆直径d1、d2，齿顶圆直径da1、da2，及标准安装时的中心距a。答：（1）求分度圆直径、齿顶圆直径及标准安装时的中心距分度圆直径 d1=mz1=320=60mm d2=mz2=340=120mm齿顶圆直径 da1= d1+2ha*m=60+213=66mm da2= d2+2ha*m=120+213=126mm 标准中心距 46已知一对渐开线标准直齿圆柱齿轮减速器，模数m=4，压力角=20，齿数z1=25，z2=50，转速n1=960r/min，求转速n2、中心距a、基圆齿距pb。答：由一

16、对齿轮传动比公式 i12=n1/n2=z2/z1得转速 n2= (z1/z2) n1=(25/50)960=480r/min 中心距 a=m(z1+z2)/2=4(25+50)/2=150mm 基圆齿距 pb=mcos=4cos20=11.8mm47一对渐开线外啮合标准直齿圆柱齿轮传动，标准中心距a=160mm，齿轮z1=20，z2=50，=20，ha*=1，c*=0.25，试求模数和两轮的分度圆直径、基圆直径。答：由中心距公式 求出模数 ，取m=5mm。分度圆直径 基圆直径 48（4-3P78）一对齿轮传i12动，已知n1=960r/min，齿数z1=20，z2=60，计算传动比i12和n2

17、。答：传动比 i12=n1/ n2= z2/ z1=60/20=3 n2转速 n2= n1/ i12=960/3=320 r/min齿根圆直径：df=m(z-2ha*-2c*)由 db= df 即 mzcos20=m(z-2ha*-2c*)得齿数 z=2(ha*+c*)/(1-cos)42四、下列知识点可出综合应用类型题48设计一对渐开线外啮合标准直齿圆柱齿轮传动。要求传动比i12=2.03，标准中心距a=150mm，模数m=3mm。若中心距增大1.5mm，求节圆直径d1、d2及啮合角。解：（1）标准齿轮设计由 解出 z1=33.0033 z2=66.997 取z1=33 z2=67求得以下参

18、数：分度圆直径：d1=mz1=333=99mm d2=mz2=673=201mm齿顶圆直径：d a1=d1+2ha=99+23=105mm d a2=d2+2ha=201+23=207mm齿根圆直径：d f1=d1-2hf=99-23(1+0.25)=91.5mm d f2=d2-2hf=201-23(1+0.25)=193.5mm（2）中心距增大1.5mm安装中心距增大1.5，即 a= a+1.5=151.5mm 则节圆直径： 啮合角： 49现预配做一齿轮传动的小齿轮，与之相配的大齿轮为标准齿轮，其齿数z2 =52，齿顶圆直径da2 = 135 mm，标准中心距a = 112.5mm，试确定

19、小齿轮的齿数，模数、分度圆直径、齿顶圆直径及齿根圆直径。答：由中心距 得齿数 分度圆直径 齿顶圆直径 齿根圆直径 50一对渐开线外啮合标准直齿圆柱齿轮传动，z1=20，z2=40，m=2mm，=20，ha*=1，c*=0.25，求（1）两轮分度圆直径d1、d2，齿顶圆直径da1、da2，及标准安装时的中心距a；（2）当中心距a=61mm时，顶隙c、节圆直径d1、d2啮合角。（1）求分度圆直径、齿顶圆直径及标准安装时的中心距分度圆直径 d1=mz1=220=40mm d2=mz2=240=80mm齿顶圆直径 da1= d1+2ha*m=40+212=44mm da2= d2+2ha*m=80+2

20、12=84mm 标准中心距 （2）当中心距改变时求顶隙、节圆直径及啮合角。顶隙 节圆直径 啮合角 四、下列知识点可出综合应用类型题22图示复合轮系z1=12，z2=52，z3=76，z4=49，z6=73，求传动比i1H；若转速n1=1450r/min，求行星架转速nH，并判断两轮转向是否相同。解：此为混合轮系。题22图12356H4（1）划分轮系 4、5、6、H组成周转轮系（差动轮系），1、2、3轮组成定轴轮系；（2）分别计算传动比 （3）联立求解由于将n4、n6代入（A）式整理后得：结果为正，1、H转向相同。二、下列知识点可出简答类型题1、常用螺旋机构有几种，各是什么？答：三种1）普通螺旋

21、机构； 2）复式螺旋机构； 3）微动螺旋机构。三、下列知识点可出计算类型题题19图BCA1123419图示铰链四杆机构中，已知各构件的尺寸及构件1的角速度1，求C点的速度（写出矢量方程、画出速度图并分析出各矢量大小方向）。答：1）根据相对运动运动合成原理列出构件2上B、C两点矢量方程分析各量 2）取比例尺v，画出速度多边形如图示3）求出 （量出线段pc长代入计算）20如题19图所示铰链四杆机构，已知各构件的尺寸及构件1的角速度1，求出连杆2的角速度2（写出矢量方程、画出速度图并分析出各矢量大小方向）。答：1）根据相对运动合成原理列出构件2上B、C两点矢量方程分析各量 2）取比例尺v，画出速度多

22、边形如图示3）求出2 由 （量出线段bc代入计算），得 逆时针21如题19图所示铰链四杆机构中，已知各构件的尺寸及构件1的角速度1，求出构件3的角速度3（写出矢量方程、画出速度图并分析出各矢量大小方向）。答：1）根据相对运动合成原理列出构件2上B、C两点矢量方程分析各量。 2）取比例尺v，画出速度多边形如图示3）求出3 由 （量出pc尺寸代入计算），得 顺时针题22图ACB12314pbc22图示曲柄滑块机构中，已知各构件的尺寸及构件1的角速度1，求出滑块3的角速度vC（写出矢量方程、画出速度图并分析出各矢量大小方向）。答：1）根据相对运动运动合成原理列出构件2上B、C两点矢量方程分析各量 2）取比例尺v，画出速度多边形如图示3）求出vC 由 （量出pc尺寸代入计算），方向向左。ACB1231pb2(b1)b323图示摇杆机构中，已知各构件的尺寸及构件1的角速度1，求出构件3的角速度3（写出矢量方程、画出速度图并分析出各矢量大小方向）。答：1）根据相对运动合成原理列出重合点B的矢量方程分析各量 2）取比例尺v，画出速度多边形如图示3）求出3 由 （量出线段pb3代入计算），得 顺时针