偏置式曲柄滑块机构1解析

2009 ~2010学年 第 二 学期一 二 三 四 五 六 七 八一、平面机构结构分析（15分）1. 在图1-1所示机构中，凸轮为一圆盘，铰链A 、B 、C共线，AB =BC =BD 。

（1）计算该机构自由度，请明确指出机构中的复合铰链、局部自由度或虚约束；（9分）（2）画出该机构的低副替代机构。

（3分）2. 试画出图1-2所示机构的基本杆组（必须将构件代号标注在基本杆组中），并确定机构的级别。

（3分）二、平面连杆机构分析与设计（30分）1. 确定图2-1所示机构在图示位置的全部瞬心。

若曲柄1的角速度ω1已知，写出计算构件3的角速度ω3的表达式；（8分）2. 画出机构在图示位置的传动角γ；（2分）3. 在图2-2所示机构中，已知1ϕ=45°，1ω=10rad/s ，逆时针方向，l AB =400mm ，封线密15 2 467 38 图1-24C B132ω1A图2-1B DC A J F E ' IG K O H 图1-1 Eγ=60°，试用相对运动图解法求构件2的角速度2ω、构件3的速度v 3和加速度a 3（要求列出矢量方程，画出速度多边形和加速度多边形）；（10分）4．给定摇杆长度及两极限位置如图2-3所示，图中，μl =0.002m/mm ，要求机构的行程速比系数K =1.5，机架长度l AD =45mm ，试设计曲柄摇杆机构（直接在图2-3上作图，保留作图线，求出l AB 和l BC 的值）。

（10分）三、凸轮机构分析（10分）1. 试在图3中画出凸轮的理论轮廓曲线、基圆、从动件的最大行程h 、凸轮逆时针转至轮廓线上点A （点A 位于凸轮轮廓线的直线段上）与滚子接触时，从动件位移s 和机构压力角α；（6分）2. 凸轮的推程角Φ =?、回程角Φ'=?（4分）四、齿轮机构参数计算（10分）在图4所示齿轮机构中，己知各直齿圆柱齿轮模数均为2mm ，各轮的齿数分别为：z 1=15，z 2＝32，z 2'=20，z 3＝30。

A卷一、简答与名词解释(每题5分.共70分)1. 简述机构与机器的异同及其相互关系答. 共同点：①人为的实物组合体；②各组成部分之间具有确定的相对运动；不同点：机器的主要功能是做有用功、变换能量或传递能量、物料、信息等；机构的主要功能是传递运动和力、或变换运动形式。

相互关系：机器一般由一个或若干个机构组合而成。

2. 简述“机械运动”的基本含义答. 所谓“机械运动”是指宏观的、有确定规律的刚体运动。

3. 机构中的运动副具有哪些必要条件？答. 三个条件：①两个构件；②直接接触；③相对运动。

4. 机构自由度的定义是什么？一个平面自由构件的自由度为多少？答. 使机构具有确定运动所需输入的独立运动参数的数目称机构自由度。

平面自由构件的自由度为3。

5. 机构具有确定运动的条件是什么？当机构的原动件数少于或多于机构的自由度时.机构的运动将发生什么情况？答. 机构具有确定运动条件：自由度＝原动件数目。

原动件数目<自由度.构件运动不确定；原动件数目>自由度.机构无法运动甚至构件破坏。

6. 铰链四杆机构有哪几种基本型式？答. 三种基本型式：曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。

7. 何谓连杆机构的压力角、传动角？它们的大小对连杆机构的工作有何影响？以曲柄为原动件的偏置曲柄滑块机构的最小传动角minγ发生在什么位置？答. 压力角α：机构输出构件（从动件）上作用力方向与力作用点速度方向所夹之锐角；传动角γ：压力角的余角。

α＋γ≡900。

压力角（传动角）越小（越大）.机构传力性能越好。

偏置曲柄滑块机构的最小传动角γmin发生在曲柄与滑块移动导路垂直的位置8. 什么是凸轮实际轮廓的变尖现象和从动件（推杆）运动的失真现象？它对凸轮机构的工作有何影响？如何加以避免？答. 对于盘形凸轮.当外凸部分的理论轮廓曲率半径ρ与滚子半径rT 相等时：ρ=rT.凸轮实际轮廓变尖（实际轮廓曲率半径ρ’=0）。

在机构运动过程中.该处轮廓易磨损变形.导致从动件运动规律失真。

机械原理课程机构设计实验报告题目：曲柄滑块机构的运动分析及应用小组成员与学号：刘泽陆(********)陈柯宇(11071177)熊宇飞(11071174)张保开(11071183)班级：1107172013年6月10日摘要 (3)曲柄滑块机构简介 (4)曲柄滑块机构定义 (4)曲柄滑块机构的特性及应用 (4)曲柄滑块机构的分类 (8)偏心轮机构简介 (9)曲柄滑块的动力学特性 (10)曲柄滑块的运动学特性 (11)曲柄滑块机构运行中的振动与平衡 (14)参考文献 (15)组员分工 (15)摘要本文着重介绍了曲柄滑块机构的结构，分类，用途，并进行了曲柄滑块机构的动力学和运动学分析，曲柄滑块机构的运动学特性分析，得出了机构压力表达式，曲柄滑块机构的运动特性分析，得出了滑块的位移、速度和加速度的运动表达式。

最后，对曲柄滑块机构运动中振动、平衡稳定性等进行了总结。

关键字：曲柄滑块动力与运动分析振动与平稳性ABSTRACTThe paper describes the composition of planar linkage, focusing on the structure, classification, use of a slider-crank mechanism and making the dynamic and kinematic analysis, kinematics characteristics of the crank slider mechanism analysis for a slider-crank mechanism, on one hand , we obtain the drive pressure of the slider-crank mechanism ,on the other hand,we obtain the expression of displacement, velocity and acceleration of movement. Finally, the movement of the vibration and balance stability of the crank slider mechanism are summarized.曲柄滑块机构简介曲柄滑块机构定义曲柄滑块机构是铰链四杆机构的演化形式,由若干刚性构件用低副(回转副、移动副)联接而成的一种机构。

具有最优传力性能的曲柄滑块机构的设计宁海霞1董萍摘要：在曲柄滑块机构的设计中，将x作为设计变量，求出已知滑块行程H，行程速比系数K 时机构传力性能最优的x 值，使得最小传动角γmin为最大，从而设计出此机构。

关键词：最优传力性能；曲柄滑块机构；行程速比系数；最小传动角机器种类很多，但它们都是由各种机构组成的，曲柄滑块机构就是常用机构之一。

它有一个重要特点是具有急回特性。

故按行程速比系数 K 设计具有最优传力性能的曲柄滑块机构是设计中常遇到的问题。

本文将 x 作为设计变量，给出了解决问题的方法。

一、x 和最小传动角γmin 的关系1．最小传动角γmin的计算曲柄滑块机构如图 1 所示，图中 AB 为曲柄，长度为 a，BC 为连杆，长度为 b，偏心距为 e。

γ愈大，对机构传动愈有利，它是机构传动性能的重要指标之一，工程上常以γ值来衡量机构的传力性能。

1作者简介：宁海霞（1设计、复合材料图 1当主动件为曲柄时，随着其位置不同，γ值亦不同，最小传动角γmin 出现在曲柄与滑块导路垂直的位置，其值为：min= cos-1(a +e) (1)b2．X 和最小传动角γmin 的关系设计一曲柄滑块机构，已知：滑块行程H，行程速比系数 K，待定设计参数为 a 、 b 和 e 。

K - 1计算极位夹角： = 180K -1K + 1根据已知条件，作出图2，曲柄支点在圆周上，它的位置决定传力性能，现设 AC1=x，x 作为设计变量，一旦确定了 A 点的位置，a、b 和 e 也就确定。

下面找出 a、b和 e与设计变量 x之间的关系。

图2 在△AC1C2中(2)H 2 = (b -a )2 +(b +a )2 -2(b -a )(b +a )cosb -a =xH 2 = x 2 + (x + 2a )2 - 2x (x + 2a ) cosx (cos-1) + H 2 - x 2 sin 2a = 2a +b x + 2 asin(AC C ) e / x 所以 e = sin（x 2 +2a 2）/ H（3）将 b = x +a 代入 （1）-1 e + a min = cos -1 （ e + a）（4） x +a将式（2）、（ 3）代入式（4），γmin 仅为 x 的函数，则可求得γmin 的值。

机械设计基础课程》习题第 1 章机械设计基础概论1- 1 试举例说明机器、机构和机械有何不同？1- 2 试举例说明何谓零件、部件及标准件？1- 3 机械设计过程通常分为几个阶段？各阶段的主要内容是什么？1- 4 常见的零件失效形式有哪些？1- 5 什么是疲劳点蚀？影响疲劳强度的主要因素有哪些？1- 6 什么是磨损？分为哪些类型？1-7 什么是零件的工作能力？零件的计算准则是如何得出的？1-8 选择零件材料时，应考虑那些原则？1-9 指出下列材料牌号的含义及主要用途： Q275 、 40Mn 、40Cr 、 45 、ZG310 － 570 、 QT600 －3。

第 2 章现代设计方法简介2- 1 简述三维CAD 系统的特点。

2- 2 试写出优化设计数学模型的一般表达式并说明其含义。

2- 3 简述求解优化问题的数值迭代法的基本思想。

2- 4 优化设计的一般过程是什么？2- 5 机械设计中常用的优化方法有哪些？2- 6 常规设计方法与可靠性设计方法有何不同？2-7 常用的可靠性尺度有那些？2-8 简述有限元法的基本原理。

2-9 机械创新设计的特点是什么？2-10 简述机械创新设计与常规设计的关系。

第 3 章平面机构的组成和运动简图3- 1 举实例说明零件与构件之间的区别和联系。

3- 2 平面机构具有确定运动的条件是什么?3- 3 运动副分为哪几类？它在机构中起何作用？3- 4 计算自由度时需注意那些事项？3- 5 机构运动简图有何用途？怎样绘制机构运动简图？3- 6 绘制图示提升式水泵机构的运动简图，并计算机构的自由度。

3-7 试绘制图示缝纫机引线机构的运动简图，并计算机构的自由度。

3-8 试绘制图示冲床刀架机构的运动简图，并计算机构的自由度。

3-9 试判断图a、b、c 所示各构件系统是否为机构。

若是，判定它们的运动是否确定（图中标有箭头的构件为原动件）3-10 计算图 a、b、c、d、e、f 所示各机构的自由度，如有复合铰链、局部自由度、或虚约束请指出。

机械设计基础教材习题参考解答（第一章~第五章）2012.8目录第1章机械设计概论_______________________________ 2第2章机械零件尺寸的确定_________________________ 3第3章平面机构运动简图及平面机构自由度___________ 4第4章平面连杆机构_______________________________ 6第5章凸轮机构__________________________________ 11第1章机械设计概论思考题和练习题1-1举例说明什么是新型设计、继承设计和变型设计。

解：新型设计通常人们指应用成熟的科学技术或经过实验证明是可行的新技术，设计过去没有过的新型机械，如：新型机械手、动车、扑翼飞机、电动汽车等；继承设计通常指人们根据使用经验和技术发展对已有的机械进行设计更新，以提高其性能、降低其制造成本或减少其运用费用，如：大众系列汽车、大家电产品等。

变型设计通常指人们为适应新的需要对已有的机械作部分的修改或增删而发展出不同于标准型的变型产品，如：。

各种工程机械、农田作业机械等。

1-2解：评价产品的优劣的指标有哪些？解：产品的性能、产品的1-3机械零件常用的材料有哪些？为零件选材时应考虑哪些主要要求？解：制造机械零件的材料目前用得最多的是金属材料，其又分为钢铁材料和非铁材料（如铜、铝及其合金等）；其次是非金属材料（如工程塑料、橡胶、玻璃、皮革、纸板、木材及纤维制品等）和复合材料（如纤维增强塑料、金属陶瓷等）。

从各种各样的材料中选择出合用的材料是一项受到多方面因素制约的工作，通常应考虑下面的原则：1)载荷的大小和性质，应力的大小、性质及其分布状况2)零件的工作条件3)零件的尺寸及质量4)经济性1-4解：机械设计的内容和步骤？解：机械设计的内容包括：构思和方案设计、强度分析、材料的选择、结构设计等。

机械设计的步骤：明确设计任务，总体设计，技术设计，样机试制等。

习题33-1 铰链四杆机构有哪几种基本型式？如何判定？答：铰链四杆机构分为三种基本形式，即曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。

判别方法为：1.当机构中最短构件长度l min与最长构件长度l max之和小于等于其余两构件长度之和，即l min+l max≤l'+l''。

（1）若取与最短构件相邻的构件为机架时，则为曲柄摇杆机构，如图3-18（a）、（b）所示。

（2）若取最短构件为机架，则为双曲柄机构，如图3-18（c）所示。

（3）若取与最短构件相对的构件为机架，则为双摇杆机构，如图3-18（d）所示。

2.当机构中最短构件长度l min与最长构件长度l max之和大于其余两构件长度之和，即l min+l max﹥l'+l''时，无论取哪一构件为机架，均为双摇杆机构。

3-2 判断如图题3-2所示铰链四杆机构的类型。

答：（a）l min+l max=25+120=145，l'+l''=100+60=160。

l min+l max﹤l'+l''，且最短杆相邻杆为机架，此机构为曲柄摇杆机构。

（b）l min+l max=40+110=150，l'+l''=70+90=160。

l min+l max﹤l'+l''，且取最短杆为机架，此机构为双曲柄机构。

（c）l min+l max=50+100=150，l'+l''=70+60=130。

l min+l max﹥l'+l''，此机构为双摇杆机构。

（d）l min+l max=50+100=150，l'+l''=70+90=160。

l min+l max﹤l'+l''，且取最短杆相对构件为机架，为双摇杆机构。

3-3 平面四杆机构有哪些基本性质?答：急回特性；压力角和传动角；止点位置。

绪 论1. 简述机构与机器的异同及其相互关系。

2. 简述机械的基本含义。

3. 简述构件和零件的区别与联系。

4. 简述“机械运动”的基本含义。

5. 简述“机械设计基础”课程的主要研究对象和内容。

6. 简述“机械设计基础”课程在专业学习中的性质。

【参考答案】1. 共同点：①人为的实物组合体；②各组成部分之间具有确定的相对运动；不同点：机器的主要功能是做有用功、变换能量或传递能量、物料、信息等；机构的主要功能是传递运动和力、或变换运动形式。

相互关系：机器一般由一个或若干个机构组合而成。

2. 从结构和运动的角度看，机构和机器是相同的，一般统称为机械。

3. 构件是机械中的运动单元，零件是机械中的制造单元；构件是由一个或若干个零件刚性组合而成。

4. 所谓“机械运动”是指宏观的、有确定规律的刚体运动。

5. 研究对象：常用机构（平面连杆机构、凸轮机构、齿轮机构等）和通用零（部）件（螺栓、键、齿轮、带、链、轴、轴承、联轴器、离合器等）。

研究内容：机构的组成及其工作原理、结构分析、运动分析等；零（部）件结构、设计计算、类型选择、使用维护等。

6. “机械设计基础”课程着重研究各类机械中的共性问题，为进一步深入研究各种专门机械奠定基础；同时，“机械设计基础”课程的学习又涉及到高等数学、机械制图、工程力学、工程材料以及机械制造基础等知识的综合运用。

因此，“机械设计基础”是课程体系中的一门专业技术基础课程。

平面机构的自由度1. 什么是机构中的原动件、从动件、输出构件和机架？2. 机构中的运动副具有哪些必要条件？3. 运动副是如何进行分类的？4. 平面低副有哪两种类型？5. 简述机构运动简图的主要作用，它能表示出原机构哪些方面的特征？6. 机构自由度的定义是什么？一个平面自由构件的自由度为多少？7. 平面运动副中，低副和高副各引入几个约束？8. 机构具有确定运动的条件是什么？当机构的原动件数少于或多于机构的自由度时，机构的运动将发生什么情况？9. 运动链和机构关系如何？10. 画出下列机构的示意图，并计算其自由度。