朱明zhubob机械设计基础第四章四杠机构、凸轮及棘轮习题答案

第4章习题4.1典型棘轮机构由哪些构件组成？在棘轮机构中为保证棘爪能顺利进入棘轮轮齿的齿根，应满足的条件是什么？答：典型的棘轮机构由棘轮、驱动棘爪、摆杆和止回棘爪。

为保证棘爪能顺利进入棘轮轮齿的齿根，应满足的条件是齿面的偏斜角大于齿面摩擦角。

4.2为什么棘爪与棘轮轮齿接触处的公法线要位于棘轮与棘爪的转动中心之间？答：为了使棘爪能顺利受到棘轮轮齿金轮的齿底面而不致从棘轮轮齿尚滑脱出来。

4.3槽轮机构有什么特点？何谓运动系数τ，为什么τ必须大于零而必须小于1？答：槽轮机构的结构简单，外形尺寸小，其机械效率高，并能较平稳地、间歇地进行转位。

但因传动时尚存在柔性冲击，故常用于速度不太高的场合。

槽轮机构的运动系数是指在一个运动循环内，槽轮的运动时间与转臂的运动时间之比。

槽轮机构是间歇运动，因此运动系数必须大于零而小于1。

4.4槽轮机构的槽数z 和圆销数n 的关系如何？答：22-<z zK 4.5如何避免不完全齿轮机构在啮合开始和终止时产生的冲击？从动轮停歇期间，如何防止其运动？答：可在两轮的端面分别装上瞬心线附加杆，使从动件的角速度由零逐渐增加到某一数值从而避免冲击。

为了防止从动轮在停歇期间游动，两轮轮缘上各装有锁住弧。

4.6如图4.36示为一偏置直动从动件盘形凸轮机构。

已知AB 段为凸轮的推程廓线，试在图上标注推程运动角δt 。

图4.36解：见图。

4.7图4.37所示为一偏置直动从动件盘形凸轮机构。

已知凸轮为一以C为中心的圆盘，问轮廓上D点与尖顶接触时其压力角为多少？试作图加以表示。

图4.37解：4.8已知一凸轮以等角速度ω=10rad/s顺时针转动，直动推杆的运动规律及其对应的凸轮转角如表所示。

要求：（1）作出s-δ、v-δ和a-δ线图；（2）求出当δ为90︒、180︒和270︒时，推杆的s、ｖ和a值。

δ/︒h/mm推杆运动规律0~12040等加速等减速运动120~1500休止150~210-20简谐运动210~2400休止240~300-20等速运动300~3600休止解：取比例尺：μs=1mm/mm、μv=1mm/s/mm、μa=1mm/s2/mm、μδ=3︒/mm、4.9图4.38示为一对心尖顶推杆单元弧凸轮（偏心轮），其几何中心O’与凸轮转轴O的距离为L O’O=15mm，偏心轮半径R=30mm，凸轮以等角速度ω顺时针转动，试作出推杆的位移线图s-δ。

项目一内燃机的机械系统结构分析任务四凸轮机构分析与设计习题4.1 试标出图4.20所示位移线图中的行程h、推程运动角Φ，远t休止角Φ，回程运动角hΦ，近休止角sΦ'。

s图4.20 题4.1图4.2 凸轮机构从动件常用的四种运动规律是哪些?哪些有刚性冲击？哪些有柔性冲击？哪些没有冲击？如何选择运动规律？4.3 设计凸轮机构时,工程上如何选择基圆半径?4.4 滚子从动件盘形凸轮机构的基圆半径如何度量?4.5什么是压力角？凸轮平底垂直于导路的直动从动件盘形凸轮机构的压力角等于多少?机构的压力角有何工程意义？设计凸轮时,压力角如何要求?4.6 平底从动件盘形凸轮机构的凸轮轮廓为什么一定要外凸？4.7 用作图法作出图示凸轮机构转过45°后的压力角。

图4.21 题4.7图4.8 已知基圆半径,250mm r =偏心距mm e 5=，以角速度ω顺时针转动，推程为mm h 12=。

其运动规律如下表。

设计偏心尖顶直动从动件盘形凸轮轮廓。

4.9 设计偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构, 凸轮转动方向及从动件导路位置如图4.22。

mm e 10=，mm r 400=，mm r T 10=，从动件运动规律同题4.8，试绘制凸轮轮廓。

图4.22 题4.9图项目一内燃机的机械系统结构分析任务四凸轮机构分析与设计习题答案4.1 解：如图。

题4.1答案图4.2 答: 凸轮机构从动件常用的四种运动规律是:①等速运动规律：从动件在推程开始和终止的瞬时，速度有突变，其加速度在理论上为无穷大，致使从动件在极短的时间内产生很大的惯性力，因而使凸轮机构受到极大的冲击。

是刚性冲击。

②等加速等减速运动规律：从动件在升程始末，以及由等加速过渡到等减速的瞬时，加速度出现有限值的突然变化，这将产生有限惯性力的突变，从而引起冲击。

是柔性冲击。

③余弦加速度运动规律：柔性冲击。

④正弦加速度运动规律：没有冲击。

在选择从动件的运动规律时,要综合考虑机械的工作要求、动力特性和加工制造等方面的内容。

国家开放大学《机械设计基础》形考任务1-4参考答案形考作业1第1章静力分析基础1．取分离体画受力图时，（CEF）力的指向可以假定，（ABDG）力的指向不能假定。

A．光滑面约束力B．柔体约束力C．铰链约束力D．活动铰链反力E．固定端约束力F．固定端约束力偶矩G．正压力2．列平衡方程求解平面任意力系时，坐标轴选在(B）的方向上，使投影方程简便；矩心应选在(G）点上，使力矩方程简便。

A．与已知力垂直B．与未知力垂直C．与未知力平行D．任意E．已知力作用点F．未知力作用点G．两未知力交点H．任意点3．画出图示各结构中AB构件的受力图。

参考答案：4．如图所示吊杆中A、B、C均为铰链连接，已知主动力F＝40kN,AB＝BC＝2m,α＝30︒.求两吊杆的受力的大小。

参考答案：列力平衡方程：ΣFx=0又因为AB=BCF A﹒sinα=F C﹒sinαF A =F CΣF Y=02F A﹒sinα=F∴F A =F B=F/ 2sinα=40KN第2章常用机构概述1．机构具有确定运动的条件是什么?参考答案：当机构的原动件数等于自由度数时，机构具有确定的运动。

2．什么是运动副？什么是高副？什么是低副？参考答案：使两个构件直接接触并产生一定相对运动的联结，称为运动副。

以点接触或线接触的运动副称为高副，以面接触的运动副称为低副。

3．计算下列机构的自由度，并指出复合铰链、局部自由度和虚约束。

参考答案：（1）n=7,P L=10,P H=0F=3n-2P L-P H=3×7-2×10-0=1C处为复合铰链（2）n=5,P L=7,P H=0F=3n-2P L-P H=3×5-2×7-0=1（3）n=7,P L=10,P H=0F=3n-2P L-P H=3×7-2×10-0=1（4）n=7,P L=9,P H=1F=3n-2P L-P H=3×7-2×9-1=2E、Eˊ有一处为虚约束，F为局部自由度第3章平面连杆机构1．对于铰链四杆机构，当满足杆长之和的条件时，若取___为机架，将得到双曲柄机构。

4-1试述凸轮机构的工作过程？答：1.推程凸轮转过推程运动角δt。

从动件在推程做功，称为工作行程。

2.静止在最远点凸轮继续转动，从动件停留在远离凸轮轴心的位置，称为远休止，凸轮转过远休止角。

3.回程凸轮继续转动，从动件在其重力或弹簧力作用下由最远点回到最近点，这一行程称为回程，凸轮转过回程运动角。

从动件在回程中不作功，称为空回行程。

4.静止在最远点凸轮继续转动，从动件停留在离凸轮轴心最近位置A，称为近休止，凸轮转过近休止角。

4-2 凸轮机构常用的从动件运动规律中，哪些产生刚性冲击？哪些产生柔性冲击？如何选择？答：等速运动规律产生刚性冲击，这种运动规律不宜单独使用。

等加速等减速运动规律和简谐运动规律产生柔性冲击，这种运动规律适用于中速凸轮机构。

4-3 已知凸轮机构从动件的运动规律，如表题4-3所示，绘制从动件的位移线图。

解：1.将横坐标代表δh的线段分为若干等份，等分点为3、4、5、6、7、8、9、10。

2.在δh/2处作横坐标的垂线，按一定比例取升程h，将h也分成与横坐标相同的等份，等分点为、3＇、4＇、5＇、6＇、7＇、8＇、9＇、10＇。

3.分别由始点和终点向3＇、4＇、5＇、6＇、7＇、8＇、9＇、10＇联斜线，这些斜线与横坐标各等分点的垂线的交点，即为位移线图的点。

4.将这些交点连成圆滑的曲线，即得位移线图。

4-4 已知从动件位移线图如图，设计一对心直动尖顶从动件盘形凸轮的轮廓曲线。

已知其基圆半径r min=40 mm，凸轮顺时针转动。

解：1.选取适当的比例尺υ，以r min为半径作基圆。

基圆与导路的交点B0为从动件尖顶的起始位置。

2.在基圆上，自开始沿的相反方向依次取推程运动角β1、远休止角β＇、回程运动角β及近休止角β＇＇，并将β1和β2各分成与位移线图对应的若干等分，得基圆上各点B‘1、2B‘2、B‘3…。

连接各径向线O B‘1、O B‘2…得到从动件导路反转后的位置。

3.沿各径向线自基圆开始量取从动件在各位置的位移量，得从动件尖顶反转后的位置B1、B2、B3…。

第6题:解：如下图所示：1）以O为圆心，以O点到推杆导路间的距离OD为半径作圆得推杆的偏距圆。

2）以A为圆心，AB为半径作圆，得凸轮的理论廓线（圆）。

3）连接A与凸轮的转动中心O并延长，交于凸轮的理论廓线于C点，以OC为半径作圆得凸轮的基圆（O为圆心）。

4）以O为圆心，以O点到推杆导路间的距离OD为半径作圆得推杆的偏距圆。

5）用直线连接圆盘凸轮圆心A和滚子中心B,则直线AB （力的作用线）（圆的法线通过圆心）与推杆导路（速度方向）之间所夹的锐角为图示位置时凸轮机构的压力角。

6）以OD为基准线（OD与DB垂直），沿着一3方向转90。

，与偏距圆相交于H点, 过点H作偏距圆的切线HEF,与基圆相交于E,与理论廓线相交于F,则线段EF的长即为凸轮从图示位置转过90。

后推杆的位移s。

7）延长COA与基圆相交于I、与理论廓线相交于J,两交点（IJ）之间的距离即为行程h。

8）分别过C点、J点作偏距圆的切线（导路位置）,与偏距圆分别相交于M、N点（垂足点），OM、ON所夹的角即为推程运动角8 o, 360减去推程运动角8 o即为回程运动角。

9-9试以作图法设计一偏置直动滚子推杆盘形凸轮机构凸轮的轮廓曲 线•已知凸轮以等角速度顺时针回转，正偏距e=：0mm,基圆半径r° = 30 mm, 滚子半径= 10 mm 。

推杆运动规律为，凸轮转角$=0°〜15甘时.推杆等速上 升16 mm 渣==15。

°〜180°时推杆远休沦=180°〜300°时推杆等加速等减速 回程16 mm;5 = 30C°〜360°时推杆近休。

推杆在椎程及回程段运动规律的位移方程为， 推程：5 =肋7& 回程：等加速段s =等减速段s = 2h(X ―孵庭计算各分点的位移值如表9.3；豪 9.3,总转角 甘15° 30' 45° 60° 75°105° 位移/mm0 1.6 3, 2 4. 8 6.48 9.6 11.2 总转角 120* 135° 150* 165*】195° 210* 225° 位移/ mm 12.814.416161615.514 1L5 总转角 240° 255° 270" 285° 300° 315°330° 345° 位移mm 8 4.5 20. 5 0(J根据表9. 3可作所求图如图9. 3所示。

《机械设计基础》第四章凸轮机构练习题第五章间歇运动机构练习题班级：姓名：学号：成绩：总成绩：一、填空题（每空1分，共30分）1.凸轮机构是凸轮、从动件和机架组成的高副机构。

2.在凸轮机构的几种基本的从动件运动规律中，等速运动规律使凸轮机构产生刚性冲击，等加速等减速/余弦加速度运动规律产生柔性冲击，五次多项式/正弦加速度运动规律则没有冲击。

3.设计滚子推杆盘形凸轮机构的凸轮廓线时，若发现凸轮廓线有变尖现象，则在尺寸参数的改变上应采用的措施是适当增加基圆半径或适当减小滚子半径。

4.凸轮的基圆半径是从转动中心到理论轮廓的最短距离。

5.设计直动滚子推杆盘形凸轮机构的工作廓线时，发现压力角超过了许用值，且廓线出现变尖现象，此时应采取的措施是增大基圆半径。

6.凸轮机构中的压力角是接触点法线和从动件上力的作用点的速度方向所夹的锐角。

7.设计滚子从动件盘形凸轮机构时，滚子中心的轨迹称为凸轮的理论廓线；与滚子相包络的凸轮廓线称为实际廓线，二者是等距曲线。

8.平底垂直于导路的直动推杆盘形凸轮机构中，其压力角等于零。

9.凸轮的基圆半径越小，则凸轮机构的压力角越大，而凸轮机构的尺寸越紧凑。

10.凸轮机构中，使凸轮与从动件保持接触的方法有力封闭和形封闭两种。

11.机构中的主动件做连续运动时，从动件做周期性时动时停的机构称为间歇运动机构。

12.棘轮机构主要由摇杆、棘轮、棘爪、止动棘爪组成。

其棘轮转角大小的调节方法是：改变主动摇杆摆角大小、加装棘轮罩遮盖部分棘齿。

13.槽轮机构主要有具有径向槽的槽轮、带有圆销的拨盘和机架组成。

二、单选题（每小题2分，共40分，在雨课堂平台完成）三、判断题（每小题2分，共20分，在雨课堂平台完成）四、作图题（共10分，尺规绘图）1.图示偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构中，凸轮以角速度ω逆时针方向转动。

试在图上：（1）画出凸轮的理论轮廓曲线、基圆、偏距圆；（2）标出凸轮从图示位置转过90°时的压力角α和位移s。

习题与参考答案一、复习思考题1．什么样的机构是凸轮机构？2．凸轮机构的功用是什么？3．什么样的构件叫做凸轮？4．凸轮的种类有哪些？都适合什么工作场合？5．凸轮机构的从动件有几种？各适合什么工作条件？6．凸轮轮廓曲线是根据什么确定的？7．从动杆的运动速度规律有几种？各有什么特点？8．凸轮的压力角对凸轮机构的工作有什么影响？9．什么叫基圆？基圆与压力角有什么关系？10．从动杆的等速位移曲线是什么形状？等速运动规律有什么缺点？11．凸轮机构的从动杆为什么能得到预定的要求？12．在什么情况下凸轮机构从动杆才能得到运动的停歇？13．基圆在凸轮机构中有何意义？14．滚子式从动杆的滚子半径的大小，对凸轮工作有什么影响？15．某一凸轮机构的滚子损坏后，是否可任取一滚子来替代？为什么？16．凸轮压力角太大有什么不好？17．凸轮压力角越小越好吗？为什么？18设计直动推杆盘形凸轮机构时，在推杆运动规律不变的条件下，需减小推程的最大压力角，可采用哪两种措施？19 何谓凸轮机构的压力角？它在哪一个轮廓上度量？压力角变化对凸轮机构的工作有何影响？与凸轮尺寸有何关系？20 题17图中两图均为工作廓线为偏心圆的凸轮机构，试分别指出它们理论廓线是圆还是非圆，运动规律是否相同？21 滚子推杆盘形凸轮的理论廓线与实际廓线是否相似？是否为等距曲线？22试问将同一轮廓曲线的凸轮与不同型式的推杆配合使用，各种推杆的运动规律是否一样？若推杆的运动规律相同，使用不同型式的推杆设计的凸轮廓线又是否一样？题17图23 若凸轮以顺时针转动，采用偏置直动推杆时，推杆的导路线应偏于凸轮回转中心的哪一侧较合理？为什么？24 已知一摆动滚子推杆盘形凸轮机构，因滚子损坏，现更换了一个外径与原滚子不同的新滚子。

试问更换滚子后推杆的运动规律和推杆的最大摆角是否发生变化？为什么？25 为什么平底推杆盘形凸轮机构的凸轮廓线一定要外凸？滚子推杆盘形凸轮机构的凸轮廓线却允许内凹，而且内凹段一定不会出现运动失真？26 在一个直动平底推杆盘形凸轮机构中，原设计的推杆导路是对心的，但使用时却改为偏心安置。

第二章2-4机构具有确定运动的条件是什么？答：自由度大于零；原动件数等于机构的自由度。

2-6计算自由度答：（a）n=6，PL=7，Ph=3F=3n-2PL-Ph=3*6-2*7-1*3=1其中，B C D处有复合铰链需要原动件数目为1（c）n=9，PL=12，Ph=2F=3n-2PL-Ph=3*9-2*12-1*2=1其中，G处有局部自由度，D处有复合铰链需要原动件数目为1第三章3-1铰链四杆机构有哪些基本性质？如何判断它是否具有曲柄？答：基本性质：急回运动，死点位置，压力角。

铰链四杆机构中曲柄存在的条件为：1.最短杆与最长杆长度之和应小于或等于其余两杆长度之和；2.连架杆和机架中必有一杆为最短杆。

3-3已知铰链四杆机构各杆杆长分别为：a = 40 mm，b = 79 mm，c = 90 mm，d = 110 mm，各杆按字母顺序布置。

试问分别取不同杆为机架时，各获得何种机构？答：a+d=40+110=150mm < b+c=79+90=169mm以a杆为机架时，得到双曲柄机构；以b杆或d杆为机架时，得到曲柄摇杆机构；以c杆为机架时，得到双摇杆机构。

3-4如何判断机构有无急回运动？K = 1的铰链四杆机构的结构特征是什么？答：看机构有无极位夹角，若存在，则具有急回运动，且极位夹角越大，急回特性越明显。

K=1，则极位夹角等于零，无急回运动，主动曲柄和连杆两次共线位置重合。

第四章4-2 凸轮机构常用的四种从动件运动规律中，哪种运动规律有刚性冲击？哪些运动规律有柔性冲击？哪种运动规律没有冲击？答：等速运动规律存在刚性冲击；等加速等减速运动规律存在柔性冲击；摆线运动规律无冲击。

4-6 图示一偏置直动从动件盘形凸轮机构，凸轮以C点为中心，题4-6图画出轮廓上D点与尖顶接触时的压力角的位置和大小。

答：。

机械设计基础习题与答案4机械设计基础习题与答案4一、填空题（每空2分，共20分）1、机构中按给定的运动规律对立运动的构件称为原动件；而其余活动构件称为从动件。

2、转动副的自锁条件是：驱动力作用在摩擦圆内。

3、对心曲柄滑块机构，若以曲柄为机架，则该机构演化为导杆机构。

4、机构的压力角是指力与速度所夹锐角。

5、凸轮机构推杆的常用运动规律中，余弦加速度运动规律有柔性冲击。

6、齿轮机构的重合度愈大，表明同时参加啮合的轮齿对数愈多。

7、棘轮机构的主要组成构件有：棘轮、棘爪、止动爪等。

8、机器速度波动的类型有：周期性速度波动、非周期性速度波动。

9、设计滚子推杆盘形凸轮轮廓线时，若发现工作廓线有变尖现象时，则尺寸参数上应采取的措施是：加大基圆半径。

10、在曲柄摇杆机构中，当曲柄与机架两次共线位置时出现最小传动角。

二、简答题（每小题5分，共25分）1、何谓运动副及运动副元素？答：运动副是指两构件直接接触具有确定的相对运动关系的一种联结。

（书本）：两个构件直接接触而组成的可动的联接。

运动副元素：参加接触的部分。

两构件上能够参加接触而构成运动副的表面。

2、列举5种能实现连续回转运动的机构。

答：1）摩擦传动机构：如带传动、摩擦轮等2）啮合传动机构：如齿轮传动、蜗杆传动、链传动等3）连杆机构：如双曲柄机构、平行四边形机构等。

3、简述进行质量代换需要满足的三个条件？动代换和静代换各应满足什么条件？答：质量代换法需满足三个条件：1、代换前后构件的质量不变；2、代换前后构件的质心位置不变；3、代换前后构件对质心轴的转动惯量不变；其中：动代换需要满足前面三个条件；静代换满足前两个条件便可。

4、齿轮传动要匀速、平稳地进行，必须满足哪些条件？答：1）对齿廓的要求：齿廓满足定传动比的齿廓啮合基本定律。

2）对重合度要求：齿轮啮合的重合度大于1。

3）对正确啮合要求：满足正确啮合条件。

5、有一滚子推杆盘形凸轮机构，在使用中发现推杆滚子的直径偏小，欲改用较大的滚子，问是否可行？为什么？答：不一定。