第4章 平面连杆机构
4.1 机构运动分析时的速度多边形与加速度多边形特性是什么？
答：同一构件上各点的速度和加速度构成的多边形与构件原来的形状相似，且字母顺序一致。
4.2 为什么要研究机械中的摩擦？机械中的摩擦是否全是有害的？
答：机械在运转时，其相邻的两构件间发生相对运动时，就必然产生摩擦力，它一方面会消耗一部分的输入功，使机械发热和降低其机械效率，另一方面又使机械磨损，影响了机械零件的强度和寿命，降低了机械工作的可靠性，因此必须要研究机械中的摩擦。
机械中的摩擦是不一定有害的，有时会利用摩擦力进行工作，如带传动和摩擦轮传动等。
4.3 何谓摩擦角？如何确定移动副中总反力的方向？
答：（1）移动或具有移动趋势的物体所受的总反力与法向反力之间的夹角称为摩擦角。
（2）总反力与相对运动方向或相对运动趋势的方向成一钝角90，据此来确定总反力的方向。
4.4 何谓摩擦圆？如何确定转动副中总反力的作用线？
答：（1）以转轴的轴心为圆心，以0()PPrf为半径所作的圆称为摩擦圆。
（2）总反力与摩擦圆相切，其位置取决于两构件的相对转动方向，总反力产生的摩擦力矩与相对转动的转向相反。
4.5 从机械效率的观点看，机械自锁的条件是什么？
答：机械自锁的条件为0。
4.6 连杆机构中的急回特性是什么含义？什么条件下机构才具有急回特性？
答：（1）当曲柄等速转动时，摇杆来回摇动的速度不同，返回时速度较大。机构的这种性质，称为机构的急回特性。通常用行程速度变化系数K来表示这种特性。
（2）当0时，则1K，机构具有急回特性。
4.7 铰链四杆机构中曲柄存在的条件是什么？曲柄是否一定是最短杆？
答：（1）最长杆与最短杆的长度之和小于或等于其余两杆长度之和；最短杆或相邻杆应为机架。 （2）曲柄不一定为最短杆，如双曲柄机构中，机架为最短杆。
4.8 何谓连杆机构的死点？举出避免死点和利用死点的例子。
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rmin=40 mm，凸轮顺时针转动。
解：1.选取适当的比例尺υ，以rmin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β2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、B‘2、B‘3…。连接各径向线OB‘1、OB‘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…。
课程名：机械设计基础 （第四章） 题型 计算题、作图题
考核点：齿轮机构的尺寸计算和齿轮啮合的特性
难度系数 低难度 中等难度 高难度
题号加＊表示 ＊ **
分值 6分 10分 15分
1. 已知一对外啮合正常齿制标准直齿圆柱齿轮m=3mm，z1=19，z2=41，试计算这对齿轮的分度圆直径、中心距。(6分)
解：两齿轮分度圆直径：d1=mz1=3×19=57mm d2=mz2=3×41=123mm
中心距：a=(d1+d2)/2=(57+123)/2=90mm
2.已知一对外啮合标准直齿圆柱齿轮的标准中心距a=160mm，齿数z1=20,z2=60，求模数和分度圆直径。(6分)
解：由于a=m(z1+z2)/2 故模数m=2a/(z1+z2)=(2×160)/(20+60)=4mm
分度圆直径：d1=mz1＝4×20＝80mm d2=mz2=4×60=240mm
3.已知一正常齿制标准直齿圆柱齿轮的齿数z=25，齿顶圆直径Da=135mm，求该齿轮的模数。（6分）
解：因正常齿制的齿顶高系数为1，Da=m(z+2)=135mm
该齿轮的模数 m=135/(z+2)=135/(25+2)=5mm
*4 已知一正常齿制标准直齿圆柱齿轮α=20°，m=10mm,z=40，试分别求出分度圆、齿顶圆上渐开线齿廓的曲率半径和压力角。(10分)
解：1）分度圆直径：D=mz=10×40=400mm 压力角：α＝20°
分度圆上渐开线齿廓的曲率半径：mmd4.6820sin2400sin2
2）齿顶圆直径：Da=m(z+2)=10×(40+2)=420mm
基圆直径：Db=Dcosα=400×cos20=375.877mm
齿顶圆压力角：5.26420877.375coscos11DaDba
齿顶圆上渐开线齿廓的曲率半径:mmDaaa7.935.26sin2420sin2
第四章 凸 轮 机 构
在各种机器中，尤其是自动化机器中，为实现各种复杂的运动要求，常采用凸轮机构，其设计比较简便。只要将凸轮的轮廓曲线按照从动件的运规律设计出来，从动件就能较准确的实现预定的运动规律。本章将着重研究盘状凸轮轮廓曲线绘制的基本方法和凸轮设计中的相关问题。
§4—1 凸轮机构的应用与分类
一、凸轮机构的应用
凸轮机构的组成
凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件。凸轮通常作等速转动，但也有作往复摆动或移动的。从动件是被凸轮直接推动的构件。凸轮机构就是由凸轮、从动件和机架三个主要构件所组成的高副机构。
图4-1所示为内燃机配气凸轮机构。当具有一定曲线轮廓的凸轮1以等角速度回转时，它的轮廓迫使从动作2（阀杆）按内燃机工作循环的要求启闭阀门。
图4-2为自动机床上控制刀架运动的凸轮机构。当圆柱凸轮1回转时，凸轮凹槽侧面迫使杆2运动，以驱动刀架运动。凹槽的形状将决定刀架的运动规律。
内燃机，配气机构
凸轮一般作连续等速转动，从动件可作连续或间歇的往复运动或摆动。凸轮机构广泛用于自动化和半自动化机械中作为控制机构。但凸轮轮廓与从动件间为点、线接触而易磨损，所以不宜承受重载或冲击载荷。
凸轮机构的特点
1)优点：只要适当地设计出凸轮的轮廓曲线，就可以使推杆得到各种预期的运动规律，且机构简单紧凑。
2)缺点：凸轮廓线与推杆之间为点、线接触，易磨损，所以凸轮机构多用在传力不大的场合。
二、凸轮机构的分类
凸轮机构的类型很多，通常按凸轮和从动件的形状、运动形式分类。
⒈按凸轮的形状分类
（1）盘形凸轮
它是凸轮的最基本型式。这种凸轮是一个绕固定轴转动并且具有变化半径的盘形零件，如图4-1。
（2）移动凸轮
当盘形凸轮的回转中心趋于无穷远时，凸轮相对机架作直线运动，这种凸轮称为移动凸轮。
在以上两种凸轮机构中，凸轮与从动件之间的相对运动均为平面运动，故又统称为平面凸轮机构。
