机原第一次讨论课题目总结

讨论课题目总结

1.通过以下一组题目的讨论，明确运动链成为机构的条件，学会根

据功能要求构思机构方案；能对已构思出的方案进行分析，找出存在的问题并加以改进

（1）图1-1所示为一设计人员初拟的简易冲床的设计方案。设计者的思路是：动力由齿轮1输入，带动齿轮2连续转动；与齿轮2固结在一起的凸轮2′与杠杆3组成的凸轮机构将带动冲头4上下往复运动，从而达到冲压工件的目的。试按比例绘制出该设计方案的机构运动简图，分析该方案能否实现设计意图，并说明理由。若不能，请在该方案的基础上提出2种以上修改方案，画出修改后方案的机构运动简图。

图1-1 简易冲床

答：

机构运动简图如下图所1.1示

图1.1 建议冲床的机构运动简图

图1中一共有4个构件，5个低副，2个高副，由平面自由度公式

F=3n−2p5−p4

计算得

F=3×4−2×5−2=0

因此不能构成机构。要构成机构，必须使自由度数与原动件数相等，即F=1。

改进方法也就是增加一个自由度主要从以下两方面考虑：

（1）增加一个运动构件和一个低副；

（2）将一个低副换成高副；

以下是几种增加一个运动构件和一个低副的改进方案：

一、增加一个构件和一个转动副，F=3×5−2×6−2=1。

图1.2 增加一个杆件和一个转动副的两种方案

二、增加一个构件和一个移动副，F=3×5−2×6−2=1。

图1.3 增加一个滑块和一个移动副

(2) 图1-2所示为手动冲床一个设计方案的示意图。设计思路是：动力由摇杆1输入，通过连杆2使摇杆3往复摆动，摇杆3又推动冲杆5作往复直线运动，以达到冲压的目的。试按比例绘制出该设计方案的机构运动简图，分析该方案能否实现设计意图，并说明理由。若不能，请在该方案的基础上提出2种以上修改方案，画出修改后方案的机构运动简图。

图1-2 手动冲床

答：

机构的运动简图如图1.4所示：

图1.4 手动冲床的机构运动简图

图1.4中一共有4个构件，6个低副，由平面自由度公式

F=3n−2p5−p4

计算得

F=3×4−2×6=0

因此不能构成机构。要构成机构，必须使自由度数与原动件数相等，即F=1。

改进的思路与上一题一样，具体方案如图1.5和图1.6.

一、增加一个构件和一个转动副，F=3×5−2×7=1。

图1.5 增加一个杆件和一个转动副

二、增加一个构件和一个移动副，F=3×5−2×7=1。

图1.6 增加一个滑块和一个移动副

(3)图1-3所示为一脚踏式推料机设计方案示意图。设计思路是：动力由踏板1输入，通过连杆2使杠杆3摆动，进而使推板4沿导轨直线运动，完成输送工件或物料的工作。试按比例绘制出该设计方案的机构运动简图，分析该方案能否实现设计意图，并说明理由。若不能，请在该方案的基础上提出2种以上修改方案，画出修改后方案的机构运动简图。

图1-3 脚踏式推料机

答：

机构的运动简图如图1.7所示：

图1.7 手动冲床的机构运动简图

图1.7中一共有4个构件，5个转动副，1个移动副，由平面自由度公式

F=3n−2p5−p4

计算得

F=3×4−2×6=0

因此不能构成机构。要构成机构，必须使自由度数与原动件数相等，即F=1。

改进方案如图1.8所示：.

一、增加一个构件和一个移动副，F=3×5−2×7=1。

图1.8 增加一个滑块和一个移动副

2.通过以下一组题目的讨论，掌握急回特性的真谛，扩展课堂所学

知识，并学会根据急回特性的要求，构思多种方案

（1）在图2-1所示的连杆机构中，已知各构件的尺寸为：l AB=160mm，l BC=260mm，l CD =200mm，l AD=80mm，l DE =65mm，l EF=120mm ；并已知构件AB为原动机，沿顺时针方向匀速回转，试确定：①四杆机构ABCD的类型；②该四杆机构的最小传动角；③滑块F的行程速比系数K；④滑块F的行程H。

图2-1 平面四连杆机构

答：

(1)在四杆机构ABCD中，l min=l AD=80mm，l max=l BC=260mm，l min+l max=340

l CD=160+200=360，满足杆长之和条件，且最短杆AD为机架，故ABCD为双曲柄机构；

(2)由传动角的定义，对ABCD四杆机构来说，传动角γ为∠BCD或其补角。在△

BCD中，当B位于AD共线时，BD取得最大最小值，此时传动角γ取得极值，见图2.1和2.2.

当B在A左侧时，

图2.1 传动角最大

BD=160+80=240mm，由余弦公式，cos∠BCD=BC 2+CD2−BD2

2∗BC∗BD

=0.48，则∠

BCD=61.31°；

当B在A右侧时，

图2.2 传动角最小

BD=160-80=80mm，由余弦公式，cos∠BCD=BC 2+CD2−BD2

2∗BC∗BD

=0.97，则∠

BCD=13.23°；

比较可知，传动角γ

min

=13.23°；

(3)分析可知，极限位置为E处于DE这条线上且E分别位于D的左右两边的时

候，如图2.3所示：

图2.3 右极限位置

E位于D左侧时，计算方法如下：连接AC，由勾股定理：AD2+DC2=AC2，得出AC=215.41mm，cos∠DAC=AD

AC

=0.37，则∠DAC=68.20°；在△CAB中，由余

弦定理，cos∠BAC=AC 2+AB2−BC2

2∗AC∗AB

=0.064，则∠BAC=86.34°；于是∠BAD=86.34°

-68.20°=18.14°；

图2.4 左极限位置

E位于D右侧时，计算方法如下：连接AC，由勾股定理：AD2+DC2=AC2，得出AC=215.41mm，cos∠DAC=AD

AC

=0.37，则∠DAC=68.20°；在△CAB中，由余

弦定理，cos∠BAC=AC 2+AB2−BC2

2∗AC∗AB

=0.064，则∠BAC=86.34°；于是∠BAD=86.34°

+68.20°=154.54°；

于是由K的定义可以算出K=360°−（154.54°−18.14°）

（154.54°−18.14°）

=1.64

(4)分析很容易知道，行程H=（EF+ED）-（EF-ED）=2*l

DE

=130mm。