第五章常用机构参考答案 5-1答：若干构件通过低副（转动副或移动副）联接所组成的平面机构称作平面连杆机构。 连杆机构的两构件间均为面接触，故承载能力强、耐磨损：且两构件的接触面为平面或回转 面，易于制造和获得较高的精度。缺点是效率低，且低副中存在间隙，构件数目较多时会产 生较大的累计运动误差，从而降低运动精度。 5-2答：铰链四杆机构有三种基本型式：曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构。 在连架杆中，能作整周回转的构件称为曲柄，而只能在一定角度范围内摆动的构件称为摇杆。 四杆机构各杆满足杆长条件：当取最短杆为机架时，为双曲柄机构：当取最短杆的邻边为为 机架时，为曲柄摇杆机构：当取最短杆的对边为为机架时，为双摇杆机构。 四杆机构各杆不满足杆长条件，为双摇杆机构。 5-3 解：a)40+11070+60 由计算可知，最短杆与最长杆之和大于另外两杆之和，故该机构为双摇杆机构。 d)50+100<90+70 由计算可知，最短杆与最长杆之和小于另外两杆之和，但因最短杆为连杆，故该机构 为双摇杆机构。 e)因机架最短，故为转动导杆机构。 )因机架不是最短，故为摆动导杆机构。 5-4答：曲柄1匀速回转，通过连杆2带动摇杆3和洒水器3'（两者固联在一起）绕D点 在一定角度内往复摆动，实现在一定面积上洒水的目的。 5-5答：如图所示为电扇摇头机构的运动示意图。电动机固定在摇杆4上，铰链轴A处装有 一个与连杆1固联成一个构件的蜗轮，蜗轮与电动机轴上的蜗杆相啮合。电动机转动时，通 过蜗杆和蜗轮驱使连杆1绕点A作整周转动，从而使摇杆2和4做往复摆动，达到电扇摇 摆的目的
第五章 常用机构参考答案 5-1 答：若干构件通过低副（转动副或移动副）联接所组成的平面机构称作平面连杆机构。 连杆机构的两构件间均为面接触，故承载能力强、耐磨损；且两构件的接触面为平面或回转 面，易于制造和获得较高的精度。缺点是效率低，且低副中存在间隙，构件数目较多时会产 生较大的累计运动误差，从而降低运动精度。 5-2 答：铰链四杆机构有三种基本型式：曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构。 在连架杆中，能作整周回转的构件称为曲柄，而只能在一定角度范围内摆动的构件称为摇杆。 四杆机构各杆满足杆长条件：当取最短杆为机架时，为双曲柄机构：当取最短杆的邻边为为 机架时，为曲柄摇杆机构；当取最短杆的对边为为机架时，为双摇杆机构。 四杆机构各杆不满足杆长条件，为双摇杆机构。 5-3 解： a）40＋110＜70＋90 由计算可知，最短杆与最长杆之和小于另外两杆之和，且最短杆为机架，故该机构为双 曲柄机构。 b）45＋120＜100＋70 由计算可知，最短杆与最长杆之和小于另外两杆之和，且最短杆为连架杆，故该机构 为曲柄摇杆机构。 c）50＋100＞70＋60 由计算可知，最短杆与最长杆之和大于另外两杆之和，故该机构为双摇杆机构。 d）50＋100＜90＋70 由计算可知，最短杆与最长杆之和小于另外两杆之和，但因最短杆为连杆，故该机构 为双摇杆机构。 e）因机架最短，故为转动导杆机构。 f）因机架不是最短，故为摆动导杆机构。 5-4 答：曲柄 1 匀速回转，通过连杆 2 带动摇杆 3 和洒水器 3′（两者固联在一起）绕 D 点 在一定角度内往复摆动，实现在一定面积上洒水的目的。 5-5 答：如图所示为电扇摇头机构的运动示意图。电动机固定在摇杆 4 上，铰链轴 A 处装有 一个与连杆 1 固联成一个构件的蜗轮，蜗轮与电动机轴上的蜗杆相啮合。电动机转动时，通 过蜗杆和蜗轮驱使连杆 1 绕点 A 作整周转动，从而使摇杆 2 和 4 做往复摆动，达到电扇摇 摆的目的
题5-5解图 5-6答：曲柄1为原动件，通过连杆2带动摇杆3，再通过连杆4带动滑块5（压头或冲头） 往复移动进行压力加工。这一机构是由曲柄摇杆机构ABCD和摇杆滑块机构DCE组成的， 其中CD两机构的共用件，即前一机构的输出件被作为后一机构的原动件。该六杆机构的特 点是原动件在用力不太大的情况下，可产生很大压力。在图示位置，当杆3和杆4拉成接近 一条直线时，α角很小，在杆2上施加不大的拉力F就能在滑块上产生很大的力（根据三杆 在C点的力平衡可知)。这中机构利用两杆接近共线时的撑力，很象臂肘用劲时的情形，故 称为肘形机构。利用肘形机构可实现增力作用，常用于行程要求不大而压力要求很大的冲压、 剪切等机械中。 57答：用单一的四杆机构不能使刀具具有匀速运动特性，所以采用六杆机构。它由两个四 杆机构组成：杆1、2、3和6组成曲柄摇杆机构，杆3、4、5和6组成摇杆滑块机构，其中 杆3为共用件。当曲柄1匀速回转时，摇杆3做变速摆动，通过连杆4使滑块（插齿刀）5 向下切削时做近似匀速运动，往上时则因曲柄摇杆机构的急回运动性质使插齿刀快速退回。 5-8答：气缸5为摆动气缸，接入气源后，推动活塞杆移动，从而完成手柄的动作，进行压 力装配。该机构在四杆机构（杆1、2、3和6）的基础上添加两个活动件4、5和三个低副 组成六杆机构。由于添加的几个活动构件和运动副产生的自由度数为零，故它们不影响原有 四杆机构的自由度数，即机构仍具有一个自由度。 5-9答：在不计摩擦的情况下，机构从动件所受驱动力的方向线与受力点速度方向线之间所 夹的锐角，称为压力角α。压力角的余角，称为传动角y。压力角α值越小或者传动角y值 越大，沿摇杆C点速度方向的切向分力F越大，机构传力性能越好。 5-10答：平面四杆机构，当其主动件等速转动时，作往复摆动（或移动）的从动件工作行 程速度较慢，而回程速度较快，机构的这种性质称为急回特性。 以曲柄摇杆机构为例，当曲柄摇杆机构有极位夹角0时，就有急回运动特性，而且0角越大
题 5-5 解图 5-6 答：曲柄 1 为原动件，通过连杆 2 带动摇杆 3，再通过连杆 4 带动滑块 5（压头或冲头） 往复移动进行压力加工。这一机构是由曲柄摇杆机构 ABCD 和摇杆滑块机构 DCE 组成的， 其中 CD 两机构的共用件，即前一机构的输出件被作为后一机构的原动件。该六杆机构的特 点是原动件在用力不太大的情况下，可产生很大压力。在图示位置，当杆 3 和杆 4 拉成接近 一条直线时，α 角很小，在杆 2 上施加不大的拉力 F 就能在滑块上产生很大的力（根据三杆 在 C 点的力平衡可知）。这中机构利用两杆接近共线时的撑力，很象臂肘用劲时的情形，故 称为肘形机构。利用肘形机构可实现增力作用，常用于行程要求不大而压力要求很大的冲压、 剪切等机械中。 5-7 答：用单一的四杆机构不能使刀具具有匀速运动特性，所以采用六杆机构。它由两个四 杆机构组成：杆 1、2、3 和 6 组成曲柄摇杆机构，杆 3、4、5 和 6 组成摇杆滑块机构，其中 杆 3 为共用件。当曲柄 1 匀速回转时，摇杆 3 做变速摆动，通过连杆 4 使滑块（插齿刀）5 向下切削时做近似匀速运动，往上时则因曲柄摇杆机构的急回运动性质使插齿刀快速退回。 5-8 答：气缸 5 为摆动气缸，接入气源后，推动活塞杆移动，从而完成手柄的动作，进行压 力装配。该机构在四杆机构（杆 1、2、3 和 6）的基础上添加两个活动件 4、5 和三个低副 组成六杆机构。由于添加的几个活动构件和运动副产生的自由度数为零，故它们不影响原有 四杆机构的自由度数，即机构仍具有一个自由度。 5-9 答：在不计摩擦的情况下，机构从动件所受驱动力的方向线与受力点速度方向线之间所 夹的锐角，称为压力角 α。压力角的余角，称为传动角 γ。压力角 α 值越小或者传动角 γ 值 越大，沿摇杆 C 点速度 υc方向的切向分力 Ft 越大，机构传力性能越好。 5-10 答：平面四杆机构，当其主动件等速转动时，作往复摆动（或移动）的从动件工作行 程速度较慢，而回程速度较快，机构的这种性质称为急回特性。 以曲柄摇杆机构为例，当曲柄摇杆机构有极位夹角 θ 时，就有急回运动特性，而且 θ 角越大
K值就越大，机构的急回特性就越显著；若0=O,则K=1,此时o=ow,无急回特性。 5-11答：均有急回运动。以1为原动件，无死点：以3为原动件，有死点。 5-12答：有区别，死点位置时的自锁是不考虑摩擦的自锁，是机构本身所致。而通常的机 构自锁是由运动副中的摩擦造成的。 5-13答：(b)较(a)合理，因为其传动角较大。 5-14答：凸轮是一具有曲线轮廓或沟槽的构件，在其运动时，用轮廓或沟槽驱动从动件运 动。主要由凸轮、从动件及机架三个基本构件组成，是一种含高副的常用机构。凸轮机构结 构简单、紧凑，工作可靠，只需设计适当的凸轮轮廓，便可使从动件得到准确的任意预期运 动。但凸轮与从动件间为高副接触，易磨损。所以常用于传力不大的场合。 5-15答：凸轮机构中从动件运动方向与接触点轮廓法线方向之间所夹的锐角称为压力角α， α值越小，机构传力性能越好。一般设计中，限定最大压力角amax不能大于许用压力角[a。 5-16答：根据相对运动原理，给凸轮机构中每个构件加上绕凸轮轴心O的角速度-0，机构 中各构件间的相对运动不变。此时，凸轮与图纸相对静止。而从动件一方面随其导路以角速 度-ω转动，另一方面相对导路按原运动规律作往复移动，按此方法可很方便地在静止不动 的纸上绘出从动件尖端的轨迹，即凸轮轮廓，这种方法即为反转法。 5-17答：具有曲线凹槽的盘形凸轮1匀速回转时，通过嵌入凹槽内的滚子带动从动件2按 一定的规律摆动，再通过摇杆滑块机构的放大实现较大的滑块位移，推动书堆进入包装位置。 凸轮继续回转时，滑块有一停止期。包装完毕后，再进行下一个送书循环。 5-18答：滑块即移动凸轮。当曲柄绕固定轴匀速回转时，带动凸轮1上下移动。凸轮上的 沟槽通过滚子推动从动件2左右移动。当凸轮下移时，滚子沿斜槽带动从动件向左移动，把 工件送到冲头下面的工作位置。当凸轮上移时，从动件从冲头下右移退出。滚子进入直槽部 分时（共有两个直槽）从动件停止不动，此时进行冲压加工。冲压完毕后，再进行下一个送 料循环。 5-19解：这是一个用图解法设计凸轮轮廓的问题，可按照“反转法”设计步骤进行。 (1)如图所示.将己知的从动件的位移线图、-0的推程和回程所对应的横坐标轴各分成4 等份，得1,2,3,1,5，…，11,12诸点。自1,2,3，…诸点作垂直线与位移曲线相交 于1,2'，3'，4，…诸点。 (2)如图所示，取A0为从动件上滚子中心的最低位置。过A0作滚子中心的运动导路x-x, 在导路上确定凸轮的回转中心0。以0点为圆心及loo=100mm为半径作基圆。 (3)用反转法，从A开始沿（一ω）方向将基圆圆周分成与s-0线图横坐标轴对应的等份
K 值就越大，机构的急回特性就越显著；若 θ＝0，则 K＝1，此时 ωR=ωw，无急回特性。 5-11 答：均有急回运动。以 l 为原动件，无死点；以 3 为原动件，有死点。 5-12 答：有区别，死点位置时的自锁是不考虑摩擦的自锁，是机构本身所致。而通常的机 构自锁是由运动副中的摩擦造成的。 5-13 答：(b)较(a)合理，因为其传动角较大。 5-14 答：凸轮是一具有曲线轮廓或沟槽的构件，在其运动时，用轮廓或沟槽驱动从动件运 动。主要由凸轮、从动件及机架三个基本构件组成，是一种含高副的常用机构。凸轮机构结 构简单、紧凑，工作可靠，只需设计适当的凸轮轮廓，便可使从动件得到准确的任意预期运 动。但凸轮与从动件间为高副接触，易磨损。所以常用于传力不大的场合。 5-15 答：凸轮机构中从动件运动方向与接触点轮廓法线方向之间所夹的锐角称为压力角 α， α 值越小，机构传力性能越好。一般设计中，限定最大压力角 αmax 不能大于许用压力角[α]。 5-16 答：根据相对运动原理，给凸轮机构中每个构件加上绕凸轮轴心 O 的角速度-ω，机构 中各构件间的相对运动不变。此时，凸轮与图纸相对静止。而从动件一方面随其导路以角速 度-ω 转动，另一方面相对导路按原运动规律作往复移动，按此方法可很方便地在静止不动 的纸上绘出从动件尖端的轨迹，即凸轮轮廓，这种方法即为反转法。 5-17 答：具有曲线凹槽的盘形凸轮 1 匀速回转时，通过嵌入凹槽内的滚子带动从动件 2 按 一定的规律摆动，再通过摇杆滑块机构的放大实现较大的滑块位移，推动书堆进入包装位置。 凸轮继续回转时，滑块有一停止期。包装完毕后，再进行下一个送书循环。 5-18 答：滑块即移动凸轮。当曲柄绕固定轴匀速回转时，带动凸轮 1 上下移动。凸轮上的 沟槽通过滚子推动从动件 2 左右移动。当凸轮下移时，滚子沿斜槽带动从动件向左移动，把 工件送到冲头下面的工作位置。当凸轮上移时，从动件从冲头下右移退出。滚子进入直槽部 分时（共有两个直槽）从动件停止不动，此时进行冲压加工。冲压完毕后，再进行下一个送 料循环。 5-19 解：这是一个用图解法设计凸轮轮廓的问题，可按照“反转法”设计步骤进行。 (1)如图所示．将已知的从动件的位移线图 s-φ 的推程和回程所对应的横坐标轴各分成 4 等份，得 1，2，3，1，5，…，11，12 诸点。自 1，2，3，…诸点作垂直线与位移曲线相交 于 l'，2'，3'，4'，…诸点。 (2)如图所示，取 A0 为从动件上滚子中心的最低位置。过 A0 作滚子中心的运动导路 x-x， 在导路上确定凸轮的回转中心 O。以 O 点为圆心及 lOA0＝100mm 为半径作基圆。 (3)用反转法，从 A0 开始沿(一 ω)方向将基圆圆周分成与 s-φ 线图横坐标轴对应的等份
得A'1,A'2,A3,…A'1。连射线OA1,OA2,OA3,OA'11,它们便代表机构反转时 各相应位置的导路线。 (4)自基圆圆周沿以上导路线截取对应位移量，即取线段长AA'1=(1-1),A2A'2=(2-2), A3A'3=(3-3),…得A1,A2,A3,…点，它们便是机构反转时从动件滚子中心的一系列位置。 最后将A1,A2,A3,…点连成光滑曲线，即为凸轮的理论轮廓1。以理论轮廓n上各点为 中心.以滚子半径r=5mm为半径画一系列圆，作该一系列圆的包络线，它便是滚子从动 件凸轮的实际轮廓曲线。 ◆100 题5-19解图
得 A'1，A'2 ，A'3 ，…A'11。连射线 OA'1，OA'2 ，OA'3 ，…OA'11，它们便代表机构反转时 各相应位置的导路线。 (4)自基圆圆周沿以上导路线截取对应位移量，即取线段长 A1A'1＝(1-1')，A2A'2＝(2-2') ， A3A'3＝(3-3')，…得 A1，A2，A3，…点，它们便是机构反转时从动件滚子中心的一系列位置。 最后将 A1，A2，A3，…点连成光滑曲线，即为凸轮的理论轮廓 η。以理论轮廓 η 上各点为 中心．以滚子半径 rr＝5mm 为半径画一系列圆，作该一系列圆的包络线 η'，它便是滚子从动 件凸轮的实际轮廓曲线。 题 5-19 解图
5-20 解： 机构类型 工作特点 结构、运动及动力性能 适用场合 结构简单、加工方便， 适用于低速、转角不大 摇杆的往复摆动变成棘轮的单 棘轮机构 运动可靠，但冲击、噪场合，如转位、分度以 向间歇转动 音大，运动精度低 及超越等。 结构简单，效率高，传 拨盘的连续转动变成槽轮的间 用于转速不高的轻工 槽轮机构 动较平稳，但有柔性冲 歇转动 机械中 击 不完全齿轮机 从动轮的运动时间和静止时间儒专用设备加工，有较 用于具有特殊要求的 构 的比例可在较大范围内变化 大冲击 专用机械中 运转平稳、定位精度 凸轮式间歇运 只要适当设计出凸轮的轮廓， 可用于载荷较大的场 高，动荷小，但结构较 动机构 就能获得预期的运动规律。 合 复杂 5-21答： (a) (b) 题5-21解图 棘轮每个行程转角的大小可采用图5-21解图所示方式调节。在图5-21解图()中，棘轮 机构的摇杆是一曲柄摇杆机构的摇杆，可通过改变曲柄长度、连杆长度及摇杆长度来改变棘 轮机构摇杆的摆角，以达到调节棘轮转角的目的：在图5-21解图(b)中，棘轮上用遮板遮住了 棘爪行程内的部分棘轮齿，使棘爪只能在遮板上滑过，而不能与这部分棘轮齿接触，从而减 小了棘轮的转角。适当调整遮板的位置，即可调节棘轮的转角
5-20 解： 机构类型 工作特点 结构、运动及动力性能 适用场合 棘轮机构 摇杆的往复摆动变成棘轮的单 向间歇转动 结构简单、加工方便， 运动可靠，但冲击、噪 音大，运动精度低 适用于低速、转角不大 场合，如转位、分度以 及超越等。 槽轮机构 拨盘的连续转动变成槽轮的间 歇转动 结构简单，效率高，传 动较平稳，但有柔性冲 击 用于转速不高的轻工 机械中 不完全齿轮机 构 从动轮的运动时间和静止时间 的比例可在较大范围内变化 需专用设备加工，有较 大冲击 用于具有特殊要求的 专用机械中 凸轮式间歇运 动机构 只要适当设计出凸轮的轮廓， 就能获得预期的运动规律。 运转平稳、定位精度 高，动荷小，但结构较 复杂 可用于载荷较大的场 合 5-21 答： (a) (b) 题 5-21 解图 棘轮每个行程转角的大小可采用图 5-21 解图所示方式调节。在图 5-21 解图(a)中，棘轮 机构的摇杆是一曲柄摇杆机构的摇杆，可通过改变曲柄长度、连杆长度及摇杆长度来改变棘 轮机构摇杆的摆角,以达到调节棘轮转角的目的；在图 5-21 解图(b)中，棘轮上用遮板遮住了 棘爪行程内的部分棘轮齿，使棘爪只能在遮板上滑过，而不能与这部分棘轮齿接触，从而减 小了棘轮的转角。适当调整遮板的位置，即可调节棘轮的转角
5-22答：棘轮和带轮固联在同一轴上，当气缸内活塞上时，活塞杆1推动摇杆使棘轮转过 一定角度，将输送带2向前移动一段距离：当气缸内活塞下移时，棘轮停止转动，浇包对准 砂型进行浇铸。活塞不停地上下移动.完成砂型的浇俦和输送任务。 5-23答：主动轮4每转一周，使从动轮工作台转过1/5周，相应的5个工位可用来完成煤粉 的填装、压制、退坯等预期的间歇工作
5-22 答：棘轮和带轮固联在同—轴上，当气缸内活塞上时，活塞杆 1 推动摇杆使棘轮转过 —定角度，将输送带 2 向前移动一段距离；当气缸内活塞下移时，棘轮停止转动，浇包对准 砂型进行浇铸。活塞不停地上下移动．完成砂型的浇铸和输送任务。 5-23 答：主动轮 4 每转一周，使从动轮工作台转过 1/5 周，相应的 5 个工位可用来完成煤粉 的填装、压制、退坯等预期的间歇工作