山东理工大学机械原理考试原题目 - 四杆机构的设计

第三章 平面连杆机构及其设计

1、如图示的铰链四杆机构中，AD为机架，AB?a?35 mm，CD?c?50 mm，AD?d?30mm，问BC?b在什么范围内该机构为双摇杆机构；该机构是否有可能成为双曲柄机构？

2、试画出图示机构的传动角?和压力角?，并判断哪些机构在图示位置正处于“死点”？

（1） （2）

（3） （4）

5、在图示铰链四杆机构中，已知各构件的长度lAB?25mm，lBC?55mm，lCD?40mm， lAD?50mm。

（1）问该机构是否有曲柄，如有，指明哪个构件是曲柄；

（2）该机构是否有摇杆，如有，用作图法求出摇杆的摆角范围；

（3）以AB杆为主动件时，该机构有无急回性？用作图法求出其极位夹角?，并计算行程速度变化系数K； （4）以AB杆为主动件，确定机构的?max和?min。

6、图示为开关的分合闸机构。已知lAB?150 mm，lBC?200 mm，lCD?200 mm， lAD?400 mm。试回答：

（1）该机构属于何种类型的机构；

（2）AB为主动件时，标出机构在虚线位置时的压力角? 和传动角?；

（3）分析机构在实线位置（合闸）时，在触头接合力Q作用下机构会不会打开，为什么？

7、试设计一曲柄摇杆机构。设摇杆两极限位置分别为?1?150?,?2?90?；lCD?40mm，lAD?50 mm。求lAB、lBC及行程速比系数K和最小传动角?min。

（用图解法求解用图解法求解，简述作图步骤，并保留作图过程）

8、现需设计一铰链四杆机构，已知摇杆CD的长度lCD=150mm，摇杆的两极限位置与机架AD所成的角度?1?30?，?2?90?，机 构的行程速比系数K=1，试确定曲柄AB和连杆BC的长度。

10、设计一偏置曲柄滑块机构，已知滑块的行程速度变化系数K=1.5，滑块的行程lC1C2?100mm，导路的偏距e?20mm。

（1）用作图法确定曲柄长度lAB和连杆长度lBC；

（2）若滑块从点C1至C2为工作行程方向，试确定曲柄的合理转向； （3）用作图法确定滑块工作行程和空回行程时的最大压力角。

11、试用图解法设计图示曲柄摇杆机构ABCD。已知摇杆lDC?40 mm,摆角? ?45o，行程速度变化系 数K=1.2，机架长度。 lAD?b?a（a为曲柄长，b为连杆长）

14、试设计一铰链四杆机构。已知行程速度变化系数K=1，机架长lAD?100 mm，曲柄长lAB?20 mm，且当曲柄与连杆共线，摇杆处于最远的极限位置时，曲柄与机架的夹角为30?，确定摇杆及连杆的长度。建议比例尺为?l?0.002 m/mm

15、有一铰链四杆机构。已知：摇杆的长度为430 mm，最大摆角为90?，在两个极限位置时与机架上的两固定铰链中心连线所成夹角为60?和30?（如图所示），行程速度变化系数为1.25。求：曲柄、连杆及机架长度。

16、设计一曲柄摇杆机构。已知：AC2?58 mm，AC1?24 mm，CD?75 mm，K=1.5。求曲柄长AB、连杆长BC、机架长AD及摇杆最大摆角?。

17、设计一曲柄滑块机构。已知机构处于两极限位置时，其AC2?68 mm，AC1?25 mm，K=1.5。求曲柄长AB、连杆长BC、偏心距e和滑块的导程H。

19、碎矿机用曲柄摇杆机构如图所示。已知摇杆CD长为500 mm，摆角??45?，其中左极限位置为垂直，铰链A，D同在水平线上，行程速度变化系数K=1.4。试用图解法确定机架AD、曲柄AB及连杆BC 的长度。（保留作图线，并将设计结果写在下面）

{参考答案}

一、填空题

二、选择题

三、简答及作图题

四、计算及分析题

1、（本题共10分）

解：（1）当存在曲柄时，b为最短杆

,??0?b?15 mm （3分） c?b?a?d, 50?b?35?30?65??（2）当不存在曲柄时： 1）b为最短杆，b?15 mm （1分）

2）b为最长杆，b?d?a?c， b?30?35?50?85，

b?55mm，又，115mm?b

55 mm?b?115 mm （2分）

3）b为中间长度杆， c?d?a?b, 50?30?35?b

b?45 mm （2分） 所以15mm?b?45mm，55 mm?b?115 mm （1分） 综合以上两种情况，0?b?45mm，55 mm?b?115 mm时，此机构为双摇杆机构。

（3）有可能成为双曲柄机构。 （1分）

{考核知识点: 整转副存在的条件}

2、（本题共10分）

解：

每题2分，压力角和传动角各1分，（1）和（3）机构正处死点位置，（2分）。

{考核知识点: 压力角、传动角、死点}

3、(本题共10分)

解：（1）

1）当lBC为最长杆时（即lBC?40 mm），要使机构成为曲柄摇杆机构还应满足下列条件：

20?lBC?30?40，故40?lBC?50。 （2分）

2）当lBC不为最长杆时（即lBC?40 mm），要使 此机构成为曲柄摇杆机构还应满足下列条件：

20?40?30?lBC，故30?lBC?40。 （2分） 所以：30?lBC?50 （1分） （2） 最小传动角出现的两个可能位置，每个2分，最小传动角1分。 （5分）

{考核知识点: 整转副存在的条件、最小传动角的位置}

4、（本题共10分）

解：（1）??10?,K?(180???)(180???)?190170?1.118。 （2分）

（2）?min?57?。 （3分） （3）向左大。 （2分） （4）会出现，因为在连杆与曲柄共线时传动角??0?。 （3分）

{考核知识点: 行程速度变化系数、最小传动角的位置、死点}

5、（本题共10分）

解：（1）lmin?lmax?lAB?lBC?80 mm，其它二杆之和lAD?lCD?90 mm

即 lmin?lmax?其它二杆之和，且连架杆lAB为lmin。

该机构为曲柄摇杆机构。有曲柄，即AB杆为曲柄。 （3分）

（2）该机构为曲柄摇杆机构，故有摇杆。摇杆摆角范围??90?。 （2分） （3）有急回性，且??30?，故

K?(180???)(180???)?(180??30?)(180??30?)?1.4。 （3分）

（4）?max或?min发生曲柄与机架两次共线的位置，作其二位置AB?C?D和AB?C?D，由图得?max或?min发生在AB?C?D位置处。

故量得： ?max?60? ?min?30? （2分）

{考核知识点: 整转副存在的条件、行程速度变化系数、最小传动角的位置}

6、（本题共10分）

解：（1）150?400?200?200，不满足有曲柄条件，该机构为双摇杆机构。(4分)

（2）如图所示，?是压力角，?为传动角。 （3分）

（3）此时CD杆是主动件，机构处于死点位置，C点的约束反力通过B点和A点，因此机构不能自动打开。 （3分）

{考核知识点: 整转副存在的条件、压力角和传动角、最小传动角的位置}

7、（本题共10分）

解：（1）取比例尺?l?1 mm，先将已知条件画出。 （2分） mm（2）测得：AC1?lBC?lAB?26mm，AC2?lBC?lAB?64mm

两式联立求得：lAB?19mm，lBC?45mm （3分） （3）测得：???C1AC2 15?

180???180??15???1.18 （3分） 所以，K????180??180?15（4）测得：?min?42? （2 分〕

{考核知识点: 平面四杆机构的设计、行程速度变化系数、最小传动角的位置}

8、（本题共10分）

解：（1）先将已知条件画出，?C2DC1?90??30??60? ，C1C2?lCD?150 mm （2分）

（2）K=1，??0，A必在 C1C2 的连线上。 （3分） （2）b?a?2CD?2?150?300 mm，b?a?CD?150 mm （3分） 解得，曲柄 a?75 mm，连杆b?225 mm （2分）

{考核知识点: 平面四杆机构的设计}

9、（本题共10分）

解：（1）画出摇杆两位置 （2分）

（2）??180?(K?1)(K?1)?180??(1.4?1)(1.4?1)?30? （2分） （3） 画出C1，C2所在圆。 （2分）

（4）找出A点，连接AC1，AC2，lAC2?b?a=520mm，lAC1?b?a=280mm （2分）

a?(lAC2?lAC1)2?120mm，b?lAC2?a?400mm （2分）

{考核知识点: 平面四杆机构的设计}

10、（本题共10分）

解：（1〕??180?(K?1)/(K?1)?36? （2分）

（2）作lC1C2及e，作?C1C2O??C2C1O?90???，得C1O和C2O的交点O，以O为圆心和OC1为半径作圆周L，该圆与导路相距为l的平行线q相交于A点，此点即是曲柄回转中心。 （2分） 从图上量得，lAC2?118 mm，lAC1?30 mm，从而可求得

lAB?(lAC2?lAC1)2?44 mm，lBC?(lAC1?lAC2)2?74 mm （2分）

（3）根据滑块的工作行程需获得较佳的受力条件和工作较平稳的要求，选定曲柄的回转方向为逆时针。

（2分）

（4）工作行程和空回行程的最大压力角分别为??max和???max。 （2分）

{考核知识点: 平面四杆机构的设计，最小传动角的确定}

11、（本题共10分）

解：（1）极位夹角? ?180o(K?1)(K?1)?16.3o （2分）

（2）作?C1C2O??C2C1O?90o???73.7o，C1O与C2O相交于O点； （2分） （3）以O为圆心，以OC1为半径画L圆； （2分） （4）作DC1的垂直平分线交L圆于A点，则A即为曲柄的回转中心； （2分）

（5）连AC2和AC1，因AC2=b+a，AC1=b?a，故以（AC2?AC1）/2 为半径， 以A为圆心 画 圆 交 AC2

和 AC1 于 B2 点，交 AC1 的 延 长 线 于 B1 点 。则 AB1C1D （或 AB2C2D）即 为 所 设 计 的 曲 柄 摇 杆 机 构。 （2分）

{考核知识点: 平面四杆机构的设计}

12、（本题共10分）

解：（1）极位 夹角??180oK?1?0o （2分） K?1（2）因此转动副A在返回点C1、C2的连线上； （3分） （3）且lAB?1C1C2?50 mm （3分） 222o422o?l?2llcos60（4）机架 lAD?lC?3?10?173.21 ?100?200?2?200?100cos60DACCDAC2222mm （2分）

{考核知识点: 平面四杆机构的设计}

13、（本题共10分）

解：（1）K?vC20.075K?11.5?1?180o??180o?36o （2分） ??1.5 ??K?11.5?1vC10.05（2）作?C1C2O??C2C1O?90o???73.7o，C1O与C2O相交于O点； （1分） （3）以O为圆心，以OC1为半径画L圆； （1分） （4）在道路上方偏移e取A点，连接AC1，AC2 （2分）

（5）lAB?AC2?AC1AC2?AC1?23 mm， lBC??37 mm （2分） 22（6）如图?min?28o （2分）

{考核知识点: 平面四杆机构的设计，最小传动角的确定}

14、解：（本题共10分）

（1）??0?，AC2与AC1在一条直线上，因AC2?AC1=EC2=C1C2=2AB

C1C2 （2分） 2（2）取比例尺作图；过D点作AB延长线的垂线DF，以F点为圆心，AB长为半径作 两弧线分别交AB

AB?的延长线于C1和C2点，连C1D或C2D。

lCD??lCD?54 mm （5分）

（3）求连杆长，lCB??lCB?86.6 mm （3分）

{考核知识点: 平面四杆机构的设计}

15、（本题共10分）

02 m/mm 解：取?l?0.（1）作摇杆弧线交于二极限位置的C1、C2点； （1分）

（2）??180o(K?1)(K?1)?20o，过C1、C2点作?C1C2O??C2C1O?90o??，得交点O，以O为圆心，OC1为半径作圆L，与机架线相交于A点； （3分）

（3）连A与C1点，A与C2点，得AC1 ， AC2。 （1分） （4）以A为圆心，AC1为半径作弧交于AC2线上的E点。 （2分）

AB ?AC2?AC1?13 mm 2AC2?AC1?46 mm 2BC?量得：AD ?40 mm

lAB??lAB?260 mm lBC??lBC?920 mm

lAD??lAD?800 mm （3分）

B2

{考核知识点: 平面四杆机构的设计}

16、（本题共10分）

解：取?l?1.5 mm/mm

（1）??180o(K?1)(K?1))?36o； （2分）

（2）任取一点为A，过A点作两线段AC2 = 58 mm，AC1 = 24 mm，使?C1AC2?36? （2分）

（3）以C1，C2两点分别为圆心，以CD长为半径作弧交于D点，D点即为摇杆与机架铰接的铰链点。

（2分）

求解：AB?(AC2?AC1)2?17mm，BC?(AC2?AB)?41mm，AD?60mm，??28o。 （4分）

{考核知识点: 平面四杆机构的设计}

17、（本题共10分）

解：（1）??180o(K?1)(K?1))?36o； （2分）

（2）任取一点为A，过A点作两线段AC2 = 58 mm，AC1 = 24 mm，使?C1AC2?36? （2分） （3）过A点作C1、C2两点连线的平行线，则两平行线的垂直距离即为偏距e。

量得e?21 mm，H?C1C2?50 mm。 （3分） （3）AB?(AC2?AC1)2?(68?25)2?21.5 mm

BC?AC2?AB?46.5 mm （3分）

{考核知识点: 平面四杆机构的设计}

18、（本题共10分）

解：按?l?0.001 m/mm作图；

（1）根据??180o(K?1)(K?1)，可求出??30，以AC为一边，作?C?AC?30?，与以D为圆心，以DC长为半径所作的圆弧交于C?点； （4分）

（2）以A为圆心，以AC为半径画弧，交AC?于 E点，则

olAB?lEC?2?0.001?462?0.023 m。 （4分） （3）以A为圆心，以lAB?l?0.0230.001?23 mm长为半径作圆， 与AC的 延长线交于B点，则

lBC??l?BC??l?B?C??0.001?59?0.059 m

lAB?0.023m，lBC?0.059m （2分）

{考核知识点: 平面四杆机构的设计}

19、（本题共10分）

解：?l?0.01 m/mm，

（1）??180o?(K?1)(K?1))?180o?(1.4?1)(1.4?1))?30o （2分） （2）画出C1D，C2D，做角C1OC2=60°，以O为圆心做圆。 （2分） （3）过D做水平线，与圆周交点为A点 （2分） （4）连接AC1，AC2。 （1分）

lAB?[(AC1?AC2)2]?l?14?0.01?0.14 /m，lBC?[(AC1?AC2)2]?l?50?0.01?0.5 m lAD?AD??l?42?0.01?0.42 m。 （3分）

{考核知识点: 平面四杆机构的设计}

20、（本题共10分）

解：?l?0.002 m/mm。

（1）??180oK?1?0o （2分） K?1（2）连接AC1，C2必在 AC1 的连线上 （2分） （3）过D点做AC1的垂线交AC1延长线与E点，取C2E=C1E，得C2点。 （3分） （4）lAB?(AC1?AC2)2?C1C22?20mm，lBC?(AC1?AC2)2=70mm （3分）

{考核知识点: 平面四杆机构的设计}

21、（本题共10分）

解：取? mml?1mm

（1）??1.4?11.4?1?180o?30o （2）画出C1D，C2D，做角C1OC2=60°，以O为圆心做圆。 （3）以D为圆心，以lAD为半径做弧，与圆周交点为A点。 （4）连接AC1，AC2。 lAB?[(AC1?AC2)2]?l=10mm，lBC?[(AC1?AC2)2]?l=58mm （5）?min1??min2

{考核知识点: 平面四杆机构的设计、最小传动角的确定}

22、（本题共10分）

解：（1）??[(K?1)(K?1)]?180o?[(1.4?1)(1.4?1)]?180o?30o 画出C1D，C2D，做角C1OC2=60°，以O为圆心做圆， 以D为圆心，以交点为A点， 连接AC1，AC2。 （2分） （1分） （1分） （1分）

（2分） （3分）

（1分） lAD为半径做弧，与圆周 （2分）

lAB?(AC2?AC1)2?(63?33)2?15mm，lBC?AC2?lAB?63?15?48 mm （2分） （2）当曲柄AB处在AB?位置时具有最大压力角，?max?55o。 （3分） （3）当摇杆CD为主动件时会有死点出现，CD杆处在C1D和C2D位置时是死点位置。 （2分）

{考核知识点: 平面四杆机构的设计、最小传动角的确定、死点}

23、（本题共10分）

解：（1）K?1.25?180o??180o??，??20o （2）连接AC，做角CAC1=20° （3）以D为圆心，以lCD为半径做弧，与角CAC1交与C1点lAB?(AC1?AC)2，lBC?AC1?lAB

lAB?15??l?0.0375 m，lBC?43.5??l?0.10875 m

{考核知识点: 平面四杆机构的设计}

（2分）

2分） （2分）

（4分）

（

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