机械设计基础第二版答案

第4章 凸轮机构

第一讲： 4.1 凸轮机构的类型及应用

课 题： 4.1.1 凸轮机构的应用和组成

4.1.2 凸轮机构的分类

教学目标：1. 熟悉凸轮机构的应用和特点， 2. 掌握凸轮机构的类型，

教学重点： 凸轮机构的应用和特点及类型

教学难点：凸轮机构的应用

教学方法：利用动画演示机构运动，工程应用案例展示其应用场合。 教学内容：4.1.1 凸轮机构的应用和组成 1.应用：

图4-1 内燃机配气机构 图4-2 冲床送料机构

图4-3 绕线机的凸轮机构 图4-4 圆柱凸轮机构（进刀机构） 组成：凸轮机构由凸轮、从动件和机架组成。

凸轮与从动件通过高副连接，故凸轮机构属于高副机构。

作用：凸轮机构的主要作用是将主动凸轮的连续转动或移动转化为从动件的往复

移动或摆动。 4.1.2 凸轮机构的分类 1.按凸轮形状分类

（1）盘形凸轮 具有变化向径的盘状构件称为盘形凸轮。它是凸轮的基本形式，

图4-1、图4-3。

（2）移动凸轮 做移动的平面凸轮。可看作是当转动中心在无穷远处时盘形凸轮

的演化形式，图4-2。

（3）圆柱凸轮 圆柱体的表面上具有曲线凹

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从自由度，凸轮，齿轮，V带，到轴，轴承

第三章部分题解

3-5图3?37所示为一冲床传动机构的设计方案。设计者的意图是通过

齿轮1带动凸轮2旋转后，经过摆杆3带动导杆4来实现冲头

上卞冲压的动作。试分析此方案河无结构组成原理上的错误。若

有，应如何修改？

解画出该方案的机动示意图如习题3?5解图(a),其自由度为：

F = 3n- 2P3-P4= 3z3-2,4-I= O 其中:滚子为

局部自由度

计算可知：自由度为零，故该方案无法实现所要求的运动，即结图

3-37习题3?5图构组成原理上有错误。

解决方法：①增加一个构件和一个低副，如习题3-5解图(b)所

示。其自由度为：

F = 3n- 2P S-P4=3,4-2Z5-1=1

习題3?5解图⑴习題3?5解图(b) 习题3?5解图(C)

3-6画出图3?38所示机构的运动简图(运动尺寸由图上屋取〉，并i∣算其门由度。

②将一个低副改为高副，如习题3-5解图(C)所示。其自由度为：

F = 3n- 2P S-P4= 3,3-2,3-2 =1

(a)机构模型(d)机构模型图3-38习懸3-6

图

解(a)习题3-6(a)图所示机构的运动简图町画成习题3-6(a)解图(a)或习题3

螺纹连接习题解答

11—1 一牵曳钩用2个M10的普通螺钉固定于机体上，如图所示。已知接合面间的摩擦系数f=0.15，螺栓材料为Q235、强度级别为4.6级，装配时控制预紧力，试求螺栓组连接允许的最大牵引力。

解题分析：本题是螺栓组受横向载荷作用的典型 例子．它是靠普通螺栓拧紧后在接合面间产生的摩擦 力来传递横向外载荷FR。解题时，要先求出螺栓组所 受的预紧力，然后，以连接的接合面不滑移作为计算

准则，根据接合面的静力平衡条件反推出外载荷FR。 题11—1图

解题要点：

（1）求预紧力F′：

由螺栓强度级别4.6级知σ

S =240MPa，查教材表11—5（a），取S=1.35，则许用拉应

力： [σ]= σS /S =240/1.35 MPa=178 MPa ， 查（GB196—86）M10螺纹小径d1=8.376mm

2由教材式（11—13）： 1.3F′/（πd1/4）≤[σ] MPa 得： 2F′=[σ]πd1/（4×1.3）=178 ×π×8.376/

螺纹连接习题解答

11—1 一牵曳钩用2个M10的普通螺钉固定于机体上，如图所示。已知接合面间的摩擦系数f=0.15，螺栓材料为Q235、强度级别为4.6级，装配时控制预紧力，试求螺栓组连接允许的最大牵引力。

解题分析：本题是螺栓组受横向载荷作用的典型 例子．它是靠普通螺栓拧紧后在接合面间产生的摩擦 力来传递横向外载荷FR。解题时，要先求出螺栓组所 受的预紧力，然后，以连接的接合面不滑移作为计算

准则，根据接合面的静力平衡条件反推出外载荷FR。 题11—1图

解题要点：

（1）求预紧力F′：

由螺栓强度级别4.6级知σ

S =240MPa，查教材表11—5（a），取S=1.35，则许用拉应

力： [σ]= σS /S =240/1.35 MPa=178 MPa ， 查（GB196—86）M10螺纹小径d1=8.376mm

2由教材式（11—13）： 1.3F′/（πd1/4）≤[σ] MPa 得： 2F′=[σ]πd1/（4×1.3）=178 ×π×8.376/

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从自由度，凸轮，齿轮，v带，到轴，轴承

第三章部分题解

3-5 图 3-37 所示为一冲床传动机构的设计方案。设计者的意图是通

过齿轮 1 带动凸轮 2 旋转后，经过摆杆 3 带动导杆 4 来实现冲头

上下冲压的动作。试分析此方案有无结构组成原理上的错误。若 有，应如何修改？

解 画出该方案的机动示意图如习题 3-5 解图(a)，其自由度为：

F = 3n- 2P5 - P4 = 3′3- 2′4-1= 0其中：滚子

为局部自由度

计算可知：自由度为零，故该方案无法实现所要求的运动，即结

图 3-37 习题 3-5 图构组成原理上有错误。

解决方法：①增加一个构件和一个低副，如习题 3-5 解图(b)所示。其自由度为：

F = 3n- 2P5 - P4 = 3′4- 2′5-1=1

②将一个低副改为高副，如习题 3-5 解图(c)所示。其自由度为：

F = 3n- 2P5 - P4 = 3′3- 2′3- 2 =1

习题 3-5 解图(a) 习题 3-5 解图(b)习题 3-5 解图(c)

3-6 画出图 3-38 所示机构的运动简图（运动尺寸由图上量取），并计算其自由度。

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从自由度，凸轮，齿轮，v带，到轴，轴承

第三章部分题解

3-5 图 3-37 所示为一冲床传动机构的设计方案。设计者的意图是通

过齿轮 1 带动凸轮 2 旋转后，经过摆杆 3 带动导杆 4 来实现冲头

上下冲压的动作。试分析此方案有无结构组成原理上的错误。若 有，应如何修改？

解 画出该方案的机动示意图如习题 3-5 解图(a)，其自由度为：

F = 3n- 2P5 - P4 = 3′3- 2′4-1= 0其中：滚子

为局部自由度

计算可知：自由度为零，故该方案无法实现所要求的运动，即结

图 3-37 习题 3-5 图构组成原理上有错误。

解决方法：①增加一个构件和一个低副，如习题 3-5 解图(b)所示。其自由度为：

F = 3n- 2P5 - P4 = 3′4- 2′5-1=1

②将一个低副改为高副，如习题 3-5 解图(c)所示。其自由度为：

F = 3n- 2P5 - P4 = 3′3- 2′3- 2 =1

习题 3-5 解图(a) 习题 3-5 解图(b)习题 3-5 解图(c)

3-6 画出图 3-38 所示机构的运动简图（运动尺寸由图上量取），并计算其自由度。

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从自由度，凸轮，齿轮，v带，到轴，轴承

第三章部分题解

3-5 图 3-37 所示为一冲床传动机构的设计方案。设计者的意图是通

过齿轮 1 带动凸轮 2 旋转后，经过摆杆 3 带动导杆 4 来实现冲头

上下冲压的动作。试分析此方案有无结构组成原理上的错误。若 有，应如何修改？

解 画出该方案的机动示意图如习题 3-5 解图(a)，其自由度为：

F = 3n- 2P5 - P4 = 3′3- 2′4-1= 0其中：滚子

为局部自由度

计算可知：自由度为零，故该方案无法实现所要求的运动，即结

图 3-37 习题 3-5 图构组成原理上有错误。

解决方法：①增加一个构件和一个低副，如习题 3-5 解图(b)所示。其自由度为：

F = 3n- 2P5 - P4 = 3′4- 2′5-1=1

②将一个低副改为高副，如习题 3-5 解图(c)所示。其自由度为：

F = 3n- 2P5 - P4 = 3′3- 2′3- 2 =1

习题 3-5 解图(a) 习题 3-5 解图(b)习题 3-5 解图(c)

3-6 画出图 3-38 所示机构的运动简图（运动尺寸由图上量取），并计算其自由度。

部分作业参考解答 本作业解答仅供参考，错误之处敬请指正；

题3.5 绘制机构简图解：

CB

3

21

A

4

定块机构

题3.6 绘制机构简图 解： 3 C 2 B 1 4 摇块机构

A

题3.7 绘制机构简图解： C 2 B 1 3

A 4

正弦机构

题3.8 计算机构自由度 解： 活动构件数：n = 8 ; 低副：PL = 11 ; 高副： PH = 1 ; 机构自由度： F = 3 n 2PL PH = 3 8 2 11 1 =1 1 移动副 8 7 6 局部自由度 5 高副 4 2 3

4

题3.8 计算机构自由度 解： 活动构件数：n = 8 ; 低副：PL = 11 ; 高副： PH = 1 ; 机构自由度： F = 3 n 2PL PH = 3 8 2 11 1 =1 1 移动副 8 7 6 局部自由度 5 高副 4 2 3

4

题3.8 计算机构自由度 解： 活动构件数：n = 4 ; 低副：PL = 4 ; 高副： PH = 2 ; 机构自由度： F = 3 n 2PL PH = 3 4 2 2 2 =2 高副 3 2 1

局部自由度 虚约束 高副4 4 虚约束

题3.9 机构的结构分析解：

《机械设计基础》作业答案

第一章 平面机构的自由度和速度分析 1－1

1－2

1－3

1－4

1－5

自由度为：

F?3n?(2PL?PH?P')?F'?3?7?(2?9?1?0)?1?21?19?1?1或：

F?3n?2PL?PH?3?6?2?8?1 ?11－6

自由度为

F?3n?(2PL?PH?P')?F'?3?9?(2?12?1?0)?1?1或：

F?3n?2PL?PH?3?8?2?11?1?24?22?1?11－10

自由度为：

F?3n?(2PL?PH?P')?F'?3?10?(2?14?1?2?2)?1?30?28?1?1或：

F?3n?2PL?PH?3?9?2?12?1?2?27?24?2?11－11

F?3n?2PL?PH?3?4?2?4?2 ?21－13：求出题1-13图导杆机构的全部瞬心和构件1、3的角速度比。

?1?P14P13??3?P34P13

?1P34P134?? ?3P14P131

1－14：求出题1-14图正切机构的全部瞬心。设?1?10rad/s，求构件3的速度v3。

v3?vP13??1P14P13?10?200?2000mm/s

1－15：题1-15图所示为摩擦行星传动机构，设行星轮2与构件1、4保持

《机械设计基础》作业答案

第一章 平面机构的自由度和速度分析 1－1

1－2

1－3

1－4

1－5

自由度为：

F?3n?(2PL?PH?P')?F'?3?7?(2?9?1?0)?1?21?19?1?1或：

F?3n?2PL?PH?3?6?2?8?1 ?11－6

自由度为

F?3n?(2PL?PH?P')?F'?3?9?(2?12?1?0)?1?1或：

F?3n?2PL?PH?3?8?2?11?1?24?22?1?11－10

自由度为：

F?3n?(2PL?PH?P')?F'?3?10?(2?14?1?2?2)?1?30?28?1?1或：

F?3n?2PL?PH?3?9?2?12?1?2?27?24?2?11－11

F?3n?2PL?PH?3?4?2?4?2 ?21－13：求出题1-13图导杆机构的全部瞬心和构件1、3的角速度比。

?1?P14P13??3?P34P13

?1P34P134?? ?3P14P131

1－14：求出题1-14图正切机构的全部瞬心。设?1?10rad/s，求构件3的速度v3。

v3?vP13??1P14P13?10?200?2000mm/s

1－15：题1-15图所示为摩擦行星传动机构，设行星轮2与构件1、4保持