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1、機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)（機(jī)械原理部分）課程設(shè)計(jì)參考解答一、金相加熱爐爐門啟閉機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)解答金相加熱爐爐門啟閉機(jī)構(gòu)以題號(hào)1數(shù)據(jù)為依據(jù)進(jìn)行解答。一、設(shè)計(jì)分析（爐門處于關(guān)閉位置）1.干涉分析干涉分析時(shí)，可先判斷爐門上最容易與爐壁發(fā)生干涉的若干點(diǎn)，分析這些點(diǎn)在爐門啟閉過程中的運(yùn)動(dòng)情況，據(jù)此判斷爐門是否與爐壁發(fā)生干涉。爐門上最容易與爐壁發(fā)生干涉的點(diǎn)為A、B、C、D、E和F等。在爐門開啟的瞬時(shí)，為保證爐門與爐壁不發(fā)生干涉現(xiàn)象，則要求爐門上與爐壁接觸的各點(diǎn)其速度分量均不能指向爐壁以內(nèi)。否則經(jīng)時(shí)間后，該點(diǎn)會(huì)與爐壁發(fā)生干涉。這樣就將干涉分析轉(zhuǎn)化為速度分析，爐門上各點(diǎn)的速
2、度取決于爐門的絕對(duì)速度瞬心，其位置在兩連架桿位置線的交點(diǎn)上。在解圖1-1中，過B點(diǎn)作BE，過C點(diǎn)作CF，過質(zhì)心W點(diǎn)作鉛垂線。當(dāng)爐門的絕對(duì)速度瞬心位于與線之間時(shí)，無論爐門的角速度方向如何，均會(huì)發(fā)生爐門與爐壁干涉現(xiàn)象。例如爐門以順時(shí)針方向方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，爐門上D點(diǎn)會(huì)與爐壁發(fā)生干涉現(xiàn)象，逆時(shí)針方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，爐門上A點(diǎn)會(huì)與爐壁發(fā)生干涉現(xiàn)象。解圖1-1當(dāng)爐門的絕對(duì)速度瞬心位于線以上，開啟爐門時(shí)其角速度方向應(yīng)為逆時(shí)針方向。絕對(duì)速度瞬心位于區(qū)域時(shí)，B點(diǎn)與爐壁發(fā)生干涉；絕對(duì)速度瞬心位于區(qū)域時(shí)，C點(diǎn)與爐壁發(fā)生干涉。所以，只有當(dāng)爐門的絕對(duì)速度瞬心位于區(qū)域時(shí)，爐門才不
3、會(huì)與爐壁發(fā)生干涉。同理，當(dāng)爐門的絕對(duì)速度瞬心位于區(qū)域時(shí)，爐門不會(huì)與爐壁發(fā)生干涉。以上分析僅為爐門不發(fā)生干涉的必要條件，所以還需作出上述若干點(diǎn)在運(yùn)動(dòng)過程中的軌跡曲線，判斷這些曲線是否與爐壁相交，用以確定爐門與爐壁是否發(fā)生干涉。2.穩(wěn)定性分析①質(zhì)心位置確定為了簡(jiǎn)化計(jì)算，假設(shè)爐門的質(zhì)心位置與爐門截面的形心位置重合，如解圖1-2所示。其中C1是梯形截面形心，C2是矩形截面形心，C為爐門截面總形心，則：解圖1-2②爐門受力分析爐門在關(guān)閉位置穩(wěn)定是指爐門在這一位置的受力平衡。若不平衡，則爐門將受到一個(gè)合力或合力矩的作用，從而產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)。爐門在關(guān)閉位置時(shí)受
4、到4個(gè)力的作用：兩連架桿作用于爐門上的力F1、F2，其方向沿連架桿位置線；重力W，作用在質(zhì)心且方向鉛錘向下；爐壁作用于爐門上的支撐力Ri，方向向右且水平。-11-機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)（機(jī)械原理部分）課程設(shè)計(jì)參考解答將這些力對(duì)爐門的絕對(duì)速度瞬心取矩，考慮到干涉分析結(jié)果，則爐門的絕對(duì)速度瞬心只能位于和區(qū)域內(nèi)。參考解圖1-1，假設(shè)爐門絕對(duì)速度瞬心位于區(qū)域內(nèi)線左邊，則F1、F2對(duì)絕對(duì)速度瞬心的力矩為零，重力W對(duì)絕對(duì)速度瞬心的力矩為順時(shí)針方向，支撐力Ri對(duì)絕對(duì)速度瞬心的力矩為逆時(shí)針方向，力矩可以平衡，即爐門是穩(wěn)定的。反之，若爐門絕對(duì)速度瞬心位于區(qū)域內(nèi)線右邊，
5、則重力W和支撐力Ri對(duì)絕對(duì)速度瞬心的力矩均為逆時(shí)針方向，故無法平衡，即爐門處于不穩(wěn)定狀態(tài)。同理可分析爐門絕對(duì)速度瞬心位于區(qū)域內(nèi)爐門的穩(wěn)定狀態(tài)。3.分析結(jié)論通過上述分析可知，爐門在啟閉兩位置時(shí)絕對(duì)速度瞬心的位置，如解圖1-3所示。解圖1-3二、設(shè)計(jì)示例解圖1-4-11-機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)（機(jī)械原理部分）課程設(shè)計(jì)參考解答A(41,87)B(40,145)C(50,80)D(25,-145)W(33.595,125)m/mmmmmmmmmm解圖1-5以題號(hào)1數(shù)據(jù)為依據(jù)的設(shè)計(jì)結(jié)果見解圖1-5，危險(xiǎn)點(diǎn)和質(zhì)心軌跡曲線見解圖1-4。-11-機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)（機(jī)械原
6、理部分）課程設(shè)計(jì)參考解答二、汽車轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)解答⒈汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)理論上兩連架桿轉(zhuǎn)角與之間的關(guān)系如下（參見解圖2-1）：解圖2-1解圖2-2⒉汽車外輪最大轉(zhuǎn)角的計(jì)算：⒊鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方程（參見解圖2-2）：向、坐標(biāo)軸投影：消去得：⒋汽車轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)向臂長和橫拉桿長度的計(jì)算：-11-機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)（機(jī)械原理部分）課程設(shè)計(jì)參考解答為保證汽車左或右轉(zhuǎn)彎時(shí)具有相同的特性，轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)應(yīng)為等腰梯形機(jī)構(gòu)，即滿足：將以上各式代入鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方程中，整理后得：（1）此方程共有三個(gè)未知數(shù)：轉(zhuǎn)向臂長、橫拉桿長度和初始角，所以可以精確滿足連架桿三對(duì)對(duì)應(yīng)角位
7、移。當(dāng)給定連架桿三對(duì)對(duì)應(yīng)角位移時(shí)，需要求解一個(gè)非線性方程組，以確定未知量。實(shí)際求解此方程時(shí)，一般先給定連架桿的初始角，再給定連架桿的兩對(duì)對(duì)應(yīng)角位移，將非線性方程組轉(zhuǎn)化為線性方程組求解。由于汽車大部分時(shí)間是直線行駛，所以一定要精確實(shí)現(xiàn)、這一對(duì)對(duì)應(yīng)角位移要求，代入上式后得：即橫拉桿長度為：（2）將（2）式和另一對(duì)對(duì)應(yīng)角位移的精確值、代入（1）式可求出轉(zhuǎn)向臂長：（3）⒌誤差分析：由于設(shè)計(jì)時(shí)僅給定了兩對(duì)對(duì)應(yīng)角位移，故所設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)也只能精確地實(shí)現(xiàn)這兩對(duì)對(duì)應(yīng)角位移，所以實(shí)際機(jī)構(gòu)所實(shí)現(xiàn)的轉(zhuǎn)角與理論轉(zhuǎn)角有一定的偏差，因此需要做誤差分析。實(shí)際機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)
8、角關(guān)系可利用（3）式求得，變換原式為：令：則原式化簡(jiǎn)為：兩邊平方：-11-機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)（機(jī)械原理部分）課程設(shè)計(jì)參考解答上式可寫為：解出：注意：上式可解出兩個(gè)值，舍去不合理的一個(gè)值
