《机械设计基础》答案要点

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_314自由度为：或：F = 3n-2PP” =3x6- 2x”1 =11-6自由度为F = 3n-(2 Pz +- Pfl 一 2)一 F= 3a9-(2xI2 + 1-O)-1二 1或：自由度为：/二 5n-(2Pz PH - P) r L tJ= 3x10-(2x144.1x2-2)-1= 30-28-13的角速度比。i一叽 求出题13图导杆机构的全部瞬心和构件】、 叫X,4 %|=%K%片J3 3 片4 囿园1 - R求出题I型图正切机构的全部瞬心。设叫=/S,求构件3的速度看。v3 = vp =叫| = 1 x 200 = 2000 mm/ sJ-15：题I型图所示为摩擦行星传动机构，设行星轮2与构件1、4保持纯滚动接 触，试用瞬心法求轮1与轮2的角速度比叫/%。构件1、2的瞬心为P12P24、P14分别为构件2与构件1相对于机架的绝对瞬心1 一% 题Im图所示曲柄滑块机构,已知：如=100而$,0 /=IOq/s,求机构全部瞬心、滑块速度看和连杆角速度也忸CW可一而= cos Z BCA =在三角形 ABC 中，sin 45 sin Z BCA( .(5阂 阳sin / ABC sin 450 MG = 310-7/n/nv3 = vp =叫 & 生| = 10 x |tan / BCA = 916 ,565 mm/ s100 X 10 a/2|XC|-100圆盘中心c与凸轮 180时,从动件2.9rad f s i一巴 题L图所示平底摆动从动件凸轮1为半径，=20的圆盘， 回转中心的距离，/加=90小小，？=10md/s,求8 = 0。和e = 角速度叫的数值和方向。8 = 0时叫|综卜叫忸2自|15x10, = ：rft), =-= 2/ad / s| 生心 |90-15方向如图中所示当6 =180时,=%=、lASicia儿儿 90十15方向如图中所示第二章平面连杆机构双曲柄机24试根据题2图所注明的尺寸判断下列钱链四杆机构是曲柄摇杆机构、 构还是双摇杆机构。(I)双曲柄机构C)曲柄摇杆机构(3)双摇杆机构9010070（1）双摇杆机构23画出题2-3图所示各机构的传动角和压力角。图中标注箭头的构件为原动件。2己知某曲柄摇杆机构的曲柄匀速转动，极位夹角0为3。，摇杆工作行程需时7So试问：J）摇杆空回程需时几秒？ G）曲柄每分钟转数是多少？解：J）根据题已知条件可得:工作行程曲柄的转角 =210”则空回程曲柄的转角外=15。摇杆工作行程用时匕则可得到空回程需时：150r. J 5 s（210*/7）O由前计算可知，曲柄每转一周需时匕，则曲柄每分钟的转数为60 厂n =Sr1224设计一脚踏轧棉机的曲柄摇杆机构，如题2-5图所示，要求踏板CD在水平位置上 下各摆色 且 = 500“,。= 1000 mm。（】）试用图解法求仙柄.和连杆除的 长度;用式（2）和式（2-6）计算此机构的最小传动角。以踏板为主动件，所以最小传动角为。度。2工设计一曲柄摇杆机构。已知摇杆长度 nl00，摆角口=30、摇杆的行程速 比变化系数K= L2。（1）用图解法确定其余三杆的尺寸；（2）用式（24）和式-0（2-6）,确定机构最小传动角了血（若尸由-35 ,则应另选较链A的位置，重新设 计）。G = -180n = 16.364K+l 2.22门设计一皿柄滑块机构，如题2-7图所示。已知滑块的行程s= 50，偏距 c=16刈，行程速度变化系数K =1.2,求曲柄和连杆的长度。解：由k=i.2可得极位夹角0 = 180 = 16.3640K+12.2由槽长23.32连杆怅58.3728设计一摆动导杆机构。已知机架长度4=10小方，行程速度变化系数K=L4, 求曲柄长度。解：由k=i.4可得极位夹角0 = 180 = 30K+l 2.42-10设计一钱链四杆机构作为加热炉炉门的起闭机构。已知炉门上两活动钱链的中 心距为50mm,炉门打开后成水平位置时，要求炉门温度较低的一面朝上（如虚线所 示），设固定钱链安装在中轴线上，其相关尺寸如题图2。图所示，求此钱链四杆 机构其余三杆的长度。名167.34?&O 11Z.0B8 95 742242已知某操纵装置采用钱链四杆机构。要求两连架杆的对应位置如题242图所示, .一的=52“JO；向=90,的=&2clicT；弧=135,心=112、0; 机架长度 /加=50mm,试用解析法求其余三杆长度。解：由书35页图23】可建立如下方程组:4 cos 4 4 cos 6 =(4 + 4 cos w4 sin 8 + sin 3 = A sin w消去5 ,并整理可得:令：T（-） =- （=）12/（3）于是可得到COS （p = P、+ P、COS 甲 + P COS（ W 中）分别把两连架杆的三个对应转角带入上式，可得到关于1、1门由三个方程组 成的方程组。可解得：P = -0.7333P2 = ,48447二 0.20233乙=5。，再由J）、 （?）、 ），可解得：J = 24 t7（X） mm ,4 = 62,887 mm /. = 36.667 mm第三章凸轮机构3题3图所示为一偏置直动从动件盘形凸轮机构，已知阳段为凸轮的推程廓线, 试在图上标注推程运动角中。3-2题3-2图所示为一偏置直动从动件盘形凸轮机构，已知凸轮是一个以C点为圆心 的圆盘，试求轮廓上0点与尖顶接触是的压力角，并作图表示。3-4设计题3-4图所示偏置从动件盘形凸轮。已知凸轮以等角速度顺时针方向回转.偏距凸轮基圆半径。=6。切切，滚子半径= 从动件的升 程力=30mm,，= 1501丸=30，=120,丸=60 ,从动件在升程和回程均作 简谐运动.试用图解法绘制出凸轮的轮廓并校核推程压力角。解：推程:推程角：S = (1 - 从动件的位移方程：2-cos 伊) d从动件的行程: 050100150$ (nun)02.0127.9930(2)回程：回程角：e=120。sr= 1 + 8$ _(中 - )1从动件的位移方程：2，、604080120s (mm)3027.992.010绘制内包络线,就于是可以作出如下的凸轮的理论轮廓曲线，再作一系列的滚子, 得到凸轮的实际轮廓曲线(略)理论轮廓线比例九1注：题3-6、3-7依次按上述步骤进行作图即可，不同的是：3-6为一摆动从动件盘 形凸轮机构，3-7为一平底直动从动件盘形凸轮机构。第四章齿轮机构4-1已知一对外啮合正常齿制标准直齿圆柱齿轮小=3加，= 19 , = 41 ,试计 算这对齿轮的分度圆直径、齿顶高、齿跟高、顶隙、中心距、齿顶圆直径、齿跟圆 直径、基圆直径、齿距、齿厚和齿槽宽。解：项目及计算公式齿轮1齿轮2分度圆直径d = mz57123齿J贞局3碗（力:=1）33齿跟局h f =(/；= 1.25)3.753.75顶隙(C =0.25)0.750.75中心距a = (/ml + 皿” 290齿顶圆直径dt = d+ 2儿63129齿跟圆直径d,. = d- 2hf49.5115.5基圆直径4，二八瘀a = 20)53.5625115.5822齿距p=这m9.42齿厚s= p! 24.71齿槽宽e = p/24.714-2已知一对外啮合标准直齿圆柱齿轮的标准中心距口 = 1依加，齿数4 =2。, = 60,求模数和分度圆直径。解：由日=(y/)/2可得2 a2x16。 320 ,rn = 4zx + z7 20 + 6080则其分度圆直径分别为4 =4 x 20 =， 0 mmd. = mz. = 4 x 60 = 240 mm齿顶圆直径4 =求 =40,试分别求出分度圆、基4-3已知一正常齿制标准直齿圆柱齿轮的齿数z = 该轮的模数。解.=2力=rnz +-2力：）正常齿制标准直齿圆柱齿轮：力；5则有135135,m = 5nmz+2 力？25 + 227 4-4已知一正常齿制标准直齿圆柱齿轮/二5削 圆、齿顶圆上渐开线的曲率半径和压力角。mz 5 x 40”r =100 mm解： 22r = r-t- hjn = 100 + 5 = 105 trim UJTCOS Ct93.969105齿顶圆压力角：=0.895a x = 26.499 0 J基圆压力角cos a b = = I %= 0分度圆上齿廓曲率半径:P = rsin 200 = 34.2mm齿顶圆上齿廓曲率半径：n . = r sin 26.4990 = 105 x 0.4462 = 46.85加切 9 J A基圆上齿廓曲率半径：P 4-6已知一对内啮合正常齿制标准直齿圆柱齿轮4=20, 4 = 60 ,试 参照图4-lb计算该对齿轮的中心距和内齿轮的分度圆直径、齿顶圆直径和齿跟圆 直径。解：该对齿轮为内啮合.所以有中心距& = /4 一 4），2 = 4 乂（60 - 20“ 2 - 80/n/n齿轮2为内齿轮，所以有d = mz2 = 4 x 60 = 240 mmd . = d. - 2/）, = 240 - 2x4= 240 - S = 232 J 12Jdn = d- 2/j. = 240 + 2x （1.25 x 4） = 240 + 2x 5 = 250mm解：不变的 参数变化减小4-10试与标准齿轮相比较，说明正变位直齿圆柱齿轮的下列参数：切、&、 $、%、%、，哪些不变？哪些起了变化？变大还是变小？mad db 增大a d： 6、“、%,试计4-11已知一对正常齿渐开线标准斜齿圆柱齿轮a = 250mm,，4 算其螺旋角、端面模数、分度圆直径和齿跟圆直径。解：对外啮合的斜齿轮中心距为a =(4 + d, 2 =+ 石 ”2 =+ 4)2 cos ft代入已知参数可得242cos fl = 0.968250所以 B = 143337 jrim( = = 4.1322 端面模数 cos户 nun分度圆直径分别为4 =2五= 95.04138s Pnund：=叫4 = 404.9587/nun齿顶圆直径分别为d . = 0)0 X 100 = -800,125J则最大盈亏功为.4 max = 9004max = -/(rL 一 七)由 2可得2 x 90018001800=1342 - 116 2 . 17956 - 1345645002,=0.4 Kg - nf第8章回转件的平衡8-1某汽轮机转子质量为It,由于材质不均匀及叶片安装误差致使质心偏离回转轴 线0.511U11,当该转子以5000i/mm的转速转动时，其离心力有多大？离心力是它本 身重力的几倍？ 解：离心力为F = rnrca 2 = /“./。-2产= 137077 .73 N 60离心力与重力之比为：F F 137077 .78, 一G 一磔一 10000-8-4如图示盘形回转件，经静平衡试验里知，其不平衡质径积皿等于I*他“工 方暨科。由于结构限制，不允许在与涉相反方向上加平衡质量，只允许在工 和南方向各加一个质径积来进行平衡。求加心和的数值。解：依题意可得：f merc cos 300 + 叫内)cos 60 = mrmcrc sin 3011 = ninrf sin 60 于是可解得：imsift 60 0 cos 30 sin .V)”=0 .7、Arg 77?+ cos 6008-5如图所示盘形回转件上有4个偏置质量，已知叫=1坦，j=14侬，% = 16Jcg r = 50 mm r2 = 100 mm ry = 75mm q = SO mm 设所有不平衡 质量分布在同一回转面内，问应在什么方位、加多大的平衡质径积才能达到平衡？解：各偏心质量产生的质径积分别为:= 10 x 50 = 5(X) kg - jnm= 14 x 1(X) = 1400 kg - mm%八=16 x 75 = 1200 kg - mm m4 G = 10 乂 50 = 500 kg - mtn于是不平衡质径积的向量和为：rnbrb = v 700 2 + 900 2 = 1140,打 =1.14 Ag m0 = arc怛-=37.8750-9即应在图示反方向的方位加上质径积一，回转件才能达到平衡。第10章连接10-4解：设螺旋副的升角为当量摩擦角为0，当量摩擦系数用z表示np 4x10 八“= 0.196京 d、65则 w = 11.083已知 f= 0.1则虫p= r= o,“=5,7106(1)工作台上升的效率为R S 依 “q = T_ = 0,64944 = 64.9%2 tgy + p，)(2)稳定上升时加于螺杆上的力矩为T= F=%g(w +)=100 x 10-xx 10 316.7936 = 980,852 22(3)螺杆的导程为S =叩=40 mm则可得螺杆的转速为：S0040=20r / min螺杆所需的功率为20 x 2jt 980.85x2_ _ x ：=326.95 x 2汽= 2.。5AM/(4)工作台在匕作用下等速下降，因物,该螺旋副不具有自锁性，所以需要 制动装置。加于螺杆上的制动力矩为：T= Fa 主里如-P)=100xl0Jxx 10 7 (11.083 0 - 5.7106 u) = 305 .636 N m2210-7解：查表10-1, M20螺栓的小径为4 = 17.294 mm由题意知.因F作用而在轴上产生的摩擦力矩应与W作用而在轴上产生的力矩平 衡.即有/F= W-Z22VL则 tD则每个螺栓所受的轴向力为F WL/=2 fD螺栓的力学性能等级为4.8级.查表10-5,320M咫，查表10-7, S= 3320107 MPa代入试（10-12）有1.3/7?WL 41=L3 乂乂 -M pr 1/D时fD 广 d； b 1W = 362 .3254 N则 5,210-10解：（参考）暂取螺柱个数为12,性能等级为5.8级（已知）查表10.540加启查表 10-7 5=3=5024 N取残余预紧力F 代=L8FP JIc贝Ij Fa = Fe+ Fr = 14067 .2,400=133 MPa313.24/n/n取M16的螺柱（其4 = 3835 mm）螺柱的分布圆直径为224 mm则螺柱间距为:二盘=3纥 57.57mm f 4.5J = 4.5 x 16 = 72 mm所以，选择正确。10-14解：选择平键连接，由图中所示轴孔直径冷5可知，与之相装配的轴径也为5, 结合轮毂长度尺寸84,可由表10-9查得需要选择的键为：键 16X80 GB/T 1096-2003同时可查得键的厚度尺寸力=1然后根据题10-8中传递的转矩，利用公式（10-26）及表10-10进行验算强度 即可7= dhl第11章齿轮传动11-1解：利用题中给定的条件可推导出：尸二2P11-4解：本题为设计计算题，按照例题的步骤进行计算即可。11-6解：(1) z .(2).；(3) z ； (4) 411-7解：11-9解:3m徵,zz=51内=17要使中间轴上两轴向力相互抵消，则应有：且知轮2和轮3所传递的转矩相等，设都为T,则Fgg* = F,mb、2 = 下飒d24嘻恒_飒即 mr2 Z2 mr3 Zysin B2 sin g mn2 Z2 mD3Z5sin fl, m. z, 5 x 17 nsin 03 = J =sin 15 = 0.1438mfi2 z2 3x51%=8.267