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v 1-3 平面机构具有确定的运动条件是什么? 答:必须使原动件数目等于机构的自由度数。v 1-5 试确定下列平面机构的自由度(图中绘有箭头的活动构件为原动件):a)推土机的推土机构;d)渣口堵塞机构;f)筛料机机构。v 解:a)推土机的推土机构 活动构件数n5,低副PL7(6个转动副,一个移动副)高副PH0。 F35270 1 等于原动件数 有确定运动 。 v d) 渣口堵塞机构 由分析可知与杆1相连的滚子2,属于局部自由度计算机构自由度时应排除。则 n6 PL8(7个转动副,1个移动副) PH1 F362811 等于原动件数 f) 筛选机的筛料机构由图:杆1和杆2焊在一起属于一体,与杆3相连的滚子4绕其中心的转动是一个局部自由度 n6 PL8(6个转动副,2个移动副) PH1F362811 等于原动件数3-5.已知一曲柄滑块机构的滑块行程H=60mm,偏距e=20mm,行程速比系数K=1.4,试确定曲柄和连杆的长度 l2和l3。(规定用作图法求之) 解:(1) 由行程速比系数K,求出极位夹角。180(K1)(K+1) 180(1.41) (1.41)30选比例尺u1:2,作图,可得:(2) 连接C1和C2,并作C1M垂直于C1C2,C1C2H;(3) 作C1C2N9060,C2N与C1M相交于P点, 由图可见, C1PC230;4)作三角形PC1C2的外接圆O,则曲柄的固定铰链中心A必在该圆上。(5)作与C1C2线相距为e的平行线,与外接圆O交于的点即为A点,连接 AC1、AC2,则C1AC2。(6)因极限位置处曲柄与连杆共线,故AC1l3l2, AC2= l3l2,所以曲柄长度l2=(AC2AC1) 2; 由比例尺量得:AC128mm,AC282mm, 所以 l2(8228) 227mm。(7)以A为圆心和l2为半径作圆,交C1A延线于B1,交C2A于B2,即得B1C1l3,由比例尺量得: l3B1C156mm。综上可知:曲柄长度l2为27mm,连杆长度l3为56mm。3-6已知一导杆机构的固定件长度l11000,行程速比系数K1.5,确定曲柄长度l2及导杆摆角。(解析法求解)解:导杆机构的极位夹角 180(K-1)(K1) 180(1.5-1)(1.51) = 36所以 由图可得,导杆摆角36所以 曲柄长度 l1 l1 Sin(2) 1000Sin18309 3-7已知一曲柄摇杆机构,摇杆与机架之间的夹角分别为145,290,固定件长度为l1300,摇杆长度为l4200,确定曲柄和连杆的长度l2,l3。(解析法求解)解:由图中的两个极限位置可得: AC1 l3l2 AC2l3l2所以 l3(AC1AC2)2 l2(AC2AC1)2所以只需求出AC1、AC2的长度。在三角形AC1D中,由余弦定理AC1(l12l422l1l4Cos)12 (300220022300200Cos45)12 212在三角形AC2D中,ADC2290,所以 AC2(l12l42)12(30022002)12360所以 l3(AC1AC2)2(212360)2286 l2(AC2AC1)2(360212)2745-4. 图5-27所示,一螺旋起重器 ,其额定起重量 FQ50KN,螺旋副采用单线标准梯形螺纹Tr609(公称直径d60,中径d255.5,螺距P9,牙型角30),螺旋副中的摩擦系数f0.1,若忽略不计支承载荷的托杯与螺杆上部间的滚动摩擦阻力,试求:1)当操作者作用于手柄上的力为150N时,举起额定载荷时力作用点至螺杆轴线的距离 ; 2)当力臂l不变时,下降额定载荷所需的力.(2)即当力臂仍为1440 时,下降额定载荷所需的力为51N5-5 螺旋副的效率与那些参数有关?为什么多线螺纹多用于传动,普通三角螺纹主要用于联接,而梯形、矩形、锯齿形螺纹主要用于传动? 答:螺旋副的效率与 (升角), (牙型角)有关 即: 对于多线螺纹导程较大,所以较大,进而较大,所以多线螺纹多用于传动。 普通三角螺纹牙型角比其他三种都大,V较大,所以较小,并且V能够自锁,故用于联接。而梯形、矩形、锯齿形螺纹,角较小,V较小,较大,所以它们主要用于传动。 5-11 图示一螺栓连接,螺栓的个数为2,螺纹为M20,许用拉应力160Mpa,被联接件接合面间的摩擦系数f0.15,若防滑安全系数s1.2,试计算该联接件允许传递的静载荷F。解:分析得:这是受横向载荷的紧螺栓联接,由于螺栓的预紧力:两个螺栓,两个摩擦面:n2, k2螺纹为M20,受横向载荷, 小径d117.291.该联接允许传递的静载荷应小于或等于14.44KN。 5-13 图5-16所示压力容器的螺栓联接,已知容器内的压力p1.6Mpa,且压力可视为不变,缸体内径 D2160,螺栓8个,沿直径为D1的圆周分布。若螺栓的性能等级为4.8级,试确定螺栓的直径。解:由题意可知,此为受轴向载荷的紧螺栓联接,总的外载荷为因8个螺栓对称分布,故单个螺栓所受的外载荷为 因压力容器有特别的紧密性要求,所以残余预紧力FQr取1.5FQ,螺栓所受总拉力性能等级为4.8的螺栓,查表5-4得s340Mpa, 假定螺栓直径d16,按表5-5取0.33s112.2Mpa 螺栓小径由表5-2查得粗牙螺纹d16时,小径d113.835略大于计算小径12.18,故原假定合适,采用M16螺栓。 6.5 某V带传动的带轮直径dd1100mm,包角1180,带与带轮的当量摩擦系数fV0.5, 预紧力F0180N。 试求: 1) 该传动所能传递的最大有效圆周力; 2) 传递的最大转距。 解:(1)传递的最大有效圆周力(2) 传递的最大转距 6.11 试设计一由电动机驱动的某机械的链传动。已知传递的功率P3kw,小链轮转速n1720r/min,大链轮转速n2200r/min,该机械工作时载荷不平稳。解:1.选择链轮齿数z1、z2: 设V38m/s,由表6-11取小链轮齿数z121,因传动比为 大链轮齿数 z2iz13.621762. 初步确定中心距a040P; 3. 求链节数Lp:4.确定链节距P: 根据题意,由表6-12查得KA1.3;由表6-13得查图6-19,选用10A滚子链,其链节距P15.875mm,且工作点落在链板疲劳区内,与原假设相符。5.实际中心距: aa040P4015.875=635mm ; 6.验算链速V:7.选择润滑方式:根据V和P,由图6-20选用油浴或飞溅润滑;8.求作用在轴上的力9.求分度圆直径: 7-6 已知一对标准直齿圆柱齿轮的中心距a120mm,传动比i3 ,小齿轮齿数z120。试确定这对齿轮的模数和分度圆直径、齿顶圆直径、齿根圆直径。 解:大齿轮齿数z2iz132060 7-9 在一个中心距a155mm的旧箱体内,配上一对齿数z123 ,z276, 模数 mn3 mm的斜齿圆柱齿轮,试问这对齿轮的螺旋角应是多少?解:7-13 用于胶带运输机上二级减速器中的一对齿轮,其传动比i3,传动效率0.98 ,输出转速n265r/min,输出功率P4.5Kw,由电动机驱动,单向运转。试确定这对齿轮的中心距及其主要尺寸。 解:(1)确定转距和载荷系数 若为减速器中一对对称布置的齿轮,且为软齿面,则K取1.3 。(2)选择材料: 因T较大,载荷基本平稳,故小齿轮用40Cr钢,调质,HB280;大齿轮用40Cr钢,调质,HB250 。 (3) 选择齿数和齿宽系数: 初定 Z132 , Z2iZ96 , d取1; (4)确定H和F: 由图7-21和图7-22查得两轮的齿面接触疲劳极限和齿根弯曲疲劳极限分别为: 则有 :(5) 按齿面接触强度条件确定d1:(6) 确定模数和齿宽:按表7-1圆整成标准值 , 取m2.5 mm , 则 d1mZ12.53280mm bdd1180 80mm.(7) 验算齿根的弯曲强度: 由表7-4得:则:故两轮轮齿的弯曲强度足够 。(8) 传动中心距及其主要尺寸 : 7-15 一对直齿锥齿轮传动, 模数 m5 mm , 齿数 z116、z248,两轮几何轴线之间的夹角=90。试计算这对齿轮传动的几何尺寸 。解: 7-17. 蜗杆传动的正确啮合条件是什么?传动比是否等于蜗轮和蜗杆的节圆直径之比? 答: 正确啮合条件: (1) 蜗杆与蜗轮在主平面上:模数相等,压力角相等 ; (2) 蜗杆导程角等于蜗轮螺旋角,且两者旋向相同。 传动比不等于蜗轮和蜗杆的节圆直径之比 ,因为:7.22 图示为一蜗杆传动。蜗杆1主动, 蜗杆上的转距T20 Nm , 蜗杆轴向模数m= 3.15 mm , 轴向压力角20,头数 z12 ,蜗杆分度圆直径d135.5 mm,蜗杆2的齿数 z250 ,传动的啮合效率0.75 。试确定:1) 蜗轮 2 的转向 ; 2) 蜗杆1和蜗轮2轮齿上的圆周力、径向力和轴向力的大小和方向。 解:(1)由题7-22图所示,蜗杆右旋由右手法则,蜗杆的轴向力Fa1向右,则可知:蜗轮2的圆周力Ft2向左,从动轮转向应与圆周力方向一致,所以蜗轮逆时针转动。 (2) 8-2 图示轮系中,已知各标准圆柱齿轮的齿数为 求齿轮3的齿数及传动比i15解:此轮系为定轴轮系:观察图示,可知:轮1轴与轮3轴处 于同一直线上,故轮3的直径d32d2d1 则 z32z2z1220+2060 传动比 综上,齿轮3的齿数为60。 传动比i15约等于5.3,且轮1与轮5转向相反。 8-8 如图所示差动轮系中,各轮的齿数为:已知n1200r/min , n350r/min,试分 别求当n1和 n3转向相同或相反时,系杆H 转速的大小和方向。解: n1与n3转向相同时,根据 n1与 n3 转向相反时,设 n1转向为正, 仍根据上式,有9-7 图示为单级直齿圆柱齿轮减速器的输出轴。已知轴的转速n90r/min,传递功率P3kw,齿轮分度圆直径d300mm,齿宽B80mm,轴的支承间的距离L130mm,齿轮在轴承间对称布置,轴的材料为45钢正火处理。试设计此轴。解:1.按扭矩估算轴径 考虑轴同时受扭矩和弯矩,轴上有键槽,材料为45正火钢时,取A117 。将它定为右端半联轴器处轴头直径(最细),则初步设计此轴(结构图略),从右端至左端依次使d=40mm,轴颈d045mm,轴环d155mm, 齿轮处轴头d250mm, 轴径d045mm。 2.按当量弯矩校核轴径 (1)决定作用在轴上的载荷(2)决定支点反作用力及弯矩 a)水平平面计算简图b)垂直平面计算简图c)合成弯曲力矩d)e)当量弯矩轴单向转动,看作受脉动扭矩,取应力折算系数=0.6,则齿轮中点处轴的当量弯矩 (3)校核轴径 齿轮中点处当量弯矩最大,半联轴器中点处当量弯矩次之但轴最细,故只校核这两处轴径,看它能否满足强度条件。查表9-1得45正火钢b600Mpa,再查表9-3得该轴的许用弯曲应力-1b=55Mpa,则在齿轮中点处的轴有: 在半联轴器的中点处的轴有能满足强度条件要求,故此轴设计合理。9-8 轴上装齿轮处的轴段直径为60mm,齿轮轮毂宽度为70mm,传递的转矩为5105Nmm,有轻微冲击,齿轮和轴的材料均为45钢,齿轮与轴采用普通平键联接。试确定该键联接的尺寸。解:根据题意,若取键长L比轮彀宽度70mm略小一点,则按表9-4初选B1863(GB/T1096-1979)普通平键,其尺寸为 45钢有轻微冲击静联接时,取P=100Mpa,则 满足挤压强度条件,故初选的键联接尺寸合适。 9-10 牙嵌式离合器和摩擦式离合器各有什么特点?答:牙嵌式离合器的优点是结构比较简单,外廓尺寸小,所联接的两轴不会发生相对转动,适用于要求精确传动比的机构;其最大缺点是离合时必须使主动轴慢速转动或静止,否则牙容易损坏。摩擦式离合器的优点是可以在任何不同转速下平稳离合,当过载时因离合器打滑可保护其他重要零件;其缺点是接合过程中的摩擦会引起发热和磨损,传动效率低。10-6:某机械上采用对开式向心滑动轴承,已知轴承处所承 受的载荷Fr200000N,轴径直径d200mm , 轴的转速 n500r/min,工作平稳,试设计该轴承。 解: 选用铅青铜(ZCuPb30)作为轴瓦材料,因其p254Mpa,pv=3020.95MPam/s,故能满足该轴承的要求。10-10: 说明下列轴承代号的意义:N210、6308、6212/P4、30207/P6、51308 。解:N210: 内径50mm,尺寸系列为02、普通级的圆柱滚子轴承。 6308:内径40mm、尺寸系列03、普通级的深沟球轴承。 6212/P4:内径60mm、尺寸系列02、公差等级为4级的深沟球轴承。 30207/P6:内径35mm、尺寸系列02、公差等级为6级的圆锥滚子轴承。 51308:内径40mm、尺寸系列13、普通级单向推力球轴承。12-5 如图,转盘上有两个圆孔,其直径和位置为d140mm,d250mm,r1100mm,r2140mm,120,D400mm,t20mm,拟在转盘上再制一圆孔使之达到静平衡,要求该孔的转动半径r150mm,试求该孔的直径及方位角。解:因转盘的厚度t20mm,直径D40mm,Dt 故可视为平面转动构件的静平衡。 分析:转盘上若有圆孔,转盘转动时,会因质量分布不均,导致转盘质心与回转轴线不重合,而产生离心力。 欲使之达静平衡,只需平衡其离心力,再制一圆孔。 制圆孔挖去的质量:mvd2t/4 由静平衡条件:代入数值:r1100mm d140mm r3150mm r2140mm d250mm综上:该孔的直径为 44.98 mm ,方位角与水平线成 62.83。
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