《机械设计基础》答案..

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 1921 0 73 FPnFHL 或 118263 HLPnF 1 6 自由度为 11 02 93 FPnFHL 或 124183 HLn 1 10 自由度为 128301 24 FPnFHL 或 1247193 HLPnF 1 112243 HLPnF 1 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 134314PP 14313 P 1 14 求出题 1 14图正切机构的全部瞬心 设 求构件 3的速度 srad 10 3vsmPvP 2013413 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 保持纯滚动接触 试 用瞬心法求轮 1与轮 2的角速度比 21 构件 1 2 的瞬心为 P12 P24 P 14分别为构件 2 与构件 1 相对于机架的绝对瞬心4124 12142rP 1 16 题 1 16图所示曲柄滑块机构 已知 smlAB 10 smlBC 250 求机构全部瞬心 滑块速度 和连杆角速度 srad 0 3v 在三角形 ABC 中 BCA sin45i0 52si 523cos BCA 0sinsiBCA m7 31 sPvP 56 91tan13413 224 sradAC 9 2101242 1 17 题 1 17图所示平底摆动从动件凸轮 1为半径 的圆盘 圆盘中心 C与凸轮回20 r 转中心的距离 求 和 时 从mlAC5 lAB9sad 0 018 动件角速度 的数值和方向 2 时0 231132P srad 5901232 方向如图中所示 当 时08 sradP 43 15901232 方向如图中所示 第二章 平面连杆机构 2 1 试根据题 2 1图所注明的尺寸判断下列铰链四杆机构是曲柄摇杆机构 双曲柄机构还 是双摇杆机构 1 双曲柄机构 2 曲柄摇杆机构 3 双摇杆机构 4 双摇杆机构 2 3 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 4 已知某曲柄摇杆机构的曲柄匀速转动 极位夹角 为 300 摇杆工作行程需时 7s 试 问 1 摇杆空回程需时几秒 2 曲柄每分钟转数是多少 解 1 根据题已知条件可得 工作行程曲柄的转角 012 则空回程曲柄的转角 5 摇杆工作行程用时 7s 则可得到空回程需时 st 7 210 5 2 由前计算可知 曲柄每转一周需时 12s 则曲柄每分钟的转数为rn6 2 5 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 100 且 1 试用图解法求曲柄 AB和连杆 BC的长度 mllADCD0 5 2 用式 2 6 和式 2 6 计算此机构的最小传动角 解 以踏板为主动件 所以最小传动角为 0度 2 6 设计一曲柄摇杆机构 已知摇杆长度 摆角 摇杆的行程速比变ml13 03 化系数 1 用图解法确定其余三杆的尺寸 2 用式 2 6 和式 2 6 确 K 定机构最小传动角 若 则应另选铰链 A的位置 重新设计 min 0in5 解 由 K 1 2可得极位夹角 000364 182 1 2 7 设计一曲柄滑块机构 如题 2 7图所示 已知滑块的行程 偏距ms50 行程速度变化系数 求曲柄和连杆的长度 me16 2 1 K 解 由 K 1 2可得极位夹角 000364 8 2 K 2 8 设计一摆动导杆机构 已知机架长度 行程速度变化系数 求曲ml104 4 1 K 柄长度 解 由 K 1 4可得极位夹角 003184 2 K 2 10 设计一铰链四杆机构作为加热炉炉门的起闭机构 已知炉门上两活动铰链的中心距为 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 设固定铰 链安装在 yy轴线上 其相关尺寸如题图 2 10图所示 求此铰链四杆机构其余三杆的长度 2 12 已知某操纵装置采用铰链四杆机构 要求两连架杆的对应位置如题 2 12图所示 机架长0145 102 09 1082 035 1021 度 试用解析法求其余三杆长度 mlAD 解 由书 35页图 2 31可建立如下方程组 sinisincoco3214lll 消去 并整理可得 coscos 431341234 llll 令 1 431lP 2 132l 3 41 22343lP 于是可得到 cos cos123 P 分别把两连架杆的三个对应转角带入上式 可得到关于 P1 P 2 P3 由三个方程组成的 方程组 可解得 203 4871 3P 再由 1 2 3 可解得 54l ml67 38 2 第三章 凸轮机构 3 1 题 3 1图所示为一偏置直动从动件盘形凸轮机构 已知 AB段为凸轮的推程廓线 试在 图上标注推程运动角 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 D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 滚子半径 从动件的升程 me10 mr60 mr10 mh30 从动件在升程和回程均作简谐运动 试用5 03s12 0 s 图解法绘制出凸轮的轮廓并校核推程压力角 解 1 推程 推程角 0 从动件的位移方程 cos1 2 hs 从动件的行程 30 h 00 500 1000 1500 mm s0 2 01 27 99 30 2 回程 回程角 012 从动件的位移方程 cos1 shs 00 400 800 1200 mm s30 27 99 2 01 0 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 绘制内包络线 就得 到凸轮的实际轮廓曲线 略 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 试计算m3 19z42 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 mzd 57 123 齿顶高 ha 1 a 3 3 齿跟高 ff 25 f 3 75 3 75 顶隙 c 0 0 75 0 75 中心距 21mza 90 齿顶圆直径 ahd63 129 齿跟圆直径 ff 49 5 115 5 基圆直径 cosb0253 5625 115 5822 齿距 mp 9 42 齿厚 s 4 71 齿槽宽 2e 4 71 4 2 已知一对外啮合标准直齿圆柱齿轮的标准中心距 齿数 ma160 201 z 求模数和分度圆直径 602 z 解 由 可得2 1mza 4803621 则其分度圆直径分别为 mzd41 2062 4 3 已知一正常齿制标准直齿圆柱齿轮的齿数 齿顶圆直径 求该轮25 zmda135 的模数 解 2 2 aaaa hzmhzd 正常齿制标准直齿圆柱齿轮 1 则有 hzdma5273512 4 4 已知一正常齿制标准直齿圆柱齿轮 试分别求出分度圆 基0 m5 40z 圆 齿顶圆上渐开线的曲率半径和压力角 解 mzr10245 b96 3coshraa 5 齿顶圆压力角 89 016 3cos abr 049 2a 基圆压力角 1cos br 0b 分度圆上齿廓曲率半径 mr2 34sin0 齿顶圆上齿廓曲率半径 ma 85 462 0159 6i0 基圆上齿廓曲率半径 b 4 6 已知一对内啮合正常齿制标准直齿圆柱齿轮 试参照4 201z6 图 4 1b 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 mzma802 60 42 12 齿轮 2 为内齿轮 所以有 mzd2406 mhaa 2382 ff 504 5 1 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 哪些不变 哪些起了变化 变大还是变m d sffhfdb 小 解 不变的参数 m b 增大 dsffd 变化 减小 fh 4 11 已知一对正常齿渐开线标准斜齿圆柱齿轮 ma250 231 z98 试计算其螺旋角 端面模数 分度圆直径和齿跟圆直径 mn4 解 对外啮合的斜齿轮中心距为 cos2 2 1211 zmzdant 代入已知参数可得 968 0254cos 所以 371 端面模数 mm12 4cos ntm 分度圆直径分别为 mm03 95cs11 zdnt mm87 4o22 mznt 齿顶圆直径分别为 mm013 11 naadhd mm9587 412222 naamdhd 齿跟圆直径分别为 mm03 11 nff mm9587422 ff dhd 第五章 轮系 5 1 在题 5 1 图所示双级蜗轮传动中 已知右旋蜗杆 1 的转向如图所示 试判断蜗轮 2 和 蜗轮 3 的转向 用箭头表示 5 2 在题 5 2 图所示轮系中 已知 15 z215 z30z15 右旋 若 求齿条304 z2 4605 4 min rn 6 线速度 的大小和方向 v 解 20156302 43 21515 zni min 05 r srad 12605 2 5 mzr4 5 sv 5 102 5 6 方向为水平向右 5 3 在题 5 3 图所示钟表传动示意图中 E 为擒纵轮 N 为发条盘 S M H 分别为秒针 分针 时针 设 71z2643 z8605 z8607 z 求秒针与分针的传动比 和分针与时68 z940 121 SMi 针的传动比 MHi 解 为定轴轮系 注意各轮转速之间的关系 Mnn 932H1S67 得到 65435zn65436zn 则有 603 niMS129102 ziH 5 6 在题 5 6 图所示液压回转台的传动机构中 已知 液压马达 M 的转速152 z 回转台 H 的转速 求齿轮 1 的齿数 提示 min 1rnM min 5 1rn H 2 解 15 2012 znniHMH z 5 9 在题 5 9 图所示差动轮系中 已知各轮的齿数 301 z250 z 齿轮 1 的转速为 箭头向上 齿轮 3 的转速为 箭头向753 z min 20r min r 下 求行星架转速 的大小和方向 Hn 解 在转化轮系中 各轮的转向如图中虚线箭头所示 则有 825037 2131 zniH 在图中 从给定的条件可知 轮 1 和轮 3 的绝对转向相反 已 的值为正 的值为1n3n 负 代入上式中 则有 825502 Hn 即 Hn016 于是解得 mi 1 350rnH 其值为正 说明 H 的转向与轮 1 的转向相同 5 10 在题 5 10 图所示机构中 已知 7 z20853 z14245 z 求 216 z637 1 当 时 min 0rnin 104r p 2 当 时 41 p 3 当 时 i ri 4r p 解 该轮系为一复合 混合 轮系 1 有 1 2 3 构成定轴轮系 则有 5178 3213 zni 即 53 2 由 3 H 4 5 6 7 构成周转轮系 易知 n 421863 1 647537474 znniH 即 34 547n 联立定轴轮系 31n 则 47n 即 1P 当 时 min 01rn in 104r min 25 0rP 当 时 4P 当 时 i 1ri 4ri rP 第七章 机械运转速度波动的调节 7 2 在电动机驱动的剪床中 已知作用在剪床主轴上的阻力矩 的变化规律如题 7 2 图所 M 示 设驱动力矩 等于常数 剪床主轴转速为 机械运转速度不均匀系数 Mmin 60r 求 1 驱动力矩 的数值 2 安装在主轴上的飞轮转动惯量 5 0 解 1 按一个周期中 一运动循环 阻力矩和驱动力矩做功相等 有 4 1602 416023 2 MmN 5 550 2 分三个区间 第一区间盈功 34 1 A 第二区间亏功 07 256 第三区间盈功 48 3 A 画出能量指示图 则最大盈亏功为 107 256max31 AA 则飞轮的转动惯量为 224 maxmKgJ 7 3 为什么本章介绍的飞轮设计方法称为近似方法 试说明哪些因素影响飞轮设计的精确 性 解 因在本章所讨论的飞轮设计中 用的是算术平均值代替的实际平均值 对速度不均匀 系数的选择也只是在它的容许范围内选择 还有 在计算时忽略了其他构件的转动惯量 也忽略了其他构件的动能影响 所以是近似计算 7 5 设某机组发动机供给的驱动力矩 即驱动力矩与瞬时角速度成反比 mNM 10 阻力矩 变化如题 7 5 图所示 若忽略其他构件的转动惯量 求 Mst 1st9 2 在 状态下飞轮的转动惯量 srad 134max rad 6min 解 用平均角速度处理 sradm 125634 两时间段的转角 st 01 1 92 rad52 则在 0 0 1s 之间 905 1280 5 1201 MtMA 则在 0 1 0 9s 之间 125 5 129 01 ddt 则最大盈亏功为 maxA 由 可得 22minax J 24 052418356179061340 mKgJ 第 8 章 回转件的平衡 8 1 某汽轮机转子质量为 1t 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 5mm 当该转子以 5000r min 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 NmrF78 130 6025 2 离心力与重力之比为 178 3 gG 8 4 如图所示盘形回转件 经静平衡试验得知 其不平衡质径积 等于 方向mrkg 5 1 沿 由于结构限制 不允许在与 相反方向上加平衡质量 只允许在 和 方OAOAOCD 向各加一个质径积来进行平衡 求 和 的数值 CrmD 解 依题意可得 006sin3sincocoDCrmrr 于是可解得 mkgrmD 75 60cos30sin6kgrDC 29 1i0 8 5 如图所示盘形回转件上有 4 个偏置质量 已知 kgm10 kgm142kg163km04 mr51r102 r753 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mr504 径积才能达到平衡 解 各偏心质量产生的质径积分别为 mkgrm 50142kr 2763mgm 5014 于是不平衡质径积的向量和为 mkgkrb 14 14972085 3 actg 即应在图示反方向的方位加上质径积 回转件才能达到平衡 k 0 第 10 章 连接 10 4 解 设螺旋副的升角为 当量摩擦角为 当量摩擦系数用 表示 f196 0542 dnptg 则 83 1 已知 则 0 f 1 0 ftg 076 5 1 工作台上升的效率为 9 46 2 tTSFa 2 稳定上升时加于螺杆上的力矩为 Ntgtgda 85 90736 102510 332 3 螺杆的导程为 mnpS40 则可得螺杆的转速为 in 28r 螺杆所需的功率为 kWTP 05 29 36285 9065 90 4 工作台在 作用下等速下降 因 该螺旋副不具有自锁性 所以需要制aF 动装置 加于螺杆上的制动力矩为 mNtgtgdTa 63 05 71 5083 1 26510 2 33 10 7 解 查表 10 1 M20 螺栓的小径为 md94 71 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 WLDf 2 则 f 则每个螺栓所受的轴向力为 fDWLFa 2 螺栓的力学性能等级为 4 8 级 查表 10 5 查表 10 7 MPas320 3 S 则 MPaSs1073 代入试 10 12 有 21214 4 3 dfDWLdFa 则 N35 6 521 10 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 5 MPas40 查表 10 7 3SNzDpFE52 2 取残余预紧力 ER8 1 则 FaR2 14067 MPaS3 mFd24 1 41 取 M16 的螺柱 其 d835 1 螺柱的分布圆直径为 200 eD4 取 m2 则螺柱间距为 mZDl 57 1200 d6 45 所以 选择正确 10 14 解 选择平键连接 由图中所示轴孔直径 可知 与之相装配的轴径也为 结合轮5 5 毂长度尺寸 84 可由表 10 9 查得需要选择的键为 键 16 80 GB T 1096 2003 同时可查得键的厚度尺寸 10 h 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 ppdhlT 4 第 11章 齿轮传动 11 1 解 利用题中给定的条件可推导出 P2 11 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 2 3 4 zvzzvz 11 7 解 11 9 解 要使中间轴上两轴向力相互抵消 则应有 32aF 且知轮 2和轮 3所传递的转矩相等 设都为 T 则 tgt32tdTt 即 32zmtgt 32sinizn 1438 05sin17isi23 zmn 0367 8