机械设计基础答案

1、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1-11-21-31-41-5页脚自由度为：F = 3h (2Pl + Ph _P)_F = 3x7-(2x9 + l-0)-l= 21-19-1=1或：F = 3n-2PL-PH=3x62x81=11-6自由度为F = 3h (2P(+Ph P) F = 3x9-(2xl2 + l-0)-l=1或：F = 3n-2PL-PH= 3x8-2x11-1= 24-22-1=11-10页脚自由度为：F = 3n-(2PL+PH-P)-F= 3xl0-(2xl4+lx2-2)-l= 30-28-1=1或：F = 3n-2PL-PH= 3x9-2x12

2、-1x2= 27-24-2=11-11F = 3n-2PL-PH=3x4-2x4-2=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。页脚3 3 片-乞61-14：求出题1-14图正切机构的全部瞬心。设=10md/s,求构件3的速度匕。v3 = vpl3 =片4 片31 = x 200 = 2000mm/s1-15：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COjCO1(.构件1、2的瞬心为P12P Pu分别为构件2与构件1相对于机架的绝对瞬心页脚1-16：题1-16图所示曲柄滑块机构,已知:lAH=100

3、mm/s , lBC=25Qmm/s9=10md/求机构全部瞬心、滑块速度”,和连杆角速度Q? 在三角形ABC中,m ii sin 45 sin ZBCAfyJ”smZBCA = , cosZBCA = -一55Ml _网 siii ZABC sin 45 v3 = vpl3 = 人 = 10x/q tanZCA 心916.565伽/$|人4片2 = 2 124121比A|looxio “ ”12412 |V2|AC| 100 1-17：题1-17图所示平底摆动从动件凸轮1为半径r = 20的圆盘，圆盘中心C与凸轮回 转中心的距离lAC = 15mm , IAB = 90mm , =10md/

4、s,求0 = 0和& = 180时，从动件角速度j的数值和方向。0=0 时页脚2B3如片2人3=今|片2马3-円闷鼎/S方向如图中所示当& = 180时=15x1090+15q 1 A3rad / s方向如图中所示页脚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较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。页脚2-4已知某曲柄摇杆机构的曲柄匀速转动，极位夹角0为30,摇杆工作行程需时7s。试问:（1）摇杆空回程需时几秒？ （2）

5、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 = 210则空回程曲柄的转角卩=150摇杆工作行程用时则可得到空回程需时：150.f * =o = 5s-（210/7）（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60 n =122-5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10,且ICD = 500 mm JAD= 1000 mm. （1）试用图解法求曲柄AB和连杆BC的长度；（2） 用式（2-6）和式（2-6）计算此机构的最小传动角。页脚解:以踏板为主动件，所以最小传动角为0度。曲柄长77.85 连杆长11

6、15.32-6设计一曲柄摇杆机构。已知摇杆长度1.= 100mm,摆角0 = 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(2-6)和式(2-6)确定机构最小传动角人山(若人g35,则应另选铁链A的位置，重新设计)。解：由K二1.2可得极位夹角K A 9 = -180 = 180 =16.364K + 12.2页脚91=01厂i2-8设计一摆动导杆机构。已知机架长度/4 = 100nun ,行程速度变化系数K = 14,求曲柄长度。解：由K二14可得极位夹角K 一1 0 46 = 180 =180 =302-10设计一较链四杆机构作为加热炉炉门的起闭机

7、构。已知炉门上两活动较链的中心距为 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），设固定较 链安装在yy轴线上，其相关尺寸如题图2-10图所示，求此较链四杆机构其余三杆的长度。比例2： 1AB长 67.341EC长 50riz.0884D长 95.742页脚2-12己知某操纵装置采用铁链四杆机构。要求两连架杆的对应位置如题2-12图所示，0=45, 0=521(F； 0=90,=8210|；=135,=11210,；机架长度厶q = SOnmi，试用解析法求其余三杆长度。解：由书35页图2-31可建立如卞方程组: 卩 1 COS0 + C cos5 = /4 +

8、/3 cos肖h sm(p + l2 sin5 = /3 sin%消去各，并整理可得：COS0 =令:(3)(1)(2)2仏于是町得到COS0= 4+4 COS0 + 片 COS(0 0)分别把两连架杆的三个对应转角带入上式，可得到关于P】、P?、P3由三个方程组成的方 程组。可解得：=-0.7333P2 =1.48447乙=0.20233仃=50,再由(1)、(2)、(3),可解得:A = 24.700/nmv /2 = 62.887mm厶=36667加加页脚从动件的行程：A = 30050100150s (nun)02.0127.9930（2）回程：宀纽+ C唏(,)回程角：0=120理论

9、轮廓线04080120s (mm)3027.992.010从动件的位移方程: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，绘制包络线，就得到凸 轮的实际轮廓曲线（略）比例1: 1注：题3-6、37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，37为一平底直动从动件盘形凸轮机构。页脚第四章齿轮机构4-1已知一对外啮合正常齿制标准直齿圆柱齿轮m = 3mm, = 19 , z2 = 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 = mz57

10、123齿顶高ha = h：m (町=1)33齿跟高hf = h； m ( h； =1.25 )3.753.75顶隙c = cm ( c* = 0.25 )0.750.75中心距a = (inzi + 陀 J/290齿顶圆直径d“ = d + 2ha63129齿跟圆直径d j- = d 2hf49.5115.5基圆直径dh = dcQsa ( a = 20)53.5625115.5822齿距p 70)19.42齿厚s = p/24.71齿槽宽e = p/24.714-2己知一对外啮合标准直齿圆柱齿轮的标准中心距a = l60mm9齿数石=20 , = 60 , 求模数和分度圆直径。解：由a =+

11、/t?z2)/2可得2a2x160320 ”rn = 4召 + 20 + 6080则其分度圆直径分别为d、= mzl = 4 x 20 = 80劝d2 = tnz2 = 4x 60 = 240”4-3己知一正常齿制标准直齿圆柱齿轮的齿数z = 25,齿顶圆直径血=135曲，求该轮的页脚模数。解：da=d + 2ha = mz + 2h：m = m（z + 2h：）正常齿制标准直齿圆柱齿轮：町=1则有da 135135 一m =r =皿巾Z + 2ha 25 + 2274-4已知一正常齿制标准直齿圆柱齿轮& = 20,加=试分别求出分度圆、基圆、齿顶圆上渐开线的曲率半径和压力角。mz 5x40解

12、：r =1002 2rh =广 x cos 20 = 93.969 mmra = r + h：m = 100 + 5 = 105 nun齿顶圆压力角：rh 93.969 Acos a, = = 0.895乙105=26.499。基圆压力角：COS&b = = 1%, = 0分度圆上齿廓曲率半径：p = rsiii 20 = 34.2齿顶圆上齿廓曲率半径：pa = ra sui26.499 = 105 x 0.4462 = 46.85”基圆上齿廓曲率半径：A = 4-6已知一对啮合正常齿制标准直齿圆柱齿轮m = 4mm , = 20 ,。= 60 ,试参照图4-lb计算该对齿轮的中心距和齿轮的分

13、度圆直径、齿顶圆直径和齿跟圆直径。解：该对齿轮为啮合，所以有中心距a = mz2 -z1)/2 = 4x(60- 20)/2 = 80页脚齿轮2为齿轮，所以有d2 = tnz2 = 4x 60 = 240 m/;?血=d240_2x4 = 240_8 = 232mdf2 = d2 + 2h=240 + 2x(1.25 x4) = 240 + 2x5 = 250mm解：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：7、a、刃、d、d、不变的参数m、a、d、d b变化增大刃、d、$、s才、d f减小s、Sf、叫、d/、仇,哪些不变？哪些起了变化？变大还是变小？4-11已知一对正常齿

14、渐开线标准斜齿圆柱齿轮g = 250m,= 23 , o=98,j=4加加，试计算其螺旋角、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代入己知参数可得242cos fl =0.968250所以 0 = 14.5337m端面模数耳=4.1322 mm COS0分度圆直径分别为7心=“召=- = 95.0413 mmCOS0ivi 7d、= m7.=丄兰= 404.9587 nun COS0齿顶圆直径分别为dai = d + 2ha = / + 2叫=103.0413 mm页脚页脚cl =+ 2忙=dr + 2j = 412.9587 imnCi/齿跟圆直径分别为dfi = -

15、2hf = d、-2.5mn = 85.0413 imnd厂= 2h=d、一2.5mn = 394.9587 mm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，已知石=15 , % = 25 , z2. = 15 ,= 30 , = 15 ,乙=30 ,Z$=2 (右旋),z5 = 60 , z5. = 20(m = 4mm),若=500r/niii ,求齿条 6 线速度的人小和方向。解：心旦=心忑“52忆2&3&425x30x30x6015x15x15x2= 200JL=500 =

16、25r/mii200 200页脚2龙 x255/r 7t . tcov =rad / s60 60 122少20 “0如2v6 = co, x r, = 40x 一 lO.Snvn/s6 5 5 12 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 = 72 , $ = 12 ,= 64 ,= 8 , = 60 ,= 8 , z7 = 60 ,= 6 ,心=8,佥。=24,= 6 , 12 = 24 ,求秒针与分针的传动比匚耐和分针与时针的传动解：为定轴轮系注意各轮转速之间的关系:n2 =“9 = nM12 =如口7 = “

17、6 =心“3 乙“5 S则有页脚5-6在题5-6图所示液压回转台的传动机构中，已知0=15,液压马达M的转速= 12r/nm ,回转台H的转速=-1.5r/niii ,求齿轮1的齿数（提示: g =n2-nH解2 = E =互-nH 0 - nH 1.5 z2 15石=1205-9在题5-9图所示差动轮系中，已知各轮的齿数=30, o=25, z2. = 20 , 5 = 75, 齿轮1的转速为200r/nini （箭头向上），齿轮3的转速为50r/nwi （箭头向下），求行星 架转速，切的大小和方向。解：在转化轮系中，各轮的转向如图中虚线箭头所示，则有严 _Z _ 25x75 _ 2513

18、/?3 - nH召材30x208页脚在图中，从给定的条件可知，轮1和轮3的绝对转向相反，己从的值为正，心的值为 负，代入上式中，则有200 - nH _25 -50 - nH8即 1600 - 8 =25x50 + 25于是解得350nH =a 10.61 厂/min33其值为正，说明H的转向与轮1的转向相同。5J0在题50图所示机构中，己知5=17, 0=20,= 85 , z4 = 18 , = 24 ,Z6 = 21 9 z7 = 63 ,求:/?4 = 10000 r/mil 时,(1) 当 7 ?1 = 10001 r/mill、(2) 当心=心时，nP =?(3) 当=10000

19、min、n4 = 10001 r/mill 时，np = ?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8517=5即 3 = y(2)由3 (H)、4、5、6、7构成周转轮系易知= nH页脚_4-心 _（厅47 ni - nH y18x21即 U4 - “3 = 43 - Ally53 -n4联立定轴轮系nA = 5心页脚 当 “1 = 10001 r/niui , n4 = 10000 r/niii 时，np = 0.25r/niii 当 “1 = n4 时，nP = 0 当=10000 r/niii , n4 = 10001 r/niui 时，np = -0.25r

20、/nni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M“的变化规律如题7-2图所 示。设驱动力矩等于常数，剪床主轴转速为60r/nuii,机械运转速度不均匀系数 5 = 0.15。求：（1）驱动力矩的数值；（2）安装在主轴上的飞轮转动惯量。JI /4九32JI2解：（1）按一个周期中（一运动循坏）阻力矩和驱动力矩做功相等，有2W r= 200 x 2+1600 x +1 x （200 +1600） x -2424450M= 150+200+ = 350+112.5 = 462.5N m4（2）分三个区间第一区间盈功：九=412.334第二区间亏功：心=1

21、256.107第三区间盈功：A3 =844.048画出能量指示图：则最人盈亏功为：Amax=凶 + A5| = |A2| = 1256.107则飞轮的转动惯量为J =出笄 =212.1174Kg m2*页脚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围选择，还有，在计算时忽略了其他构件的转动惯屋，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）,CD阻力矩变化如题7-5图所示，人=O.

22、ls, t2 = 0.95 ,若忽略其他构件的转动惯量，求在孩=134 md /s , ymin = 116 rad/s状态下飞轮的转动惯量。80ATti2t/s解：用平均角速度处理134+116%=- = nrad/s 两时间段的转角= 0.15 :=125sdt2 = 0.95 := 112.5md则在00. Is之间九=(M -M ” )(ddt =5 (M -M、)d(p = | 嚳_ 80 ) x 12.5 = -900则在0.10.9s之间九=(M” yodt = f：” (M -M ”)de = (-ojxlOO = -800则最人盈亏功为Aniax= 900由 A max (隘

23、-colJ 可得r 2x900180018002 八“.J =； = = 0.4K* 71342 -116217956-1345645005页脚第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 0.5mm,当该转子以5000r/min的转速转动时，其离心力有多人？离心力是它本身重力的几 倍？解：离心力为： 匸r z5000x2 .F = mrco = mr() = 13 7077.7 8N60离心力与重力之比为：F F 137077 .78G mg 100008-4如图所示盘形回转件，经静平衡试验得知，其不平衡质径积7厂等于L5kgm,方向沿OA

24、.由于结构限制，不允许在与刃相反方向上加平衡质量，只允许在龙和而方向各加一个质径积来进行平衡。求tncrc和7。的数值。解：依题意可得：mcrc cos30 + mDrD cos60 = mr mcrc sin 30 = mDrD siii60于是可解得：W7S+ cos60sni30rncrc=mDrDsiii 60sin 30=1.299 kg m8-5如图所示盘形回转件上有4个偏置质量,己知吗=10kg,叫=14kg，加3 = 16kg,m4 = 10kg , t = 50mm 9 r2 = 100 nun ,= 15mm , r4 = 50mm ,设所有不平衡质量页脚分布在同一回转面，

25、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:7“ = 10 x 50 = 500 kg mmm2r2 = 14x 100 = 1400 kg nun/h3/*3 = 16x75 = 1200 kg mmm4r4 = 10 x 50 = 500 kg-mm于是不平衡质径积的向量和为：mhrh = J 70()2 +900, = 1140kg mm = 1.14kg m7O = arctg- = 37.S75即应在图示反方向的方位加上质径积1140kg加回转件才能达到平衡。页脚第10章连接10-4解：设螺旋副的升角为0，当量摩擦角为“，当量摩擦系数用广表示np

26、 4x10 八 1/ = - = = 0.1967id2 6则 0 = 11.083己知 广=0.1,则 广=0.1,5.7106。（1）工作台上升的效率为“2打=g-0.64944 -64.9%娥(0 +，)（2）稳定上升时加于螺杆上的力矩为1丁 T = Fa 空fg + p) = 100xl03 x xl0_3rgl6.7936 = 980.85N2（3）螺杆的导程为S = np = 40并则可得螺杆的转速为:800 ” / .n = 20r/nini40螺杆所需的功率为：u t non oc 20x2%980.85x2/a mu/P = T(p = 980.85 x= 3269x 2龙=2.0% W60（4）工作台在化作用卞等速下降，因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:r= Fa 学fg(0-pv) = lOOxlO3 Xyxl0_3r(l 1.083。-5.7106) = 305.636N m 10-7解：查表10-1,