《机械设计基础》学习资料及标准答案

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 3r1 - 41 5F 3n (2 Pl3 7 (2 921 19 1Ph1P')0) 1F'或:F 3n2Pl2 8Ph1自由度为1-63n(2Pl(2 12 1PhP')0) 1F'或:3n2Pl Ph2 11 124 22 11- 1011P14P133P34 p3自由度为:F 3n (2Pl Ph P') F'3 10 (2 14 1 2 2) 130 28 1或-F 3n 2Pl Ph3 9 2 12 127 24 21- 11bV./F 3n 2Pl、1 - 13

2、:求出题Ph1-13图导杆机构的全部瞬心和构件 1、3的角速度比。1 14:求出题1-14图正切机构的全部瞬心。设1 10rad /S，求构件3的速度v。2300 r1O0P14 p3V3Vp13110 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% P1212P14P12IP24R2I2r22I 4 P1r11 16 :题1-16图所示曲柄滑块机构，已知:lAB 100mm/S，Ibc250mm/s ,AC1 10rad /s，求机构全部瞬心、滑块速度v和连杆角速度BCA 5cosBCAJ235sin ABCBCsin 45&

3、#176;310.7mmV3Vp131IR4R3I 10 IAC tan BCA 916.565mm/sJP14P12|P24 p2|IP14P12IIP24P12I1100 10甩 AC 1002.9rad/s1 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1 10rad /s，求0°和1800时，从转中心的距离Iac 15mm，lAB 90mm，15 10IP2P13I190152rad / s方向如图中所示方向如图中所示当1800时第二章平面连杆机构双曲柄机构还是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、 双摇杆

4、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。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？( 解: (1 )根据题已知条件可得:工作行程曲柄的转角1210°则空回程曲柄的转角2150°摇杆工作行程用时 7s，则可得到空回程需时:t2” 5s(2100/7)(2)由前计算可知，曲柄每转一周需时60 口 n 5r122-5设计一脚踏轧棉机的曲柄摇杆机构，如题12s，则曲柄每分钟的转数为2-5图所示，要求踏板 CD在水平位置上下各摆 10°,且 lCD 500mm,lAD 10

5、00mm。(1)试用图解法求曲柄 AB和连杆BC的长度；(2)2- 4已知某曲柄摇杆机构的曲柄匀速转动，2)曲柄每分钟转数是多少?用式(2-6)和式(2-6 )计算此机构的最小传动角。2-6设计一曲柄摇杆机构。已知摇杆长度曲柄长连杆长注意：题答案务样,13 100mm，摆角300，摇杆的行程速比变化系数K 1.2。 （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min （若min35。，则应另选铰链A的位置，重新设计）。解：由K=1.2可得极位夹角K 1l8000180016.36402.22-7设计一曲柄滑块机构， 如题2-7图所示。已知滑块的行

6、程s 50mm，偏距e 16mm， 行程速度变化系数 K 1.2，求曲柄和连杆的长度。解：由K=1.2可得极位夹角180°02180016.3640K 12.2ifI三=50ttFi r： 曲植松肪HF连杆區55,J?TQI- -Tr - N A r 、92-8设计一摆动导杆机构。已知机架长度14100mm，行程速度变化系数 K 1.4，求曲柄长度。 解：由K=1.4可得极位夹角180°.418003002-10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

7、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。15#|2QJ7弋I T I- = = =g.=LI / I比恻誥：、甘岸AB5Qi $3卫 flft3圧 74、Z2-12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,1 450 ,1 52010' ； 1 90° ,182010' ； 1 135° ,1112010'机架长度I AD 50mm，试用解析法求其余三杆长度。解：由书35页图2-31可建立如下方程组:I1 cos 12 cosl1 sinl2 sinI4 I3 cosI3 sin消去

8、5,并整理可得:COS212I1I4l42 If II;卜0Sbos令:P2P322I1I4I:If I12 I;于是可得到cosP3 P2 cos P cos(分别把两连架杆的三个对应转角带入上式, 程组。可解得：可得到关于Pi、P2、P3由三个方程组成的方Pi0.7333P21.48447P30.202331450，再由(1)、(2)、(3),可解得:11I 21324.700mm62.887 mm36.667 mm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， 试求

9、轮廓上D点与尖顶接触是的压力角，并作图表示。已知凸轮是一个以 C点为圆心的圆盘,-i.03- 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e 10mm，凸轮基圆半径r0 60mm，滚子半径rr 10mm，从动件的升程 h 30mm，1500, s 300, ' 1200 , s 600，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：(1)推程：推程角:1500从动件的位移方程：s -(1 cos)2回程角:1200从动件的位移方程:s'h/1 cos（2 's）从动件的行程：h 30005001000

10、1500s （ mm）02.0127.9930(2)回程:10040°80°1200s' （ mm）3027.992.010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)比例1: 13-6为一摆动从动件盘形凸注：题3-6、3-7依次按上述步骤进行作图即可，不同的是: 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m 3mm，z, 19，z 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

11、宽。a 160mm，齿数 zi 20，Z260，解：项目及计算公式齿轮1齿轮2分度圆直径d mz57123齿顶高haham （ h； 1）33齿跟高hfh*f m （ ha 1.25）3.753.75顶隙c c*m （ c*0.25）0.750.75中心距a （mz1 mz2） / 290齿顶圆直径dad 2ha63129齿跟圆直径dfd 2hf49.5115.5基圆直径db d cos（200）53.5625115.5822齿距p 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求模数和分度圆直径。解：由a (mz1 mz2)/2可得m

12、 耳 43204z1 z2206080则其分度圆直径分别为di mz14 20 80mmd2 mz24 60240mm4- 3已知一正常齿制标准直齿圆柱齿轮的齿数z 25，齿顶圆直径da 135mm，求该轮的模数。解:da d 2ha mz 2人；口 m(z Zh；)正常齿制标准直齿圆柱齿轮：ha 1则有4-4圆、解:dam旦嗟5mmz 2ha 25 227已知一正常齿制标准直齿圆柱齿轮200,m 5mm,z 40,试分别求出分度圆、基齿顶圆上渐开线的曲率半径和压力角。5 40“100mm2mzrbcos 20093.969mmraham1005105mm齿顶圆压力角:rbcos a ra曙

13、0.895a 26.4990基圆压力角:rbcos b rbb00分度圆上齿廓曲率半径:r si n 20034.2mm齿顶圆上齿廓曲率半径:a ra sin 26.499° 105 0.4462 46.85mm基圆上齿廓曲率半径:4-6已知一对内啮合正常齿制标准直齿圆柱齿轮m 4mm , z1 20， z2 60 ,试参照 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 a m(z2 z1)/24 (6020)/2 80mm齿轮2为内齿轮，所以有d2mz24 60240mmda2d22ha 2402 4240 823

14、2 mmd22hf240 2 (1.25 4) 240 2 5 250mm4-10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:'、d 、 d'、s、 Sf、hf、df、db，哪些不变？哪些起了变化？变大还是变小?解:不变的参数m、d、db变化增大'、d'、s、sf、d f减小hf4-11已知一对正常齿渐开线标准斜齿圆柱齿轮a 250mm， Zi 23， z 98，mn 4mm，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mn(Z1 Z2) a (d1 d2)/2 mt(Z1 Z2)/2n' 12'2 c

15、os代入已知参数可得242cos 0.968250所以14.53370端面模数mtcos也 4.1322 mm分度圆直径分别为dimtZimnZi95.0413 mmd2mtZ2cosmnZ2404.9587 mmcos齿顶圆直径分别为da1d1 2ha d12mn 103.0413mmda2 d2 2had22mn412.9587 mm齿跟圆直径分别为dfi di 2hfdi2.5mn85.0413 mmd f2 d 2 2h fd22.5mn394.9587 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

16、在题5-2图所示轮系中，已知Z115, Z2 25 ,Z2,15, Z330 , Z3，15 , Z430 ,20（m4mm），若 n1500r/min，求齿条6线速度v解：ii5ni n5Z4， 2 （右旋），Z5 60, Z5'30 30 60 200Z5Z4Z3Z2Z1 Z2' Z3'Z4'2515 15 15 2n5'n5ni500200 2002.5r /m in5'V622.56060rad /s12mzs，20240mm5'r5'40 10.5mm/s12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

17、纵轮，N为发条盘，S、M、H分别为秒针、分针、时针。设z172，z212 , Z364 , Z48，Z560，Z68，Z760，Z86，Z98，Z1024，Z116，Z1224，求秒针与分针的传动比isM和分针与时针的传动比 i MH 。jr"413 :f”J70n解：为定轴轮系注意各轮转速之间的关系:n12nHmn6 nsn4nsZs得到匹空Z5nsZ4ns Z4Z6匹Z5n5Z6则有n2nMns 门95-6nMnM解:5-9iSMi MH在题nsnMnMnHn660n3n9ZioZl212n12Z9Z115-6图所示液压回转台的传动机构中，已知12r/min ,n2Hi21Z1在

18、题nH）。n2nHn1nH120Z2 15，液压马达M的转速回转台H的转速Ih1.5r/min ,求齿轮1的齿数（提示：TVnM0 nH5-9图所示差动轮系中,12_ZZl1.5Z215已知各轮的齿数z130，z2 25，Z2'20，Z375，齿轮1的转速为200r / min （箭头向上），齿轮3的转速为50r / min（箭头向下），求行星架转速nH的大小和方向。LJ解：在转化轮系中，各轮的转向如图中虚线箭头所示，则有n1nHZ2Z3.H111iiH厶2厶3257525i13n3nHZ1Z2'30208在图中，从给定的条件可知，轮1和轮3的绝对转向相反，已n1的值为正，n3

19、的值为负，代入上式中,则有200 nH50 nH25"8"即1600 8nH25 5025nH于是解得Ah 35010.61r/min33的转向相同。其值为正，说明H的转向与轮15-10在题5-10图所示机构中，已知Z117，Z220，Z3 85，Z4 18，Z5 24，Z621，Z763，求:(1)n110001r/mi n、n410000r/min 时,np有1、2、3构成定轴轮系，则有n1n4 时，npi13n1Z1Z2n33（ H）、4、5、6、7构成周转轮系易知n3 nH.Hi47n4nH n4 gn7nH n7n31 Z5Z7Z4Z624 6318 21n4n3

20、 4n34n7n75n3 n44联立定轴轮系ni5n3n7n1n44npni n44当ni10001r/min ,n410000r/min 时，np0.25r/min当nin4时，np 0当ni10000r / min ,n410001r/min 时，nP0.25r / min第七章机械运转速度波动的调节7-2示。M "的变化规律如题 7-2图所60r/min，机械运转速度不均匀系数 安装在主轴上的飞轮转动惯量。解:（1）按一个周期中322 M' 200M' 150 200（一运动循环）1600 7450350阻力矩和驱动力矩做功相等，有1 （200 1600）-11

21、2.5 462.5N m在电动机驱动的剪床中，已知作用在剪床主轴上的阻力矩 设驱动力矩 M'等于常数，剪床主轴转速为0.15。求：（1 ）驱动力矩M'的数值；（2）li（2）分三个区间 第一区间盈功：A1412.334第二区间亏功:A21256.107第三区间盈功:A3844.048画出能量指示图:则最大盈亏功为:A max A, A31256.107则飞轮的转动惯量为Am空 212.1174Kg m2m7-3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

22、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。M'10007-5设某机组发动机供给的驱动力矩N m （即驱动力矩与瞬时角速度成反比），阻力矩M''变化如题7-5图所示，t10.1s，t20.9s，若忽略其他构件的转动惯量，求在 max 134rad /s , min 116rad /s状态下飞轮的转动惯量。80ATt2解：用平均角速度处理134 1162两时间段的转角125rad / st10.1s :12.5radt20.9s :112.5rad则在0 0.1s之间A10.10 (M'M"

23、;) dt12.50 (M'M ")d12.5900则在0.10.9s之间A10.901 (M ' M")dt112.512.5 (M'M" )d1000 0125100 800则最大盈亏功为Amax 9001由 Amax - J (2.2 900134211622max2min )可得1800180017956 134564500-0.4Kg5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离心力为: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

24、 倍？ 解：25000 22F mr 2 mr()2 137077.78N60离心力与重力之比为：F匸空77空13.7G 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mr等于1.5kg m，方向沿OA。由于结构限制，不允许在与 OA相反方向上加平衡质量，只允许在 OC和OD方向各加一个质径积来进行平衡。求 me 4和mok的数值。解:依题意可得:"0"0mere cos30mog cos60 mrme re sin 30°m。rn sin 60°于是可解得:8-5m4mDgmrsin 60° cos300"

25、;0sin 30COS6O00.75kg msin 600 meremDrDs如图所示盘形回转件上有10kg， r, 50mm，1.299kg m4个偏置质量，已知 m, 10kg，m2 14kg，m3 16kg，r2100 mm， r3 75mm， r4 50mm，设所有不平衡质量口订11050500kg mmm2r2141001400 kg mm口3316751200kg mm口441050500 kg mm于是不平衡质径积的向量和为:mjbJ7OO2 9002 1140kg mm 1.14kg marctg737.87509即应在图示反方向的方位加上质径积1140kg mm，回转件才能达

26、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'，当量摩擦系数用f '表示tg巴 口 0.196d26511.0830已知f '0.1，则 tg ' f'0.15.71060工作台上升的效率为FaStg2 T tg(')0.6494464.9%(2)稳定上升时加于螺杆上的力矩为d2T rg(')100103303tg16.79360980.85N(3) 螺杆的导程为S np 40mm则可得螺杆的转速为：n 80020r/m in40螺杆所需的功率为：20 2P T 980.85 60980.85 2326.95 22.05kW(4) 工作台在Fa作用下等速下降，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:10-7T'Faytg(2')100103652103tg(11.08305.71060)305.636