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文档简介
a目录
第1章机械设计概述................................1
第2章摩擦、磨损及润滑概述........................3
第3章平面机构的结构分析..........................12
第4章平面连杆机构................................16
第5章凸轮机构....................................36
第6章间歇运动机构................................46
第7章螺纹连接与螺旋传动..........................48
第8章带传动.....................................60
第9章链传动.....................................73
第10章齿轮传动....................................80
第11章蜗杆传动....................................112
第12章齿轮系......................................124
第13章机械传动设计................................131
第14章轴和轴毂连接................................133
第15章轴承........................................138
第16章其他常用零、部件............................152
第17章机械的平衡与调速...........................156
第18章机械设计CAD简介...........................163
第1章机械设计概述
1.1机械设计过程通常分为哪儿个阶段?各阶段的主要内容是什
么?
答:机械设计过程通常可分为以下几个阶段:
1.产品规划主要工作是提出设计任务和明确设计要求。
2.方案设计在满足设计任务书中设计具体要求的前提下,由
设计人员构思出多种可行方案并进行分析比较,从中优选出一种功能
满足要求、工作性能可靠、结构设计可靠、结构设计可行、成本低廉
的方案。
3.技术设计完成总体设计、部件设计、零件设计等。
4.制造及试验制造出样机、试用、修改、鉴定。
1.2常见的失效形式有哪儿种?
答:断裂,过量变形,表面失效,破坏正常工作条件引起的失
效等儿种。
1.3什么叫工作能力?计算准则是如何得出的?
答:工作能力为指零件在一定的工作条件下抵抗可能出现的失
效的能力。对于载荷而言称为承载能力。
根据不同的失效原因建立起来的工作能力判定条件。
1.4标准化的重要意义是什么?
答:标准化的重要意义可使零件、部件的种类减少,简化生产
管理过程,降低成本,保证产品的质量,缩短生产周期。
第2章摩擦、磨损及润滑概述
2.1按摩擦副表面间的润滑状态,摩擦可分为哪儿类?各有何特点?
答:摩擦副可分为四类:干摩擦、液体摩擦、边界摩擦和混合
摩擦。
干摩擦的特点是两物体间无任何润滑剂和保护膜,摩擦系数及
摩擦阻力最大,磨损最严重,在接触区内出现了粘着和梨刨现象。液
体摩擦的特点是两摩擦表面不直接接触,被液体油膜完全隔开,摩擦
系数极小,摩擦是在液体的分子间进行的,称为液体润滑。边界摩擦
的特点是两摩擦表面被吸附在表面的边界膜隔开,但由于边界膜较
薄,不能完全避免金属的直接接触,摩擦系数较大,仍有局部磨损产
生。混合摩擦的特点是同时存在边界润滑和液体润滑,摩擦系数比边
界润滑小,但会有磨损发生。
2.2磨损过程分儿个阶段?各阶段的特点是什么?
答:磨损过程分三个阶段,即跑合摩合磨损阶段、稳定磨损阶
段、剧烈磨损阶段。各阶段的特点是:跑合磨损阶段磨损速度由快变
慢;稳定磨损阶段磨损缓慢,磨损率稳定;剧烈磨损阶段,磨损速度
及磨损率都急剧增大。
2.3按磨损机理的不同,磨损有哪儿种类型?
答:磨损的分类有磨粒磨损、粘着磨损、疲劳磨损点蚀、腐蚀磨
损。
2.4哪种磨损对传动件来说是有益的?为什么?
答:跑合磨损是有益的磨损,因为经跑合磨损后,磨损速度减
慢,可改善工作表面的性质,提高摩擦副的使用寿命。
2.5如何选择适当的润滑剂?
答:选润滑剂时应根据工作载荷、运动速度、工作温度及其它工
作条件选择。
当载荷大时,选粘度大的润滑油,如有较大的冲击时选润滑脂
或固体润滑剂。高速时选粘度小的润滑油,高速高温时可选气体润滑
剂;低速时选粘度小的润滑油,低速重载时可选润滑脂;多尘条件选
润滑脂,多水时选耐水润滑脂。
2.6润滑油的润滑方法有哪些?
答:油润滑的润滑方法有分散润滑法和集中润滑法。集中润滑
法是连续润滑,可实现压力润滑。分散润滑法可以是间断的或连续的。
间断润滑有人工定时润滑、手动油杯润滑、油芯油杯润滑、针阀油杯
润滑、带油润滑、油浴及飞溅润滑、喷油润滑、油零润滑等儿种。
2.7接触式密封中常用的密封件有哪些?
答:接触式密封常用的密封件有0形密封圈,J形、U形、V形、
Y形、L形密封圈,以及毡圈。
2.8非接触式密封是如何实现密封的?
答:非接触式密封有曲路密封和隙缝密封,它是靠隙缝中的润滑
脂实现密封的。
第3章平面机构的结构分析
3.1机构具有确定运动的条件是什么?
答:机构的主动件数等于自由度数时,机构就具有确定的相对运
动。
3.2在计算机构的自由度时,要注意哪些事项?
答:应注意机构中是否包含着复合较链、局部自由度、虚约束。
3.3机构运动简图有什么作用?如何绘制机构运动简图?
答:(1)能抛开机构的具体结构和构件的真实外形,简明地表达
机构的传动原理,并能对机构进行方案讨论和运动、受力分析。
(2)绘制机构运动简图的步骤如下所述:
①认真研究机构的结构及其动作原理,分清机架,确定主动件。
②循着运动传递的路线,搞清各构件间相对运动的性质,确定运
动副的种类。
③测量出运动副间的相对位置。
④选择视图平面和比例尺,用规定的线条和符号表示其构件和运
动副,绘制成机构运动简图。
3.4计算如题3.4图所示各机构的自由度,并说明欲使其具有确定运
动,需要有几个原动件?
题3.4图
答:a)〃=9,一=13,耳=0代入式(3.1)中可得
/=3〃一2々一耳=3x9—2x13-0=1
此机构要具有确定的运动,需要有一个原动件。
b)6处存在局部自由度,必须取消,即把滚子与杆刚化,则
〃=3,[=3,4=2,代入式(3.1)中可得
/=3〃-2£—乙=3x3-2x3-2=l
此机构要具有确定的运动,需要有一个原动件。
c)〃=5,&=7,[=0代入式(3.1)中可得
E=3〃—2片一耳=3x5—2x7—0=1
此机构要具有确定的运动,需要有一个原动件。
3.5绘制如题3.5图所示各机构的运动简图,并计算其自由度。
题3.5图
答:取〃L=OOOlm/mm,绘制运动简图如题3.5答案图所本:
图a):〃=3,R=4,与=0,则尸=3〃一2兄一昂=1;
图b):〃=3,好=4,PH=0,贝Ub=3〃—2冗一吊=1。
3.6试计算如题3.6图所示机构的自由度,并判断该机构的运
动是否确定(图中绘有箭头的构件为原动件)。
题3.6图
解:a):〃=7,耳=10,4=0。
尸=3”—2£-昂=3x7—2x10=1
运动确定。
b)〃=5,[=7,弓=0
尸=3〃—2兄一耳=3x5—2x7=1
运动确定
C)n=7,4=10,与=0。
尸=3〃-2兄一4=3x7-2x10=1
运动确定
d)〃=4,4=4,吊=20
b=3附-2兄一4二3乂4-2、4-2二2
运动确定。
C)4=3,4=4,吊=00
产=3〃-2耳-弓二3x3-2x4=1
运动确定。
f)〃=5,Px=7,4=00
产=3〃-2或一4=3x5-2x7=l
运动确定。
g)n=9,4=12,兄=2。
尸二3"一24-6]=3x9—2x12—2=1
运动确定
h)〃=9,4=12,4|=0。
尸=3〃-2『4=3x9—2x12=3
运动确定。
3.7试问如题3.7图所示各机构在组成上是否合理?如不合理,请针
对错误提出修改方案。
答:图示机构的自由度为零,故都不合理,修改方案如下:
对于题3.7图a的机构,在。处改为一个滑块,如题3.7图a所示。
对于题3.7图b的机构,在构件4上增加一个转动副,如题3.7答
案图b所示;或在构件4的。处添加一滑块,如题3.7答案图c所示。
题3.7答案图
第4章平面连杆机构
4.1机构运动分析时的速度多边形与加速度多边形特性是什么?
答:同一构件上各点的速度和加速度构成的多边形与构件原来的
形状相似,且字母顺序一致。
4.2为什么要研究机械中的摩擦?机械中的摩擦是否全是有害的?
答:机械在运转时,其相邻的两构件间发生相对运动时,就必然
产生摩擦力,它一方面会消耗一部分的输入功,使机械发热和降低其
机械效率,另一方面又使机械磨损,影响了机械零件的强度和寿命,
降低了机械工作的可靠性,因此必须要研究机械中的摩擦。
机械中的摩擦是不一定有害的,有时会利用摩擦力进行工作,如
带传动和摩擦轮传动等。
4.3何谓摩擦角?如何确定移动副中总反力的方向?
答:(1)移动或具有移动趋势的物体所受的总反力与法向反力之
间的夹角称为摩擦角8。
(2)总反力与相对运动方向或相对运动趋势的方向成一钝角
90。+0,据此来确定总反力的方向。
4.4何谓摩擦圆?如何确定转动副中总反力的作用线?
答:(1)以转轴的轴心为圆心,以P(尸=〃。)为半径所作的圆称为
摩擦圆。
(2)总反力与摩擦圆相切,其位置取决于两构件的相对转动方
向,总反力产生的摩擦力矩与相对转动的转向相反。
4.5从机械效率的观点看,机械自锁的条件是什么?
答:机械自锁的条件为"0。
4.6连杆机构中的急回特性是什么含义?什么条件下机构才具有急
回特性?
答:(1)当曲柄等速转动时,摇杆来回摇动的速度不同,返回时
速度较大。机构的这种性质,称为机构的急回特性。通常用行程速度
变化系数K来表示这种特性。
(2)当6/0时-,则K>1,机构具有急回特性。
4.7钱链四杆机构中曲柄存在的条件是什么?曲柄是否一定是最短
杆?
答:(1)最长杆与最短杆的长度之和小于或等于其余两杆长度之
和;最短杆或相邻杆应为机架。
(2)曲柄不一定为最短杆,如双曲柄机构中,机架为最短杆。
4.8何谓连杆机构的死点?举出避免死点和利用死点的例子。
答:(1)主动件通过连杆作用于从动件上的力恰好通过其回转中
心时的位置,称为连杆机构的死点位置。
(2)机车车轮在工作中应设法避免死点位置。如采用机车车轮联
动机构,当一个机构处于死点位置时,可借助另一个机构来越过死点;
飞机起落架是利用死点工作的,当起落架放下时一,机构处于死点位置,
使降落可靠。
4.9在题4.9图示中,已知机构的尺寸和相对位置,构件1以等
角速度助逆时针转动,求图示位置C点和D点的速度及加速度,构
件2的角速度和角加速度。
题4.9图
解:取长度比例尺,绘制简图如题4.9答案图a所示。
a)c)
题4.9答案图
解:(1)速度分析。
①求Vy.由图可知,VB=COI-AB,方向垂直于指向与⑥的转向
一致。
②求V-因〃点与。点同为构件2上的点,故有:
大小?例如?
方向水平LABLBC
取速度比例尺”(),作速度矢量图如题4.9答案图b所示,
则区代表匕;6c代表%,其大小为七=4。,vCB=juv-bco
③求g。因%=-lBc,贝U
0(y2--
Oc
方向为顺时针转。
④求力。因为B、C、D为同一构件上的三点,所以可利用速度
影像原理求得d点,连接》代表%,如题4.9答案图b所示,其大
小为匕>=〃「pd,方向同访。
(2)加速度分析。
①求知。由已知条件可知:*=④:£,方向为〃-小4=0。
②求必。根据相对运动原理,可选立下列方程式
ac=aB+&cB+acB
大小?。匕B4LB?
方向水平BTACTBIBC
取加速度比例尺".(而52),作加速度矢量如题4.9答案图C,
则代表以,代表分8。
由图可知,%=4屋而方向同万?(水平向左);九=从反,方向
同而。
③求a2。因a'CB=a,•lCB,则
%=盆=受(方向为逆时针)
/
④求
aD=aB+aDB+aDB=aC+aDC+°DC
大小?-IAB①:,DB?/VP'。'
21O
①2」DB*
5
方向?BTADrBA.BCp?DTC
IBC
作矢量图,如题4.9答案图C所示,可见而代表a。。
由图可见,许=〃“•河,方向同万孑。
4.10如题4.10图所示的钱链四杆机构中,已知鲍=30mm,秘=75mm,
lCD=32mm,lAD=80W/M,构件1以等角速度©=lOrad/s顺时针转动。现
已作出该瞬时的速度多边形(题4.10图b)和加速度多边形(题4.10
图c)o试用图解法求:(1)构件2上速度为零的点E的位置,并求
出该点的加速度外;(2)为加速度多边形中各矢量标注相应符号:(3)
求构件2的角加速度小。
题4.10图
解:取4=0.01%,,作结构简图,如题4.10答案图a所示。
(1)求构件2上速度为零的点E及E点的加速度外。
b'
题4.10答案图
①求才。唳=幼九=10x0.03=0.3%,方向如题4.10答案图a所示,
且_LZ8。
②求也。
vc=v8+vcB
大小?0.3%?
方向水平LAB15C
取〃、,=O.Oi%m,作速度矢量图如题4.10答案图b所示。
因嚓=0,故在速度图中,e与极点P相重合,即三角符号Apbc为
△BCE的影像,其作图过程为:过8点作8E_L次,过。点作CE_L瓦,
其交点即为£点,如题4.10答案图a所示。
③求g、0及。<?。
由图可知,匕3=6c=0.01x33=0.33%,%=pc=0.0lx38=0.38%。
又因%=牡・膜,VcflcD
贝IJ@2=臃=9^~=4.4出%,方向为逆时针。
/RC,0.075s
%=产=黑'=lL88ra%,方向为逆时针。
lCD0.032/s
ac=。c+ac=。B+QcB+acB
2
大小0;,CD?6>,-/AB。儿B?
方向CTDLCDB-^ACfB±5C
取=0.1%,作加速度矢量图,如题4.10答案图c所示,则再代
表外。
ac=na-pc'=0.1x45=4.5>方向正。
④求4。利用加速度影像原理,B|J^h'c'e'-A5C£o作图过程为:
作Nc'b'e'=ZBCE,Nc'b'e'=NCBE,其交点即为d,则评代表与。
(2)各矢量标准符号如题4.10答案图c所示。
(3)求构件2的角加速度a?。
由图可知,a'CB=^ia-cn'c=0.1x68.5=6.85^/2,又因&g=。2则
%=好=篇=2阳啖
4.11如题4.11图所示为一四杆机构,设已知/°B=2/°A=400mm,
I=650mm,
'AB=350mm,®,=120rad/min,求当0/平行于QB且垂直于ZB时的义和
。梃
题4.11图
解:取〃,=0.01%m,画出机构的位置图,如题4.11答案图a所
ZJ\o
题4.11答案图
(1)速度分析。
、120
①求匕。VA=^AO,=—x0.2=0.4m/s,方向垂直于O/。
②求丹。因B点与A点同为构件2上的点,故有:
vBUd+VBA
大小?0.4?
方向1O2BIO,A1AB
取速度比例尺=0.01向%1m,作速度矢量如题4.11答案图b所示,
由图可知:
VB=VA=Pa=Pb
③求L。因为匕=以,所以构件2在此瞬时作平动,即匕=%=%=PG
g=®=0
2的
①=VB=pbj=40x0.01=]rad
3砥I®04s
方向为顺时针转。
(2)加速度分析。
①求知。由已知条件可知:司=叼2.加=(效)2、0.2=0.8%,方向
60/s
A―>O],
4二0O
②求明。根据相对运动原理,可建立下列方程式
aB~aB+aB=AA+ABA+ABA
大小?就」o?B?0.80?
方向?Bro11O25BTO、LBA
取〃”=0.025%,作加速度矢量图如题4.11答案图c所示,则萍
彳。表Cl/jo
③求外。根据影像原理可得出:BA-.AC=b'a'-.a'c,,作图如题4.11
答案图c所示,可得出再代表外。
%=〃”•法0.025x47=1.18%,方向垂直向下。
4.12如题4.12图所示为摆动导杆机构,设已知
lAB=60mm,/4c=120mm,曲柄AB以等角速度用=30rad/s顺时针转动。求:
(1)当/胡。=90。时、构件3的角速度g和角加速度/;(2)当
4BC=905时,构件3的角速度g和角加速度;(3)当乙4BC=180°(B
点转于AC之间)时,构件3的角速度例和角加速度生。
题4.12图
解:(1)当Z5NC=90。时,取〃L=0.003%m,画出机构的位置图,
如题4.12答案图(一)a所示。
题4.12答案图(一)
①求g。
V
”,=B2+V…
(1)
??
大小AB
方向IBC1ABBC
取4=0.06%,作速度矢量图如题4.12答案图(一)b所示,
由图可知:pb3代表vB3,则
3"%.12x0.06=5.33出%
3一/BC-前〃L—45x0.003
方向为顺时针,且g=g
②求。3。
aaa
BaBa+BB+a+a“2(2)
?
大小a4c?81祖
方向BTC15CBtAIBCBC
式中=0;♦"c=5.33X45X0.03=7.20%
22
aB2—iy,,lAB—3Ox0.06=542
a2g-b2b3•4=2x5.33x27x0.06=17.3%
B3B2=202.匕8型
取4=l%n,作加速度矢量图如题4.12答案图(一)c所示,由
图可知:代表4”将4%;移至B点,得:
%=2=然=潟=222.6,%
方向为逆时针转。
(2)当448。=90。时,取4=0.003%m,画出机构的位置图,如
题4.12答案图(二)。所示。
题4.12答案图(二)
①求例。依据矢量方程(1),作速度矢量图如题4.12答案图(二)
b所不,取4=096%濡o由图可知:她代表也B,,P,3=。,则。3=0。
②求出o依据矢量方程(2),作加速度矢量图如题4.12答案图(二)
c所示,取4=1%„。由图可知:仿%'代表唯,贝U
歪="二〃〃,二一37x1=352.4ra%
lBCBC-氏35X0.003/S
方向为逆时针转。
(3)当乙4BC=180。时,取从=0.003%^,画出机构的位置图,如
题4.12答案图(三)a所示。
a)b)
c)
题4.12答案
①求电。依据矢量方程(1),作速度矢量图如题4.12答案图(三)
b所示,取4=006%^。由图可知:荻代表乙孙,又打、4重合,
则以a=0,鬲代表也,则
为=旦且=网出也=30啰
'lBCBCM20X0.003
方向为逆时针转。
②求。3。依据矢量方程(2),作加速度矢量如题4.12答案图(三)
c所示,取4=1%^。由图可知:因与"、/重合,%=0,则03=0。
4.13如题4.13图所示,设已知加=200mm,构件逆时针转动,
例=30陟盆,求以及4。
题4.13图
解:取M=0.005%^,画出机构的位置图如题4.13答案图a所
/J\O
A[OL2%
pr_.,
___°c(-_________—
3)/
C)
题4.13答案图
(1)速度分析(求也)。
30
方向垂直于O
VB=。2+VBA2
大小?0.1?
方向水平1O,A铅垂
取4=0.005/血,作速度矢量图如题4.13答案图b所示,由图可
知:丽代表%;而代表则
力坊•4=14.5x0.005=0.073%
方向为水平。
(2)加速度分析(求心)。
aa
°B=A2+a:A2+BA2
?V?
大小2G2,BA2
方向水平4.a水平向右垂直
式中的2=。/./年=(0卜0.2=0.05%
a
BA,=2?•VBA2=2(O2-VBA2=2X|^X8X0.005=0.04%
取4=0.00125%m,作加速度矢量图如题413答案图C所示,由
图可知:河代表火,则
。而=0.00125x5=0.00625%
方向为水平向右。
4.14如题4.14图所示为一机床的矩形-V形导轨,已知拖板1的运动
方向垂直于纸面,重心在s处,几何尺寸如图所示,各接触面间的滑
动摩擦系数/=0」。求V形导轨处的当量摩擦系数4。
题4.14图
解:作用于导轨上压力为%、%。
W=WX+W2
根据力矩平衡条件可知:
wy=w2
作用在左右导轨上的摩擦力为百、K
F,=f—^=—」/W
~sin4502sin45
所以
F=―--f
vsin450
4.15如题4.15图所示,已知x=250mmj=200mm,用为驱动力,Fr为
工作阻力,转动副4、8的轴颈半径为r,当量摩擦系数为工,滑动
摩擦系数为/.,忽略各构件的重力和惯性力。试作出各运动副中总反
力的作用线。
题4.15图
答:(1)求跖、耳;。忽略各构件的重量和惯性力,杆2为二力
杆,作用在杆2上的两个力服和酩应等值、共线、反向。当考虑
摩擦后,该二力不通过较链中心,而与摩擦圆相切。滑块3向下移动,
连杆2与垂直导路的夹角a增大,连杆2相对于滑块3的转速均为顺
时针方向。所以,服对轴心产生的摩擦力矩为逆时针方向。因而&2
应切于摩擦圆上方。同时,滑块1左移,£角减小,%为顺时针方向,
所以心2对轴心产生的摩擦力为逆时针方向。因而42应切于摩擦圆下
方。由于丁与不应共线,因此,它们的作用线应是A、B两点摩
擦圆的内公切线,如题4.15答案图所示。
题4.15答案图
(2)求皈。取滑块3为单元体,其上作用力为豆、“;、时,
且三力汇交于一点。耳;与滑块3的速度E的夹角大于90。,如题4.15
答案所示。
(3)求时。取滑块1为单元体,其上作用力为E、不、时,
且三力汇交于一点,质与工的夹角大于90。,如题4.15答案图所示。
4.16一1钱链四杆机构中,已知展=500mm,/°=350mm,lAD=300mm,AD
为机架。试问:
(1)若此机构为双曲柄机构,且AB为曲柄,求3的最大值。
(2)若此机构为双曲柄机构,求/"的最小值。
(3)若此机构为双摇杆机构,求心的取值范围。
解:结构简图如题4.16答案图所示。
(1)若为曲柄拴杆机构,则AB为最短,且心+IBCTD+ICD
代入已知量求解得如W150mm,则〜的最大值为150mm。
(2)若为双曲柄机构,则AD应为最短,且:
①当AB为最长时,由于可得出550mm。
②当AB不是最长时,由于九+g4加+/6,可得出如2450mm
要满足上述二种情况,如的最小值应为450mm。
(3)若为双摇杆机构,则只能是不满足杆长之和的条件,即为最
短杆与最长杆长度之和大于其它两杆长度之和。
①当5为最短时,由于如+小>,犯+%,可得出%>150mm;
②当加为最长时,由于。+心>儿+修,可得出配>150mm,又由
于l/B<IBC+/<?£>+IAD,可得出(AB<1150mmo
③当儿<如<晨时,由于狐+&>3+蒯,可得出3<450mm
要满足上述三种情况,如的取值范围为150mme如<450mm或
550mm<1AB<1150mm。
4.17已知钱链四杆机构(如题4.17图所示)各构件的长度,试问:
(1)这是较链四杆机构基本形式中的何种机构?
(2)若以AB为原动件,此机构有无急回特性?为什么?
(3)当以AB为原动件时,此机构的最小传动角出现在机构何位置
(在图上标出)?
题4.17图
答:(1)因为3+展<晨+%,且又以最短杆AB的邻边为机架,
则此机构为曲柄摇杆机构。
(2)有。因为以AB为原动件时,此机构为曲柄摇杆机构。
(3)%”出现在曲柄与机架共线时的位置,如题4.17答案图所
示,取比例尺〃L=0901%1m,由图可得出%m=180。-正或者嗫广心。
题4.17答案图
4.18如题4.18图所示的偏置曲柄滑块机构,已知行程速度变化系
数K=1.5,滑块行程无=50mm,偏距e=20mm,试用图解法求:
(1)曲柄长度3和连杆长度
(2)曲柄为原动件时机构的最大压力角品ax和最大传动角〜。
(3)滑块为原动件时机构的死点位置。
解:(1)求加、展。
板位夹角。=180。管=36。
作图如题4.18答案所示,取〃L=1m%m,可测得:
AC}=27mm;AC2=70mmo又a+b==4G,代入"G、值后,
联立求得:a=21.5mm,=48.5mm。
(说明:设=BC=b。将原位置图旋转180。后作图)
题4.18答案图
结论:品=^•<7=1x21.5=21.5mm
%c=4/=1x48.5=48.5mm
o由图可知:a=arcsin'"
(2)求名max和匕max
当夕=90。时,&为最大值,即
a=arcsin232:=arcsm型m=58.8。
max
BC48.5
当夕=270。时,a为最小值,即
.e-\-l-sin2700=arcsin120-21'51=1.77°
而=arAcRsm一个-----
48.5
%=90;amM=9(TT.77°=88.23°
(3)滑块为原动件时,机构的死点位置为和482c2。
4.19设计较链四杆机构(如题4.19图所示),已知机架长
“,=600mm,要求两连架杆的三组对应位置为:%=130°和%=110°、
%=80°和"=70°、仍=45。和%=30。,连架杆AB的长度如=200mm,,
连架杆CD上的标线DE的长度可取为展=400mm,试设计此四杆机
构。
题4.19图
解:(1)取按给定条件作出AB、DE的三组位置,
并连接。鸟和。鸟。
(2)用反转法将。层、。员分别绕D点反转%-%=40。,%-匕=80。,
得出B;、B;点o
(3)分别作3局、鸟为’垂直平分线九、原交于G点,连接44G
即为该校链四杆机构,如题4.19答案图所示。
R
%
题4.19答案图
(4)由题4.19答案图测得:=70mm,QD=25mm0杆8C、CD
的长度噎、/为
lBC=BG•4=70x10=700mm
lCD=C、D,K=25X10=250mm
4.20如题4.20图示所示为一双联齿轮变速装置,用拔叉DE操纵
双联齿轮移动。现拟设计一四杆机构ABCD操纵拔叉的摆动。已知
条件是:机架的=100mm,较链A、D的位置如题4.20图所示,拔叉
滑块行程为30mm,拔叉尺寸做=4c=40mm,固定轴心D在拔叉滑
块行程的垂直等分线上。又在此四杆机构ABCD中构件AB为手柄,
当手柄垂直向上位于位置时,拔叉处于g位置,当手柄/片逆时针
转过。=90。处于水平位置AB2时,拔叉处于与位置。试设计此四杆机
构。
解:如题4.20答案图所示,取〃1=0.002%^,利用刚化反转法,
连接/。2,令绕A点反转。角得C;点,作的垂直平分线,交
位置1于4点,连接/8GG即为该四杆机构。
由题4.20答案图测得
AB】=11mm,B}C}=52mm
IAB=AL,4B[=2x11=22mm
L
lBC=〃•BC=2x52=104mm
题4.20答案图
第5章凸轮机构
5.1滚子从动件盘形凸轮的基圆半径如何度量?
答:是在理论轮廓上度量的。
5.2平底垂直于导路的直动从动件盘形凸轮机构的压力角等于多
大?设计凸轮机构时,对压力角有什么要求?
答:(1)等于零。
(2)从传力合理,提高传动效率来看,压力角越小越好。设计时
规定:
«max4⑷
5.3凸轮机构常用的四种从动件运动规律中,哪种运动规律有刚
性冲击?哪些运动规律有柔性冲击?哪种运动规律没有冲击?如何
来选择从动件的运动规律?
答:匀速运动规律有刚性冲击;等加速-等减速和余弦加速度运动
规律有柔性冲击;正弦加速度运动规律没有冲击。
在选择从动件的运动规律时、应根据机器工作时的运动要求来确
定。
5.4工程上设计凸轮机构时,其基圆半径一般如何选取?
答:先根据结构条件初定基圆半径小若出现a>[a],则需增大基
圆半径力再重新进行设计。
5.5如题5.5图所示为尖顶直动从动件盘形凸轮机构的运动图线,
但图题5.5给出的运动线图尚不完全,试在图上补全各段的曲线,并
指出哪些位置有刚性冲击,哪些位置有柔性冲击。
题5.5图
答:(1)补全各段的曲线,如题5.5答案图所示。
(2)在0、b、c、e、处有刚性冲击;在a、d处有柔性冲击。
o
题5.5答案图
5.6试作图法法设计一个对心直动从动件盘形凸轮。已知理论轮
廓基圆半径%=50mm,滚子半径々=15mm,凸轮顺时针匀速转动。当
凸轮转过120。时一,从动件以等速运动规律上升30mm;再转过150。时,
从动件以余弦加速度运动规律回到原位;凸轮转过其余90。时,从动
件静止不动。
解:取4=0.002%^。
(1)绘制s-e(/)曲线,如题5.6答案图a所示,并将推程、回程各
分为6等份。
(2)以相同的比例绘制凸轮基圆及从动件的初始位置,如题5.6
答案图b所示。
题5.6答案图
(3)在题5.6答案图b上,按逆时针方向(-⑼画出推程角120。,
回程角150。,近休止角90。,并在相应段与位移线图对应划分为6等份,
得分点G、G、G....。
(4)过各分点作径向线,并从基圆上的点G、G、Q……o开始
向外量取相应的位移量得用、鸟、鸟....,即
Be=江应生=方,四员=打得到反转后滚子中心的位置。
(5)将回、与、鸟……连成光滑曲线,得凸轮理论轮廊〃。
(6)以〃上各点为圆心,片为半径作一系列圆,此圆的包络线为
凸轮的实际轮廊〃',如题5.6答案图b所示。
5.7用作图法求出下列各凸轮从如题5.7所示位置转到B点而与
从动件接触时凸轮的转角夕。(可在题5.7图上标出来)。
如题5.7答案图
5.8用作图法求出下列各凸轮从如题5.8图所示位置转过45。后机
构的压力角*(可在题5.8图上标出来)
题5.8图
如题5.8答案图
5.9在如题5.9图所示偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构中,已知
圆盘半径R,圆心与转轴中心间的距离CU=R/2,偏距e=04/a,滚
子半径为斤。
(1)求在如题5.9图所示位置(9=45。)时机构的压力角。
(2)如分别增大半径斤、偏距e、圆心与转轴中心间的距离OA(三
个数值每次只改变一个),试问从动件的上升距离和压力角有无
变化?为什么?
题5.9图
解:(1)因二者接触点的法线0B与记方向一致,故。=0。。
(2)如题5.9答案图所示,设在某瞬时,从动件占据位置H。由
图可知。a=NOO'P。
当心增大时,。'点上移至。”使得a角减小;
当e增大时,NOO'P增大,a增大;
当OA增大时,a不变。
从动件的上升距离是不变化的。
题5.9答案图
5.10一对心直动滚子从动件盘形凸轮机构,凸轮顺时针匀速转
动,基圆半径〃=40mm,彳丁程力=20mm,滚子半径/ulOmm,推程运
动角。=120。,从动件按正弦加速度规律运动,试用极坐标法求出凸轮
转角8=30。、60。、90。时凸轮理论轮廊与实际轮廓上对应点的坐标。
解:当从动件按正弦加速度规律运动时,它的位移方程为
当夕=30。、60。、90。时的位移5、$2、S3分别为
“30°1./2%-30°、…
s,=20--------sin(------)=1.82mm
112002万120°
6001.,2万-60°、
=20sin()=10.00mm
120°----------120°
s=20型,而(生当=18.18mm
3120°2乃120°
(1)用极标法求理论轮廊上对应点的坐标值。
选取凸轮转轴中心为坐标原点,ox通过从动件的运动起始点,
则理论轮廊上某点的极坐标方程为
p=7u+5)2+e2
6=(p+/3-/3O
因该凸轮机构为对心直动从动件,故$。=小e=0、0=0、4=0
可求得
P=r^+s
e=(p
当*=30°时:夕[=r+S]=40+1.82=41.82mm
6\=5=30"
当。=60°时:夕2=尸+§2=4。+10.00=50.00mm
,=02=60
当夕=90°时:p3=r+s3=40+18.18=58.18mm
%―3=90°
(2)用极坐标方法出实际轮廓上对应点的坐标值。
极坐标方程为
PT=y]p2+。2―22kC0S/1
%=e+
式中:
2=arctan
pdO/d(p
根据题意可得出
ds/d(p/(l-cos平)
z=arctan------=arctan-----------
PP
当0=30°时':/L=arctan-^-(l-cos-1—,—)Xi=12.87°
_TT.
GAG
当夕=60°时.:/L=arctan-(1-cos^-^-—)Z=20.92°
22万2乃3/3Un.UnUn
_TT.
ono
当夕=90°时:/L=arctan-7--(1-cos-^-—)Zc1C=9.33°
’2万2万2
_TT_
式中:
*Gsin/l
△A0n-arctan——-------
p-Y、cos4
^arctan10sin12-87=3.97°
当夕=30。时:△
141.82-10cosl2.87
当夕=60"时:A6―仆皿2。.92。=5.20。
250-lOcos20.92°
当夕=90°时:A…—“92。
358.18-10cos9.33°
因此可得出
当夕=30°时:
Py\=~~+斤~-2r]kcos4
=V41.822+102~2X41.82X10XCOS12.87;
=32.15mm
%=〃+8=30,+3.97°=33.97°
当°=60°时:
PT?-40.82mm
8T2=65.20°
当夕=900时:
PT、=48.34mm
%=91.92°
第6章间歇运动机构
6.1某牛头刨床工作台横向进给丝杆的导程为5mm,与丝杆联动
的棘轮齿数为40,求此牛头刨床的最小横向进给量是多少?若要求
此牛头刨床工作台的横向进给量为0.5mm,则棘轮每次能转过的角设
应为多少?
答:牛头刨床的横向进给量最小为
Znin=^=0.125mm
若要求其横向进给量为0.5mm,则棘轮每次转过的角度应为
刎:=36。
0.12540
6.2某外啮合槽轮机构中槽轮的槽数z=6,圆销的数目41,若槽
轮的静止时间乙=2%,试求主动拨盘的转速〃。
答:主动拨盘的转速为:
360、出二180:
〃=--------——=-/
2x36003/s
6.3在六角车床上六角刀架转位用的外啮合槽轮机构中,已知槽
轮槽数z=6,槽轮停歇时间廿|%,运动时间q=咨,求槽轮机构
的运动系数r及所需的圆柱销数目。
答:运动系数■工t」=)5-.2
4+ki+l3
所需圆柱销数目左=二=乌"丑=2
(z-2)(6-2)
6.4内啮合槽轮机构能不能采用多圆柱销拨盘?
答:不能。
第七章螺纹连接与螺旋传动
7.1常用螺纹的种类有哪些?各用于什么场合?
答:常用螺纹的种类有普通螺纹、管螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹
和锯齿形螺纹,前两种主要用于联接,后三种主要用于传动。
7.2螺纹的主要参数有哪些?怎样计算?
答:螺纹的主要参数有:(1)大径d;(2)小径4;(3)中径4;
(4)螺距尸;(5)导程S;(6)升角Qtan,=£=止;(7)牙型
7cd[兀d
角a、牙型斜角外
7.3螺纹的导程和螺距有何区别?螺纹的导程S和螺距尸与螺纹
线数〃有何关系?
答:螺距是螺纹相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离,导
程则是同一螺旋线上相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。
导程S、螺距P、螺纹线数〃之间的关系:S=nP。
7.4根据牙型的不同,螺纹可分为哪儿种?各有哪些特点?常用
的连接和传动螺纹都有哪些牙型?
答:根据牙型的不同,螺纹可分为普通螺纹、管螺纹、矩形
螺纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹。各种螺纹特点:普通螺纹的当量
摩擦系数较大,自锁性能好,强度高,广泛应用于各种紧固连接;
管螺纹分圆柱管螺纹和圆锥管螺纹。圆柱管螺纹用于水、煤气、
润滑管路系统等低压场合。圆锥管螺纹适用于高温、高压及密封
要求较高的管路连接中。常用的连接螺纹的牙型是三角形牙型。
常用的传动螺纹的牙型是矩形、梯形和锯齿形牙型。
7.5螺柱连接的基本形式有哪儿种?各适用于何种场合?有何特
点?
答:螺纹连接有四种基本类型。
(1)螺柱连接。其结构特点是被连接件的孔中不切制螺纹,装拆
方便,结构简单,适用于经常拆卸、受力较大的场合。
(2)双头螺栓连接。其结构特点是被连接件中薄件制光孔,厚件
制螺纹孔,结构紧凑。适用于连接一厚一薄零件,受力较大、经常拆
卸的场合。
(3)螺钉连接。其结构特点是螺钉直接旋入被连接件的螺纹孔中,
结构简单。适用于连
接一厚一薄件,受力较少、不经常拆卸的场合。
(4)紧定螺钉连接。其结构特点是紧定螺钉旋入一零件的螺纹孔
中,螺钉端部顶住另一零件,以固定两零件的相对位置。适用于传递
不大的力或转矩的场合。
7.6为什么螺纹连接通常要采用防松措施?常用的防松方法和装
置有哪些?
答:连接用的三角形螺纹都具有自锁性,在静载荷或温度变化不
大、冲击振动不大时不会自行脱落。但在冲击、振动或变载的作用下,
螺纹连接会产生自动松脱现象。因此,设计螺纹连接,必须考虑防松
问题。
常用的防柱方法有摩擦防松、机械防松、永入防松和化学防松四
大类。
7.7常见的螺栓失效形式有哪儿种?失效发生的部位通常在何
处?
答:常见的螺栓失效形式有:(1)螺栓杆拉断;(2)螺纹的压溃
和剪断;(3)经常装拆时会因磨损而发生滑扣现象。
失效发生的部位通常在螺纹处。
7.8被连接件受横向载荷时一,螺栓是否一定受到剪切力?
答:被连接件受横向载荷时,螺栓不
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