《機械設計基礎》答案

1、機械設計基礎作業(yè)答案第一章平面機構的自由度和速度分析1 11 21 31 41 5自由度為：F3n(2PLPHP) F 37(2910)121 1911或：F3n2PLPH3628111 6自由度為F 3n (2PLPHP ) F 39(21210)11或：F3n2PLPH3821112422111 10自由度為：F3n(2PLPHP)F 310(214122)1302811或：F3n2PLPH39212122724211 11F3n2PLPH3424221 13：求出題1-13 圖導桿機構的全部瞬心和構件1、 3 的角速度比。1P14 P133P34 P131P34 P1343P14 P13

2、11 14：求出題1-14 圖正切機構的全部瞬心。設110rad / s ，求構件 3 的速度 v3 。v3vP131P P 10 2002000mm/ s14131 15：題 1-15圖所示為摩擦行星傳動機構，設行星輪2 與構件 1、4 保持純滾動接觸，試用瞬心法求輪1與輪 2 的角速度比1 /2 。構件 1、 2 的瞬心為P12P24、P14 分別為構件2 與構件 1 相對于機架的絕對瞬心1P14 P122P24 P121P24 P122r22P14 P12r11 16：題1-16圖所示曲柄滑塊機構，已知：l AB 100mm / s ， l BC250mm / s ，110rad/ s

3、，求機構全部瞬心、滑塊速度v3 和連桿角速度 2 。BCABBCA2cosBCA23在三角形 ABC 中，sin， sin，sin 45 0BCA55ACBC310.7mmsinABC， ACsin 450v3vP131 P14 P1310AC tan BCA916.565mm/ s1 P14 P122 P24 P12P14 P12100 102.9rad / s2P24 P1211002 AC1 17：題 1-17 圖所示平底擺動從動件凸輪1 為半徑 r20 的圓盤，圓盤中心C 與凸輪回轉中心的距離l AC 15 mm ， l AB90mm ，110rad / s ，求00 和180 0 時

4、，從動件角速度2 的數(shù)值和方向。00 時1 P12 P132 P12 P232P12 P13115102rad / sP12P239015方向如圖中所示當 1800 時P12 43rad / sP12 P2315方向如圖中所示第二章平面連桿機構2-1試根據(jù)題 2-1 圖所注明的尺寸判斷下列鉸鏈四桿機構是曲柄搖桿機構、雙曲柄機構還是雙搖桿機構。（ 1）雙曲柄機構（ 2）曲柄搖桿機構（ 3）雙搖桿機構（ 4）雙搖桿機構2-3畫出題 2-3 圖所示各機構的傳動角和壓力角。圖中標注箭頭的構件為原動件。2-4已知某曲柄搖桿機構的曲柄勻速轉動，極位夾角為300，搖桿工作行程需時7

5、s。試問：（ 1）搖桿空回程需時幾秒？（ 2）曲柄每分鐘轉數(shù)是多少？解：（ 1）根據(jù)題已知條件可得：工作行程曲柄的轉角則空回程曲柄的轉角1 21002 1500搖桿工作行程用時7s，則可得到空回程需時：t215005s( 2100 / 7)（ 2）由前計算可知，曲柄每轉一周需時12s，則曲柄每分鐘的轉數(shù)為n605r122-5 設計一腳踏軋棉機的曲柄搖桿機構，如題2-5 圖所示，要求踏板 CD在水平位置上下各擺 100，且 l CD500mm, l AD 1000mm。（ 1）試用圖解法求曲柄 AB和連桿 BC的長度；（ 2）用式（ 2-6 ）和式（ 2-6 ）計算此機構的最小傳動角。解：以踏板

6、為主動件，所以最小傳動角為0 度。2-6 設計一曲柄搖桿機構。已知搖桿長度l 3 100mm ，擺角30 0 ，搖桿的行程速比變化系數(shù) K1.2。（ 1）用圖解法確定其余三桿的尺寸；（ 2）用式（ 2-6 ）和式（ 2-6 ）確定機構最小傳動角min（若min350 ，則應另選鉸鏈A 的位置，重新設計） 。解：由 K=1.2 可得極位夾角K118000.2180016.3640K12.22-7 設計一曲柄滑塊機構，如題 2-7 圖所示。 已知滑塊的行程 s50mm，偏距 e16mm，行程速度變化系數(shù) K1.2，求曲柄和連桿的長度。解：由 K=1.2 可得極位夾角K118000.2180016.

7、3640K12.22-8設計一擺動導桿機構。已知機架長度l 4100mm ，行程速度變化系數(shù)K1.4 ，求曲柄長度。解：由 K=1.4 可得極位夾角K118000.41800300K12.42-10設計一鉸鏈四桿機構作為加熱爐爐門的起閉機構。已知爐門上兩活動鉸鏈的中心距為50mm，爐門打開后成水平位置時，要求爐門溫度較低的一面朝上（如虛線所示） ，設固定鉸鏈安裝在 yy 軸線上，其相關尺寸如題圖 2-10 圖所示，求此鉸鏈四桿機構其余三桿的長度。2-12已知某操縱裝置采用鉸鏈四桿機構。要求兩連架桿的對應位置如題2-12 圖所示，1450 ， 1 52 010 ； 1 900 ， 1 82010

8、 ； 1 1350 ， 1112010 ；機架長度 l AD 50mm ，試用解析法求其余三桿長度。解：由書 35 頁圖 2-31 可建立如下方程組：l 1 cosl 2 cosl 4l 3 cosl1 sinl 2 sinl 3 sin消去，并整理可得：cosl 42l 32l12l22l 3 cosl 3 cos2l 1l 4l 1l 4令：l 3（ 1）P1l 4l 3（2）P2l1l 42l 32l12l 22（ 3）P32l1l 4于是可得到cosP3P2 cosP cos()1分別把兩連架桿的三個對應轉角帶入上式， 可得到關于 P1、P2、P3 由三個方程組成的方程組?？山獾茫篜1

9、0.7333P21.48447P30.20233l 450 ，再由（ 1）、（ 2）、（3），可解得：l 124.700mml 262.887mml 336.667mm第三章凸輪機構3-1題 3-1 圖所示為一偏置直動從動件盤形凸輪機構，已知AB 段為凸輪的推程廓線，試在圖上標注推程運動角。3-2 題 3-2 圖所示為一偏置直動從動件盤形凸輪機構， 已知凸輪是一個以 C點為圓心的圓盤，試求輪廓上 D 點與尖頂接觸是的壓力角，并作圖表示。3-4 設計題3-4 圖所示偏置從動件盤形凸輪。已知凸輪以等角速度順時針方向回轉，偏距e 10mm，凸輪基圓半徑r060mm，滾子半徑 rr10mm ，從動件的

10、升程 h 30mm，15003001200600， s，s，從動件在升程和回程均作簡諧運動，試用圖解法繪制出凸輪的輪廓并校核推程壓力角。解：（ 1）推程：推程角：1500從動件的位移方程：sh (1 cos)2從動件的行程： h300050010001500s （ mm）02.0127.9930（ 2）回程：回程角： 120 0h1 cos (s )從動件的位移方程：s2004008001200s （ mm）3027.992.010于是可以作出如下的凸輪的理論輪廓曲線，再作一系列的滾子，繪制內包絡線，就得到凸輪的實際輪廓曲線（略）注：題 3-6、3-7 依次按上述步驟進行作圖即可，不同的是：輪

11、機構， 3-7 為一平底直動從動件盤形凸輪機構。3-6 為一擺動從動件盤形凸第四章齒輪機構4-1 已知一對外嚙合正常齒制標準直齒圓柱齒輪m3mm， z119 ， z241 ，試計算這對齒輪的分度圓直徑、齒頂高、齒跟高、頂隙、中心距、齒頂圓直徑、齒跟圓直徑、基圓直徑、齒距、齒厚和齒槽寬。解：項目及計算公式分度圓直徑dmz齒頂高haha* m （ ha*1 ）齒跟高h fh*f m （ haf1.25 ）頂隙c c* m （ c*0.25 ）中心距a(mz1mz2 ) / 2齒頂圓直徑d ad2ha齒跟圓直徑d fd2hf基圓直徑db d cos（20 0 ）齒距pm齒厚sp / 2齒槽寬ep /

12、 24-2 已知一對外嚙合標準直齒圓柱齒輪的標準中心距求模數(shù)和分度圓直徑。解：由 a(mz1mz2 ) / 2 可得m2a2160320z1 z22060480則其分度圓直徑分別為d1mz14 2080mm齒輪 1齒輪 257123333.753.750.750.75906312949.5115.553.5625115.58229.424.714.71a 160mm，齒數(shù) z120 ，z260 ，d2mz2460240mm4-3 已知一正常齒制標準直齒圓柱齒輪的齒數(shù)z25 ，齒頂圓直徑 d a135mm ，求該輪的模數(shù)。解：da22 *(2*)d hamz ha m m zha正常齒制標準直齒

13、圓柱齒輪： ha*1則有md a135135z2ha*2525mm274-4 已知一正常齒制標準直齒圓柱齒輪20 0 , m 5mm, z 40 ,試分別求出分度圓、基圓、齒頂圓上漸開線的曲率半徑和壓力角。解：rmz540mm22100rrcos20093.969mmbrarha* m100 5105mm齒頂圓壓力角：cosrb93.969a0.895ra105a 26.4990基圓壓力角：cos brb1rbb 00分度圓上齒廓曲率半徑：r sin 20034.2mm齒頂圓上齒廓曲率半徑：ara sin 26.4990105 0.4462 46.85mm基圓上齒廓曲率半徑：b04-6已知一對

14、內嚙合正常齒制標準直齒圓柱齒輪m4mm ， z120 ， z260 ，試參照圖 4-1b 計算該對齒輪的中心距和內齒輪的分度圓直徑、齒頂圓直徑和齒跟圓直徑。解：該對齒輪為內嚙合，所以有中心距 am( z2z1 ) / 24(6020) / 280mm齒輪 2 為內齒輪，所以有d2mz2460240mmda 2d22ha240242408232mmd f 2d 22h f2402(1.254)24025250mm4-10 試與標準齒輪相比較，說明正變位直齒圓柱齒輪的下列參數(shù)：m 、 d 、 d 、s 、 sf 、 h f 、 d f 、 db ，哪些不變？哪些起了變化？變大還是變小？解：不變的參

15、數(shù)m 、 d 、 db增大、 d 、 s 、 s f 、 d f變化減小h f4-11 已 知 一 對 正 常 齒 漸 開 線 標 準 斜 齒 圓 柱 齒 輪 a250mm ， z123 ， z298 ，mn4mm，試計算其螺旋角、端面模數(shù)、分度圓直徑和齒跟圓直徑。解：對外嚙合的斜齒輪中心距為a (d1d 2 ) / 2 mtmn (z1 z2 )(z1 z2 ) / 22 cos代入已知參數(shù)可得cos2420.968250所以14.5337 0端面模數(shù)mn4.1322 mmm tcos分度圓直徑分別為d1mtmn z195.0413 mmz1cosd2mtmn z2404.9587 mmz2

16、cos齒頂圓直徑分別為da1d1 2ha d12mn 103.0413 mmda 2d 22had22mn412.9587 mm齒跟圓直徑分別為d f 1d12h fd12.5mn85.0413 mmd f 2d 22h fd 22.5mn394.9587 mm第五章輪系5-1輪在題 5-1 圖所示雙級蝸輪傳動中，已知右旋蝸桿 3 的轉向，用箭頭表示。1 的轉向如圖所示，試判斷蝸輪2 和蝸5-2在題5-2圖所示輪系中， 已知z115 ，z225 ，z215 ，z330 ，z315 ，z430 ，z4 2 （右旋），z560 ，z5 20(m4mm) ，若n1500r / min，求齒條6 線速

17、度v的大小和方向。解： i15n1z5 z4 z3 z225 30 30 60n5z1 z2 z3 z420015 15 15 2n5n5n15002.5r / min20020022.55rad / s5606012mz542040mmr5 22v65 r5 4010.5mm/ s12方向為水平向右。5-3 在題 5-3 圖所示鐘表傳動示意圖中，E 為擒縱輪， N 為發(fā)條盤， S、 M 、H 分別為秒針、分針、時針。設 z172 ，z212 ，z364 ，z4 8 ，z5 60 ，z68 ，z760 ，z8 6 ，z98 ， z1024 ， z116 ， z1224 ，求秒針與分針的傳動比i

18、 SM 和分針與時針的傳動比i MH 。解：為定軸輪系注意各輪轉速之間的關系：n2n3n9nMn12nHn7n6nSn4n5n4z3得到 n6z3z5n3z4n3z4z6n6z5n5z6則有nSn660i SMn3nMnMn9z10z1212i MHn12z9z11nH5-6 在題 5-6圖所示液壓回轉臺的傳動機構中，已知z2 15 ，液壓馬達M 的轉速nM12r / min ， 回 轉 臺 H 的 轉 速 nH1.5r/ min ， 求 齒 輪 1 的 齒 數(shù) （ 提 示 ：nMn2 nH ）。Hn2nHnM12 z1z1解： i 21n1nH0 nH1.5 z215z11205-9 在題

19、5-9圖所示差動輪系中， 已知各輪的齒數(shù)z1 30 ， z225 ， z2 20 ， z3 75 ，齒輪 1 的轉速為 200r / min （箭頭向上），齒輪3 的轉速為 50r/ min （箭頭向下），求行星架轉速 nH 的大小和方向。解：在轉化輪系中，各輪的轉向如圖中虛線箭頭所示，則有Hn1nHz2 z325 7525i13n3nHz1z2 30 208在圖中，從給定的條件可知，輪1 和輪 3 的絕對轉向相反，已n1 的值為正， n3 的值為負，代入上式中，則有200nH2550nH8即 16008nH 25 50 25nH于是解得nH3503310.61r / min其值為正，說明H

20、的轉向與輪1 的轉向相同。5-10在題5-10圖所示機構中，已知 z117 ， z220 ， z385 ， z418 ， z524 ，z621 ， z763 ，求：（ 1）當 n110001r / min 、 n410000r/ min 時， n p?（ 2）當 n1n4 時， n p ?（ 3）當 n110000r / min 、 n410001r/ min 時， n p?解：該輪系為一復合（混合）輪系（ 1）有 1、 2、3 構成定軸輪系，則有n1( 1)2 z2 z3z385i13z1 z2z15n317即 n3n15（ 2）由 3（ H）、 4、5、 6、 7 構成周轉輪系易知 n3

21、nHHn4nHn4n3( 1)1 z5 z724 63i 47n7nHn7n3z4 z6418 21即 n4 n3 4n3 4n75n3n4n74聯(lián)立定軸輪系n15n3則 n7即 nP當 n1當 n1當 n1n1n44n1n4410001r / min ， n410000r / min 時， nP0.25r / minn4 時， nP 010000 r / min ， n410001r / min 時， nP0.25r / min第七章機械運轉速度波動的調節(jié)7-2在電動機驅動的剪床中，已知作用在剪床主軸上的阻力矩M 的變化規(guī)律如題7-2 圖所示。設驅動力矩M 等于常數(shù)，剪床主軸轉速為60r /

22、 min ，機械運轉速度不均勻系數(shù)0.15。求：（ 1）驅動力矩 M 的數(shù)值；（ 2）安裝在主軸上的飛輪轉動慣量。解：（ 1）按一個周期中（一運動循環(huán)）阻力矩和驅動力矩做功相等，有3160012 M 200(200 1600)4242M 150 200450112.5 462.5Nm3504（ 2）分三個區(qū)間第一區(qū)間盈功：A1412.334第二區(qū)間虧功：A21256.107第三區(qū)間盈功：A3844.048畫出能量指示圖：則最大盈虧功為：A max A1 A3A21256.107JAmax212.1174Kg2則飛輪的轉動慣量為2mm7-3 為什么本章介紹的飛輪設計方法稱為近似方法？試說明哪些因

23、素影響飛輪設計的精確性。解：因在本章所討論的飛輪設計中，用的是算術平均值代替的實際平均值，對速度不均勻系數(shù)的選擇也只是在它的容許范圍內選擇，還有，在計算時忽略了其他構件的轉動慣量，也忽略了其他構件的動能影響。所以是近似計算。7-5 設某機組發(fā)動機供給的驅動力矩1000m （即驅動力矩與瞬時角速度成反比），M N阻力矩 M 變化如題 7-5圖所示， t10.1s， t20.9s ，若忽略其他構件的轉動慣量，求在 max 134rad / s ，min116rad/ s 狀態(tài)下飛輪的轉動慣量。解：用平均角速度處理m134 116 125rad / s2兩時間段的轉角t10.1s：1t20.9s：1

24、12.5rad112.5rad則在 0 0.1s 之間A10. 112.510000( M M )dt0(M M )d8012.5900125則在 0.1 0.9s之間A10. 9112.510000.1( M M )dt(M M )d010080012.5125則最大盈虧功為A max900由 A max1 J ( max2min2) 可得2J29001800180020.4Kgm213421162179561345645005第 8 章回轉件的平衡8-1 某汽輪機轉子質量為1t，由于材質不均勻及葉片安裝誤差致使質心偏離回轉軸線0.5mm，當該轉子以5000r/min 的轉速轉動時，其離心力

25、有多大？離心力是它本身重力的幾倍？解：離心力為：Fmr 2mr(50002) 2137077.78N60離心力與重力之比為：FF137077.7813.7Gmg100008-4 如圖所示盤形回轉件，經靜平衡試驗得知，其不平衡質徑積mr 等于 1.5kg m ，方向沿OA 。由于結構限制，不允許在與OA 相反方向上加平衡質量，只允許在OC 和 OD 方向各加一個質徑積來進行平衡。求mC rC 和 mD r D 的數(shù)值。解：依題意可得：mC rC cos300mD rD cos600mrmC rC sin 300mD rD sin 600于是可解得：mrmD rD000.75kg msin 60

26、cos30cos60 00sin 30sin 600mC rCmD rD sin 3001.299kg m8-5如圖所示盤形回轉件上有4 個偏置質量，已知m1 10kg ， m2 14 kg ， m3 16kg ，m410kg ， r1 50mm ， r2 100mm， r375mm ， r450mm ，設所有不平衡質量分布在同一回轉面內，問應在什么方位、加多大的平衡質徑積才能達到平衡？解：各偏心質量產生的質徑積分別為：m1r11050500kg mmm2 r2141001400kg mmm3r316751200kg mmm4 r41050500kg mm于是不平衡質徑積的向量和為：mb rb

27、700290021140kg mm1.14kg m70arctg37.875即應在圖示反方向的方位加上質徑積1140kg mm ，回轉件才能達到平衡。第 10 章 連接10-4解：設螺旋副的升角為，當量摩擦角為 ，當量摩擦系數(shù)用f 表示np4 10tg0.196d265則 11.0830已知f 0.1，則 tg f 0.1 ，5.71060（ 1）工作臺上升的效率為Fa Stg0.6494464.9%2Ttg ( )（ 2）穩(wěn)定上升時加于螺桿上的力矩為TFad2tg ( )100 10365103 tg16.7936 0980.85 N22（ 3）螺桿的導程為Snp40mm則可得螺桿的轉速為：n80020r / min40螺桿所需的功率為：PT980.85202980.852326.95 22.05kW603（ 4）工作臺在 Fa 作用下等速下降，因 ，該螺旋副不具有自鎖性，所以需要制動裝置。加于螺桿上的制動力矩為：T d2tg ( )10010365103tg (11.08305.71060) 305.636