《機械設(shè)計基礎(chǔ)》作業(yè)及答案

《機械設(shè)計基礎(chǔ)》作業(yè)答案

第一章平面機構(gòu)的自由度和速度分析

1—1

1-2

1-3

1—4

1—5

自由度為：

成?

1—6

自由度為

成.

1-10

自由度為：

成.

1-11

1-13：求出題1T3圖導(dǎo)桿機構(gòu)的全部瞬心和構(gòu)件1、3的角速度比。

1—14：求出題1T4圖正切機構(gòu)的全部瞬心。設(shè)0i=10rad/s,求構(gòu)件3的速度匕。

1-15：題『15圖所示為摩擦行星傳動機構(gòu)，設(shè)行星輪2與構(gòu)件1、4保持純滾動

接觸，試用瞬心法求輪1與輪2的角速度比例/g。

構(gòu)件1、2的瞬心為Pi2

P24>P14分別為構(gòu)件2與構(gòu)件1相對于機架的絕對瞬心

1—16：題1-16圖所小曲柄滑塊機構(gòu)，已知：/然=1。而加/5，IBC=25Qnmls,

cox=lOrad/s,求機構(gòu)全部瞬心、滑塊速度匕和連桿角速度g°

在三角形ABC中忸q.|蝴sinZBCA=—cosZBCA=---

sin45°sinZBCA55

IM忸。

|AC|a31Q7mm

sinZABCsin45°

1-17：題1T7圖所示平底擺動從動件凸輪1為半徑/'=20的圓盤，圓盤中心C與

凸輪回轉(zhuǎn)中心的距禺”c=15加加，lAB=90mm,cox=\Qrad/s,求8=0°和8=180°時,

從動件角速度g的數(shù)值和方向。

，=0°時

方向如圖中所示

當6=180°時

方向如圖中所示

第二章平面連桿機構(gòu)

2-1試根據(jù)題2-1圖所注明的尺寸判斷下列較鏈四桿機構(gòu)是曲柄搖桿機構(gòu)、雙曲

柄機構(gòu)還是雙搖桿機構(gòu)。

（1）雙曲柄機構(gòu)

（2）曲柄搖桿機構(gòu)

（3）雙搖桿機構(gòu)

（4）雙搖桿機構(gòu)

2-3畫出題2-3圖所示各機構(gòu)的傳動角和壓力角。圖中標注箭頭的構(gòu)件為原動件。

2-4已知某曲柄搖桿機構(gòu)的曲柄勻速轉(zhuǎn)動，極位夾角。為30°,搖桿工作行程需時

7s。試問：（1）搖桿空回程需時幾秒？（2）曲柄每分鐘轉(zhuǎn)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(zhuǎn)角內(nèi)=21CP

則空回程曲柄的轉(zhuǎn)角Q=15CP

搖桿工作行程用時7s,則可得到空回程需時：

（2）由前計算可知，曲柄每轉(zhuǎn)一周需時12s,則曲柄每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)為

2-5設(shè)計一腳踏軋棉機的曲柄搖桿機構(gòu)，如題2-5圖所示，要求踏板CD在水平位

置上下各擺10°,且牝=50。7M〃0=10。。72%。（1）試用圖解法求曲柄AB和連桿

BC的長度；（2）用式（2-6）和式（2-6y計算此機構(gòu)的最小傳動角。

解：

以踏板為主動件，所以最小傳動角為0度。

2-6設(shè)計一曲柄搖桿機構(gòu)。已知搖桿長度/3=10⑦，加，擺角力=30°,搖桿的行程速

比變化系數(shù)K=L20（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(gòu)最小傳動角/min（若7mm<35°,則應(yīng)另選較鏈A的位置，重新設(shè)計）。

解：由K=1.2可得極位夾角

2-7設(shè)計一曲柄滑塊機構(gòu)，如題2-7圖所示。已知滑塊的行程s=50mm,偏距

e=16mm,行程速度變化系數(shù)K=1.2,求曲柄和連桿的長度。

解：由K=1.2可得極位夾角

2-8設(shè)計一擺動導(dǎo)桿機構(gòu)。已知機架長度乙=10所加，行程速度變化系數(shù)K=1.4,

求曲柄長度。

解：由K=1.4可得極位夾角

2-10設(shè)計一較鏈四桿機構(gòu)作為加熱爐爐門的起閉機構(gòu)。已知爐門上兩活動較鏈的

中心距為50mll1,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(shè)固定較鏈安裝在yy軸線上，其相關(guān)尺寸如題圖2-10圖所示，求此較

鏈四桿機構(gòu)其余三桿的長度。

2-12已知某操縱裝置采用錢鏈四桿機構(gòu)。要求兩連架桿的對應(yīng)位置如題2-12圖

所示，%=45°,%=52°10；/=90°,%=82°10；%=13t，=112010,；機架

長度幾=5而物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：

消去6,并整理可得:

令：

L

r(1)

%

L

p^=t(2)

p='+/;+/;一>

(3)

3—可&

于是可得到

分別把兩連架桿的三個對應(yīng)轉(zhuǎn)角帶入上式，可得到關(guān)于Pl、P2、P3由三個方程

組成的方程組。可解得：

/4=50,再由⑴、(2)、(3),可解得：

第三章凸輪機構(gòu)

3-1題3T圖所示為一偏置直動從動件盤形凸輪機構(gòu)，已知AB段為凸輪的推程廓

線，試在圖上標注推程運動角①。

3-2題3-2圖所示為一偏置直動從動件盤形凸輪機構(gòu)，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(shè)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(zhuǎn)，偏距e=10mm,凸輪基圓半徑q=6O777如滾子半徑乙=lOmni,從動件的升程

h=30mm,0=150^,0s=30°,,°；=60°,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：0=15OP

從動件的位移方程：s=-（l-cos—（p）

20

從動件的行程：h=30

0°50°100°150°

s(mm)02.0127.9930

（2）回程：

回程角："=120P

從動件的位移方程：s'="[l+cosf（0-。-么）]

0°40°80°120°

s'(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(nèi)包絡(luò)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：3-6為一擺動從

動件盤形凸輪機構(gòu)，3-7為一平底直動從動件盤形凸輪機構(gòu)。

第四章齒輪機構(gòu)

4-1已知一對外嚙合正常齒制標準直齒圓柱齒輪機=3mm,Zi=19,z2=41,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：

項目及計算公式齒輪1齒輪2

分度圓直

57123

徑

齒頂高ha—liam(/z*=1)33

齒跟高hJf—J(Va=1.25)3.753.75

頂隙c=cm(c*=0.25)0.750.75

中心距90

齒頂圓直

63129

徑

齒跟圓直

49.5115.5

徑

基圓直徑db-dcoscr(。=20°)53.5625115.5822

齒距9.42

齒厚4.71

齒槽寬4.71

4-2已知一對外嚙合標準直齒圓柱齒輪的標準中心距夕=160〃M，齒數(shù)4=20,

Z2=60,求模數(shù)和分度圓直徑。

解：由a=（%4+機馬）/2可得

則其分度圓直徑分別為

4-3已知一正常齒制標準直齒圓柱齒輪的齒數(shù)z=25,齒頂圓直徑4=135mm,求

該輪的模數(shù)。

解：da-d+2ha=mz+2h*m=m（z+2〃：）

正常齒制標準直齒圓柱齒輪：h；=l

則有

4-4已知一正常齒制標準直齒圓柱齒輪a=20。，m=5mm,z=40,試分另U求出分度

圓、基圓、齒頂圓上漸開線的曲率半徑和壓力角。

解：”及="=100〃"〃

22

齒頂圓壓力角：

基圓壓力角：

分度圓上齒廓曲率半徑：

齒頂圓上齒廓曲率半徑：

基圓上齒廓曲率半徑：

4-6已知一對內(nèi)嚙合正常齒制標準直齒圓柱齒輪根=4mm,Z]=20,z2=60,試

參照圖4-lb計算該對齒輪的中心距和內(nèi)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(nèi)嚙合，所以有

中心距a=m（z2—zj/2=4x（60—20）/2=80mm

齒輪2為內(nèi)齒輪，所以有

4-10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)：相、a、優(yōu)、

d、d\s、Sf、%、df、db,哪些不變？哪些起了變化？變大還是變??？

解：

不變的參

m、a>d>db

數(shù)

增

a'、d'、s、s于、df

變大

化減

小

4-11已知一對正常齒漸開線標準斜齒圓柱齒輪a=250〃?m,Z]=23,z298,

1nn=4mm,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

代入已知參數(shù)可得

所以尸=14.533^

端面模數(shù)叫=*」=4.1322mm

cos尸

分度圓直徑分別為

mz

=mtz.=——=95.0413mm

1’1cos/?

mz

d,=mz=—!L-^-=404.9587mm

2't27cos/?

齒頂圓直徑分別為

dai=4+2ha=dl+2mn=103.0413mm

da2=d2+2ha=d2+2mn=4129587mm

齒跟圓直徑分別為

于

(11=4-2%=4-2,5mn=85.0413mm

df2=d2-2hf=d2-2.5mn=3949587mm

第五章輪系

5-1在題5-1圖所示雙級蝸輪傳動中，已知右旋蝸桿1的轉(zhuǎn)向如圖所示，試判斷

蝸輪2和蝸輪3的轉(zhuǎn)向，用箭頭表示。

5-2在題5-2圖所小輪系中，已知Z]=15,z2=259z2,=15,z3=30?z3.=15,z4=30?

z4.=2（右旋），z5=60?z5.=20（m=4mni）,若珥=5007min,求齒條6線速度v的

大小和方向。

角軍.iJ=Z5Z4Z3Z2=25x30x30x60=200

'n5z1z2,z3,z4.15x15x15x2

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(shè)Z]=72,z2=12>Z3=64,Z4=8,z5=60,z6=8?z7=60,

Z8=6,zg=8,z10=24,zn=6,z12=24,求秒針與分針的傳動比如和分針與時

針的傳動比后O

解：為定軸輪系

注意各輪轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系：

“4=”5

=2得到Zk=2.三

“3Z4niZ4Z6

n5Z6

則有

5-6在題5-6圖所示液壓回轉(zhuǎn)臺的傳動機構(gòu)中，已知Z2=15,液壓馬達M的轉(zhuǎn)速

nM=12r/min,回轉(zhuǎn)臺H的轉(zhuǎn)速的=-1.5r/min,求齒輪1的齒數(shù)（提示：

="2—nH）°

解.iH—n2—"H=nM_—_EL=JEL

■nx-nH0-nH1.5z215

5-9在題5-9圖所不差動輪系中，已知各輪的齒數(shù)Z]=30,z2=25,z2.=20,z3=75,

齒輪1的轉(zhuǎn)速為200/7min(箭頭向上)，齒輪3的轉(zhuǎn)速為50r/min(箭頭向下)，求

行星架轉(zhuǎn)速的大小和方向。

解：在轉(zhuǎn)化輪系中，各輪的轉(zhuǎn)向如圖中虛線箭頭所示，則有

在圖中，從給定的條件可知，輪1和輪3的絕對轉(zhuǎn)向相反，己，的值為正，4

的值為負，代入上式中，則有

即1600-8%=25x50+25%

于是解得

其值為正，說明H的轉(zhuǎn)向與輪1的轉(zhuǎn)向相同。

5-10在題5To圖所示機構(gòu)中，已知Z]=17,z2=20,z3=85,z4=18?z5=24>

z6=21,Z7=63,求：

(1)當弭=lOOOlr/min、%=100007min時，np=?

(2)當/=4時，％=?

(3)當弭=100007min、%=1000卜/min時，np=?

解：該輪系為一復(fù)合(混合)輪系

(1)有1、2、3構(gòu)成定軸輪系，則有

即4=旦

5

(2)由3(H)、4、5、6、7構(gòu)成周轉(zhuǎn)輪系

易知%=nH

即n4—n3=4〃3—4%

聯(lián)立定軸輪系〃1=5%

即〃生」￡

4

①當均=100017min,n4=100007min時，np=0.25/7min

②當？ii=%時，np-0

③當n{=100007min,n4=100017min時，np=-0.25r/min

第七章機械運轉(zhuǎn)速度波動的調(diào)節(jié)

7-2在電動機驅(qū)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(shè)驅(qū)動力矩”等于常數(shù)，剪床主軸轉(zhuǎn)速為60r/min,機械運轉(zhuǎn)速度不

均勻系數(shù)5=0.15。求：（1）驅(qū)動力矩AT的數(shù)值；（2）安裝在主軸上的飛輪轉(zhuǎn)動慣

量。

解：（1）按一個周期中（一運動循環(huán)）阻力矩和驅(qū)動力矩做功相等，有

（2）分三個區(qū)間

第一區(qū)間盈功：

第二區(qū)間虧功：

第三區(qū)間盈功：

畫出能量指示圖：

則最大盈虧功為：

則飛輪的轉(zhuǎn)動慣量為J=4粵=212117救?小

7-3為什么本章介紹的飛輪設(shè)計方法稱為近似方法？試說明哪些因素影響飛輪設(shè)

計的精確性。

解：因在本章所討論的飛輪設(shè)計中，用的是算術(shù)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(nèi)選擇，還有，在計算時忽略了其他

構(gòu)件的轉(zhuǎn)動慣量，也忽略了其他構(gòu)件的動能影響。所以是近似計算。

7-5設(shè)某機組發(fā)動機供給的驅(qū)動力矩V』幽Nw（即驅(qū)動力矩與瞬時角速度成

反比），阻力矩“”變化如題7-5圖所示，0.1s,巧=0.9s，若忽略其他構(gòu)件的

6ra

轉(zhuǎn)動慣量，求在/ax=134rad/s,0mhi=11d/s狀態(tài)下飛輪的轉(zhuǎn)動慣量。

解：用平均角速度處理

兩時間段的轉(zhuǎn)角

G=0.1s：q）\=12.5rad

t2=0.9s：%=1125md

則在0?0.Is之間

則在0.1~0.9s之間

則最大盈虧功為

由Amax=gJ（dax-武m）可得

第8章回轉(zhuǎn)件的平衡

8-1某汽輪機轉(zhuǎn)子質(zhì)量為It,由于材質(zhì)不均勻及葉片安裝誤差致使質(zhì)心偏離回轉(zhuǎn)

軸線0.5mm,當該轉(zhuǎn)子以5000r/min的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動時，其離心力有多大？離心力是它

本身重力的幾倍？

解：離心力為：

離心力與重力之比為：

8-4如圖所示盤形回轉(zhuǎn)件，經(jīng)靜平衡試驗得知，其不平衡質(zhì)徑積機廠等于L5依?小

方向沿由于結(jié)構(gòu)限制，不允許在與方相反方向上加平衡質(zhì)量，只允許在反

和OD方向各加一個質(zhì)徑積來進行平衡。求mcrc和mDrD的數(shù)值。

解：依題意可得：

于是可解得：

8-5如圖所水盤形回轉(zhuǎn)件上有4個偏置質(zhì)量，已知祖］=10kg,m2=14kg,m3=16kg,

m4=10kg,=50mm,r2=100mm,r3=75mm,Q=50mm,設(shè)所有不平衡質(zhì)量分

布在同一回轉(zhuǎn)面內(nèi)，問應(yīng)在什么方位、加多大的平衡質(zhì)徑積才能達到平衡？

解：各偏心質(zhì)量產(chǎn)生的質(zhì)徑積分別為：

于是不平衡質(zhì)徑積的向量和為：

即應(yīng)在圖示反方向的方位加上質(zhì)徑積1140tg.切〃％回轉(zhuǎn)件才能達到平衡。

第10章連接

10-4

解：設(shè)螺旋副的升角為“，當量摩擦角為“，當量摩擦系數(shù)用T表示

則收=11.08中

已知/'=0.1,則姐=尸=01,“=5.710「

(1)工作臺上升的效率為

(2)穩(wěn)定上升時加于螺桿上的力矩為

(3)螺桿的導(dǎo)程為

則可得螺桿的轉(zhuǎn)速為：

螺桿所需的功率為：

(4)工作臺在4作用下等速下降，因什〉“，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'=f；^^(^-p')=100xl03x^x