《机械设计基础》答案.doc

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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1112131415自由度为：或：16自由度为或：110自由度为：或：111113：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。114：求出题1-14图正切机构的全部瞬心。设，求构件3的速度。115：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。构件1、2的瞬心为P12P24、P14分别为构件2与构件1相对于机架的绝对瞬心116：题1-16图所示曲柄滑块机构，已知：，求机构全部瞬心、滑块速度和连杆角速度。在三角形ABC中，117：题1-17图所示平底摆动从动件凸轮1为

2、半径的圆盘，圆盘中心C与凸轮回转中心的距离，求和时，从动件角速度的数值和方向。时方向如图中所示当时方向如图中所示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铰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。2-4 已知某曲柄摇杆机构的曲柄匀速转动，极位夹角为300，摇杆工作行程需时7s。试问：（1）摇杆空回程需时几秒？（2）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则空回程曲柄的转角摇杆工作行程用时7s

3、，则可得到空回程需时：（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2-5 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100，且。（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。解：以踏板为主动件，所以最小传动角为0度。2-6 设计一曲柄摇杆机构。已知摇杆长度，摆角，摇杆的行程速比变化系数。（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（若，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2-7 设计一曲柄滑块机构，如题2-7图所示

4、。已知滑块的行程，偏距，行程速度变化系数，求曲柄和连杆的长度。解：由K=1.2可得极位夹角2-8 设计一摆动导杆机构。已知机架长度，行程速度变化系数，求曲柄长度。解：由K=1.4可得极位夹角2-10 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。2-12 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，；，；，；机架长度，试用解析法求其余三杆长度。解：由书35页图2-31可建

5、立如下方程组：消去，并整理可得：令： （1） （2） （3）于是可得到分别把两连架杆的三个对应转角带入上式，可得到关于P1、P2、P3由三个方程组成的方程组。可解得：，再由（1）、（2）、（3），可解得：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，已知凸轮是一个以C点为圆心的圆盘，试求轮廓上D点与尖顶接触是的压力角，并作图表示。3-4 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，凸轮基圆半径，滚子半径，从动件的升程，从动件在升程和回

6、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：从动件的位移方程：从动件的行程：0050010001500（mm）02.0127.9930（2）回程：回程角：从动件的位移方程：004008001200（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）注：题3-6、3-7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，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，试计算这对齿轮的分度圆直径、齿顶高、齿

7、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57123齿顶高 （）33齿跟高 （）3.753.75顶隙 （）0.750.75中心距90齿顶圆直径63129齿跟圆直径49.5115.5基圆直径 （）53.5625115.5822齿距9.42齿厚4.71齿槽宽4.714-2 已知一对外啮合标准直齿圆柱齿轮的标准中心距，齿数，求模数和分度圆直径。解：由可得则其分度圆直径分别为4-3已知一正常齿制标准直齿圆柱齿轮的齿数，齿顶圆直径，求该轮的模数。解：正常齿制标准直齿圆柱齿轮：则有4-4 已知一正常齿制标准直齿圆柱齿轮,试分别求出分度

8、圆、基圆、齿顶圆上渐开线的曲率半径和压力角。解：齿顶圆压力角：基圆压力角：分度圆上齿廓曲率半径：齿顶圆上齿廓曲率半径：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，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，所以有中心距齿轮2为内齿轮，所以有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：、，哪些不变？哪些起了变化？变大还是变小？解：不变的参数、变化增大、减小4-11 已知一对正常齿渐开线标准斜齿圆柱齿轮，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已知参数可

9、得所以 端面模数 mm分度圆直径分别为mmmm齿顶圆直径分别为mmmm齿跟圆直径分别为mmmm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，（右旋），若，求齿条6线速度的大小和方向。解：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，求秒针与分针的传动比和分针与时针的传动比。解：为定轴轮系注意各轮转速之间的关系：得到则有5-6 在题5-6图所示液压回转台的传动机构中，已知，液压马达M的转速，回转台H的转速，求齿

10、轮1的齿数（提示：）。解：5-9 在题5-9图所示差动轮系中，已知各轮的齿数，齿轮1的转速为（箭头向上），齿轮3的转速为（箭头向下），求行星架转速的大小和方向。解：在转化轮系中，各轮的转向如图中虚线箭头所示，则有在图中，从给定的条件可知，轮1和轮3的绝对转向相反，已的值为正，的值为负，代入上式中，则有即于是解得其值为正，说明H的转向与轮1的转向相同。5-10 在题5-10图所示机构中，已知，求：（1）当、时，（2）当时，（3）当、时，解：该轮系为一复合（混合）轮系（1）有1、2、3构成定轴轮系，则有即 （2）由3（H）、4、5、6、7构成周转轮系易知 即联立定轴轮系则即当，时，当时，当，时，第

11、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，机械运转速度不均匀系数。求：（1）驱动力矩的数值；（2）安装在主轴上的飞轮转动惯量。解：（1）按一个周期中（一运动循环）阻力矩和驱动力矩做功相等，有（2）分三个区间第一区间盈功：第二区间亏功：第三区间盈功：画出能量指示图：则最大盈亏功为：则飞轮的转动惯量为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范围内

12、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。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），阻力矩变化如题7-5图所示，若忽略其他构件的转动惯量，求在，状态下飞轮的转动惯量。解：用平均角速度处理两时间段的转角 ： ： 则在00.1s之间则在0.10.9s之间则最大盈亏功为由可得第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倍？解：离心力为：离心力与重力之比为：8-4 如图所示盘形回转

13、件，经静平衡试验得知，其不平衡质径积等于，方向沿。由于结构限制，不允许在与相反方向上加平衡质量，只允许在和方向各加一个质径积来进行平衡。求和的数值。解：依题意可得：于是可解得：8-5 如图所示盘形回转件上有4个偏置质量，已知，设所有不平衡质量分布在同一回转面内，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：于是不平衡质径积的向量和为：即应在图示反方向的方位加上质径积，回转件才能达到平衡。第10章 连接10-4 解：设螺旋副的升角为，当量摩擦角为，当量摩擦系数用表示则 已知 ，则， （1）工作台上升的效率为（2）稳定上升时加于螺杆上的力矩为（3）螺杆的导程为则

14、可得螺杆的转速为：螺杆所需的功率为：（4）工作台在作用下等速下降，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：10-7 解：查表10-1，M20螺栓的小径为由题意知，因F作用而在轴上产生的摩擦力矩应与W作用而在轴上产生的力矩平衡，即有则 则每个螺栓所受的轴向力为螺栓的力学性能等级为4.8级，查表10-5，查表10-7，则 代入试（10-12）有则 10-10 解：（参考）暂取螺柱个数为12，性能等级为5.8级（已知）查表10-5 查表10-7 取残余预紧力则 取M16的螺柱（其）螺柱的分布圆直径为取则螺柱间距为：所以，选择正确。10-14 解：选择平键连接，由图中所示轴孔直径可知，与之相装配的轴径也为，结合轮毂长度尺寸84，可由表10-9查得需要选择的键为：键1680 GB/T 1096-2003同时可查得键的厚度尺寸 然后根据题10-8中传递的转矩，利用公式（10-26）及表10-10进行验算强度即可第11章 齿轮传动11-1 解：利用题中给定的条件可推导出：11-4 解：本题为设计计算题，按照例题的步骤进行计算即可。11-6 解：（1） ； （2） ；（3） ；（4）11-7解：11-9解：要使中间轴上两轴向力相互抵消，则应有：且知轮2和轮3所传递的转矩相等，设都为T，则即