機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)答案

1、機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)作業(yè)答案第一章平面機(jī)構(gòu)的自由度和速度分析1-11-21-31-41-5頁(yè)腳自由度為：F = 3h (2Pl + Ph _P)_F = 3x7-(2x9 + l-0)-l= 21-19-1=1或：F = 3n-2PL-PH=3x62x81=11-6自由度為F = 3h (2P(+Ph P) F = 3x9-(2xl2 + l-0)-l=1或：F = 3n-2PL-PH= 3x8-2x11-1= 24-22-1=11-10頁(yè)腳自由度為：F = 3n-(2PL+PH-P)-F= 3xl0-(2xl4+lx2-2)-l= 30-28-1=1或：F = 3n-2PL-PH= 3x9-2x12

2、-1x2= 27-24-2=11-11F = 3n-2PL-PH=3x4-2x4-2=21-13：求出題1-13圖導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的全部瞬心和構(gòu)件1、3的角速度比。頁(yè)腳3 3 片-乞61-14：求出題1-14圖正切機(jī)構(gòu)的全部瞬心。設(shè)=10md/s,求構(gòu)件3的速度匕。v3 = vpl3 =片4 片31 = x 200 = 2000mm/s1-15：題1-15圖所示為摩擦行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，設(shè)行星輪2與構(gòu)件1、4保持純滾動(dòng)接觸，試 用瞬心法求輪1與輪2的角速度比COjCO1(.構(gòu)件1、2的瞬心為P12P Pu分別為構(gòu)件2與構(gòu)件1相對(duì)于機(jī)架的絕對(duì)瞬心頁(yè)腳1-16：題1-16圖所示曲柄滑塊機(jī)構(gòu),已知:lAH=100

3、mm/s , lBC=25Qmm/s9=10md/求機(jī)構(gòu)全部瞬心、滑塊速度”,和連桿角速度Q? 在三角形ABC中,m ii sin 45 sin ZBCAfyJ”smZBCA = , cosZBCA = -一55Ml _網(wǎng) siii ZABC sin 45 v3 = vpl3 = 人 = 10x/q tanZCA 心916.565伽/$|人4片2 = 2 124121比A|looxio “ ”12412 |V2|AC| 100 1-17：題1-17圖所示平底擺動(dòng)從動(dòng)件凸輪1為半徑r = 20的圓盤(pán)，圓盤(pán)中心C與凸輪回 轉(zhuǎn)中心的距離lAC = 15mm , IAB = 90mm , =10md/

4、s,求0 = 0和& = 180時(shí)，從動(dòng)件角速度j的數(shù)值和方向。0=0 時(shí)頁(yè)腳2B3如片2人3=今|片2馬3-円悶鼎/S方向如圖中所示當(dāng)& = 180時(shí)=15x1090+15q 1 A3rad / s方向如圖中所示頁(yè)腳第二章平面連桿機(jī)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(jī)構(gòu)是曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、雙曲柄機(jī)構(gòu)還是 雙搖桿機(jī)構(gòu)。（1）雙曲柄機(jī)構(gòu)（2）曲柄搖桿機(jī)構(gòu)（3）雙搖桿機(jī)構(gòu)（4）雙搖桿機(jī)構(gòu)2-3畫(huà)出題2-3圖所示各機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角和壓力角。圖中標(biāo)注箭頭的構(gòu)件為原動(dòng)件。頁(yè)腳2-4已知某曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的曲柄勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，極位夾角0為30,搖桿工作行程需時(shí)7s。試問(wèn):（1）搖桿空回程需時(shí)幾秒？ （2）

5、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 = 210則空回程曲柄的轉(zhuǎn)角卩=150搖桿工作行程用時(shí)則可得到空回程需時(shí)：150.f * =o = 5s-（210/7）（2）由前計(jì)算可知，曲柄每轉(zhuǎn)一周需時(shí)12s,則曲柄每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)為60 n =122-5設(shè)計(jì)一腳踏軋棉機(jī)的曲柄搖桿機(jī)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ICD = 500 mm JAD= 1000 mm. （1）試用圖解法求曲柄AB和連桿BC的長(zhǎng)度；（2） 用式（2-6）和式（2-6）計(jì)算此機(jī)構(gòu)的最小傳動(dòng)角。頁(yè)腳解:以踏板為主動(dòng)件，所以最小傳動(dòng)角為0度。曲柄長(zhǎng)77.85 連桿長(zhǎng)11

6、15.32-6設(shè)計(jì)一曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。已知搖桿長(zhǎng)度1.= 100mm,擺角0 = 30,搖桿的行程速比變化系數(shù)K = l2。(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(jī)構(gòu)最小傳動(dòng)角人山(若人g35,則應(yīng)另選鐵鏈A的位置，重新設(shè)計(jì))。解：由K二1.2可得極位夾角K A 9 = -180 = 180 =16.364K + 12.2頁(yè)腳91=01廠i2-8設(shè)計(jì)一擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。已知機(jī)架長(zhǎng)度/4 = 100nun ,行程速度變化系數(shù)K = 14,求曲柄長(zhǎng)度。解：由K二14可得極位夾角K 一1 0 46 = 180 =180 =302-10設(shè)計(jì)一較鏈四桿機(jī)構(gòu)作為加熱爐爐門(mén)的起閉機(jī)

7、構(gòu)。已知爐門(mén)上兩活動(dòng)較鏈的中心距為 50mm,爐門(mén)打開(kāi)后成水平位置時(shí)，要求爐門(mén)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(jī)構(gòu)其余三桿的長(zhǎng)度。比例2： 1AB長(zhǎng) 67.341EC長(zhǎng) 50riz.0884D長(zhǎng) 95.742頁(yè)腳2-12己知某操縱裝置采用鐵鏈四桿機(jī)構(gòu)。要求兩連架桿的對(duì)應(yīng)位置如題2-12圖所示，0=45, 0=521(F； 0=90,=8210|；=135,=11210,；機(jī)架長(zhǎng)度厶q = SOnmi，試用解析法求其余三桿長(zhǎng)度。解：由書(shū)35頁(yè)圖2-31可建立如卞方程組: 卩 1 COS0 + C cos5 = /4 +

8、/3 cos肖h sm(p + l2 sin5 = /3 sin%消去各，并整理可得：COS0 =令:(3)(1)(2)2仏于是町得到COS0= 4+4 COS0 + 片 COS(0 0)分別把兩連架桿的三個(gè)對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)角帶入上式，可得到關(guān)于P】、P?、P3由三個(gè)方程組成的方 程組?？山獾茫?-0.7333P2 =1.48447乙=0.20233仃=50,再由(1)、(2)、(3),可解得:A = 24.700/nmv /2 = 62.887mm厶=36667加加頁(yè)腳從動(dòng)件的行程：A = 30050100150s (nun)02.0127.9930（2）回程：宀紐+ C唏(,)回程角：0=120理論

9、輪廓線04080120s (mm)3027.992.010從動(dòng)件的位移方程: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，繪制包絡(luò)線，就得到凸 輪的實(shí)際輪廓曲線（略）比例1: 1注：題3-6、37依次按上述步驟進(jìn)行作圖即可，不同的是：3-6為一擺動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸 輪機(jī)構(gòu)，37為一平底直動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)。頁(yè)腳第四章齒輪機(jī)構(gòu)4-1已知一對(duì)外嚙合正常齒制標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪m = 3mm, = 19 , z2 = 41 ,試計(jì)算這 對(duì)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(xiàng)目及計(jì)算公式齒輪1齒輪2分度圓直徑d = mz57

10、123齒頂高h(yuǎn)a = h：m (町=1)33齒跟高h(yuǎn)f = h； m ( h； =1.25 )3.753.75頂隙c = cm ( c* = 0.25 )0.750.75中心距a = (inzi + 陀 J/290齒頂圓直徑d“ = d + 2ha63129齒跟圓直徑d j- = d 2hf49.5115.5基圓直徑dh = dcQsa ( a = 20)53.5625115.5822齒距p 70)19.42齒厚s = p/24.71齒槽寬e = p/24.714-2己知一對(duì)外嚙合標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪的標(biāo)準(zhǔn)中心距a = l60mm9齒數(shù)石=20 , = 60 , 求模數(shù)和分度圓直徑。解：由a =+

11、/t?z2)/2可得2a2x160320 ”rn = 4召 + 20 + 6080則其分度圓直徑分別為d、= mzl = 4 x 20 = 80勸d2 = tnz2 = 4x 60 = 240”4-3己知一正常齒制標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪的齒數(shù)z = 25,齒頂圓直徑血=135曲，求該輪的頁(yè)腳模數(shù)。解：da=d + 2ha = mz + 2h：m = m（z + 2h：）正常齒制標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪：町=1則有da 135135 一m =r =皿巾Z + 2ha 25 + 2274-4已知一正常齒制標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪& = 20,加=試分別求出分度圓、基圓、齒頂圓上漸開(kāi)線的曲率半徑和壓力角。mz 5x40解

12、：r =1002 2rh =廣 x cos 20 = 93.969 mmra = r + h：m = 100 + 5 = 105 nun齒頂圓壓力角：rh 93.969 Acos a, = = 0.895乙105=26.499?；鶊A壓力角：COS&b = = 1%, = 0分度圓上齒廓曲率半徑：p = rsiii 20 = 34.2齒頂圓上齒廓曲率半徑：pa = ra sui26.499 = 105 x 0.4462 = 46.85”基圓上齒廓曲率半徑：A = 4-6已知一對(duì)嚙合正常齒制標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪m = 4mm , = 20 ,。= 60 ,試參照?qǐng)D4-lb計(jì)算該對(duì)齒輪的中心距和齒輪的分

13、度圓直徑、齒頂圓直徑和齒跟圓直徑。解：該對(duì)齒輪為嚙合，所以有中心距a = mz2 -z1)/2 = 4x(60- 20)/2 = 80頁(yè)腳齒輪2為齒輪，所以有d2 = tnz2 = 4x 60 = 240 m/;?血=d240_2x4 = 240_8 = 232mdf2 = d2 + 2h=240 + 2x(1.25 x4) = 240 + 2x5 = 250mm解：4-10試與標(biāo)準(zhǔn)齒輪相比較，說(shuō)明正變位直齒圓柱齒輪的下列參數(shù)：7、a、刃、d、d、不變的參數(shù)m、a、d、d b變化增大刃、d、$、s才、d f減小s、Sf、叫、d/、仇,哪些不變？哪些起了變化？變大還是變??？4-11已知一對(duì)正常齒

14、漸開(kāi)線標(biāo)準(zhǔn)斜齒圓柱齒輪g = 250m,= 23 , o=98,j=4加加，試計(jì)算其螺旋角、端面模數(shù)、分度圓直徑和齒跟圓直徑。解：對(duì)外嚙合的斜齒輪中心距為代入己知參數(shù)可得242cos fl =0.968250所以 0 = 14.5337m端面模數(shù)耳=4.1322 mm COS0分度圓直徑分別為7心=“召=- = 95.0413 mmCOS0ivi 7d、= m7.=丄蘭= 404.9587 nun COS0齒頂圓直徑分別為dai = d + 2ha = / + 2叫=103.0413 mm頁(yè)腳頁(yè)腳cl =+ 2忙=dr + 2j = 412.9587 imnCi/齒跟圓直徑分別為dfi = -

15、2hf = d、-2.5mn = 85.0413 imnd廠= 2h=d、一2.5mn = 394.9587 mm第五章輪系5-1在題5-1圖所示雙級(jí)蝸輪傳動(dòng)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 圖所示輪系中，已知石=15 , % = 25 , z2. = 15 ,= 30 , = 15 ,乙=30 ,Z$=2 (右旋),z5 = 60 , z5. = 20(m = 4mm),若=500r/niii ,求齒條 6 線速度的人小和方向。解：心旦=心忑“52憶2&3&425x30x30x6015x15x15x2= 200JL=500 =

16、25r/mii200 200頁(yè)腳2龍 x255/r 7t . tcov =rad / s60 60 122少20 “0如2v6 = co, x r, = 40x 一 lO.Snvn/s6 5 5 12 方向?yàn)樗较蛴摇?-3在題5-3圖所示鐘表傳動(dòng)示意圖中，E為擒縱輪，N為發(fā)條盤(pán)，S、M、H分別為秒針、分針、時(shí)針。設(shè) = 72 , $ = 12 ,= 64 ,= 8 , = 60 ,= 8 , z7 = 60 ,= 6 ,心=8,僉。=24,= 6 , 12 = 24 ,求秒針與分針的傳動(dòng)比匚耐和分針與時(shí)針的傳動(dòng)解：為定軸輪系注意各輪轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系:n2 =“9 = nM12 =如口7 = “

17、6 =心“3 乙“5 S則有頁(yè)腳5-6在題5-6圖所示液壓回轉(zhuǎn)臺(tái)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中，已知0=15,液壓馬達(dá)M的轉(zhuǎn)速= 12r/nm ,回轉(zhuǎn)臺(tái)H的轉(zhuǎn)速=-1.5r/niii ,求齒輪1的齒數(shù)（提示: g =n2-nH解2 = E =互-nH 0 - nH 1.5 z2 15石=1205-9在題5-9圖所示差動(dòng)輪系中，已知各輪的齒數(shù)=30, o=25, z2. = 20 , 5 = 75, 齒輪1的轉(zhuǎn)速為200r/nini （箭頭向上），齒輪3的轉(zhuǎn)速為50r/nwi （箭頭向下），求行星 架轉(zhuǎn)速，切的大小和方向。解：在轉(zhuǎn)化輪系中，各輪的轉(zhuǎn)向如圖中虛線箭頭所示，則有嚴(yán) _Z _ 25x75 _ 2513

18、/?3 - nH召材30x208頁(yè)腳在圖中，從給定的條件可知，輪1和輪3的絕對(duì)轉(zhuǎn)向相反，己從的值為正，心的值為 負(fù)，代入上式中，則有200 - nH _25 -50 - nH8即 1600 - 8 =25x50 + 25于是解得350nH =a 10.61 廠/min33其值為正，說(shuō)明H的轉(zhuǎn)向與輪1的轉(zhuǎn)向相同。5J0在題50圖所示機(jī)構(gòu)中，己知5=17, 0=20,= 85 , z4 = 18 , = 24 ,Z6 = 21 9 z7 = 63 ,求:/?4 = 10000 r/mil 時(shí),(1) 當(dāng) 7 ?1 = 10001 r/mill、(2) 當(dāng)心=心時(shí)，nP =?(3) 當(dāng)=10000

19、min、n4 = 10001 r/mill 時(shí)，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8517=5即 3 = y(2)由3 (H)、4、5、6、7構(gòu)成周轉(zhuǎn)輪系易知= nH頁(yè)腳_4-心 _（廳47 ni - nH y18x21即 U4 - “3 = 43 - Ally53 -n4聯(lián)立定軸輪系nA = 5心頁(yè)腳 當(dāng) “1 = 10001 r/niui , n4 = 10000 r/niii 時(shí)，np = 0.25r/niii 當(dāng) “1 = n4 時(shí)，nP = 0 當(dāng)=10000 r/niii , n4 = 10001 r/niui 時(shí)，np = -0.25r

20、/nni第七章機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度波動(dòng)的調(diào)節(jié)7-2在電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)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(dòng)力矩等于常數(shù)，剪床主軸轉(zhuǎn)速為60r/nuii,機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度不均勻系數(shù) 5 = 0.15。求：（1）驅(qū)動(dòng)力矩的數(shù)值；（2）安裝在主軸上的飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。JI /4九32JI2解：（1）按一個(gè)周期中（一運(yùn)動(dòng)循壞）阻力矩和驅(qū)動(dòng)力矩做功相等，有2W r= 200 x 2+1600 x +1 x （200 +1600） x -2424450M= 150+200+ = 350+112.5 = 462.5N m4（2）分三個(gè)區(qū)間第一區(qū)間盈功：九=412.334第二區(qū)間虧功：心=1

21、256.107第三區(qū)間盈功：A3 =844.048畫(huà)出能量指示圖：則最人盈虧功為：Amax=兇 + A5| = |A2| = 1256.107則飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為J =出笄 =212.1174Kg m2*頁(yè)腳7-3為什么本章介紹的飛輪設(shè)計(jì)方法稱為近似方法？試說(shuō)明哪些因素影響飛輪設(shè)計(jì)的精確 性。解：因在本章所討論的飛輪設(shè)計(jì)中，用的是算術(shù)平均值代替的實(shí)際平均值，對(duì)速度不均勻系 數(shù)的選擇也只是在它的容許圍選擇，還有，在計(jì)算時(shí)忽略了其他構(gòu)件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣屋，也忽略了 其他構(gòu)件的動(dòng)能影響。所以是近似計(jì)算。7-5設(shè)某機(jī)組發(fā)動(dòng)機(jī)供給的驅(qū)動(dòng)力矩（即驅(qū)動(dòng)力矩與瞬時(shí)角速度成反比）,CD阻力矩變化如題7-5圖所示，人=O.

22、ls, t2 = 0.95 ,若忽略其他構(gòu)件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，求在孩=134 md /s , ymin = 116 rad/s狀態(tài)下飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。80ATti2t/s解：用平均角速度處理134+116%=- = nrad/s 兩時(shí)間段的轉(zhuǎn)角= 0.15 :=125sdt2 = 0.95 := 112.5md則在00. Is之間九=(M -M ” )(ddt =5 (M -M、)d(p = | 嚳_ 80 ) x 12.5 = -900則在0.10.9s之間九=(M” yodt = f：” (M -M ”)de = (-ojxlOO = -800則最人盈虧功為Aniax= 900由 A max (隘

23、-colJ 可得r 2x900180018002 八“.J =； = = 0.4K* 71342 -116217956-1345645005頁(yè)腳第8章回轉(zhuǎn)件的平衡8-1某汽輪機(jī)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(dāng)該轉(zhuǎn)子以5000r/min的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，其離心力有多人？離心力是它本身重力的幾 倍？解：離心力為： 匸r z5000x2 .F = mrco = mr() = 13 7077.7 8N60離心力與重力之比為：F F 137077 .78G mg 100008-4如圖所示盤(pán)形回轉(zhuǎn)件，經(jīng)靜平衡試驗(yàn)得知，其不平衡質(zhì)徑積7廠等于L5kgm,方向沿OA

24、.由于結(jié)構(gòu)限制，不允許在與刃相反方向上加平衡質(zhì)量，只允許在龍和而方向各加一個(gè)質(zhì)徑積來(lái)進(jìn)行平衡。求tncrc和7。的數(shù)值。解：依題意可得：mcrc cos30 + mDrD cos60 = mr mcrc sin 30 = mDrD siii60于是可解得：W7S+ cos60sni30rncrc=mDrDsiii 60sin 30=1.299 kg m8-5如圖所示盤(pán)形回轉(zhuǎn)件上有4個(gè)偏置質(zhì)量,己知嗎=10kg,叫=14kg，加3 = 16kg,m4 = 10kg , t = 50mm 9 r2 = 100 nun ,= 15mm , r4 = 50mm ,設(shè)所有不平衡質(zhì)量頁(yè)腳分布在同一回轉(zhuǎn)面，

25、問(wèn)應(yīng)在什么方位、加多大的平衡質(zhì)徑積才能達(dá)到平衡?解：各偏心質(zhì)量產(chǎn)生的質(zhì)徑積分別為:7“ = 10 x 50 = 500 kg mmm2r2 = 14x 100 = 1400 kg nun/h3/*3 = 16x75 = 1200 kg mmm4r4 = 10 x 50 = 500 kg-mm于是不平衡質(zhì)徑積的向量和為：mhrh = J 70()2 +900, = 1140kg mm = 1.14kg m7O = arctg- = 37.S75即應(yīng)在圖示反方向的方位加上質(zhì)徑積1140kg加回轉(zhuǎn)件才能達(dá)到平衡。頁(yè)腳第10章連接10-4解：設(shè)螺旋副的升角為0，當(dāng)量摩擦角為“，當(dāng)量摩擦系數(shù)用廣表示np

26、 4x10 八 1/ = - = = 0.1967id2 6則 0 = 11.083己知 廣=0.1,則 廣=0.1,5.7106。（1）工作臺(tái)上升的效率為“2打=g-0.64944 -64.9%娥(0 +，)（2）穩(wěn)定上升時(shí)加于螺桿上的力矩為1丁 T = Fa 空f(shuō)g + p) = 100xl03 x xl0_3rgl6.7936 = 980.85N2（3）螺桿的導(dǎo)程為S = np = 40并則可得螺桿的轉(zhuǎn)速為:800 ” / .n = 20r/nini40螺桿所需的功率為：u t non oc 20x2%980.85x2/a mu/P = T(p = 980.85 x= 3269x 2龍=2.0% W60（4）工作臺(tái)在化作用卞等速下降，因該螺旋副不具有自鎖性，所以需要制動(dòng)裝置。加于螺桿上的制動(dòng)力矩為:r= Fa 學(xué)fg(0-pv) = lOOxlO3 Xyxl0_3r(l 1.083。-5.7106) = 305.636N m 10-7解：查表10-1,