新版《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》課后習(xí)題參考答案

1、機(jī) 械 設(shè) 計(jì) 基 礎(chǔ)習(xí)題參考答案機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程組編武漢科技大學(xué)機(jī)械自動(dòng)化學(xué)院第2章 平面機(jī)構(gòu)的自由度和速度分析2-1畫運(yùn)動(dòng)簡圖。 2-2 圖2-38所示為一簡易沖床的初擬設(shè)計(jì)方案。設(shè)計(jì)者的思路是：動(dòng)力由齒輪1輸入，使軸A連續(xù)回轉(zhuǎn)；而固裝在軸A上的凸輪2與杠桿3組成的凸輪機(jī)構(gòu)將使沖頭4上下運(yùn)動(dòng)以達(dá)到?jīng)_壓的目的。試?yán)L出其機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖，分析其運(yùn)動(dòng)是否確定，并提出修改措施。 解答：原機(jī)構(gòu)自由度F=3´3- 2 ´4-1 = 0，不合理 ， 改為以下幾種結(jié)構(gòu)均可： 2-3 試計(jì)算圖2-42所示凸輪連桿組合機(jī)構(gòu)的自由度。解答：a) n=7; Pl=9; Ph=2，F(xiàn)=3´

2、7-2 ´9-2 =1 L處存在局部自由度，D處存在虛約束 b) n=5; Pl=6; Ph=2，F(xiàn)=3´5-2 ´6-2 =1 E、B處存在局部自由度，F(xiàn)、C處存在虛約束2-4 試計(jì)算圖2-43所示齒輪連桿組合機(jī)構(gòu)的自由度。 解答：a) n=4; Pl=5; Ph=1，F(xiàn)=3´4-2 ´5-1=1 A處存在復(fù)合鉸鏈 b) n=6; Pl=7; Ph=3，F(xiàn)=3´6-2 ´7-3=1 B、C、D處存在復(fù)合鉸鏈2-5 先計(jì)算如圖所示平面機(jī)構(gòu)的自由度。并指出圖中的復(fù)合鉸鏈、局部自由度和虛約束。 解答： a) n=7; Pl=10

3、; Ph=0，F(xiàn)=3´7-2 ´10 = 1 C處存在復(fù)合鉸鏈。b) n=7; Pl=10; Ph=0，F(xiàn)=3´7-2 ´10 = 1 c) n=3; Pl=3; Ph=2，F(xiàn)=3´3 -2 ´3-2 = 1 D處存在局部自由度。d) n=4; Pl=5; Ph=1，F(xiàn)=3´4 -2 ´5-1 = 1 e) n=6; Pl=8; Ph=1，F(xiàn)=3´6 -2 ´8-1 = 1 B處存在局部自由度，G、G'處存在虛約束。f) n=9; Pl=12; Ph=2，F(xiàn)=3´9 -2 &#

4、180;12-2 = 1 C處存在局部自由度，I處存在復(fù)合鉸鏈。 2-6計(jì)算自由度F=3*9-2*12=3F=3*4-2*4-2=22-7判斷是否具有確定運(yùn)動(dòng)。F=3*5-2*7=1，有確定運(yùn)動(dòng)F=3*5-2*7=1，有兩個(gè)主動(dòng)見，無確定運(yùn)動(dòng)第3章 平面連桿機(jī)構(gòu)3-2 舉出至少3個(gè)基本型式的平面四桿機(jī)構(gòu)應(yīng)用實(shí)例，并畫出機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖。解：此題須畫出機(jī)構(gòu)簡圖，標(biāo)出各鉸鏈點(diǎn)及原動(dòng)件，具體答案根據(jù)實(shí)際情況。3-3題3-3圖所示鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，已知 BC=100mm， CD=70mm， AD=60mm，AD為機(jī)架。試問：（1）若此機(jī)構(gòu)為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，且AB為曲柄，求AB的最大值；（2）若此機(jī)構(gòu)為雙曲柄機(jī)

5、構(gòu)，求AB最小值；（3）若此機(jī)構(gòu)為雙搖桿機(jī)構(gòu)，求AB的取值范圍。（1）AB30mm（2）AB90mm（3）AB(30,90)(110,230)解：（1）根據(jù)題意：AB為最短桿，且滿足桿長之和條件，即：AB+ BCCD+ AD，得：AB30mm，AB桿最大值為30 mm。（2）若此機(jī)構(gòu)為雙曲柄機(jī)構(gòu)，那么AD一定為最短桿，即： AD+ BCCD+ AB，得：AB90mm，AB桿最小值為90 mm。（3）若此機(jī)構(gòu)為雙搖桿機(jī)構(gòu)，則可判定該機(jī)構(gòu)不滿足桿長之和條件， 分三種情況討論，其一：AB是最短桿，則有：AB+ BCCD+ AD，得：60AB30；其二：AB不是最短桿也不是最長桿，則AD為最短桿，有：

6、AD+ BCAB+ CD，得：90AB60；其三：AB是最長桿，則有：AD+ ABBC+ CD，得：AB110，又為了滿足該機(jī)構(gòu)能成為一個(gè)四桿機(jī)構(gòu)，需保證：ABBC+ CD+ AD=230，即230AB110。綜上所述，AB的取值范圍為：AB(30,90)(110,230)。3-4解：傳動(dòng)角，傳動(dòng)角+壓力角=90°，故壓力角：，極位夾角，。3-5解：（1）曲柄搖桿機(jī)構(gòu)；（2）雙曲柄機(jī)構(gòu)；（3）雙搖桿機(jī)構(gòu)。3-7 如題3-7圖所示的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)：（1）曲柄為主動(dòng)件，滑塊朝右運(yùn)動(dòng)為工作行程，試確定曲柄的合理轉(zhuǎn)向，并簡述其理由；（2）當(dāng)曲柄為主動(dòng)件時(shí)，畫出極位夾角q，最小傳動(dòng)角g min。

7、BBB1B2ABC（3）設(shè)滑塊為主動(dòng)件，試用作圖法確定該機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置；解：（1）曲柄應(yīng)為順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，理由可從兩方面說明：順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，則在工作行程中，機(jī)構(gòu)的壓力角比較小，傳力特性好；順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，機(jī)構(gòu)工作行程速度慢，回行程速度快，具有急回特性。（2）極位夾角如圖角；當(dāng)曲柄AB位于最上方B處有工作行程最小傳動(dòng)角g min；當(dāng)曲柄AB位于最下方B處有回行程最小傳動(dòng)角g min。（3）滑塊為主動(dòng)件，機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置在曲柄與連桿共線的B1 和B2 兩個(gè)位置處。第4章 凸輪機(jī)構(gòu)4-8在題4-8圖所示的對(duì)心直動(dòng)滾子從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)中，凸輪的實(shí)際廓線為一圓，圓心在點(diǎn)A，半徑R=40 mm，凸輪繞軸心O逆時(shí)針方

8、向轉(zhuǎn)動(dòng)，LOA=25 mm，滾子半徑為10 mm，試求：凸輪的理論廓線；凸輪的基圓半徑；從動(dòng)件行程；圖示位置的壓力角。解：（1）理論廓線：在實(shí)際廓線上畫一系列滾子圓，連接圓心而成。（2）凸輪的基圓半徑指理論廓線的最小向徑：r0=40-25+10=25 mm。（3）從動(dòng)件行程最大向徑減去最小向徑：h=40+25-15=50 mm。（4）壓力角如圖所示。4-13畫出題4-13圖所示凸輪機(jī)構(gòu)中凸輪基圓,在圖上標(biāo)出凸輪由圖示位置轉(zhuǎn)過60°角時(shí)從動(dòng)件的位移和凸輪的壓力角。解：（a）對(duì)心直動(dòng)滾子從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)：從動(dòng)件上升，位移如圖中h所示；壓力角如圖所示；（b）對(duì)心直動(dòng)平底從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)

9、：從動(dòng)件下降，位移如圖中h所示；壓力角=0°；（c）擺動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)：從動(dòng)件與機(jī)架之間的夾角減小，角位移為：01；壓力角如圖所示。=0°10vFhhFvF 第5章 齒輪機(jī)構(gòu)5-1已知一對(duì)外嚙合正常齒制標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪在標(biāo)準(zhǔn)中心距下傳動(dòng)，傳動(dòng)比i12=3.6，模數(shù)m=6mm，壓力角=20°，中心距a=345 mm，試分別求出小齒輪的齒數(shù)z1，分度圓直徑d1、基圓直徑db1、齒厚s和齒槽寬e。解：，代入數(shù)據(jù)可得：z1=25 ，5-4 當(dāng)漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪的基圓和齒根圓重合時(shí)，其齒數(shù)應(yīng)為多少？又當(dāng)齒數(shù)大于以上求得的齒數(shù)時(shí)，基圓與齒根圓哪個(gè)大？解：當(dāng)基圓與齒根圓

10、重合時(shí)，由可得： 得 若可導(dǎo)出：，即，齒根圓大于基圓。5-8 設(shè)有一對(duì)外嚙合圓柱齒輪，已知：mn=2 mm，齒數(shù)z1=21，z2 =22，中心距a=45mm，現(xiàn)不用變位齒輪而用斜齒輪來湊中心距，試問螺旋角應(yīng)為多少？解：斜齒輪中心距 所以 故5-10 試設(shè)計(jì)一對(duì)外嚙合圓柱齒輪，已知z1=21，z2=32，mn=2mm，實(shí)際中心距為55mm，試問：（1）該對(duì)齒輪能否采用標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)？（2）若采用標(biāo)準(zhǔn)斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)來滿足中心距要求，其分度圓螺旋角b、分度圓直徑d1、d2和節(jié)圓直徑d1、d2各為若干？解：（1）不能。若采用標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)，其中心距，與所給實(shí)際中心距不相等。（2）斜齒輪中

11、心距，所以 故 分度圓直徑為：， 標(biāo)準(zhǔn)斜齒齒輪傳動(dòng)，未采用變位，其節(jié)圓與分度圓重合，故：，。第6章齒輪系6-7在題6-7圖所示輪系中，已知齒輪1轉(zhuǎn)向如圖所示，n1= 405 r/min。各輪齒數(shù)為：z1=20，z2=z3=z5=30，z4=z6=60，試求：(1) 傳動(dòng)比；(2) 齒輪6的轉(zhuǎn)速n6的大小及轉(zhuǎn)動(dòng)方向。解：(1) 此為定軸輪系，先判定方向，首末兩輪轉(zhuǎn)向相反， 傳動(dòng)比為： （2）6-9在題6-9圖所示的一手搖提升裝置中，已知各輪齒數(shù)，試求傳動(dòng)比i15，并指出提升重物時(shí)手柄的轉(zhuǎn)向。解：此為定軸輪系，先判定方向，提升重物時(shí)，齒輪5逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)；蝸輪4順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，在嚙合點(diǎn)處受力與速度向上，則

12、蝸桿在嚙合點(diǎn)處受力向下，又蝸桿右旋，對(duì)蝸桿用右手定則，判定其轉(zhuǎn)動(dòng)方向?yàn)橛捎抑赶蜃?；錐齒輪2'方向向上；最后得出齒輪1方向向上。傳動(dòng)比6-10題6-10圖(a)、(b)分別為兩個(gè)不同結(jié)構(gòu)的錐齒輪周轉(zhuǎn)輪系，已知z1=20，z2=24，=30，z3=40，n1=200 r/min，n3=-100 r/min。試求兩輪系中行星架H的轉(zhuǎn)速nH的大小和方向。解：(a) ，代入已知數(shù)據(jù)得：；(b) ，代入已知數(shù)據(jù)得：。6-11在題6-11圖所示的手動(dòng)葫蘆中，A為手動(dòng)鏈輪，B為起重鏈輪。已知z1=12，z2=28，=14，z3=54，求傳動(dòng)比iAB。解：齒輪1與手動(dòng)鏈輪A相連，系桿H與起重鏈輪B相連，

13、求傳動(dòng)比iAB即為求i1H。掛鉤不動(dòng)，可看作機(jī)架。此為周轉(zhuǎn)輪系中的行星輪系（中心輪3固定），其轉(zhuǎn)化輪系的傳動(dòng)比為：將代入得：iAB=i1H =10。6-12在圖6-12所示的電動(dòng)三爪自定心卡盤傳動(dòng)輪系中，設(shè)已知各輪的齒數(shù)為, ，試求傳動(dòng)比。解：該輪系為3K-H型周轉(zhuǎn)輪系，固定系桿H，轉(zhuǎn)化為定軸輪系。 對(duì)1-2-3-H可得： 對(duì)3-2-2'-4-H可得： 所以 輪1與輪4 轉(zhuǎn)向相反。注：此題有多種解法，請(qǐng)思考。第9章 連接9-1解: 由教材表9-1、表9-2查得 ，粗牙，螺距，中徑 螺紋升角 ，細(xì)牙，螺距 ，中徑螺紋升角對(duì)于相同公稱直徑的粗牙螺紋和細(xì)牙螺紋，細(xì)牙螺紋的升角較小，更易實(shí)現(xiàn)自

14、鎖。第10章齒輪傳動(dòng)10-8 如圖所示為二級(jí)斜齒圓柱齒輪減速器，已知主動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速和斜齒輪“4”的螺旋線方向（圖示）。為使得II軸所受的軸向力較小，試分析確定：12I軸（主動(dòng)）II軸43III軸題10-8圖（1）其余斜齒輪的合理螺旋線方向；（2）各齒輪在嚙合點(diǎn)所受各分力的方向。解：根據(jù)I軸的轉(zhuǎn)向，畫出II軸和III軸的轉(zhuǎn)向如圖。Fa3Fr3Ft3（1） 齒輪4為右旋，齒輪3為左旋，對(duì)3用左手定則，判斷其軸向力方向向右，則齒輪2所受的軸向力的方向應(yīng)向左，齒輪1所受的軸向力的方向應(yīng)向右，對(duì)齒輪1用左右手定則判斷出其應(yīng)為右旋，則齒輪2為左旋。如圖所示。Fr1（2）如圖標(biāo)出了齒輪1和齒輪3的受力，包括徑

15、向力、圓周力和軸向力Fa1；齒輪2和齒輪4的受力分別與1、3各力成反力， 大小相等，方向相反，圖Ft1中簡化未標(biāo)出。（自己補(bǔ)上）10-9 一直齒圓錐齒輪斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)如圖所示。已知主動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速，為使得II軸所受的軸向力較小，試分析確定：（1）斜齒輪的合理螺旋線方向；（2）各齒輪在嚙合點(diǎn)所受各分力的方向。34I軸（主動(dòng)）III軸II軸12題10-9圖解：（1）根據(jù)I軸的轉(zhuǎn)向，畫出II軸和III軸的轉(zhuǎn)向如圖。錐齒輪2所受的軸向力的方向向左(由小端指向大端)，則斜齒輪3所受的軸向力的方向應(yīng)向右，對(duì)齒輪3用左右手定則判斷出其應(yīng)為右旋，則齒輪4為左旋。如圖所示。Fa3Ft3Fr3Ft1Fa2Fr2

16、Fr1Fa1（2）如圖標(biāo)出了齒輪1、齒輪2和齒輪3的受力，齒輪4各力與3成反力，圖中簡化未標(biāo)出。Ft2第11章 蝸桿傳動(dòng)11-4 題11-4圖所示為某手動(dòng)簡單起重設(shè)備，按圖示方向轉(zhuǎn)動(dòng)蝸桿，提升重物G。試確定：（1）蝸桿與蝸輪螺旋線方向；（2）蝸桿與蝸輪上作用力的方向；（3）若蝸桿自鎖，反轉(zhuǎn)手柄使重物下降，求蝸輪上作用力方向的變化。解：（1）重物上升，即蝸輪2為順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，即2所受到的圓周力的方向向右，則蝸桿1所受的軸向力的方向應(yīng)向左，對(duì)蝸桿1用左右手定則判斷出其應(yīng)為右旋，則蝸輪2也為右旋。（2）蝸桿與蝸輪上作用力的方向如圖所示。（3）若蝸桿自鎖，反轉(zhuǎn)手柄使重物下降，蝸輪上的作用力：徑向力方向不

17、變，圓周力和軸向力方向與原來相反。Fr2Ft1Fa2Fr1Fa1Ft211-5 如題11-5圖所示為蝸桿傳動(dòng)和錐齒輪傳動(dòng)的組合，已知輸出軸上的錐齒輪4的轉(zhuǎn)向，（1）欲使軸所受軸向力互相抵消一部分，試確定蝸桿傳動(dòng)的螺旋線方向和蝸桿的轉(zhuǎn)向；（2）各輪嚙合點(diǎn)處所受作用力的方向。解：（1）根據(jù)III軸的轉(zhuǎn)向，畫出II軸的轉(zhuǎn)向如圖。錐齒輪3所受的軸向力的方向向左(由小端指向大端)，則蝸輪2所受的軸向力的方向應(yīng)向右，即蝸桿1所受的圓周力方向向左，根據(jù)主反從同，則蝸桿1應(yīng)為逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)；又根據(jù)蝸輪2的轉(zhuǎn)動(dòng)方向知蝸輪2的圓周力方向向內(nèi)，則蝸桿1的軸向力方向向外，對(duì)蝸桿1用左右手定則判斷出其應(yīng)為右旋，則蝸輪3也為

18、右旋。I（2）如圖標(biāo)出了蝸桿1和錐齒輪3的受力，其余齒輪受力簡化未標(biāo)出，自己補(bǔ)上。Fa1Ft1Fr1Ft3Fa3Fr3題11-5圖第12章 帶傳動(dòng)12-1帶傳動(dòng)中的彈性滑動(dòng)與打滑有何區(qū)別？對(duì)傳動(dòng)有何影響？影響打滑的因素有哪些？如何避免打滑？解: 彈性滑動(dòng)是由于帶的彈性變形和拉力差而引起的帶與帶輪之間的局部滑動(dòng)；打滑是因?yàn)檫^載引起的帶與帶輪之間的整體滑動(dòng)。彈性滑動(dòng)是帶傳動(dòng)中不可避免的固有現(xiàn)象，而打滑是帶傳動(dòng)的一種失效形式，是應(yīng)當(dāng)避免，也可以避免的。影響打滑的因素包括：帶和帶輪間的摩擦系數(shù)、包角、初拉力、帶的類型等，增大摩擦系數(shù)、包角、初拉力，選用V帶代替平帶等，可以避免打滑。12-2 V帶傳動(dòng)為

19、什么比平帶傳動(dòng)承載能力大？解: V帶截面形狀為梯形，兩側(cè)面為工作面，靠帶的兩側(cè)面與輪槽側(cè)面壓緊產(chǎn)生摩擦力。與平帶傳動(dòng)比較，當(dāng)帶對(duì)帶輪的壓力相同時(shí)，V帶傳動(dòng)的當(dāng)量摩擦系數(shù)大，因此產(chǎn)生的摩擦力大，故其承載能力更大。12-3 傳動(dòng)帶工作時(shí)有哪些應(yīng)力？這些應(yīng)力是如何分布的？最大應(yīng)力點(diǎn)在何處？解: 帶工作時(shí)，帶中應(yīng)力由三部分組成：（1）由緊邊和松邊拉力產(chǎn)生的拉應(yīng)力，分別分布在帶的緊邊和松邊；（2）由離心力產(chǎn)生的離心拉應(yīng)力，離心力只發(fā)生在帶作圓周運(yùn)動(dòng)的部分，但由此引起的拉力卻作用在帶的全長上。（3）彎曲應(yīng)力，彎曲應(yīng)力只產(chǎn)生在帶繞過帶輪的部分。帶的最在應(yīng)力發(fā)生在緊邊開始繞進(jìn)小帶輪處。12-4 帶和帶輪的摩擦

20、系數(shù)、包角以及帶速與有效拉力有何關(guān)系？解:摩擦系數(shù)及包角越大，帶所能傳遞的摩擦力越大，因而有效拉力也越大；帶速越大，則產(chǎn)生的離心力越大，從而降低帶和帶輪間的正壓力，使有效拉力減小。第13章 軸承13-1 說明下列型號(hào)軸承的類型、尺寸系列、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、公差等級(jí)及其適用場(chǎng)合。6005，N209/P6，7207C，30209/P5。解: 6005：深溝球軸承，窄寬度，特輕系列，內(nèi)徑，普通精度等級(jí)（0級(jí)）。主要承受徑向載荷，也可承受一定的軸向載荷；可用于高速傳動(dòng)。 N209/P6：圓柱滾子軸承，窄寬度，輕系列，內(nèi)徑，6級(jí)精度。只能承受徑向載荷，適用于支承剛度大而軸承孔又能保證嚴(yán)格對(duì)中的場(chǎng)合，其徑向尺寸輕

21、緊湊。 7207C：角接觸球軸承，窄寬度，輕系列，內(nèi)徑，接觸角，鋼板沖壓保持架，普通精度等級(jí)。既可承受徑向載荷，又可承受軸向載荷，適用于高速無沖擊, 一般成對(duì)使用，對(duì)稱布置。 30209/P5：圓錐滾子軸承，窄寬度，輕系列，內(nèi)徑，5級(jí)精度。能同時(shí)承受徑向載荷和軸向載荷。適用于剛性大和軸承孔能嚴(yán)格對(duì)中之處，成對(duì)使用，對(duì)稱布置。13-6 根據(jù)工作條件，決定在某傳動(dòng)軸上安裝一對(duì)角接觸球軸承，如題13-6圖所示。已知兩個(gè)軸承的載荷分別為Fr1=1470 N，F(xiàn)r2=2650 N，外加軸向力FA=1000 N，軸頸d=40 mm,轉(zhuǎn)速n=5000 r/min，常溫下運(yùn)轉(zhuǎn)，有中等沖擊，預(yù)期壽命Lh=2000 h，試選擇軸承型號(hào)。解： （ 1）按題意，外加軸向力已接近，暫選的角接觸軸承類型70000AC。 （ 2）軸承為反安裝方式，計(jì)算軸承的軸向載荷 (解圖見13-7) 由教材表 13-9查得，軸承的內(nèi)部派生軸向力 ，方向向左 ，方向向右 因 ，軸系向右運(yùn)動(dòng)。軸承 1被壓