機械原理課后全部習題

機械原理課后所有習題答案目錄112338415519626832939第一章緒論一、增補題1、復習思慮題1)、機器應擁有什么特點？機器往常由哪三部分構成？各部分的功能是什么？2）、機器與機構有什么異同點？3）、什么叫構件？什么叫部件？什么叫通用部件和專用部件？試各舉二個實例。4）、設計機器時應知足哪些基本要求？試選用一臺機器，剖析設計時應知足的基本要求。2、填空題1)、機器或機構，都是由組合而成的。2）、機器或機構的之間，擁有確立的相對運動。3）、機器能夠用來人的勞動，達成實用的。4）、構成機構、而且相互間能作的物體，叫做構件。5）、從運動的角度看，機構的主要功用在于運動或運動的形式。6）、構件是機器的單元。部件是機器的單元。7）、機器的工作部分須達成機器的動作，且處于整個傳動的。8）、機器的傳動部分是把原動部分的運動和功率傳達給工作部分的。9）、構件之間擁有的相對運動，并能達成的機械功或?qū)崿F(xiàn)能量變換的的組合，叫機器。3、判斷題1)、構件都是可動的。（）2）、機器的傳動部分都是機構。（）3）、相互之間能作相對運動的物品是構件。（）4）、只從運動方面講，機構是擁有確立相對運動構件的組合。（）5）、機構的作用，不過傳達或變換運動的形式。（）6）、機器是構件之間擁有確立的相對運動，并能達成實用的機械功或?qū)崿F(xiàn)能量變換的構件的組合。（）7）、機構中的主動件和被動件，都是構件。（）填空題答案1）、構件傳達變換9）、確立實用

2）、構件6）、運動構件

3）、取代制造

機械功7）、預約

4）、相對運動5）、終端8）、中間環(huán)節(jié)判斷題答案1）、√2）、√3）、√4）、√5）、×6）、√7）、√第二章機構的構造剖析2-7是試指出圖2-26中直接接觸的構件所構成的運動副的名稱。解：a)平面高副b)空間低副c)平面高副2-8將圖2-27中機構的構造圖繪制成機構運動簡圖，標出原動件和機架，并計算其自由度。解：b)n=3，PL=4，PH=0，F(xiàn)=3×3-2×4=1c)n=3，PL=4，PH=0，F(xiàn)=3×3-2×4=12-9試判斷圖2-28中所示各“機構”可否成為機構，并說明原因。解：a)n4PL6PH0F34260不是機構改正后的機構b)n3PL4PH1F34260不是機構改正后的機構c)n2PL3PH0F32230不是機構改正后的機構d)n10PL14PH0F3102142是機構2-10計算圖2-29中所示各機構的自由度，并指出此中能否含有復合鉸鏈、局部自由度或虛拘束，說明計算自由度應作何辦理。解：a)n=5，PL=7，有復合鉸鏈：構件3和構件5;構件3和構件1;F=3n-2PL=3×5－2×7=1b)n=6，PL=8，PH=1，有局部自由度，有虛拘束F=3n-2PL-PH=3x6-2x8-1=1d)有虛拘束，有復合鉸鏈n=5，PL=7，PH=0，F(xiàn)=3n-2PL-PH=3×5-2×7-0=1e)有對稱虛拘束n=5，PL=7F=3n-2PL=1f)有對稱虛拘束n=3，PL=3，PH=2F=3n-2PL-PH=1g)n=2，PL=2，PH=1，n=3，PL=4有虛拘束h)有對稱虛拘束，n=3，PL=4F=3n-2PL=3×3-2×4=1或許：n=4，PL=5PH=1，F(xiàn)=3n-2PL-PH=3×4-2×5-1=12-12計算圖2-30所示各機構的自由度，并在高副低代后，剖析構成這些機構的基本桿組即桿組的級別。解：a)n=4，PL=5，PH=1F=3n-2PL-PH=1因此此機構為III級機構b)n=3，PL=3，PH=2F=3n-2PL-PH=1n=4，PL=4，PH=3F=3n-2PL-PH=1d)n=6，PL=8，PH=1F=3n-2PL-PH=1因此此機構為III級機構2-13說明圖2-32所示的各機構的構成原理，并鑒別機構的級別和所含桿組的數(shù)量。關于圖2-32f所示機構，當分別以構件1、3、7作為原動件時，機構的級別會有什么變化？a)機構的級別:IIb)機構的級別:II當分別以構件1、3、7作為原動件時以構件1作為原動件時，以構件1作為原動件時，機構的級別II以構件3作為原動件時，以構件3作為原動件時，機構的級別:II以構件7作為原動件時，桿組的級別:III以構件7作為原動件時，機構的級別:III2-14繪制圖2-33所示機構高副低代后的運動簡圖，計算機構的自由度。并確立機構所含桿組的數(shù)量和級別以及機構的級別。圖2-33機構表示圖機構高副低代后的運動簡圖桿組的級別:III因此，機構的級別:III2-15試剖析圖2-35所示刨床機構的構成，并鑒別機構的級別。若以構件4為原動件，則此機構為幾級？解：F=3n-2PL-PH=3×5-2×7=1一、若以構件1為原動件，則此機構拆分的桿組是：因此此機構為III級二、若以構件4為原動件，則此機構拆分的桿組是：因此此機構為II級第三章平面連桿機構3-9

圖

3-54

所示平面鉸鏈四桿運動鏈中，已知各構件長度分別為

lAB

55mm，lBC

40mm，

lCD

50mm，lAD

25mm。（1）判斷該機構運動鏈中四個轉(zhuǎn)動副的種類。（2）取哪個構件為機架可獲得曲柄搖桿機構。（3）取哪個構件為機架可獲得雙曲柄機構。（4）取哪個構件為機架可獲得雙搖桿機構解：平面連桿機構LAB=55LBC=40LCD=50LAD=25LAB+LAD<LBC+LCD(1)A、D整轉(zhuǎn)副B、C擺轉(zhuǎn)副2）AB或CD為機架時，為曲柄搖桿機構3）AD為機架時，為雙曲柄機構4）BC為機架時，為雙搖桿機構3-10圖3-57所示為一偏置曲柄滑塊機構，試求桿AB為曲柄的條件。若偏距e=0，則桿AB為曲柄的條件又怎樣？解:主要剖析可否經(jīng)過極限地點，a+e<b3-11在圖3-81所示的鉸鏈四桿機構中，各桿件長度分別為lAB25mm，lBC40mm，lCD50mm，lAD55mm。1）若取AD為機架，求該機構的極位夾角θ，桿CD的最大擺角和最小傳動角min02）若取AB為機架，求該機構將演化為何種種類的機構？為何？請說明這時C、D兩個轉(zhuǎn)動副是周轉(zhuǎn)副仍是擺轉(zhuǎn)副。圖3-58鉸鏈四桿機構解：因為25＋55<40＋50，因此lAB＋lAD≤lBC＋lCD，且以最短桿ＡＢ的鄰邊為機架。故該鉸鏈四桿機構為曲柄搖桿機構。ＡＢ為曲柄。１）以曲柄ＡＢ為主動件，作出搖桿ＣＤ的極限地點以下圖。AC1＝lAB＋lBC＝40＋25＝65AC2＝lBC－lAB＝40－25＝15(1)極位夾角θ：出此刻AB與連桿BC重合地點AC2AD2CD2AC2AD2CD2arccos11arccos222AC1AD2AC2ADarccos652552502arccos152552502265552155514.60圖1行程速比系數(shù)Ｋ＝（１８００＋θ）／（１８００－θ）≈1.17(2)求搖桿的最大擺角φ，從圖1，搖桿的最大擺角φ：φ＝∠B1DC1－∠B2DC2arccosC1D2AD2AC12arccosC2D2AD2AC222ADC1D2ADC2D502552652502552152250552505560.830(3)最小傳動角γmin出此刻ＡＢ與機架ＡＤ重合地點（分正向重合、反向重合）如圖2。分別求出1、2，再求最小傳動角。1arccosBC2CD2(ADAB)22BCCDarccos402502(5525)22405036.8602arccosBC2CD2(ADAB)22BCCDarccos402502(5525)224050125.090圖2曲柄處于ＡＢ１地點時，傳動角γ１＝1=36.860．曲柄處于ＡＢ２地點時，傳動角γ２＝1800－2=54.900．現(xiàn)比較的γ１、γ２大小，最小傳動角取γ１、γ２中最小者．∴γmin＝36.860２）取ＡＢ為機架,即取最短桿為機架，該機構演化為雙曲柄機構。因為在曲柄搖桿機構中取最短桿作為機架，其２個連架桿與機架相連的運動副Ａ、Ｂ均為周轉(zhuǎn)副。Ｃ、Ｄ兩個轉(zhuǎn)動副為擺轉(zhuǎn)副。3-15圖3-59所示為加熱爐爐門的啟閉狀態(tài)，試設計一機構，使爐門能據(jù)有圖示的兩個地點。圖3-59題3-15圖提示：把門看著是在連桿上，即兩個活動鉸鏈中心在門上，同時把固定鉸鏈中心裝在爐子的外壁上。3-16試設計一個如圖3-60所示的平面鉸鏈四桿機構。設已知其搖桿B0B

的長度

lB0B

75mm，行程速比系數(shù)

K=1.5

，機架

A0B0

的長度lA0B0

100mm，又知搖桿的一個極限地點與機架間的夾角

45，試求其曲柄的長度

lA0A和連桿的長度

lAB。圖3-60題3-16圖解：（符號與課本不太一致）當行程速比系數(shù)K=1.5時，機構的極位夾角為180K11801.5136K11.51即機構擁有急回特征，過固定鉸鏈點Ａ作一條與已知直線AC1成36的直線再與活動鉸鏈點Ｃ的軌跡圓訂交，交點就是活動鉸鏈點Ｃ的另一個極限地點。C1C2B145B2AB2DC2(b)B1選定比率尺，作圖，以下列圖所示。由圖可知，有兩個交點，即有兩組解。直接由圖中量取AC70.84，1AC225.75，AC2169.88。故有兩組解。解一：AC1AC270.8425.75構件AB的長為lAB2222.55mmAC1AC2構件BC的長為lBC2248.3mm搖桿的擺角41解二：AC2AC1169.8870.84構件AB的長為lAB2249.52mmAC2AC1169.8870.84構件BC的長為lBC2120.36mm2搖桿的擺角1073-17如圖3-61所示，設已知破裂機的行程速比系數(shù)K=1.2，顎板長度lCD300mm，顎板擺角=35o，曲柄長度lAB=80mm。求連桿的長度，并驗算最小傳動角min能否在同意的范圍內(nèi)。圖3-61題3-17圖3-18

試設計一曲柄滑塊機構，設已知滑塊的行程速比系數(shù)

K=1.5，滑塊的沖程

H=50mm，偏距

e=20mm

，并求其最大壓力角

max？解：行程速比系數(shù)K=1.5，則機構的極位夾角為180K11801.5136K11.51C1和C2，再分別過點C1C2作與直線C1C2選定作圖比率，先畫出滑塊的兩個極限地點、成9054的射線，兩射線將于點Ｏ。以點Ｏ為圓心，OC2為半徑作圓，再作一條與直線C1C2相距為e20mm的直線，該直線與先前所作的圓的交點就是固定鉸鏈點Ａ。作圖過程如解題24圖所示。直接由圖中量取AC125mm，AC268mm，因此曲柄AB的長度為lABAC2AC16825221.5mm2連桿BC的長度為lBCAC1AC26825246.5mm2C1C2C1C2eAB290B1

O解題3-18圖最大壓力角，提示：出此刻曲柄與導路垂直的時候。3-19圖3-62所示為一牛頭刨床的主傳動機構,已知lA0A75mm，lBC100mm，行程速比系數(shù)K=2，刨頭5的行程H=300mm。要求在整個行程中，刨頭5有較小的壓力角，試設計此機構。圖3-62題3-19圖解：（符號與課本不太一致）由題可得極位夾角θ＝180o×（k－１）／（k＋１）＝６０o．即擺桿B0B的擺角為60o．曲柄運動到與B0B垂直，其擺桿B0B分別處于左右極限地點B0B1、B0B2．已知：曲柄長度lAA0＝75∴機架A0B0的長度lA0B0＝75／sin（θ／２）＝150mm欲使其刨頭的行程H＝300mm，即C點運動的水平距離為300mm．∴擺桿B0B1的長度lBB＝Ｈ／２／sin（θ／２）＝150／sin30o＝300mm01為了使機構在運動過程中壓力角較小，故取刨頭５構件的導路在B3F的中點，且⊥A0B0．0l×（θ／２）＝×3mmBF＝BBcos15001∴刨頭５構件離曲柄轉(zhuǎn)動中心A0點的距離為：lAE＝lBB－lAB－lBB－lBF)／２＝－－－×3)/200300(030300150(300150130H3-22有一曲柄搖桿機構，已知其搖桿長lB0B420mm，擺角90o，搖桿在兩極限位時與機架所成的夾角各為60o和30o，機構的行程速比系數(shù)K=1.5，設計此四桿機構，并驗算最小傳動角min。解：180ok136ok1依據(jù)課本的方法作圖。3-23試求圖3-65所示各機構在圖示地點時所有瞬心的地點。（a）（b）（c）（d）圖3-65題3-23圖提示：列出n個構件，畫出n邊形，同時聯(lián)合三心定理。a）P23(P13)P34P12P14(P24)絕對瞬心:P12、P13、P14；相對瞬心:P23、P34、P24。b）P23(P24)P12P12P13、P14在過C點垂直于BC的無量遠處。d）3-24

在圖

3-66所示的機構中，已知曲柄

2順時針方向勻速轉(zhuǎn)動，角速度

2

100rad/s,試求在圖示地點導桿

4的角速度

4的大小和方向。圖3-66題3-24圖P23P34P12P14P24解：P12在A0，P14在B0，P34在無量遠n=4n(n1)k6個2依據(jù)P24是的瞬心，兩個構件在該點的絕對速度相等。Vp24w2.LP24A0Vp24w.LP4P2414第四章凸輪機構4-10圖4-40所示為一尖端挪動從動件盤凸輪機構從動件的運動線圖。試在圖上補全各段的位移、速度及加快度曲線，并指出在哪些地點會出現(xiàn)剛性沖擊？哪些地點會出現(xiàn)柔性沖擊？依據(jù)關系式dsdv，補全后的從動件位移、速度和加快度線圖v，add如上右圖所示。在運動的開始時點＝0、以及45處加快度有限突變，因此在這些3、、33地點有柔性沖擊；在＝2和處速度有限突變，加快度無窮突變，在理論大將會產(chǎn)生無3窮大的慣性力，因此在這些地點有剛性沖擊。4-13設計一偏置挪動滾子從動件盤形凸輪機構。已知凸輪以等角速度順時針轉(zhuǎn)動，基圓半徑rb50mm，滾子半徑rr10mm，凸輪軸心偏于從動件軸線右邊，偏距e=10mm。從動件運動規(guī)律以下：當輪轉(zhuǎn)過1200時，從動件以簡諧運動規(guī)律上漲30mm;當凸輪接著轉(zhuǎn)過30o時從動件停留不動；當凸輪再轉(zhuǎn)過150o時，從動件以等加減速運動返回原處；當凸輪轉(zhuǎn)過一周中其他角度時，從動件又停留不動。反轉(zhuǎn)法繪圖4-6設計一對心挪動平底從動件盤形凸輪機構。已知基圓半徑rb50mm，從動件平底與導路中心線垂直，凸輪順時針等速轉(zhuǎn)動。從動件運動規(guī)律以下：當凸輪轉(zhuǎn)過120o時，從動件以簡諧運動規(guī)律上漲30mm;當凸輪再轉(zhuǎn)過150o時，從動件以簡諧運動規(guī)律返回原處；當凸輪轉(zhuǎn)過其他90o時，從動件又停留不動。4-7在圖4-43所示的凸輪機構中，已知擺桿B0B在開端地點時垂直于A0B，lA0B，B0B80mm，滾子半徑rr10mm，凸輪以等角速度順時針轉(zhuǎn)動。40mml從動件運動規(guī)律以下：當凸輪再轉(zhuǎn)過1800時，從動件以擺線運動規(guī)律向上搖動30o；當凸輪再轉(zhuǎn)過150o時，從動件以擺線運動規(guī)律返回物本來地點，當凸輪轉(zhuǎn)過其他30o時，從動件又停留不動。4-15試用作圖法求出圖4-47所示凸輪機構中當凸輪從圖示地點轉(zhuǎn)過45o后機構的壓力角，并在圖上標明出來。反轉(zhuǎn)法繪圖4-16在圖4-48所示的凸輪機構中，從動件的開端上漲點均為C點。1）試在圖上標明出從C點接觸時，凸輪轉(zhuǎn)過的角度及從動件走過的位移。2）標出在D點接觸凸輪機遇構的壓力角a。解：a)圖：（1）作偏置圓（2）過D點作偏置圓切線,得出所在地點（3）作理論輪廓，作出二者交點B'（4）得s如圖5）圖：1）以A0為圓心，AA0為半徑畫圓弧；2）以B1為圓心，AB為半徑畫圓弧；交A1點；3）21第五章齒輪機構5-11一漸開線在基圓半徑rb50mm的圓上發(fā)生。試求：漸開線上向徑rk65mm的點k的曲率半徑k、壓力角ak和展角k。解：①coskrbkarccos5039.7ork65②krtgk50tg39.7o41.5mmb③ktgkk0.139弧度5-12已知一正常齒制標準直齒圓柱齒輪m5mm,20,z45，試分別求出分度圓、基圓、齒頂圓上漸開線齒廓的曲率半徑和壓力角。解：dmz545225mmdbmzcos545cos20o211.4mmdamz2ha*m545215235mm分度圓20o基圓處cosbrb,b0orbcosarb211.4齒頂圓處ra0.89923525.89orbtgrbtgbarbtga

211.4tg20o38.5mm2211.4tg0o0mm2211.4tg25.89o51.3mm25-13已知一對外嚙合正常齒制標準直齒圓柱齒輪2mm,z120,z245,試計算這對齒輪的分度圓直徑、齒頂高、齒根高、頂隙、中心距、齒頂圓直徑、齒根圓直徑、基圓直徑、齒距、齒厚和齒槽寬。解：由m2mm,z120,z245d1mz140mmd2mz290mmhh*m2mmaahf(ha*c*)m2.5mmhhahf4.5cc*m0.5dam(z12ha*)44mm1df1m[z12(ha*c*)]31mmdam(z22ha*)94mm1df2m[z22(ha*c*)]81mmdbd1cos40cos20o37.58mm1db2d2cos90cos20o84.57mmpm6.28mmsem3.14mm2rbarccosarccos37.5926.49oa11ra142am(z1z2)65mm25-14試比較正常齒制漸開線標準直齒圓柱齒輪的基圓和齒根圓，在什么條件下基圓大于齒根圓？什么條件下基圓小于齒根圓？解：依據(jù)：dfd2hfmz2(ha*c*)mdbdcosmzcosmz2(ha*c*)mmzcos2(ha*c*)1cosm1,c*0.252(h*c*)2(10.25)za41.451cos1cosm1,c*0.352(ha*c*)2(10.35)z144.71coscos2）m1假如齒數(shù)小于等于41,基圓大于齒根圓m1假如齒數(shù)大于42,基圓小于齒根圓m1假如齒數(shù)小于等于44,基圓大于齒根圓m1假如齒數(shù)大于45,基圓小于齒根圓5-15現(xiàn)需要傳動比i3的一對漸開線標準直齒圓柱齒輪傳動，有三個壓力角相等的漸開線標準直齒圓柱齒輪，它們的齒數(shù)分別為z120，z2z3

60，齒頂圓直徑分別為

da1

44mm

，da2

124mm

，da3

139.5mm

，問哪兩個齒輪能用？中心距a等于多少？并用作圖法求出它們的重合度解：兩個齒輪能用，是指能夠正確嚙合。依據(jù)

。da1

m(z1

2ha*)

44mmm1

2da2m2

m(z12

2ha*)

124mmda3

m(z3

2ha*)

139.5mmm3

2.25因此：齒輪1和齒輪2兩個齒輪能用.中心距m(z1z2)80mma2重合度cosrb140cos20a1ra10.85444a131.32ocosrb2120cos20a2ra20.909124a224.58oB1B2aPna1z1(tga1tg')z2(tga2tg')2120(tg31.32otg20o)60(tg24.58otg20o)21.675-18對z1=24、z2=96、m=4mm、=20。、ha*=1、c*=0.25的標準安裝的漸開線外嚙合標準直齒圓柱齒輪傳動。因磨損嚴重，維修時擬利用大齒輪坯，將大齒輪加工成變位系數(shù)X2=-0.5的負變位齒輪。試求：1）新配的小齒輪的變位系數(shù)X1。2）大齒輪頂圓直徑da2。解：①x1x20x20.5x10.5②rf1r1(ha*c*)mx1m45rarfc*mm(zz)450.254194a22121da2388mm5-20在圖所示的同軸式漸開線圓柱齒輪減速器中，已知：z1=15、z2=53、z3=56、z4=14,兩對齒輪傳動的中心距a12’=a34’=70mm,各輪的m=2mm、=20。、ha*=1、c*=0.25。1）若兩對齒輪均采納直齒圓柱齒輪，試選擇兩對齒輪的傳動種類，并分別求其嚙合角。2）若輪1、2采納斜齒圓柱齒輪，輪3、4仍采納直齒圓柱齒輪，則；①計算輪1、2的螺旋角的大小。②判斷輪1能否根切。③輪3、4不發(fā)生根切的最小變位系數(shù)xmin。④設計計算輪3、4的分度圓、齒頂圓和齒根圓直徑。解：（1）若兩對齒輪均采納直齒圓柱齒輪，兩對齒輪的傳動種類實質(zhì)中心距：a=70mm理論中心距：a12=0.5×m(z1＋z2)=0.5×2(15＋53)=68mm3434mma=0.5×m(z＋z)=0.5×2(14＋56)=70因為：a12﹤a，a＝a34因此，齒輪1和2采納正傳動，齒輪3和4采納零傳動。嚙合角acosacoscosα=a×cosα/a=68×cos20°/70=0.91，因此，12=24°12’1212’=α=20°（2）若輪1、2采納斜齒圓柱齒輪，輪3、4仍采納直齒圓柱齒輪①計算輪1、2的螺旋角的大小a12=0.5×(d1＋d2)=0.5×mn×(z1＋z2)/cosβcosβ=0.5×mn×(z1＋z2)/a12=68/70，因此，β=13.7°②判斷輪1能否根切zmin=17cos3β=17×cos313.7°=15.58z1=15﹤zmin,因此，齒輪1發(fā)生根切。③輪3、4不發(fā)生根切的最小變位系數(shù)xminx3min17z31756172.2917x4min17z41714170.17617故：取x3x4min0.176④計算輪3、4的分度圓、齒頂圓和齒根圓直徑x3x40.176x＝x3＋x40ay0計算輪3的分度圓、齒頂圓和齒根圓直徑d3mz3112mmda3m(z32ha*2x)2(56212(0.176))115.296mmdf3m(z32ha*2c*2x)2(562120.252(0.176))106.296mm計算輪4的分度圓、齒頂圓和齒根圓直徑d4mz428mmda4m(z42ha*2x)2(142120.176)32.704mmdf4m(z42ha*2c*2x)2(142120.2520.176)23.704mm5-21

設已知一對斜齒輪轉(zhuǎn)動，

z1

20、z2

40、mn

8mm、

n

20、han*

1，cn*

0.25，

15（初選值），

B

30mm，試求

a（應圓整），及zv1

，

zv2

。解：a1mn(z1z2)1(2040)248.46mm2cos82cos15a250mmcos18(2040)25016.26o2Bsin30sin16.26mn0.3348zv1z120cos3cos322.6116.26z240zv2cos345.22cos316.265-22一平行軸斜齒輪機構。已知：z1=30、z2=100、mn=6mm。若要求設計中心距為400mm，試確立該對斜齒輪的螺旋角。解：a1mn(z1z2)2coscos16(30100)40012.84o25-25有一阿基米德蝸桿傳動，已知：傳動比i18，蝸桿頭數(shù)z12，直徑系數(shù)q8，分度