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《機(jī)械原理》習(xí)題解答機(jī)械工程學(xué)院目錄緒論……………1平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析…………3平面連桿機(jī)構(gòu)………………8凸輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)…………15齒輪機(jī)構(gòu)……19輪系及其設(shè)計(jì)………………26第8章機(jī)械運(yùn)動力學(xué)方程…………32第9章平面機(jī)構(gòu)的平衡……………39緒論一、補(bǔ)充題1、復(fù)習(xí)思考題1)、機(jī)器應(yīng)具有什么特征?機(jī)器通常由哪三局部組成?各局部的功能是什么?2〕、機(jī)器與機(jī)構(gòu)有什么異同點(diǎn)?3〕、什么叫構(gòu)件?什么叫零件?什么叫通用零件和專用零件?試各舉二個實(shí)例。4〕、設(shè)計(jì)機(jī)器時應(yīng)滿足哪些根本要求?試選取一臺機(jī)器,分析設(shè)計(jì)時應(yīng)滿足的根本要求。2、填空題1)、機(jī)器或機(jī)構(gòu),都是由組合而成的。2〕、機(jī)器或機(jī)構(gòu)的之間,具有確定的相對運(yùn)動。3〕、機(jī)器可以用來人的勞動,完成有用的。4〕、組成機(jī)構(gòu)、并且相互間能作的物體,叫做構(gòu)件。5〕、從運(yùn)動的角度看,機(jī)構(gòu)的主要功用在于運(yùn)動或運(yùn)動的形式。6〕、構(gòu)件是機(jī)器的單元。零件是機(jī)器的單元。7〕、機(jī)器的工作局部須完成機(jī)器的動作,且處于整個傳動的。8〕、機(jī)器的傳動局部是把原動局部的運(yùn)動和功率傳遞給工作局部的。9〕、構(gòu)件之間具有的相對運(yùn)動,并能完成的機(jī)械功或?qū)崿F(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的的組合,叫機(jī)器。3、判斷題1)、構(gòu)件都是可動的?!病?〕、機(jī)器的傳動局部都是機(jī)構(gòu)。〔〕3〕、互相之間能作相對運(yùn)動的物件是構(gòu)件?!病?〕、只從運(yùn)動方面講,機(jī)構(gòu)是具有確定相對運(yùn)動構(gòu)件的組合。〔〕5〕、機(jī)構(gòu)的作用,只是傳遞或轉(zhuǎn)換運(yùn)動的形式。〔〕6〕、機(jī)器是構(gòu)件之間具有確定的相對運(yùn)動,并能完成有用的機(jī)械功或?qū)崿F(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的構(gòu)件的組合?!病?〕、機(jī)構(gòu)中的主動件和被動件,都是構(gòu)件?!病?填空題答案1〕、構(gòu)件2〕、構(gòu)件3〕、代替機(jī)械功4〕、相對運(yùn)動5〕、傳遞轉(zhuǎn)換6〕、運(yùn)動制造7〕、預(yù)定終端8〕、中間環(huán)節(jié)9〕、確定有用構(gòu)件3判斷題答案1〕、√2〕、√3〕、√4〕、√5〕、×6〕、√7〕、√第二章機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析2-7是試指出圖2-26中直接接觸的構(gòu)件所構(gòu)成的運(yùn)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(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖繪制成機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖,標(biāo)出原動件和機(jī)架,并計(jì)算其自由度。解:b)n=3,=4,=0,F(xiàn)=3×3-2×4=1c)n=3,=4,PH=0,F(xiàn)=3×3-2×4=12-9試判斷圖2-28中所示各“機(jī)構(gòu)”能否成為機(jī)構(gòu),并說明理由。解:修改后的機(jī)構(gòu)修改后的機(jī)構(gòu)修改后的機(jī)構(gòu)2-10計(jì)算圖2-29中所示各機(jī)構(gòu)的自由度,并指出其中是否含有復(fù)合鉸鏈、局部自由度或虛約束,說明計(jì)算自由度應(yīng)作何處理。解:a)n=5,=7,有復(fù)合鉸鏈:構(gòu)件3和構(gòu)件5;構(gòu)件3和構(gòu)件1;F=3n-2=3×5-2×7=1b)n=6,=8,PH=1,有局部自由度,有虛約束F=3n-2-=3x6-2x8-1=1d)有虛約束,有復(fù)合鉸鏈n=5,=7,=0,F(xiàn)=3n-2-=3×5-2×7-0=1e)有對稱虛約束n=5,=7F=3n-2=1f)有對稱虛約束n=3,=3,=2F=3n-2-=1g)n=2,=2,=1,n=3,=4有虛約束h)有對稱虛約束,n=3,=4F=3n-2=3×3-2×4=1或者:n=4,=5=1,F(xiàn)=3n-2-=3×4-2×5-1=12-12計(jì)算圖2-30所示各機(jī)構(gòu)的自由度,并在高副低代后,分析組成這些機(jī)構(gòu)的根本桿組即桿組的級別。解:a)n=4,=5,=1F=3n-2-=1所以此機(jī)構(gòu)為III級機(jī)構(gòu)b)n=3,=3,=2F=3n-2-=1c)n=4,=4,=3F=3n-2-=1d)n=6,=8,=1F=3n-2-=1所以此機(jī)構(gòu)為III級機(jī)構(gòu)2-13說明圖2-32所示的各機(jī)構(gòu)的組成原理,并判別機(jī)構(gòu)的級別和所含桿組的數(shù)目。對于圖2-32f所示機(jī)構(gòu),當(dāng)分別以構(gòu)件1、3、7作為原動件時,機(jī)構(gòu)的級別會有什么變化?a)機(jī)構(gòu)的級別:IIb)機(jī)構(gòu)的級別:IIf)當(dāng)分別以構(gòu)件1、3、7作為原動件時以構(gòu)件1作為原動件時,以構(gòu)件1作為原動件時,機(jī)構(gòu)的級別II以構(gòu)件3作為原動件時,以構(gòu)件3作為原動件時,機(jī)構(gòu)的級別:II以構(gòu)件7作為原動件時,桿組的級別:III以構(gòu)件7作為原動件時,機(jī)構(gòu)的級別:III2-14繪制圖2-33所示機(jī)構(gòu)高副低代后的運(yùn)動簡圖,計(jì)算機(jī)構(gòu)的自由度。并確定機(jī)構(gòu)所含桿組的數(shù)目和級別以及機(jī)構(gòu)的級別。圖2-33機(jī)構(gòu)示意圖機(jī)構(gòu)高副低代后的運(yùn)動簡圖桿組的級別:III所以,機(jī)構(gòu)的級別:III2-15試分析圖2-35所示刨床機(jī)構(gòu)的組成,并判別機(jī)構(gòu)的級別。假設(shè)以構(gòu)件4為原動件,那么此機(jī)構(gòu)為幾級?解:F=3n-2-=3×5-2×7=1一、假設(shè)以構(gòu)件1為原動件,那么此機(jī)構(gòu)拆分的桿組是:所以此機(jī)構(gòu)為III級二、假設(shè)以構(gòu)件4為原動件,那么此機(jī)構(gòu)拆分的桿組是:所以此機(jī)構(gòu)為II級第三章平面連桿機(jī)構(gòu)3-9圖3-54所示平面鉸鏈四桿運(yùn)動鏈中,各構(gòu)件長度分別為,,,?!?〕判斷該機(jī)構(gòu)運(yùn)動鏈中四個轉(zhuǎn)動副的類型?!?〕取哪個構(gòu)件為機(jī)架可得到曲柄搖桿機(jī)構(gòu)?!?〕取哪個構(gòu)件為機(jī)架可得到雙曲柄機(jī)構(gòu)?!?〕取哪個構(gòu)件為機(jī)架可得到雙搖桿機(jī)構(gòu)解:平面連桿機(jī)構(gòu)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(jī)架時,為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)〔3〕AD為機(jī)架時,為雙曲柄機(jī)構(gòu)〔4〕BC為機(jī)架時,為雙搖桿機(jī)構(gòu)3-10圖3-57所示為一偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu),試求桿AB為曲柄的條件。假設(shè)偏距e=0,那么桿AB為曲柄的條件又如何?解:主要分析能否通過極限位置,a+e<b3-11在圖3-81所示的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中,各桿件長度分別為,,,。〔1〕假設(shè)取AD為機(jī)架,求該機(jī)構(gòu)的極位夾角θ,桿CD的最大擺角和最小傳動角〔2〕假設(shè)取AB為機(jī)架,求該機(jī)構(gòu)將演化為何種類型的機(jī)構(gòu)?為什么?請說明這時C、D兩個轉(zhuǎn)動副是周轉(zhuǎn)副還是擺轉(zhuǎn)副。圖3-58鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)解:由于25+55<40+50,所以lAB+lAD≤lBC+lCD,且以最短桿AB的鄰邊為機(jī)架。故該鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。AB為曲柄。1〕以曲柄AB為主動件,作出搖桿CD的極限位置如下圖?!郃C1=lAB+lBC=40+25=65AC2=lBC-lAB=40-25=15(1)極位夾角θ:出現(xiàn)在AB與連桿BC重合位置圖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-∠B2DC2(3)最小傳動角γmin出現(xiàn)在AB與機(jī)架AD重合位置〔分正向重合、反向重合〕如圖2。分別求出、,再求最小傳動角。圖2曲柄處于AB1位置時,傳動角γ1==36.860.曲柄處于AB2位置時,傳動角γ2=1800-=54.900.現(xiàn)比擬的γ1、γ2大小,最小傳動角取γ1、γ2中最小者.∴γmin=36.8602〕?。粒聻闄C(jī)架,即取最短桿為機(jī)架,該機(jī)構(gòu)演化為雙曲柄機(jī)構(gòu)。因?yàn)樵谇鷵u桿機(jī)構(gòu)中取最短桿作為機(jī)架,其2個連架桿與機(jī)架相連的運(yùn)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(shè)計(jì)一機(jī)構(gòu),使?fàn)t門能占有圖示的兩個位置。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(shè)計(jì)一個如圖3-60所示的平面鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)。設(shè)其搖桿的長度,行程速比系數(shù)K=1.5,機(jī)架的長度,又知搖桿的一個極限位置與機(jī)架間的夾角,試求其曲柄的長度和連桿的長度。圖3-60題3-16圖解:〔符號與課本不太一致〕當(dāng)行程速比系數(shù)K=1.5時,機(jī)構(gòu)的極位夾角為即機(jī)構(gòu)具有急回特性,過固定鉸鏈點(diǎn)A作一條與直線成的直線再與活動鉸鏈點(diǎn)C的軌跡圓相交,交點(diǎn)就是活動鉸鏈點(diǎn)C的另一個極限位置。選定比例尺,作圖,如以下圖所示。由圖可知,有兩個交點(diǎn),即有兩組解。直接由圖中量取,,。故有兩組解。解一:構(gòu)件AB的長為構(gòu)件BC的長為搖桿的擺角解二:構(gòu)件AB的長為構(gòu)件BC的長為搖桿的擺角3-17如圖3-61所示,設(shè)破碎機(jī)的行程速比系數(shù)K=1.2,顎板長度mm,顎板擺角=35o,曲柄長度lAB=80mm。求連桿的長度,并驗(yàn)算最小傳動角是否在允許的范圍內(nèi)。圖3-61題3-17圖3-18試設(shè)計(jì)一曲柄滑塊機(jī)構(gòu),設(shè)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?解:行程速比系數(shù)K=1.5,那么機(jī)構(gòu)的極位夾角為選定作圖比例,先畫出滑塊的兩個極限位置C1和C2,再分別過點(diǎn)C1、C2作與直線C1C2成的射線,兩射線將于點(diǎn)O。以點(diǎn)O為圓心,OC2為半徑作圓,再作一條與直線C1C2相距為的直線,該直線與先前所作的圓的交點(diǎn)就是固定鉸鏈點(diǎn)A。作圖過程如解題24圖所示。直接由圖中量取,,所以曲柄AB的長度為連桿BC的長度為解題3-18圖解題3-18圖最大壓力角,提示:出現(xiàn)在曲柄與導(dǎo)路垂直的時候。3-19圖3-62所示為一牛頭刨床的主傳動機(jī)構(gòu),,,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(shè)計(jì)此機(jī)構(gòu)。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.即擺桿的擺角為60o.曲柄運(yùn)動到與垂直,其擺桿分別處于左右極限位置、.:曲柄長度=75∴機(jī)架的長度=75/sin〔θ/2〕=150mm欲使其刨頭的行程H=300mm,即C點(diǎn)運(yùn)動的水平距離為300mm.∴擺桿的長度=H/2/sin〔θ/2〕=150/sin30o=300mm為了使機(jī)構(gòu)在運(yùn)動過程中壓力角較小,故取刨頭5構(gòu)件的導(dǎo)路在B3F的中點(diǎn),且⊥.B0F=×cos〔θ/2〕=150×mm∴刨頭5構(gòu)件離曲柄轉(zhuǎn)動中心點(diǎn)的距離為:=--(-)/2=300-150-(300-150×)/2H130H3-22有一曲柄搖桿機(jī)構(gòu),其搖桿長,擺角,搖桿在兩極限位時與機(jī)架所成的夾角各為和,機(jī)構(gòu)的行程速比系數(shù)K=1.5,設(shè)計(jì)此四桿機(jī)構(gòu),并驗(yàn)算最小傳動角。解:按照課本的方法作圖。3-23試求圖3-65所示各機(jī)構(gòu)在圖示位置時全部瞬心的位置?!瞐〕〔b〕〔c〕〔d〕圖3-65題3-23圖提示:列出n個構(gòu)件,畫出n邊形,同時結(jié)合三心定理?!瞐〕P23P23(P13)P34P12P14(P24)絕對瞬心:P12、P13、P14;相對瞬心:P23、P34、P24?!瞓〕P12P12P12P23(P24)P13、P14在過C點(diǎn)垂直于BC的無窮遠(yuǎn)處?!瞕〕3-24在圖3-66所示的機(jī)構(gòu)中,曲柄2順時針方向勻速轉(zhuǎn)動,角速度試求在圖示位置導(dǎo)桿4的角速度的大小和方向。圖3-66題3-24圖P24P34P23P24P34P23P14P12解:P12在A0,P14在B0,P34在無窮遠(yuǎn)n=4個根據(jù)P24是的瞬心,兩個構(gòu)件在該點(diǎn)的絕對速度相等。n(n-1)第四章凸輪機(jī)構(gòu)4-10圖4-40所示為一尖端移動從動件盤凸輪機(jī)構(gòu)從動件的運(yùn)動線圖。試在圖上補(bǔ)全各段的位移、速度及加速度曲線,并指出在哪些位置會出現(xiàn)剛性沖擊?哪些位置會出現(xiàn)柔性沖擊?根據(jù)關(guān)系式,,補(bǔ)全后的從動件位移、速度和加速度線圖如上右圖所示。在運(yùn)動的開始時點(diǎn)0、以及處加速度有限突變,所以在這些位置有柔性沖擊;在和處速度有限突變,加速度無限突變,在理論上將會產(chǎn)生無窮大的慣性力,所以在這些位置有剛性沖擊。4-13設(shè)計(jì)一偏置移動滾子從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)。凸輪以等角速度順時針轉(zhuǎn)動,基圓半徑,滾子半徑,凸輪軸心偏于從動件軸線右側(cè),偏距e=10mm。從動件運(yùn)動規(guī)律如下:當(dāng)輪轉(zhuǎn)過時,從動件以簡諧運(yùn)動規(guī)律上升30mm;當(dāng)凸輪接著轉(zhuǎn)過時從動件停歇不動;當(dāng)凸輪再轉(zhuǎn)過時,從動件以等加減速運(yùn)動返回原處;當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)過一周中其余角度時,從動件又停歇不動。反轉(zhuǎn)法畫圖4-6設(shè)計(jì)一對心移動平底從動件盤形凸輪機(jī)構(gòu)?;鶊A半徑,從動件平底與導(dǎo)路中心線垂直,凸輪順時針等速轉(zhuǎn)動。從動件運(yùn)動規(guī)律如下:當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)過時,從動件以簡諧運(yùn)動規(guī)律上升30mm;當(dāng)凸輪再轉(zhuǎn)過時,從動件以簡諧運(yùn)動規(guī)律返回原處;當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)過其余時,從動件又停歇不動。4-7在圖4-43所示的凸輪機(jī)構(gòu)中,擺桿在起始位置時垂直于,,,滾子半徑,凸輪以等角速度順時針轉(zhuǎn)動。從動件運(yùn)動規(guī)律如下:當(dāng)凸輪再轉(zhuǎn)過時,從動件以擺線運(yùn)動規(guī)律向上擺動;當(dāng)凸輪再轉(zhuǎn)過時,從動件以擺線運(yùn)動規(guī)律返回物原來位置,當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)過其余時,從動件又停歇不動。4-15試用作圖法求出圖4-47所示凸輪機(jī)構(gòu)中當(dāng)凸輪從圖示位置轉(zhuǎn)過后機(jī)構(gòu)的壓力角,并在圖上標(biāo)注出來。反轉(zhuǎn)法畫圖4-16在圖4-48所示的凸輪機(jī)構(gòu)中,從動件的起始上升點(diǎn)均為C點(diǎn)。1〕試在圖上標(biāo)注出從C點(diǎn)接觸時,凸輪轉(zhuǎn)過的角度及從動件走過的位移。2〕標(biāo)出在D點(diǎn)接觸凸輪時機(jī)構(gòu)的壓力角a。解:a)圖:〔1〕作偏置圓〔2〕過D點(diǎn)作偏置圓切線,得出所在位置〔3〕作理論輪廓,作出兩者交點(diǎn)〔4〕得s如圖〔5〕b)圖:〔1〕以A0為圓心,AA0為半徑畫圓?。弧?〕以B1為圓心,AB為半徑畫圓弧;交A1點(diǎn);〔3〕第五章齒輪機(jī)構(gòu)5-11一漸開線在基圓半徑的圓上發(fā)生。試求:漸開線上向徑的點(diǎn)k的曲率半徑、壓力角和展角。解:①②③弧度5-12一正常齒制標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪,,,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:分度圓基圓處cos,齒頂圓處5-13一對外嚙合正常齒制標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪,,,試計(jì)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,,5-14試比擬正常齒制漸開線標(biāo)準(zhǔn)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:根據(jù):〔2〕如果齒數(shù)小于等于41,基圓大于齒根圓如果齒數(shù)大于42,基圓小于齒根圓如果齒數(shù)小于等于44,基圓大于齒根圓如果齒數(shù)大于45,基圓小于齒根圓5-15現(xiàn)需要傳動比的一對漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動,有三個壓力角相等的漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪,它們的齒數(shù)分別為,,齒頂圓直徑分別為,,,問哪兩個齒輪能用?中心距等于多少?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。根據(jù)所以:齒輪1和齒輪2兩個齒輪能用.中心距重合度5-18對z1=24、z2=96、m=4mm、=20。、=1、c*=0.25的標(biāo)準(zhǔn)安裝的漸開線外嚙合標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動。因磨損嚴(yán)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(fù)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。5-20在圖所示的同軸式漸開線圓柱齒輪減速器中,: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。、=1、c*=0.25?!?〕假設(shè)兩對齒輪均采用直齒圓柱齒輪,試選擇兩對齒輪的傳動類型,并分別求其嚙合角?!?〕假設(shè)輪1、2采用斜齒圓柱齒輪,輪3、4仍采用直齒圓柱齒輪,那么;①計(jì)算輪1、2的螺旋角的大小。②判斷輪1是否根切。③輪3、4不發(fā)生根切的最小變位系數(shù)xmin。④設(shè)計(jì)計(jì)算輪3、4的分度圓、齒頂圓和齒根圓直徑。解:〔1〕假設(shè)兩對齒輪均采用直齒圓柱齒輪,兩對齒輪的傳動類型實(shí)際中心距:a=70mm理論中心距:a12=0.5×m(z1+z2)=0.5×2(15+53)=68mma34=0.5×m(z3+z4)=0.5×2(14+56)=70mm因?yàn)椋篴12﹤a,a=a34所以,齒輪1和2采用正傳動,齒輪3和4采用零傳動。嚙合角cosα12’=a12×cosα/a12’=68×cos20°/70=0.91,所以,=24=α=20°〔2〕假設(shè)輪1、2采用斜齒圓柱齒輪,輪3、4仍采用直齒圓柱齒輪①計(jì)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,所以,β=13.7°②判斷輪1是否根切zmin=17cos3β=17×cos313.7°=15.58z1=15﹤zmin,所以,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)xmin④計(jì)算輪3、4的分度圓、齒頂圓和齒根圓直徑計(jì)算輪3的分度圓、齒頂圓和齒根圓直徑計(jì)算輪4的分度圓、齒頂圓和齒根圓直徑5-21設(shè)一對斜齒輪轉(zhuǎn)動,、、、、,,〔初選值〕,,試求〔應(yīng)圓整〕,及,。解:5-22一平行軸斜齒輪機(jī)構(gòu)。:z1=30、z2=100、mn=6mm。假設(shè)要求設(shè)計(jì)中心距為400mm,試確定該對斜齒輪的螺旋角。解:5-25有一阿基米德蝸桿傳動,:傳動比,蝸桿頭數(shù),直徑系數(shù),分度圓直徑。試求:〔1〕模數(shù)、蝸桿分度圓柱導(dǎo)程角、蝸輪齒數(shù)及分度圓柱螺旋角;〔2〕蝸輪的分度圓直徑和蝸桿傳動中心距。解:第六章輪系及其設(shè)計(jì)6-11在圖6-27所示的車床變速箱中,各輪齒數(shù)為z1=42,z2=58,z3’=38,z4’=42,z5’=50,z6’=48,電動機(jī)轉(zhuǎn)速為1450r/min。假設(shè)移動三聯(lián)滑移齒輪a使齒輪3’解:6-12圖6-28所示為一電動卷揚(yáng)機(jī)的傳動簡圖。蝸桿1為單頭右旋蝸桿,蝸輪2的齒數(shù),其余各輪齒數(shù)為:,,,;卷筒5與齒輪4固聯(lián),其直徑,電動機(jī)轉(zhuǎn)速。試求:〔1〕卷筒5的轉(zhuǎn)速的大小和重物的移動速度v;〔2〕提升重物時,電動機(jī)應(yīng)該以什么方向旋轉(zhuǎn)?圖6-28題6-12圖是定軸輪系,較簡單。6-13在圖示輪系中,各輪齒數(shù)為:,,,,,,。試求該輪系的傳動比。圖6-29題6-13圖解:是兩個周轉(zhuǎn)輪系組成的復(fù)合輪系A(chǔ).齒輪4、行星齒輪3、行星齒輪2,、齒輪5構(gòu)成周轉(zhuǎn)輪系H是行星架B.齒輪4、行星齒輪3、行星齒輪2,、行星齒輪2、齒輪1構(gòu)成周轉(zhuǎn)輪系H是行星架給系統(tǒng)加-,行星架固定。6-14在圖示輪系中,各輪齒數(shù)為:,,,,,又,兩者轉(zhuǎn)向相反。試求齒輪4的轉(zhuǎn)速的大小和方向。圖6-30題6-14圖解:是周轉(zhuǎn)輪系.齒輪1、行星齒輪2、行星齒輪2,、齒輪4、齒輪3構(gòu)成周轉(zhuǎn)輪系,行星架H沒有標(biāo)出給系統(tǒng)加-,行星架固定。設(shè):轉(zhuǎn)向?yàn)檎?-15圖示周轉(zhuǎn)輪系,,,,,又,。試求行星架H的轉(zhuǎn)速?圖6-31題6-15圖解:是周轉(zhuǎn)輪系.齒輪1、行星齒輪2、行星齒輪2,、齒輪3構(gòu)成周轉(zhuǎn)輪系,行星架H。給系統(tǒng)加-,行星架固定。設(shè):轉(zhuǎn)向?yàn)檎?-19圖示為一裝配用電動螺絲刀齒輪減速局部的傳動簡圖。各輪齒數(shù)為,。假設(shè),試求螺絲刀的轉(zhuǎn)速。圖6-35題6-19圖解:是兩個周轉(zhuǎn)輪系組成的復(fù)合輪系A(chǔ).齒輪1、行星齒輪2、齒輪3構(gòu)成周轉(zhuǎn)輪系,H1是行星架。nH1=n4B.齒輪4、行星齒輪5、齒輪6構(gòu)成周轉(zhuǎn)輪系,H2是行星架nH2=n刀n3=n6=0根據(jù)裝配條件,可以求出、6-22圖6-38所示輪系中,,,,,,,假設(shè),轉(zhuǎn)向如下圖,求的大小和方向。圖6-38題6-22圖解:是一個周轉(zhuǎn)輪系和一個定軸輪系組成的復(fù)合輪系A(chǔ).齒輪1、行星齒輪2、齒輪3構(gòu)成周轉(zhuǎn)輪系,齒輪3,是行星架H。nH=B.齒輪1,、齒輪2,、齒輪3,構(gòu)成定軸輪系.〔a〕〔b〕nH=〔c〕n3=〔d〕聯(lián)立上述四個方程,可以求出:第7章間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)和其它常用機(jī)構(gòu)7-1什么是間歇運(yùn)動?有哪些機(jī)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)間歇運(yùn)動?[解]主動件的連續(xù)運(yùn)動,而從動件作非連續(xù)運(yùn)動。常見的棘輪機(jī)構(gòu)、槽輪機(jī)構(gòu)、不完全齒輪機(jī)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)間歇運(yùn)動7-2常見的棘輪機(jī)構(gòu)有哪幾種?試述棘輪機(jī)構(gòu)的工作特點(diǎn)。[解]常用類型:單動式、雙動式;單向式、雙向式;外嚙合、內(nèi)嚙合;摩擦式等。如課本圖7-1,當(dāng)擺桿1順時針方向擺動時,棘爪2將插入棘輪齒槽中,并帶動棘輪順時針方向轉(zhuǎn)過一定的角度;當(dāng)擺桿逆時針方向擺動時,棘爪在棘輪的齒背上滑過,這時棘輪不動。為防止棘輪倒轉(zhuǎn),機(jī)構(gòu)中裝有止回棘爪5,并用彈簧使止回爪與棘輪齒始終保持接觸。這樣,當(dāng)白干1連續(xù)往復(fù)擺動時,就實(shí)現(xiàn)了棘輪的單向間歇運(yùn)動。7-3槽輪機(jī)構(gòu)有哪幾種根本型式?槽輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動系數(shù)是如何定義的?[解]根本型式:外接式和內(nèi)接式。在一個運(yùn)動循環(huán)內(nèi),槽輪運(yùn)動時間tb與撥盤運(yùn)動時間tj之比值kt稱為運(yùn)動特性系數(shù)。7-5試述凸輪間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)的工作原理及運(yùn)動特點(diǎn)。[解]工作原理:當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)動時,通過其曲線溝槽〔或凸脊〕撥動從動盤上的圓柱銷,使從動盤作間歇運(yùn)動。特點(diǎn):優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)轉(zhuǎn)可靠、轉(zhuǎn)位精確,無需專門的定位裝置,易實(shí)現(xiàn)工作對動程和動停比的要求。通過適中選擇從動件的運(yùn)動規(guī)律和合理設(shè)計(jì)凸輪的輪廓曲線,可減小動載荷和防止沖擊,以適應(yīng)高速運(yùn)轉(zhuǎn)的要求。主要缺點(diǎn)是精確度要求較高,加工比擬復(fù)雜,安裝調(diào)整比擬困難。7-6不完全齒輪機(jī)構(gòu)與普通齒輪機(jī)構(gòu)的嚙合過程有何異同點(diǎn)?[解]在不完全齒輪機(jī)構(gòu)中,主動輪1連續(xù)轉(zhuǎn)動,當(dāng)輪齒進(jìn)入嚙合時,從動輪2開始轉(zhuǎn)動,當(dāng)輪1上的輪恥退出嚙合時,由于兩輪的凸、凹鎖止弧的定位作用,齒輪2可靠停歇,從而實(shí)現(xiàn)從動齒輪2的間歇轉(zhuǎn)動。而普通齒輪嚙合是連續(xù)的,從動輪的運(yùn)動也是連續(xù)的。第八章機(jī)械運(yùn)動動力學(xué)方程8-6在如圖10-14所示汽輪機(jī)和螺旋漿的傳動機(jī)構(gòu)中,各構(gòu)件的轉(zhuǎn)動慣量分別為:汽輪機(jī)1的轉(zhuǎn)子和與其相固聯(lián)的軸2及其上齒輪的轉(zhuǎn)動慣量J1=1900,螺旋槳5的轉(zhuǎn)動慣量為J5=2500,軸3及其上齒輪的轉(zhuǎn)動慣量=400,軸4及其上齒輪的轉(zhuǎn)動慣量J3=1000,加在螺旋槳上的阻力矩為M5=30,傳動比i23=6,i34=5。假設(shè)取汽輪機(jī)1為等效構(gòu)件,試求整個機(jī)組的等效轉(zhuǎn)動慣量和等效阻力矩。解:8-7如圖為具有往復(fù)運(yùn)動時桿的油泵機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖。:lAB=50,移動導(dǎo)桿3的質(zhì)量為m3=0.4kg(1);(2);(3)解:10-3圖示為X6140銑床主傳動系統(tǒng)簡圖.圖中標(biāo)出各軸號〔Ⅰ,Ⅱ,…,Ⅴ〕,軸Ⅴ為主軸.各輪齒數(shù)見圖.各構(gòu)件的轉(zhuǎn)動慣量〔單位為〕為:電動機(jī)JM=0.0842;軸:JS1=0.0002,JS2=0.0018,JS3=0.0019,JS4=0.0070,JS5=0.0585;齒輪塊:J3=0.0030,J4=0.0091,J7=0.0334,J8=0.0789;齒輪:J5=0.0053,J6=0.0087,J9=0.1789,J10=0.0056;飛輪JF=0.1112;帶輪:J1=0.0004,J2=0.1508;制動器C:JC=0.0004,帶的質(zhì)量m=1.214kg.求圖示傳動路線以主軸Ⅴ為等效構(gòu)件時的等效轉(zhuǎn)動慣量.解:i12=ω1/ω2=D2/D1ω1=275×ω2/145……①i25=ω2/ω5=(-1)3×38×46×71/16×17×18ω2=-25.35×ω5將ω2代入①式可得:ω1=-48.1×ω5i35=ω3/ω5=(-1)2×46×71/17×18ω3=10.67×ω5i45=ω4/ω5=(-1)1×71/18ω4=-3.94×ω5皮帶的速度:V=ω2×D2/2V=25.35×ω5×D2/2V/ω5=25.35×0.275/2=3.48由轉(zhuǎn)動慣量的公式:JV5=∑ni=1[Jsi×(ωi/ω5)2+mi(Vsi/ω5)2]JV5=(JM+JS1+J1+JC)×(ω1/ω5)2+m×(V/ω5)2+(J2+JS2+J3)×(ω2/ω5)2+(J4+JS3+J5+J6)×(ω3/ω5)2+(J7+JS4+J8)×(ω4/ω5)2+(J9+JF+J10+JS5)×(ω5/ω5)2JV5=(0.0842+0.0002+0.0004+0.0004)×48.12+1.214×3.482+(0.1508+0.0018+0.0030)×25.352+(0.0091+0.0019+0.0053+0.0087)×10.672+(0.0334+0.0070+0.0789)×3.942+(0.1789+0.1112+0.0056+0.0585)×12JV5=316.86(kg·m2)10-5如下圖為一簡易機(jī)床的主傳動系統(tǒng),由一級皮帶傳動和兩級合并輪傳動組成。直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速n0=1500,小皮帶輪直徑d=100,轉(zhuǎn)動慣量Jd=0.1,大皮帶輪直徑D=200,轉(zhuǎn)動慣量JD=0.3,各齒輪的齒數(shù)和轉(zhuǎn)動慣量分別為:Z1=32,J1=0.1,Z2=56,J2=0.2,Z2’=32,J2’=0.1,J3=0.25要求在切斷電源后2s,利用裝在軸上的制動器將整個傳動系統(tǒng)制動住。求所需的制動力矩。解:以主軸I為等效構(gòu)件8-8在圖所示定軸輪系中,各輪齒數(shù)為Z1=Z2’=20,Z3=Z4=40,各輪對其輪心的轉(zhuǎn)動慣量分別為J1=J2’=0.01,J2=J3=0.04作用在輪1上的驅(qū)動力矩Md=30,作用在輪3上的阻力矩Mr=120。設(shè)該輪系原來靜止,試求在Md和Mr作用下,運(yùn)轉(zhuǎn)到t=1.5s時,輪1的角速度和角加速度。解:取輪1為等效構(gòu)件i12=ω1/ω2=(-1)1×z2/z1ω2=-ω1/2i13=ω1/ω3=(-1)2×z2×z3/z1×z2’ω3=20×20×ω1/40×40=ω1/4輪1的等效力矩M為:M=Md×ω1/ω1+Mr×ω3/ω1=60×1-120/4=30N·m輪1的等效轉(zhuǎn)動慣量J為:J=J1(ω1/ω1)2+(J2’+J2)(ω2/ω1)2+J3(ω3/ω1)2=0.01×1+(0.01+0.04)/4+0.04/16=0.025(kg·m2)∵M(jìn)=J×ε∴角加速度ε=M/J=1200(rad/s2)初始角速度ω0=0∴ω1=ω0+ε×tω1=1200×1.5=1800(rad/s)8-10一機(jī)械系統(tǒng)的等效力矩Me對轉(zhuǎn)角的變化曲線如下圖。各塊面積分別為,f1=340mm2,f2=810mm2,f3=600mm2,f4=910mm2f5=555mm2f6=470mm2f7=695mm2比例尺:平均轉(zhuǎn)速n解:根據(jù)能量指示圖:8-11在如圖8-16所示的傳動機(jī)構(gòu)中,1輪為主動輪。其上作用的主動力矩為常數(shù)。2輪上作用有主力矩,其值隨2輪的轉(zhuǎn)角作周期性變化:當(dāng)2輪由0度轉(zhuǎn)到120度時,其變化關(guān)系如圖8-16(b)所示。當(dāng)
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