机械设计基础答案

1、参考答案第二章机械的结构分析二、综合题1.n = 7 , pi = 9 , ph= 1从图中可以看出该机构有2个原动件,而由于原动件数与机构的自由度数相 等,故该机构具有确定的运动.2. (a) D、E处分别为复合较链(2个较链的复合)；B处滚子的运动为局部自由度；构件F、G及其联接用的转动副会带来虚约束.n = 8 , pi = 11 , ph= 13. (c) n = 6 , pi = 7 , ph= 3(e) n = 7 , pi = 10 , ph = 04. (a) n = 5 , pi = 7 , ph= 0n级组n级组由于该机构是由最高级别为n级组的根本杆组构成的,所以为n级机构

2、.(c) n = 5 , pi = 7 , ph= 0in级组由于该机构是由最高级别为田级组的根本杆组构成的,所以为田级机构.5. n = 7 , pi =10 , ph = 0n级组m级组当以构件AB为原动件时,该机构为m级机构.n级组n级组n级组当以构件FG为原动件时,该机构为II级机构.可见同一机构,假设所取的原动件不同,那么有可能成为不同级别的机构.6. (a) n = 3 , pi = 4 , ph= 1由于机构的自由度为0,说明它根本不能运动.而要使机构具有确定的运动, 必须使机构有1个自由度(与原动件个数相同).其修改方案可以有多种,下面仅 例举其中的两种方案.n = 4 , p

3、i = 5 , ph = 1此时机构的自由度数等于原动件数,故机构具有确定的运动第三章平面机构的运动分析一、综合题1、解:由相对瞬心P13的定义可知:找出出2、所 3 =,1 PlPl3 / R 3 P13方向为逆时针转向,如下列图.3、解：1计算此机构所有瞬心的数目K=N N-1 /2=6 6-1 /2=15;2如下列图,为了求传动比1/必2,需 瞬心P16、P36、P12、P23,并根据三心定理找P13；3根据P13的定义可推得传动比1/2计算公式如下:由于构件1、3在K点的速度方向相同,从而只03和飒同向4、解：1以选定的比例尺 为作机构运动简图图b02 求 vc定出瞬心P3的位置图 b

4、,由于P13为构件3的绝对瞬心,有切 3 =vB/lBP= 0 21AB/ %BP33B BP|3 2AB l 13=100.06/0.003 父 78=2.56 rad/s Vc =c丽 3 = 0.003 52 2.56=0.4m/s3定出构件3的BC线上速度最小的点E的位置由于BC线上的速度最小点必与P3点的距离最近,故从P3引BC的垂线交于点E,由图可得VE =.淳/ = 0.003父 465 2.56=0.357 m/s4定出Vc =0时机构的两个位置见图c,注意此时C点成为构件3 的绝对瞬心,量出中 1=26.4 ° ; 2 2=226.65、解:6、解：1把B点分解为B

5、2和B3两点,运用相对运动原理列出速度与加速度的 矢量方程,并分析每个矢量的方向与大小如下：方向 AB,AB向下 BCi 大小?i 71AB27、解：2/JA方向标出各顶点3B-5C ±BCB(E21,B2,B3)EbCC03B-A ,BC向下 / BC：12AB2 ：3 ：VB3B2,以及各边所代表的速度或加速度及其指向如下:n'大小 V 1?方向,AB 水平/导路?3=V32 / L AB =pb2/fv/L AB大小£2Lab?0/导路方向AB：AB&=aB2t / L AB = n ' b2 '?a /L AB8、解：根据速度多边形判

6、断如下：第一步：由pb方向得杆2角速度方向如下列图；, , ,一八d k第二步：把矢量 c3c2绕3 2方向旋转90度得ac2c3方向.9在a图机构中存在哥氏加速度,但在导杆 3的两个极限摆动位置时,以及滑 块2相对于导杆3的两个极限滑动位置时,哥氏加速度为零.这是由于前者的瞬 时牵连转速为零,而后者的瞬时相对平动为零,均导致哥氏加速度瞬时为零；相 应的机构位置图略在b图机构中由于牵连运动为平动,故没有哥氏加速度存在.10、解：11、解：方大方大±DC XAB 向右 XBC：1 1AB±AC ±DC /AC2 IdC标出顶点如下列图.12、解:a) 巧<&g

7、t;. ME m/mm1以5做机构运动简图2速度分析根据VC =VB +VCB以,做其速度多边形图b根据速度影像原理,做&b cesBCE,且字母顺序一致得点e,由图得：Ve =pe =0.0 05 62). 3 m( s / (顺时针)= 2.25( rad / s)(逆时针)=3.27 (rad/S3)加速度分析根据机速度矢量方程以因做加速度多边形(图c)根据加速度影像原理,做Ab ce s ABCE ,且字母顺序致得点e由图点得=0.05父27.5/0.07 =19.6(rad /s)(逆时针)第四章 平面机构的力分析+第五章效率和自锁三、综合题圆柱齿轮1、2、3、4为串联=12

8、 34 = 0 .952圆锥齿轮 5-6、7-8、9-10、11-12 为并联.n'' = n56 =0.92此传动装置的总效率3、解：='''=12 34 56 n 0.952 0.92 = 0.834、解:R122(a) p>e轴作加速转动人(b)尸e轴作减速转/比解：R2132R21 C5、6、7、解：解：r2；1 /灯图所示,由摩擦fB料块上总反,. 1 R8、解：'R21R43R231、解：此传动装置为一混联系统.10、解：作出各运动副反力的作用线如图11、解：(1)作出各运动副反力的作用线如图(2)力矢量方程式：Q+R34+R4

9、=0, R32 + R12+R2 =0,画力多边形1(1)如果只要求刚性转子的惯性力到达平衡,那么称为转子的静平衡.(2)如果不仅要求惯性力,而且要求惯性力矩也到达平衡.那么称为转子的动平衡.(3)不考虑动平衡的静平衡不总是有利的,其理由在于对于不是分布在同一平面内的转子,虽然它满足了静平衡要求,但如果不对它进行动平衡,它在转动过程中将有附加动压力产生,引起机械设备的震动.4、答：(1)机器在启动阶段、稳定运转阶段和停车阶段的功能关系的表达式：起动阶段：Wd =Wr+Wf +AE ,稳定运转阶段：Wd =Wr+Wf ,停车阶段：Wr = -AE(2)原动件角速度的变化情况：起动阶段：3由令逐渐

10、上升,直至到达正常运转的平均角速度8m为止.稳定运转阶段：6围绕其平均值0 m作不大的上下波动.停车阶段：切由令逐渐减小为零5、答：等效力的等效条件是将等效力(力矩)作用在等效构件上,其所作的功(功率) 与机械系统在所有力作用下所作的功(功率)相等.6、答：(1)机器运转的周期性及非周期性速度波动的性质的区别：如果在等效力矩和等效转动惯量变化的公共周期内,驱动功等于阻抗功,那么机械能增量为零,于是经过等效力矩和等效转动惯量变化的公共周期,机械的动能 恢复到原来的值,因而等效构件的角速度也恢复到原来的值,这种等效构件的角 速度在稳定运转过程中的速度将出现周期性波动.如果机械在运转过程中等效力矩的

11、变化出现非周期性波动,那么机械运转的速度将出现非周期性波动.(2)调节方法：周期性速度波动不会破坏机械的稳定运转状态,它可以采用安装飞轮来调节.非周期性速度波动将会破坏机械的稳定运装状态,可能会出现飞车或停车的现 象,可采用调速器进行调节.三、综合题1、解: 1由功率等效原那么可建立如下方程:即 Me=Med Mer = M 11F2vs2 cos( F 2, V$2 )/, 1 W2vs2 cos(W 2, V$2 ) /,1 一 R3 vs3 / ' 12由动能等效原那么可建立如下方程所以 Je = Ji,Js22m2,1'2vs2m3注：利用瞬心,可进一步求得:2、解:2

12、0 2二(1600 -20)(1)M ed424 =217.5N m由 nmax +nmin =2nm = 3000 及 nmxn = 6=0.05可得、nmax=1537.5rpm , nmin =1462.5rpm(3)H &vWmax = 1600-217.5 =1085.81J 43、解:(1)求 Med作等效Med图(2)求 Jf由等效Med图可求得:二二2二b 3作能量指示图4= ji3210由能量指示图可以得到Wmax=&Wbc = 279.11 J ,Jf900 Wmax900 279.11-2= 0.226kgm二 15000.05(3)求 maX、- min

13、由8m =ax_z5_ =157 , a =max +* =0.05 2-m得到 max =160.925rad/s , ,min =153.075rad /s4、解：机组阻抗功Wr为机组驱动功： Wd =Md父2冗(由于Md为常数)那么由在机组稳定运转阶段的一个周期内,驱动功与阻抗功相等即Wd =Wr可以 得到,Md M2n =800冗,所以 Md=400Nm 由题图所示,在0 2n的一个周期内,最大盈亏功为由题意,转速误差不超过 ±1%,所以0 =0.02,因此飞轮的等效转动惯量为5、解：(1)最大盈亏功由题图,可建立如下方程解之得到M ed =50Nm_2 二100 二所以.：

14、Wmax = Emax 一 Emin = 503 J33其中,最大角速度切max对应邛角在a位置,最小角速度由min对应邛角在b位置(2)安装飞轮进行调节.6、(略)7、解：/ / /(1)等效转动惯量Je和等效力矩Me根据得到根据得到(2)等效力矩的方向如图示(3)等效转动惯量或等效力矩是机构位置%的函数8、解：(1)飞轮转动惯量JF'5n 10x2n +60 -10 x 2n I等效驱动力矩 Med =七3"= 18.33N .m2 二最大盈亏功.：Wmaxy 18.33-10 =43.616J飞轮转动惯量：Jf -900 Wmax二 2nmi"900 43.6

15、16二二 2 10002 0.05 2二 0.07955kgm(2)在不计摩擦损失时,驱动此机器的原动机的功率：由 0 =2n/60>t =牛/® 可以得到 t =中/.= =-6-2二n/60 100所以 P = Med2：/t = 18.33 * =1.92kWed6/100第四章 平面连杆机构及其设计1、图a为导杆机构,或为曲柄摇杆机构.图b为曲柄滑块机构2、解：根据题意作图极位夹角8=180° 粤 =180 K+I1.25-1X =201.25+1在 A ADC 中,AC Ra/ +DC -2AD DCcos|其中 AD=100mm , DQ =75mm ,

16、|=45°故得 AQ =70.84 mm0DQ AQ又二二=T乂 Sin/GAD Sin 小求得/ G AD=48.47故/GAD=Z GAD-8 =48.47° -20 ° =28.47在A ADQ中,两边一角,三角形可解,求得AC2 =BC+AB=145.81mmAC1 =BC-AB=70.84mm解方程组得 AB=37.49mm, BC=108.33 mm4、解：a=240mm, b=600mm, c=400 mm, d=500mm, a+ b < d +c满足杆长条件.1当杆4为机架,最段杆1为连架杆,机构有曲柄存在；2要使此机构成为双曲柄机构,那么

17、应取杆1为机架；要使此机构成为双摇杆机构, 那么应取杆3为机架.3假设a、b、c三杆的长度不变,取杆4为机架,要获得曲柄摇杆机构,d的取值 范围应为440Vd <760.8、解：1此机构有急回运动；用作图法作出机构的极位,并量得极位夹角 佑7.3.; 计算行程速比系数 K= 180° + 9 / 180 -8 =1.085;2作此机构传动角最小和压力角最小的位置,并量得加n=60°, Omin=0°；3作滑块为主动件时机构的两个死点位置,即C1B1A及C2B2A两位置.10、解:1机构的极位夹角,9 =180.笈= 180.三=0K+11+1因此连杆在两极位

18、时共线,如下列图：在 DCG中因DC= DC, /GDC=60°故DC 1G为等边三角形,在直角ADC中/DAC=30° ,因此GDA为等腰三角形/ C DA1=30° 因此有BC-AB=AG150mmffi BC+AB=AC300mmW得：BC=225mm,AB=75mrfi有 AD=2cos30° =262.5mm故：LAB=75mm, LsC=225mm,匕D=150mm,L AD=262.5mm2由于Lab+ Lad=75+262.5=337.5<Lbc+ LcD=375,故满足杆长条件；又最短杆 AB为一连架杆,所以AB为曲柄.13、解：

19、1如果AB杆能通过其垂直于土块导. 路的两位置时,那么AB杆能作整周转动.因此 AB杆为曲柄的条件是 AB+ec BC2当e=0时,杆AB为曲柄的条件时AB< BC3当以杆AB为机架时,此机构为偏置转动导杆机构第九章凸轮机构及其设计四、综合题1、 3、 4、 7、第十章齿轮机构及其设计填空题1、A:z/cos3B： Z/COS2、3、A:A:4、A:*c m B:增加齿数；,一九：外啮合1C:节 D:分度圆B:增加齿顶圆压力角;E：分度圆上的压力角C:减少啮合角mn1 ; mn2Ot , = 0八C:n1 n2B: 1蜗杆的轴面模数、压力角与蜗轮主剖面内模数、压力角分别相等即:m = m

20、mx1mt2x1Ctt2;7 = P2蜗杆的导程角螺级开角与蜗轮的螺旋角相同,且旋向一致即：125、A:压力角B:模数m6、A.其连心线被两啮合齿廓在接触点处的公法线所分成的两线段的长度之比B,都必须通过固定的节点.8、A: 60 B: 409、A:基 B:齿顶 C:分度* *10、A .模数m、齿数z、分度圆压力角&、齿顶高系数ha ,径向间隙系数c和 齿宽b*8、 m、"、 a、c ；c:齿数z 11、A、节 B、分度12、A可保证定传动比传动B齿廓间的正压力方向不变,传动平稳C齿廓具有可分性,有利于齿轮的加工和装配；13、A,两轮的模数、压力角分别相等即：mi = Q、

21、1 = 口 214、A： Z2/Z1 =47/18 = 2.61B:二 arctg(tg： / cos ')= arctg(tg200/cos150)=20.64mt =mn/cos? =3/cos150 = 3.11mmC :D:dt=mnz/cos : = 3 18/cos150 = 55.91mm1mm15、A:分度线 B:分度圆E:zv2 = z2 /cos3 : =47/cos3150 =52.15二、简做题9、2、根据外啮合渐开线标准直齿圆柱齿轮传动重合度的公式：z1(tga a1 - tga /)+ z2(tga a2 - tg« / "2元增加齿数,

22、增加齿顶 圆压力角,减小中央距,减少啮合角,都增大其重合度,反之减少齿数,减小齿 顶圆压力角,增大中央距,增大啮合角,将使重合度减小.3、答：(1)两齿轮的传动比为常数的条件是：无论两齿廓在何位置接触,过其接 触点所作两齿廓的公法线,都必须通过两轮连心线上的一固定的点(节点) .(2)根据渐开线的特性,两渐开线齿廓齿轮不管两齿廓在何位置接触,过 其接触点的两齿廓的公法线既是两渐开线的基圆的一条内公切线.由于两基圆的 内公切线是一定直线,它与两轮连心线交点必为一定点.因此渐开线齿廓能满足 定传动比的要求.4、分度圆是齿轮计算的基准圆,任意一个齿轮有且只有一个大小完全确定的分度 圆,不管该齿轮是否

23、与另一齿轮啮合,也不管两轮中央距如何变化,其直径都为 确定的值,而节圆是齿轮啮合传动时,两齿轮上在节点处相切的一对园,所以只 有当一对齿轮啮合时才有节圆,其大小随中央距的变化而变化.中央距大,节圆 直径大,中央距小,节圆直径小,当一对齿轮按标准中央距安装时,两轮的节圆 与其分度圆相重合,大小相等.5、齿廓接触点的齿廓公法线与两轮连心线交于定点；实际啮合线段应大于或至少 等于齿轮的法向齿距；两啮合齿廓之间的正压力方向始终不变.6、加卸载过程平稳,冲击、振动和噪音较小,适用于高速、重载传动；重合度大, 提升承载水平,寿命长；不根切的最少齿数少,可更为紧凑.主要缺点是运转是 会产生轴向推力.7、减少

24、齿数,齿轮传动的重合度的减小,反之增大；齿顶圆减小,齿顶圆压力角亦减小,齿轮传动的重合度的减小,反之增大； 增大安装中央距,啮合角增大,齿轮传动的重合度的减小,反之增大.Z、m、齿顶圆压力角、中央距增大,重合度都将增大./& acosa = a COS",当a/>a时,啮合角将增大.9、由于斜齿轮的法面齿形与刀具刀口的形状想对应,那就应该找出一个与斜齿轮的法面齿形相当的直齿轮来,然后根据这个直齿轮的齿数来决定刀具的刀口.这 个虚拟的直齿轮就称为斜齿轮的当量齿轮,也是与斜齿轮法面齿形相当的虚拟直齿轮,其齿数就称为当量齿数,Zv = z/cos P , z是斜齿轮的齿数,z

25、v是人乙P人,»斜齿轮的当量齿数,是斜齿轮的螺旋升角.10、齿廓必须满足的条件是：无论两齿廓在何位置接触,过接触点所作的两齿廓 公法线必须与两齿轮的连心线相交于一定点.11、可采用斜齿轮传动,也可采用变位齿轮传动.三、综合题1、d1 =mnz1 / cos =3 27/cos806 34 =81.8182mm2、被加工齿轮的模数： m=P/J! =5 JI/JI =5mm被加工齿轮的压力角：a =刀具的齿侧角=20加工时范成运动的速度：v = ""1 = 1a = 1 r1 =60m/s被加工齿轮的分度圆半径：r1 = 60mm被加工齿轮轴心至刀具分度线的距离：a

26、 = 60mm被加工齿轮的基圆:71cos1二 60cos200 = 56.3816mm也3、4、d1=mz1=10X 18=180mmd2=mz2=10X 54=540mmda1=d1+2ha=180+20=200mm da2=d2+2ha=540+20=560mm 5、解；由于标准安装得 m = 5mma=m(z1z2)=m (22 34)= 140mm 226、齿轮为正常齿制,故da2 = m(z2 2ha) = m (100 2 1) = 408mm 得 m = 4mm2=(乙 z2)=：(乙 100)= 310mm得 z1=55小齿轮的5个根本参数为：*m=4mm,乙=55= 200

27、,ha = 1,c =0.25分度圆直径 : d 二 mz 二 4 55 = 220mm*、齿轮齿顶圆直径：% =m(z12%=4 (100 2 1尸228mm7、设该对齿轮为标准安装的渐开线齿轮传动综上可见,该对齿轮传动就是标准安装的渐开线齿轮传动 *故Z2=36, m = 5mm, 口 =200, ha -1, c = 0.258、由d1 =m乙=3乙=51.4mm得z1 =17.1 w整数,故该齿轮齿条传动不是标准齿轮齿条传动.取 Zi =17贝J有di =mzi =3父 17 =54mm2齿条移动的速度为：丫条=-ldl/2 =51 J/2=51.4 r/23由于齿条的节线始终与齿轮分度圆相切,