机械设计基础答案.doc

.3-1解图 3.10 题3-1解图如图 3.10所示，以O为圆心作圆并与导路相切，此即为偏距圆。过B点作偏距圆的下切线，此线为凸轮与从动件在B点接触时，导路的方向线。推程运动角 如图所示。 3-3解 ：从动件在推程及回程段运动规律的位移、速度以及加速度方程分别为：（ 1）推程： 0 150 （ 2）回程：等加速段 0 60 等减速段 60 120 为了计算从动件速度和加速度，设 。 计算各分点的位移、速度以及加速度值如下： 总转角 0 15 30 45 60 75 90 105 位移 (mm) 0 0.734 2.865 6.183 10.365 15 19.635 23.817 速度 (mm/s) 0 19.416 36.931 50.832 59.757 62.832 59.757 50.832 加速度（ mm/s 2 ） 65.797 62.577 53.231 38.675 20.333 0 -20.333 -38.675 总转角 120 135 150 165 180 195 210 225 位移 (mm) 27.135 29.266 30 30 30 29.066 26.250 21.563 速度 (mm/s) 36.932 19.416 0 0 0 -25 -50 -75 加速度（ mm/s 2 ） -53.231 -62.577 -65.797 0 -83.333 -83.333 -83.333 -83.333 总转角 240 255 270 285 300 315 330 345 位移 (mm) 15 8.438 3.75 0.938 0 0 0 0 速度 (mm/s) -100 -75 -50 -25 0 0 0 0 加速度（ mm/s 2 ） -83.333 -83.333 83.333 83.333 83.333 0 0 0 根据上表 作图如下（注：为了图形大小协调，将位移曲线沿纵轴放大了 5倍。）： 3-6 解：图 3-18 题3-6图 从动件在推程及回程段运动规律的角位移方程为： 1.推程： 0 150 2.回程： 0 120 计算各分点的位移值如下： 总转角（ ） 0 15 30 45 60 75 90 105 角位移（ ） 0 0.367 1.432 3.092 5.182 7.5 9.818 11.908 总转角（ ） 120 135 150 165 180 195 210 225 角位移（ ） 13.568 14.633 15 15 15 14.429 12.803 0.370 总转角（ ） 240 255 270 285 300 315 330 345 角位移（ ） 7.5 4.630 2.197 0.571 0 0 0 0 根据上表 作图如下： 图 3-19 题3-6解图 4-1解 分度圆直径齿顶高 齿根高顶 隙 中心距 齿顶圆直径 齿根圆直径 基圆直径 齿距 齿厚、齿槽宽 4-2解由 可得模数 分度圆直径 4-3解 由 得 4-5解 正常齿制渐开线标准直齿圆柱齿轮的齿根圆直径： 基圆直径 假定 则解 得 故当齿数 时，正常齿制渐开线标准直齿圆柱齿轮的基圆大于齿根圆；齿数 ，基圆小于齿根圆。 4-9解 模数相等、压力角相等的两个齿轮，分度圆齿厚 相等。但是齿数多的齿轮分度圆直径大，所以基圆直径就大。根据渐开线的性质，渐开线的形状取决于基圆的大小，基圆小,则渐开线曲率大,基圆大，则渐开线越趋于平直。因此，齿数多的齿轮与齿数少的齿轮相比，齿顶圆齿厚和齿根圆齿厚均为大值。 4-10解 切制变位齿轮与切制标准齿轮用同一把刀具，只是刀具的位置不同。因此，它们的模数、压力角、齿距均分别与刀具相同，从而变位齿轮与标准齿轮的分度圆直径和基圆直径也相同。故参数 、 、 不变。 变位齿轮分度圆不变，但正变位齿轮的齿顶圆和齿根圆增大，且齿厚增大、齿槽宽变窄。因此 、 变大， 变小。 啮合角 与节圆直径 是一对齿轮啮合传动的范畴。 4-11解 因 螺旋角 端面模数 端面压力角 当量齿数 分度圆直径 齿顶圆直径 齿根圆直径 4-12解 （1）若采用标准直齿圆柱齿轮，则标准中心距应 说明采用标准直齿圆柱齿轮传动时，实际中心距大于标准中心距，齿轮传动有齿侧间隙，传动不连续、传动精度低，产生振动和噪声。 （ 2）采用标准斜齿圆柱齿轮传动时，因 螺旋角 分度圆直径 节圆与分度圆重合 ， 5-3解：秒针到分针的传递路线为： 6543，齿轮3上带着分针，齿轮6上带着秒针，因此有： 。 分针到时针的传递路线为： 9101112，齿轮9上带着分针，齿轮12上带着时针，因此有： 。 图 5.7 图5.8 5-4解： 从图上分析这是一个周转轮系，其中齿轮 1、3为中心轮，齿轮2为行星轮，构件 为行星架。则有： 当手柄转过 ，即 时，转盘转过的角度 ，方向与手柄方向相同。 5-5解： 这是一个周转轮系，其中齿轮 1、3为中心轮，齿轮2、2为行星轮，构件 为行星架。 则有： ， 传动比 为10，构件 与 的转向相同。 图 5.9 图5.10 5-6解： 这是一个周转轮系，其中齿轮 1为中心轮，齿轮2为行星轮，构件 为行星架。 则有： ， ， 5-7解： 这是由四组完全一样的周转轮系组成的轮系，因此只需要计算一组即可。取其中一组作分析，齿轮 4、3为中心轮，齿轮2为行星轮，构件1为行星架。这里行星轮2是惰轮，因此它的齿数 与传动比大小无关，可以自由选取。（1） 由图知 （2） 又挖叉固定在齿轮上，要使其始终保持一定的方向应有： （3） 联立（ 1）、（2）、（3）式得： 图 5.11 图5.12 5-8解： 这是一个周转轮系，其中齿轮 1、3为中心轮，齿轮2、2为行星轮， 为行星架。 ， 与 方向相同 5-13解： 这是一个混合轮系。齿轮 1、2、3、4组成周转轮系，其中齿轮1、3为中心轮，齿轮2为行星轮，齿轮4是行星架。齿轮4、5组成定轴轮系。 在周转轮系中： ， （1） 在图 5.17中，当车身绕瞬时回转中心 转动时，左右两轮走过的弧长与它们至 点的距离成正比，即：（2） 联立（ 1）、（2）两式得到： ， （3） 在定轴轮系中： 则当： 时， 代入（ 3）式，可知汽车左右轮子的速度分别为 ， 5-14解： 这是一个混合轮系。齿轮 3、4、4、5和行星架 组成周转轮系，其中齿轮3、5为中心轮，齿轮4、4为行星轮。齿轮1、2组成定轴轮系。 在周转轮系中：（1） 在定轴轮系中： （2） 又因为： ， ， （3） 依题意，指针 转一圈即 （4） 此时轮子走了一公里，即 （5） 联立（ 1）、（2）、（3）、（4）、（5）可求得 图 5.18 图5.19 5-15解： 这个起重机系统可以分解为 3个轮系：由齿轮3、4组成的定轴轮系；由蜗轮蜗杆1和5组成的定轴轮系；以及由齿轮1、2、2、3和构件 组成的周转轮系，其中齿轮1、3是中心轮，齿轮4、2为行星轮，构件 是行星架。 一般工作情况时由于蜗杆 5不动，因此蜗轮也不动，即 （1） 在周转轮系中： （2） 在定轴齿轮轮系中： （3） 又因为： ， ， （4） 联立式（ 1）、（2）、（3）、（4）可解得： 。 当慢速吊重时，电机刹住，即 ，此时是平面定轴轮系，故有： 10-3解 查教材表10-1得 粗牙 螺距 中径 小径 螺纹升角 普通螺纹的牙侧角 ，螺纹间的摩擦系数 当量摩擦角 拧紧力矩 由公式 可得预紧力 拉应力 查教材表 9-1得 35钢的屈服极限 拧紧所产生的拉应力已远远超过了材料的屈服极限，螺栓将损坏。 10-4解 （1）升角 当量摩擦角 工作台稳定上升时的效率： （ 2）稳定上升时加于螺杆上的力矩 （ 3）螺杆的转速 螺杆的功率 （ 4）因 ，该梯形螺旋副不具有自锁性，欲使工作台在载荷 作用下等速下降，需制动装置。其制动力矩为 10-5解 查教材表9-1得 Q235的屈服极限， 查教材表 10-6得，当控制预紧力时，取安全系数 由许用应力 查教材表 10-1得 的小径 由公式 得 预紧力 由题图可知 ，螺钉个数 ，取可靠性系数 10-7解 查教材表 9-1得，螺栓35钢的屈服极限， 查教材表 10-6、10-7得螺栓的许用应力 查教材表 10-1得， 的小径 螺栓所能承受的最大预紧力 所需的螺栓预紧拉力 则施加于杠杆端部作用力 的最大值 牵曳力 10-10解 （ 1）每个螺栓所允许的预紧力 查教材表 9-1得 45钢的屈服极限 ， 查教材表 10-6、10-7得，当不能严格控制预紧力时，碳素钢取安全系数 由许用应力 查教材表 10-1得 的小径 由公式 得 预紧力 （ 2）每个螺栓所能承担的横向力 由题图可知 ，取可靠性系数 横向力 （ 4）螺栓所需承担的横向力 （ 5）螺栓的个数 取偶数 。 在直径为 155的圆周上布局14个 的普通螺栓，结构位置不允许。11-4解 开式齿轮传动的主要失效形式是磨损，目前的设计方法是按弯曲强度设计，并将许用应力降低以弥补磨损对齿轮的影响。 （ 1）许用弯曲应力 查教材表11-1小齿轮45钢调质硬度：210230HBS取220HBS；大齿轮45钢正火硬度：170210HBS，取190HBS。查教材图11-10得, 查教材表 11-4 ，并将许用应用降低30% 故 （ 2）其弯曲强度设计公式： 其中：小齿轮转矩 载荷系数 查教材表11-3得 取齿宽系数 齿数 ，取 齿数比 齿形系数 查教材图 11-9得 、 因 故将 代入设计公式 因此 取模数 中心距 齿宽 11-8解 见题11-8解图。齿轮2为右旋，当其为主动时，按右手定则判断其轴向力方向 ；径向力总是指向其转动中心；圆向力 的方向与其运动方向相反。 图 11.3 题11-8解图 11-9解 （ 1）要使中间轴上两齿轮的轴向力方向相反，则低速级斜齿轮3的螺旋经方向应与齿轮2的旋向同为左旋，斜齿轮4的旋向应与齿轮3的旋向相反，为右旋。 （ 2）由题图可知：、 、 、 、 分度圆直径 轴向力 要使轴向力互相抵消，则： 即 11-11解 软齿面闭式齿轮传动应按接触强度设计，然后验算其弯曲强度： （ 1）许用应力 查教材表 11-1小齿轮40MnB调质硬度：240280HBS取260HBS；大齿轮45钢调质硬度：210230HBS，取220HBS。 查教材图 11-7： ； 查教材图 11-10： ； 查教材表 11-4 取 ， 故： （ 2）按接触强度设计，其设计公式： 其中：小齿轮转矩 载荷系数 查教材表11-3得 齿宽系数 取 中心距 齿数比 将许用应力较小者 代入设计公式 则： 取中心距 初选螺旋角 大齿轮齿数 ，取 齿数比： 模数 ，取 螺旋角 （ 3）验算其弯曲强度，校核公式： 小齿轮当量齿数 大齿轮当量齿数 齿形系数 查教材图 11-9得 、 满足弯曲强度。 13-5解 由教材表 13-6 得 由教材表 13-4 得： =0.17kW, 由教材表 13-3 得： =1.92 kW, 由教材表 13-2 得：,由教材表 13-5 得： 取 z=3 13-11解 （ 1 ）链轮齿数 假定 ， 由教材表 13-10，取 ， ，选 实际传动比 链轮节数 初选中心距 = 取 由教材表 13-13查得 取 估计此链传动工作位于图 13-33所示曲线的左侧，由教材表13-11得 采用单排链， 由教材图 13-33得当 =960r/min时，08A链条能传递的功率 满足要求，节距 p =12.7mm。 （ 4 ）实际中心距 （ 5）验算链速 由式 13-19得 ，符合原来假定。 16-8解 (1)求斜齿轮上的作用力 齿轮传递的转矩 齿轮的分度圆直径 齿轮的圆周力 齿轮的径向力 齿轮的轴向力 由图可知 ,斜齿轮为右旋,主动小齿轮,顺时针方向旋转时其轴向力指向右 （ 2）求轴承径向载荷 假设小齿轮与大齿轮的啮合点位于小齿轮的上端。 图16.12 题16-8解图1 垂直方向 水平方向 左端轴承 1的径向载荷 右端轴承 2的径向载荷 （ 3）求轴承的派生轴向力 现已知 、 、 （向右） 查教材附表 3，圆锥滚子轴承30206的接触角 （向右） （向左） （ 4）求轴承的轴向力 因 向右、 向右、 向左 图16.13 题16-8解图2 左端轴承 1被放松 右端轴承 2被压紧 （ 5）求当量动载荷 查教材表