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1n = 7 ， pl = 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处分别为复合铰链(2个铰链的复合);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 ，pl= 11， ph =13.( c )n =6， pl= 7 ，ph = 3( e )n =7， pl= 10， ph = 04.( a)n =5， pl= 7 ，ph = 0U级组U级组因为该机构是由最高级别为U级组的基本杆组构成的，所以为U级机构。( c) n =

2、5 ， pl = 7 ，ph = 0川级组因为该机构是由最高级别为川级组的基本杆组构成的，所以为川级机构。5. n = 7 ， pl =10 ， ph = 0U级组川级组当以构件AB为原动件时，该机构为川级机构。U级组U级组U级组当以构件FG为原动件时，该机构为U级机构。 可见同一机构，若所取的原动件不同，则有可能成为不同级别的机构。6. ( a) n = 3 ， pl = 4 ， ph = 1 因为机构的自由度为 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 ， pl = 5

3、 ， 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:找出瞬心2、所以3 八1 p）1P13/ P03P13方向为逆时针转向，（如图所示）。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） 如图所示，为了求传动比 3 1/ 3 2,需P16、P36、P12、P23 ,并按照三心定理找出P13 ；3）根据P13的定义可推得传动比3 1/ 3 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 匕和同向4、解：1）以选定的比例尺 叫作机构运动简图（图b）。2

4、 ）求V定出瞬心P3的位置（图b），因为P13为构件3的绝对瞬心，有 3 = Vb / IbP13 = 2I AB / 1 BPI3=10 0.06/0.00378=2.56 （rad/s ）Vc =，cCR3 3 = 0.003 52 2.56=o.4（m/s）3）定出构件3的BC线上速度最小的点E的位置因为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 = : P3E 3 二 0.003 46.5 2.56=0.357 （m/s）4）疋出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1=26.4 ;: 2=226.6 5、

5、解:6、解：（1 ）把B点分解为B2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丄AB向下 BCI 1：i ：Iab（2）7、解：方向B -C2标出各顶点的符丄BC B A 丄BC向下/ BC2：1 ：lAB2 ：3 :VB3B2 ?小（Bi,B：BC ?円以及各边所代表的速度或加速度及其指向如下:大小方向 丄AB 水平/导路：3=Vj2 / L AB =pb2trv /L AB0 ?/导路大小：3 Lab?0方向AB:AB：3=aB2 / L AB = n b2 e轴作加速转动;(b) p e轴作减速转动1方则&解：t dk1/ / =

6、arctg0.25、解: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力矢量方程式：Q R34 R5 0 , R32 +尺2 R52 = 0,画力多边形1、答:（1）如果只要求刚性转子的惯性力达到平衡，则称为转子的静平衡。（2）如果不仅要求惯性力，而且要求惯性力矩也达到平衡。则称为转子的动平衡。（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

7、阶段：Wd二Wr W, E，稳定运转阶段：Wd =Wr Wf，停车阶段：Wr =仝E（2）原动件角速度的变化情况：起动阶段：由令逐渐上升，直至达到正常运转的平均 角速度、为止。稳定运转阶段：围绕其平均值m作不大的上下波动。停车阶段：-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，则机械能增 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

8、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变化出现非周期性波动，则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）由功率等效原则可建立如下方程:即 Me =Med -MeMnF2Vs2COS( F 2,Vs2)/1W2Vs2COS(W 2,V$2)/1 -R3VS3 / 12）由动能等效原则可建立如下方程所以 Je = J1

9、Js2m212m3注：利用瞬心，可进一步求得:2、解:20 2 二(1600 -20)(1)Med4_ =217.5N m由 nmax nm-2nm3000 及八= 0.05可得、nmax =1537.5rpm， nmin =1462.5rpm(3)，WmaxJI=-1600-217.5 =1085.81J3、解:(1)求 Med作等效M ed图(2)求 Jf由等效Med图可求得:2 二 10二作能量指示图由能量指示图可以得到WmaX= 279.11J，900 ：Wmax900 279.112二2n:2150020.05 _ 0.226kgm(3)求 max、min/ max min =0.0

10、5m得到 max 60.925rad Ismin 二 153.075rad Ismax min由 r157，24、解:机组阻抗功Wr为机组驱动功：Wd二Md2 （因为Md为常数）则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二Wr可以得到,M d 2 -800二，所以 Md =400Nm 由题图所示，在02二的一个周期内，最大盈亏功为由题意，转速误差不超过 -1%，所以=0.02，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Med =50Nm2100 二所以 Wmax =Emax - Emin =50 2 呼 J33其中，最大角速度max对应角在

11、a位置，最小角速度-min对应角在b位置（2）安装飞轮进行调节。6、（略）7、解：1的函数（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8解:(1)飞轮转动惯量JF等效驱动力矩Med广5兀、10x2兀 +(60 10)汇 2兀I、18.33N .m2 二5 二3飞轮转动惯量：J f - 900鑒节 900 ：026：05 = 0.07955kgm2 兀nm 6 兀汉1000 x 0.05最大盈亏功厶Wmax18.33-10 =43.616J(2)在不计摩擦损失时，驱动此机器的原动机的功率：由=2 n/60及t可以得到t= /

12、-2劝/6010018 33 疋 2tt所以 P = Med2二 /t =- =1.92kW6/100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0 =180k-1鬲=1801.25-1乂 入 1.25+1=20在 A ADC 中，AC =/aD +DC -2AD DCcos(t 其中 AD=100 mm , DC =75 mm , 忻45故得 AG =70.84 m*又亠,=竺Sin / G AD Sin 求得/ C AD=48.47O故/ C2 AD=/ G AD-9 =48.47 -20 =28.47在A ADC中，已知

13、两边一角，三角形可解，求得AC2 =BC+AB=145.8伽AC1 =BC-AB=70.84m解方程组得 AB=37.49m, BC=108.33 m4、解：a=240 m， b=600 m， c=400 m， d=500 m， 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，则应取杆1为机架；要使此机构成为双摇杆机构，则应取杆3为机架。3） 若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440V dV 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9 =7.3 ;计

14、算行程速比系数 K= （180 +9 ） / （180 - 9 ） =1.085 ;2） 作此机构传动角最小和压力角最小的位置，并量得丫 min=60，a min=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:K-11-11）机构的极位夹角，9 =180- = 180： =0 K+11+1因此连杆在两极位时共线，如图所示：在 ？DCG中因DC= DC2，/ GDC=60故？DCC2为等 边三角形， 在直角？ADC中/ DAC=30，因此？GDA为等腰三角形（/ CQA邛1=30） 因此有BC-AB=A（=150mm和 BC+AB=AC300mm解得：B

15、C=225mm,AB=75m且有 AD=2CDcos30 =262.5mm故： l_AB=75mm, l_BC=225mm, LCD=150mn（已知）丄 AD=262.5mm2）因为_AB+ _ad=75+262.5=337.5 V _bc+ Lct=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:1）如果AB杆能通过其垂直于滑块导_ 路的两位置时，则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 ABa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

16、来，然后按照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,乙二 z/cos3，z是斜齿轮的齿数，zv是斜齿轮的当量齿数,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1di =口*乙 / cos P =3 汇 27 / cos8634 = 81.8182mm2、被加工齿轮的模数： m=P/H =5八/八=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_荷八胡 60m/s被加工齿轮的分度圆半径：