机械设计基础杨晓兰版课后习题答案

1、第十三章习题册 参考答案绪论0-1 判断题（ 1）X（ 2）X（ 3）X(4)V(5)V(6 )X(7)X0-2填空题（ 1）确定的相对（ 2）机械（ 3 ）零件（ 4）构件0-3 选择题（ 1）A（2）A（ 3）A(4)A(5)A、机构的自由度1-1 判断题(1)X(2)V(3)X(4)X(5)X(6)X(7)V(8)V(9)X(10 )V(11)V(12)X(13)X(14)X1-2 填空题（ 1 ）运动副(2)独立（ 3）2(4)低（5）机构自由度（ 6）机架1-3 选择题(1)A(2)A(3)A(4)A(5)A(6)A(7)A(8)A(9)A(10)A(11)A(12)A(13)A1-

2、4 解：a）F=3n 2p ph=3X 3 2X 4 0=1b）F=3n 2p ph=3X 5 2X 7 0=1c）F=3n2p ph=3X 32X 40=1d）F=3n2p ph=3X 32X 4 0=1e）F=3n2plph=3X 32X 40=1f ）F=3n2plph=3X 32X 40=1g）F=3n2plph=3X 32X 40=11-5 解：a）F=3n 2pi ph =3 X 5 2 X 7 0=1b） 滚子中心存在局部自由度，F=3n 2pi ph=3X 8-2X 11-仁1c） E 处存在复合铰链，F=3n 2pi ph=3 X 5 2 X 6仁2d）F=3n2plph=3

3、X 62X 81=1e）滚子中心存在局部自由度，两移动副处之一为虚约束，三根杆以转动副相连处存在复合铰链F=3n2plph=3X 92X 122=1f ）齿轮、杆和机架以转动副相连处存在复合铰链，F=3n 2pl ph=3X 4 2X 4 2=2g）F=3n 2pl ph=3X 3 2X 3 0=3h） 滚子中心存在局部自由度，F=3n 2pi ph=3X 3 2X 3 2=1i ）中间三根杆以转动副相连处存在复合铰链，=3n2plph=3X72X100=10=1j ）左边部分全为虚约束，三根杆以转动副相连处存在复合铰链，F=3n 2pl ph=3X 5 2X 71-6 解：a） 该构件组合为

4、机构，因为该组合自由度F=3n 2pi ph=3X 4 2 X 5仁10b） 该构件组合不是机构，因为该组合自由度F=3n 2pi ph=3X 3 2X 4仁0c) 该构件组合不是机构，因为该组合自由度d) 该构件组合为机构，因为该组合自由度F=3n 2pi ph=3 X 4 2 X 6 0=0F=3n 2pi ph=3X 3 2 X 4 0=10、平面连杆机构2-1 判断题(1 X(2 X(3 V(4 X(5 V(6 X(7 V(8) V(9 V(10 X(11 X(12 V(13 X(14 X(15 ) V( 16 X(17 X(18 V(19 X( 20 V( 21 X( 22 X( 2

5、3 X( 24 X( 25 V2-2 填空题(1 低(2 转动(33(4 连杆,连架杆(5 曲柄,摇杆( 6 最短(7 曲柄摇杆(8摇杆,连杆(92 (10( 11 运动不确定( 12 非工作时间( 13 惯性(14 大15)中的摆动导杆机构有，中的转动导杆机构无(16)机架(17)曲柄( 18 曲柄滑块( 19 双摇杆( 20 双曲柄机构( 21 无,有2-3 选择题(1 A(2 c(3 B(4 A(5 B(6 B(7 A(8 c(9 A(10 A(11 A(12 c(13 c(14 A( 15 A(16 A(17 A(18 A(19 A( 20 A( 21 A2-4 解：a 双曲柄机构,因

6、为40+11070+90,满足杆长条件,并以最短杆为机架b)曲柄摇杆机构，因为30+13060+70，不满足杆长条件，无论以哪杆为机架都是双摇杆机构50+120=80+90，满足杆长条件，并以最短杆的对边为机架2-5 解：(1) 由该机构各杆长度可得l AB+ l BC ICD+ l AD,由此可知满足杆长条件，当以AB杆或AB杆的邻边为机架时该机构有曲柄存在(2) 以I BC或I AD杆成为机架即为曲柄摇杆机构，以I AB杆成为机架即为双曲柄机构，以I CD杆成为机架即为双摇杆机构2-6 解：( 1)曲柄摇杆机构由题意知连架杆 CD干不是最短杆，要为曲柄摇杆机构，连架杆AB杆应为最短杆(0I

7、abW 300 mm 且应满足杆长条件 I ab+I bcW I cd+I ad,由此可得0l abW 150mm( 2)双摇杆机构由题意知机架 AD杆不是最短杆的对边，要为双摇杆机构应不满足杆长条件 AB杆为最短杆(0| cd+| ad,由此可得 150mmABI cd+I ab,由此可得 300mnW I AB450mm AB杆为最长杆(500mmW I AB| cd+I bc,由此可得 550mmAB1150mm 由此可知： 150mmI AB450 mm, 550mmIAB1150 mm(3 双曲柄机构要为双曲柄机构，AD杆必须为最短杆且应满足杆长条件 AB杆为中间杆(300mmW I

8、 ab 500mm 时，I ad+I bc I cd+ I ab,由此可得 450mrW I ab 500mm AB杆为最长杆(500mmW I AB1150mm 时，I ae+I adW I cd+I bc,由此可得 500mnW I ab 550mm 由此可知： 450mmW I ABW 550mm2-7 解：c )d各机构压力角和传动角如图所示，图2-8 解：用作图法求解，主要步骤：)ea)、d)机构无死点位置，图)b)、c)、e)机构有死点位置(1 )计算极位夹角：180(2) 取比例尺口 =mm(3) 根据比例尺和已知条件定出1801.5 11.5 136A D C三点，如图所示连接

9、AC以AC为边作 角的另一角边线，与以 D为圆心、摇杆 DC为半径的圆弧相交于 C和CC点，连接DC和DC得摇杆的另一极限位置(两个)从图中量得 AC=71mm AC=26mm AC=170mm当摇杆的另一极限位置位于DC时：AC AC1 -22.5mm , lBC2(4)(5)(6)l ABAC 248.5mm2(7)当摇杆的另一极限位置位于DC时：AC2 ACl AB49.5mm ,2答：曲柄和连杆的长度分别为、和、。2-9 解：用作图法求解，主要步骤：lBCAC 心 120.5mm2(1)计算极位夹角:18018016.41.2 1(2)(3)取比例尺口 =mm根据比例尺和已知条件定出滑

10、块的两极限位置C、C2两点，如图所示(4)连接CC2,以CC2为直角边作直角三角形CC2P，使/ CC2F=9O 0 =(5) 以CP为直径作圆0(6) 将CG偏移e值，与圆0交于A点，连接AC和AC,(7) 从图中量得 AC=34mm AC=82mm 贝V：Iac2 AC1l AB2答：曲柄和连杆的长度分别为2-10 解：用作图法求解，主要步骤：24mm , l bc24mm和 58mmA AC2258mm(1 )计算极位夹角:K 11.4 118018030K 11.4 1(2) 取比例尺口 =mm(3) 根据比例尺和已知条件定出机架AC如图所示(4)根据摇杆的摆角等于极为夹角作出摇杆的两

11、极限位置(6)从图中量得 AB=23mm 则 l ABAB1 26mm答：曲柄的长度为 26mm2-11 解：用作图法求解，主要步骤：180D G、C2三点，如图所示(1 )计算极位夹角：180(2) 取比例尺口 =mm(3) 根据比例尺和已知条件定出(4) 过D点作CD的垂线，并与 CC2的连线交于 A点(5) 从图中量得 AD=220mm AG=234mm AC=180mm 贝V：1 ABAC 2 AG1227mm，1 BCAC2 AC 12207mm , 1ADAD 220nrm答：曲柄的长度为27mm连杆的长度为207mm机架的长度为 220mm三、凸轮机构3-1判断题(1)V(2)x

12、(3 )V(4 )X(5)X(6)X(7)X(8)X(9)V(10 )V(11)V(12)V(13)V(14)V(15)X(16)V(17 )V(18)V(19)X3-2填空题(1)使用(2)盘形(3)凸轮轮廓(4)变曲率(5)行程(6)行程(7)轮廓(8)凸轮的转角，从动件的位移(9)最小(10)法线(11)大(12)等速(13) 小(14)许用压力角(15)低(16) 大(17)大(18)内凹(19)抛物线(20)刚性3-3选择题(1) B(2) A(3) A(4) A(5) A(6) C(7) A(8) A(9) A(10) A(11) A(12) A(13) A(14) A(15) A

13、(16) A(17) B(18) A(19) A(20) C(21) D(22) A(23) B(24) D(25) B(26) B(27) C3-4 解：(1)凸轮的基圆和基圆半径的标注如图所示(2)从动件的位移线图s-t和升程h的标注如图所示3-5 解：凸轮的位移线图如图所示。3-6 解：(1)凸轮的位移线图如图所示(2)凸轮的位移线图如图所示3-7 解：所设计对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构如图所示3-8 解：所设计偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构如图所示3-9 解：各凸轮机构中b、c点的压力角如图所示四、间歇运动机构4- 1判断题(1) v (2)v (3)X (4)v( 5)v(6)X(

14、 7)X ( 8)X4-2填空题(1)周期性棘轮(3)内(4) 2( 5)锯4-3选择题(1) A(8) A(2) A(9) A(3) A(10) A(4) A(11) A(5) A(6) A(7) A五、联接5-1判断题(1)X(2)V(3 )V(4 )X(5)V(6)V(7)X(8)X(9)X(10 )X(11)x(12)V(13)x(14)X(15)x(16)X(17 )V(18)X(19)X(20)V5-2填空题(1)牙型(2) 大(3)越高(4)自锁性(5) 4(6)螺钉(7)拧紧力矩(8)防松(9) 一致(10)摩擦(11)直线(12)梯形(13)传力，传导，调整(14)右(15)

15、轴和毂，挤压(16)轴的直径，轴头(17) A,B, C, C(18)增加键的长度(19) B(20) 805-3选择题(1) B(2) A(3) A(4) C(5) D(6) C(7) B(8) A(9) A(10) D(11) B(12) A(13) B(14) B(15) C(16) A(17) B(18) A(19) A(20) B(21) A(22) B(23) A(24) B(25) C(26) B(27) D(28) B(29) C(30) A(31) A(32) A(33) A(34) D(35) A(36) A(37) A(38) A(39) A(40) A(41) A(42

16、) B(43) A (44) D(45) A5-4 解：该螺栓连接为松螺栓连接，其强度条件为:(T4F(T拉杆材料为Q235,其cs 235MPa，取安全系数S=，则：d 上 竺 138 24MPaS 1.7则：d!*4 23 13!4.56mmn c 3.14 138.24该螺栓连接为受横向工作载荷的紧螺栓连接，其强度条件为：5.2Faced c查教材表5-2可知，选小径 d1=，公称直径d=20mnm勺粗牙普通螺纹。答：拉杆螺纹的直径为M2Q5-5 解：取C=,则:FaFo CFr，查教材表5-2可知，M16的螺栓的小径 创=。zmfzmfn； c 4 2 0.15 3.14 13.835

17、2 16018.49kN 5.2C5.2 1.2答:5-6该螺栓组能承受的横向载荷应不大于。解：该螺栓连接为受轴向工作载荷的紧螺栓连接，其强度条件为:5.2FacedCT各螺栓所受轴向工作载荷Fe空竺000 5500Nn 4各螺栓所受残余预紧力Fr=,各螺栓所受总轴向拉力Fa=FE+FR= Fe = X 5500=8800N拉杆材料为Q235,其cs 235MPa，取安全系数S=，则：c送空 156.67MPaS 1.5则：d,5.2Fa5.2 88009.64mmn c 3.14 156.67查教材表5-2可知，选小径d1=，公称直径d=12mm的粗牙普通螺纹。答：所求螺栓直径为 M125.

18、2Facen125-7 解：F。zmfFrzmf nl； c5.2C4 2 0.15 3.14 13.8352 2105.2 1.224.27kN材料为35钢，其E315MPa，取安全系数S=,则：sCT315 210MPaS1.5查教材表5-2可知，M16的螺栓的小径d1=。则：该螺栓连接为受横向工作载荷的紧螺栓连接，其强度条件为:(T答：允许承受的最大载荷不大于。5-8* 解:(1)确定螺杆的直径该螺栓连接为受轴向工作载荷的紧螺栓连接，其强度条件为:5.2Faen2(TFa=W=20kN材料为45钢，其os 355MPa，该连接不需严格控制预紧力，取安全系数S=4,则:di52叮厂20一1

19、000 19.32mm n e 3.14 88.75查教材表5-2可知，选小径 d1=，公称直径d=24mm的粗牙普通螺纹。 (2)确定扳手手柄的最小长度查教材表5-2可知公称直径Fad1 20丝他 _22F200(1)螺杆直径为 M24解：d=24mn粗牙普通螺纹中径 d2=，则:1102.55mm，取 L=ii03mm答：5-9(1)校核螺栓的剪切和挤压强度(2)扳手手柄的最小长度为 1103mm该螺栓连接为受横向工作载荷的铰制孔螺栓连接：剪切强度条件为:4Fm nd；T ;挤压强度条件为：p查教材表FdTP5-3可知：级的螺栓的er bp=800Mpa cr s=640Mpa查教材表5-

20、4可知:St =, Sp=则:6402.5256MPa ；eP eSp800320MPa2.56304r 4 65 1034F4 24232423N227.72MPa 256MPa ； e mnd0 /41 3.14 12p d。S所用螺栓满足剪切和挤压强度要求242320235.27MPa1dd2dd1 1 ei， n2n2dd1 1 edd2答：1)小轮包角为; 2)带的几何长度为，应选带的基准长度2800mm 3)不考虑带传动的弹性滑动时大带轮转速 min; 4)大带轮的实际转速 min。6-5 解：(1)确定带的基准长度 Ld2a n(dd1dd2 )2(dd1 dd2)4a查教材表6

21、-3可知，选带的基准长度(2)确定实际中心距an2 500112 2242Ld=1600mm2(224 112)4 5001534.1mma a。5001600 1534.12532.95mm取实际中心距 a=530mm(3)计算所需带的根数zPcKa P 1.1 4 4.4kW224 112400 150 57.318057.3167.953010006-5得=;查教材表6-6得厶戸。=;查教材表 6-7得K“ =；查教材表6-3 , Kl=,则: P4.4c2.581.60 0.1680.974 0.99a 180查教材表z(P) ap)kj120,合适。(6) 确定带的根数查教材表6-5

22、得=;查教材表6-6得厶戸。=;查教材表 6-7得K“ =；查教材表6-3 , KPc8.25zc4.2(P0 A3q)K Kl1.91 0.168 0.954 0.99取z=5根(7) 计算单根V带的预紧力 查教材表6-1得q=m贝V：500 2.5 K a R 2F。- qv500Ld=1600mm1600 1648476mm2280 125 57.3161.3476，则:5002.5 0.954 8.25K aZV(8)计算带轮轴上的压力0.954 5 9.420.1 9.422 150.8NaFq 2zFoSin2 5 150.82(9)带轮结构设计(略)6-8 解：(1 )求链节数由

23、教材表6-9查得链节距psin 161邑 1488NLP0晋Z Z2P 三2 a02 n2 73015.87519 612215.875 61 19132.947302 nLp=132取链节数(2)求链所能传动的最大功率P 心曾Ka由教材图6-25查得F0=10kWKzKmP。1 1 10答:6-9Ka1)链节数解：Lp=132;查表6-1110kW60 100060得K=，查表6-12得Kz=，单排链取 K=1,则:2)链所能传动的最大功率P=10kW型口 994.6r/min19 19.05由教材表6-9查得链节距为卩=的链号为12A由n 1=min、链号12A查教材图6-25可得P)=2

24、0kW6-10 解：由教材表6-9查得满足极限载荷 Q= 50kN的链号为16A,链节距为p=KzKmP)Ka由教材图6-25查得F0=4OkW 查表6-12得Kz=，单排链取 K=1,则:KzKmP01.1 1 40P36.67kWKa1.2答：链能传递的功率为。6-11 解:(1 )选择链号由传动比i = 3查教材表 6-10 取Z1=25，则Z2=iz1=3X 25=75查表6-11取如，查表6-12取Kz=,单排链取 K=1，由式(6-22b )得KaP1.2 5.50.74 18.92kW根据 风=和ni=720r/min查教材图6-25可选链号10A(2)确定润滑方式由表6-9查得

25、链节距p=Z1 pn160 100025 15.875 72060 10004.76m/s答：由链号10A, v=s,查图6-26，可选择油浴或飞溅润滑。6-12 解：(1)两轮的合理转向如图所示2) 两轮的包角如图所示3) V带与带轮接触处的弯曲应力分布如图所示，(T b1 (T b2(4) 载荷过大时，打滑首先出现在小带轮处。由于小带轮上的包角小于大带轮上的包角，因此 小带轮上的总摩擦力相应地小于大带轮上的总摩擦力，故打滑首先出现在小带轮处(5) v如13.也100 1460 7 64m/s，带速在525m/s范围内，带速合适60 1000 60 1000 6-13 解:图a、b、c所示的

26、链传动布置中链轮均按逆时针旋转七、齿轮传动(5)(7)(9)两轮的模数相等、压力角相等(8)轴向力，825右，14 30, 3mm(12)(16)(11)正，弯曲(15)轮齿折断18)硬度17高(19)相反，相同(6)1，实际啮合线段/基圆齿距两轮的模数相等、压力角相等、螺旋角大小相等方向相反 (10)相切，相割，相离(13)少，小(14)(2050) HBS (5 10) mm20)相同，不同 350HBS齿面点蚀(17)齿面磨损(21)多7-1判断题(1)V(2)X(3)X(4)V(5)X(6)X(7)X(8)V(9)X(10)V(11)V(12)V(13)V(14)V(15)X(16)X

27、(17)X(18)V(19)X(20)X(21)X(22)X(23)X(24)X(25)X(26)X(27)V(28)X(29)X(30)V(31)X(32)V(33)X(34)X(35)X7-2填空题(1)基圆,基圆(2) 20(3)等于，大于(4)恒定，不卜变(24)少，大，弯曲(28) 500(25)浸油(29)铸造(22)(23) 2040(26) 10(27)直径大小(30)同时参加啮合的齿对数7- 3选择题7-5 解：分度圆直径:amz12.5 20 50mm ,d2mz22.540100mm齿顶圆直径:da1(Z12ha)m (202 1)2.555mmda2亿2ha )m (4

28、02 1)2.5105mm齿根圆直径:df 1(Z12ha 2c )m(202 12 0.25)2.543.75mmdf2 (z2 2ha 2c )m(402 1 2 0.25) 2.593.75mm基圆直径：db1d1 cos50 cos20 46.985mmdb2d2 cos100 cos20o 93.969mm标准中心距:ad1 d250 10075mm22答：两轮的分度圆直径分别为50mm 100mm两轮的齿顶圆直径分别为55mm 105mm两轮的齿根圆直径分别为、，两轮的基圆直径分别为、，标准中心距为 75mm7-6 解:模数：m2aZi Z22 1204mm20 40分度圆直径:d

29、 mz,4 20 80mm ， d2 mz24 40160mm(1) B(2) C(3) A(4) C(5) B(6) B(7) C(8) B(9) C(10) D(11) D(12) D(13) A(14) D(15) B(16) D(17) A(18) C(19) A(20) C(21) A-4解：(1)啮合线NNz如图所示；(2)节点P如图所示；(3)两轮的节圆如图所示da2亿2ha)m (402 1) 4168mm齿根圆直径：df1(Z12ha 2c )m(20 212 0.25) 470mmdf 2亿2ha 2c )m(402 12 0.25) 4150mm答：两轮的模数为4mm两轮

30、的分度圆直径分别为 80mm 160mm两轮的齿顶圆直径分别为 88mm 168mm两轮的齿根圆直径分别为70mm 150mm7-7 解：(1 )验算齿面接触疲劳强度2KT1 u 1ZeZh2V bd1u查表7-6取载荷系数K=,查表7-7取弹性系数Ze=2查表Z17525b275mm， d1 mz13 25 75mm9.55 106H limST9.55n1查表7-4取7-8 取 Sh1.1，ZeZh2KT1 u 1bd：u满足齿面接触强度要求。(2)验算齿根弯曲强度2KTYFaYSaFbm2z16410639791.67N mm960Hlim1HlimSH188.9580MPa、 Hlim

31、2 300MPa ， Him Hiim2 300MPa300272.73MPa1.12 5 12 1.2 39791.67275 753 1259.45MPa Ysa2=7-26 得 YFa1 =、YFa2=，查图F12KTYFaXa1bm Z12 1.2 39791.67 2.72 1.5975 32 2524.48MPaF1F2F1YFa2YSa2YFa1YSa124.48 2.25 1.76 =22.42MPaSabm2ziF得齿轮所能传递的最大转矩T1maxbmp f2K YFaYS；查表7-6取载荷系数 K=， b=b2=40mm查图 7-26 得 YFa1 =、YFa2=，查图 7

32、-27 得 YSa1 =、Ysa2=考虑磨损对齿厚的影响0.7丄E，查表7-4取SfFE1FE2120MPa，查表 7-8 取 Sf 1.3F1F2 0.70.7 12064.62MPaSf1.3黒肌14.23,晟64.622.27 1.7416.36，fYFaYSaminF1 F2YFa1YSa1 YFa2YSa214.23Tmaxbmp f2K YFaYsa40 52 202 1.214.23118583.33N mm齿轮传动传递的最大功率T1max ITi9.55 106118583.33 509.55 1060.62kW答：该齿轮传动所能传递的最大功率为。7-9 解：（1）选择材料、确

33、定许用应力1）由表7-4选小齿轮材料用 38SiMnMo调质，硬度为 260HBS d俯1 =720MPa c FE1=590MPa 大齿轮材料为 40Cr调质，硬度为 230HBS c Hiim2=700MPa c FE2=580MPa属软齿面传动，二者的硬度差为30HBS2）由表7-8 取 Shf,Sf=,许用应力H1Hlim1720 654.55MPa,H2700636.36MPaSh1.11.1F1FE1590472MPa，F2580464MPas=1.251.25（2）按齿面接触强度设计1） 设齿轮的精度等级为8级2）齿轮齿数取 Z1=25, Z2=iz 1=x 25=80,实际传动比i 803 221，由表7-7取弹性系数Ze=，则:253）小齿轮传递的转矩T19.55 106 P 9.55 1067 573840.21N mm9704)计算小齿轮分度圆直径由表7-6取载荷系数K=，由表7-9