机械设计课后习题第5章作业

1、第5章作业5-l眼镜用小螺钉（ml x 0 . 25）与其他尺寸螺钉（例如m8 x 1 . 25）相比，为什么更易发生自动松脱现象（§纹中径=螺纹大径-o. 65 x螺距）？tan t答：因为螺纹升角：d2（d 0.65t）而眼镜用小螺钉的螺纹升角比其他尺寸螺钉大，自锁性差，所以更易发生自动松脱现象。5-2当作用在转动副中轴颈上的外力为一单力，并分别作用在其摩擦圆之内、之外或相切时，轴颈将作种运动？当作用在转动副中轴颈上的外力为一力偶矩时，也会发生自锁吗？答：当作用在转动副中轴颈上的外力为一单力，并分别作用在其摩擦圆之内发生自锁，轴不能运动；作用在其摩擦圆之外或相切时，轴颈将转动。当

2、作用在转动副中轴颈上的外力为一 力偶矩时，不会发生自锁。5-3自锁机械根本不能运动，对吗 ？试举2,-3个利用自锁的实例。答：不对，因为自锁机械对应于一定的外力条件和方向才自锁。5-4 通过对串联机组及并联机组的效率计算，又设计机械传动系统有何重要启示？ 答:应尽可能的提高串联机组中任意机构， 减少的效率串联机组中机构的数目。 在并联机组部分 着重提高传递功率大的传动路线的效率。5-5图示曲柄滑块机构中，曲柄1在驱动力矩m1作用下等速转动。设已知各转动副的轴颈半径r=10mm ,当量摩擦系数fv=0.1,移动副中的滑块摩擦系数f=0.15 , 1ab=100 mm , 1bc=350mm。各构

3、件的质量和转动惯量略而不计。当mi=20 n.m时，试求机构在图示位置所能克服的有效阻力f3及机械效率。/77777t7解：（1）根据已知条件 fvr=0.1 x 10=1mm（）=arctanf=8.53o计算可得图示位置a=45.67q 3 =14.33o（2）考虑摩擦时，运动副中反力如图（a）所示（3）构件1的平衡条件为：fr2i（1 absin a+2 p ）=m 1fr2i=fr23=m i/（1 absin a +2 p ）构件3的平衡条件为:作力的多边形图（b）fr23+fr43+f3=0f r23 p 有：sin(90 sin(90'f3(4)fr23 cos cos(

4、m 1 cos)(iab sin 2 )cos(93.64%（5）机械效率:270.38niab cos sin cos(1absin2 )cos(8。设5-6图示为一带式运输机，由电动机1经平带传动及一个两级齿轮减速器带动运输带已知运输带8所需的曳引力f=5 500 n,运送速度v=1.2 m/s。平带传动（包括轴承）的效率刀 1=0.95,每对齿轮（包括其轴承）的效率刀2=0.97,运输带8的机械效率刀3=0.92（包括其支承 和联轴器）。试求该系统的总效率刀及电动机所需的功率。解：该系统的总效率为：= 二刀1.刀22f 3=0.95 x 0.972 x 0.92=0.822电机所需功率：

5、n=pv/ r =5500 x 1.2 x 10-3/0.822=8.029kw5-7如图所示，电动机通过 v带传动及圆锥、圆柱齿轮传动带动工作机a及b。设每对齿轮的效率可打1=0.97（包括轴承的效率在内），带传动的效率刀3=0.92,工作机 a、b的功率分另i为pa=5 kw、pb=1kw,效率分别为打 a=0.8、pb'=pb/(刀 by112 rl 2)=2.31kw 电机所需功率 p电=pa'+pb'=9.53kwr b=0.5，试求电动机所需的功率。5-8图（a）示为一焊接用的楔形夹具。利用这个夹具把两块要焊接的工件 1及1,预先夹妥， 以便焊接。图中2为夹

6、具体，3为楔块。试确定其自锁条件 （即当夹紧后，楔块 3不会自动松脱出来的条件）。(a)解一：根据反行程时刀、wo的条件确定反行程时（楔块3退出）取楔块3为脱离体，其受工件1,1'和夹具2作用的总、反力fr13 和以及支持力p。各力方向如图（a）（b）所示，根据楔块3的平衡条件，作矢量三角形如图（c）. 由正弦定理可得 fr23=pcos（f）/sin（ a -2（h , （）=0,fr230=p/sin af r230sin 2于是此机构反行程的效率为fr23cos sin令刀' w 0,可得自锁条件为a w2（j）解二：根据反行程生产阻力小于或等于零的条件来确定根据楔块3的

7、力多边形图 由正弦定理可得 p=fr23sin（ a -2（）/cos。若滑块不自动松脱，则应使pwq即得自锁条件为a w24解三：根据运动副的自锁条件确定。由于工件被夹紧后p力就被撤消，故楔块 3受力如图（b）楔块3就如同受到fr23 （此时为驱动力）作用而沿水平面移动的滑块。故只要作用在/'2卬3摩擦角4内，楔块 3即发生自锁。即“ -4 w。因此可得自锁条件为“ w24凡 i(p(a)试问a角应满足什么条件 ？图b为一颗式破碎机，在破碎矿石时要求矿石不致被向上挤出, 经分析可得出什么结论 ？解：设矿石的重量为(b)q,矿石与鄂板间的摩擦系数为f,则摩擦角为：。=arctanf矿石

8、有向上挤出趋势时，其受力如图( b)所示，由力平衡条件知:2frsin( ”/2-()-q=0fr=q/2frsin( a /2-3)刀 '=fro/fr=sin( a /2- 4 )/sin( a /2)<2(f)2将被楔紧在楔形间隙中，r=50 mm , h=40 mm。为保当刀、w时，即“ /2-。w 0矿石将不被挤出，即自锁条件为a5-9图示为一超越离合器，当星轮 1沿顺时针方向转动时，滚柱 从而带动外圈3也沿顺时针方向转动。设已知摩擦系数 f=0.08 证机构能正常工作，i确定滚柱直径 d的合适范围。提示：在解此题时，要用到上题的结论。(答：9.424 mm<d&

9、lt;10 mlrl。)解：解 如图所示，过滚柱2与外圈3的接触线的公切面.将形成夹角a的楔形面。由题的a w 2g,。结论知。凡具有楔形面或楔形块的机构其楔紧不松脱条件为此时 & =arcos(h+d/2)/(r +d/2)()=arctanf=arctan0.08=4o34'26''由此可得d > 2(rcos2()- h)/(1+cos2()=9.42 mm为了保证机构能正常工作，滚柱的最大直径不得超过 r-h,即dwr-h=l0 mm,故滚柱直 径的取值范围为 9.4210mm。5-10对于图4-3所示斜面机构以及图 45所示的螺旋机构，当其反行程

10、自锁时，其正行 程的效率一定为1/2,试问这是不是一个普遍规律 7m分析图示斜面机构当其处于临界 自锁时的情况，由此可得出什么重要的结论(设f=0.2)?解：(1)不是普遍规律。(2)图(c)反行程的自锁条件：在反行程根据滑块的力平衡条件，作力的多边形图，由 此得：g=fcos( 3 - a + 4 )/sin( a - (j)go=fcos( 3 - a )/sin ay ' =go/g=cos( 3 - a )sin( a - (j) )/sin a cos( 3 - a + (j)令y' < 0,得aw。=arctanf=11.3o时滑块自锁。a =。=11.31o

11、时，滑块临界自锁。正行程的效率：因滑块的正行程的效率与反行程的运动方向相反，摩擦力要反向，固由式中4反号，即可得正行程时驱动力f与生产阻力g的关系为f=gsin( a + 4 )/cos( 3 - a - (j)fo=gsin a /cos( 3 - a )则正行程的效率y =fo/ f=sin a cos( 3 - a - 4 )/ cos( 3 - a )sin( a + 4 )滑块反行程临界自锁时.其正行程的效率0.5667sin11.31 cos(45 11.31 11.31)sin(11.3111.31 ) cos(45 11.31 )结沦：由式可知，3加大刀提高.所以自锁机构的效率

12、1/2未必成立，它 随驱动力的方向在变化，合理地安排工作行程驱动力的方向，可提高机械效率。(b)5-11在图59所示的偏心夹具中，设已知夹具中心高h=100 mm,偏心盘外径 d=120 mm,偏心距e=15mm,轴颈摩擦圆半径p=5mm ,摩擦系数f=0.15。求所能夹持的工件的最大、最小厚度 hmax和 hmin。(答：hmin=25 mm, hmax=36 . 49 mm。)解：要偏心夹具发行程自锁。总反力fr23应穿过摩擦圆，即应满足条件s s1< p(1)由直角三角形 abc及43£有：s=ac=(dsin)/2(2)s=oe=esin( 8 -)(3)由式(2) (

13、3)得：0wesin。-)(dsin )/2 w p (4)=arctanf=8.53 o将(4)式代入(1)式得：0wsin(8-)w0.9267(5)6 < 76.4564ocos 6 =(h-h-d/2)/e=(40-h)/15(6)将(5)式代入(6)式得：25m解h< 36.49mm即：hmin=25mm, hmax=36.49mm5-12图示为一提升装置，6为被提升的重物，设各接触面间的摩擦系数为f(不计较链中的摩擦)，为了能可靠提起重物，试确定连杆2(3、4)杆长的取值范围。解：在使用该装置时，先将构件 1, 5并拢插入被提升重物的孔中，然后再按下5并稍加压紧，只要构件5不自动松脱，便能可靠地提起该重物。取整个装置作为研究对象分析受力，如下图所示，根据平衡条件n1= n2=n, ff尸ff2=ff, p=2ff,