《机械设计基础》答案

1、精品文档你我共享机械设计基础作业答案第一章平面机构的自由度和速度分析1114自由度为：F=3n_(2PLPH-P')-F'=37-(291-0)-1=21-19-1=1或：F-3n-2Pl-PH=36-28-1二116自由度为F=3n-(2PlPH-P')-F'=39-(2121-0)-1二1或：F=3n-2PL-PH=38-211-1=24-22-1二1110知识改变生活自由度为：F=3n_(2PL+PH_P')-F'=310-(21412-2)-1=30-28-1=1或：F=3n-2PL-Ph=39-212-12=27-24-2=11-11F

2、=3n-2PL-PH=34-24-2=23的角速度比。113:求出题1-13图导杆机构的全部瞬心和构件1、孙父P14年=切3父P34P134-1114：求出题1-14图正切机构的全部瞬心。设叫=10rad/s,求构件3的速度73。v3=vP13=?P14P3=10M200=2000mm/s1-15:题1-15图所示为摩擦行星传动机构，设行星轮2与构件1、4保持纯滚动接触，试用瞬心法求轮1与轮2的角速度比O1/©2o构件1、2的瞬心为P24、P14分别为构件P122与构件1相对于机架的绝对瞬心116:题1-16图所示曲柄滑块机构，已知:1AB=100mm/s,lBC=250mm/s,&

3、#169;1=10radIs,求机构全部瞬心、滑块速度v3和连杆角速度02。B在三角形ABC中,|BCsin450明sin.BCAcos一BCA=ACsin.ABC均,sin45AC上310.7mmV3 = VP13 =0、 P4R3100 102 AC -100-10ACtanBCA916.565mm/s:2.9rad/s117:题1-17图所示平底摆动从动件凸轮1为半径r=20的圆盘，圆盘中心C与凸轮回转中心的距离1AC=15mm,lAB=90mm,ACABs1=10rad/s,求日=0°和日=180°时，从动件角速度切2的数值和方向。8=00时方向如图中所示15109

4、0-15=2rad/s当1=1800时15109015方向如图中所示1.43rad/s第二章平面连杆机构双曲柄机构还是2-1试根据题2-1图所注明的尺寸判断下列钱链四杆机构是曲柄摇杆机构、双摇杆机构。(1)双曲柄机构(2)曲柄摇杆机构(3)双摇杆机构(4)双摇杆机构2-3画出题2-3图所示各机构的传动角和压力角。图中标注箭头的构件为原动件。2-4已知某曲柄摇杆机构的曲柄匀速转动，极位夹角。为300,摇杆工作行程需时7s。试问:（1）摇杆空回程需时几秒？（ 解：（1）根据题已知条件可得:2）曲柄每分钟转数是多少?工作行程曲柄的转角 1=2100则空回程曲柄的转角2= 150°12s,则

5、曲柄每分钟的转数为2-5图所示，要求踏板 CD在水平位置上下各摇杆工作行程用时7s,则可得到空回程需时:1500t20=5s(2100/7)（2）由前计算可知，曲柄每转一周需时60_n=5r122-5设计一脚踏轧棉机的曲柄摇杆机构，如题摆10°,且lCD=500mm,lAD=1000mmo（1）试用图解法求曲柄AB和连杆BC的长度；（2）用式（2-6）和式（2-6计算此机构的最小传动角。解:以踏板为主动件，所以最小传动角为0度。2-6设计一曲柄摇杆机构。已知摇杆长度l3=100mm,摆角中=300,摇杆的行程速比变化系数K=1.2。（1）用图解法确定其余三杆的尺寸；（2）用式（2-6

6、）和式（2-6）/确定机构最小传动角min（若尸min<35°,则应另选校链A的位置，重新设计）。解：由K=1.2可得极位夹角r-K11800="1800=16.3640K12.22-7设计一曲柄滑块机构，如题2-7图所示。已知滑块的行程s=50mm,偏距e=16mm,行程速度变化系数K=1.2,求曲柄和连杆的长度。解：由K=1.2可得极位夹角二-K11800="1800=16.3640K12.2曲柄长E&8E 防长58.372-8设计一摆动导杆机构。已知机架长度I4 = 100mm ,行程速度变化系数 K = 1.4 ,求曲柄长度。解：由K=1.4

7、可得极位夹角仁1800=041800=300K12.42-10设计一校链四杆机构作为加热炉炉门的起闭机构。已知炉门上两活动钱链的中心距为50mm炉门打开后成水平位置时，要求炉门温度较低的一面朝上（如虚线所示），设固定较链安装在yy轴线上，其相关尺寸如题图2-10图所示，求此钱链四杆机构其余三杆的长度。比例去1AS快 6XS4FB淮50协£2-12已知某操纵装置采用钱链四杆机构。要求两连架杆的对应位置如题2-12图所示,Q=450,中1=52010'91=900，匕=82010'Q=1350,中1=112010'机架长度lAD=50mm，试用解析法求其余三杆长度

8、。解：由书35页图2-31可建立如下方程组:11cos华+l2cosS=l4+l3cos中11sin邛+l2sin6=l3sinl2 . l2 . l2 _l2 cos: = l4 l3 l122lLcos-l1l3cos'- 一:)l4P1(1)P2P3l： l；l122l1l4(3)消去8,并整理可得:于是可得到cos9=P3+P2cos十Pcos(中一中)分别把两连架杆的三个对应转角带入上式，可得到关于P1、P2、P3由三个方程组成的方程组。可解得：P1-0.7333P2=1.48447P3=0.20233l4=50,再由（1）、（2）、（3）,可解得:11=24.700mm“2

9、=62.887mmJ3=36.667mm第三章凸轮机构3-1题3-1图所示为一偏置直动从动件盘形凸轮机构，已知AB段为凸轮的推程廓线，试在图上标注推程运动角。3-2题3-2图所示为一偏置直动从动件盘形凸轮机构，已知凸轮是一个以C点为圆心的圆盘,试求轮廓上D点与尖顶接触是的压力角，并作图表示。3-4设计题3-4图所示偏置从动件盘形凸轮。已知凸轮以等角速度顺时针方向回转，偏距e=10mm,凸轮基圆半径h=60mm,滚子半径r=10mm,从动件的升程h=30mm,*=150°,/=30°,6'=120°,M=60°,从动件在升程和回程均作简谐运动，试用

10、图解法绘制出凸轮的轮廓并校核推程压力角。解：(1)推程：推程角：:化。0从动件的位移方程：s=h(1-cos-二)2从动件的行程：h=30*0050010001500s(mm)02.0127.9930（2）回程：回程角：.'=1200从动件的位移方程：s=hicos二（：.：？r）2'*'004008001200s'(mm)3027.992.010于是可以作出如下的凸轮的理论轮廓曲线，再作一系列的滚子，绘制内包络线，就得到凸轮的实际轮廓曲线（略）理论轮廓线比例I九1注：题3-6、3-7依次按上述步骤进行作图即可，不同的是：3-6为一摆动从动件盘形凸轮机构，3-7

11、为一平底直动从动件盘形凸轮机构。第四章齿轮机构4-1已知一对外啮合正常齿制标准直齿圆柱齿轮m=3mm,4=19,z2=41,试计算这对齿轮的分度圆直径、齿顶高、齿跟高、顶隙、中心距、齿顶圆直径、齿跟圆直径、基圆直径、齿距、齿厚和齿槽宽。解：项目及计算公式齿轮1齿轮2分度圆直径d=mz57123齿顶局*ha=ham(ha=1)aaa33齿跟Wjf*,f，-hf=hfm(ha=1.25)3.753.75顶隙一_*_*_c=cm(c=0.25)0.750.75中心距a=(mz1+mz2)/290齿顶圆直径da=d+2haaa63129齿跟圆直径df=d-2hf49.5115.5基圆直径db=dcos

12、a(a=200)53.5625115.5822齿距p=nm9.42齿厚s=p/24.71齿槽宽e=p/24.714-2已知一对外啮合标准直齿圆柱齿轮的标准中心距a=160mm，齿数乙=20,Z2=60,求模数和分度圆直径。解：由a=（mz1，mz2）/2可得2a2160320,m=4乙z2206080则其分度圆直径分别为d1=mz1=420=80mmd2=mz2=460=240mm4-3已知一正常齿制标准直齿圆柱齿轮的齿数z=25,齿顶圆直径da=135mm,求该轮的模数。一一一一_一_*<解：da=d2h=mz2hm=m(z2h)aaaa*正吊凶制标准直凶圆柱四轮：ha=1则有da13

13、5135m=5mmz2ha252274-4已知一正常齿制标准直齿圆柱齿轮a=200,m=5mm,z=40,试分别求出分度圆、基圆、齿顶圆上渐开线的曲率半径和压力角。mz540斛：=一=100mm22rb=rcos200=93.969mm.*ra=rham=1005=105mm齿顶圆压力角：rb93.969cosJ：a=一=0.895ra105二a=26.499°基圆压力角：rb.cos-b=1rb=b=00分度圆上齿廓曲率半径：P=rsin200=34.2mm齿顶圆上齿廓曲率半径：=Qsin26.4990=1050.4462=46.85mmaa基圆上齿廓曲率半径：:b=04-6已知一

14、对内啮合正常齿制标准直齿圆柱齿轮m=4mm,z1=20,z2=60,试参照图4-1b计算该对齿轮的中心距和内齿轮的分度圆直径、齿顶圆直径和齿跟圆直径。解：该对齿轮为内啮合，所以有中心距a=m(z2z1)/2=4(6020)/2=80mm齿轮2为内齿轮，所以有d2=mz2=460=240mmda2=d2-2ha=240-24=240-8=232mm解：df2=d22hf=2402(1.254)=24025=250mm/、变的参数m、口、d、db变化增大、d'、s、sf、df减小hf4-10试与标准齿轮相比较，说明正变位直齿圆柱齿轮的下列参数：m、u、“'、d、d'、s、S

15、f、hf、df、db,哪些不变？哪些起了变化？变大还是变小？4-11已知一对正常齿渐开线标准斜齿圆柱齿轮a=250mm,乙=23,Z2=98,mn=4mm,试计算其螺旋角、端面模数、分度圆直径和齿跟圆直径。mn(zZ2)2 cos :解：对外啮合的斜齿轮中心距为a=(d1d2)/2=mt(z1Z2)/2=代入已知参数可得242cos-=0.968250所以一：=14.5337端面模数mt=4-=4.1322nmcos分度圆直径分别为d1=mtz1=mnZ1=95.0413mmcos:d2=mtz2=mnz2=404.9587mmcos-齿顶圆直径分别为da1=d12ha=d12mn=103.0

16、413mmda2=d22ha=d22mn=412.9587mm齿跟圆直径分别为df1=d1-2hf=d1-2.5mn=85.0413mmdf2=d2-2hf=d2-2.5mn=394.9587mm试判断蜗轮2和蜗第五章轮系5-1在题5-1图所示双级蜗轮传动中，已知右旋蜗杆1的转向如图所示,轮3的转向，用箭头表示。5-2在题5-2图所示轮系中,已知z1 =15, z2 =25,z2' =15 , z3 =30z4, = 2 (右旋)，z5 = 60= 20(m =4mm),若 n1 = 500r / min,求齿条6线速度v的大小和方向。7li33MW解：i5n5Z5Z4Z3Z2Z1Z2

17、,Z3'Z4,25303060二2001515152n5'=n5=JnL=500=2.5r/min2002002二2.55二二.，5=一=一rad/s606012mz5,420r5'=40mm22v6=-5'r5'=40一10.5mm/s12方向为水平向右。5-3在题5-3图所示钟表传动示意图中，E为擒纵轮，N为发条盘，S、M、H分别为秒针、分针、时针。设zi=72,Z2=12,Z3=64,Z4=8,Z5=60,Z6=8,Z7=60,Z8=6,Z9=8,Z10=24,Z11=6,Z12=24,求秒针与分针的传动比i$M和分针与时针的传动比iMH解：为定轴

18、轮系注意各轮转速之间的关系:n2=n3=n9=nMn12=nHn7=n6=nS，口_=z3_得至in6=_z3,z_%Z4n3Z4Z6n_J5Z6则有SMnMnMMHn6=60z10z12=12ni2Z9Z115-6在题5-6图所示液压回转台的传动机构中，已知Z2 = 15 ,液压马达M的转速nM=12r/min,回转台H的转速nH=1.5r/min,求齿轮1的齿数（提示：nM=叫-nH）。解：iH1=n_=a二四二至上n1-nH0-nH1.5z215z1=1205-9在题5-9图所示差动轮系中，已知各轮的齿数乙=30,Z2=25,Z2'=20,Z3=75,齿轮1的转速为200r/mi

19、n（箭头向上），齿轮3的转速为50r/min（箭头向下），求行星架转速nH的大小和方向。解：在转化轮系中，各轮的转向如图中虚线箭头所示，则有.h二n1-nH二Z2Z3=2575二25i13'-二n3-nHz1z2'30208在图中，从给定的条件可知，轮1和轮3的绝对转向相反，已n1的值为正，n3的值为负，代入上式中,则有200 -nH-50 -nH258即1600-8nH=255025nH于是解得350：10.61r/min33其值为正，说明 H的转向与轮1的转向相同。5-10在题Z6 =21 ,Z7 =63 ,求:= 10001r/min、n4= 10000r/min 时,n

20、p(2)当 n1=必时，np(3)当 n1=10000r / min、n4= 10001r/min 时,np5-10图所示机构中，已知乙=17,Z2=20,Z3=85,Z4=18,Z5=24,2、，解：该轮系为一复合(混合)轮系(1)有1、2、3构成定轴轮系，则有i13n1(-1)%2 挺=旦=85 =5Z1Z2乙 17(2)3 ( H)、4、5、6、7构成周转轮系易知,h5-nHn4-%,八iZ5Z72463，"n;)n；Tv(一18"即n4-n3=4n3-4n75n3-n4n7=-联立定轴轮系n1=5n3n7n1 -n4一ni-n4np-4当n1=10001r/min,

21、n4=10000r/min时，nP=0.25r/min当n1=n4时，nP=0当n1=10000r/min,n4=10001r/min时，nP=0.25r/min第七章机械运转速度波动的调节7-2在电动机驱动的剪床中，已知作用在剪床主轴上的阻力矩M”的变化规律如题7-2图所示。设驱动力矩M'等于常数，剪床主轴转速为60r/min,机械运转速度不均匀系数6=0.15。求：（1）驱动力矩M'的数值；（2）安装在主轴上的飞轮转动惯量。0工，2/431解：（1）按一个周期中（一运动循环）阻力矩和驱动力矩做功相等，有3二1二2-：M'=200-二1600-（2001600）242

22、4450M150200=350112.5-462.5Nm4（2）分三个区间第一区间盈功：A1=412.334第二区间亏功：A2=1256.107第三区间盈功：A3=844.048画出能量指示图：Ai则最大盈万功为：Amax=AA3|A2=1256.107则飞轮的转动惯量为, AmaxJ :-2'm'：= 212.1174Kg m27-3为什么本章介绍的飞轮设计方法称为近似方法？试说明哪些因素影响飞轮设计的精确性。解：因在本章所讨论的飞轮设计中，用的是算术平均值代替的实际平均值，对速度不均匀系数的选择也只是在它的容许范围内选择，还有，在计算时忽略了其他构件的转动惯量，也忽略了其他

23、构件的动能影响。所以是近似计算。1000-r，一一一»、t7-5设某机组发动机供给的驱动力矩M'=Nm（即驱动力矩与瞬时角速度成反比），阻力矩M''变化如题7-5图所示，t1=0.1s,t2=0.9s,若忽略其他构件的转动惯量，求在8max=134rad/s,"汨=116rad/s状态下飞轮的转动惯量。应Mm)80tlt/s解：用平均角速度处理134 1162=125rad / s两时间段的转角t1=0.1s:%=12.5radt2=0.9s:平1=112.5rad则在00.1s之间0.112.51000A1=i(M'-M")dt=

24、(M'-M")d8012.5二90000125则在0.10.9s之间112.5125 (M '-M")d ：=0.9A1=oi(M'-M")dt=，1000、-0尸100=-800<125),2 900J 二221342 -1162则最大盈亏功为Amax=900122由Amax=二J(max-hmJ可得22-=0.4Kg m1800_180017956-134564500第8章回转件的平衡8-1某汽轮机转子质量为1t,由于材质不均匀及叶片安装误差致使质心偏离回转轴线0.5mm,当该转子以5000r/min的转速转动时，其离心力有多大？

25、离心力是它本身重力的几解：离心力为：F = mr，2 = mr(5000 2 二602)2 =137077.78N离心力与重力之比为:F _F_G mg137077.7810000：13.7mr等于1.5kg m ,方向沿8-4如图所示盘形回转件，经静平衡试验得知，其不平衡质径积OA。由于结构限制，不允许在与OA相反方向上加平衡质量，只允许在OC和OD方向各加一个质径积来进行平衡。求mCrC和mDrD的数值。解：依题意可得：0CC0,"0mC%cos30+mD电cos60=mrcc0“0mCrCsin30=mDssin60于是可解得：mb5:00=0.75kgmsin600cos30

26、0”。0cos600sin30sin600mC=mDD0=1.299kgmsin308-5如图所示盘形回转件上有4个偏置质量，已知m1=10kg,m2=14kg,m3=16kg,m4=10kg,r1=50mm,r2=100mm,r3=75mm,r4=50mm,设所有不平衡质量分布在同一回转面内，问应在什么方位、加多大的平衡质径积才能达到平衡?解：各偏心质量产生的质径积分别为:m1r1=1050=500kgmmm2r2=14100=1400kgmmm3r3=1675=1200kgmmm4r4=1050=500kgmm于是不平衡质径积的向量和为：mbrb=。70029002=1140kgmm=1.

27、14kgm二-arctg7=37.8750即应在图示反方向的方位加上质径积1140kgmm,回转件才能达到平衡。第10章连接10-4解：设螺旋副的升角为甲，当量摩擦角为P,当量摩擦系数用f'表示tg1-=npr：d24 1065 二= 0.196则=11.083°已知f'=0.1,则tgP'=f'=0.1,P'=5.71060(1)工作台上升的效率为=FaS=tU=0.64944=64.9%2二Ttg('-：')(2)稳定上升时加于螺杆上的力矩为T=Fad2tg('-，)=1001036510tg16.79360=980.85N22(3)螺杆的导程为S=np=40mm则可得螺杆的转速为：800n=二20r/min40螺杆所需的功率为：202二980.852P=T=980.85=326.952慝=2.05kW603(4)工作台在Fa作用下等速下降，因中AP',该螺旋副不具有自锁性，所以需要制动装置。加于螺杆上的制动力矩为：do365200T'=Fa%tg-：')=100