1、-_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1112131415-_自由度为： 1921)0(73FPnFHL或： 118263HLPnF16自由度为 11)02(93FPnFHL或： 124183HLn110-_自由度为： 128301)24(FPnFHL或： 1247193HLPnF1112243HLPnF113：求出题 1-13图导杆机构的全部瞬心和构件 1、3 的角速度比。134314PP-_14313P114：求出题 1-14图正切机构的全部瞬心。设 ，求构件 3的速度 。srad/103vsmPvP /2013413 115：题 1-15图所示为摩擦行星传动机构，设行
2、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 。21/构件 1、2 的瞬心为 P12P24、P 14分别为构件 2 与构件 1 相对于机架的绝对瞬心4124-_12142rP116：题 1-16图所示曲柄滑块机构，已知： ， ，smlAB/10smlBC/250，求机构全部瞬心、滑块速度 和连杆角速度 。srad/03v在三角形 ABC 中， ， ， ，BCAsin45i0 52si523cosBCA，0sinsiBCAm7.31sPvP /56.91tan13413224 sradAC/9.2101242 117：题 1-17图所示平底摆动从动件凸轮 1为半径
3、 的圆盘，圆盘中心 C与凸轮回20r转中心的距离 ， ， ，求 和 时，从mlAC5lAB9sad/0018动件角速度 的数值和方向。2时0-_231132Psrad/5901232 方向如图中所示当 时08sradP/43.15901232 方向如图中所示-_第二章 平面连杆机构2-1 试根据题 2-1图所注明的尺寸判断下列铰链四杆机构是曲柄摇杆机构、双曲柄机构还是双摇杆机构。（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
4、工作行程需时 7s。试问：（1）摇杆空回程需时几秒？（2）曲柄每分钟转数是多少？解：（1）根据题已知条件可得：工作行程曲柄的转角 012则空回程曲柄的转角 5摇杆工作行程用时 7s，则可得到空回程需时：st)7/210(5（2）由前计算可知，曲柄每转一周需时 12s，则曲柄每分钟的转数为rn62-5 设计一脚踏轧棉机的曲柄摇杆机构，如题 2-5图所示，要求踏板 CD在水平位置上下各摆 100，且 。 （1）试用图解法求曲柄 AB和连杆 BC的长度；mllADCD0,5（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
5、机构。已知摇杆长度 ，摆角 ，摇杆的行程速比变ml1303化系数 。 （1）用图解法确定其余三杆的尺寸；（2）用式（2-6）和式（2-6）确.K定机构最小传动角 （若 ，则应另选铰链 A的位置，重新设计） 。min0in5解：由 K=1.2可得极位夹角 000364.182.12-7 设计一曲柄滑块机构，如题 2-7图所示。已知滑块的行程 ，偏距ms50，行程速度变化系数 ，求曲柄和连杆的长度。me162.1K解：由 K=1.2可得极位夹角 000364.8.2K-_2-8 设计一摆动导杆机构。已知机架长度 ，行程速度变化系数 ，求曲ml1044.1K柄长度。解：由 K=1.4可得极位夹角 0
6、03184.2K2-10 设计一铰链四杆机构作为加热炉炉门的起闭机构。已知炉门上两活动铰链的中心距为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） ，设固定铰链安装在 yy轴线上，其相关尺寸如题图 2-10图所示，求此铰链四杆机构其余三杆的长度。-_2-12 已知某操纵装置采用铰链四杆机构。要求两连架杆的对应位置如题 2-12图所示， ； ， ； ， ；机架长01451020910820351021度 ，试用解析法求其余三杆长度。mlAD解：由书 35页图 2-31可建立如下方程组：sinisincoco3214lll消去 ，并整理可得： coscos 431341
7、234 llll令：（1）431lP（2）132l（3）4122343lP于是可得到 )cos(cos123 P分别把两连架杆的三个对应转角带入上式，可得到关于 P1、P 2、P3 由三个方程组成的方程组。可解得：-_203.4871.3P，再由（1） 、 （2） 、 （3） ，可解得：54lml67.38.2-_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
8、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，凸轮基圆半径 ，滚子半径 ，从动件的升程 ，me10mr60mr10mh30， ， ， ，从动件在升程和回程均作简谐运动，试用503s120s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： 0从动件的位移方程： )cos1(2hs-_从动件的行程： 30h00 500 1000 1500（ mm）s0 2.01 27.99 30（2）回程：回程角： 012从动件的位移方程： )(cos1 shs00 400 800 1200（mm）s30 27.99 2.01 0于是可以作出如下的凸轮的理论轮廓曲线，再
9、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）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 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 ， ， ，试计算m319z42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 mzd57 123齿顶高 （ ）ha*1*a 3 3齿跟高 （ ）ff 25.f 3.75 3.75顶隙 （ ）c*.0* 0.75 0.75中心
10、距 /)(21mza90齿顶圆直径 ahd63 129齿跟圆直径 ff49.5 115.5基圆直径 （ ）cosb0253.5625 115.5822齿距 mp9.42齿厚 /s4.71齿槽宽 2e 4.714-2 已知一对外啮合标准直齿圆柱齿轮的标准中心距 ，齿数 ，ma160201z，求模数和分度圆直径。602z解：由 可得2/)(1mza4803621 则其分度圆直径分别为 mzd4120624-3 已知一正常齿制标准直齿圆柱齿轮的齿数 ，齿顶圆直径 ，求该轮25zmda135-_的模数。解： )2(2*aaaa hzmhzd正常齿制标准直齿圆柱齿轮： 1则有 hzdma5273512*
11、4-4 已知一正常齿制标准直齿圆柱齿轮 , , ,试分别求出分度圆、基0m540z圆、齿顶圆上渐开线的曲率半径和压力角。解： mzr10245b96.3coshraa 5*齿顶圆压力角： 89.016.3cosabr049.2a基圆压力角： 1cosbr0b分度圆上齿廓曲率半径： mr2.34sin0齿顶圆上齿廓曲率半径： ma 85.462.0159.6i0基圆上齿廓曲率半径： b4-6 已知一对内啮合正常齿制标准直齿圆柱齿轮 ， ， ，试参照4201z6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 mzma802/)60
12、(42/)(12-_齿轮 2 为内齿轮，所以有 mzd2406mhaa 2382 ff 504)5.1(4-10 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：、 、 、 、 、 、 、 、 、 ，哪些不变？哪些起了变化？变大还是变mdsffhfdb小？解：不变的参数 、 、 、mb增大 、 、 、 、dsffd变化减小 fh4-11 已知一对正常齿渐开线标准斜齿圆柱齿轮 ， ， ，ma250231z98，试计算其螺旋角、端面模数、分度圆直径和齿跟圆直径。mn4解：对外啮合的斜齿轮中心距为 cos2)(/)(2/)( 1211 zmzdant 代入已知参数可得 968.0254cos所
13、以 371端面模数 mm12.4cosntm分度圆直径分别为mm03.95cs11zdntmm87.4o22mznt齿顶圆直径分别为mm013.11naadhd-_mm9587.412222 naamdhd齿跟圆直径分别为mm0311nffmm9587422ff dhd-_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，试判断蜗轮 2 和蜗轮 3 的转向，用箭头表示。5-2 在题 5-2 图所示轮系中，已知 ， ， ， ， ，15z215z30z15， （右旋） ， ， ，若 ，求齿条304z24605 )4( min/rn6 线速度 的大小和方向。v
14、解： 201563024321515 zni min/.05 r-_srad/12605.25mzr45 sv/5.10256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 ， ， ， ， ， ， ，71z2643z8605z8607z， ， ， ， ，求秒针与分针的传动比 和分针与时68z940121 SMi针的传动比 。MHi解：为定轴轮系注意各轮转速之间的关系： Mnn932H1S67得到65435zn65436zn则有-_603niMS129102ziH5-6 在题 5-6 图所示液压回转台的传动机构中，
15、已知 ，液压马达 M 的转速152z，回转台 H 的转速 ，求齿轮 1 的齿数（提示：min/1rnMmin/5.1rn） 。H2解： 15.2012 znniHMHz5-9 在题 5-9 图所示差动轮系中，已知各轮的齿数 ， ， ，301z250z，齿轮 1 的转速为 （箭头向上） ，齿轮 3 的转速为 （箭头向753z min/20r min/r下） ，求行星架转速 的大小和方向。Hn解：在转化轮系中，各轮的转向如图中虚线箭头所示，则有 8250372131 zniH-_在图中，从给定的条件可知，轮 1 和轮 3 的绝对转向相反，已 的值为正， 的值为1n3n负，代入上式中，则有 8255
16、02Hn即 Hn016于是解得 mi/1.350rnH其值为正，说明 H 的转向与轮 1 的转向相同。5-10 在题 5-10 图所示机构中，已知 ， ， ， ， ，7z20853z14245z， ，求：216z637（1）当 、 时，min/0rnin/104r?p（2）当 时，41?p（3）当 、 时，i/ri/4r?p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 5178)(3213 zni即 53（2）由 3（H） 、4、5、6、7 构成周转轮系易知 n-_ 421863)1(647537474 znniH即 34547n联立定轴轮系 31n则 47n即 1P
17、当 ， 时，min/01rnin/104rmin/25.0rP当 时，4P当 ， 时，i/1ri/4ri/.rP-_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 的变化规律如题 7-2 图所“M示。设驱动力矩 等于常数，剪床主轴转速为 ，机械运转速度不均匀系数Mmin/60r。求：（1）驱动力矩 的数值；（2）安装在主轴上的飞轮转动惯量。5.0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 4)1602(4160232 MmN5550（2）分三个区间第一区间盈功： 34.1A第二区间亏功： 07.256第三区间盈功： 48.3A画出
18、能量指示图：则最大盈亏功为： 107.256max31AA则飞轮的转动惯量为 224.maxmKgJ-_7-3 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，也忽略了其他构件的动能影响。所以是近似计算。7-5 设某机组发动机供给的驱动力矩 （即驱动力矩与瞬时角速度成反比） ，mNM10阻力矩 变化如题 7-5 图所示， ， ，若忽略其他构件的转动惯量，求Mst.1st9.2在 ， 状态下飞轮的转动惯量。sra
19、d/134maxrad/6min解：用平均角速度处理 sradm/125634两时间段的转角： st.01.1： 92rad52则在 00.1s 之间 905.1280)“()“(5.1201. MtMA则在 0.10.9s 之间 125)“()“(5.129.01 ddt则最大盈亏功为 maxA由 可得)(22minaxJ 24.052418356179061340 mKgJ -_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？离心力是它本身重力的几倍？解：离心
20、力为： NmrF78.130)6025(2离心力与重力之比为： .178.3gG8-4 如图所示盘形回转件，经静平衡试验得知，其不平衡质径积 等于 ，方向mrkg5.1沿 。由于结构限制，不允许在与 相反方向上加平衡质量，只允许在 和 方OAOAOCD向各加一个质径积来进行平衡。求 和 的数值。CrmD解：依题意可得： 006sin3sincocoDCrmrr于是可解得： mkgrmD 75.60cos30sin6kgrDC29.1i08-5 如图所示盘形回转件上有 4 个偏置质量，已知 ，kgm10， ， ， ， ， ，kgm142kg163km04mr51r102r753-_，设所有不平衡
21、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mr504径积才能达到平衡？解：各偏心质量产生的质径积分别为： mkgrm50142kr2763mgm5014于是不平衡质径积的向量和为： mkgkrb 14.14972085.3actg即应在图示反方向的方位加上质径积 ，回转件才能达到平衡。k0-_第 10 章 连接10-4 解：设螺旋副的升角为 ，当量摩擦角为 ，当量摩擦系数用 表示f196.0542dnptg则 83.1已知 ，则 ， 0f 1.0ftg076.5（1）工作台上升的效率为 %9.46.)(2tTSFa（2）稳定上升时加于螺杆上的力矩为 Ntgtgda 85.90736
22、.102510)( 332 （3）螺杆的导程为 mnpS40则可得螺杆的转速为： in/28r螺杆所需的功率为： kWTP 05.29.36285.9065.90 （4）工作台在 作用下等速下降，因 ，该螺旋副不具有自锁性，所以需要制aF动装置。加于螺杆上的制动力矩为： mNtgtgdTa 63.05)71.5083.1(26510)(2 3310-7 解：查表 10-1，M20 螺栓的小径为 md94.71由题意知，因 F 作用而在轴上产生的摩擦力矩应与 W 作用而在轴上产生的力矩平衡，即有 WLDf2则 f-_则每个螺栓所受的轴向力为 fDWLFa2螺栓的力学性能等级为 4.8 级，查表
23、10-5， ，查表 10-7，MPas3203S则 MPaSs1073代入试（10-12）有 21214.4/3.dfDWLdFa则 N35.6.52110-10 解：（参考）暂取螺柱个数为 12，性能等级为 5.8 级（已知）查表 10-5 MPas40查表 10-7 3SNzDpFE52/2取残余预紧力 ER8.1则 FaR2.14067MPaS3mFd24.1.41取 M16 的螺柱（其 ）d835.1螺柱的分布圆直径为200eD4取 m2则螺柱间距为：-_mZDl 57.1200d6.45.所以，选择正确。10-14 解：选择平键连接，由图中所示轴孔直径 可知，与之相装配的轴径也为 ，结合轮55毂长度尺寸 84，可由表 10-9 查得需要选择的键为：键 1680 GB/T 1096-2003同时可查得键的厚度尺寸 10h然后根据题 10-8中传递的转矩，利用公式（10-26）及表 10-10进行验算强度即可ppdhlT4
