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《机械设计基础》-答案内容.doc

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-_《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1-11-21-31-41-5自由度为:或:1-6自由度为或:1-10自由度为:或:1-111-13: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。1-14:求出题1-14图正切机构的全部瞬心。设,求构件3的速度。1-15: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。构件1、2的瞬心为P12P24、P14分别为构件2与构件1相对于机架的绝对瞬心1-16:题1-16图所示曲柄滑块机构,已知:,,,求机构全部瞬心、滑块速度和连杆角速度。在三角形ABC中,,,,,1-17:题1-17图所示平底摆动从动件凸轮1为半径的圆盘,圆盘中心C与凸轮回转中心的距离,,,求和时,从动件角速度的数值和方向。时方向如图中所示当时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θ为300,摇杆工作行程需时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则空回程曲柄的转角摇杆工作行程用时7s,则可得到空回程需时:(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2-5 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;(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,摆角,摇杆的行程速比变化系数。(1)用图解法确定其余三杆的尺寸;(2)用式(2-6)和式(2-6)'确定机构最小传动角(若,则应另选铰链A的位置,重新设计)。解:由K=1.2可得极位夹角2-7 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,行程速度变化系数,求曲柄和连杆的长度。解:由K=1.2可得极位夹角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,求曲柄长度。解:由K=1.4可得极位夹角2-10 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,,;,;,;机架长度,试用解析法求其余三杆长度。解:由书35页图2-31可建立如下方程组:消去δ,并整理可得:令: (1) (2) (3)于是可得到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:,再由(1)、(2)、(3),可解得: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Φ。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,凸轮基圆半径,滚子半径,从动件的升程,,,,,从动件在升程和回程均作简谐运动,试用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:从动件的位移方程:从动件的行程:0050010001500(mm)02.0127.9930  (2)回程:回程角:从动件的位移方程:004008001200(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)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57123齿顶高 ()33齿跟高 ()3.753.75顶隙 ()0.750.75中心距90齿顶圆直径63129齿跟圆直径49.5115.5基圆直径 ()53.5625115.5822齿距9.42齿厚4.71齿槽宽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,,求模数和分度圆直径。解:由可得则其分度圆直径分别为4-3已知一正常齿制标准直齿圆柱齿轮的齿数,齿顶圆直径,求该轮的模数。解:  正常齿制标准直齿圆柱齿轮:则有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、基圆、齿顶圆上渐开线的曲率半径和压力角。解:齿顶圆压力角:基圆压力角:分度圆上齿廓曲率半径:齿顶圆上齿廓曲率半径:基圆上齿廓曲率半径:4-6 已知一对内啮合正常齿制标准直齿圆柱齿轮,,,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,所以有中心距齿轮2为内齿轮,所以有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?变大还是变小?解:不变的参数、、、变化增大、、、、减小4-11 已知一对正常齿渐开线标准斜齿圆柱齿轮,,,,试计算其螺旋角、端面模数、分度圆直径和齿跟圆直径。解:对外啮合的斜齿轮中心距为代入已知参数可得所以 端面模数 mm分度圆直径分别为mmmm齿顶圆直径分别为mmmm齿跟圆直径分别为mmmm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,,,,,,(右旋),,,若,求齿条6线速度的大小和方向。解: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,,,,,,,,,,,,求秒针与分针的传动比和分针与时针的传动比。解:为定轴轮系注意各轮转速之间的关系:   得到则有5-6 在题5-6图所示液压回转台的传动机构中,已知,液压马达M的转速,回转台H的转速,求齿轮1的齿数(提示:)。解:  5-9 在题5-9图所示差动轮系中,已知各轮的齿数,,,,齿轮1的转速为(箭头向上),齿轮3的转速为(箭头向下),求行星架转速的大小和方向。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,的值为负,代入上式中,则有即于是解得其值为正,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,,,,,,,求:(1)当、时,(2)当时,(3)当、时,解:该轮系为一复合(混合)轮系(1)有1、2、3构成定轴轮系,则有即 (2)由3(H)、4、5、6、7构成周转轮系易知 即   联立定轴轮系 则 即 ①当,时,②当时,③当,时,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。求:(1)驱动力矩的数值;(2)安装在主轴上的飞轮转动惯量。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(2)分三个区间第一区间盈功:第二区间亏功:第三区间盈功:画出能量指示图:则最大盈亏功为:则飞轮的转动惯量为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),阻力矩变化如题7-5图所示,,,若忽略其他构件的转动惯量,求在,状态下飞轮的转动惯量。解:用平均角速度处理两时间段的转角 : : 则在0~0.1s之间则在0.1~0.9s之间则最大盈亏功为由可得第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:离心力为:离心力与重力之比为:8-4 如图所示盘形回转件,经静平衡试验得知,其不平衡质径积等于,方向沿。由于结构限制,不允许在与相反方向上加平衡质量,只允许在和方向各加一个质径积来进行平衡。求和的数值。解:依题意可得:于是可解得:8-5 如图所示盘形回转件上有4个偏置质量,已知,,,,,,,,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:于是不平衡质径积的向量和为: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。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则 已知 ,则, (1)工作台上升的效率为(2)稳定上升时加于螺杆上的力矩为(3)螺杆的导程为则可得螺杆的转速为:螺杆所需的功率为:(4)工作台在作用下等速下降,因,该螺旋副不具有自锁性,所以需要制动装置。加于螺杆上的制动力矩为:10-7 解:查表10-1,M20螺栓的小径为由题意知,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,即有则 则每个螺栓所受的轴向力为螺栓的力学性能等级为4.8级,查表10-5,,查表10-7,则 代入试(10-12)有则 10-10 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 查表10-7 取残余预紧力则 取M16的螺柱(其)螺柱的分布圆直径为~取则螺柱间距为: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,结合轮毂长度尺寸84,可由表10-9查得需要选择的键为:键16×80 GB/T 1096-2003同时可查得键的厚度尺寸 然后根据题10-8中传递的转矩,利用公式(10-26)及表10-10进行验算强度即可第11章 齿轮传动11-1 解:利用题中给定的条件可推导出:11-4 解:本题为设计计算题,按照例题的步骤进行计算即可。11-6 解:(1) ; (2) ;(3) ;(4)11-7解:11-9解:要使中间轴上两轴向力相互抵消,则应有:且知轮2和轮3所传递的转矩相等,设都为T,则即
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