《機械設計基礎》答案.doc

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《機械設計基礎》作業(yè)答案 第一章　平面機構的自由度和速度分析 1－1 1－2 1－3 1－4 1－5 自由度為： 或： 1－6 自由度為 或： 1－10 自由度為： 或： 1－11 1－13：求出題1-13圖導桿機構的全部瞬心和構件1、3的角速度比。 1－14：求出題1-14圖正切機構的全部瞬心。設，求構件3的速度。 1－15：題1-15圖所示為摩擦行星傳動機構，設行星輪2與構件1、4保持純滾動接觸，試用瞬心法求輪1與輪2的角速度比。 構件1、2的瞬心為P12 P24、P14分別為構件2與構件1相對于機架的絕對瞬心 1－16：題1-16圖所示曲柄滑塊機構，已知：，，，求機構全部瞬心、滑塊速度和連桿角速度。 在三角形ABC中，，，， ， 1－17：題1-17圖所示平底擺動從動件凸輪1為半徑的圓盤，圓盤中心C與凸輪回轉中心的距離，，，求和時，從動件角速度的數值和方向。 時 方向如圖中所示 當時 方向如圖中所示 第二章　平面連桿機構 2-1 試根據題2-1圖所注明的尺寸判斷下列鉸鏈四桿機構是曲柄搖桿機構、雙曲柄機構還是雙搖桿機構。 　　 （1）雙曲柄機構 （2）曲柄搖桿機構 （3）雙搖桿機構 （4）雙搖桿機構 2-3 畫出題2-3圖所示各機構的傳動角和壓力角。圖中標注箭頭的構件為原動件。 2-4 已知某曲柄搖桿機構的曲柄勻速轉動，極位夾角θ為300，搖桿工作行程需時7s。試問：（1）搖桿空回程需時幾秒？（2）曲柄每分鐘轉數是多少？ 解：（1）根據題已知條件可得： 工作行程曲柄的轉角 則空回程曲柄的轉角 搖桿工作行程用時7s，則可得到空回程需時： （2）由前計算可知，曲柄每轉一周需時12s，則曲柄每分鐘的轉數為 2-5 設計一腳踏軋棉機的曲柄搖桿機構，如題2-5圖所示，要求踏板CD在水平位置上下各擺100，且。（1）試用圖解法求曲柄AB和連桿BC的長度；（2）用式（2-6）和式（2-6）＇計算此機構的最小傳動角。 解： 　　以踏板為主動件，所以最小傳動角為0度。 2-6 設計一曲柄搖桿機構。已知搖桿長度，擺角，搖桿的行程速比變化系數。（1）用圖解法確定其余三桿的尺寸；（2）用式（2-6）和式（2-6）＇確定機構最小傳動角（若，則應另選鉸鏈A的位置，重新設計）。 解：由K=1.2可得極位夾角 2-7 設計一曲柄滑塊機構，如題2-7圖所示。已知滑塊的行程，偏距，行程速度變化系數，求曲柄和連桿的長度。 解：由K=1.2可得極位夾角 2-8 設計一擺動導桿機構。已知機架長度，行程速度變化系數，求曲柄長度。 解：由K=1.4可得極位夾角 2-10 設計一鉸鏈四桿機構作為加熱爐爐門的起閉機構。已知爐門上兩活動鉸鏈的中心距為50mm，爐門打開后成水平位置時，要求爐門溫度較低的一面朝上（如虛線所示），設固定鉸鏈安裝在yy軸線上，其相關尺寸如題圖2-10圖所示，求此鉸鏈四桿機構其余三桿的長度。 　　 2-12 已知某操縱裝置采用鉸鏈四桿機構。要求兩連架桿的對應位置如題2-12圖所示，，；，；，；機架長度，試用解析法求其余三桿長度。 解：由書35頁圖2-31可建立如下方程組： 消去δ，并整理可得： 令： （1） （2） （3） 于是可得到 分別把兩連架桿的三個對應轉角帶入上式，可得到關于P1、P2、P3由三個方程組成的方程組?？山獾茫? ，再由（1）、（2）、（3），可解得： 第三章 凸輪機構 3-1 題3-1圖所示為一偏置直動從動件盤形凸輪機構，已知AB段為凸輪的推程廓線，試在圖上標注推程運動角Φ。 3-2題3-2圖所示為一偏置直動從動件盤形凸輪機構，已知凸輪是一個以C點為圓心的圓盤，試求輪廓上D點與尖頂接觸是的壓力角，并作圖表示。 3-4 設計題3-4圖所示偏置從動件盤形凸輪。已知凸輪以等角速度順時針方向回轉，偏距，凸輪基圓半徑，滾子半徑，從動件的升程，，，，，從動件在升程和回程均作簡諧運動，試用圖解法繪制出凸輪的輪廓并校核推程壓力角。 解：（1）推程： 推程角： 從動件的位移方程： 從動件的行程： 00 500 1000 1500 （mm） 0 2.01 27.99 30 　　 （2）回程： 回程角： 從動件的位移方程： 00 400 800 1200 （mm） 30 27.99 2.01 0 于是可以作出如下的凸輪的理論輪廓曲線，再作一系列的滾子，繪制內包絡線，就得到凸輪的實際輪廓曲線（略） 注：題3-6、3-7依次按上述步驟進行作圖即可，不同的是：3-6為一擺動從動件盤形凸輪機構，3-7為一平底直動從動件盤形凸輪機構。 第四章 齒輪機構 4-1 已知一對外嚙合正常齒制標準直齒圓柱齒輪，，，試計算這對齒輪的分度圓直徑、齒頂高、齒跟高、頂隙、中心距、齒頂圓直徑、齒跟圓直徑、基圓直徑、齒距、齒厚和齒槽寬。 解： 項目及計算公式 齒輪1 齒輪2 分度圓直徑 57 123 齒頂高 （） 3 3 齒跟高 （） 3.75 3.75 頂隙 （） 0.75 0.75 中心距 90 齒頂圓直徑 63 129 齒跟圓直徑 49.5 115.5 基圓直徑 （） 53.5625 115.5822 齒距 9.42 齒厚 4.71 齒槽寬 4.71 4-2 已知一對外嚙合標準直齒圓柱齒輪的標準中心距，齒數，，求模數和分度圓直徑。 解：由可得 則其分度圓直徑分別為 4-3已知一正常齒制標準直齒圓柱齒輪的齒數，齒頂圓直徑，求該輪的模數。 解： 　　正常齒制標準直齒圓柱齒輪： 則有 4-4 已知一正常齒制標準直齒圓柱齒輪,,,試分別求出分度圓、基圓、齒頂圓上漸開線的曲率半徑和壓力角。 解： 齒頂圓壓力角： 基圓壓力角： 分度圓上齒廓曲率半徑： 齒頂圓上齒廓曲率半徑： 基圓上齒廓曲率半徑： 4-6 已知一對內嚙合正常齒制標準直齒圓柱齒輪，，，試參照圖4-1b計算該對齒輪的中心距和內齒輪的分度圓直徑、齒頂圓直徑和齒跟圓直徑。 解：該對齒輪為內嚙合，所以有 中心距 齒輪2為內齒輪，所以有 4-10 試與標準齒輪相比較，說明正變位直齒圓柱齒輪的下列參數：、、、、、、、、、，哪些不變？哪些起了變化？變大還是變??？ 解： 不變的參數 、、、 變化 增大 、、、、 減小 4-11 已知一對正常齒漸開線標準斜齒圓柱齒輪，，，，試計算其螺旋角、端面模數、分度圓直徑和齒跟圓直徑。 解：對外嚙合的斜齒輪中心距為 代入已知參數可得 所以 端面模數 mm 分度圓直徑分別為 mm mm 齒頂圓直徑分別為 mm mm 齒跟圓直徑分別為 mm mm 第五章 輪系 5-1 在題5-1圖所示雙級蝸輪傳動中，已知右旋蝸桿1的轉向如圖所示，試判斷蝸輪2和蝸輪3的轉向，用箭頭表示。 5-2 在題5-2圖所示輪系中，已知，，，，，，（右旋），，，若，求齒條6線速度的大小和方向。 解： 方向為水平向右。 5-3 在題5-3圖所示鐘表傳動示意圖中，E為擒縱輪，N為發(fā)條盤，S、M、H分別為秒針、分針、時針。設，，，，，，，，，，，，求秒針與分針的傳動比和分針與時針的傳動比。 解：為定軸輪系 注意各輪轉速之間的關系： 　　　得到 則有 5-6 在題5-6圖所示液壓回轉臺的傳動機構中，已知，液壓馬達M的轉速，回轉臺H的轉速，求齒輪1的齒數（提示：）。 解： 　　 5-9 在題5-9圖所示差動輪系中，已知各輪的齒數，，，，齒輪1的轉速為（箭頭向上），齒輪3的轉速為（箭頭向下），求行星架轉速的大小和方向。 解：在轉化輪系中，各輪的轉向如圖中虛線箭頭所示，則有 在圖中，從給定的條件可知，輪1和輪3的絕對轉向相反，已的值為正，的值為負，代入上式中，則有 即 于是解得 其值為正，說明H的轉向與輪1的轉向相同。 5-10 在題5-10圖所示機構中，已知，，，，，，，求： （1）當、時， （2）當時， （3）當、時， 解：該輪系為一復合（混合）輪系 （1）有1、2、3構成定軸輪系，則有 即 （2）由3（H）、4、5、6、7構成周轉輪系 易知 即　 　　 聯立定軸輪系　 則　 即　 ①當，時， ②當時， ③當，時， 第七章　機械運轉速度波動的調節(jié) 7-2 在電動機驅動的剪床中，已知作用在剪床主軸上的阻力矩的變化規(guī)律如題7-2圖所示。設驅動力矩等于常數，剪床主軸轉速為，機械運轉速度不均勻系數。求：（1）驅動力矩的數值；（2）安裝在主軸上的飛輪轉動慣量。 解：（1）按一個周期中（一運動循環(huán)）阻力矩和驅動力矩做功相等，有 （2）分三個區(qū)間 第一區(qū)間盈功： 第二區(qū)間虧功： 第三區(qū)間盈功： 畫出能量指示圖： 則最大盈虧功為： 則飛輪的轉動慣量為 7-3 為什么本章介紹的飛輪設計方法稱為近似方法？試說明哪些因素影響飛輪設計的精確性。 解：因在本章所討論的飛輪設計中，用的是算術平均值代替的實際平均值，對速度不均勻系數的選擇也只是在它的容許范圍內選擇，還有，在計算時忽略了其他構件的轉動慣量，也忽略了其他構件的動能影響。所以是近似計算。 7-5 設某機組發(fā)動機供給的驅動力矩（即驅動力矩與瞬時角速度成反比），阻力矩變化如題7-5圖所示，，，若忽略其他構件的轉動慣量，求在，狀態(tài)下飛輪的轉動慣量。 解：用平均角速度處理 兩時間段的轉角 ： ： 則在0～0.1s之間 則在0.1～0.9s之間 則最大盈虧功為 由可得 第8章 回轉件的平衡 8-1 某汽輪機轉子質量為1t，由于材質不均勻及葉片安裝誤差致使質心偏離回轉軸線0.5mm，當該轉子以5000r/min的轉速轉動時，其離心力有多大？離心力是它本身重力的幾倍？ 解：離心力為： 離心力與重力之比為： 8-4 如圖所示盤形回轉件，經靜平衡試驗得知，其不平衡質徑積等于，方向沿。由于結構限制，不允許在與相反方向上加平衡質量，只允許在和方向各加一個質徑積來進行平衡。求和的數值。 解：依題意可得： 于是可解得： 8-5 如圖所示盤形回轉件上有4個偏置質量，已知，，，，，，，，設所有不平衡質量分布在同一回轉面內，問應在什么方位、加多大的平衡質徑積才能達到平衡？ 解：各偏心質量產生的質徑積分別為： 于是不平衡質徑積的向量和為： 即應在圖示反方向的方位加上質徑積，回轉件才能達到平衡。 第10章 連接 10-4 解：設螺旋副的升角為，當量摩擦角為，當量摩擦系數用表示 則 已知 ，則， （1）工作臺上升的效率為 （2）穩(wěn)定上升時加于螺桿上的力矩為 （3）螺桿的導程為 則可得螺桿的轉速為： 螺桿所需的功率為： （4）工作臺在作用下等速下降，因，該螺旋副不具有自鎖性，所以需要制動裝置。 加于螺桿上的制動力矩為： 10-7 解：查表10-1，M20螺栓的小徑為 由題意知，因F作用而在軸上產生的摩擦力矩應與W作用而在軸上產生的力矩平衡，即有 則 則每個螺栓所受的軸向力為 螺栓的力學性能等級為4.8級，查表10-5，，查表10-7， 則 代入試（10-12）有 則 10-10 解：（參考） 暫取螺柱個數為12，性能等級為5.8級（已知） 查表10-5 查表10-7 取殘余預緊力 則 取M16的螺柱（其） 螺柱的分布圓直徑為 ～ 取 則螺柱間距為： 所以，選擇正確。 10-14 解：選擇平鍵連接，由圖中所示軸孔直徑可知，與之相裝配的軸徑也為，結合輪轂長度尺寸84，可由表10-9查得需要選擇的鍵為： 鍵1680 GB/T 1096-2003 同時可查得鍵的厚度尺寸 然后根據題10-8中傳遞的轉矩，利用公式（10-26）及表10-10進行驗算強度即可 第11章 齒輪傳動 11-1 解：利用題中給定的條件可推導出： 11-4 解：本題為設計計算題，按照例題的步驟進行計算即可。 11-6 解：（1） ； （2） ；（3） ；（4） 11-7 解： 11-9 解： 要使中間軸上兩軸向力相互抵消，則應有： 且知輪2和輪3所傳遞的轉矩相等，設都為T，則 即