机械设计基础作业集(34567)

3 凸轮机构1．【答】根据形状，可分为盘形凸轮、移动凸轮和圆柱凸轮三类。

基本组成部分有凸轮、从动件和机架三个部分。

凸轮与从动件之间的接触可以通过弹簧力、重力或凹槽来实现。

2．【答】从动件采用等速运动规律时，运动开始时，速度由零突变为一常数，运动终止时，速度由常数突变为零，因此从动件加速度及惯性力在理论上为无穷大（由于材料有弹性变形，实际上不可能达到无穷大），使机构受到强烈的冲击。

这种由于惯性力无穷大突变而引起的冲击，称为刚性冲击。

从动件运动时加速度出现有限值的突然变化，产生惯性力的突变，但突变是有限的，其引起的冲击也是有限的，这种由于加速度发生有限值突变而引起的冲击称为柔性冲击。

等加速等减速运动规律和简谐运动规律都会产生柔性冲击。

3．【答】应注意的问题有：1）滚子半径：必须保证滚子半径小于理论轮廓外凸部分的最小曲率半径；在确保运动不失真的情况下，可以适当增大滚子半径，以减小凸轮与滚子之间的接触应力；2）校核压力角：进行为了确保凸轮机构的运动性能，应对凸轮轮廓各处的压力角进行校核，检查其最大压力角是否超过许用值。

如果最大压力角超过许用值，一般可以通过增加基圆半径或重新选择从动件运动规律；3）合理选择基圆半径：凸轮的基圆半径应尽可能小些，以使所设计的凸轮机构可能紧凑，但基圆半径越小，凸轮推程轮廓越陡峻，压力角也越大，致使机构工作情况变坏。

基圆半径过小，压力角就会超过许用值，使机构效率太低，甚至发生自锁。

4．【答】绘制滚子从动件凸轮轮廓时，按反转法绘制的尖顶从动件的凸轮轮廓曲线称为凸轮的理论轮廓。

由于滚子从动件的中心真实反映了从动件的运动规律和受力状况，因此基圆半径和压力角应在理论轮廓上量取。

5．【解】6．【解】①选择合适的比例绘制从动件位移线图，如图所示②以基圆半径绘作基圆，绘制从动件尖顶的起始位置③将位移线图的推程和回程所对应的转角分成若干等份④按照反方向（顺时针方向），与从动件位移线图各等分相对应，得各个点。

连结这些点得到机构反转后从动件导路的各个位置⑤量取对应的各位移量，得反转后尖顶的一系列位置点⑥将各个位置点连成光滑的曲线，得到所要求的凸轮轮廓。

如图所示。

（注：答案中所绘制图形不准确，供参考。

）4 齿轮机构1．【答】渐开线直齿圆柱齿轮的正确啮合条件是两轮的模数和压力角必须分别相等。

渐开线斜齿圆柱齿轮的正确啮合条件是两轮的模数和压力角必须分别相等，此外，外啮合时螺旋角大小相同、方向相反；内啮合时螺旋角大小和方向均相同。

2．【答】用范成法加工齿轮时，若刀具的齿顶线或齿顶圆与啮合线的交点超过被切齿轮的极限点，则刀具的齿顶将切去齿轮齿根渐开线齿廓的一部分，这种现象称为根切现象。

标准齿轮为了避免根切，其齿数z 必须大于或等于不根切的最少齿数min z =2h *a /sin 2α。

标准齿轮为了避免根切，其齿数min z 必须大于或等于不根切的最少齿数。

3．【答】常见的渐开线齿廓的切齿方法有成形法和范成法两种。

成形法其方法简单，不需要专用机床，但生产率低，精度差，只适用于单件及精度要求不高的齿轮加工。

范成法中广泛采用齿轮滚刀，能连续切削，生产率较高。

4．【答】沿斜齿轮分度圆上齿廓的任一点切齿轮的法面，该分度圆柱在切面上呈一椭圆。

取标准压力角作一直齿圆柱齿轮，其齿形即可认为近似于斜齿轮的法向齿形。

该直齿圆柱齿轮称为斜齿轮圆柱齿轮的当量齿轮，其齿数称为当量齿数，用z v 表示，计算公式为βρ3cos 2zm z n v ==5．【解】1175535cos ===k b k r r α 48.50117arccos==k α 43.4248.50tan 35tan =⨯=⨯= k b k r αρ mm（或 43.4248.50s i n 55s i n=⨯=⨯=k k k r αρ mm ）6．【解】125525=⨯==mz d mm33.010006050125100060=⨯⨯⨯=⨯=ππdnv m/s7．【解】75325=⨯==mz d mm48.7020cos 25320cos cos =⨯⨯=== mz d d b α mm 3*==m h h a a mm ；75.3)(**=+=m c h h a f mm8132752=⨯+=+=a a h d d mm ；5.6775.32752=⨯-=-=f f h d d mm8148.70cos ==a b a d d α ； 53.298148.70arccos ==a α96.1953.29sin 281sin 2===a a a d αρ mm 8．【解】1）由 )(cos 221z z m a n+=β得 9926.0)3618(6825.2)(2cos 21=+⨯=+=z z a m n β 95.6=β2）两齿轮的分度圆、齿顶圆和齿根圆直径 34.4595.6cos 185.2cos 11=⨯==βz m d n mm ；67.9095.6cos 365.2cos 22=⨯==βz m d n mm 5.2*==n an a m h h mm ；125.325.1)(**==+=n n n an f m m c h h mm34.50211=+=a a h d d mm ；67.95222=+=a a h d d mm 09.39211=-=f f h d d mm ；42.84222=-=f f h d d mm3）当量齿数1v z 和2v z 4.1895.6cos 18cos 3311===βz z v ；8.3695.6cos 36cos 3322===βz z v5 轮 系1、【答】定轴轮系传动时每个齿轮的几何轴线都是固定的，周转轮系传动时至少有一个齿轮的几何轴线绕另一齿轮的几何轴线转动。

2、【答】一个齿轮与两齿轮同时啮合，对前一级齿轮传动来说它是从动轮，对后一级传动来说它是主动轮，它的齿数不影响传动比的大小，但却使轮系中增加了一对外啮合齿轮，从而改变了传动比的符号，即改变了最终齿轮的转向。

这种齿轮称为惰轮。

惰轮的作用为在不改变传动比的情况下改变齿轮的转向。

3、【答】行星轮系的自由度为1，只有一个中心轮可以转动，需要1个原动件。

差动轮系的自由度为2，两个中心轮均可转动，需要2个原动件。

4、【解】14.2092151515603331234321543215=⨯⨯⨯⨯⨯⨯=='''z z z z z z z z i39.214.2095001515===i n n r/min 8020455=⨯==''mz d mm齿条6线速度01.010006039.28010006055=⨯⨯⨯=⨯='ππυn d m/s方向向右。

5、【解】从轮系结构可以看出 2312a a = 因此有()()23212121z z m z z m -=+ 571932213=⨯=+=z z z()5.132026197830571431543215=⨯⨯⨯⨯=-=''z z z z z z i6、【解】31751)1(133113-=-=-=--=z z n n n n i H H H03=n 故 311111-=-=-=--H H H H i n nn n n 41=H i而411==H Hi φφ 因此5.2249041===φφH7、【解】520156025)1(5020021323113-=⨯⨯-=-=--=--='z z z z n n n n n n i H H H H H解上式得756450==H n r/min H n 转向与1n 转向相同。

题图5-27 机械的动力性能1、【答】转子转动时，如果离心力（或力系的合力、合力偶矩）不等于零时，其方向随着回转件的转动而发生周期性的变化，同时，离心力（合力、合力偶矩）对轴承施加一个附加的动压力，并使整个机械产生周期性的振动。

这种振动往往使机械的可靠性、精度等降低，零件材料易疲劳损坏而使零件寿命缩短，振动产生的噪声对周围的设备、建筑、环境等都有较大的影响和破坏。

对于高速、重载、精密机械来说，这个问题更加突出。

因此需要调整回转件的质量分布，使回转件工作时离心力系达到平衡，以消除附加动压力，尽可能减轻由离心力而产生的机械振动。

2、【答】静平衡的条件是：分布于该回转件上各个质量的离心力（或质径积）的向量和等于零，即回转件的质心与回转轴线重合。

动平衡的条件是：回转件上各个质量的离心力的向量和等于零，且离心力所产生的力偶矩的向量和也等于零。

显然动平衡条件中包含了静平衡条件，也就是说动平衡的转子一定也是静平衡的，但静平衡的转子不一定是动平衡的。

静平衡适用于轴向尺寸较小的零件（盘状零件），如飞轮、砂轮等，其质量分布可以近似认为在同一回转面内。

动平衡适用于轴向尺寸较大的回转件（轴类零件），如电动机的转子、机床主轴等，其质量分布不能近似地认为是位于同一回转面内。

3、【答】机械在运转过程中的任一时间间隔内，驱动力所作的功和阻力所作的功随时会发生变化，当驱动力所作的功大于阻力所作的功时，机械作增速运动，当驱动力所作的功小于阻力所作的功时，机械作减速运动，致使机械速度产生波动。

4、【答】周期性速度波动是周期性变化的外力引起的，非周期性速度波动则是随机变化、不规则、没有一定周期性的外力引起的。

周期性速度波动的调节方法是在机械中加入一个转动惯量很大的回转件（飞轮），以增加系统的转动惯量来减小速度变化的幅度。

机械的非周期速度波动的调节方法是调节驱动力作功和阻力作功的比值，只能采用特殊的装置（调速器）使驱动力功随阻力功的变化而变化，并使两者趋于平衡，使机械平稳运转。