《机械设计基础》答案

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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

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,
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:
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?
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)

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?
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

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:
项目及计算公式
齿轮1
齿轮2
分度圆直径
57
123
齿顶高
( )
3
3
齿跟高
( )
3.75
3.75
顶隙
( )
0.75
0.75
中心距
90
齿顶圆直径
63
பைடு நூலகம்129
齿跟圆直径
49.5
115.5
基圆直径
( )
53.5625
115.5822
齿距
9.42
齿厚
4.71
齿槽宽
4.71
4-2 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。
,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)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: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:
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。
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:(1)推程:
推程角:
从动件的位移方程:
从动件的行程:
00
500
1000
1500
(mm)
0
2.01
27.99
30
(2)回程:
回程角:
从动件的位移方程:
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)
(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

(2)由3(H)、4、5、6、7构成周转轮系
易知

联立定轴轮系


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。
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,
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?
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。
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:(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。
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
mm
mm
齿顶圆直径分别为
mm
mm
齿跟圆直径分别为
mm
mm
第五章 轮系
《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
1-1
1-2
1-3
1-4
1-5
自由度为:
或:
1-6
自由度为
或:
1-10
自由度为:
或:
1-11
1-13: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P12
P24、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。
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: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

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:

代入试(10-12)有

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

取M16的螺柱(其 )
螺柱的分布圆直径为


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:
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