机械设计第1章作业

[11-12] 在题11-９图所示两级斜齿圆柱齿轮减速器中，已知：z1=17， z4=42，高速级齿轮的传动效率η=0.98，低速级齿轮传动效率 η=0.97，输入功率Ｐ=7.5kW，输入轴转速n1=1450r/min，若 不计轴承损失，试计算输出轴和中间轴的转矩。 解:1) ∵PⅡ=PⅠη12 ∴TⅡ=9.55×106PⅡ/nⅡ 或∵TⅠ=9.55×106PⅠ/nⅠ ∴TⅡ=i12TⅠη12 =1.45×105 2) ∵PⅢ=PⅡη34 ∴TⅢ=9.55×106PⅢ/nⅢ 或: TⅢ=i34TⅡη34= 3.47×105 N.mm
3=n 4-n3
Z3 ＝85
P
7 6 4
5
3 2 1
/ n7-n3 = - Z5Z7/Z4Z6= - 4
解得：① n1= np= 1/4 ② n p= 0 ③ np= -1/4
７章
作业答案
7-8 某机组稳定运转一个运动循环中作用在主轴上的阻力矩 M"的变化规律如图所示。已知驱动力矩M'为常数，主轴平 均角速度ωm=20rad/s，机械运转速度不均匀系数δ=0.01，求 驱动力矩M'和安装在主轴上的飞轮转动惯量。 O O b ① 2πM′=π/2 ×400 + π/4×400 解：
Ft1 Fa2 n2 Fa1 n2 Ft2
12-3 如图所示为蜗杆传动 和圆锥齿轮传动的组合。 已知输出轴上锥齿轮Z4的 转向n 问：(1)欲使中间轴上的 轴向力为最小，蜗杆螺旋 线的旋向和蜗杆转向应如 何？ (2)在(1)的前提下，标出 各轮轴向力的方向。 Ft2 Ft1 n1
。 x
Fa4 Fa3
δ
a
150°
30°
120°
60°
δ 150° 30° 120° 60°
3.4
ω
4章 作业答案
4-2 一对外啮合标准直齿圆柱齿轮的标准中心距 a=160mm，齿数Z1=20，Z2=60，求模数和分度圆直 径。 解：a=1/2 m（z1+z2） 得：m= 4mm d1=mz1= 80mm d2=mz2 = 240mm 4-3 已知一正常齿制标准直齿圆柱齿轮的齿数z=25，齿 顶圆直径da=135mm，求该齿轮的模数。 解：da=（z+2ha*）m 135 =（25+2×1）m 得m = 5mm
得:M′=150 Nm ②Aoa=(400-150)×π/2=125π Aab=150×π/2=75π Abc=(400-150)×π/4=62.5π Aco=150×π3/4=112.5π
Amix= │-Aoa│ =125π
O
a
c
-
a +
b c
M′
+ O
J= Amix/ωm2δ= 98.17Kg.m2
n1
Fa2
n2
Fa3
Fa3=2T3tanβ3 /d3 tanβ1 /d2= cosβ2 tanβ3 /d3 mn3Z3 cosβ3
mn2Z2
∴β3=8°16′2″
11-11 已知单级闭式斜齿轮传动，P=10kW，n1=1210r/min， i=4.3，电动机驱动，双向传动，中等冲击载荷，设小齿轮用 40MnB调质，大齿轮用45钢调质，z1=21，试计算此单级斜 齿轮传动。 解: 齿面接触强度设计, d1≥ 弯曲强度校核 σF =
11-16 已知直齿圆锥-斜齿圆柱齿轮减速器布置和转向如图所 示,欲使轴Ⅱ上的轴向力在轴承上的作用完全抵消 ，试画出作 用在斜齿轮3和锥齿轮2上的圆周力、轴向力、径向力的作用 线和方向。 Fa3
n3
.F
t3
.
Fa2
Ft2
n2
12章 作业答案
12-2 如图所示，蜗杆主动，T1=20Nm，m=4mm，Z1=2， d1=50mm，z2=50，啮合效率η=0.75，试确定： (1)蜗轮的转向；(2)蜗杆、蜗轮上作用力的大小和方向。
4-10 试与标准齿轮比较说明正变位直齿圆柱齿轮的下 列参数：m、α、α′、d、d′、s、sf、hf、df、db， 哪些不 变？哪些起了变化？变大还是变小？ 解：不变： m、α、 d、 db、 α′、 d′ （ 等移距不变） 变：α′、 d′↑（不等移距变） s↑、sf↑、 df↑ 、 hf↓（正移距）
Do:螺栓孔的直径（查手册） [σp] 螺栓或孔壁材料的许用挤压应力 δ≥1.25d0 [τ]=σs/2.5
10-10 钢制液压油缸的油压 p=3MPa，内径D=160mm，为 保证气密性要求，螺柱间距 l 不得大于4.5倍螺柱大径，取螺 柱力学性能等级为5.8级 试计算此油缸的螺柱联接和螺 柱分布圆直径。
10-14试为题10-8中的联轴器选择 平键并验算键联接的强度。
84
Φ130
解：键 16×80 GB/T 1096
σp
4T [σ p ] dhl
4T p [ p] dhl
(10-8图示凸缘联轴器，允许传 递的最大转矩Ｔ为630Nm (静载荷)，材料为HT250。联 轴器用4个M12铰制孔用螺栓 联成一体，取力学性能等级 为8.8级。)
α
γ
α
γ
α
γ
α=00 γ=900
2-8.设计一摆动导杆机构。机架长度l4=100mm，行程 速比系数k=1.4，求曲柄长度。
解： 180 (k 1) 180o (1.4 1) 30o
k 1 1.4 1
A B2
300
300
B1
C
2-9.设计一曲柄摇杆机构。已知摇杆长度l3=80mm，摆 角ψ =400，行程速比系数k=1，且要求摇杆CD的一个极 限位置与机架间夹角∠ CDA=900，试用图解法确定其余 三杆的长度。
4-5 试比较正常齿制渐开线标准直齿圆柱齿轮的基圆 和齿根圆，在什么条件下基圆大于齿根圆？什么条 件下基圆小于齿根圆？ 解： db=dcosα= mzcos200 df =（z - 2.5）m 令：db＞df mzcos200 ＞（z - 2.5）m 得：z ＜ 41.4 故：z＜42 (或z≤41) db＞df z≥42 (或z＞41) db＜df
4-12 试设计一对外啮合圆柱齿轮，已知z1=21，z2=32， mn=2mm，实际中心距为55mm。 问：① 该对齿轮能否采用标准直齿圆柱齿轮传动？ ② 若采用标准斜齿圆柱齿轮传动来满足中心距要求，其 分度圆螺旋角、分度圆直径、和节圆直径、各为若干？ 解： ① a=1/2 m（z1+z2）=1/2 ×2（21+32） 得： a=53mm ≠55 （实际中心距） 故：不能用标准直齿圆柱齿轮传动 ②采用标准斜齿圆柱齿轮传动 a=mn（z1+z2）/2cosβ 55=2（21+32）/2cosβ 得：β=15029′55″ d1=mnz1/cosβ=43.75 d1′= d1 d2=mnz2/cosβ=66.67 d2′=d2
o 180 ( k 1 ) 180 (1 1) 解： 0o k 1 11
C1
C2 B1 A
B2

D
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， 要求炉门低温的一面超上，设固定铰链在yy轴线上，其余相关 尺寸如图，求铰链四杆机构其余三杆的长度。
1章作业答案
• 1-1 唧筒机构动画
A
• 1-2 回转柱塞泵动画
• 1-3 缝纫机下针机构
1-2
• 1-4 偏心轮机构
1-1
4
2 A 3
1
O 4
1-3
5
F=3×6 - 2×8 - 1=1
F=3×8 - 2×11- 1 = 1
7
动画
F=3×8 - 2×11 = 2
F=3×6 - 2×8 1=1
动画
11-７设斜齿圆柱齿轮传动的转动方向及螺旋线方向如图所示， 试分别画出轮１为主动时和轮２为主动时轴向力Fa1和Fa2的方向。 11-８在题11-7图中，当轮２为主动时，试画出作用在轮２ 上的圆周力、轴向力和径向力的作用线和方向。 n1
Fa1 Fa2 Fa1
.
x
Fa2
n2
11-9设两级斜齿圆柱齿轮减速器 的已知条件如图所示.问： 1）低速级斜齿轮的螺旋线方向 应如何选择才能使中间轴上 两 齿轮的轴向力方向相反； 2）低速级螺旋角应取多大数值 才能使中间轴上两个轴向力 互相抵消。 解:1)如图 2)Fa2=2T2tanβ1 /d2 Fa2=Fa3 T2=T3 (轴承磨损忽略)
解：
B1
C1
A B2 C2
D
3章 作业答案
3.1 偏置直动从动件盘形凸轮机构如 图所示。已知AB段为凸轮的推 程 廓线，试在图上标出推程运动角。 3.2偏置直动从动件盘形凸轮机 构如图示。凸轮为一以Ｃ为中心 的圆盘，求轮廓上Ｄ点与尖顶接 触时的压力角(作图表示)？
Φ
α
3.3
s
δ v 150° 30° 120° 60°
L
l
11章 作业答案
11-6 斜齿圆柱齿轮的齿数z与其当量齿数zv有什么关系？
在下列几种情况下应分别采用哪一种齿数：
(1) 计算斜齿圆柱齿轮传动的角速比； z2/z1
(2)用成型法切制斜齿轮时选铣刀；
(3) 计算斜齿轮的分度圆直径；
zv
d=mtz
(4) 弯曲强度计算时查取齿形系数。
zv
z=zv cos3β
4-14 试述一对直齿圆柱齿轮、一对斜齿圆柱齿轮、一对直齿
圆锥齿轮的正确啮合条件。
解：直齿圆柱齿轮：两轮的模数、压力角分别相等 斜齿圆柱齿轮：两轮端面或法面的模数、压力角分别相等
且β1=±β2
直齿圆锥齿轮：两轮大端的模数、压力角分别相等 且外锥距相等。
5章
5.1
n2
习题答案
5.2
v6
n3
5-2
v6=10.5mm/s
[10-8]图示凸缘联轴器，允许传 递的最大转矩Ｔ为630Nm (静载荷)，材料为HT250。联 轴器用4个M12铰制孔用螺栓 联成一体，取力学性能等级 为8.8级，①试选取合宜的螺 栓长度并写出标记②校核其 剪切和挤压强度。
10章 作业答案
84 Φ130

F m
2 π d0 4
[ ]
F p [ p ] d 0
F=3×4 - 2×4 - 2 =2
ห้องสมุดไป่ตู้
F=3× 9 - 2×12 – 2 =1
题1—11
差动轮系
题1—12
机械手
动画
F=3×4 - 2×4 - 2= 2
F=3×3 - 2×3 =3
2章 习题答案
2-１ 试根据图中注明的尺寸判断下列铰链四杆机构
双曲柄
曲柄摇杆
双摇杆
双摇杆
2-3
画出图示各机构的传动角和压力角
5-8 图示圆锥齿轮行星轮系中，各轮齿数为：Z1=20， Z2=30，Z2′=50，Z3=80，n1=50r/min， 求nH的大小和方向。
解:i13H=n1-nH / n3-nH=-z2z3/z1z2′ 50-nH/0-nH=-30×80/20×50 nH=14.7r/min 与n1同向 5-9 图示差动轮系中，各轮齿数为：Z1=30， Z2=25， Z2′=20，Z3=75，齿轮1的转速为 200r/min(箭头向上)，齿轮3的转速为 50r/min(箭头向下)，求行星架转速的大小 和方向。 解:i13H=n1-nH / n3-nH = - z2z3/z1z2′ 200-nH / - 50-nH = - 25×75 / 30×20 nH=10.6r/min 与n1同向
解：① n2=1000/πd=1000/π200 i=n1/n2 =Z2/Z1=40/1 ②tanγ=Z1m/d1 =1×8/80 ρ′=arc tan f′=10.2° n1=63.69 r 得γ1=5.75° r≤ρ′自锁
12-6 手动绞车采用圆柱蜗杆传动 已知m=8mm，Z1=1，d1=80mm， Z2=40，卷筒直径D=200mm。 问：(1)欲使重物W上升1m，蜗杆 应转多少圈？(2)蜗杆、蜗轮间的 当量摩擦系数f′=0.18，该机构 能否自锁？(3)若重物W=5kN，手 摇时施加的力F=100N，手柄转臂 的长度l应是多少？
5-10 求图示轮系的传动比，已知Z1＝17 Z2＝20 Z4＝18，Z5＝24 Z6＝21 Z7＝63 求: ① 当n1=10001 r/min n4=10000 r/min时, np=? ② 当n1=n4时 np=? ③ 当n1=10000 r/min n4=10001 r/min时, np=? 解:1.2.3 定轴轮系 4.5.6.7(3) 周转轮系 n1/ n3=Z2Z3/Z2Z1=85/17=5 i47
Fa2
Fa1
12-6 手动绞车采用圆柱蜗杆传动 已知m=8mm，Z1=1，d1=80mm， Z2=40，卷筒直径D=200mm。 问：(1)欲使重物W上升1m，蜗杆 应转多少圈？(2)蜗杆、蜗轮间的 当量摩擦系数f′=0.18，该机构 能否自锁？(3)若重物W=5kN，手 摇时施加的力F=100N，手柄转臂 的长度l应是多少？