机械设计基础课后答案(陈立德高等教育出版社第二版)

' ' ' 即令DE 重合； 即令 1 、DE2与DE3重合；由此得 B1 , B2 , B3 点； ' ' ' ' 作连线，并连线的垂直平分线， 过 B1 , B2 、 B2 , B3 作连线，并连线的垂直平分线，由垂 直平分线的交点得点C； 直平分线的交点得点 ；
由此得： l BC = BC = 128.69 由此得：
δ
π
π
应满足： 即D0应满足： 340 < D0 < 427 ；
题7.21 解： (1) 力学模型 如图示 力学模型(如图示 如图示) FT — 力矩(400F)引起的剪力； 力矩 引起的剪力； 引起的剪力 Fr — 力F引起的剪力； 引起的剪力； 引起的剪力 其中： 其中： FT 1 = FT 2 = 2 × 80 = 2 F
1.3 F0 1.3 × 14400 d1 ≥ = = 17.45 [σ ]π 4 78.3π 4
查螺纹标准， 基本可满足要求； 查螺纹标准，取M20；d1 =17.29 ，基本可满足要求； ；
题7.17 解： (1) 受力分析 由扭矩引起的剪力： 由扭矩引起的剪力： Trmax 630 × 10 3 FR max = = = 2100 2 4 × 75 ∑ ri (2) 螺栓强度计算 许用应力： × 许用应力： σs = 800×8 /10 = 640 ； 参考表7.4： τ 参考表 ：[τ] = σs /Sτ = 640 /2.5 = 256 ； [σp] = σB /Sp = 800 /2.5 = 320 ； 查螺纹标准得： 查螺纹标准得： ds = 13 ；
题3.8 计算机构自由度 解： 活动构件数： 活动构件数：n = 8 ； 低副：PL = 11 ； 低副： 高副： 高副： PH = 1 ； 机构自由度： 机构自由度： F = 3×n − 2PL − PH × = 3×8 − 2×11 − 1 × × =1 1 移动副 8 7 6 局部自由度 5 高副 4 2 3 4
pA F= = z
pπ D 2 4z
1.5 × π × 200 2 = = 3927 N 4 × 12
确定残余预紧力： 确定残余预紧力：
F0' = (1.5 ~ 1.8)F = 1.8 F = 7068 有密封要求： 有密封要求：
定螺栓的轴向总载荷： 定螺栓的轴向总载荷：
FΣ = F + F0' = 3927 + 7068 = 10995 N
5 6 1 2 3
4 6 Ⅲ级组
题3.10(a) 续 2) 取构件 为原动件 取构件5为原动件 该机构为Ⅱ级机构； 该机构为Ⅱ级机构； 5 6 1 Ⅱ级组 4 6 Ⅱ级组 2 3
题3.10(b) 解： 构自由度： 机构自由度： F = 3×7 − 2×10 = 1 × × 8 机构的结构分析 1) 取构件 为原动件 取构件1为原动件 该机构为Ⅱ级机构； 该机构为Ⅱ级机构； 7 3 8 2 Ⅱ级组 4 5 8 6 Ⅱ级组
lCD = CD = 74.143
应为： 当 lAB ≠ 50时， lBC和lCD应为： 时
l BC
l AB l AB = × BC , lCD = × CD 50 50
题5.5 解：
ϕ
题5.6 解： 比例尺： 比例尺： µl = 1:1 ；
−ω
ω
ϕ
题6.3 (将题目中的ω =1441 rad/s 改为ω =1.441 rad/s) 将题目中的 解： z−2 6−2 2 t τ= 2 =K = 2× = 运动特性系数： 运动特性系数： t1 2z 2× 6 3 拨盘的运动时间 t1： Q ω t 1 = 2π , ∴ t 1 = 2π ω = 2π 1 .441 = 4 .36 s ; 槽轮运动时间 t2： 1 1 t 2 = t 1 = × 4 .36 = 2 .907 s ; 3 3 ' 槽轮间歇时间 t 2 ：
AC’ − AC”
题4.10 解： 比例尺： 比例尺：1:1 ；
题4.10 解： 比例尺： 比例尺：1:1 ； 取lAB = 50，在CD上任取一 ， 上任取一 段长度DE； 段长度 ；
按反转法将多边形AB 反转到位置3， 按反转法将多边形 1E1D和AB2E2D反转到位置 ， 和 反转到位置
其余各加速度矢量如图示： 其余各加速度矢量如图示：
aB
t aCB 的方向
n aCB
aC 的方向
加速度图解 比例尺： 比例尺：µa = 0.1； ； 结果：见图示(单位 单位： 结果：见图示 单位：m/s2)
π
aB
t aCB 的方向 n aCB
aC 的方向
题4.10 解：
比例尺： 比例尺：1:1 ；
方程中各矢量分析： 方程中各矢量分析： vB = 0.03 × 100 = 3 m/s ；
vC 的方向
速度图解(速度矢量多边形 ： 速度图解 速度矢量多边形)： 速度矢量多边形 比例尺： 比例尺：µv = 10； ； 结果：见图示(单位 单位： 结果：见图示 单位：m/s) vCB vB vC vE vB
ω2 = vCB /lBC
ω2
= 2.484/0.06 = 41.4 rad/s
(2) 加速度分析 r 加速度矢量方程： 加速度矢量方程： a C 方程中各矢量分析： 方程中各矢量分析：
r r r rn rt = a B + a CB = a B + a CB + a CB
n a B = a B = l ABω12 = 0.03 × 100 2 = 300 m/s 2 n 2 aCB = l BC ω 2 = 0.06 × 41.4 2 = 102.84 m/s 2
(3) 强度计算 螺栓的许用应力： 螺栓的许用应力： 参考表7.3， ； 参考表 ， σB = 540 MPa ， σs = 320 Mpa； 参考表7.5， 则可得： 参考表 ，取 S = 3 ，则可得： [σ ] = σs /S = 320/3 =107 / 确定螺栓直径 由设计式得： 由设计式得： Mpa； ；
' " FRΣ = FRmax + FR = 8.5 F + 0.5 F = 9 F = 1ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ00
(2) 螺栓强度计算 螺栓的预紧力： 螺栓的预紧力：取 Kf = 1.2， ， K f FRΣ 1.2 × 1800 代入得： 代入得： F0 ≥ = = 14400 N mf 0.15 × 1 许用应力：参考表7.5， 许用应力：参考表 ，初取 S = 3 (M16~M30)； ； 由此得： 由此得：[σs] = σs/S = 235/3 ≈ 78.3 / 将已知数据代入设计式： 将已知数据代入设计式：
F T 题7.16 解： (1) 受力分析 由扭矩引起的剪力： 由扭矩引起的剪力：
' FR max =
Trmax ∑ ri2 850 Fr 850F = = 8.5F 2 2r 2 × 50
=
引起的剪力： " 由载荷 F 引起的剪力：FR = F z = F 2 = 0.5 F 最大的合成剪力： 最大的合成剪力：
1 8 Ⅱ级组
题3.10(b) 续 2) 取构件 为原动件 取构件7为原动件 该机构为Ⅲ 级机构； 该机构为Ⅲ 级机构； 8 7 3 8 2 4 5 8 1 Ⅱ级组 8 Ⅲ级组 6
题3.10(b) 续 2) 取构件 为原动件 取构件7为原动件 该机构为Ⅲ 级机构； 该机构为Ⅲ 级机构； 8 思考：取构件 为原动件 思考：取构件3为原动件 7 3 8 2 4 5 8 1 Ⅲ级组 8 Ⅱ级组 6
Fmax1 = 5 1 17 F+ F= F ≈ 2.833F 2 3 6
2 2
FT1
方案2： 方案 ：
5 1 Fmax 2 = F + F ≈ 2.52F 2 3
Fr FT2 Fr
方案3： 方案 ：
Fmax 3 5 1 5 1 = F + F − 2 × F × F cos 150° 3 3 3 3 ≈ 1.962F
部分作业参考解答
本作业解答仅供参考，错误之处敬请指正； 本作业解答仅供参考，错误之处敬请指正；
题3.5 绘制机构简图 解： C B 2 1 4
3
A
定块机构
题3.6 绘制机构简图 解： 3 C 2 B 1 4 摇块机构
A
题3.7 绘制机构简图 解： C 2 B 1 3
A 4 正弦机构
题3.8 计算机构自由度 解： 活动构件数： 活动构件数：n = 8 ； 低副：PL = 11 ； 低副： 高副： 高副： PH = 1 ； 机构自由度： 机构自由度： F = 3×n − 2PL − PH × = 3×8 − 2×11 − 1 × × =1 1 移动副 8 7 6 局部自由度 5 高副 4 2 3 4
螺栓剪切强度： 螺栓剪切强度：
FR 2100 = ≈ 15.8 ≤ [τ ] τ= 2 2 m πd s 4 1 × π × 13 4
挤压强度： 挤压强度：
FR 2100 σp = = ≈ 11 ≤ [σ p ] d Sδ 13 × 15
剪切和挤压强度均满足要求； 剪切和挤压强度均满足要求；
题7.18 解： (1 )螺栓受力分析 螺栓受力分析 确定螺栓的轴向工作载荷F： 确定螺栓的轴向工作载荷 ：
' t 2 = t 1 − t 2 = 4 .36 − 2 .907 = 2 .053
题6.4 解： 拨盘的运动时间 t1： 由πτ =
t2 z −2 6−2 1 1 =K = = ; 得： t 2 = t 1 t1 2z 2× 6 3 3
又由题意有：t = t1 − t2 ； 又由题意有： 联立两式得： 联立两式得： t = 2t2 ；即 t2= t/2 = 1 s ； / 由此得： 由此得： t1 = 3t2 = 3 s ； 拨盘的转速： 拨盘的转速：n1 = 60/t1 = 60/3 =20 r/min / /
补充题： 点的速度v 和加速度a 补充题：求C、E点的速度 C、vE 和加速度 C、aE 、 点的速度 已知： 机构尺寸如图示； 已知： ω1 = 100 rad/s ；机构尺寸如图示； 解： (1) 速度分析 速度矢量方程： 速度矢量方程：
r r r v C = v B + v CB
vB vCB 的方向
题3.8 计算机构自由度 解： 活动构件数： 活动构件数：n = 4 ； 低副：PL = 4 ； 低副： 高副： 高副： PH = 2 ； 机构自由度： 机构自由度： F = 3×n − 2PL − PH × = 3×4 − 2×2 − 2 × × =2 高副 3 2 1
局部自由度 虚约束 高副4 4 虚约束
d1 ≥
4 × 1.3 FΣ ≤ π [σ ]
4 × 1.3 × 10995 = 13.04 mm 107π
查螺栓标准：取螺栓公称直径 查螺栓标准：取螺栓公称直径M16， ， 可满足强度要求； 对应 d1 = 13.835 > 13.04 ，可满足强度要求；
(4) 确定螺栓分布圆直径 0 确定螺栓分布圆直径D 按结构要求，由图有： 按结构要求，由图有： D0 > D + 2e + 2δ + 2t 其中 δ = 10 ；t = 3 ~ 6；e ≈ 14 ； ； 代入得： 代入得： D0 > 334 ~ 340 ； 由满足密封要求， 应满足： 由满足密封要求，螺栓间距 l 应满足： e l < 7d = 112 ； t 由此得： 由此得： D0 < lz = 112 × 12 ≈ 427
F × 400 5 FT 3 = = F 3 × 80 3 1 Fr 1 = Fr 2 == Fr 3 = F 3 F × 400 5
Fr FT1 FT1
F
F Fr FT2 FT2 F FT3
(2) 计算螺栓的最大剪力 max 计算螺栓的最大剪力F 方案1： 方案 ：
Fr
(2) 计算螺栓的最大剪力 max 计算螺栓的最大剪力F 方案1： 方案 ：
题3.9 机构的结构分析 解： 机构自由度： 机构自由度： F = 3×8 − 2×11 = 2 × × 该机构为Ⅱ级机构； 该机构为Ⅱ级机构； 1 2 8 4 3 Ⅱ级组 Ⅱ级组 Ⅱ级组 7 5 6 9
题3.10(a) 解： 机构自由度： 构自由度： F = 3×5 − 2×7 = 1 × × 机构的结构分析 1) 取构件 为原动件 取构件1为原动件 该机构为Ⅲ 级机构； 该机构为Ⅲ 级机构；