機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 作業(yè)答案 第一章 平面機(jī)構(gòu)的自由度和速度分析 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 自由度為 1921 0 73 FPnFHL 或 118263 HLPnF 1 6 自由度為 11 02 93 FPnFHL 或 124183 HLn 1 10 自由度為 128301 24 FPnFHL 或 1247193 HLPnF 1 112243 HLPnF 1 13 求出題 1 13圖導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的全部瞬心和構(gòu)件 1 3 的角速度比 134314PP 14313 P 1 14 求出題 1 14圖正切機(jī)構(gòu)的全部瞬心 設(shè) 求構(gòu)件 3的速度 srad 10 3vsmPvP 2013413 1 15 題 1 15圖所示為摩擦行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 設(shè)行星輪 2與構(gòu)件 1 4 保持純滾動(dòng)接觸 試 用瞬心法求輪 1與輪 2的角速度比 21 構(gòu)件 1 2 的瞬心為 P12 P24 P 14分別為構(gòu)件 2 與構(gòu)件 1 相對(duì)于機(jī)架的絕對(duì)瞬心4124 12142rP 1 16 題 1 16圖所示曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 已知 smlAB 10 smlBC 250 求機(jī)構(gòu)全部瞬心 滑塊速度 和連桿角速度 srad 0 3v 在三角形 ABC 中 BCA sin45i0 52si 523cos BCA 0sinsiBCA m7 31 sPvP 56 91tan13413 224 sradAC 9 2101242 1 17 題 1 17圖所示平底擺動(dòng)從動(dòng)件凸輪 1為半徑 的圓盤(pán) 圓盤(pán)中心 C與凸輪回20 r 轉(zhuǎn)中心的距離 求 和 時(shí) 從mlAC5 lAB9sad 0 018 動(dòng)件角速度 的數(shù)值和方向 2 時(shí)0 231132P srad 5901232 方向如圖中所示 當(dāng) 時(shí)08 sradP 43 15901232 方向如圖中所示 第二章 平面連桿機(jī)構(gòu) 2 1 試根據(jù)題 2 1圖所注明的尺寸判斷下列鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)是曲柄搖桿機(jī)構(gòu) 雙曲柄機(jī)構(gòu)還 是雙搖桿機(jī)構(gòu) 1 雙曲柄機(jī)構(gòu) 2 曲柄搖桿機(jī)構(gòu) 3 雙搖桿機(jī)構(gòu) 4 雙搖桿機(jī)構(gòu) 2 3 畫(huà)出題 2 3圖所示各機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角和壓力角 圖中標(biāo)注箭頭的構(gòu)件為原動(dòng)件 2 4 已知某曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的曲柄勻速轉(zhuǎn)動(dòng) 極位夾角 為 300 搖桿工作行程需時(shí) 7s 試 問(wèn) 1 搖桿空回程需時(shí)幾秒 2 曲柄每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)是多少 解 1 根據(jù)題已知條件可得 工作行程曲柄的轉(zhuǎn)角 012 則空回程曲柄的轉(zhuǎn)角 5 搖桿工作行程用時(shí) 7s 則可得到空回程需時(shí) st 7 210 5 2 由前計(jì)算可知 曲柄每轉(zhuǎn)一周需時(shí) 12s 則曲柄每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)為rn6 2 5 設(shè)計(jì)一腳踏軋棉機(jī)的曲柄搖桿機(jī)構(gòu) 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(zhǎng)度 mllADCD0 5 2 用式 2 6 和式 2 6 計(jì)算此機(jī)構(gòu)的最小傳動(dòng)角 解 以踏板為主動(dòng)件 所以最小傳動(dòng)角為 0度 2 6 設(shè)計(jì)一曲柄搖桿機(jī)構(gòu) 已知搖桿長(zhǎng)度 擺角 搖桿的行程速比變ml13 03 化系數(shù) 1 用圖解法確定其余三桿的尺寸 2 用式 2 6 和式 2 6 確 K 定機(jī)構(gòu)最小傳動(dòng)角 若 則應(yīng)另選鉸鏈 A的位置 重新設(shè)計(jì) min 0in5 解 由 K 1 2可得極位夾角 000364 182 1 2 7 設(shè)計(jì)一曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 如題 2 7圖所示 已知滑塊的行程 偏距ms50 行程速度變化系數(shù) 求曲柄和連桿的長(zhǎng)度 me16 2 1 K 解 由 K 1 2可得極位夾角 000364 8 2 K 2 8 設(shè)計(jì)一擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) 已知機(jī)架長(zhǎng)度 行程速度變化系數(shù) 求曲ml104 4 1 K 柄長(zhǎng)度 解 由 K 1 4可得極位夾角 003184 2 K 2 10 設(shè)計(jì)一鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)作為加熱爐爐門(mén)的起閉機(jī)構(gòu) 已知爐門(mén)上兩活動(dòng)鉸鏈的中心距為 50mm 爐門(mén)打開(kāi)后成水平位置時(shí) 要求爐門(mén)溫度較低的一面朝上 如虛線(xiàn)所示 設(shè)固定鉸 鏈安裝在 yy軸線(xiàn)上 其相關(guān)尺寸如題圖 2 10圖所示 求此鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)其余三桿的長(zhǎng)度 2 12 已知某操縱裝置采用鉸鏈四桿機(jī)構(gòu) 要求兩連架桿的對(duì)應(yīng)位置如題 2 12圖所示 機(jī)架長(zhǎng)0145 102 09 1082 035 1021 度 試用解析法求其余三桿長(zhǎng)度 mlAD 解 由書(shū) 35頁(yè)圖 2 31可建立如下方程組 sinisincoco3214lll 消去 并整理可得 coscos 431341234 llll 令 1 431lP 2 132l 3 41 22343lP 于是可得到 cos cos123 P 分別把兩連架桿的三個(gè)對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)角帶入上式 可得到關(guān)于 P1 P 2 P3 由三個(gè)方程組成的 方程組 可解得 203 4871 3P 再由 1 2 3 可解得 54l ml67 38 2 第三章 凸輪機(jī)構(gòu) 3 1 題 3 1圖所示為一偏置直動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu) 已知 AB段為凸輪的推程廓線(xiàn) 試在 圖上標(biāo)注推程運(yùn)動(dòng)角 3 2題 3 2圖所示為一偏置直動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu) 已知凸輪是一個(gè)以 C點(diǎn)為圓心的圓 盤(pán) 試求輪廓上 D點(diǎn)與尖頂接觸是的壓力角 并作圖表示 3 4 設(shè)計(jì)題 3 4 圖所示偏置從動(dòng)件盤(pán)形凸輪 已知凸輪以等角速度順時(shí)針?lè)较蚧剞D(zhuǎn) 偏距 凸輪基圓半徑 滾子半徑 從動(dòng)件的升程 me10 mr60 mr10 mh30 從動(dòng)件在升程和回程均作簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng) 試用5 03s12 0 s 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 0 從動(dòng)件的位移方程 cos1 2 hs 從動(dòng)件的行程 30 h 00 500 1000 1500 mm s0 2 01 27 99 30 2 回程 回程角 012 從動(dòng)件的位移方程 cos1 shs 00 400 800 1200 mm s30 27 99 2 01 0 于是可以作出如下的凸輪的理論輪廓曲線(xiàn) 再作一系列的滾子 繪制內(nèi)包絡(luò)線(xiàn) 就得 到凸輪的實(shí)際輪廓曲線(xiàn) 略 注 題 3 6 3 7 依次按上述步驟進(jìn)行作圖即可 不同的是 3 6 為一擺動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形 凸輪機(jī)構(gòu) 3 7 為一平底直動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu) 第四章 齒輪機(jī)構(gòu) 4 1 已知一對(duì)外嚙合正常齒制標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪 試計(jì)算m3 19z42 這對(duì)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(xiàng)目及計(jì)算公式 齒輪 1 齒輪 2 分度圓直徑 mzd 57 123 齒頂高 ha 1 a 3 3 齒跟高 ff 25 f 3 75 3 75 頂隙 c 0 0 75 0 75 中心距 21mza 90 齒頂圓直徑 ahd63 129 齒跟圓直徑 ff 49 5 115 5 基圓直徑 cosb0253 5625 115 5822 齒距 mp 9 42 齒厚 s 4 71 齒槽寬 2e 4 71 4 2 已知一對(duì)外嚙合標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪的標(biāo)準(zhǔn)中心距 齒數(shù) ma160 201 z 求模數(shù)和分度圓直徑 602 z 解 由 可得2 1mza 4803621 則其分度圓直徑分別為 mzd41 2062 4 3 已知一正常齒制標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪的齒數(shù) 齒頂圓直徑 求該輪25 zmda135 的模數(shù) 解 2 2 aaaa hzmhzd 正常齒制標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪 1 則有 hzdma5273512 4 4 已知一正常齒制標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪 試分別求出分度圓 基0 m5 40z 圓 齒頂圓上漸開(kāi)線(xiàn)的曲率半徑和壓力角 解 mzr10245 b96 3coshraa 5 齒頂圓壓力角 89 016 3cos abr 049 2a 基圓壓力角 1cos br 0b 分度圓上齒廓曲率半徑 mr2 34sin0 齒頂圓上齒廓曲率半徑 ma 85 462 0159 6i0 基圓上齒廓曲率半徑 b 4 6 已知一對(duì)內(nèi)嚙合正常齒制標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪 試參照4 201z6 圖 4 1b 計(jì)算該對(duì)齒輪的中心距和內(nèi)齒輪的分度圓直徑 齒頂圓直徑和齒跟圓直徑 解 該對(duì)齒輪為內(nèi)嚙合 所以有 中心距 mzma802 60 42 12 齒輪 2 為內(nèi)齒輪 所以有 mzd2406 mhaa 2382 ff 504 5 1 4 10 試與標(biāo)準(zhǔn)齒輪相比較 說(shuō)明正變位直齒圓柱齒輪的下列參數(shù) 哪些不變 哪些起了變化 變大還是變m d sffhfdb 小 解 不變的參數(shù) m b 增大 dsffd 變化 減小 fh 4 11 已知一對(duì)正常齒漸開(kāi)線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)斜齒圓柱齒輪 ma250 231 z98 試計(jì)算其螺旋角 端面模數(shù) 分度圓直徑和齒跟圓直徑 mn4 解 對(duì)外嚙合的斜齒輪中心距為 cos2 2 1211 zmzdant 代入已知參數(shù)可得 968 0254cos 所以 371 端面模數(shù) mm12 4cos ntm 分度圓直徑分別為 mm03 95cs11 zdnt mm87 4o22 mznt 齒頂圓直徑分別為 mm013 11 naadhd mm9587 412222 naamdhd 齒跟圓直徑分別為 mm03 11 nff mm9587422 ff dhd 第五章 輪系 5 1 在題 5 1 圖所示雙級(jí)蝸輪傳動(dòng)中 已知右旋蝸桿 1 的轉(zhuǎn)向如圖所示 試判斷蝸輪 2 和 蝸輪 3 的轉(zhuǎn)向 用箭頭表示 5 2 在題 5 2 圖所示輪系中 已知 15 z215 z30z15 右旋 若 求齒條304 z2 4605 4 min rn 6 線(xiàn)速度 的大小和方向 v 解 20156302 43 21515 zni min 05 r srad 12605 2 5 mzr4 5 sv 5 102 5 6 方向?yàn)樗较蛴?5 3 在題 5 3 圖所示鐘表傳動(dòng)示意圖中 E 為擒縱輪 N 為發(fā)條盤(pán) S M H 分別為秒針 分針 時(shí)針 設(shè) 71z2643 z8605 z8607 z 求秒針與分針的傳動(dòng)比 和分針與時(shí)68 z940 121 SMi 針的傳動(dòng)比 MHi 解 為定軸輪系 注意各輪轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系 Mnn 932H1S67 得到 65435zn65436zn 則有 603 niMS129102 ziH 5 6 在題 5 6 圖所示液壓回轉(zhuǎn)臺(tái)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中 已知 液壓馬達(dá) M 的轉(zhuǎn)速152 z 回轉(zhuǎn)臺(tái) H 的轉(zhuǎn)速 求齒輪 1 的齒數(shù) 提示 min 1rnM min 5 1rn H 2 解 15 2012 znniHMH z 5 9 在題 5 9 圖所示差動(dòng)輪系中 已知各輪的齒數(shù) 301 z250 z 齒輪 1 的轉(zhuǎn)速為 箭頭向上 齒輪 3 的轉(zhuǎn)速為 箭頭向753 z min 20r min r 下 求行星架轉(zhuǎn)速 的大小和方向 Hn 解 在轉(zhuǎn)化輪系中 各輪的轉(zhuǎn)向如圖中虛線(xiàn)箭頭所示 則有 825037 2131 zniH 在圖中 從給定的條件可知 輪 1 和輪 3 的絕對(duì)轉(zhuǎn)向相反 已 的值為正 的值為1n3n 負(fù) 代入上式中 則有 825502 Hn 即 Hn016 于是解得 mi 1 350rnH 其值為正 說(shuō)明 H 的轉(zhuǎn)向與輪 1 的轉(zhuǎn)向相同 5 10 在題 5 10 圖所示機(jī)構(gòu)中 已知 7 z20853 z14245 z 求 216 z637 1 當(dāng) 時(shí) min 0rnin 104r p 2 當(dāng) 時(shí) 41 p 3 當(dāng) 時(shí) i ri 4r p 解 該輪系為一復(fù)合 混合 輪系 1 有 1 2 3 構(gòu)成定軸輪系 則有 5178 3213 zni 即 53 2 由 3 H 4 5 6 7 構(gòu)成周轉(zhuǎn)輪系 易知 n 421863 1 647537474 znniH 即 34 547n 聯(lián)立定軸輪系 31n 則 47n 即 1P 當(dāng) 時(shí) min 01rn in 104r min 25 0rP 當(dāng) 時(shí) 4P 當(dāng) 時(shí) i 1ri 4ri rP 第七章 機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度波動(dòng)的調(diào)節(jié) 7 2 在電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)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 M 示 設(shè)驅(qū)動(dòng)力矩 等于常數(shù) 剪床主軸轉(zhuǎn)速為 機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度不均勻系數(shù) Mmin 60r 求 1 驅(qū)動(dòng)力矩 的數(shù)值 2 安裝在主軸上的飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 5 0 解 1 按一個(gè)周期中 一運(yùn)動(dòng)循環(huán) 阻力矩和驅(qū)動(dòng)力矩做功相等 有 4 1602 416023 2 MmN 5 550 2 分三個(gè)區(qū)間 第一區(qū)間盈功 34 1 A 第二區(qū)間虧功 07 256 第三區(qū)間盈功 48 3 A 畫(huà)出能量指示圖 則最大盈虧功為 107 256max31 AA 則飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 224 maxmKgJ 7 3 為什么本章介紹的飛輪設(shè)計(jì)方法稱(chēng)為近似方法 試說(shuō)明哪些因素影響飛輪設(shè)計(jì)的精確 性 解 因在本章所討論的飛輪設(shè)計(jì)中 用的是算術(shù)平均值代替的實(shí)際平均值 對(duì)速度不均勻 系數(shù)的選擇也只是在它的容許范圍內(nèi)選擇 還有 在計(jì)算時(shí)忽略了其他構(gòu)件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 也忽略了其他構(gòu)件的動(dòng)能影響 所以是近似計(jì)算 7 5 設(shè)某機(jī)組發(fā)動(dòng)機(jī)供給的驅(qū)動(dòng)力矩 即驅(qū)動(dòng)力矩與瞬時(shí)角速度成反比 mNM 10 阻力矩 變化如題 7 5 圖所示 若忽略其他構(gòu)件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 求 Mst 1st9 2 在 狀態(tài)下飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 srad 134max rad 6min 解 用平均角速度處理 sradm 125634 兩時(shí)間段的轉(zhuǎn)角 st 01 1 92 rad52 則在 0 0 1s 之間 905 1280 5 1201 MtMA 則在 0 1 0 9s 之間 125 5 129 01 ddt 則最大盈虧功為 maxA 由 可得 22minax J 24 052418356179061340 mKgJ 第 8 章 回轉(zhuǎn)件的平衡 8 1 某汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子質(zhì)量為 1t 由于材質(zhì)不均勻及葉片安裝誤差致使質(zhì)心偏離回轉(zhuǎn)軸線(xiàn) 0 5mm 當(dāng)該轉(zhuǎn)子以 5000r min 的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí) 其離心力有多大 離心力是它本身重力的幾 倍 解 離心力為 NmrF78 130 6025 2 離心力與重力之比為 178 3 gG 8 4 如圖所示盤(pán)形回轉(zhuǎn)件 經(jīng)靜平衡試驗(yàn)得知 其不平衡質(zhì)徑積 等于 方向mrkg 5 1 沿 由于結(jié)構(gòu)限制 不允許在與 相反方向上加平衡質(zhì)量 只允許在 和 方OAOAOCD 向各加一個(gè)質(zhì)徑積來(lái)進(jìn)行平衡 求 和 的數(shù)值 CrmD 解 依題意可得 006sin3sincocoDCrmrr 于是可解得 mkgrmD 75 60cos30sin6kgrDC 29 1i0 8 5 如圖所示盤(pán)形回轉(zhuǎn)件上有 4 個(gè)偏置質(zhì)量 已知 kgm10 kgm142kg163km04 mr51r102 r753 設(shè)所有不平衡質(zhì)量分布在同一回轉(zhuǎn)面內(nèi) 問(wèn)應(yīng)在什么方位 加多大的平衡質(zhì)mr504 徑積才能達(dá)到平衡 解 各偏心質(zhì)量產(chǎn)生的質(zhì)徑積分別為 mkgrm 50142kr 2763mgm 5014 于是不平衡質(zhì)徑積的向量和為 mkgkrb 14 14972085 3 actg 即應(yīng)在圖示反方向的方位加上質(zhì)徑積 回轉(zhuǎn)件才能達(dá)到平衡 k 0 第 10 章 連接 10 4 解 設(shè)螺旋副的升角為 當(dāng)量摩擦角為 當(dāng)量摩擦系數(shù)用 表示 f196 0542 dnptg 則 83 1 已知 則 0 f 1 0 ftg 076 5 1 工作臺(tái)上升的效率為 9 46 2 tTSFa 2 穩(wěn)定上升時(shí)加于螺桿上的力矩為 Ntgtgda 85 90736 102510 332 3 螺桿的導(dǎo)程為 mnpS40 則可得螺桿的轉(zhuǎn)速為 in 28r 螺桿所需的功率為 kWTP 05 29 36285 9065 90 4 工作臺(tái)在 作用下等速下降 因 該螺旋副不具有自鎖性 所以需要制aF 動(dòng)裝置 加于螺桿上的制動(dòng)力矩為 mNtgtgdTa 63 05 71 5083 1 26510 2 33 10 7 解 查表 10 1 M20 螺栓的小徑為 md94 71 由題意知 因 F 作用而在軸上產(chǎn)生的摩擦力矩應(yīng)與 W 作用而在軸上產(chǎn)生的力矩平衡 即有 WLDf 2 則 f 則每個(gè)螺栓所受的軸向力為 fDWLFa 2 螺栓的力學(xué)性能等級(jí)為 4 8 級(jí) 查表 10 5 查表 10 7 MPas320 3 S 則 MPaSs1073 代入試 10 12 有 21214 4 3 dfDWLdFa 則 N35 6 521 10 10 解 參考 暫取螺柱個(gè)數(shù)為 12 性能等級(jí)為 5 8 級(jí) 已知 查表 10 5 MPas40 查表 10 7 3SNzDpFE52 2 取殘余預(yù)緊力 ER8 1 則 FaR2 14067 MPaS3 mFd24 1 41 取 M16 的螺柱 其 d835 1 螺柱的分布圓直徑為 200 eD4 取 m2 則螺柱間距為 mZDl 57 1200 d6 45 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(jié)合輪5 5 轂長(zhǎng)度尺寸 84 可由表 10 9 查得需要選擇的鍵為 鍵 16 80 GB T 1096 2003 同時(shí)可查得鍵的厚度尺寸 10 h 然后根據(jù)題 10 8中傳遞的轉(zhuǎn)矩 利用公式 10 26 及表 10 10進(jìn)行驗(yàn)算強(qiáng)度即可 ppdhlT 4 第 11章 齒輪傳動(dòng) 11 1 解 利用題中給定的條件可推導(dǎo)出 P2 11 4 解 本題為設(shè)計(jì)計(jì)算題 按照例題的步驟進(jìn)行計(jì)算即可 11 6 解 1 2 3 4 zvzzvz 11 7 解 11 9 解 要使中間軸上兩軸向力相互抵消 則應(yīng)有 32aF 且知輪 2和輪 3所傳遞的轉(zhuǎn)矩相等 設(shè)都為 T 則 tgt32tdTt 即 32zmtgt 32sinizn 1438 05sin17isi23 zmn 0367 8