(完整版)《机械设计基础》答案.pdf
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1112131415(完整版)机械设计基础答案-第1页(完整版)机械设计基础答案-第1页自由度为：F 3n(2PL PH P)F 37(2910)1 211911或：F 3n 2PL PH 36 281116自由度为F 3n(2PL PH P)F 39(21210)11或：F 3n 2PL PH 38 2111 24 2211110(完整版)机械设计基础答案-第2页(完整版)机械设计基础答案-第2页自由度为：F 3n(2PL PH P)F 310(21412 2)1 30 2811或：F 3n2PL PH 3921212 272421111F 3n 2PL PH 34 24 2 2113：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 P14P133 P34P13(完整版)机械设计基础答案-第3页(完整版)机械设计基础答案-第3页1P34P1343P14P131114：求出题 1-14 图正切机构的全部瞬心。设110rad/s，求构件 3 的速度v3。v3 vP131P14P1310200 2000mm/s115：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1/2。构件 1、2 的瞬心为 P12P24、P14分别为构件 2 与构件 1 相对于机架的绝对瞬心1 P14P122 P24P12(完整版)机械设计基础答案-第4页(完整版)机械设计基础答案-第4页1P24P122r22P14P12r1116：题 1-16 图所示曲柄滑块机构，已知：lAB100mm/s，lBC 250mm/s，110rad/s，求机构全部瞬心、滑块速度v3和连杆角速度2。在三角形 ABC 中，BCsin450ABsinBCA，sinBCA 232，cosBCA，55ACsinABCBCsin450，AC 310.7mmv3 vP131P14P1310 AC tanBCA 916.565mm/s1P14P122P24P122P14P12P24P121100102 AC 100 2.9rad/s117：题 1-17 图所示平底摆动从动件凸轮 1 为半径r 20的圆盘，圆盘中心 C 与凸轮回00转中心的距离lAC15mm，lAB 90mm，110rad/s，求 0和180时，从动件角速度2的数值和方向。00时(完整版)机械设计基础答案-第5页(完整版)机械设计基础答案-第5页1P12P132P12P232P12P13P12P2311510 2rad/s9015方向如图中所示当180时02P12P13P12P23115101.43rad/s9015方向如图中所示(完整版)机械设计基础答案-第6页(完整版)机械设计基础答案-第6页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。(完整版)机械设计基础答案-第7页(完整版)机械设计基础答案-第7页2-4 已知某曲柄摇杆机构的曲柄匀速转动，极位夹角为 30，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？解：（1）根据题已知条件可得：0工作行程曲柄的转角1 210则空回程曲柄的转角2150摇杆工作行程用时 7s，则可得到空回程需时：001500t2 5s0(210/7)（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n 60 5r122-5 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 10，且lCD 500mm,lAD1000mm。（1）试用图解法求曲柄 AB 和连杆 BC 的长度；（2）0用式（2-6）和式（2-6）计算此机构的最小传动角。(完整版)机械设计基础答案-第8页(完整版)机械设计基础答案-第8页解：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l3100mm，摆角 30，摇杆的行程速比变化系数K 1.2。（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min（若min 35，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00K 10.21800180016.3640K 12.22-7 设计一曲柄滑块机构，如题 2-7 图所示。已知滑块的行程s 50mm，偏距e 16mm，行程速度变化系数K 1.2，求曲柄和连杆的长度。解：由 K=1.2 可得极位夹角K 10.21800180016.3640K 12.2(完整版)机械设计基础答案-第9页(完整版)机械设计基础答案-第9页2-8 设计一摆动导杆机构。已知机架长度l4100mm，行程速度变化系数K 1.4，求曲柄长度。解：由 K=1.4 可得极位夹角K 10.418001800 300K 12.42-10 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。(完整版)机械设计基础答案-第10页(完整版)机械设计基础答案-第10页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，1 450，1 52010；1 900，1 82010；11350，1112010；机架长度lAD 50mm，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：l1cosl2cos l4l3cosl sinl sin l sin231消去，并整理可得：22l4l32l12l2llcos3cos3cos2l1l4l1l4令：P1 l3（1）l4P2l3（2）l122l4l32l12l2（3）P32l1l4于是可得到cos P3 P2cos P1cos()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：P1 0.7333P21.48447P 0.202333l4 50，再由（1）、（2）、（3），可解得：l1 24.700mml2 62.887mml 36.667mm3(完整版)机械设计基础答案-第11页(完整版)机械设计基础答案-第11页第三章 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。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e 10mm，凸轮基圆半径r0 60mm，滚子半径rr10mm，从动件的升程h 30mm，1500，s 300，1200，s 600，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）推程：推程角：150从动件的位移方程：s 0h(1cos)2(完整版)机械设计基础答案-第12页(完整版)机械设计基础答案-第12页从动件的行程：h 30s（mm）（2）回程：回程角：120从动件的位移方程：s00005002.01100027.99150030h1 cos(s)2003040027.998002.0112000 s（mm）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）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。(完整版)机械设计基础答案-第13页(完整版)机械设计基础答案-第13页第四章齿轮机构4-1 已知一对外啮合正常齿制标准直齿圆柱齿轮m 3mm，z119，z2 41，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。解：项目及计算公式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齿槽宽齿轮 15733.750.75906349.553.56259.424.714.71129115.5115.5822齿轮 212333.750.75d mz*ha ham（ha1）fh1.25）（hf h*mafc c*m（c*0.25）a (mz1 mz2)/2da d 2hadf d 2hfdb d cos（200）p ms p/2e p/24-2 已知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：由a (mz1 mz2)/2可得m 2a2160320 4z1 z220 6080则其分度圆直径分别为d1 mz1 420 80mmd2 mz2 460 240mm4-3 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da135mm，求该轮的(完整版)机械设计基础答案-第14页(完整版)机械设计基础答案-第14页模数。*解：da d 2ha mz 2ham m(z 2ha)*正常齿制标准直齿圆柱齿轮：ha1则有m da135135 5mm*z 2ha25 22704-4 已知一正常齿制标准直齿圆柱齿轮 20,m 5mm,z 40,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：r mz540100mm22rb r cos200 93.969mm*ra r ham 100 5 105mm齿顶圆压力角：cosarb93.969 0.895ra105a 26.4990基圆压力角：cosbrb1rbb 00分度圆上齿廓曲率半径：rsin 200 34.2mm齿顶圆上齿廓曲率半径：a rasin 26.49901050.4462 46.85mm基圆上齿廓曲率半径：b 04-6已知一对内啮合正常齿制标准直齿圆柱齿轮m 4mm，z1 20，z2 60，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a m(z2 z1)/2 4(60 20)/2 80mm(完整版)机械设计基础答案-第15页(完整版)机械设计基础答案-第15页齿轮 2 为内齿轮，所以有d2 mz2 460 240mmda2 d2 2ha 240 24 240 8 232mmdf 2 d2 2hf 240 2(1.254)240 25 250mm4-10 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：m、d、d、s、sf、hf、df、db，哪些不变？哪些起了变化？变大还是变小？解：不变的参数增大变化减小m、d、db、d、s、sf、dfhf4-11 已知一对正常齿渐开线标准斜齿圆柱齿轮a 250mm，z1 23，z2 98，mn 4mm，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a (d1 d2)/2 mt(z1 z2)/2 代入已知参数可得mn(z1 z2)2coscos242 0.9682500所以14.5337端面模数mtmn 4.1322mmcos分度圆直径分别为d1 mtz1mnz1 95.0413mmcosmnz2 404.9587mmcosd2 mtz2齿顶圆直径分别为da1 d1 2ha d1 2mn103.0413mm(完整版)机械设计基础答案-第16页(完整版)机械设计基础答案-第16页da2 d2 2ha d2 2mn 412.9587mm齿跟圆直径分别为df 1 d1 2hf d1 2.5mn 85.0413mmdf 2 d2 2hf d2 2.5mn 394.9587mm(完整版)机械设计基础答案-第17页(完整版)机械设计基础答案-第17页第五章 轮系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。z3 30，z315，z2 25，z215，z4 30，5-2 在题 5-2 图所示轮系中，已知z115，z4 2（右旋），z5 60，z5 20(m 4mm)，若n1 500r/min，求齿条 6 线速度v的大小和方向。解：i15z z z zn1253030605432 200n5z1z2z3z41515152n5 n5n1500 2.5r/min200200(完整版)机械设计基础答案-第18页(完整版)机械设计基础答案-第18页5r522.55rad/s606012mz5420 40mm22v65r5 401210.5mm/s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z1 72，z212，z3 64，z4 8，z5 60，z6 8，z7 60，z8 6，z9 8，z10 24，z11 6，z12 24，求秒针与分针的传动比iSM和分针与时针的传动比iMH。解：为定轴轮系注意各轮转速之间的关系：n2 n3 n9 nMn12 nHn7 n6 nSn4 n5n6z3z5n4z3得到nzz6nz3443n6z5nz65则有(完整版)机械设计基础答案-第19页(完整版)机械设计基础答案-第19页iSMnSn6 60nMn3nznMz9101212nHn12z9z11iMH5-6 在题 5-6 图所示液压回转台的传动机构中，已知z215，液压马达M 的转速nM12r/min，回转台 H 的转速nH 1.5r/min，求齿轮 1 的齿数（提示：nM n2 nH）。解：i21Hn2 nHnMzz1211n1 nH0 nH1.5z215z11205-9 在题 5-9 图所示差动轮系中，已知各轮的齿数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nH的大小和方向。解：在转化轮系中，各轮的转向如图中虚线箭头所示，则有Hi13z zn1 nH257525 23 n3 nHz1z230208(完整版)机械设计基础答案-第20页(完整版)机械设计基础答案-第20页在图中，从给定的条件可知，轮 1 和轮 3 的绝对转向相反，已n1的值为正，n3的值为负，代入上式中，则有200 nH25 50 nH8即1600 8nH 2550 25nH于是解得nH35010.61r/min33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z117，z2 20，z3 85，z418，z5 24，z6 21，z7 63，求：（1）当n110001r/min、n410000r/min时，np?（2）当n1 n4时，np?（3）当n110000r/min、n410001r/min时，np?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i13z zzn185(1)2233 5n3z1z2z117即n3n15（2）由 3（H）、4、5、6、7 构成周转轮系易知n3 nH(完整版)机械设计基础答案-第21页(完整版)机械设计基础答案-第21页Hi47z zn4 nHn4 n32463(1)157 4n7 nHn7 n3z4z61821即n4 n3 4n3 4n7n75n3 n44联立定轴轮系n1 5n3则n7n1 n44n1 n44即nP当n110001r/min，n410000r/min时，nP 0.25r/min当n1 n4时，nP 0当n110000r/min，n410001r/min时，nP 0.25r/min(完整版)机械设计基础答案-第22页(完整版)机械设计基础答案-第22页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M的变化规律如题 7-2 图所示。设驱动力矩M等于常数，剪床主轴转速为60r/min，机械运转速度不均匀系数（1）驱动力矩M的数值；（2）安装在主轴上的飞轮转动惯量。0.15。求：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312M 2001600(2001600)2424450M150 200 350112.5 462.5N m4（2）分三个区间第一区间盈功：A1 412.334第二区间亏功：A21256.107第三区间盈功：A3 844.048画出能量指示图：则最大盈亏功为：Amax A1 A3 A21256.107则飞轮的转动惯量为J Amax 2m 212.1174Kg m2(完整版)机械设计基础答案-第23页(完整版)机械设计基础答案-第23页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。7-5 设某机组发动机供给的驱动力矩M1000，N m（即驱动力矩与瞬时角速度成反比）阻力矩M变化如题 7-5 图所示，t1 0.1s，t2 0.9s，若忽略其他构件的转动惯量，求在max134rad/s，min116rad/s状态下飞轮的转动惯量。解：用平均角速度处理m134116125rad/s2两时间段的转角t1 0.1s：112.5radt2 0.9s：1112.5rad则在 00.1s 之间A1(MM)dt 00.112.501000(MM)d 8012.5 900125则在 0.10.9s 之间A1(MM)dt 0.10.9112.512.51000(MM)d 0100 800125则最大盈亏功为Amax 900由Amax 122J(maxmin)可得22900180018002J 0.4Kg m222179561345645005134 116(完整版)机械设计基础答案-第24页(完整版)机械设计基础答案-第24页第 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？解：离心力为：F mr2 mr(500022)137077.78N60离心力与重力之比为：FF137077.7813.7Gmg100008-4 如图所示盘形回转件，经静平衡试验得知，其不平衡质径积mr等于1.5kg m，方向沿OA。由于结构限制，不允许在与OA相反方向上加平衡质量，只允许在OC和OD方向各加一个质径积来进行平衡。求mCrC和mDrD的数值。解：依题意可得：mCrCcos300 mDrDcos600 mr00mCrCsin30 mDrDsin60于是可解得：mDrDmr 0.75kg m00sin60 cos30 cos6000sin30sin600mCrC mDrD1.299kg m0sin308-5 如图所示盘形回转件上有 4 个偏置质量，已知m110kg，m214kg，m316kg，m410kg，r1 50mm，r2100mm，r3 75mm，r4 50mm，设所有不平衡质量(完整版)机械设计基础答案-第25页(完整版)机械设计基础答案-第25页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？解：各偏心质量产生的质径积分别为：m1r11050 500kg mmm2r214100 1400kg mmm3r31675 1200kg mmm4r41050 500kg mm于是不平衡质径积的向量和为：mbrb700290021140kg mm 1.14kg m arctg7 37.87509即应在图示反方向的方位加上质径积1140kg mm，回转件才能达到平衡。(完整版)机械设计基础答案-第26页(完整版)机械设计基础答案-第26页第 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f 表示tgnp410 0.196d2650则11.083已知f 0.1，则tg f 0.1，5.7106（1）工作台上升的效率为0FaStg 0.64944 64.9%2Ttg()（2）稳定上升时加于螺杆上的力矩为T Fad265tg()100103103tg16.79360 980.85N22（3）螺杆的导程为S np 40mm则可得螺杆的转速为：n 800 20r/min40202980.852 326.952 2.05kW603螺杆所需的功率为：P T 980.85（4）工作台在Fa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：T Fa10-7d265tg()100103103tg(11.08305.71060)305.636N m22解：查表 10-1，M20 螺栓的小径为d117.294mm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fFDWL22WLfD则F(完整版)机械设计基础答案-第27页(完整版)机械设计基础答案-第27页则每个螺栓所受的轴向力为FaFWL2fD螺栓的力学性能等级为 4.8 级，查表 10-5，s 320MPa，查表 10-7，S 3则sS320107MPa3代入试（10-12）有1.3FaWL41.322fDd1d1/4fDd12 362.3254N则W 5.2L10-10解：（参考）暂取螺柱个数为 12，性能等级为 5.8 级（已知）查表 10-5s 400MPa查表 10-7S 3pD2/4FE 5024Nz取残余预紧力FR1.8FE则Fa FE FR14067.2NSS400133MPa3d141.3Fa13.24mm取 M16 的螺柱（其d113.835mm）螺柱的分布圆直径为D0 D 2e 210 218224mm取D0 220mm则螺柱间距为：(完整版)机械设计基础答案-第28页(完整版)机械设计基础答案-第28页l D0Z22012 57.57mml 4.5d 4.516 72mm所以，选择正确。10-14解：选择平键连接，由图中所示轴孔直径55可知，与之相装配的轴径也为55，结合轮毂长度尺寸 84，可由表 10-9 查得需要选择的键为：键 1680 GB/T 1096-2003同时可查得键的厚度尺寸h 10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p4Tpdhl(完整版)机械设计基础答案-第29页(完整版)机械设计基础答案-第29页第 11 章 齿轮传动11-1解：利用题中给定的条件可推导出：P2P11-4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）z；（2）zv；（3）z；（4）zv11-7解：11-9解：(完整版)机械设计基础答案-第30页(完整版)机械设计基础答案-第30页要使中间轴上两轴向力相互抵消，则应有：Fa2 Fa3且知轮 2 和轮 3 所传递的转矩相等，设都为T，则Ft2tg2 Ft3tg32T2Ttg2tg3d2d3即tg3tg2mt2z2mt3z3sin2sin3mn2z2mn3z3sin3sin2mn3z3517sin150 0.1438mn2z23513 8.2670(完整版)机械设计基础答案-第31页(完整版)机械设计基础答案-第31页
