机械设计基础第二版(陈晓南_杨培林)题解(45页).doc
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1、-机械设计基础第二版(陈晓南_杨培林)题解课后答案完整版从自由度,凸轮,齿轮,v带,到轴,轴承第三章部分题解 3-5 图 3-37 所示为一冲床传动机构的设计方案。设计者的意图是通过齿轮 1 带动凸轮 2 旋转后,经过摆杆 3 带动导杆 4 来实现冲头上下冲压的动作。试分析此方案有无结构组成原理上的错误。若有,应如何修改? 解 画出该方案的机动示意图如习题 3-5 解图(a),其自由度为: F = 3n- 2P5 - P4 = 33- 24-1= 0 其中:滚子为局部自由度 计算可知:自由度为零,故该方案无法实现所要求的运动,即结图 3-37 习题 3-5 图构组成原理上有错误。 解决方法:增
2、加一个构件和一个低副,如习题 3-5 解图(b)所示。其自由度为: F = 3n- 2P5 - P4 = 34- 25-1=1 将一个低副改为高副,如习题 3-5 解图(c)所示。其自由度为: F = 3n- 2P5 - P4 = 33- 23- 2 =1 习题 3-5 解图(a) 习题 3-5 解图(b) 习题 3-5 解图(c) 3-6 画出图 3-38 所示机构的运动简图(运动尺寸由图上量取),并计算其自由度。 (a)机构模型 (d) 机构模型图 3-38 习题 3-6 图 解(a) 习题 3-6(a)图所示机构的运动简图可画成习题 3-6(a)解图(a)或习题 3-6(a)解图(b)的
3、两种形式。 计算该机构自由度为: F = 3n- 2P5 - P4 = 33- 24-0 =1 习题 3-6(a)解图(a) 习题 3-6(a)解图(b) 解(d) 习题 3-6(d)图所示机构的运动简图可画成习题 3-6(d)解图(a)、习题 3-6(d)解图(b)、习题 3-6(d)解图(c) 等多种形式。 - 1 - 计算该机构自由度为: F = 3n- 2P5 - P4 = 33- 24-0 =1 习题 3-6(d)解图(a) 习题 3-6(d)解图(b) 习题 3-6(d)解图(c) 3-7 计算图 3-39 所示机构的自由度,并说明各机构应有的原动件数目。 解(a) F = 3n-
4、 2P5 - P4 = 37 - 210-0 =1 A、B、C、D 为复合铰链 原动件数目应为 1 说明:该机构为精确直线机构。当满足 BE=BC=CD=DE,AB=AD,AF=CF 条件时,E 点轨迹是精确直线,其轨迹垂直于机架连心线 AF 解(b) F = 3n- 2P5 - P4 = 35- 27 -0 =1 B 为复合铰链,移动副 E、F 中有一个是虚约束原动件数目应为 1 说明:该机构为飞剪机构,即在物体的运动过程中将其剪切。剪切时剪刀的水平运动速度与被剪物体的水平运动速度相等,以防止较厚的被剪物体的压缩或拉伸。 解(c) 方法一:将FHI 看作一个构件 F = 3n- 2P5 -
5、P4 = 310- 214-0 = 2 B、C 为复合铰链原动件数目应为 2 方法二:将 FI、FH、HI 看作为三个独立的构件 F = 3n- 2P5 - P4 = 312- 217 -0 = 2 B、C、F、H、I 为复合铰链 原动件数目应为 2 说明:该机构为剪板机机构,两个剪刀刀口安装在两个滑块上,主动件分别为构件 AB 和 DE。剪切时仅有一个主动件运动,用于控制两滑块的剪切运动。而另一个主动件则用于控制剪刀的开口度,以适应不同厚度的物体。 解(d) F = (3-1)n-(2-1)P5 = (3-1)3-(2-1)5 =1 原动件数目应为 1 说明:该机构为全移动副机构(楔块机构)
6、,其公共约束数为 1,即所有构件均受到不能绕垂直于图面轴线转动的约束。 解(e) F = 3n- 2P5 - P4 = 33- 23-0 = 3 原动件数目应为 3 说明:该机构为机械手机构,机械手头部装有弹簧夹手,以便夹取物体。三个构件分别由三个独立的电动机驱动,以满足弹簧夹手的位姿要求。弹簧夹手与构件 3 在机构运动时无相对运动,故应为同一构件。 2 3-10 找出图 3-42 所示机构在图示位置时的所有瞬心。若已知构件 1 的角速度w 1 ,试求图中机构所示位置时构件 3 的速度或角速度(用表达式表示)。 解(a) v3 = vP13 =w1lP13P14 () 解(b) v3 = vP
7、13 =w1lP13P14 () 解(c) vP13 =w1lP13P14 =w3lP13P34 () 解(d) v3 = vP13 =w1lP13P14 () lP13P14 (P) w3 =w1lP13P34 3 -第 3 页 - 第六章部分题解参考 6-9 试根据图 6-52 中注明的尺寸判断各铰链四杆机构的类型。 图 6-52 习题 6-9 图 解 (a) lmax +lmin =110+ 40 =150 Sl其余= 90+ 70 =160 最短杆为机架 该机构为双曲柄机构 (b) lmax +lmin =120+ 45 =165Sl其余=100+ 70 =170 最短杆邻边为机架 该
8、机构为曲柄摇杆机构 (c) lmax +lmin =100+50 =150Sl其余= 70+ 60 =130 该机构为双摇杆机构 (d) lmax +lmin =100+50 =150Sl其余= 90+ 70 =160 最短杆对边为机架 该机构为双摇杆机构 6-10 在图 6-53 所示的四杆机构中,若a =17 ,c = 8,d = 21。则 b 在什么范围内时机构有曲柄存在?它是哪个构件? 解 分析:根据曲柄存在条件,若存在曲柄,则 b 不能小于 c;若 b=c,则不满足曲柄存在条件。所以 b 一定大于 c。 若 bc,则四杆中 c 为最短杆,若有曲柄,则一定是 CD 杆。 bd: lma
9、x +lmin = b+ c Sl其余= a + d 图 6-53 习题 6-10 图 ba + d -c =17 + 21-8 = 30 bd: lmax +lmin = d +cSl其余= a +b bd +c-a = 21+8-17 =12 结论:12b30 时机构有曲柄存在,CD 杆为曲柄 6-13 设计一脚踏轧棉机的曲柄摇杆机构。AD 在铅垂线上,要求踏板 CD 在水平位置上下各摆动 10,且lCD =500mm,lAD =1000mm。试用图解法求曲柄 AB 和连杆 BC 的长度。 解 作图步骤:按ml = 0.01 m/mm 比例,作出 A、D、C、C1 和 C2 点。 连接 A
10、C1、AC2,以 A 为圆心 AC1 为半径作圆交 AC2 于 E 点。 作 EC2 的垂直平分线 n-n 交 EC2 于 F 点,则 FC2 的长度为曲柄 AB 的长度。 作出机构运动简图 ABCD 及 B1、B2 点。 测量必要的长度尺寸,得到设计结果。 注:以上作图步骤可以不写出,但图中必须保留所有的作图线条。 lAB =ml AB = 0.018 = 0.08 m = 80 mm (计算值:77.85 mm) lBC =ml BC = 0.01112 =1.12 m =1120 mm (计算值:1115.32 mm) 图 6-56 习题 6-13 图 习题 6-13 解图 6-14 设
11、计一曲柄摇杆机构。已知摇杆长度l4 =100 mm ,摆角y= 450 ,行程速比系数 K =1.25 。试根据gmin - 5 - 解 40o 的条件确定其余三杆的尺寸。 =+-=+-=20125.1125.118011180KKq lAB =ml AB = 0.00214.5 = 0.029 m = 29 mm (计算值:29 mm) lBC =ml BC = 0.00273.5 = 0.147 m =147 mm (计算值:146.68 mm) gmin = 33(计算值:32.42) 不满足gmin 40o 传力条件,重新设计 lAB =ml AB = 0.00217 = 0.034m
12、 = 34 mm (计算值:33.81 mm) lBC =ml BC = 0.00254.5 = 0.109 m =109 mm (计算值:108.63 mm) gmin = 40(计算值:40.16) 满足gmin 40o 传力条件 6-15 设计一导杆机构。已知机架长度l1 =100 mm ,行程速比系数 K =1.4 ,试用图解法求曲柄的长度。 解 =+-=+-=3014.114.118011180Kq K lAB =ml AB1 = 0.00213 = 0.026 m = 26 mm(计算值:25.88 mm) 6-16 设计一曲柄滑块机构。如图 6-57 所示,已知滑块的行程 图 6
13、-57 习题 6-16 图 s = 50 mm ,偏距e =10 mm 。行程速比系数 K =1.4 。试用作图法求出曲柄和连杆的长度。 解 =+-=+-=3014.114.118011180KKq lAB =ml AB2 = 0.00123.5 = 0.0235 m = 23.5 mm (计算值:23.62 mm) lBC =ml B2C2 = 0.00139.5 = 0.0395 m = 39.5 mm (计算值:39.47 mm) 第七章部分题解参考 7-10 在图 7-31 所示运动规律线图中,各段运动规律未表示完全,请根据给定部分补足其余部分(位移线图要求准确画出,速度和加速度线图可
14、用示意图表示)。 图 7-31 习题 7-10 图解 7-11 一滚子对心移动从动件盘形凸轮机构,凸轮为一偏心轮,其半径 R = 30mm,偏心距e =15mm ,滚子半径rk =10mm ,凸轮顺时针转动,角速度w为常数。试求:画出凸轮机构的运动简图。作出凸轮的理论廓线、基圆以及从动件位移曲线s j图。 解 7-12 按图 7-32 所示位移曲线,设计尖端移动从动件盘形凸轮的廓线。并分析最大压力角发生在何处(提示:从压力角公式来分析)。 v2 解 由压力角计算公式: tana=(rb + s)w v2 、rb 、w均为常数 s = 0 a=amax amax 即 j=0、j=300,此两位置
15、压力角a最大 图 7-32 习题 7-12 图 7-13 设计一滚子对心移动从动件盘形凸轮机构。已知凸轮基圆半径rb = 40mm,滚子半径rk =10mm ;凸轮逆时针等速回转,从动件在推程中按余弦加速度规律运动,回程中按等加-等减速规律运动,从动件行程h = 32mm ;凸轮在一个循环中的转角为:jt =150,js = 30,jh =120,js = 60,试绘制从动件位移线图和凸轮的廓线。 解 7-14 将 7-13 题改为滚子偏置移动从动件。偏距e = 20mm ,试绘制其凸轮的廓线。 解 7-15 如图 7-33 所示凸轮机构。试用作图法在图上标出凸轮与滚子从动件从 C 点接触到
16、D 点接触时凸轮的转角jCD,并标出在 D 点接触时从动件的压力角aD 和位移sD 。 解 图 7-33 习题 7-15 图 - 3 - 第八章部分题解参考 8-23 有一对齿轮传动,m=6 mm,z1=20,z2=80,b=40 mm。为了缩小中心距,要改用 m=4 mm 的一对齿轮来代替它。设载荷系数 K、齿数 z1、z2 及材料均不变。试问为了保持原有接触疲劳强度,应取多大的齿宽 b? 解 由接触疲劳强度: sH = ZEZHZe 500KT1(u +1)3 sH abu 载荷系数 K、齿数 z1、z2 及材料均不变 a b = a b bm24062即 b= m 2 = 42 = 90
17、 mm 8-25 一标准渐开线直齿圆柱齿轮,测得齿轮顶圆直径 da=208mm,齿根圆直径 df=172mm,齿数 z=24,试求该齿轮的模数 m 和齿顶高系数ha*。 解 da = (z + 2ha*)m da 若取 ha* =1.0 则 m =da * = 24208+ 21 = 8 mm m =*z + 2haz + 2ha*0.8 则 m = z +d2aha* = 24+20820.8 = 8.125 mm(非标,舍)若取 ha =答:该齿轮的模数 m=8 mm,齿顶高系数ha* =1.0。 8-26 一对正确安装的渐开线标准直齿圆柱齿轮(正常齿制)。已知模数 m=4 mm,齿数 z
18、1=25,z2=125。求传动比 i,中心距 a。并用作图法求实际啮合线长和重合度e。 解 i = z2 / z1 =125/ 25 = 5 m4a = (z1 + z2) = (25+125) = 300 mm22d1 = mz1 = 425 =100 mm d2 = mz2 = 4125 = 500 mm db1 = mz1 cosa= 45cos20= 93.97 mm db2 = mz2 cosa= 425cos20= 469.85 mm da1 = (z1 + 2ha*)m = (25+ 21.0)4 =108 mm da2 = (z2 + 2ha*)m = (125+ 21.0)4
19、 = 508 mm B1B2 = 0.00210.5 = 0.021 m = 21 mm (计算值:20.388 mm) e= 212121BBBB= = =1.78(计算值:1.73) pb pmcosa 3.144cos20 8-29 设在图 8-54 所示的齿轮传动中,z1=20,z2=20,z3=30。齿轮材料均为 45 钢调质,HBS1=240,HBS2=260, HBS3=220。工作寿命为 2500h。试确定在下述两种情况中,轮 2 的许用接触疲劳应力sH和许用弯曲疲劳应力sF。轮 1 主动,转速为 20r/min;轮 2 主动,转速为 20r/min。 图 8-45 题 8-2
20、9 图 解 轮 1 主动:g H2=g F2=1(轮 2 的接触应力为脉动循环,弯曲应力为对称循环) N2 = 60n2gLh = 602012500 = 3106 p164 图 8-34:YN 2 =1.0 p165 图 8-35:ZN 2 =1.25 p164 表 8-8: SFmin =1.25, SH min =1.0(失效概率1/100) p162 图 8-32(c):sF lim2 = 0.7230 =161MPa (轮齿受双向弯曲应力作用) p163 图 8-33(c):sH lim2 = 480 MPa YST = 2.0 p162 式 8-27:sF 2 = sF lim2Y
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