机械原理课后习题解答.pdf
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1、目录第1章 绪论.1第2章 平面机构的结构分析.3第3章 平面连杆机构.8第4章 凸轮机构及其设计.15第5章 齿轮机构.19第6章 轮系及其设计.26第8章 机械运动力学方程.32第9章 平面机构的平衡.39第 一 章 绪 论一、补充题1、复习思考题1)、机器应具有什么特征?机器通常由哪三部分组成?各部分的功能是什么?2)、机器与机构有什么异同点?3)、什么叫构件?什么叫零件?什么叫通用零件和专用零件?试各举二个实例。4)、设计机器时应满足哪些基本要求?试选取一台机器,分析设计时应满足的基本要求。2、填空题1)、机器或机构,都是由 组合而成的。2)、机器或机构的 之间,具有确定的相对运动。3
2、)、机器可以用来 人的劳动,完成有用的。4)、组成机构、并且相互间能作 的物体,叫做构件。5)、从运动的角度看,机构的主要功用在于 运动或 运动的形式。6)、构件是机器的 单元。零件是机器的 单元。7)、机器的工作部分须完成机器的 动作,且处于整个传动的。8)、机器的传动部分是把原动部分的运动和功率传递给工作部分的 o9)、构件之间具有 的相对运动,并能完成 的机械功或实现能量转换的 的组合,叫机器。3、判断题1)、构件都是可动的。()2)、机器的传动部分都是机构。()3)、互相之间能作相对运动的物件是构件。()4)、只从运动方面讲,机构是具有确定相对运动构件的组合。()5)、机构的作用,只是
3、传递或转换运动的形式。()6)、机器是构件之间具有确定的相对运动,并能完成有用的机械功或实现能量转换的构件的组合。()7)、机构中的主动件和被动件,都是构件。()2 填空题答案1)、构件 2)、构 牛 3)、僭 机械功 4)、相对运动 5)、传递 转换 6)、运动 制造 7)、预定 终端 8)、中间环节9)、确 定 有 用 构 件3 判断题答案1)、4 2)、J 3)、V 4)、V 5)、X 6)、V 7)、V第二章机构的结构分析2-7是试指出图2-26中直接接触的构件所构成的运动副的名称。解:a)平面高副b)空间低副c)平面高副2-8将 图 2-27中机构的结构图绘制成机构运动简图,标出原动
4、件和机架,并计算其自由度。解:b)n=3,P,=4,P*。,F=3X3-2X4=12-9试判断图2-28中所示各“机构”能否成为机构,并说明理由。解:a)n=4 P=6 PH=0F=3x4 2x6=0 不是机构修改后的机构Aa)h)n=3 匕=4 PH=1F=3x4-2x6=0 不是机构修改后的机构c)n=2 PL=3 PH=0产=3 x 2 2 x 3 =0 不是机构修改后的机构d)=1 0 2 =1 4 PH=0尸=3 x 1 0 2 x 1 4 =2 是机构2-10计算图2-29中所示各机构的自由度,并指出其中是否含有复合较链、局部自由度或虚约束,说明计算自由度应作何处理。解:a)n=5
5、,PL=7,有复合钱链:构件3和构件5;构件3和构件1;F=3n-23X 52X7=1b)n=6,p=8,PH=L 有局部自由度,有虚约束F=3n-2 g-巴=3x6-2x8-l=ld)4B=BC=CD=D4d)有虚约束,有复合较链n=5,2=7,=0,F=3n-2 PL-P=3X 5-2 X 7-0=1AB=AH BC=BCCD-C D,C BC BQ有对称虚约束n=5,p=7F=3n-2=13d)0有对称虚约束n=3,PL=3,pn=2F=3n-2-/=lg)n=2,P=2f P C,n=3,P=4 有虚约束有对称虚约束,11=3,PL=4F=3n-2=3 X 3-2 X 4=1或者:n=
6、4,外=5 PG,F=3n-2 金-%=3 X 4-2 X 5-1=1所以此机构为in级机构2-12计算图2-30所示各机构的自由度,这些机构的基本杆组即杆组的级别。解:a)c _ Ba)0-m T 一/.n=4,PL=S,Pn=1F=3n-2PL-PH=1并在高副低代后,分析组成r/rrb)n=3,PL=3,PH=2F=3n 22丹=1c)n=4,2=4,Pu=3F=3n-2-/=ld)d)0n=6,弓=8,PH=1F=3n-2PL-PH=1所以此机构为III级机构2-13说明图2-32所示的各机构的组成原理,并判别机构的级别和所含杆组的数目。对于图2-32f所示机构,当分别以构件1、3、7
7、 作为原动件时,机构的级别会有什么变化?a)2机构的级别:Hb)机构的级别:IIf)当分别以构件1、3、7 作为原动件时以构件1 作为原动件时,以构件3作为原动件时,以构件3作为原动件时,机构的级别:11以构件7作为原动件时,以构件7作为原动件时,机构的级别:m2-14绘制图2-33所示机构高副低代后的运动简图,计算机构的自由度。并确定机构所含杆组的数目和级别以及机构的级别。图2-3 3机构示意图机构高副低代后的运动简图OB4杆组的级别:in所以,机构的级别:m2-15试分析图2-35所示刨床机构的组成,并判别机构的级别。若以构件4 为原动件,则此机构为几级?解:F=3n-2 PL-PH=3X
8、5-2X 7=1一、若以构件l为原动件,则此机构拆分的杆组是:所以此机构为III级二、若以构件4 为原动件,则此机构拆分的杆组是:所以此机构为H 级第三章平面连杆机构3-9 图 3-54所示平面钱链四杆运动链中,已知各构件长度分别为勉=55相 根,LZ J Lr-=40mm,vl/r-/n =50mm,tlUAn=25mm。(1)判断该机构运动链中四个转动副的类型。(2)取哪个构件为机架可得到曲柄摇杆机构。(3)取哪个构件为机架可得到双曲柄机构。(4)取哪个构件为机架可得到双摇杆机构解:平面连杆机构LA B=55 LB C=40 LC D=50 LA D=25LAB+LADLBC+LCD(1)
9、A、D 整 转 副 B、C 摆转副(2)AB或 CD为机架时,为曲柄摇杆机构(3)AD为机架时,为双曲柄机构(4)BC为机架时,为双摇杆机构3-1 0 图 3-57所示为一偏置曲柄滑块机构,试 求 杆 为 曲 柄 的 条 件。若偏距e=0,则杆A 5 为曲柄的条件又如何?解:主要分析能否通过极限位置,a+e=ZBIDCI-Z B2DC2-arccos-CX-D-2-+-A-D-2-A-C!arccos-C-.-D-2-+-A-D-2-A-C-AD xCD2 x AD x C2D502+552-652 502+552-1522x50 x5560.832x50 x55(3)最小传动角Y min出现
10、在A B 与机架A D 重合位置(分正向重合、反向重合)如 图 2o分别求出、心,再求最小传动角。5=arccosBC2+CD2-(AD-AB)22 x BC x CD=arccos吐5斤乔-血2x40 x5036.8682-arccosBC2+CD2-(AD+AB)22xBCxCD=a rc c o s40150M 55W2x40 x50图2曲柄处于A B i位置时,传动角YI=R=36.86.曲柄处于A B 2位置时,传动角丫 2=180心=54.90.现比较的Yi、丫 2大小,最小传动角取Yi、丫 2中最小者.Y min=36.862)取AB为机架,即取最短杆为机架,该机构演化为双曲柄机
11、构。因为在曲柄摇杆机构中取最短杆作为机架,其2个连架杆与机架相连的运动副A、B均为周转副。C、D两个转动副为摆转副。3-1 5 图 3-59 所示为加热炉炉门的启闭状态,试设计一机构,使炉门能占有图示的两个位置。上 .-1:i _ Z7图3-59题3-15图提示:把门看着是在连杆上,即两个活动较链中心在门上,同时把固定钱链中心装在炉子的外壁上。3-16试设计一个如图3-60所示的平面较链四杆机构。设已知其摇杆为8的 长 度 的=75m行程速比系数K=1.5,机架4 综的长度k =W 0mm,又知摇杆的一个极限位置与机架间的夹角8 =45。,试求其曲柄的长度和连杆的长度加OH%S。-l,c=0.
12、25.2().2X(1+0.2”I.451 -cos a 1 -cos a用 l,c*=0.352(*)2x(1+035),z=-=-=44.71-cosdf 1 -cos a(2)MN 1如果齿数小于等于41,基圆大于齿根圆“21如果齿数大于4 2,基圆小于齿根圆m 如果齿数小于等于44,基圆大于齿根圆加21如果齿数大于4 5,基圆小于齿根圆5-1 5 现需要传动比1 =3的一对渐开线标准直齿圆柱齿轮传动,有三个压力角相等的渐开线标准直齿圆柱齿轮,它们的齿数分别为芍=20,Z 2=60,齿 顶 圆 直 径 分 别 为=44mm,da2=124mm,4小=139.5mm,问哪两个齿轮能用?中心
13、距。等于多少?并用作图法求出它们的重合度 o解:两个齿轮能用,是指能够正确啮合。根据da-m(Zj+2=44mmW j=2da-+2ha)=124mmm2=2da=m(z3+2h;)=139.5mmm3=2.25所以:齿轮1和齿轮2 两个齿轮能用.t 团中心距Q =f(Z +%2)=8 0相 机重合度cos a ,=5L=40CS2=0 8 5 4L 4 4aa l=3 1.3 2%=(zi(tgaa l-tga)+z2(tgaa 2-f g a )=2 0(/g 3 1.3 2 0-rg 2 0)+6 0(%2 4.5 8。T g 2 0)=1.6 75-1 8 对 zi=2 4、Z 2=9
14、 6、m=4 m m、a=2Q :=1、c*=0.2 5 的标准安装的渐开线外啮合标准直齿圆柱齿轮传动。因磨损严重,维修时拟利用大齿轮坯,将大齿轮加工成变位系数X 2=-0.5 的负变位齿轮。试求:1)新配的小齿轮的变位系数与。2)大齿轮顶圆直径d a 2。解:%+x2=0 xy 0.5X 0.5-r(%+c)m +xxm=45*m/=a-rf -c m=(zx+z2)-45-0.25x4=194d,=388mma?5-2 0在图所示的同轴式渐开线圆柱齿轮减速器中,已知:z尸1 5、Z 2=5 3、Z 3=5 6、Z 4=1 4,两对齿轮传动的中心距a i 2 =a 3 4 =7 0m m 洛
15、轮的m=2 m m、a=2 0 h:=1、c*=0.2 5。(1)若两对齿轮均采用直齿圆柱齿轮,试选择两对齿轮的传动类型,并分别求其啮合角。(2)若轮1、2采用斜齿圆柱齿轮,轮 3、4仍采用直齿圆柱齿轮,贝 U;计算轮 1、2的螺旋角的大小。判断轮1 是否根切。轮3、4不发生根切的最小变位系数X m i n。设计计算轮3、4的分度圆、齿顶圆和齿根圆直径。3|/彳I/t z/42图5-48习题5-12插 图解:(1)若两对齿轮均采用直齿圆柱齿轮,两对齿轮的传动类型实际中心距:a=70mm理论中心距:a12=0.5 X m(zi+Z2)=0.5 X 2(15+53)=68 mma34=0.5 X
16、01(23+Z 4)=0.5 X 2(14+56)=70 mm因为:a2 a,a=a34所以,方轮1和,2采用正传动,齿轮3 和 4 采用零传动。啮合角 a cos ar=a cos acosa i2=ai2Xcosa/ai2=68Xcos20/70=0.91,所以,a;2=24aL=a=20(2)若轮1、2 采用斜齿圆柱齿轮,轮 3、4 仍采用直齿圆柱齿轮计算轮1、2 的螺旋角的大小ai2=0.5 X(di+di)=0.5 XmnX(zi+Z2)/cos Bcos3=0.5XmnX(Zi+z2)/ai2=68/70,所以,B=13.7判断轮1 是否根切zm in=17 cos30=17XCO
17、S313.7=15.58z1=154B.齿轮4、行星齿轮5、齿轮6 构成周转轮系,H 2 是行星架口成二n 刀03=116=0根据装配条件,可以求出Z2、46%=nH2,lH 27 7 n.=n46 4 467 7=x x 3000=69r/min46 46 刀=6%/min6-2 2图6-3 8所本轮系中,已知号=18,z=20,z2=20,q =邑=58,Z 3.=5 6,若%=1000m in,转向如图所示,求由 的大小和方向,18,图6-3 8题6-22图解:是一个周转轮系和一个定轴轮系组成的复合轮系A.齿轮1、行星齿轮2、齿轮3 构成周转轮系,齿轮3 是行星架H。=UyB.齿轮1、齿
18、轮2,、齿轮3,构成定轴 轮 系.43H=-=-=-3.22n3 fH Z I 18(a)_HL_Z31_56_Z1 3 _ -_ (b)%(,20H=3.(C)-=-2.8(d)H联立上述四个方程,可以求出:%=%=75.55r/min方向与相同第7章间歇运动机构和其它常用机构7-1 什么是间歇运动?有哪些机构能实现间歇运动?解主动件的连续运动,而从动件作非连续运动。常见的棘轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构能实现间歇运动7-2 常见的棘轮机构有哪几种?试述棘轮机构的工作特点。解 常用类型:单动式、双动式;单向式、双向式;外啮合、内啮合;摩擦式等。如课本图7-1,当摆杆1 顺时针方向摆动时,棘
19、爪2 将插入棘轮齿槽中,并带动棘轮顺时针方向转过一定的角度;当摆杆逆时针方向摆动时,棘爪在棘轮的齿背上滑过,这时棘轮不动。为防止棘轮倒转,机构中装有止回棘爪5,并用弹黄使止回爪与棘轮齿始终保持接触。这样,当 白 干1连续往复摆动时,就实现了棘轮的单向间歇运动。7-3 槽轮机构有哪几种基本型式?槽轮机构的运动系数是如何定义的?解 基本型式:外接式和内接式。在一个运动循环内,槽轮运动时间均与拨盘运动时间tj之比值K 称为运动特性系数。7-5 试述凸轮间歇运动机构的工作原理及运动特点。解 工作原理:当凸轮转动时,通过其曲线沟槽(或凸脊)拨动从动盘上的圆柱销,使从动盘作间歇运动。特点:优点是结构简单、
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