《机械设计基础》杨晓兰版机械工业出版社课后习题答案Word下载.docx
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F=3n-2pl-ph=3×
9-2×
12-2=1
f)齿轮、杆和机架以转动副相连处存在复合铰链,F=3n-2pl-ph=3×
4-2×
4-2=2
3-0=3
h)滚子中心存在局部自由度,F=3n-2pl-ph=3×
3-2=1
i)中间三根杆以转动副相连处存在复合铰链,=3n-2pl-ph=3×
7-2×
10-0=1
j)左边部分全为虚约束,三根杆以转动副相连处存在复合铰链,F=3n-2pl-ph=3×
7-
0=1
1-6解:
a)该构件组合为机构,因为该组合自由度F=3n-2pl-ph=3×
5-1=1>
b)该构件组合不是机构,因为该组合自由度F=3n-2pl-ph=3×
4-1=0
c)该构件组合不是机构,因为该组合自由度F=3n-2pl-ph=3×
6-0=0
d)该构件组合为机构,因为该组合自由度F=3n-2pl-ph=3×
4-0=1>
二、平面连杆机构
2-1判断题
(3)√(4)×
(5)√(6)×
(8)√(9)√(10)×
(11)×
(12)√(13)×
(15)√(16)×
(17)×
(18)√(19)×
(20)√(21)×
(22)×
(23)×
(24)×
(25)√
2-2填空题
(1)低
(2)转动(3)3(4)连杆,连架杆(5)曲柄,摇杆
(6)最短(7)曲柄摇杆(8)摇杆,连杆(9)2(10)>
(11)运动不确定(12)非工作时间(13)惯性(14)大
(15)中的摆动导杆机构有,中的转动导杆机构无(16)机架(17)曲柄
(18)曲柄滑块(19)双摇杆(20)双曲柄机构(21)无,有
2-3选择题
(1)A
(2)C(3)B(4)A(5)B(6)B(7)A
(8)C(9)A(10)A(11)A(12)C(13)C(14)A
(15)A(16)A(17)A(18)A(19)A(20)A(21)A
2-4解:
a)双曲柄机构,因为40+110<
70+90,满足杆长条件,并以最短杆为机架
b)曲柄摇杆机构,因为30+130<
110+120,满足杆长条件,并以最短杆的邻边为机架
c)双摇杆机构,因为50+100>
60+70,不满足杆长条件,无论以哪杆为机架都是双摇杆机构
d)双摇杆机构,因为50+120=80+90,满足杆长条件,并以最短杆的对边为机架
2-5解:
(1)由该机构各杆长度可得lAB+lBC<lCD+lAD,由此可知满足杆长条件,当以AB杆或AB杆的
邻边为机架时该机构有曲柄存在
(2)以lBC或lAD杆成为机架即为曲柄摇杆机构,以lAB杆成为机架即为双曲柄机构,以lCD杆成
为机架即为双摇杆机构
2-6解:
(1)曲柄摇杆机构
由题意知连架杆CD杆不是最短杆,要为曲柄摇杆机构,连架杆AB杆应为最短杆(0<
lAB≤300mm)
且应满足杆长条件lAB+lBC≤lCD+lAD,由此可得0<
lAB≤150mm
(2)双摇杆机构
由题意知机架AD杆不是最短杆的对边,要为双摇杆机构应不满足杆长条件
①AB杆为最短杆(0<
lAB≤300mm)时,lAB+lBC>
lCD+lAD,由此可得150mm<
lAB≤300mm
②AB杆为中间杆(300mm≤lAB≤500mm)时,lAD+lBC>
lCD+lAB,由此可得300mm≤lAB<
450mm③AB杆为最长杆(500mm≤lAB<
1150mm)时,lAB+lAD>
lCD+lBC,由此可得550mml<
AB<
1150mm由此可知:
150mm<
lAB<
450mm,550mm<
1150mm
(3)双曲柄机构
要为双曲柄机构,AD杆必须为最短杆且应满足杆长条件
①AB杆为中间杆(300mm≤lAB≤500mm)时,lAD+lBC≤lCD+lAB,由此可得450mm≤lAB≤500mm
②AB杆为最长杆(500mm≤lAB<
1150mm)时,lAB+lAD≤lCD+lBC,由此可得500mm≤lAB≤550mm
由此可知:
450mm≤lAB≤550mm
2-7解:
a)b)
c)d)e)
各机构压力角和传动角如图所示,图a)、d)机构无死点位置,图b)、c)、e)机构有死点位置
2-8解:
用作图法求解,主要步骤:
K11.51
(1)计算极位夹角:
18018036
(2)取比例尺μ=0.001m/mm
(3)根据比例尺和已知条件定出A、D、C三点,如图所示
(4)连接AC,以AC为边作角的另一角边线,与以D为圆心、摇杆DC为半径的圆弧相交于C1
和C2点,连接DC1和DC2得摇杆的另一极限位置(两个)
(5)从图中量得AC=71mm,AC1=26mm,AC2=170mm
(6)当摇杆的另一极限位置位于DC1时:
lAB
AC-
2
AC
1
22.5mm
ACAC
,lBC48.5mm
(7)当摇杆的另一极限位置位于DC1时:
AC2AC
-
49.5mm
,lBC120.5mm
答:
曲柄和连杆的长度分别为22.5mm、48.5mm和49.5mm、120.5mm。
2-9解:
K11.21
18018016.4
(3)根据比例尺和已知条件定出滑块的两极限位置C1、C2两点,如图所示
(4)连接C1C2,以C1C2为直角边作直角三角形C1C2P,使∠C1C2P=90°
-θ=73.6°
(5)以C2P为直径作圆O
(6)将C1C2偏移e值,与圆O交于A点,连接AC1和AC2,
(7)从图中量得AC1=34mm,AC2=82mm,则:
24mm
AC1AC
,lBC58mm
曲柄和连杆的长度分别为24mm和58mm。
2-10解:
K11.41
18018030
(2)取比例尺μ=0.002m/mm
(3)根据比例尺和已知条件定出机架AC,如图所示
(4)根据摇杆的摆角等于极为夹角作出摇杆的两极限位置
(5)过A点作摇杆两极限位置的垂线,得垂足点B1、B2
(6)从图中量得AB1=23mm,则26mm
lABAB
曲柄的长度为26mm。
2-11解:
K111
1801800
(3)根据比例尺和已知条件定出D、C1、C2三点,如图所示
(4)过D点作C1D的垂线,并与C1C2的连线交于A点
(5)从图中量得AD=220mm,AC1=234mm,AC2=180mm,则:
2-AC
27mm
,1207mm
lBC,lADAD220mm
曲柄的长度为27mm,连杆的长度为207mm,机架的长度为220mm。
三、凸轮机构
3-1判断题
(1)√
(2)×
(8)×
(9)√(10)√(11)√(12)√(13)√(14)√
(15)×
(16)√(17)√(18)√(19)×
3-2填空题
(1)使用
(2)盘形(3)凸轮轮廓(4)变曲率(5)行程
(6)行程(7)轮廓(8)凸轮的转角,从动件的位移(9)最小
(10)法线(11)大(12)等速(13)小(14)许用压力角
(15)低(16)大(17)大(18)内凹
(19)抛物线(20)刚性
3-3选择题
(1)B
(2)A(3)A(4)A(5)A(6)C(7)A
(8)A(9)A(10)A(11)A(12)A(13)A(14)A
(15)A(16)A(17)B(18)A(19)A(20)C(21)D
(22)A(23)B(24)D(25)B(26)B(27)C
3-4解:
(1)凸轮的基圆和基圆半径的标注如图所示
(2)从动件的位移线图s-t和升程h的标注如图所示
3-5解:
凸轮的位移线图如图所示。
3-6解:
(1)凸轮的位移线图如图所示
(2)凸轮的位移线图如图所示
3-7解:
所设计对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构如图所示
3-8解:
所设计偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构如图所示
3-9解:
各凸轮机构中b、c点的压力角如图所示
四、间歇运动机构
4-1判断题
(1)√
(2)√(3)×
4-2填空题
(1)周期性
(2)棘轮(3)内(4)2(5)锯
4-3选择题
(8)A(9)A(10)A(11)A
五、联接
5-1判断题
(2)√(3)√(4)×
(5)√(6)√(7)×
(9)×
(10)×
(16)×
(17)√(18)×
(19)×
(20)√
5-2填空题
(1)牙型
(2)大(3)越高(4)自锁性(5)4(6)螺钉
(7)拧紧力矩(8)防松(9)一致(10)摩擦(11)直线
(12)梯形(13)传力,传导,调整(14)右(15)轴和毂,挤压
(16)轴的直径,轴头(17)A,B,C,C(18)增加键的长度
(19)B(20)80
5-3选择题
(1)B
(2)A(3)A(4)C(5)D(6)C(7)B
(8)A(9)A(10)D(11)B(12)A(13)B(14)B
(15)C(16)A(17)B(18)A(19)A(20)B(21)A
(22)B(23)A(24)B(25)C(26)B(27)D(28)B
(29)C(30)A(31)A(32)A(33)A(34)D(35)A
(36)A(37)A(38)A(39)A(40)A(41)A(42)B
(43)A(44)D(45)A
5-4解:
该螺栓连接为松螺栓连接,其强度条件为:
4F
σσ
πd
拉杆材料为Q235,其235MPa
σ,取安全系数S=1.7,则:
s
σ
S
235
1.7
138.24MPa
则:
d
3
4F42310
3.14138.24
πσ
14.56mm
查教材表5-2可知,选小径d1=17.294mm,公称直径d=20mm的粗牙普通螺纹。
拉杆螺纹的直径为M20。
5-5解:
该螺栓连接为受横向工作载荷的紧螺栓连接,其强度条件为:
5.2F
a
e2
FF
a0
CF
R
zmf
,查教材表5-2可知,M16的螺栓的小径d1=13.835mm。
取C=1.2,则:
F
22
zmfπd1σ420.153.1413.835160
5.2C5.21.2
18.49kN
该螺栓组能承受的横向载荷应不大于18.49kN。
5-6解:
该螺栓连接为受轴向工作载荷的紧螺栓连接,其强度条件为:
F各螺栓所受轴向工作载荷220005500N
Q
E
n4
各螺栓所受残余预紧力FR=0.6FE,各螺栓所受总轴向拉力Fa=FE+FR=1.6FE=1.6×
5500=8800N
σ,取安全系数S=1.5,则:
1.5
156.67MPa
5.2F5.28800
3.14156.67
9.64mm
查教材表5-2可知,选小径d1=10.106mm,公称直径d=12mm的粗牙普通螺纹。
所求螺栓直径为M12。
5-7解:
5.2Fa
e
材料为35钢,其315MPa
查教材表5-2可知,M16的螺栓的小径d1=13.835mm。
315
210MPa
,
zmfπd1σ420.153.1413.835210
24.27kN
允许承受的最大载荷不大于24.27kN。
5-8*解:
(1)确定螺杆的直径
Fa=W=20kN
材料为45钢,其355MPa
σ,该连接不需严格控制预紧力,取安全系数S=4,则:
355
4
88.75MPa
5.2F5.2201000
3.1488.75
19.32mm
查教材表5-2可知,选小径d1=20.752mm,公称直径d=24mm的粗牙普通螺纹。
(2)确定扳手手柄的最小长度
查教材表5-2可知公称直径d=24mm粗牙普通螺纹中径d2=22.051mm,则:
L
d12022.051
221102.55mm
,取L=1103mm
F200
(1)螺杆直径为M24。
(2)扳手手柄的最小长度为1103mm。
5-9解:
(1)校核螺栓的剪切和挤压强度
该螺栓连接为受横向工作载荷的铰制孔螺栓连接:
剪切强度条件为:
;
挤压强度
ττ
mπd
条件为:
pd
p
查教材表5-3可知:
8.8级的螺栓的σbp=800Mpa;
σs=640Mpa;
查教材表5-4可知:
sτ=2.5,sp=2.5
640256MPa
τ
S2.5
bp
800
2.5
320MPa
T630
4r46510
2423N
4F42423
mπd/413.1412
7.72MPa256MPa
dδ
2423
2023
5.27MPa<
所用螺栓满足剪切和挤压强度要求
(2)平键的选择及强度校核
选A型平键,根据轴径和轴头长度,从设计手册中查得键的尺寸b=16mm,h=10mm,L=70mm。
键的标记为:
键16×
70GB/T1096—2003。
4T4630
dhl55107016
84.85MPa50~60MPa
所选择的键不满足强度要求。
5-10解:
该螺栓连接为受横向工作载荷的普通螺栓连接,其强度条件为:
640426.67MPa
8.8级的螺栓的640MPa
σs
S1.5
CT1.2630
6fr60.166510
12.115kN
5.2F5.212115
3.14426.67
6.86mm
查教材表5-2可知,可选小径d1=8.376mm,公称直径d=10mm的粗牙普通螺纹。
螺栓直径为M10。
5-11*解:
受力分析如图所示
将外载荷P向螺栓组中心简化得螺栓组所受的转矩T和横向载荷P
横向载荷P=10000N;
转矩T=10000300=3000000N·
mm,方向如图所示
由于横向载荷作用每个螺栓受到的横向力
FFFF
P1P2P3P4
P
10000
44
2500N
由于转矩作用每个螺栓受到的横向力
T3000000
TTTT
123422
4r47575
7071N
由图可知,螺栓1、2所受的横向力相等,螺栓3、4所受的横向力相等,且螺栓1、2所受的横
向力最大,其值为
2222
F1FP1FT12FP1FT1cos13525007071225007071cos135=9013.8N
m=1,取C=1.2,则:
11.29013.867603.5N
mf10.16
5.2F5.267603.5
3.14120
30.54mm
查设计手册可知,可选小径d1=31.67mm,公称直径d=36mm的粗牙普通螺纹。
该螺栓组螺栓的小径须大于30.54,可选M36的螺栓。
5-12*解:
(略)
5-13解:
(1)确定螺柱直径
每个螺栓平均承受的轴向工作载荷:
23.1431602
πpD
4z48
7536N
取残余预紧力FR=1.6FE,则各螺栓所受总轴向拉力Fa=FE+FR=2.6FE=2.6×
7536=19593.6N
σ,按控制预紧力取安全系数S=1.5,则:
400266.67MPa
5.8级螺栓的400MPa
5.2F5.219593.6
πσ3.14266.67
11.03mm
查教材表5-2可知,可选小径d1=13.835mm,公称直径d=16mm的粗牙普通螺纹。
(2)确定螺柱分布直径
取螺柱间距为5d,则
D
5zd5816
π3.14
203.82mm
,取D0=200mm
连接螺栓直径可选M16的粗牙普通螺纹,分布直径为200mm。
5-14解:
(1)平键类型和尺寸选择
安装齿轮处的键:
选A型平键,根据轴径和轴头长度,从设计手册中查得键的尺寸b=25mm,
h=14mm,L=80mm。
键25×
80GB/T1096—2003。
安装联轴器处的键:
选A型平键,根据轴径和轴头长度,从设计手册中查得键的尺寸b=20mm,
h=12mm,L=100mm。
键20×
100GB/T1096—2003。
(2)平键连接强度的校核
安装齿轮处平键强度校核:
4T4800
dhl90148025
46.18MPa100~120MPa
安装联轴器处平键强度校核:
dhl701210020
47.62MPa50~60MPa
所选择的平键满足强度要求
5-15解:
选A型平键,根据轴径和轴头长度,从设计手册中查得键的尺寸b=22mm,h=14mm,L=100mm。
此键的标记为:
键22×
(2)传递的最大扭矩
查教材表5-7得[σp]=(100~120)Mpa,取[σp]=120Mpa
p120
Tdhl
8014100222620.8Nm
能传递的最大扭矩不大于2620.8N·
m。
5-16解:
选A型平键,根据轴径和轴头长度,从设计手册中查得键的尺寸b=25mm,h=14mm,L=90mm。
90GB/T1096—2003。
4T41000
dhl90149025
48.84MPa100~120MPa