机械设计基础答案.docx
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机械设计基础答案
《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
1—1
1—2
1—3
r
1-4
1—5
F3n（2Pl
37（29
21191
Ph
1
P'）
0）1
F'
或:
F3n
2Pl
28
Ph
1
自由度为
1-6
3n
（2Pl
（2121
Ph
P'）
0）1
F'
或:
3n
2PlPh
2111
24221
1-10
◎
自由度为:
F3n（2PlPhP'）F'
310（214122）130281
或-
F3n2PlPh
39212127242
1-11
[b
V.
/
F3n2Pl
、
1-13:
求出题
Ph
1-13
图导杆机构的全部瞬心和构件1、3的角速度比。
1—14:
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。
2
3
00r
lOO
VVpi3
加用102002000mm/S
1—15:
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
%Pi2
1
2
Pl4p2
IP24R2I2r2
2I^4P1^r1
1—16:
题1-16图所示曲柄滑块机构，已知:
lAB100mm/S，Ibc
250mm/s,
110rad/s，求机构全部瞬心、滑块速度v和连杆角速度
BCA—
5
cos
BCA
v'23
5
|ac|
sinABC
BC
sin45°
310.7mm
V3Vp13
1IR4R3I10|AC|tanBCA916.565mm/s
JP14P12|
^P24p2|
IP14P12I
IP24P12I1
10010
逅AC100
2.9rad
/s
1—17:
题1-17图所示平底摆动从动件凸轮
1为半径r20的圆盘,
圆盘中心
C与凸轮回
110rad/s，求
0°和
1800时，从
转中心的距离Iac15mm，lAB90mm，
1P12P1^2IR2P23I
IP2P13I
IP12P23I1
151090152rad/s
方向如图中所示
当180°时
方向如图中所示
第二章平面连杆机构
双曲柄机构还是
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。
摇杆工作行程用时7s，则可得到空回程需时:
t2”5s
（2100/7）
2-4已知某曲柄摇杆机构的曲柄匀速转动，
2）曲柄每分钟转数是多少?
用式（2-6）和式（2-6）计算此机构的最小传动角。
2-6设计一曲柄摇杆机构。
已知摇杆长度
注意：
题答案务样,
13100mm，摆角300，摇杆的行程速比变
化系数K1.2。
（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min35。
，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
0^180016.36402.2
2-7设计一曲柄滑块机构，如题2-7图所示。
已知滑块的行程s50mm，偏距e16mm，行程速度变化系数K1.2，求曲柄和连杆的长度。
解：
由K=1.2可得极位夹角
^^180°02180016.3640
K12.2
14100mm，行程速度变化系数K1.4，求曲
柄长度。
解：
由K=1.4可得极位夹角
^^180°^.41800300
2-10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。
ITI
-===g^.=L
I/I
、Z
度IAD50mm，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:
消去5,并整理可得:
令:
P2
于是可得到
cosP3P2cosPcos（
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①。
-i.
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
e10mm，凸轮基圆半径r060mm，滚子半径rr10mm，从动件的升程h30mm，
1500,s300,'1200,s600，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：
从动件的位移方程：
s-（1cos—）2
从动件的行程：
h30
00
500
1000
1500
s（mm）
0
2.01
27.99
30
（2）回程:
1
00
40°
80°
1200
s'（mm）
30
27.99
2.01
0
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）
比例1:
1
3-6为一摆动从动件盘形凸
注：
题3-6、3-7依次按上述步骤进行作图即可，不同的是:
轮机构，3-7为一平底直动从动件盘形凸轮机构。
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m3mm，z,19，z41，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。
a160mm，齿数zi20，Z260，
解：
项目及计算公式
齿轮1
齿轮2
分度圆直径
dmz
57
123
齿顶高
haham（h；1）
3
3
齿跟高
hfh*fm（ha1.25）
3.75
3.75
顶隙
cc*m（c*0.25）
0.75
0.75
中心距
a（mz1mz2）/2
90
齿顶圆直径
dad2ha
63
129
齿跟圆直径
dfd2hf
49.5
115.5
基圆直径
dbdcos（200）
53.5625
115.5822
齿距
pm
9.42
齿厚
sp/2
4.71
齿槽宽
ep/2
4.71
4-2已知一对外啮合标准直齿圆柱齿轮的标准中心距
求模数和分度圆直径。
解：
由a（mz1mz2）/2可得
m耳43204
z1z2206080
则其分度圆直径分别为
d1mz142080mmd2mz2460240mm
4-3已知一正常齿制标准直齿圆柱齿轮的齿数z25，齿顶圆直径da135mm，求该轮的
模数。
解:
dad2hamz2hamm（z2ha）
正常齿制标准直齿圆柱齿轮：
ha1
则有
齿顶圆压力角:
a26.4990
基圆压力角:
rb
cosb——
rb
b00
分度圆上齿廓曲率半径:
rsin20034.2mm
齿顶圆上齿廓曲率半径:
arasin26.499°1050.446246.85mm
基圆上齿廓曲率半径:
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am（z2z1）/24（6020）/280mm
解:
不变的参数
m、、d、db
变化
增大
'、d'、s、sf、df
减小
hf
4-11已知一对正常齿渐开线标准斜齿圆柱齿轮a250mm，乙23，z98，
mn4mm，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
代入已知参数可得
242cos0.968250
分度圆直径分别为
齿顶圆直径分别为
da1d12had1
2mn103.0413mm
da2d22ha
d2
2mn
412.9587mm
齿跟圆直径分别为
df1d12hf
d1
2.5mn85.0413mm
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
6-
轮3的转向，用箭头表示。
方向为水平向右。
分针、时针。
设z172，z2
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、
12，Z364，Z48，Z560,Z68，Z760，zs6，
Z98，Z1024，Z116，Z12
24，求秒针与分针的传动比isM和分针与时针的传动
比iMH。
jr
"4
1
3:
f
”J
・・7
0
n
解：
为定轴轮系
注意各轮转速之间的关系:
n12
nH
m
n6ns
n4
ns
Zs
得到匹空
Z5
ns
Z4
nsZ4
Z6
匹
Z5
n5
Z6
则有
n2
nM
nsn9
5-6
nM
nM
解:
5-9
iSM
iMH
在题
ns
n6
nM
nM
nH
n3
n9
Zio
Zl2
12
n12
Z9
Z11
5-6图所示液压回转台的传动机构中，已知
12r/min,
n2
・H
i21
Z1
在题
nH）。
n2nH
n1nH
120
Z215，液压马达M的转速
回转台H的转速Ih1.5r/min,求齿轮
1的齿数
（提示：
[TV
nM
0nH
5-9图所示差动轮系中,
12_Z^Zl1.5Z215
已知各轮的齿数z130，z225，
Z2'20，
Z375，
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。
LJ
解：
在转化轮系中，各轮的转向如图中虚线箭头所示，则有
.H111iiH厶2厶3257525i13n3nHZ1Z2'30208
n1nHZ2Z3
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
200nH50nH25"8"
即16008nH255025nH
于是解得
Ah35010.61r/min33
的转向相同。
其值为正，说明H的转向与轮1
5-10
在题
5-10图所示机构中，已知
Z117，Z2
20，Z385，Z418，Z524，
Z6
21，
Z763，求:
（1）
n1
10001r/min、n410000r/min时,
np
有1、2、3构成定轴轮系，则有
n1
n4时，np
i13
n1
（1）2Z^
Z1Z2
n3
3（H）、4、5、
6、7构成周转轮系
易知
n3nH
.H
i47
n4nHn4g
nHn7
n3
1Z5Z7
1）1丄2
Z4Z6
2463
1821
n4
n34n3
4n7
n7
5n3n4
4
联立定轴轮系
ni
5n3
n7
n1n4
4
np
nin4
4
①当
ni
10001r/min,
n4
10000r/min时，np
0.25r/min
②当
ni
n4时，np0
③当
ni
10000r/min,
n4
10001r/min时，nP
0.25r/min
在电动机驱动的剪床中，已知作用在剪床主轴上的阻力矩设驱动力矩M'等于常数，剪床主轴转速为
0.15。
求：
（1）驱动力矩M'的数值；
（2）
li
£
gJ/
（2）分三个区间第一区间盈功：
A1412.334
第二区间亏功:
A21256.107
第三区间盈功:
A3844.048
画出能量指示图:
Ai
则最大盈亏功为:
AmaxA,A3
A2
1256.107
则飞轮的转动惯量为
Am空212.1174Kgm2
m
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。
M'
1000
7-5设某机组发动机供给的驱动力矩
Nm（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，t10.1s，t20.9s，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。
80
AT
t2
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
离心力为:
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：
2500022Fmr2mr（）2137077.78N60
离心力与重力之比为：
F匸空77■空13.7
Gmg10000
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me4和mok的数值。
"0"0
merecos30mogcos60mrmeresin30°m。
rnsin60°
于是可解得:
口订1
10
50
500kgmm
m2r2
14
100
1400kgmm
口3「3
16
75
1200kgmm
口4「4
10
50
500kgmm
于是不平衡质径积的向量和为:
mjb
J7OO290021140kgmm1.14kgm
arctg737.8750
9
即应在图示反方向的方位加上质径积1140kgmm，回转件才能达到平衡。
第10章连接
10-4
11.0830
工作台上升的效率为
（2）稳定上升时加于螺杆上的力矩为
（3）螺杆的导程为
Snp40mm
动装置。
加于螺杆上的制动力矩为:
10-7
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
WL
fFP
2
2WL
fD
则每个螺栓所受的轴向力为
FWL
Fa2fD
取残余预紧力
螺柱的分布圆直径为
取D0220mm
则螺柱间距为:
22057.57mm12
毂长度尺寸84,可由表10-9查得需要选择的键为：
键16X80GB/T1096-2003
同时可查得键的厚度尺寸h10
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
4TPdhl
第11章齿轮传动
11-1
解：
利用题中给定的条件可推导出：
P'2P
11-4
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）Zv
11-7
解:
ex
FfTFg
皿rti
11-9
解：
z活=5*
g2=f7
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
Ft2tgFt3tg32Tyg2T
d7tg3
tg3
mt2Z2
mt3Z3
sin2sin3
mn2Z2
mg
sin3sin2mn3Z3
mn2Z2
貯sin1500.1438
38.267°
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