机械设计基础1到6章的答案第五版.docx

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机械设计基础1到6章的答案第五版

机械设计基础1到6章的答案第五版

　　　　　　机械设计基础第五版习题解答　　1-1至1-4解机构运动简图如下图所示。

　　　　图题1-1解图　　图题1-2解图　　　　图题1-3解图　　图题1-4解图1-5解1-6解1-7解1-8解1-9解1-10解1-11解1-12解　　1-13解该导杆机构的全部瞬心如图所示，构件1、3的角速比为：

　　1　　　　机械设计基础第五版习题解答　　　　1-14解该正切机构的全部瞬心如图所示，构件3的速度为：

　　，方　　向垂直向上。

　　1-15解要求轮1与轮2的角速度之比，首先确定轮1、轮2和机架4三个构件的三个瞬心，即　　，　　和　　，如图所示。

则：

　　，轮2与轮1的转向相反。

　　1-16解图a中的构件组合的自度为：

　　自度为零，为一刚性桁架，所以　　构件之间不能产生相对运动。

　　图b中的CD杆是虚约束，去掉与否不影响机构的运动。

故图b中机构的自度为：

　　所以构件之间能产生相对运动。

　　题2-1答:

a）是双曲柄机构。

b）杆机构。

c）　　，不满足杆长条件，因此是双摇杆机构。

　　2　　，且最短杆为机架，因此　　，且最短杆的邻边为机架，因此是曲柄摇　　机械设计基础第五版习题解答　　d）机构。

　　，且最短杆的对边为机架，因此是双摇杆　　题2-2解:

要想成为转动导杆机构，则要求当　　为周转副时，要求　　和　　与均为周转副。

　　能通过两次与机架共线的位置。

　　见图2-15中位置　　。

　　在号）；在号）。

　　综合这二者，要求当　　中，直角边小于斜边，故有：

；　　来看，要能绕过点要求：

　　在位置时，因为导杆是无限长的，故没有过多条件限制。

　　综合、两点可知，图示偏置导杆机构成为转动导杆机构的条件是：

题2-3见图。

　　　　3　　机械设计基础第五版习题解答　　　　图　　　　题2-4解:

公式程有：

　　，并带入已知数据列方　　　　因此空回行程所需时间　　；　　，，　　转/分钟　　因为曲柄空回行程用时转过的角度为因此其转速为：

题2-5　　4　　机械设计基础第五版习题解答　　　　解:

题意踏板　　在水平位置上下摆动　　，就是曲柄摇　　杆机构中摇杆的极限位置，此时　　曲柄与连杆处于两次共线位置。

取适当比例图尺，作出两次极限位置　　和　　。

图量得：

解得：

　　已知和上步求解可知：

　　，　　，　　，　　　　和　　因最小传动角位于曲柄与机架两次共线位置，因此取　　代入公式计算可得：

　　　　5

　　　　　　机械设计基础第五版习题解答　　　　　　或：

　　　　　　　　代入公式′，可知　　　　题2-6解：

因为本题属于设计题，只要步骤正确，答案不唯一。

这里给出基本的作图步骤，不　　给出具体数值答案。

作图步骤如下：

求，作以作在图上量取　　，　　为底作直角三角形　　；并确定比例尺　　。

　　。

，　　，　　即可。

　　。

则曲柄长度　　。

　　的外接圆，在圆上取点，　　和机架长度　　，摇杆长度　　。

在得到具体各杆数据之后，代入公式和　　′求最小传动角　　，能满足　　即可。

　　6　　机械设计基础第五版习题解答　　　　图题2-7　　　　图　　　　解:

作图步骤如下：

　　求，作作　　，顶角　　，　　；并确定比例尺　　。

　　。

　　的外接圆，则圆周上任一点都可能成为曲柄中心。

　　相距　　7　　作一水平线，于，交圆周于点。

　　机械设计基础第五版习题解答　　图量得曲柄长度：

连杆长度：

题2-8　　，　　。

解得：

　　解:

见图，作图步骤如下：

取　　，选定。

　　定另一机架位置：

分线，　　。

，　　。

　　　　　　角平　　。

，作　　和　　，　　杆即是曲柄，图量得曲柄长度：

题2-9解：

见图，作图步骤如下：

求性。

　　选定比例尺两极限位置）做　　，　　与　　交于，　　，作　　，　　，　　，此可知该机构没有急回特　　。

在图上量取　　。

　　8　　机械设计基础第五版习题解答　　曲柄长度：

连杆长度：

　　　　　　题2-10解:

见图。

这是已知两个活动铰链两对位置设计四杆机构，可以用圆心法。

连接　　，　　，作图的中垂线　　点。

图中画出了一个位置　　，　　为中心，设连架杆长度为　　，根据　　。

从图中量取各杆的　　的中垂线与　　交于点。

然后连接　　，　　，作与　　交于　　长度，得到：

　　，　　题2-11解:

以　　作出　　，　　。

　　，　　取连杆长度另作以　　，以，，、　　为圆心，作弧。

，　　的另一连　　点为中心，　　架杆的几个位置，并作出不同半径的许多同心圆弧。

　　进行试凑，最后得到结果如下：

　　。

　　机构运动简图如图。

　　，　　，　　，　　9　　机械设计基础第五版习题解答　　　　题2-12解:

将已知条件代入公式可得到方程组：

　　联立求解得到：

　　，　　，　　。

　　将该解代入公式求解得到：

　　，又因为实际　　，　　，　　。

　　，因此每个杆件应放大的比例尺为：

　　，故每个杆件的实际长度是：

　　，　　，　　，。

上任取一点　　，下面求证　　点　　题2-13证明:

见图。

在的运动轨迹为一椭圆。

见图　　10

　　　　　　机械设计基础第五版习题解答　　可知点将分为两部分，其中，　　，。

　　又图可知，二式平方相加得　　　　可见3-1解　　点的运动轨迹为一椭圆。

　　　　图题3-1解图　　如图所示，以O为圆心作圆并与导路相切，此即为偏距圆。

过B点作偏距圆的下切线，此线为　　凸轮与从动件在B点接触时，导路的方向线。

推程运动角示。

3-2解　　如图所　　11　　机械设计基础第五版习题解答　　　　图题3-2解图　　如图所示，以O为圆心作圆并与导路相切，此即为偏距圆。

过D点作偏距圆的下切线，此线为　　凸轮与从动件在D点接触时，导路的方向线。

凸轮与从动件在D点接触时的压力角如图所示。

　　3-3解：

从动件在推程及回程段运动规律的位移、速度以及加速度方程分别为：

推程：

　　0°≤≤150°　　回程：

等加速段　　12　　0°≤≤60°　　机械设计基础第五版习题解答　　等减速段　　60°≤≤120°　　。

计算各分点的位移、　　为了计算从动件速度和加速度，设速度以及加速度值如下：

总转角0°位（mm）速度0（mm/s）加速度移015°30°45°60°75°90°105°　　15　　　　--总转角120°135°150°165°180°195°210°225°位（mm）速度　　0（mm/s）00-25-50-75移　　303030　　加速度---0----13　　机械设计基础第五版习题解答　　总转角240°255°270°285°300°315°330°345°位（mm）速度-100-75（mm/s）加速度根据上表作图如下：

　　　　00-50-250000移15　　0000　　图3-13题3-3解图3-4解：

　　14　　机械设计基础第五版习题解答　　　　图3-14题3-4图　　根据3-3题解作图如图3-15所示。

根据（）式可知，同时s2取最小时，凸轮　　机构的压力角最大。

从图3-15可知，这点可能在推程段的开始处或在推程的中点处。

图量得在推程的开始处凸轮机构的压力角最大，此时　　　　＜[　　]=30°。

　　取最大，　　　　图3-15题3-4解图　　　　3-5解：

计算从动件的位移并对凸轮转角求导　　15

　　　　　　机械设计基础第五版习题解答　　当凸轮转角在0≤≤过程中，从动件按简谐运动规律　　上升h=30mm。

根据教材（3-7）式可得：

　　0≤　　0≤　　当凸轮转角　　在　　≤　　≤　　≤≤　　　　　　过程中，从动件远休。

　　≤　　≤　　　　S2=50　　　　　　　　当凸轮转角　　在　　≤　　≤　　≤≤　　过程中，从动件按等加速度运动　　规律下降到升程的一半。

根据教材（3-5）式可得：

　　　　　　当凸轮转角　　在　　≤　　≤　　≤≤　　≤≤　　　　　　过程中，从动件按等减速度运　　动规律下降到起始位置。

根据教材（3-6）式可得：

　　16　　机械设计基础第五版习题解答　　　　≤　　　　当凸轮转角　　在　　≤　　≤　　≤≤　　≤　　　　过程中，从动件近休。

　　≤≤　　≤≤　　S2=50　　　　　　　　　　计算凸轮的理论轮廓和实际轮廓　　本题的计算简图及坐标系如图3-16所示，图可知，凸轮理论轮廓上B点（即滚子中心）的直角坐标为　　　　图3-16　　　　17　　机械设计基础第五版习题解答　　式中　　。

　　图3-16可知，凸轮实际轮廓的方程即B′点的坐标方程式为　　　　因为　　　　所以　　　　故　　　　上述公式可得理论轮廓曲线和实际轮廓的直角坐标，计算结果如下表，凸轮廓线如图3-17所示。

　　0°10°x′y′x′y′　　180°--　　190°--18　　机械设计基础第五版习题解答　　20°30°40°50°60°70°80°90°　　200°--　　210°--　　220°--　　230°--　　240°--　　250°--　　260°---　　270°　　-100°-　　280°　　-110°-　　290°　　-120°-　　300°　　-130°-　　310°　　-140°-　　320°　　-150°-　　330°　　-160°-　　340°　　-170°-　　350°　　-180°--360°　　　　19　　机械设计基础第五版习题解答　　　　图3-17题3-5解图3-6解：

　　　　图3-18题3-6图　　从动件在推程及回程段运动规律的角位移方程为：

1.推程：

150°2.回程：

≤120°　　计算各分点的位移值如下：

　　总转角0153045607520　　0°≤≤　　0°≤　　90105

　　　　　　机械设计基础第五版习题解答　　角位移0　　总转角120135150165180195210225　　角位移151515　　总转角240255270285300315330345　　角位移　　0　　根据上表作图如下：

　　000　　　　21　　机械设计基础第五版习题解答　　　　图3-19题3-6解图　　3-7解：

从动件在推程及回程段运动规律的位移方程为：

1.推程：

2.回程：

　　计算各分点的位移值如下：

　　总转角0位移10　　0153045607590105　　0°≤　　0°≤　　≤120°≤120°　　22　　机械设计基础第五版习题解答　　总转角120135150165位移2020　　1020总转角240255270285位移00000　　0300315330345180195210225　　图3-20题3-7解图　　23　　机械设计基础第五版习题解答　　　　课后习题详解4-1解分度圆直径　　齿顶高　　齿根高　　顶隙　　　　　　　　　　中心距　　齿顶圆直径　　齿根圆直径　　　　基圆直径　　齿距　　齿厚、齿槽宽　　　　　　　　4-2解　　分度圆直径　　4-3解　　可得模数　　得　　24　　　　机械设计基础第五版习题解答　　　　4-4解分度圆半径　　分度圆上渐开线齿廓的曲率半径　　　　分度圆上渐开线齿廓的压力角　　基圆半径　　　　基圆上渐开线齿廓的曲率半径为0；　　压力角为　　。

　　　　齿顶圆半径　　齿顶圆上渐开线齿廓的曲率半径　　　　齿顶圆上渐开线齿廓的压力角　　　　4-5解正常齿制渐开线标准直齿圆柱齿轮的齿根圆直径：

　　　　基圆直径　　假定故当齿数于齿根圆；齿数齿根圆。

　　4-6解中心距　　25　　得　　　　则解　　时，正常齿制渐开线标准直齿圆柱齿轮的基圆大，基圆小于　　

　　　　　　机械设计基础第五版习题解答　　内齿轮分度圆直径　　内齿轮齿顶圆直径　　内齿轮齿根圆直径　　　　　　　　4-7证明用齿条刀具加工标准渐开线直齿圆柱齿轮，不发生根切的临界位置是极限点　　正好在刀具　　的顶线上。

此时有关系：

　　　　正常齿制标准齿轮　　　　短齿制标准齿轮　　　　、　　，代入上式、　　，代入上式　　　　图题4-7解图4-8证明如图所示，段　　、两点为卡脚与渐开线齿廓的切点，则线　　即为渐开线的法线。

根据渐　　开线的特性：

渐开线的法线必与基圆相切，切点为。

　　再根据渐开线的特性：

发生线沿基圆滚过的长度，等于基圆上被滚过的弧长，可知：

　　26　　机械设计基础第五版习题解答　　AC　　对于任一渐开线齿轮，基圆齿厚与基圆齿距均为定值，卡尺的位置不影响测量结果。

　　　　图题4-8图　　图题4-8解图4-9解模数相等、压力角相等的两个齿轮，分度圆齿厚但是齿数多的齿轮分度圆直径　　大，所以基圆直径就大。

根据渐开线的性质，渐开线的形状取决于基圆的大小，基圆小,则渐开线曲率　　大,基圆大，则渐开线越趋于平直。

因此，齿数多的齿轮与齿数少的齿轮相比，齿顶圆齿厚和齿根圆齿厚均为大值。

　　4-10解切制变位齿轮与切制标准齿轮用同一把刀具，只是刀具的位置不同。

因此，它们的模数、压　　力角、齿距均分别与刀具相同，从而变位齿轮与标准齿轮的分度圆直径和基圆直径也相同。

故参数、、、　　不变。

　　相等。

　　变位齿轮分度圆不变，但正变位齿轮的齿顶圆和齿根圆增大，且齿厚增大、齿槽宽变窄。

因此、、　　变大，　　变小。

　　27　　机械设计基础第五版习题解答　　啮合角与节圆直径是一对齿轮啮合传动的范畴。

　　4-11解因　　螺旋角　　端面模数　　　　端面压力角　　当量齿数　　　　　　　　分度圆直径　　　　　　　　齿顶圆直径　　　　齿根圆直径　　　　4-12解若采用标准直齿圆柱齿轮，则标准中心距应　　说明采用标准直齿圆柱齿轮传动时，实际中心距大于标准中心距，齿轮传动有齿侧间隙，传动不连续、传动精度低，产生振动和噪声。

　　28　　机械设计基础第五版习题解答　　采用标准斜齿圆柱齿轮传动时，因　　螺旋角　　分度圆直径　　　　节圆与分度圆重合4-13解　　　　4-14解分度圆锥角　　　　分度圆直径　　　　齿顶圆直径　　齿根圆直径　　外锥距　　齿顶角、齿根角　　　　　　　　，　　　　　　　　　　29　　机械设计基础第五版习题解答　　　　顶锥角　　　　根锥角　　　　当量齿数　　　　4-15答：

一对直齿圆柱齿轮正确啮合的条件是：

两齿轮的模数和压力角必须分别相等，即　　、　　。

　　　　一对斜齿圆柱齿轮正确啮合的条件是：

两齿轮的模数和压力角分别相等，螺旋角大小相等、方向相反，即　　、　　、　　。

　　一对直齿圆锥齿轮正确啮合的条件是：

两齿轮的大端模数和压力角分别相等，即　　。

　　5-1解：

蜗轮2和蜗轮3的转向如图粗箭头所示，即　　和　　。

　　、　　30

　　　　　　机械设计基础第五版习题解答　　　　图　　　　图5-2解：

这是一个定轴轮系，依题意有：

　　　　　　齿条6的线速度和齿轮5′分度圆上的线速度相等；而齿轮5′的转速和齿轮5的转速相等，因　　此有：

　　　　通过箭头法判断得到齿轮5′的转向顺时针，齿条6方向水平向右。

　　5-3解：

秒针到分针的传递路线为：

6→5→4→3，齿轮3上带着分针，齿轮6上带着秒针，因此有：

　　31　　机械设计基础第五版习题解答　　。

　　分针到时针的传递路线为：

9→10→11→12，齿轮9上带着分针，齿轮12上带着时针，因此有：

　　。

　　　　图　　　　图5-4解：

从图上分析这是一个周转轮系，其中齿轮1、3为中心轮，齿轮2为行星轮，构件为行星　　架。

则有：

　　∵　　　　　　∴　　32　　机械设计基础第五版习题解答　　∴　　当手柄转过，即时，转盘转过的角度，　　方向与手柄方向相同。

　　5-5解：

这是一个周转轮系，其中齿轮1、3为中心轮，齿轮2、2′为行星轮，构件　　为行星架。

　　则有：

　　∵　　，　　　　　　∴　　∴　　传动比　　为10，构件　　与　　　　的转向相同。

　　33　　机械设计基础第五版习题解答　　　　图　　　　图5-6解：

这是一个周转轮系，其中齿轮1为中心轮，齿轮2为行星轮，构件　　为行星架。

　　则有：

　　∵∵　　，　　，　　34　　机械设计基础第五版习题解答　　∴∴　　　　　　5-7解：

这是四组完全一样的周转轮系组成的轮系，因此只需要计算一组即可。

取其中一组作分　　析，齿轮4、3为中心轮，齿轮2为行星轮，构件1为行星架。

这里行星轮2是惰轮，因此它的齿数　　与传动比大小无关，可以自选取。

　　图知　　又挖叉固定在齿轮上，要使其始终保持一定的方向应有：

　　联立、、式得：

　　　　35

　　　　　　机械设计基础第五版习题解答　　　　　　图　　　　图　　5-8解：

这是一个周转轮系，其中齿轮1、3为中心轮，齿轮2、2′为行星轮，　　为行星架。

　　　　∵　　，　　　　∴　　36　　机械设计基础第五版习题解答　　∴与　　　　方向相同　　5-9解：

这是一个周转轮系，其中齿轮1、3为中心轮，齿轮2、2′为行星轮，　　为行星架。

　　　　∵设齿轮1方向为正，则　　，　　　　∴∴与　　方向相同　　　　图　　　　图5-10解：

这是一个混合轮系。

其中齿轮1、2、2′3、组成周转轮系，其中齿轮1、3为中心轮，　　37　　机械设计基础第五版习题解答　　齿轮2、2′为行星轮，定轴轮系。

　　为行星架。

而齿轮4和行星架组成　　在周转轮系中：

　　在定轴轮系中：

又因为：

　　联立、、式可得：

　　5-11解：

这是一个混合轮系。

其中齿轮4、5、6、7和齿轮3引出的杆件组成周转轮系，其中齿　　轮4、7为中心轮，齿轮5、6为行星轮，齿轮3引出的杆件为行星架　　。

而齿轮1、2、3组成定轴轮　　系。

在周转轮系中：

　　在定轴轮系中：

又因为：

　　，　　　　联立、、式可得：

当　　，　　38　　　　时，　　机械设计基础第五版习题解答　　，的转向与齿轮1和4的转向相同。

　　当当　　时，　　，　　　　时，　　，的转向与齿轮1　　和4的转向相反。

　　　　图　　图　　5-12解：

这是一个混合轮系。

其中齿轮4、5、6和构件组成周转轮系，其中齿轮4、6为中心轮　　，齿轮5为行星轮，是行星架。

齿轮1、2、3组成定轴轮系。

　　在周转轮系中：

　　在定轴轮系中：

又因为：

　　，　　39　　机械设计基础第五版习题解答　　联立、、式可得：

即齿轮1和构件的转向相反。

　　　　5-13解：

这是一个混合轮系。

齿轮1、2、3、4组成周转轮系，其中齿轮1、3为中心轮，齿轮2为　　行星轮，齿轮4是行星架。

齿轮4、5组成定轴轮系。

　　在周转轮系中：

，∴　　在图中，当车身绕瞬时回转中心过的弧长与它们至　　点的距离　　转动时，左右两轮走　　成正比，即：

　　联立、两式得到：

　　，　　在定轴轮系中：

则当：

　　时，　　　　　　代入式，可知汽车左右轮子的速度分别为　　，　　　　40