西工大机械设计基础课后习题答案Word下载.docx

1、FB 0,FA F F 0，F1 F2 F 2F F 0 M A 0,F* 2a 2F* a F* 4a F2 *3a 0F2 8/ 3F,F1 2 / 3F- 2 -第三章3-4.计算图示各机构的自由度，并指出复合铰链、局部自由度和虚约束。- 3 -3-5.图示为一简易冲床的拟设计方案。设计者思路是：动力由齿轮 1输入，使轴 A连续回转；而固定在轴 A上的凸轮 2和杠杆 3组成的凸轮机构使冲头 4上下往复运动，以达到冲压的目的。试绘出其机构运动简图，计算机构的自由度，并分析其运动是否确定，如其运动不确定，试提出修改措施。n 3,PL 4,PH 1由于 F=0,故不能运动F 3n 2PL PH

2、 3 3 2 4 1 0修改措施为：3-6.试绘出图示机构的运动简图，并计算其自由度。- 4 -n 3,PL 4F 3n 2PL PH 3 3 2 4 1n 5,PL 7,PH 0F 3n 2PL PH 3 5 2 7=1第四章4-6.在图 4-11 所示的差动螺旋机构中，螺杆 1 与机架 3 在 A 处用右旋螺纹连接，导程SA=4mm，当摇柄沿顺时针方向转动 5圈时，螺母 2向左移动 5mm，试计算螺旋副 B的导程SB，并判断螺旋副 B的旋向。由题意判断 B为右旋，A、B同向，固有： （SA SB） 1，故 5 （4 SB）10 22 SB 5mm- 5 -第五章5-7.根据图中所注尺寸，试

3、问如何才能获得曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构？根据曲柄存在的条件：（1）最短杆长度+最长杆长度其他两杆长度之和；（2）最短杆为连架杆。根据题意：140+200170+180，故满足第一条件。当最短杆 AD为连架杆时，即 AB、CD固定时，极限位置如图所示，为曲柄摇杆机构。当最短杆 AD为机架时，极限位置如下图所示，为双曲柄机构。当 AD为连杆时，极限位置如下图所示，为双摇杆机构。- 6 -5-8图示铰链四杆机构l1 100mm,l2 200mm,l3 300mm，若要获得曲柄摇杆机构，试问机架长度范围为多少？（1）若l4为最长杆（l4300），l1+l4l2+l3，300l4400.（2

4、）若l3为最长杆（l4300），l1+l3l2+l4，200l4300.故 200l4400.5-10.设计一曲柄摇杆机构。已知摇杆长度 lCD 100mm，摆角 30 ，行程速比系数K=1.2。试用图解法根据最小传动角 min 40 的条件确定其余三杆的尺寸。由 180K 1， =16.36.K 1故，先画出 CD和C D ,使得C DC = 300 .，故过C和C 作CC O和C CO =73.64过 C做DCA= 45交圆 O于 A点。AC=133mm， AC =91.89mm，AD=94.23mm,计算得由于 =16.36，以 O点为圆心作圆AB=20.555mm,BC=112.445

5、mm所以其他三杆长度为：AD=94.23mm，AB=20.555mm,BC=112.445mm- 7 -5-11.设计一曲柄滑块机构。已知滑块行程 H=50mm,偏距 e=20mm,行程速比系数 K=1.5.试用图解法求出曲柄和连杆的长度。K 1， =36首先，画出CC =50mm，作CC O =C CO =540，过 O作圆交偏心线于 A，连接 AC, AC 测得长度如图所示，算出 AB=21.505，BC=46.515.5-12.设计一导杆机构。已知机架长度lAD 100mm，行程速比系数 K=1.4，试求曲柄长度。 180K 1， =30,即 BCB =300 0ABBC,ACB=15

6、,AC=lAD 100mm.- 8 -AB=25.88mm5-13.设计一铰链四杆机构作为加热炉炉门的启闭机构。已知炉门上两活动铰链间距离为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）。设固定铰链在 O-O轴线上，其相关尺寸如图所示，求此铰链四杆机构其余三杆的长度。因为点 A、D在 O-O轴线上，由于 AB= AB , AC AC ,所以运用垂直平分线定理，连接 BB 和CC ，分别作其中垂线交 O-O轴线于点 A、D，因此找到 A点和 D点。AB=67.34,CD=112.09,AD=95.74- 9 -第六章6-2.四种基本运动规律各有何特点？各适用何种场合？

7、什么是刚性冲击和柔性冲击？（1）等速运动规律的特点是：在从动件运动的起始点和终了点都有速度的突变，使加速度趋于无限大，因此会引起强烈的刚性冲击。这种冲击对凸轮机构的工作影响很大，所以匀速运动规律一般只适用于低速或从动件质量较小的场合。（2）等加速等减速运动规律的特点是：在一个运动循环中，从动件的运动速度逐步增大又逐步减小，避免了运动速度的突变；但在从动件运动的起始点、转折点和终了点仍存在着加速度的有限突变，还会有一定的柔性冲击。所以这种运动规律适用于凸轮为中、低速转动，从动件质量不大的场合。（3）余弦加速度运动规律的特点是：推杆的加速度按余弦规律变化，且在起始点和终点推杆的加速度有突变，有一定

8、的柔性冲击。一般只适用于中速场合。（4）正弦加速度运动规律的特点是：推杆的加速度按正弦规律变化，但其加速度没有突变，可以避免柔性冲击和刚性冲击，适用于高速场合。刚性冲击：由于加速度有突变，并且加速度值理论上为无穷大，但由于材料具有弹性，使得加速度和惯性达到很大（不是无穷大），从而产生很强烈的冲击，把这一类冲击称为刚性冲击。柔性冲击：由于加速度有突变，但这一突变为有限值，引起的冲击较为平缓，故称这一类为柔性冲击。6-7.盘形凸轮基圆半径的选择与哪些因素有关？v2由于 ro s，故盘形凸轮基圆半径的选择与推杆的运动规律，推杆的工作行 tan 程和推杆的许用压力角和推程运动角有关。一般在满足 max

9、 的条件下，合理地确定凸轮的基圆半径，使凸轮机构的尺寸不至过大。6-8.试设计一对心直动滚子推杆盘形凸轮机构的凸轮廓线，已知凸轮作顺时针方向旋转、推杆行程 h=30mm，基圆半径 r0 40mm ,滚子半径 rr 10mm ，凸轮各运动角为： o 120 、 S 150、 o 150 、 S 600 0 0 0，推杆的运动规律可自选。由题意得：凸轮理论廓线基圆半径为 40mm,实际半径为 30mm.等速推程时，由公式s h 30 得： 0 120凸轮转角 / （）307.5601590120推杆位移 s/mm22.5等 加 速 等 减 速 回 程 时 ， 由 公 式 等 加 速 公 式s h

10、2h 30 6（0 -150）2h和等减速公式s （ 0 - ）=）2 150270-（ 150）2得：（150150180210240300- 10 -27.620.49.62.4故根据反转法画出下图：第七章7-1.对于定传动比的齿轮传动，其齿廓曲线应满足的条件是什么？由于相啮合的齿廓在接触点处的公法线与连心线交于固定点，故齿廓曲线上任意一点的法线与连心线都交于固定点 。7-2.节圆与分度圆、啮合角与压力角有什么区别？分度圆是指定义齿轮标准模数（并且压力角为20时）乘以齿数所求得的直径。以轮心为圆心，过节点所作的圆称为节圆。也就是说分度圆在齿轮确定时是确定不变的，节圆是只有两齿轮啮合时才存在

11、，单个齿轮没有节圆，并且节圆是随着中心距变化而变化的。渐开线齿廓上某点的法线（压力线方向），与齿廓上该点速度方向线所夹的锐角称为压力角，渐开线齿廓上各点的压力角不等。啮合角是在一般情况下（不指明哪个圆上的啮合角，一般就是指分度圆上的压力角），两相啮合齿轮的端面齿廓在接触点处的公法线与两节圆在节点处公切线所夹的锐角。7-4.标准齿轮传动的实际中心距大于标准中心距时，下列参数：传动比、啮合角、分度圆半径、节圆半径、基圆半径、顶隙等中哪些发生变化？哪些不变？标 准齿轮传 动的实际 中心距大 于标准中心 距时，由 于 a 变大， 节圆半径 变大, r1r1 ,r2r2 （r、r2 为标准节圆半径），传

12、动比不发生变化，顶隙变大，啮合角也1变大。分度圆半径与基圆半径与齿轮本身相关，故不会发生变化。7-8.模数和齿数相同的正变位齿轮与标准齿轮相比，下列参数 d、db、p、s、e、h 、hf、da、df- 11 -中哪些参数变大了？哪些参数变小了？哪些参数没有变？变大的参数：h 、da、df、s变小的参数：hf、e不变的参数：d、p、db7-11. 现 有 一 闭 式 直 齿 轮 传 动 ， 已 知 输 入 功 率P1=4kw，输入转速n1 720r / min,z1 18,z2 55,m 4mm,b1 74mm,b2 70mm，小齿轮材料为 45钢，调质处理，齿面平均硬度为 230HBS，大齿轮

13、材料为 ZG310-570，正火处理，齿面平均硬度为 180HBS。齿轮双向转动，载荷有中等冲击，取 K=1.6，齿轮相对轴承非对称布置。试校核该齿轮传动的强度。1.确定许用压力小齿轮的齿面平均硬度为 230HBS。查表得： H1 513 230 217 （545 513） MPa 523.95MPa 255 217 F1 301 230 217 （315 301） 0.7MPa 214.05MPa255 217大齿轮的齿面平均硬度为 180HBS。 H 2 270 180 163 （301 270） MPa 285.5MPa197 163 F 2 171 180 163 （189 171）

14、0.7MPa 126MPa2.计算小齿轮的转矩T1 9.55 106p1 9.55 106 4 N mm 53056N mmn17203按齿面接触疲劳强度计算u z55 3.06z18KT1 d 2H 2 u 1 76.63 1.6 53056u 0.972 285.52 3.06 1mm 86.13mmd1 76.633.06根据题目中，d1=mz1 4 18 72mm不能满足齿面疲劳强度要求。4.按齿根弯曲强度计算由 z1 18,z2 55，查表得YFS1 4.45,YFS2 4.005- 12 -YFS1 F14.45 0.02077214.2YFS2 F 24.005 0.031741

15、26由于较大，故将其带入下式中：KT1YFS2 1.263 1.6 53056 4.005mm 2.55mmm 1.263 dz 0.972 18 126F 2由以上计算结果可见，满足齿根弯曲强度要求。故不能满足强度要求。7-12.设计一单级减速器中的直齿轮传动。已知传递的功率 P=10KW，小齿轮转速n1 960r / min,传动比i12=4.2，单向转动，载荷平稳，齿轮相对轴承对称布置。1.材料选择单级减速器工作载荷相对平稳，对外廓尺寸也没有限制，故为了加工方便，采用软齿面齿轮传动。小齿轮选用 45钢，调质处理，齿面平均硬度为 240HBS；大齿轮选用 45钢，正火处理，齿面平均硬度为

16、190HBS。2.参数选择1）齿数 由于采用软齿面传动，故取 z1 20,z2 i12z1 4.2 20 842）齿宽系数 由于是单级齿轮传动，两支承相对齿轮为对称布置，且两轮均为软齿面，查表得 d 1.43）载荷系数 因为载荷比较平稳，齿轮为软齿面，支承对称布置，故取 K=1.4.4）齿数比 对于单级减速传动，齿数比u i12 4.23.确定需用应力小齿轮的齿面平均硬度为 240HBS。许用应力根据线性插值计算： H1 513 240 217 （545 513） MPa 532MPa F1 301 240 217 （315 301） MPa 309MPa大齿轮的齿面平均硬度为 190HBS，

17、许用应力根据线性插值计算： H 2 468 190 163 （513 468） MPa 491MPa217 162 F 2 280 190 162 （301 280） MPa 291MPa4.计算小齿轮的转矩- 13 -T1 9.55 10 p1 9.55 10 10 N mm 99479N mm5.按齿面接触疲劳强度计算960取较小应力 带入计算，得小齿轮的分度圆直径为H 2 u 1 76.63 1.4 99479 4.2 1mm 61.23mmu1.4 49124.2d161.2320齿轮的模数为m 3.065mmz16.按齿根弯曲疲劳强度计算由齿数 z1 20,z2 84查表得，复合齿形

18、系数YFS1 4.36,YFS2 3.9764.36309 0.014113.976291 0.013663较大，故带入下式：KT1YFS1 1.263 1.4 99479 3.976mm 1.89mm1.4 20 291F17.确定模数由上述结果可见，该齿轮传动的接触疲劳强度较薄弱，故应以 m3.065mm为准。取标准模数 m=4mm8.计算齿轮的主要几何尺寸d1 mz1 4 20mm 80mmd2 mz2 4 84mm 336mmda1 （z1 2ha）m （20 2 1） 4mm 88mmda2 （z2 2ha）m （84 2 1） 4mm 344mma d1 d280 336 208m

19、mb dd1 1.4 70mm 98mm取b2 98mm,b1 b2 （2 10）,取b1 104mm7-14.图示为一双级斜齿轮传动。齿轮 1的转向和螺旋线旋向如图所示，为了使轴上两齿轮的轴向力方向相反，是确定各齿轮的螺旋线旋向，并在啮合点处画出齿轮各力的方向。1和 3为左旋，2和 4为右旋。- 14 -7-17. 一对斜齿轮的齿数为z1 21,z2 37,法向模数mn 3.5mm.若要求两轮的中心距 a=105mm，试求其螺旋角 。由a mn（z1 z2）2cos 得，cos = 3.5 （27+37）=0.96672 105 14.837-19.一对锥齿轮传动，已知 z1 20,z2 5

20、0,m 5mm,试计算两轮的主要几何尺寸及当量齿轮数 zv。- 15 -h h hf （h h h hf 11mmc c m 1mm 1 arctan（z1 / z2） 21.8m m 5mm c ） 1.2m 6mm 2 arctan（z2 / z1） 68.2d1 mz1 100mmd2 mz2 250mmda1 d1 2h cos 1 109.3mmda2 d2 2h cos 2 253.7mmd f 1 d1 2hf cos 1 88.84mmd f 2 d2 2hf cos 2 245.56mmmz z2 134.63mm2 2R 1 d1 d2b RR, 0.3R 40.39mm,

21、 R 0.25 0.3 f arctan（hf / R） 2.55 a1 1 f 24.35 a2 2 f =70.75 f 1 1 f 19.25 f 2 2 f 65.65zv1 21.54 134.64cos 1z2zv2 cos 27-21.图示蜗杆传动中，蜗杆均为主动件。试在图中标出未注明的蜗杆或蜗轮的转向及螺旋线的旋向，在啮合点处画出蜗杆和蜗轮各分力的方向。- 16 -7-24.为什么在圆柱齿轮传动中，通常取小齿轮齿宽b1 b2（大齿轮齿宽）；而在锥齿轮传动中，却取b1 b2？在圆柱齿轮传动中装配、制造都可能有轴向偏差。如果等宽就有可能使接触线长度比齿宽要小（轴向有有错位）。因此有

22、一个齿轮应宽些以补偿可能的轴向位置误差带来的啮合长度减小的问题。加宽小轮更省材料和加工工时。在锥齿轮传动中，安装时要求两齿轮分度圆的锥顶重合，大端对齐，所以取b1 b2。第八章8-9.在图示轮系中，已知各轮齿数，试计算传动比i14（大小及转向关系）。i14 n1 z2z3z445 30 34 1215 15 17n4 z z z2 3 8-10.图示为一手动提升机构。已知各轮齿数及蜗轮 2 的头数 2 =2（右旋），与蜗轮固连的鼓轮 Q 的直径 dQ 0.2mm，手柄 A 的半径 rA 0.1m。当需要提升的物品 W 的重力Fw 20kN时，试计算作用在手柄 A上的力 F（不考虑机构中德摩擦损失）。- 17 -i13 z2z340 120 12020 2z1z2 d F rA 1 Fw Q 3Fw Q 3 20 0.10.1 120kN 1 kNF rA 18-11.在图示轮系中，已知各轮齿数，齿轮 1的转速 n1 200r / min。试求行星架的转速nH 。 n1H n1 nH n1 nH z2z3 17 45 1.5z z 17 30iH13n3n3 nH 0 nH200 nH nHnH 400r / min8-12.图示为行星搅拌机构简图，已知各轮齿数，当行星架 H以 H 31rad