机械设计基础1到6章的答案第五版.docx

1、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

2、。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

3、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

4、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

5、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

6、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

7、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

8、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 0 15 30 45 60 75 90 105 15

9、- - 总转角 120 135 150 165 180 195 210 225 位(mm) 速度0 (mm/s) 0 0 -25 -50 -75 移30 30 30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：0 0 -50 -25 0 0 0 0 移 150 0 0 0 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()

10、式可知， 同时s 2 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： 00 当凸轮转角 在 过程中，从动件远休。 S 2 =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

11、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。 S 2 =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

12、 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0 15 30 45 60 75 20 0 0 90 10

13、5 机械设计基础第五版习题解答 角位移0总转角120 135 150 165 180 195 210 225角位移 15 15 15 总转角240 255 270 285 300 315 330 345角位移0根据上表 作图如下： 0 0 0 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 100 15 30 45 60 75 90 10500 120 120 22 机械设计基础第五版习题解答 总转角120 135 150 165 位移20 2010 20 总转

14、角240 255 270 285 位移0 0 0 0 00 300 315 330 345 180 195 210 225 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

15、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

16、。 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、

17、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

18、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

19、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： 6543，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： 9101112，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

20、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

21、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、23、 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：

22、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