郑州大学机械设计基础第三版课后作业答案.docx

1、郑州大学机械设计基础第三版课后作业答案答：必须使原动件数目等于机构的自由度数。1-5试确定下列平面机构的自由度（图中绘有箭头的活动构件为原动件） ：a）推土机的推土机构；d）渣口堵塞机构；f）筛料机机构。解：a）推土机的推土机构活动构件数n = 5,低副PL= 7 （6个转动副，一个移动副）高副 PH= 0。F = 3X 5 2X 7 0d）渣口堵塞机构由分析可知与杆1相连的滚子2，属于局部自由度 计算机构自由度时应排除。则n = 6 PL = 8 （7个转动副，1个移动副） PH = 1F= 3X 6 2X 8 1 = 1由图：杆1和杆2焊在一起属于一体，与杆 3相连的滚子4绕其中心的转动是

2、一个局部自由度F= 3X 6- 2X 8 1 = 13-5.已知一曲柄滑块机构的滑块行程 H=60mm偏距e=20mm行程速比系数K=,试确定曲柄和连杆的长度12和13。(规定用作图法求之)解：(1)由行程速比系数 K,求出极位夹角B。0 = 180X (K 1) /(K+1)=180X 1) /+ 1) = 30选比例尺u = 1:2，作图，可得： 连接C1和C2,并作 C1M垂直于 C1C2,C1C2= H;(3) 作/ C1C2N= 900= 60, C2N与 C1M相交于 P点,由图可见,/ C1PC2=0= 304)作三角形PC1C2的外接圆0,则曲柄的固定铰链中心 A必在该圆上。作

3、与C1C2线相距为e的平行线，与外接圆 O交于的点即为 A点，连接AC1、AC2贝V/C1AC=0。(6)因极限位置处曲柄与连杆共线，故 AC= l3 12,AC2= l3 +12，所以曲柄长度 I2=(AC2 AC1) / 2;由比例尺量得： AC1= 28mm,AC2= 82mm,所以 12 = (82 28) / 2 = 27mm 以A为圆心和12为半径作圆，交 C1A延线于B1，交C2A于B2,即得B1C仁13,由比例尺量得：13 = B1C1= 56mm综上可知：曲柄长度 12为27mm连杆长度13为56mm3-6 .已知一导杆机构的固定件长度 11 = 1000 mm,行程速比系数

4、 K=，确定曲柄长度12及导杆摆角0。(解析法求解)解：导杆机构的极位夹角0 = 180 (K-1 )/ (K + 1) = 180X()/+ 1) = 36 所以由图可得，导杆摆角0 = 0= 36所以 曲柄长度11 = 11 x Sin( 0/ 2)=1000 x Sin18 = 309 m3-7 已知一曲柄摇杆机构，摇杆与机架之间的夹角分别为0 1= 45,0 2= 90,固定件长度为11 = 300 mm,摇杆长度为14 = 200 mm,确定曲柄和连杆的长度 12 , 13。(解析法求解)解：由图中的两个极限位置可得:所以 13 = (AC1+ AC2)/ 212 = (AC2 AC

5、1)/2所以只需求出 AC1 AC2的长度。在三角形 AC1D中，由余弦定理AC1= (112 + 142 2I1I4COS $ )1 / 2=(3002 + 2002 2 X 300 X 200X Cos45 )1 / 2212 mm在三角形 AC2D中，/ ADC2=$ 2= 90,所以 AC2= (I12 + 142)1 / 2= (3002 + 2002)1 /2 360 m所以 I3 = (AC1 + AC2)/ 2 = (212 + 360) / 2 = 286 mI2 = (AC2 AC1)/ 2= (360 212) /2 = 74 m5-4. 图5-27所示，一螺旋起重器 ，

6、其额定起重量 FQ = 50KN,螺旋副采用单线标准梯形螺纹Tr60 X 9 （公称直径d= 60 m,中径d2 = m，螺距 P= 9 m,牙型角 =30 ），螺旋 副中的摩擦系数f =，若忽略不计支承载荷的托杯与螺杆上部间的滚动摩擦阻力，试求： 1）当操作者作用于手柄上的力为 150N时,举起额定载荷时力作用点至螺杆轴线的距离 ；2）当力臂I不变时，下降额定载荷所需的力V，有自锁现象。7.8(KN)由T徑Fl2小 Ftd2 7.8 103 55.5 一“得 I 2 1440mm2F 2 150 当力臂I不变,下降额定载荷时可得：Fl FQtg( V)d7即 Fl FQtg( v )dl2d

7、2 3 55.5F FQtg( v ) 2 50 103 tg (5.91 2.96) 51N21 2 14405-5螺旋副的效率与那些参数有关为什么多线螺纹多用于传动 ，普通三角螺纹主要用于联接,而梯形、矩形、锯齿形螺纹主要用于传动答：螺旋副的效率与入 （升角），a （牙型角）有关即：对于多线螺纹导程较大，所以入较大，进而n较大，所以多线螺纹多用于传动。普通三角螺纹牙型角a比其他三种都大，p V较大，所以n较小，并且P v入能够自锁， 故用于联接。而梯形、矩形、锯齿形螺纹，a角较小，p V较小，n较大，所以它们主要用 于传动。5-11图示一螺栓连接，螺栓的个数为 2,螺纹为 M2Q许用拉应力

8、d = 160Mpa被联接 件接合面间的摩擦系数 f =，若防滑安全系数 s =，试计算该联接件允许传递的静载荷 F。解：分析得：这是受横向载荷的紧螺栓联接，由于螺栓的预紧力:两个螺栓，两个摩擦面： n= 2, k = 2螺纹为M20,受横向载荷,小径di =m.该联接允许传递的静载荷应小于或等于。5-13 图5-16所示压力容器的螺栓联接，已知容器内的压力 p =，且压力可视为不变，缸体内径D2 = 160 mm，螺栓8个，沿直径为 D1的圆周分布。若螺栓的性能等级为级，试确定螺栓的直径。1*1 5 J6 气机腑翔栓联接解：由题意可知，此为受轴向载荷的紧螺栓联接，总的外载荷为1 2 1 2F

9、q D2 P 3.14 1602 1.6 32153.6N4 4因8个螺栓对称分布，故单个螺栓所受的外载荷为电 321536 4019.2 N，方向沿螺栓轴线向上8 8因压力容器有特别的紧密性要求，所以残余预紧力 FQr取，螺栓所受总拉力Fq Fq FQr 2.5Fq 2.5 4019.2 10048N性能等级为的螺栓，查表 5-4得b s= 340Mpa,假定螺栓直径 d= 16 m，按表5-5取b =b s =螺栓小径由表5-2查得粗牙螺纹d = 16 m时，小径d1 =伽略大于计算小径m，故原假定合适，采用M16螺栓。某V带传动的带轮直径 dd1= 100mm包角a 1 = 180 ，带

10、与带轮的当量摩擦系数 fV =, 预紧力F0= 180No试求：1)该传动所能传递的最大有效圆周力 ；2) 传递的最大转 距。解:(1)传递的最大有效圆周力Ft max2Fo2 1803604.806 14.806 1236 N传递的最大转距Tmax Ftmax- 236 -100 11.8N m2000 2000试设计一由电动机驱动的某机械的链传动。已知传递的功率720r/min,大链轮转速n2= 200r/min,该机械工作时载荷不平稳。解:1.选择链轮齿数z1、z2 :n1 in2大链轮齿数z2 = iz1 =x 21 = 766力31* 1- .11 2.初步确定中心距 a0 = 40

11、P;3.求链节数Lp：取 LP 1324.确定链节距P:根据题意，由表 6-12查得KA=;由表6-13得Kz1.11； Kl（挣0.26 g单排链Kp代入：PoKaPkzklkp1.3 31.11 1.07 13.28kw查图6-19，选用10A滚子链，其链节距 P=，且工作点落在链板疲劳区内，与原假设相符。5.实际中心距：a a0= 40P= 40 x =635mm ;6. 验算链速V：zfn1 21 15.875 720 A , ,厶、壬V 4m/ s 15m/s合适60 1000 60 1000 且6.4m/ s在3 8mm内，与原假定相符。7.选择润滑方式：根据 V和P,由图6-20

12、选用油浴或飞溅润滑；& - 20 标粹曲眄穩右六i -人工电 X耳 H Ml rft m(ra Ttt X Mt fR Mt IV 辆8.求作用在轴上的力Ft 1000P 1000 - 750NV 4作用在轴上的力：Fq 1.2Ft 900N9.求分度圆直径:7-6 已知一对标准直齿圆柱齿轮的中心距 a = 120mm传动比i = 3，小齿轮齿数z1 = 20。试确定这对齿轮的模数和分度圆直径、齿顶圆直径、齿根圆直径。解：大齿轮齿数 z2 = iz1 = 3x 20= 60a 2m(zi Z2)，得模数 m -2 120 3 (mm)乙 Z2 20 60由Cosmn(Zi Z2)2a3 (76

13、 23)2 1550.958d2mz2 360180I (mm)da1m(K*2ha)3 (2021)66(mm)da2 m(z22ha*,)3 (6021)186(mm)d f 1*m(z1 2ha*2c)3 (2021 2 0.25)52.5d f2 mZ2ha* *s 2c )3 (6021 2 0.25)172 .5齿顶圆直径:齿根圆直径(mm)(mm)在一个中心距 a= 155mm的旧箱体内,mm的斜齿圆柱齿轮，试问这对齿轮的螺旋角B应是多少解:中心距：a昇i d2）葺得 16 .657-13 用于胶带运输机上二级减速器中的一对齿轮，其传动比 出转速n2= 65r/min，输出功率P

14、=，由电动机驱动，单向运转。试确定这对齿轮的中心距及其主要尺寸。解：（1）确定转距和载荷系数n1 % 3 65 195r/min, RP2 4.50.984.6kwFtd1 1000R 4 1000R2 V2 19.55 103 虫225N m1951000P2 q 609.55 103 若为减速器中一对对称布置的齿轮，且为软齿面，则 K取（2）选择材料:调质，HB= 250。选择齿数和齿宽系数：初定 Z1 = 32 , Z2 = iZ = 96 , Y d 取 1;确定d H和(T F:则有确定模数和齿宽:71322.2= dd1 = 1 x 80 = 80mm.150 488 (MPa)故

15、两轮轮齿的弯曲强度足够11a产1Z2)m2(3296) 2.5 160mmd180mmd22ad1 216080240mmda1d12m 80 22.585mmda2d22m 2402 2.5 245mmd f 1d12.5m806.2573.75mmd f 2d22.5m2406.25 233.75mm(8) 传动中心距及其主要尺寸7-15 一对直齿锥齿轮传动 ， 模数m= 5 mm , 齿数z1 = 16、z2 = 48,两轮几何轴线之间的夹角刀 =90 。试计算这对齿轮传动的几何尺寸解:齿顶高：d ha m 1 5 5 (mm)齿高:hhahf5 6 11(mm)锥距:R 0.5m z；

16、 z220.5 5.162 482126.5(mm)齿顶角：aarctgha_arctg2.2635R126.5齿根角：farctg匹+ 6 arctg2.7156R126.5分度圆直径:d1mz5 16 80(mm)d2mz2 5 48 240 (mm)90 18.435 71.565齿顶圆直径:da1 d1 2haCos 118.4352.263520.7a22 a71.5652.263573.8d f 1d12hfCos 180 2 6Cos18.43568.6 (mm)df 2d22hf Cos 2240 26 Cos71.565a齿根圆直径:al 1齿顶圆锥角:7-17.蜗杆传动的正

17、确啮合条件是什么传动比是否等于蜗轮和蜗杆的节圆直径之比 答：正确啮合条件：(1)蜗杆与蜗轮在主平面上：模数相等，压力角相等 ；(2)蜗杆导程角等于蜗轮螺旋角，且两者旋向相同。传动比不等于蜗轮和蜗杆的节圆直径之比 ，因为：d1迴 d2 mz2 所以：i全严孚tg Z1 d1tg d1图示为一蜗杆传动。蜗杆1主动，蜗杆上的转距 T= 20 N - m,蜗杆轴向模数 m= mm,轴 向压力角= 20 ,头数z1 = 2，蜗杆分度圆直径 d1 = mm,蜗杆2的齿数z2 = 50 ,传动的 啮合效率耳=。试确定：1)蜗轮2的转向；2)蜗杆1和蜗轮2轮齿上的圆周力、径 向力和轴向力的大小和方向。解： 由

18、题7-22图所示，蜗杆右旋由右手法则，蜗杆的轴向力 Fa1向右，则可知：蜗轮 2的圆周力Ft2向左，从动轮转向应与圆周力方向一致,所以蜗轮逆时针转动。传动比：iZ2乙50 252由：P2T2n29550 T2T2PTg9550 T1Td，得:T22025 0.75375Nm正确啮合时，d2 mz2 3.15 50 157.5mm2000T| 2000 20蜗杆：圆周力 Ft1 1 1126.76Nd, 35.5方向与蜗杆转向相反2000T2 2000 375 一一 “轴向力 Fa1 Ft2 - 4761.9Nd2 157.5沿蜗杆轴向向右径向力 Fr1 Ft2 tg 4761.9 tg20 1

19、733.19N方向指向蜗杆轴心。蜗轮：圆周力： Ft2 Fa1 4761.9 N方向向左，与Fa1方向相反。轴向力：Fa2 Ft1 1126.76 N方向与Ft1方向相反径向力：斤2 FM 1733.19N方向指向蜗轮轴心。于同一直线上，故轮 3的直径d3= 2d2 + di则 z3 = 2z2 + zi = 2X 20+20 = 60传动比3 Z3 Z4 Z5ii5 ( 1)-Z1 Z3 Z4综上，齿轮3的齿数为型壬4 5.320 26 2260。传动比i15约等于，且轮1与轮5转向相反。8-8 如图所示差动轮系中，各轮的齿数为:Z 16, z2 24,z2 20, z3 60。已知 n1

20、= 200r/min , n3 = 50r/min，试分 别求当 n1 和 n3转向相同或相反时，系杆 H转速的大小和方向。n3 oh(八 1 Z2 Z31)-乙Z2有 2 nH ( i)i 2_60 4.550 nH 16 20解得：nH 77.27r/min ,n = 90r/min，传递功率 P=方向与n1 n3相同。n1与n3转向相反时，设n1转向为正， 仍根据上式，有200 nH50 nH 解得：nH 负号表示：1 24 60(1)1 4.516 204.55r/min ,nH转向与小相反，与n3相同。9-7图示为单级直齿圆柱齿轮减速器的输出轴。已知轴的转速3kw,齿轮分度圆直径 d

21、 = 300mm 齿宽B= 80mm 轴的支承间的距离 L = 130mm齿轮在轴承间对称布置，轴的材料为 45钢正火处理。试设计此轴。 1一 1I 1a解：1.按扭矩估算轴径将它定为右端半联轴器处轴头直径（最细） ，则初步设计此轴（结构图略），从右端至左端依次使d=40mm轴颈d0= 45mm轴环d1 = 55mm 齿轮处轴头 d2= 50mm 轴径 d0= 45mm2.按当量弯矩校核轴径（1） 决定作用在轴上的载荷(2)决定支点反作用力及弯矩a) 水平平面计算简图齿轮中点处轴的弯矩Mihb)垂直平面计算简图386.4 130 25116Nmm2c)合成弯曲力矩e)当量弯矩=则齿轮中点处轴的

22、当量弯矩轴单向转动，看作受脉动扭矩，取应力折算系数a204628NmmMci .m2 ( T)2 ；734262 (0.6 318334)2半联轴器中点处轴的当 量弯矩M CII ,( T)2 0.6 318334 191000Nmm (3)校核轴径齿轮中点处当量弯矩最大，半联轴器中点处当量弯矩次之但轴最细，故只校核这两处轴径，看它能否满足强度条件。查表 9-1得45正火钢b b= 600Mpa,再查表9-3得该轴的许用弯曲应力d -1b=55Mpa，则在齿轮中点处的轴有:M CI 2046280.1d； 0.1 503在半联轴器的中点处的轴有能满足强度条件要求，故此轴设计合理。9-8轴上装齿

23、轮处的轴段直径为 60mm齿轮轮毂宽度为 70mm传递的转矩为 5X 105Nmm有轻微冲击，齿轮和轴的材料均为 45钢，齿轮与轴采用普通平键联接。试确定该键联接的尺寸。解：根据题意，若取键长 L比轮彀宽度 70mm略小一点，则按表 9-4初选 B18 Xh63(GB/T1b)961897i9)i,普通平键mm其尺寸为33mm, k 5mm45 钢有轻微冲击静联接时，取 d P=100Mpa，则2TPdkL52 5 10552.9MPa 100MPa60 5 63满足挤压强度条件，故初选的键联接尺寸合适。9-10 牙嵌式离合器和摩擦式离合器各有什么特点答：牙嵌式离合器的优点是结构比较简单，外廓

24、尺寸小，所联接的两轴不会发生相对转动, 适用于要求精确传动比的机构；其最大缺点是离合时必须使主动轴慢速转动或静止，否则 牙容易损坏。摩擦式离合器的优点是可以在任何不同转速下平稳离合，当过载时因离合器打滑可保护其 他重要零件；其缺点是接合过程中的摩擦会引起发热和磨损，传动效率低。10-6 :某机械上采用对开式向心滑动轴承，已知轴承处所承受的载荷Fr = 200000N,轴径直径 d= 200mm ,轴的转速n = 500r/min，工作平稳，试设计该轴承。解：取轴承宽径比L 1.25,则该轴承宽d1.25 200 250mmPVFrdLFrn200000200 2504MPa200000 500

25、19100L 19100 25020.95MPa m/s选用铅青铜（ZCuPb30）作为轴瓦材料，因其p = 254Mpa, pv=30 m/s，故能满足该轴承的要求。10-10 : 说明下列轴承代号的意义： N210、6308、6212/P4、30207/P6、51308。解：N210:内径50mm尺寸系列为02、普通级的圆柱滚子轴承。6308 :内径40mm尺寸系列03、普通级的深沟球轴承。6212/P4 :内径60mm尺寸系列02、公差等级为4级的深沟球轴承。30207/P6 :内径35mm尺寸系列02、公差等级为6级的圆锥滚子轴承。51308 :内径40mm尺寸系列13、普通级单向推力

26、球轴承。12-5 如图，转盘上有两个圆孔，其直径和位置为 d1 = 40mm d2= 50mm r1 = 100mm r2 =140mm = 120 , D= 400mm t = 20mm拟在转盘上再制一圆孔使之达到静平衡，要求该孔的转动半径r = 150mm试求该孔的直径及方位角。故可视为平面转动构件的静平衡。分析：转盘上若有圆孔，转盘转动时，会因质量分布不均，导致转盘质心与回转轴线不重 合，而产生离心力。欲使之达静平衡，只需平衡其离心力，再制一圆孔。制圆孔挖去的质量： m= v p = n d2t p /4s- I I.由静平衡条件： gn mzD m3b 0得te b- to-（d；t /4） r1 （ d；t /4） r2 （ dft /4） r3 0d；* dfr2 d；r3 0即X方向：d：riCos30 dCos 0Y方向：di2riSin30 dSin dja 0代入数值：r1 = 100mm di = 40mm r3 = 150mmr2 = 140mm d2 = 50mm22402 100 Cos30 d32 150 Cos 02 2 2402 100 Sin30 d32 150 Sin 502 140 0解得：d3 44.98mm 62.83综上：该孔的直径为 mm , 方位角与水平线成 。