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1、機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)作業(yè)答案第一章平面機(jī)構(gòu)的自由度和速度分析1 11 21 31 41 5自由度為：F3n(2PLPHP) F37(2910)1211911或：F3n2PLPH3628111 6自由度為F 3n (2PLPHP) F39(21210)11或：F3n2PLPH3821112422111 10自由度為：F3n(2PLPHP)F 310(214122)1302811或：F3n2PLPH39212122724211 11F3n2PLPH3424221 13：求出題1-13 圖導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的全部瞬心和構(gòu)件1、 3 的角速度比。1P14 P133P34 P131P34 P1343P14 P1311 1

2、4：求出題1-14 圖正切機(jī)構(gòu)的全部瞬心。設(shè)110rad / s ，求構(gòu)件 3 的速度 v3 。v3vP131PP 10 2002000mm/ s14131 15：題 1-15圖所示為摩擦行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，設(shè)行星輪2 與構(gòu)件 1、4 保持純滾動(dòng)接觸，試用瞬心法求輪1與輪 2 的角速度比1/2。構(gòu)件 1、 2 的瞬心為P12P24、P14 分別為構(gòu)件2 與構(gòu)件 1 相對(duì)于機(jī)架的絕對(duì)瞬心1P14 P122P24 P121P24 P122r22P14 P12r11 16：題1-16圖所示曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，已知：l AB 100mm / s ， l BC250mm / s ，110rad/ s ，求機(jī)構(gòu)全部瞬

3、心、滑塊速度v3 和連桿角速度 2 。BCABBCA2cosBCA23在三角形 ABC 中，sin， sin，sin 45 0BCA55ACBC310.7mmsinABC， ACsin 450v3vP131 P14 P1310AC tan BCA916.565mm/ s1 P14 P122 P24 P12P14 P12100 102.9rad / s2P24 P1211002 AC1 17：題 1-17 圖所示平底擺動(dòng)從動(dòng)件凸輪1 為半徑 r20 的圓盤，圓盤中心C 與凸輪回轉(zhuǎn)中心的距離l AC 15 mm ， l AB90mm ，110rad / s ，求00 和180 0 時(shí)，從動(dòng)件角速度

4、2 的數(shù)值和方向。00 時(shí)1 P12 P132 P12 P232P12 P13115102rad / sP12P239015方向如圖中所示當(dāng)1800時(shí)P12 43rad / sP12 P2315方向如圖中所示第二章平面連桿機(jī)構(gòu)2-1試根據(jù)題 2-1 圖所注明的尺寸判斷下列鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)是曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、雙曲柄機(jī)構(gòu)還是雙搖桿機(jī)構(gòu)。（ 1）雙曲柄機(jī)構(gòu)（ 2）曲柄搖桿機(jī)構(gòu)（ 3）雙搖桿機(jī)構(gòu)（ 4）雙搖桿機(jī)構(gòu)2-3畫(huà)出題 2-3 圖所示各機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角和壓力角。圖中標(biāo)注箭頭的構(gòu)件為原動(dòng)件。2-4已知某曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的曲柄勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，極位夾角為300，搖桿工作行程需時(shí)7s。試問(wèn)：（ 1）

5、搖桿空回程需時(shí)幾秒？（ 2）曲柄每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)是多少？解：（ 1）根據(jù)題已知條件可得：工作行程曲柄的轉(zhuǎn)角則空回程曲柄的轉(zhuǎn)角1 21002 1500搖桿工作行程用時(shí)7s，則可得到空回程需時(shí)：t215005s( 2100 / 7)（ 2）由前計(jì)算可知，曲柄每轉(zhuǎn)一周需時(shí)12s，則曲柄每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)為n605r122-5 設(shè)計(jì)一腳踏軋棉機(jī)的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，如題2-5 圖所示，要求踏板 CD在水平位置上下各擺 100，且 l CD500mm, l AD 1000mm。（ 1）試用圖解法求曲柄 AB和連桿 BC的長(zhǎng)度；（ 2）用式（ 2-6 ）和式（ 2-6 ）計(jì)算此機(jī)構(gòu)的最小傳動(dòng)角。解：以踏板為主動(dòng)件，所以最小

6、傳動(dòng)角為0 度。2-6 設(shè)計(jì)一曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。已知搖桿長(zhǎng)度l 3 100mm ，擺角30 0 ，搖桿的行程速比變化系數(shù) K1.2。（ 1）用圖解法確定其余三桿的尺寸；（ 2）用式（ 2-6 ）和式（ 2-6 ）確定機(jī)構(gòu)最小傳動(dòng)角min（若min350 ，則應(yīng)另選鉸鏈A 的位置，重新設(shè)計(jì)） 。解：由 K=1.2 可得極位夾角K118000.2180016.3640K12.22-7 設(shè)計(jì)一曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，如題 2-7 圖所示。 已知滑塊的行程 s50mm，偏距 e16mm，行程速度變化系數(shù) K1.2，求曲柄和連桿的長(zhǎng)度。解：由 K=1.2 可得極位夾角K118000.2180016.3640K12.2

7、2-8設(shè)計(jì)一擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。已知機(jī)架長(zhǎng)度l 4100mm ，行程速度變化系數(shù)K1.4 ，求曲柄長(zhǎng)度。解：由 K=1.4 可得極位夾角K118000.41800300K12.42-10設(shè)計(jì)一鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)作為加熱爐爐門的起閉機(jī)構(gòu)。已知爐門上兩活動(dòng)鉸鏈的中心距為50mm，爐門打開(kāi)后成水平位置時(shí)，要求爐門溫度較低的一面朝上（如虛線所示） ，設(shè)固定鉸鏈安裝在 yy 軸線上，其相關(guān)尺寸如題圖 2-10 圖所示，求此鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)其余三桿的長(zhǎng)度。2-12已知某操縱裝置采用鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)。要求兩連架桿的對(duì)應(yīng)位置如題2-12 圖所示，1450 ， 1 52010 ； 1 900 ， 1 82010 ； 1 1350

8、， 1112010 ；機(jī)架長(zhǎng)度 l AD 50mm ，試用解析法求其余三桿長(zhǎng)度。解：由書(shū) 35 頁(yè)圖 2-31 可建立如下方程組：l 1 cosl 2 cosl 4l 3 cosl1 sinl 2 sinl 3 sin消去，并整理可得：cosl 42l 32l12l22l 3 cosl 3 cos2l 1l 4l 1l 4令：l 3（ 1）P1l 4l 3（2）P2l1l 42l 32l12l 22（ 3）P32l1l 4于是可得到cosP3P2 cosP cos()1分別把兩連架桿的三個(gè)對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)角帶入上式， 可得到關(guān)于 P1、P2、P3 由三個(gè)方程組成的方程組?？山獾茫篜10.7333P21.

9、48447P30.20233l 450 ，再由（ 1）、（ 2）、（3），可解得：l 124.700mml 262.887mml 336.667mm第三章凸輪機(jī)構(gòu)3-1題 3-1 圖所示為一偏置直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)，已知AB 段為凸輪的推程廓線，試在圖上標(biāo)注推程運(yùn)動(dòng)角。3-2 題 3-2 圖所示為一偏置直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)， 已知凸輪是一個(gè)以 C點(diǎn)為圓心的圓盤，試求輪廓上 D 點(diǎn)與尖頂接觸是的壓力角，并作圖表示。3-4 設(shè)計(jì)題3-4 圖所示偏置從動(dòng)件盤形凸輪。已知凸輪以等角速度順時(shí)針?lè)较蚧剞D(zhuǎn)，偏距e 10mm，凸輪基圓半徑r060mm，滾子半徑 rr10mm ，從動(dòng)件的升程 h 30mm，

10、15003001200600， s，s，從動(dòng)件在升程和回程均作簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，試用圖解法繪制出凸輪的輪廓并校核推程壓力角。解：（ 1）推程：推程角：1500從動(dòng)件的位移方程：sh (1 cos)2從動(dòng)件的行程： h300050010001500s （ mm）02.0127.9930（ 2）回程：回程角： 120 0h1 cos (s )從動(dòng)件的位移方程：s2004008001200s （ mm）3027.992.010于是可以作出如下的凸輪的理論輪廓曲線，再作一系列的滾子，繪制內(nèi)包絡(luò)線，就得到凸輪的實(shí)際輪廓曲線（略）注：題 3-6、3-7 依次按上述步驟進(jìn)行作圖即可，不同的是：輪機(jī)構(gòu)， 3-7 為一

11、平底直動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)。3-6 為一擺動(dòng)從動(dòng)件盤形凸第四章齒輪機(jī)構(gòu)4-1 已知一對(duì)外嚙合正常齒制標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪m3mm， z119 ， z241 ，試計(jì)算這對(duì)齒輪的分度圓直徑、齒頂高、齒跟高、頂隙、中心距、齒頂圓直徑、齒跟圓直徑、基圓直徑、齒距、齒厚和齒槽寬。解：項(xiàng)目及計(jì)算公式分度圓直徑dmz齒頂高h(yuǎn)aha* m （ ha*1 ）齒跟高h(yuǎn) fh*f m （ haf1.25 ）頂隙c c* m （ c*0.25 ）中心距a(mz1mz2 ) / 2齒頂圓直徑d ad2ha齒跟圓直徑d fd2hf基圓直徑db d cos（200 ）齒距pm齒厚sp / 2齒槽寬ep / 24-2 已知一對(duì)外

12、嚙合標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪的標(biāo)準(zhǔn)中心距求模數(shù)和分度圓直徑。解：由 a(mz1mz2 ) / 2 可得m2a2160320z1 z22060480則其分度圓直徑分別為d1mz14 2080mm齒輪 1齒輪 257123333.753.750.750.75906312949.5115.553.5625115.58229.424.714.71a 160mm，齒數(shù) z120 ，z260 ，d2mz2460240mm4-3 已知一正常齒制標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪的齒數(shù)z25 ，齒頂圓直徑 d a135mm ，求該輪的模數(shù)。解：da22 *(2*)d hamz ha m m zha正常齒制標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪： ha*1則

13、有md a135135z2ha*2525mm274-4 已知一正常齒制標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪20 0 , m 5mm, z 40 ,試分別求出分度圓、基圓、齒頂圓上漸開(kāi)線的曲率半徑和壓力角。解：rmz540mm22100rrcos20093.969mmbrarha* m100 5105mm齒頂圓壓力角：cosrb93.969a0.895ra105a 26.4990基圓壓力角：cos brb1rbb 00分度圓上齒廓曲率半徑：r sin 20034.2mm齒頂圓上齒廓曲率半徑：ara sin 26.4990105 0.4462 46.85mm基圓上齒廓曲率半徑：b04-6已知一對(duì)內(nèi)嚙合正常齒制標(biāo)準(zhǔn)直齒

14、圓柱齒輪m4mm ， z120 ， z260 ，試參照?qǐng)D 4-1b 計(jì)算該對(duì)齒輪的中心距和內(nèi)齒輪的分度圓直徑、齒頂圓直徑和齒跟圓直徑。解：該對(duì)齒輪為內(nèi)嚙合，所以有中心距 am( z2z1 ) / 24(6020) / 280mm齒輪 2 為內(nèi)齒輪，所以有d2mz2460240mmda 2d22ha240242408232mmd f 2d 22h f2402(1.254)24025250mm4-10 試與標(biāo)準(zhǔn)齒輪相比較，說(shuō)明正變位直齒圓柱齒輪的下列參數(shù)：m 、 d 、 d 、s 、 sf 、 h f 、 d f 、 db ，哪些不變？哪些起了變化？變大還是變??？解：不變的參數(shù)m 、 d 、 db

15、增大、 d 、 s 、 s f 、 d f變化減小h f4-11 已 知 一 對(duì) 正 常 齒 漸 開(kāi) 線 標(biāo) 準(zhǔn) 斜 齒 圓 柱 齒 輪 a250mm ， z123 ， z298 ，mn4mm，試計(jì)算其螺旋角、端面模數(shù)、分度圓直徑和齒跟圓直徑。解：對(duì)外嚙合的斜齒輪中心距為a (d1d 2 ) / 2 mtmn (z1 z2 )(z1 z2 ) / 22 cos代入已知參數(shù)可得cos2420.968250所以14.5337 0端面模數(shù)mn4.1322 mmm tcos分度圓直徑分別為d1mtmn z195.0413 mmz1cosd2mtmn z2404.9587 mmz2cos齒頂圓直徑分別為

16、da1d1 2ha d12mn 103.0413 mmda 2d 22had22mn412.9587 mm齒跟圓直徑分別為d f 1d12h fd12.5mn85.0413 mmd f 2d 22h fd 22.5mn394.9587 mm第五章輪系5-1輪在題 5-1 圖所示雙級(jí)蝸輪傳動(dòng)中，已知右旋蝸桿 3 的轉(zhuǎn)向，用箭頭表示。1 的轉(zhuǎn)向如圖所示，試判斷蝸輪2 和蝸5-2在題5-2圖所示輪系中， 已知z115 ，z225 ，z215 ，z330 ，z315 ，z430 ，z4 2 （右旋），z560 ，z5 20(m4mm) ，若n1500r / min，求齒條6 線速度v的大小和方向。解：

17、 i15n1z5 z4 z3 z225 30 30 60n5z1 z2 z3 z42001515152n5n5n15002.5r / min20020022.55rad / s5606012mz542040mmr5 22v65 r5 4010.5mm/ s12方向?yàn)樗较蛴摇?-3 在題 5-3 圖所示鐘表傳動(dòng)示意圖中，E 為擒縱輪， N 為發(fā)條盤， S、 M 、H 分別為秒針、分針、時(shí)針。設(shè) z172 ，z212 ，z364 ，z4 8 ，z5 60 ，z68 ，z760 ，z8 6 ，z98 ， z1024 ， z116 ， z1224 ，求秒針與分針的傳動(dòng)比i SM 和分針與時(shí)針的傳動(dòng)比

18、i MH 。解：為定軸輪系注意各輪轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系：n2n3n9nMn12nHn7n6nSn4n5n4z3得到 n6z3z5n3z4n3z4z6n6z5n5z6則有nSn660i SMn3nMnMn9z10z1212i MHn12z9z11nH5-6 在題 5-6圖所示液壓回轉(zhuǎn)臺(tái)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中，已知z2 15 ，液壓馬達(dá)M 的轉(zhuǎn)速nM12r / min ， 回 轉(zhuǎn) 臺(tái) H 的 轉(zhuǎn) 速 nH1.5r/ min ， 求 齒 輪 1 的 齒 數(shù) （ 提 示 ：nMn2 nH ）。Hn2nHnM12 z1z1解： i 21n1nH0 nH1.5 z215z11205-9 在題 5-9圖所示差動(dòng)輪系中， 已

19、知各輪的齒數(shù)z1 30 ， z225 ， z2 20 ， z3 75 ，齒輪 1 的轉(zhuǎn)速為 200r / min （箭頭向上），齒輪3 的轉(zhuǎn)速為 50r/ min （箭頭向下），求行星架轉(zhuǎn)速 nH 的大小和方向。解：在轉(zhuǎn)化輪系中，各輪的轉(zhuǎn)向如圖中虛線箭頭所示，則有Hn1nHz2 z325 7525i13n3nHz1z2 30 208在圖中，從給定的條件可知，輪1 和輪 3 的絕對(duì)轉(zhuǎn)向相反，已n1 的值為正， n3 的值為負(fù)，代入上式中，則有200nH2550nH8即 16008nH 25 50 25nH于是解得nH3503310.61r / min其值為正，說(shuō)明H 的轉(zhuǎn)向與輪1 的轉(zhuǎn)向相同。5

20、-10在題5-10圖所示機(jī)構(gòu)中，已知 z117 ， z220 ， z385 ， z418 ， z524 ，z621 ， z763 ，求：（ 1）當(dāng) n110001r / min 、 n410000r/ min 時(shí)， n p?（ 2）當(dāng) n1n4 時(shí)， n p ?（ 3）當(dāng) n110000r / min 、 n410001r/ min 時(shí)， n p?解：該輪系為一復(fù)合（混合）輪系（ 1）有 1、 2、3 構(gòu)成定軸輪系，則有n1( 1)2 z2 z3z385i13z1 z2z15n317即 n3n15（ 2）由 3（ H）、 4、5、 6、 7 構(gòu)成周轉(zhuǎn)輪系易知 n3 nHHn4nHn4n3( 1

21、)1 z5 z724 63i 47n7nHn7n3z4 z6418 21即 n4 n3 4n3 4n75n3n4n74聯(lián)立定軸輪系n15n3則 n7即 nP當(dāng) n1當(dāng) n1當(dāng) n1n1n44n1n4410001r / min ， n410000r / min 時(shí)， nP0.25r / minn4 時(shí)， nP 010000 r / min ， n410001r / min 時(shí)， nP0.25r / min第七章機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度波動(dòng)的調(diào)節(jié)7-2在電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的剪床中，已知作用在剪床主軸上的阻力矩M 的變化規(guī)律如題7-2 圖所示。設(shè)驅(qū)動(dòng)力矩M 等于常數(shù)，剪床主軸轉(zhuǎn)速為60r / min ，機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度不均

22、勻系數(shù)0.15。求：（ 1）驅(qū)動(dòng)力矩 M 的數(shù)值；（ 2）安裝在主軸上的飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。解：（ 1）按一個(gè)周期中（一運(yùn)動(dòng)循環(huán)）阻力矩和驅(qū)動(dòng)力矩做功相等，有3160012 M 200(200 1600)4242M 150 200450112.5 462.5Nm3504（ 2）分三個(gè)區(qū)間第一區(qū)間盈功：A1412.334第二區(qū)間虧功：A21256.107第三區(qū)間盈功：A3844.048畫(huà)出能量指示圖：則最大盈虧功為：A max A1 A3A21256.107JAmax212.1174Kg2則飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為2mm7-3 為什么本章介紹的飛輪設(shè)計(jì)方法稱為近似方法？試說(shuō)明哪些因素影響飛輪設(shè)計(jì)的精確性。解：

23、因在本章所討論的飛輪設(shè)計(jì)中，用的是算術(shù)平均值代替的實(shí)際平均值，對(duì)速度不均勻系數(shù)的選擇也只是在它的容許范圍內(nèi)選擇，還有，在計(jì)算時(shí)忽略了其他構(gòu)件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，也忽略了其他構(gòu)件的動(dòng)能影響。所以是近似計(jì)算。7-5 設(shè)某機(jī)組發(fā)動(dòng)機(jī)供給的驅(qū)動(dòng)力矩1000m （即驅(qū)動(dòng)力矩與瞬時(shí)角速度成反比），M N阻力矩 M 變化如題 7-5圖所示， t10.1s， t20.9s ，若忽略其他構(gòu)件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，求在 max 134rad / s ，min116rad/ s 狀態(tài)下飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。解：用平均角速度處理m134 116 125rad / s2兩時(shí)間段的轉(zhuǎn)角t10.1s：1t20.9s：112.5rad112.5ra

24、d則在 0 0.1s 之間A10. 112.510000(M M)dt0(M M )d8012.5900125則在 0.1 0.9s之間A10. 9112.510000.1( M M )dt(M M )d010080012.5125則最大盈虧功為A max900由 A max1 J ( max2min2) 可得2J29001800180020.4Kgm213421162179561345645005第 8 章回轉(zhuǎn)件的平衡8-1 某汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子質(zhì)量為1t，由于材質(zhì)不均勻及葉片安裝誤差致使質(zhì)心偏離回轉(zhuǎn)軸線0.5mm，當(dāng)該轉(zhuǎn)子以5000r/min 的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，其離心力有多大？離心力是它本身重力的幾倍

25、？解：離心力為：Fmr 2mr(50002) 2137077.78N60離心力與重力之比為：FF137077.7813.7Gmg100008-4 如圖所示盤形回轉(zhuǎn)件，經(jīng)靜平衡試驗(yàn)得知，其不平衡質(zhì)徑積mr 等于 1.5kg m ，方向沿OA 。由于結(jié)構(gòu)限制，不允許在與OA 相反方向上加平衡質(zhì)量，只允許在OC 和 OD 方向各加一個(gè)質(zhì)徑積來(lái)進(jìn)行平衡。求mC rC 和 mD r D 的數(shù)值。解：依題意可得：mC rC cos300mD rD cos600mrmC rC sin 300mD rD sin 600于是可解得：mrmD rD000.75kg msin 60 cos30cos60 00sin

26、 30sin 600mC rCmD rD sin 3001.299kg m8-5如圖所示盤形回轉(zhuǎn)件上有4 個(gè)偏置質(zhì)量，已知m1 10kg ， m2 14 kg ， m3 16kg ，m410kg ， r1 50mm ， r2 100mm， r375mm ， r450mm ，設(shè)所有不平衡質(zhì)量分布在同一回轉(zhuǎn)面內(nèi)，問(wèn)應(yīng)在什么方位、加多大的平衡質(zhì)徑積才能達(dá)到平衡？解：各偏心質(zhì)量產(chǎn)生的質(zhì)徑積分別為：m1r11050500kg mmm2 r2141001400kg mmm3r316751200kg mmm4 r41050500kg mm于是不平衡質(zhì)徑積的向量和為：mb rb700290021140kg m

27、m1.14kg m70arctg37.875即應(yīng)在圖示反方向的方位加上質(zhì)徑積1140kg mm ，回轉(zhuǎn)件才能達(dá)到平衡。第 10章連接10-4解：設(shè)螺旋副的升角為，當(dāng)量摩擦角為 ，當(dāng)量摩擦系數(shù)用f 表示np4 10tg0.196d265則11.0830已知f 0.1，則 tg f 0.1 ，5.71060（ 1）工作臺(tái)上升的效率為Fa Stg0.6494464.9%2Ttg ( )（ 2）穩(wěn)定上升時(shí)加于螺桿上的力矩為TFad2tg ( )100 10365103 tg16.7936 0980.85N22（ 3）螺桿的導(dǎo)程為Snp40mm則可得螺桿的轉(zhuǎn)速為：n80020r / min40螺桿所需的功率為：PT980.85202980.852326.95 22.05kW603（ 4）工作臺(tái)在 Fa 作用下等速下降，因 ，該螺旋副不具有自鎖性，所以需要制動(dòng)裝置。加于螺桿上的制動(dòng)力矩為：T d2tg ( )10010365103tg (11.08305.71060) 305.636N