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1、机械设计基础习题讲解 西安理工大学 2013.9 讲解人：王志龙 *2 1-11-2 第一章 平面机构的自由度和速度分析 唧筒（活塞式）机构回转柱塞泵 4 3 1 2 4 1 3 2 4 1 32 *3 1-51-6 局部自由度（滚子），有一处 虚约束（槽的一侧），无复合 铰链 n=6 PL=8 PH=1 F=36-28-1=1 局部自由度（滚子），无复合 铰链、虚约束n=8 PL=11 PH=1 F=38-211-1=1 *4 1-71-8 无复合铰链、局部自由度、虚 约束 n=8 PL=11 PH=0 F=38-211-0=2 1处复合铰链，无局部自由度 、虚约束 n=6 PL=8 PH=
2、1 F=36-28-1=1 *5 1-91-10 有两处虚约束（凸轮、滚子 处槽的一侧），局部自由度1 处，无复合铰链 n=4 PL=4 PH=2 F=34-24-2=2 2处复合铰链，局部自由度、 虚约束各有一处n=9 PL=12 PH=2 F=39-212-2=1 两轴线重合的转动副 只有一个起作用 滚子转动与否不影响 整体的运动 *6 1-111-12 复合铰链一处，无局部自由 度、虚约束n=4 PL=4 PH=2 F=34-24-2=2 题1-12图 机械手 无复合铰链、无局部自由度 、无虚约束 n=3 PL=3 PH=0 F=33-23=3 *7 第二章 平面连杆机构 2-1 a)
3、40+11070+90 且最短杆为机架，因此是双曲柄机构。 b) 45+12070+62 不满足杆长条件，因此是双摇杆机构。 d ) 50+10070+90 且最短杆的对边为机架，因此是双摇杆机构。 (a ) (b ) (c) (d ) 90 7040 110100 120 45 70 62 60 70 50 70 100 10090 判断下列铰链四杆机构是曲柄连杆机构、双曲柄机构还是双摇杆机构？ *8 2-3 画出图所示各机构的传动角和压力角。 重点：同一机构中原动件的改变，可使压力角改变。 *9 2-6 (1) 求极位夹角 ，并确定比例尺 (2) 作 即摇杆的两极限位置 (3)以 为底作直
4、角三角形 (4)作 的外接圆，在圆上取点 A 即可 。 如右图 所示上量取 ， 和机架长度 。则曲柄长度 ， 摇杆长度 ，得知数据后代入公式 (2-3)和 (2-3)，求最小传动 角 （曲柄与机架共线） 设计一曲柄摇杆机构。已知摇杆长度l3=100,摆角 =30，摇杆行程速比系数K=1.2. 1）用图解法确定其余三杆的尺寸；（2）确定最小传动角（若 35，则应另选铰 链重新设计） 第三章 凸轮机构 3-1、题3-1图所示为一偏置直动从动件盘行凸轮机构。已知AB 段为凸轮的推程廓线，使在图上标注推程运动角。 答：以O点做圆心作与道路相切的 圆，此圆即为偏距圆。过B点作此 偏距圆的下切线，此线为凸
5、轮与 从动件在 B 点接触时，导路的方 向线。则推程运动角如图所示。 3-2题3-2图所示为一偏置直动从动件盘行凸轮机构。已知凸轮是 一个以C为圆心的圆盘，试求轮廓上D点与尖顶接触时的压力角， 并作图表示。 解：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。 F V 3-4 设计题3-4图所示偏置直动滚子从动件盘形凸轮。已知凸轮以 等角速度顺时针方向回转，偏置e=10mm，凸轮基圆半径 r0=60mm，滚子半径rT=10mm，从动件的升程及运动规律与题
6、 3-3相同，试用图解法绘出凸轮的轮廓并较核推程压力角。 解题思路：（1）按偏置尖顶直动从动件盘形凸轮的画法首先把滚 子的中心看作尖顶从动件的尖顶绘制出一条轮廓曲线， （2）以这条曲线上的各点为中心，以滚子半径为半 径作一系列的圆， （3）最后作出这些圆的包络线就是滚子从动件凸轮的 实际轮廓曲线。 第四章 齿轮机构 4-1 已知一对外啮合正常齿制标准直齿圆柱齿轮m=3 mm ，z1=19，z2=41，试计算这对齿轮的分度圆直径、齿顶 高、齿根高、顶隙、中心距、齿顶高直径、齿根高直径 、基圆直径，齿距、齿厚和齿槽宽。 解： 分度圆直径：d1=mz1=3x19=57 mm d2=mz2=3x41=
7、123 mm 齿顶高：ha=ha*m=1*3 =3mm 齿根高：hf=（ha*+c*）m=（1+0.25）x3=3.75 mm 顶隙：c=c*m=0.25x3=0.75 mm 中心距：a=（z1+z2）m/2=（19+41）x3/2=90 mm 齿顶圆直径：da1=d1+2ha=63 mm da2=d2+2ha=129 mm 齿根圆直径：df1=d1-2hf=49.5mm df2=d2-2hf=115.5 mm 基圆直径： db1=d1cos=53.56 mm db2=d2cos=115.58 mm 齿距： p1=p2=m=3.14x3=9.42 mm 齿厚，齿槽宽：s1=s2=e1=e2=p
8、/2=4.71 mm（标准） 4-2 已知一外啮合标准直齿圆柱齿轮的标准中心距 a=160 mm，齿数z1=20，z2=60，求模数和分度圆直径。 解：由a=（z1+z2）m/2 得 模数 m=4 mm 则分度圆直径：d1=z1m=80 mm d2=z2m=240 mm 4-4 已知一正常齿制标准直齿圆柱齿轮= 20o ，m=5 mm，z=40，试分别求出分度圆、基圆、齿顶圆上渐开线 齿廓的曲率半径和压力角。 解：分度圆半径：r=mz/2=100 mm 基圆半径：rb=rcos 20o =100xcos 20o =93.97mm *22 第五章 周转轮系及传动比 5-1如下图所示双级涡轮传动中
9、，已知右旋 蜗杆1的转向，试判断涡轮2和涡轮3的转向， 用箭头表示 5-2 如图轮系，Z1=15,Z2=25，Z2=15，Z3=30， Z3=15，Z4=30，Z4=2(右旋)，Z5=60，Z5=20，若 n1=500r/min，求齿条6的线速度v的大小和方向 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。 5-8 如图所示锥齿轮组成的行星轮系中，知Z1=20,Z2=30，Z2=50，Z3=80，n1=50r/min，求 nH的大小和
10、方向 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,H为行星架。 得 与 方向相同 *24 5-9 如图所示差动轮系中，知Z1=30,Z2=25，Z2=20，Z3=75，n1=200r/min(箭头向上)， n3=50r/min(箭头向下),求行星架转速nH的大小和方向。 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，H为行星架。 设齿轮 1方向为正，则 与 方向相同 得 *25 5-10 如图所示机构中，已知Z1=17,Z2=20，Z3=85， Z4=18 Z5=24 Z6=21， Z7=63 求:(1)当n1=10001r/min、n4=
11、10000r/min时, nP=？(2)当n1=n4时, nP=？ (3)当n1=10000r/min、n4=10001r/min时, nP=？ 解： 这是一个混合轮系。其中齿轮 4、5、6、7和由齿轮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H为行星架 。而齿轮1、2 、3组成定轴轮系。在周转轮系中： (1) 在定轴轮系中：(2) 又因为： 联立(1)(2)(3)式可得： (3) (1)当 时 P的转向与齿轮1和4的转向相同 (2)当 时 (3)当 P的转向与齿轮1和4的转向相反 *26 5-13 如图所示汽车后桥差速器中，知Z4=60,Z5=15，Z7=Z3，轮距B=1200mm, 传动轴输入转速n5=250r/min, 当车身左转弯内半径r=2400mm 时，左右 二轮的转速各为若干 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 C转动时，左右 两轮走过的弧长与它们至 C点的距离成正比，即： (1 ) (2 ) 联立(1)(2)两式得到： (3 ) 在定轴轮系中： 3 *27 代入（ 3）式，可知汽车左右轮子的速度分别为 则当：时，
