机械设计基础课后习题答案课件

机械设计基础习题答案1、平面机构及其自由度1、如图 a 所示为一简易冲床的初拟设计方案，设计者的思路是：动力由齿轮 1 输入，使轴 A 连续回转；而固装在轴 A 上的凸轮 2 与杠杆 3 组成的凸轮机构将使冲头 4 上下运动 以达到冲压的目的。试绘出其机构运动简图（各尺寸由图上量取），分析其是否能实现设计 意图？并提出修改方案。解1）取比例尺 l 绘制其机构运动简图（图 b）。图 b）2分析其是否能实现设计意图。由图 b 可知，n 3，pl 4，ph 1，p 0，F 0故：F 3n(2 pl ph p)F 33(2 4 1 0)0 0因此，此简单冲床根本不能运动（即由构件 3、4 与机架 5 和运动副 B、C、D 组 成不能运动的刚性桁架），故需要增加机构的自由度。3提出修改方案（图 c）。为了使此机构能运动，应增加机构的自由度（其方法是：可以在机构的适当位置增 加一个活动构件和一个低副，或者用一个高副去代替一个低副，其修改方案很多，图 c 给出了其中两种方案）。-1-机械设计基础习题答案图 c1）图 c2）2、试画出图示平面机构的运动简图，并计算其自由度。解：n 3，pl 4，ph 0，F 3n 2 pl ph 1解：n 4，pl 5，ph 1，F 3n 2 pl ph 13、计算图示平面机构的自由度。解：n 7，pl 10，ph 0，F 3n 2 pl ph 1-2-机械设计基础习题答案解：n 8，pl 11，ph 1，F 3n 2 pl ph 1，局部自由度解：n 9，pl 12，ph 2，F 3n 2 pl ph 1解：D,E,FG 与 D，H，J，I 为对称结构，去除左边或者右边部分，可得，活动构件总数为7，其中转动副总数为 8，移动副总数为 2，高副数为 0，机构自由度为 1。（其中 E、D 及 H 均为复合铰链）-3-机械设计基础习题答案4、试求图示各机构在图示位置时全部瞬心的位置（用符号 Pij 直接标注在图上）。平面连杆机构及其设计1、在图示铰链四杆机构中，已知：lBC=50mm，lCD=35mm，l AD=30mm，AD 为机架，1）若此机构为曲柄摇杆机构，且 AB 为曲柄，求l AB 的最大值；-4-5-机械设计基础习题答案2若此机构为双曲柄机构，求l AB 的范围；3若此机构为双摇杆机构，求l AB 的范围。解：1）AB 为最短杆lAB lBC lCD lADlAB 15mmmax2）AD 为最短杆，若lAB lBClAD lBC lCD lABlAB 45mm若lAB lBClAD lAB lBC lCDlAB 55mm3)lAB 为最短杆lAB lBC lCD lAD，lAB 15mmlAB lADlAD lBC lAB lCDlAB 45mmlAD lAB lBC lCDlAB 为最短杆lAB 55mm由四杆装配条件 lAB lAD lBC lCD 115mm2、在图示的铰链四杆机构中，各杆的长度为 a=28mm，b=52mm，c=50mm，d=72mm。试问此为何种机构？请用作图法求出此机构的极位夹角，杆CD 的最大摆角，计算行程 速度比系数 K。解 1）作出机构的两个 极位，由图中量得 18.6 70.62）求行程速比系数K 180 1.23180 3）作出此机构传动角最小的位置，量得 min 22.7机械设计基础习题答案此机构为 曲柄摇杆机构3、画出各机构的压力角传动角。箭头标注的构件为原动件。4、现欲设计一铰链四杆机构，已知其摇杆CD 的长lCD=75mm，行程速比系数 K=1.5，机架 AD 的长度为l AD=100mm，又知摇杆的一个极限位置与机架间的夹角为 45，试求其曲柄的长度l AB 和连杆的长lBC。（有两个解）16.36180 K180 K解：先计算 并取 l 作图，可得两个解1lAB l(AC2 AC1)/2 2(84.5 35)/2 49.5mmlBC l(AC2 AC1)/2 2(84.5 35)/2 119.5mm2lAB l(AC1 AC2)/2 2(35 13)/2 22mmlBC l(AC1 AC2)/2 2(35 13)/2 48mm-6-机械设计基础习题答案凸轮机构及其设计1、已知一偏置尖顶推杆盘形凸轮机构如图所示，试用作图法求其推杆的位移曲线。解以同一比例尺 l=1mm/mm 作推杆的位移线图如下所示。2、试以作图法设计一偏置直动滚子推杆盘形凸轮机构的凸轮轮廓曲线。已知凸轮以等 角速度逆时针回转，正偏距e=10mm，基圆半径 r0=30mm，滚子半径 rr=10mm。推杆运动规律为：凸轮转角=0150，推杆等速上升 16mm；=150180，推杆不动；=180300 时，推杆等加速等减速回程 16mm;=300360时，推杆不动。解推杆在推程段及回程段运动规律的位移方程为：1）推程：s h/0，(0 150)2022）回程：等加速段 s h 2h/，(0 60)2200等减速段 s 2h()/，(60 120)-7-机械设计基础习题答案取 l=1mm/mm 作图如下：计算各分点得位移值如下：总转角0153045607590105120135150165s01.63.24.86.489.611.212.814.41616180195210225240255270285300315330360s1615.51411.584.520.500003、在图示凸轮机构中，凸轮为偏心轮，转向如图。E、F 为凸轮与滚子的两个接触点，试在图上标出：1）从 E 点接触到 F 点接触凸轮所转过的角度；2）F 点接触时的从动件压力角；3由 E 点接触到 F 点接触从动件的位移 s；4画出凸轮理论轮廓曲线和基圆。-8-机械设计基础习题答案齿轮机构1、设有一渐开线标准齿轮 z=20,m=8mm,=20,ha=1,试求：其齿廓曲线在分度圆及齿顶圆压力角 a。aad m(z 2h*)8(20 2 1)176mm及齿顶圆上的曲率半径 、a解：求 、a、ad mz 8 20 160mmdb d cos a 160 cos 20 150.36mm rbtga 75.175tg 20 27.36mma cos1(r/r)cos1(75.175/88)3119.3abaa rbtga 75.175tg 3119.3 45.75mm2、已知一对外啮合标准直齿圆柱齿轮的标准中心距 a=160mm，齿数 z1=20，z2=60，求 模数和分度圆直径 d1、d2。解：1-9-a m(Z1 Z2)m 4mm 2d1 mZ1 4 20 80mm d2 mZ2 4 60 240mmn3、设已知一对斜齿轮传动，z1=20,z2=40,m=8mm,nann =20,h=1,c=0.25,B=30mm,机械设计基础习题答案初取=15，试求该传动的中心距 a(a 值应圆整为个位数为 0 或 5，并相应重算螺旋角 )、几何尺寸、当量齿数和重合度。解 1）计算中心距 a12(z z)8(20 40)248.466初取 15，则a mn2 cos 2 cos15取 a 250mm，则 arccos mn(z1 z2)arccos 8(20 40)161537 2a2 2502）计算几何尺寸及当量齿数尺寸名称小齿轮大齿轮分度圆直径d1 mn z1/cos 166.67mmd2 333.33mm齿顶圆直径da1 d1 2ha 182.67mmda2 349.33齿根圆直径d f 1 d1 2hf 146.67mmd f 2 313.33基圆直径db1 d1 cost 155.85mmdb2 311.69mm齿顶高、齿根高h h*m 8mmaa nh (h*c*)m 10mmaan法面及端面齿厚sn mn/2 12.57mmst mn/(2cos )13.09mm法面及端面齿距pn mn 25.14mmpt pn cos 26.19mm当量齿数z z cos3 22.61v11z zcos3 22.61v223）计算重合度t arctg(tgn/cos )arctg(tg 20/cos161537 )204549 at1 arccos(db1/da2)arccos(155.84/182.67)312649 at2 arccos(db2/da2)arccos(311.69/349.33)265033 2-10-z1(tg1 tgt)z2(tg 2 tgt)20(tg 312649 tg 204549 )40(tg 265033 tg 204549 )1.592 B sin /mn 30sin161537 /8 0.332 1.59 0.332 1.924、已知一对等顶隙收缩齿标准直齿圆锥齿轮传动，齿数 z1=20，z2=38，模数 m=4mm，分度圆压力角=20,齿顶高系数 h =1，齿顶间隙系数 c =0.2，轴交角=90。a机械设计基础习题答案求两锥齿轮的齿顶圆锥角a1、a2 及其它主要尺寸。121zz解：齿顶圆锥角：arcctg 62.2421，90 27.76aa齿顶高：h h*m 4mm齿根高：h (h*c*)m 4.8mmfa轮系及其设计1、如图所示为一手摇提升装置，其中各轮齿数均已知，试求传动比 i15,指出当提升重 物时手柄的转向（在图中用箭头标出）。解此轮系为 空间定轴轮系15 50 30 40 52 20 15 118 577.781 2 3 4z z z z z2 z3 z4 z5i32d1 d2d2、在图示齿轮系中，已知 z1=z2=19，z3=26，z4=30，z4=20，z5=78，齿轮 1 与齿轮 3 同轴 线，求齿轮 3 的齿数及传动比 i15。解：mZ3 d3Z1 2Z2 Z3Z3 571 2 3 415Z Z ZZZ Z Z Zi (1)2 2 3 4 5 13.53、在图示的行星减速装置中，已知 z1=z2=17，z3=51。当手柄转过 90时转盘 H 转过多少度？1 22 313 3 Z ZZ Z0 nn n解：iH1HH题图 5-2-11-机械设计基础习题答案n1 4，故手柄转过 90 度时，转盘 H 转过 22.5 度nH4、在图示的差动齿轮系中，已知各轮齿数 z1=15，z2=25，z2=20，z3=60。若 n1=200r/min，n3=50r/min，且转向相同，试求行星架 H 的转速 nH。2 12 31315 20(1)5(1)HH3H1HHZZ50 nn nn nZ Z200 n25 60解：inH 751 314Z Z36 23i Z2 Z4 60 49 3.551（转向见图）在 4567 行星轮系中44746Z69i 1 i7 1 Z6 1 131 2.899在 789H 行星轮系中16779Z94Zi 1 i 1 1 2.777H7 H79i1H i14 i47 i7 H 3.551 2.899 2.777 28.587故 nH n1 i1H 3549/28.587 124.15(r/min)，其转向与轮 4 转向相同其他常用机构及动力分析1、已知槽轮机构的槽数 z=5，拨盘的圆销数 K=1，转速 n1=75 r/min，求槽轮的运动时间 tm和静止时间 ts。t2zmtm(z 2)解：0.3，t 0.24s，t 0.56s题图 5-65、在图示的复合轮系中，设已知 n1=3549r/min，又各轮齿数为z，1=36,z2=60,z3=23，z4=49,z4=69,z5=31,z6=131,z7=94,z8=36,z9=167,试求行星架 H 的转速 nH（大小及转向）？解：此轮系是一个复合轮系 在 12（3）4 定轴轮系中：-12-机械设计基础习题答案2、在图 a 所示的盘形转子中，有四个偏心质量位于同一回转平面内，其大小及回转半径 分别为 m1=5kg,m2=7kg,m3=8kg,m4=10kg;r1=r4=10cm,r2=20cm,r3=15cm，方位如图 a 所示。又设 平衡质量 mb 的回转半径 rb=15cm。试求平衡质量 mb 的大小及方位