新版《機械設計基礎》后習題參考答案.doc

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B處存在局部自由度，G、G'處存在虛約束。 f) n=9; Pl=12; Ph=2，F(xiàn)=3′9 -2 ′12-2 = 1 C處存在局部自由度，I處存在復合鉸鏈。 2-6計算自由度 F=3*9-2*12=3 F=3*4-2*4-2=2 2-7判斷是否具有確定運動。 F=3*5-2*7=1，有確定運動 F=3*5-2*7=1，有兩個主動見，無確定運動 第3章 平面連桿機構(gòu) 3-2 舉出至少3個基本型式的平面四桿機構(gòu)應用實例，并畫出機構(gòu)運動簡圖。 解：此題須畫出機構(gòu)簡圖，標出各鉸鏈點及原動件，具體答案根據(jù)實際情況。 3-3題3-3圖所示鉸鏈四桿機構(gòu)中，已知 BC=100mm， CD=70mm， AD=60mm，AD為機架。試問：（1）若此機構(gòu)為曲柄搖桿機構(gòu)，且AB為曲柄，求AB的最大值；（2）若此機構(gòu)為雙曲柄機構(gòu)，求AB最小值；（3）若此機構(gòu)為雙搖桿機構(gòu)，求AB的取值范圍。 （1）AB≤30mm （2）AB≥90mm （3）AB∈(30,90)∪(110,230) 解：（1）根據(jù)題意：AB為最短桿，且滿足桿長之和條件，即： AB+ BC≤CD+ AD，得：AB≤30mm，AB桿最大值為30 mm。 （2）若此機構(gòu)為雙曲柄機構(gòu)，那么AD一定為最短桿，即： AD+ BC≤CD+ AB，得：AB≥90mm，AB桿最小值為90 mm。 （3）若此機構(gòu)為雙搖桿機構(gòu)，則可判定該機構(gòu)不滿足桿長之和條件， 分三種情況討論，其一：AB是最短桿，則有：AB+ BC＞CD+ AD， 得：60＞AB＞30；其二：AB不是最短桿也不是最長桿，則AD為最短桿，有：AD+ BC＞AB+ CD，得：90＞AB＞60；其三：AB是最長桿，則有： AD+ AB＞BC+ CD，得：AB＞110，又為了滿足該機構(gòu)能成為一個四桿機構(gòu)，需保證： AB＜BC+ CD+ AD=230，即230＞AB＞110。 綜上所述，AB的取值范圍為：AB∈(30,90)∪(110,230)。 3-4解：傳動角，， 傳動角+壓力角=90°，故壓力角：，， 極位夾角，。 3-5解：（1）曲柄搖桿機構(gòu)； （2）雙曲柄機構(gòu)； （3）雙搖桿機構(gòu)。 3-7 如題3-7圖所示的曲柄滑塊機構(gòu)： （1）曲柄為主動件，滑塊朝右運動為工作行程，試確定曲柄的合理轉(zhuǎn)向，并簡述其理由； （2）當曲柄為主動件時，畫出極位夾角q，最小傳動角g min。 θ B′ B〞 B1 B2 A B C （3）設滑塊為主動件，試用作圖法確定該機構(gòu)的死點位置； 解：（1）曲柄應為順時針轉(zhuǎn)動，理由可從兩方面說明：順時針轉(zhuǎn)動，則在工作行程中，機構(gòu)的壓力角比較小，傳力特性好；順時針轉(zhuǎn)動，機構(gòu)工作行程速度慢，回行程速度快，具有急回特性。 （2）極位夾角如圖θ角；當曲柄AB位于最上方B′處有工作行程最小傳動角g min；當曲柄AB位于最下方B〞處有回行程最小傳動角g min。 （3）滑塊為主動件，機構(gòu)的死點位置在曲柄與連桿共線的B1 和B2 兩個位置處。 第4章 凸輪機構(gòu) 4-8在題4-8圖所示的對心直動滾子從動件盤形凸輪機構(gòu)中，凸輪的實際廓線為一圓，圓心在點A，半徑R=40 mm，凸輪繞軸心O逆時針方向轉(zhuǎn)動，LOA=25 mm，滾子半徑為10 mm，試求：①凸輪的理論廓線；②凸輪的基圓半徑；③從動件行程；④圖示位置的壓力角。 α 解：（1）理論廓線：在實際廓線上畫一系列滾子圓，連接圓心而成。 （2）凸輪的基圓半徑指理論廓線的最小向徑：r0=40-25+10=25 mm。 （3）從動件行程最大向徑減去最小向徑：h=40+25-15=50 mm。 （4）壓力角如圖所示。 4-13畫出題4-13圖所示凸輪機構(gòu)中凸輪基圓,在圖上標出凸輪由圖示位置轉(zhuǎn)過60°角時從動件的位移和凸輪的壓力角。 解：（a）對心直動滾子從動件盤形凸輪機構(gòu)：從動件上升，位移如圖中h所示；壓力角如圖α 所示； （b）對心直動平底從動件盤形凸輪機構(gòu)：從動件下降，位移如圖中h所示；壓力角α=0°； （c）擺動從動件盤形凸輪機構(gòu)：從動件與機架之間的夾角減小，角位移為：ψ0—ψ1；壓力角如圖α所示。 α=0° α α ψ1 ψ0 v F h h F v F 第5章 齒輪機構(gòu) 5-1已知一對外嚙合正常齒制標準直齒圓柱齒輪在標準中心距下傳動，傳動比i12=3.6，模數(shù)m=6mm，壓力角α=20°，中心距a=345 mm，試分別求出小齒輪的齒數(shù)z1，分度圓直徑d1、基圓直徑db1、齒厚s和齒槽寬e。 解：，代入數(shù)據(jù)可得：z1=25 ，， 5-4 當漸開線標準直齒圓柱齒輪的基圓和齒根圓重合時，其齒數(shù)應為多少？又當齒數(shù)大于以上求得的齒數(shù)時，基圓與齒根圓哪個大？ 解：當基圓與齒根圓重合時，由可得： 得 若可導出：，即，齒根圓大于基圓。 5-8 設有一對外嚙合圓柱齒輪，已知：mn=2 mm，齒數(shù)z1=21，z2 =22，中心距a=45mm，現(xiàn)不用變位齒輪而用斜齒輪來湊中心距，試問螺旋角應為多少？ 解：斜齒輪中心距 所以 故 5-10 試設計一對外嚙合圓柱齒輪，已知z1=21，z2=32，mn=2mm，實際中心距為55mm，試問： （1）該對齒輪能否采用標準直齒圓柱齒輪傳動？ （2）若采用標準斜齒圓柱齒輪傳動來滿足中心距要求，其分度圓螺旋角b、分度圓直徑d1、d2和節(jié)圓直徑d1′、d2′各為若干？ 解：（1）不能。若采用標準直齒圓柱齒輪傳動，其中心距，與所給實際中心距不相等。 （2）斜齒輪中心距，所以 故 分度圓直徑為：， 標準斜齒齒輪傳動，未采用變位，其節(jié)圓與分度圓重合，故：，。 第6章 齒輪系 6-7在題6-7圖所示輪系中，已知齒輪1轉(zhuǎn)向如圖所示，n1= 405 r/min。各輪齒數(shù)為：z1===20，z2=z3=z5=30，z4=z6=60，試求：(1) 傳動比；(2) 齒輪6的轉(zhuǎn)速n6的大小及轉(zhuǎn)動方向。 解：(1) 此為定軸輪系，先判定方向，首末兩輪轉(zhuǎn)向相反， 傳動比為： （2） 6-9在題6-9圖所示的一手搖提升裝置中，已知各輪齒數(shù)，試求傳動比i15，并指出提升重物時手柄的轉(zhuǎn)向。 解：此為定軸輪系，先判定方向，提升重物時，齒輪5逆時針轉(zhuǎn)動；蝸輪4順時針轉(zhuǎn)動，在嚙合點處受力與速度向上，則蝸桿在嚙合點處受力向下，又蝸桿右旋，對蝸桿用右手定則，判定其轉(zhuǎn)動方向為由右指向左；錐齒輪2'方向向上；最后得出齒輪1方向向上。 傳動比 6-10題6-10圖(a)、(b)分別為兩個不同結(jié)構(gòu)的錐齒輪周轉(zhuǎn)輪系，已知z1=20，z2=24，=30，z3=40，n1=200 r/min，n3=-100 r/min。試求兩輪系中行星架H的轉(zhuǎn)速nH的大小和方向。 解：(a) ，代入已知數(shù)據(jù)得：； (b) ，代入已知數(shù)據(jù)得：。 6-11在題6-11圖所示的手動葫蘆中，A為手動鏈輪，B為起重鏈輪。已知z1=12，z2=28，=14，z3=54，求傳動比iAB。 解：齒輪1與手動鏈輪A相連，系桿H與起重鏈輪B相連，求傳動比iAB即為求i1H。掛鉤不動，可看作機架。 此為周轉(zhuǎn)輪系中的行星輪系（中心輪3固定），其轉(zhuǎn)化輪系的傳動比為： 將代入得：iAB=i1H =10。 6-12在圖6-12所示的電動三爪自定心卡盤傳動輪系中，設已知各輪的齒數(shù)為, ，，，試求傳動比。 解：該輪系為3K-H型周轉(zhuǎn)輪系，固定系桿H，轉(zhuǎn)化為定軸輪系。 對1-2-3-H可得： 對3-2-2'-4-H可得： 所以 輪1與輪4 轉(zhuǎn)向相反。 注：此題有多種解法，請思考。 第9章 連接 9-1解: 由教材表9-1、表9-2查得 　　 ，粗牙，螺距，中徑 　　　螺紋升角　　 　　，細牙，螺距 ，中徑 螺紋升角 　　對于相同公稱直徑的粗牙螺紋和細牙螺紋，細牙螺紋的升角較小，更易實現(xiàn)自鎖。 第10章 齒輪傳動 10-8 如圖所示為二級斜齒圓柱齒輪減速器，已知主動軸的轉(zhuǎn)速和斜齒輪“4”的螺旋線方向（圖示）。為使得II軸所受的軸向力較小，試分析確定： 1 2 I軸 （主動） II軸 4 3 III軸 題10-8圖 （1）其余斜齒輪的合理螺旋線方向； （2）各齒輪在嚙合點所受各分力的方向。 解：根據(jù)I軸的轉(zhuǎn)向，畫出II軸和III軸的轉(zhuǎn)向如圖。 Fa3 Fr3 Ft3 （1） 齒輪4為右旋，齒輪3為左旋，對3用左手定則，判斷其軸向力方向向右，則齒輪2所受的軸向力的方向應向左，齒輪1所受的軸向力的方向應向右，對齒輪1用左右手定則判斷出其應為右旋，則齒輪2為左旋。如圖所示。 Fr1 （2）如圖標出了齒輪1和齒輪3的受力，包括徑向力、圓周力 和軸向力Fa1 ；齒輪2和齒輪4的受力分別與1、3各力成反力， 大 小相等，方向相反，圖Ft1 中簡化未標出。（自己補上） 10-9 一直齒圓錐齒輪—斜齒圓柱齒輪傳動系統(tǒng)如圖所示。已知主動軸的轉(zhuǎn)速，為使得II軸所受的軸向力較小，試分析確定： （1）斜齒輪的合理螺旋線方向； （2）各齒輪在嚙合點所受各分力的方向。 3 4 I軸（主動） III軸 II軸 1 2 題10-9圖 解：（1）根據(jù)I軸的轉(zhuǎn)向，畫出II軸和III軸的轉(zhuǎn)向如圖。錐齒輪2所受的軸向力的方向向左(由小端指向大端)，則斜齒輪3所受的軸向力的方向應向右，對齒輪3用左右手定則判斷出其應為右旋，則齒輪4為左旋。如圖所示。 Fa3 Ft3 Fr3 Ft1 Fa2 Fr2 Fr1 Fa1 （2）如圖標出了齒輪1、齒輪2和齒輪3的受力，齒輪4各力與3成反力，圖中簡化未標出。 Ft2 第11章 蝸桿傳動 11-4 題11-4圖所示為某手動簡單起重設備，按圖示方向轉(zhuǎn)動蝸桿，提升重物G。試確定：（1）蝸桿與蝸輪螺旋線方向；（2）蝸桿與蝸輪上作用力的方向；（3）若蝸桿自鎖，反轉(zhuǎn)手柄使重物下降，求蝸輪上作用力方向的變化。 解：（1）重物上升，即蝸輪2為順時針轉(zhuǎn)動，即2所受到的圓周力的方向向右，則蝸桿1所受的軸向力的方向應向左，對蝸桿1用左右手定則判斷出其應為右旋，則蝸輪2也為右旋。 （2）蝸桿與蝸輪上作用力的方向如圖所示。（3）若蝸桿自鎖，反轉(zhuǎn)手柄使重物下降，蝸輪上的作用力：徑向力方向不變，圓周力和軸向力方向與原來相反。 Fr2 Ft1 Fa2 Fr1 Fa1 Ft2 11-5 如題11-5圖所示為蝸桿傳動和錐齒輪傳動的組合，已知輸出軸上的錐齒輪4的轉(zhuǎn)向，（1）欲使Ⅱ軸所受軸向力互相抵消一部分，試確定蝸桿傳動的螺旋線方向和蝸桿的轉(zhuǎn)向；（2）各輪嚙合點處所受作用力的方向。 解：（1）根據(jù)III軸的轉(zhuǎn)向，畫出II軸的轉(zhuǎn)向如圖。錐齒輪3所受的軸向力的方向向左(由小端指向大端)，則蝸輪2所受的軸向力的方向應向右，即蝸桿1所受的圓周力方向向左，根據(jù)主反從同，則蝸桿1應為逆時針轉(zhuǎn)動；又根據(jù)蝸輪2的轉(zhuǎn)動方向知蝸輪2的圓周力方向向內(nèi)，則蝸桿1的軸向力方向向外，對蝸桿1用左右手定則判斷出其應為右旋，則蝸輪3也為右旋。I （2）如圖標出了蝸桿1和錐齒輪3的受力，其余齒輪受力簡化未標出，自己補上。 Fa1 Ft1 Fr1 Ft3 Fa3 Fr3 題11-5圖 第12章 帶傳動 12-1帶傳動中的彈性滑動與打滑有何區(qū)別？對傳動有何影響？影響打滑的因素有哪些？如何避免打滑？ 解: 彈性滑動是由于帶的彈性變形和拉力差而引起的帶與帶輪之間的局部滑動；打滑是因為過載引起的帶與帶輪之間的整體滑動。彈性滑動是帶傳動中不可避免的固有現(xiàn)象，而打滑是帶傳動的一種失效形式，是應當避免，也可以避免的。影響打滑的因素包括：帶和帶輪間的摩擦系數(shù)、包角、初拉力、帶的類型等，增大摩擦系數(shù)、包角、初拉力，選用V帶代替平帶等，可以避免打滑。 12-2 V帶傳動為什么比平帶傳動承載能力大？ 解: V帶截面形狀為梯形，兩側(cè)面為工作面，靠帶的兩側(cè)面與輪槽側(cè)面壓緊產(chǎn)生摩擦力。與平帶傳動比較，當帶對帶輪的壓力相同時，V帶傳動的當量摩擦系數(shù)大，因此產(chǎn)生的摩擦力大，故其承載能力更大。 12-3 傳動帶工作時有哪些應力？這些應力是如何分布的？最大應力點在何處？ 解: 帶工作時，帶中應力由三部分組成：（1）由緊邊和松邊拉力產(chǎn)生的拉應力，分別分布在帶的緊邊和松邊；（2）由離心力產(chǎn)生的離心拉應力，離心力只發(fā)生在帶作圓周運動的部分，但由此引起的拉力卻作用在帶的全長上。（3）彎曲應力，彎曲應力只產(chǎn)生在帶繞過帶輪的部分。帶的最在應力發(fā)生在緊邊開始繞進小帶輪處。 12-4 帶和帶輪的摩擦系數(shù)、包角以及帶速與有效拉力有何關(guān)系？ 解:摩擦系數(shù)及包角越大，帶所能傳遞的摩擦力越大，因而有效拉力也越大；帶速越大，則產(chǎn)生的離心力越大，從而降低帶和帶輪間的正壓力，使有效拉力減小。 第13章 軸承 13-1 說明下列型號軸承的類型、尺寸系列、結(jié)構(gòu)特點、公差等級及其適用場合。6005，N209/P6，7207C，30209/P5。 解: 6005：深溝球軸承，窄寬度，特輕系列，內(nèi)徑，普通精度等級（0級）。主要承受徑向載荷，也可承受一定的軸向載荷；可用于高速傳動。 N209/P6：圓柱滾子軸承，窄寬度，輕系列，內(nèi)徑，6級精度。只能承受徑向載荷，適用于支承剛度大而軸承孔又能保證嚴格對中的場合，其徑向尺寸輕緊湊。 7207C：角接觸球軸承，窄寬度，輕系列，內(nèi)徑，接觸角，鋼板沖壓保持架，普通精度等級。既可承受徑向載荷，又可承受軸向載荷，適用于高速無沖擊, 一般成對使用，對稱布置。 30209/P5：圓錐滾子軸承，窄寬度，輕系列，內(nèi)徑，5級精度。能同時承受徑向載荷和軸向載荷。適用于剛性大和軸承孔能嚴格對中之處，成對使用，對稱布置。 13-6 根據(jù)工作條件，決定在某傳動軸上安裝一對角接觸球軸承，如題13-6圖所示。已知兩個軸承的載荷分別為Fr1=1470 N，F(xiàn)r2=2650 N，外加軸向力FA=1000 N，軸頸d=40 mm,轉(zhuǎn)速n=5000 r/min，常溫下運轉(zhuǎn)，有中等沖擊，預期壽命Lh=2000 h，試選擇軸承型號。 解： （ 1）按題意，外加軸向力已接近，暫選的角接觸軸承類型70000AC。 （ 2）軸承為反安裝方式，計算軸承的軸向載荷 (解圖見13-7) 由教材表 13-9查得，軸承的內(nèi)部派生軸向力 ，方向向左 ，方向向右 　因 ，軸系向右運動。 　軸承 1被壓緊 　軸承 2被放松 （ 3）計算當量動載荷 　查教材表 13-8， 　　，查表13-8得： ， 　　查表13-8得： ， （4）計算所需的基本額定動載荷 查教材表 13-6，常溫下工作，；查教材表13-7，有中等沖擊，?。磺蜉S承時，；并取軸承1的當量動載荷為計算依據(jù) ： 　　查《機械設計課程設計》手冊，根據(jù)和軸頸，選用角接觸球軸承7308AC合適（基本額定動載荷）。 第14章 軸 14-3分析題14-3圖中軸Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ是心軸 、轉(zhuǎn)軸、還是傳動軸？ 解：軸Ⅰ只受轉(zhuǎn)矩，為傳動軸；軸Ⅱ既有彎矩又有轉(zhuǎn)矩，為轉(zhuǎn)軸；軸Ⅲ上齒輪空套在其上（沒有鍵連接），只受彎矩，為心軸；軸Ⅳ既有彎矩又有轉(zhuǎn)矩，為轉(zhuǎn)軸。 14-12指出題14-12圖所示軸系結(jié)構(gòu)上的主要錯誤并改正指（齒輪用油潤滑、軸承用脂潤滑）。 10 8 13 12 11 9 7 6 10 7 5 4 3 2 1 11 9 8 6 5 4 3 2 1 解：（a）從左至右錯誤：1—鍵槽過長；2—安裝外部零件處應設計軸肩；3—軸承端蓋和軸之間應留出間隙；4—缺少密封元件；5—兩端軸承型號不一致；6—套筒直徑過大，影響運轉(zhuǎn)和裝拆；7—缺少軸承密封元件（擋油盤）；8—軸段長度應小于齒輪寬度2~3mm；9—少了軸肩，軸承內(nèi)圈無法軸向定位；10—軸承端蓋厚度應小于軸承外圈厚度；11—兩邊均缺少了調(diào)整墊片。 （b）從左至右錯誤：1—軸段長度應小于聯(lián)軸器寬度2~3mm；2—缺少了調(diào)整墊片；3—軸承端蓋和軸之間應留出間隙；4—缺少密封元件；5—軸承外圈兩邊定位，屬過定位，應去掉右邊臺階；6—套筒直徑過大，影響運轉(zhuǎn)和裝拆；7—缺少軸承密封元件（擋油盤）；8—兩個鍵應在軸的同一母線上；9—軸段長度應小于齒輪寬度2~3mm；10—少了軸肩，軸承內(nèi)圈無法軸向定位；11—與5相同；12—軸承端蓋厚度應小于軸承外圈厚度；13—兩邊均缺少了調(diào)整墊片。