《机械设计基础》答案.doc

《机械设计基础》作业答案
第一章　平面机构的自由度和速度分析
1－1

1－2

1－3

1－4

1－5

自由度为：

或：

1－6

自由度为

或：

1－10

自由度为：

或：

1－11

1－13：求出题1-13图导杆机构的全部瞬心和构件1、3的角速度比。

1－14：求出题1-14图正切机构的全部瞬心。设，求构件3的速度。

1－15：题1-15图所示为摩擦行星传动机构，设行星轮2与构件1、4保持纯滚动接触，试用瞬心法求轮1与轮2的角速度比。

构件1、2的瞬心为P12
P24、P14分别为构件2与构件1相对于机架的绝对瞬心

1－16：题1-16图所示曲柄滑块机构，已知：，，，求机构全部瞬心、滑块速度和连杆角速度。

在三角形ABC中，，，，
，

1－17：题1-17图所示平底摆动从动件凸轮1为半径的圆盘，圆盘中心C与凸轮回转中心的距离，，，求和时，从动件角速度的数值和方向。

时

方向如图中所示
当时

方向如图中所示

第二章　平面连杆机构
2-1 试根据题2-1图所注明的尺寸判断下列铰链四杆机构是曲柄摇杆机构、双曲柄机构还是双摇杆机构。

（1）双曲柄机构

（2）曲柄摇杆机构

（3）双摇杆机构

（4）双摇杆机构
2-3 画出题2-3图所示各机构的传动角和压力角。图中标注箭头的构件为原动件。

2-4 已知某曲柄摇杆机构的曲柄匀速转动，极位夹角θ为300，摇杆工作行程需时7s。试问：（1）摇杆空回程需时几秒？（2）曲柄每分钟转数是多少？
解：（1）根据题已知条件可得：
工作行程曲柄的转角
则空回程曲柄的转角
摇杆工作行程用时7s，则可得到空回程需时：

（2）由前计算可知，曲柄每转一周需时12s，则曲柄每分钟的转数为

2-5 设计一脚踏轧棉机的曲柄摇杆机构，如题2-5图所示，要求踏板CD在水平位置上下各摆100，且。（1）试用图解法求曲柄AB和连杆BC的长度；（2）用式（2-6）和式（2-6）＇计算此机构的最小传动角。
解：

　　以踏板为主动件，所以最小传动角为0度。
2-6 设计一曲柄摇杆机构。已知摇杆长度，摆角，摇杆的行程速比变化系数。（1）用图解法确定其余三杆的尺寸；（2）用式（2-6）和式（2-6）＇确定机构最小传动角（若，则应另选铰链A的位置，重新设计）。
解：由K=1.2可得极位夹角

2-7 设计一曲柄滑块机构，如题2-7图所示。已知滑块的行程，偏距，行程速度变化系数，求曲柄和连杆的长度。
解：由K=1.2可得极位夹角

2-8 设计一摆动导杆机构。已知机架长度，行程速度变化系数，求曲柄长度。
解：由K=1.4可得极位夹角

2-10 设计一铰链四杆机构作为加热炉炉门的起闭机构。已知炉门上两活动铰链的中心距为50mm，炉门打开后成水平位置时，要求炉门温度较低的一面朝上（如虚线所示），设固定铰链安装在yy轴线上，其相关尺寸如题图2-10图所示，求此铰链四杆机构其余三杆的长度。

2-12 已知某操纵装置采用铰链四杆机构。要求两连架杆的对应位置如题2-12图所示，，；，；，；机架长度，试用解析法求其余三杆长度。
解：由书35页图2-31可建立如下方程组：

消去δ，并整理可得：

令：
（1）
（2）
（3）
于是可得到

分别把两连架杆的三个对应转角带入上式，可得到关于P1、P2、P3由三个方程组成的方程组。可解得：

，再由（1）、（2）、（3），可解得：

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形凸轮机构，已知AB段为凸轮的推程廓线，试在图上标注推程运动角Φ。

3-2题3-2图所示为一偏置直动从动件盘形凸轮机构，已知凸轮是一个以C点为圆心的圆盘，试求轮廓上D点与尖顶接触是的压力角，并作图表示。

3-4 设计题3-4图所示偏置从动件盘形凸轮。已知凸轮以等角速度顺时针方向回转，偏距，凸轮基圆半径，滚子半径，从动件的升程，，，，，从动件在升程和回程均作简谐运动，试用图解法绘制出凸轮的轮廓并校核推程压力角。
解：（1）推程：
推程角：
从动件的位移方程：
从动件的行程：

00
500
1000
1500
（mm）
0
2.01
27.99
30

（2）回程：
回程角：
从动件的位移方程：

00
400
800
1200
（mm）
30
27.99
2.01
0
于是可以作出如下的凸轮的理论轮廓曲线，再作一系列的滚子，绘制内包络线，就得到凸轮的实际轮廓曲线（略）

注：题3-6、3-7依次按上述步骤进行作图即可，不同的是：3-6为一摆动从动件盘形凸轮机构，3-7为一平底直动从动件盘形凸轮机构。
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，，，试计算这对齿轮的分度圆直径、齿顶高、齿跟高、顶隙、中心距、齿顶圆直径、齿跟圆直径、基圆直径、齿距、齿厚和齿槽宽。
解：
项目及计算公式
齿轮1
齿轮2
分度圆直径

57
123
齿顶高
（）
3
3
齿跟高
（）
3.75
3.75
顶隙
（）
0.75
0.75
中心距

90
齿顶圆直径

63
129
齿跟圆直径

49.5
115.5
基圆直径
（）
53.5625
115.5822
齿距

9.42
齿厚

4.71
齿槽宽

4.71
4-2 已知一对外啮合标准直齿圆柱齿轮的标准中心距，齿数，，求模数和分度圆直径。
解：由可得

则其分度圆直径分别为

4-3已知一正常齿制标准直齿圆柱齿轮的齿数，齿顶圆直径，求该轮的模数。
解：
　　正常齿制标准直齿圆柱齿轮：
则有

4-4 已知一正常齿制标准直齿圆柱齿轮,,,试分别求出分度圆、基圆、齿顶圆上渐开线的曲率半径和压力角。
解：

齿顶圆压力角：

基圆压力角：

分度圆上齿廓曲率半径：

齿顶圆上齿廓曲率半径：

基圆上齿廓曲率半径：

4-6 已知一对内啮合正常齿制标准直齿圆柱齿轮，，，试参照图4-1b计算该对齿轮的中心距和内齿轮的分度圆直径、齿顶圆直径和齿跟圆直径。
解：该对齿轮为内啮合，所以有
中心距
齿轮2为内齿轮，所以有

4-10 试与标准齿轮相比较，说明正变位直齿圆柱齿轮的下列参数：、、、、、、、、、，哪些不变？哪些起了变化？变大还是变小？
解：
不变的参数
、、、
变化
增大
、、、、
减小

4-11 已知一对正常齿渐开线标准斜齿圆柱齿轮，，，，试计算其螺旋角、端面模数、分度圆直径和齿跟圆直径。
解：对外啮合的斜齿轮中心距为

代入已知参数可得

所以
端面模数 mm
分度圆直径分别为
mm
mm
齿顶圆直径分别为
mm
mm
齿跟圆直径分别为
mm
mm
第五章 轮系
5-1 在题5-1图所示双级蜗轮传动中，已知右旋蜗杆1的转向如图所示，试判断蜗轮2和蜗轮3的转向，用箭头表示。

5-2 在题5-2图所示轮系中，已知，，，，，，（右旋），，，若，求齿条6线速度的大小和方向。

解：

方向为水平向右。
5-3 在题5-3图所示钟表传动示意图中，E为擒纵轮，N为发条盘，S、M、H分别为秒针、分针、时针。设，，，，，，，，，，，，求秒针与分针的传动比和分针与时针的传动比。

解：为定轴轮系
注意各轮转速之间的关系：

　　　得到
则有

5-6 在题5-6图所示液压回转台的传动机构中，已知，液压马达M的转速，回转台H的转速，求齿轮1的齿数（提示：）。

解：

5-9 在题5-9图所示差动轮系中，已知各轮的齿数，，，，齿轮1的转速为（箭头向上），齿轮3的转速为（箭头向下），求行星架转速的大小和方向。

解：在转化轮系中，各轮的转向如图中虚线箭头所示，则有

在图中，从给定的条件可知，轮1和轮3的绝对转向相反，已的值为正，的值为负，代入上式中，则有

即
于是解得

其值为正，说明H的转向与轮1的转向相同。
5-10 在题5-10图所示机构中，已知，，，，，，，求：
（1）当、时，
（2）当时，
（3）当、时，

解：该轮系为一复合（混合）轮系
（1）有1、2、3构成定轴轮系，则有

即
（2）由3（H）、4、5、6、7构成周转轮系
易知

即　

联立定轴轮系　
则　
即　
①当，时，
②当时，
③当，时，
第七章　机械运转速度波动的调节
7-2 在电动机驱动的剪床中，已知作用在剪床主轴上的阻力矩的变化规律如题7-2图所示。设驱动力矩等于常数，剪床主轴转速为，机械运转速度不均匀系数。求：（1）驱动力矩的数值；（2）安装在主轴上的飞轮转动惯量。

解：（1）按一个周期中（一运动循环）阻力矩和驱动力矩做功相等，有

（2）分三个区间
第一区间盈功：

第二区间亏功：

第三区间盈功：

画出能量指示图：

则最大盈亏功为：

则飞轮的转动惯量为
7-3 为什么本章介绍的飞轮设计方法称为近似方法？试说明哪些因素影响飞轮设计的精确性。
解：因在本章所讨论的飞轮设计中，用的是算术平均值代替的实际平均值，对速度不均匀系数的选择也只是在它的容许范围内选择，还有，在计算时忽略了其他构件的转动惯量，也忽略了其他构件的动能影响。所以是近似计算。
7-5 设某机组发动机供给的驱动力矩（即驱动力矩与瞬时角速度成反比），阻力矩变化如题7-5图所示，，，若忽略其他构件的转动惯量，求在，状态下飞轮的转动惯量。

解：用平均角速度处理

两时间段的转角
：
：
则在0～0.1s之间

则在0.1～0.9s之间

则最大盈亏功为

由可得

第8章 回转件的平衡
8-1 某汽轮机转子质量为1t，由于材质不均匀及叶片安装误差致使质心偏离回转轴线0.5mm，当该转子以5000r/min的转速转动时，其离心力有多大？离心力是它本身重力的几倍？
解：离心力为：

离心力与重力之比为：

8-4 如图所示盘形回转件，经静平衡试验得知，其不平衡质径积等于，方向沿。由于结构限制，不允许在与相反方向上加平衡质量，只允许在和方向各加一个质径积来进行平衡。求和的数值。

解：依题意可得：

于是可解得：

8-5 如图所示盘形回转件上有4个偏置质量，已知，，，，，，，，设所有不平衡质量分布在同一回转面内，问应在什么方位、加多大的平衡质径积才能达到平衡？

解：各偏心质量产生的质径积分别为：

于是不平衡质径积的向量和为：

即应在图示反方向的方位加上质径积，回转件才能达到平衡。
第10章 连接
10-4
解：设螺旋副的升角为，当量摩擦角为，当量摩擦系数用表示

则
已知 ，则，
（1）工作台上升的效率为

（2）稳定上升时加于螺杆上的力矩为

（3）螺杆的导程为

则可得螺杆的转速为：

螺杆所需的功率为：

（4）工作台在作用下等速下降，因，该螺旋副不具有自锁性，所以需要制动装置。
加于螺杆上的制动力矩为：
10-7
解：查表10-1，M20螺栓的小径为
由题意知，因F作用而在轴上产生的摩擦力矩应与W作用而在轴上产生的力矩平衡，即有

则
则每个螺栓所受的轴向力为

螺栓的力学性能等级为4.8级，查表10-5，，查表10-7，
则
代入试（10-12）有

则
10-10
解：（参考）
暂取螺柱个数为12，性能等级为5.8级（已知）
查表10-5
查表10-7

取残余预紧力

则

取M16的螺柱（其）
螺柱的分布圆直径为
～
取
则螺柱间距为：

所以，选择正确。
10-14
解：选择平键连接，由图中所示轴孔直径可知，与之相装配的轴径也为，结合轮毂长度尺寸84，可由表10-9查得需要选择的键为：
键16×80 GB/T 1096-2003
同时可查得键的厚度尺寸
然后根据题10-8中传递的转矩，利用公式（10-26）及表10-10进行验算强度即可

第11章 齿轮传动
11-1
解：利用题中给定的条件可推导出：

11-4
解：本题为设计计算题，按照例题的步骤进行计算即可。
11-6
解：（1） ； （2） ；（3） ；（4）
11-7
解：

11-9
解：

要使中间轴上两轴向力相互抵消，则应有：

且知轮2和轮3所传递的转矩相等，设都为T，则

即

其中专业理论知识内容包括：保安理论知识、消防业务知识、职业道德、法律常识、保安礼仪、救护知识。作技能训练内容包括：岗位操作指引、勤务技能、消防技能、军事技能。
二．培训的及要求培训目的
安全生产目标责任书
为了进一步落实安全生产责任制，做到“责、权、利”相结合，根据我公司2015年度安全生产目标的内容，现与财务部签订如下安全生产目标：
一、目标值：
1、全年人身死亡事故为零，重伤事故为零，轻伤人数为零。
2、现金安全保管，不发生盗窃事故。
3、每月足额提取安全生产费用，保障安全生产投入资金的到位。
4、安全培训合格率为100%。
二、本单位安全工作上必须做到以下内容：
1、对本单位的安全生产负直接领导责任，必须模范遵守公司的各项安全管理制度，不发布与公司安全管理制度相抵触的指令，严格履行本人的安全职责，确保安全责任制在本单位全面落实，并全力支持安全工作。
2、保证公司各项安全管理制度和管理办法在本单位内全面实施，并自觉接受公司安全部门的监督和管理。
3、在确保安全的前提下组织生产，始终把安全工作放在首位，当“安全与交货期、质量”发生矛盾时，坚持安全第一的原则。
4、参加生产碰头会时，首先汇报本单位的安全生产情况和安全问题落实情况；在安排本单位生产任务时，必须安排安全工作内容，并写入记录。
5、在公司及政府的安全检查中杜绝各类违章现象。
6、组织本部门积极参加安全检查，做到有检查、有整改，记录全。
7、以身作则，不违章指挥、不违章操作。对发现的各类违章现象负有查禁的责任，同时要予以查处。
8、虚心接受员工提出的问题，杜绝不接受或盲目指挥；
9、发生事故，应立即报告主管领导，按照“四不放过”的原则召开事故分析会，提出整改措施和对责任者的处理意见，并填写事故登记表，严禁隐瞒不报或降低对责任者的处罚标准。
10、必须按规定对单位员工进行培训和新员工上岗教育；
11、严格执行公司安全生产十六项禁令，保证本单位所有人员不违章作业。
三、 安全奖惩：
1、对于全年实现安全目标的按照公司生产现场管理规定和工作说明书进行考核奖励；对于未实现安全目标的按照公司规定进行处罚。
2、每月接受主管领导指派人员对安全生产责任状的落