机械设计课后习题第5章作业.doc

第5章作业5-l 眼镜用小螺钉(Ml x 025)与其他尺寸螺钉(例如M8 x 125)相比，为什么更易发生自动松脱现象(纹中径=螺纹大径-O65 x螺距)? 答：因为螺纹升角：而眼镜用小螺钉的螺纹升角比其他尺寸螺钉大，自锁性差，所以更易发生自动松脱现象。5-2 当作用在转动副中轴颈上的外力为一单力，并分别作用在其摩擦圆之内、之外或相切时，轴颈将作种运动?当作用在转动副中轴颈上的外力为一力偶矩时，也会发生自锁吗?答：当作用在转动副中轴颈上的外力为一单力，并分别作用在其摩擦圆之内发生自锁，轴不能运动；作用在其摩擦圆之外或相切时，轴颈将转动。当作用在转动副中轴颈上的外力为一力偶矩时，不会发生自锁。5-3 自锁机械根本不能运动，对吗?试举2,-3个利用自锁的实例。 答：不对，因为自锁机械对应于一定的外力条件和方向才自锁。5-4 通过对串联机组及并联机组的效率计算，对设计机械传动系统有何重要启示? 答：应尽可能的提高串联机组中任意机构，减少的效率串联机组中机构的数目。在并联机组部分着重提高传递功率大的传动路线的效率。5-5 图示曲柄滑块机构中，曲柄1在驱动力矩M1作用下等速转动。设已知各转动副的轴颈半径r=10mm，当量摩擦系数fv=0.1，移动副中的滑块摩擦系数f=0.15，lAB=100 mm，lBC=350 mm。各构件的质量和转动惯量略而不计。当M1=20 N.m时，试求机构在图示位置所能克服的有效阻力F3及机械效率。解：（1）根据已知条件fvr=0.110=1mm=arctanf=8.53计算可得图示位置=45.67, =14.33（2）考虑摩擦时，运动副中反力如图（a）所示（3）构件1的平衡条件为：FR21(lABsin+2)=M1FR21=FR23=M1/(lABsin+2)构件3的平衡条件为：FR23+FR43+f3=0作力的多边形图（b）有：（4）（5）机械效率： 5-6图示为一带式运输机, 由电动机1经平带传动及一个两级齿轮减速器带动运输带8。设已知运输带8所需的曳引力F=5 500 N，运送速度v=1.2 m/s。平带传动(包括轴承)的效率1=0.95，每对齿轮(包括其轴承)的效率2=0.97，运输带8的机械效率3=0.92(包括其支承和联轴器)。试求该系统的总效率及电动机所需的功率。解：该系统的总效率为：=1.22.3=0.950.9720.92=0.822 电机所需功率：N=Pv/=55001.210-3/0.822=8.029kW5-7如图所示，电动机通过v带传动及圆锥、圆柱齿轮传动带动工作机A及B。设每对齿轮的效率可1=0.97(包括轴承的效率在内)，带传动的效率3=0.92，工作机A、B的功率分别为PA=5 kW、PB=1kW，效率分别为A=0.8、B=0.5，试求电动机所需的功率。解：:输入功率 PA=PA/(A122)=7.22kWPB=PB/(B122)=2.31kW电机所需功率 P电=PA+PB=9.53kW5-8图(a)示为一焊接用的楔形夹具。利用这个夹具把两块要焊接的工件1及1预先夹妥，以便焊接。图中2为夹具体，3为楔块。试确定其自锁条件(即当夹紧后，楔块3不会自动松脱出来的条件)。解一：根据反行程时0的条件确定反行程时（楔块3退出）取楔块3为脱离体，其受工件1, 1和夹具2作用的总反力FR13和以及支持力P。各力方向如图(a)(b)所示，根据楔块3的平衡条件，作矢量三角形如图（c）.由正弦定理可得FR23=Pcos/sin(-2) , =0,FR230=P/sin于是此机构反行程的效率为令 0, 可得自锁条件为2解二：根据反行程生产阻力小于或等于零的条件来确定根据楔块3的力多边形图(c)由正弦定理可得P=FR23sin(-2)/cos若滑块不自动松脱，则应使P0，即得自锁条件为2解三：根据运动副的自锁条件确定。由于工件被夹紧后P力就被撤消，故楔块3受力如图（b）楔块3就如同受到FR23（此时为驱动力）作用而沿水平面移动的滑块。故只要作用在摩擦角内，楔块3即发生自锁。即-因此可得自锁条件为2 图b为一颚式破碎机，在破碎矿石时要求矿石不致被向上挤出，试问角应满足什么条件?经分析可得出什么结论?解：设矿石的重量为Q，矿石与鄂板间的摩擦系数为f，则摩擦角为：=arctanf(b)矿石有向上挤出趋势时，其受力如图（b）所示，由力平衡条件知：2FRsin(/2-)-Q=0FR=Q/2FRsin(/2-)=FR0/FR=sin(/2-)/sin(/2)当0时，即/2-0矿石将不被挤出，即自锁条件为25-9图示为一超越离合器，当星轮1沿顺时针方向转动时，滚柱2将被楔紧在楔形间隙中，从而带动外圈3也沿顺时针方向转动。设已知摩擦系数f=0.08，R=50 mm，h=40 mm。为保证机构能正常工作，试确定滚柱直径d的合适范围。 提示：在解此题时，要用到上题的结论。(答：9.424 mmd10 mlrl。) 解：解 如图所示，过滚柱2与外圈3的接触线的公切面将形成夹角的楔形面。由题的结论知。凡具有楔形面或楔形块的机构其楔紧不松脱条件为: 2g，。 此时 =arcos(h+d/2)/(R一+d/2) =arctanf=arctan0.08=43426 由此可得 d2(Rcos2一h)/(1+cos2)=9.42 mm 为了保证机构能正常工作，滚柱的最大直径不得超过R-h，即dR-h=10 mm，故滚柱直径的取值范围为9.4210mm。5-10对于图43所示斜面机构以及图45所示的螺旋机构，当其反行程自锁时，其正行程的效率一定为12，试问这是不是一个普遍规律?试分析图示斜面机构当其处于临界自锁时的情况，由此可得出什么重要的结论(设f=0.2)?解：（1）不是普遍规律。（2）图(c)反行程的自锁条件：在反行程根据滑块的力平衡条件，作力的多边形图，由此得：G=Fcos(-+)/sin(-)G0=Fcos(-)/sin=G0/G=cos(-)sin(-)/sincos(-+) 令0，得=arctanf=11.3时滑块自锁。=11.31时，滑块临界自锁。正行程的效率：因滑块的正行程的效率与反行程的运动方向相反，摩擦力要反向，固由式中反号，即可得正行程时驱动力F与生产阻力G的关系为 F=Gsin(+)/cos(-) F0=Gsin/cos(-) 则正行程的效率 =F0F=sincos(-)cos(-)sin(+) 滑块反行程临界自锁时其正行程的效率 结沦：由式可知，加大提高所以自锁机构的效率12未必成立，它随驱动力的方向在变化，合理地安排工作行程驱动力的方向，可提高机械效率。 5-11在图59所示的偏心夹具中，设已知夹具中心高H=100 mm，偏心盘外径D=120 mm，偏心距e=15mm，轴颈摩擦圆半径=5mm，摩擦系数f=0.15。求所能夹持的工件的最大、最小厚度hmax和hmin。 (答：hmin=25 mm，hmax=3649 mm。)解： 要偏心夹具发行程自锁。总反力FR23应穿过摩擦圆，即应满足条件 ss1 (1)由直角三角形ABC及OAE有: sl=AC=(Dsin)/2 (2) s=OE=esin(-) (3)由式（2）（3）得： 0esin(-)(Dsin)/2 (4) =arctanf=8.53将(4)式代入(1)式得：0sin(-) 0.9267 (5) 76.4564 cos=(H-h-D/2)/e=(40-h)/15 (6)将(5)式代入(6)式得：25mmh36.49mm即：hmin=25mm, hmax=36.49mm5-12图示为一提升装置，6为被提升的重物，设各接触面间的摩擦系数为f(不计铰链中的摩擦)，为了能可靠提起重物，试确定连杆2(3、4)杆长的取值范围。 解： 在使用该装置时，先将构件1，5并拢插入被提升重物的孔中，然后再按下5并稍加压紧，只要构件5不自动松脱，便能可靠地提起该重物。取整个装置作为研究对象分析受力，如下图所示，根据平衡条件N1= N2=N, Ffl=Ff2=Ff，P=2Ff, 要构件5不自松脱，则: MA=0有: 5-13图示为直流伺服电机的特性曲线，图中M为输出转矩，P1为输入功率，P2为输出功率，Ia为电枢电流，n为转速，为效率。由于印刷错误，误将也印为n了，试判断哪一条曲线才是真正的效率曲线，并说明理由。 解： 输出功率P2=0时, =0下面一条曲线作为符合，且输入功率P10时电枢电流Ia0，转速n0，上面一条曲线作为n符合。