2022年机械设计基础习题答案.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 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）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；,分析其是否能实现设计由图 b 可知,n3,lp4,ph1,p0,F000故：F3 np hpF342pl3210因此,此简洁冲床根本不能运动（即由构件3、4 与机架 5 和运动副 B、C

2、、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,其修改方案许多,图c 给出了其中两种方案） ；名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 29 页精选学习资料 - - - - - - - - - 图 c 1）图 c 2）2、试画出图示平面机构的运动简图,并运算其自由度；解：n3,lp4,p h0,F3 n2plph1解：n4,lp5,ph1,F3 n2plp h13、运算图示平面机构的自由度；解：n7,lp10,ph

3、0,F3n2p lph1名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 29 页精选学习资料 - - - - - - - - - 解：n8,lp11,ph1,F3n2plph1,局部自由度解：n9,lp12,ph2,F3n2p lph1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）名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 29 页精选学习资料 - - - - - - - - - 4、试求图示各机构在图示位置时全部瞬心的位

4、置（用符号P 直接标注在图上） ；平面连杆机构及其设计名师归纳总结 1、在图示铰链四杆机构中,已知：lBC=50mm, CD l=35mm ,lAD=30mm, AD 为机架,第 4 页,共 29 页1）如此机构为曲柄摇杆机构,且AB 为曲柄,求lAB的最大值；- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 2）如此机构为双曲柄机构,求lAB的范畴；3）如此机构为双摇杆机构,求lAB的范畴；解： 1）AB 为最短杆l AB l BC l CD l ADl AB max 15 mm2）AD 为最短杆,如 l AB l BCl AD l BC l CD l AB l A

5、B 45 mm如 l AB l BC l AD l AB l BC l CDl AB 55 mm3 l AB 为最短杆l AB l BC l CD l AD,l AB 15 mml AB l AD l AD l BC l AB l CD l AB 45 mml AB 为最短杆 l AD l AB l BC l CD l AB 55 mm由四杆装配条件 l AB l AD l BC l CD 115 mm2、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,运算行程速度比系数 K

6、；解 1）作出机构的两个极位,由图中量得18 . 67 0 62）求行程速比系数K1801 . 231803）作出此机构传动角最小的位置,量得名师归纳总结 min227.第 5 页,共 29 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 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 l CD =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 ,试求名师归纳总结 其曲柄的长度lAB和连杆的长lBC；（有

7、两个解）249 5. mm第 6 页,共 29 页解：先运算180K16 . 36180K并取l作图,可得两个解2 84 5.35 /1lABlAC2AC 1/22 84 . 535 /2119 . 5 mmlBClAC 2AC 1/22lABlAC 1AC 2/22 3513 /222 mmlBClAC 1AC2/22 3513 /248 mm- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 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下列图,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

8、滚子推杆盘形凸轮机构的凸轮轮廓曲线；已知凸轮以等名师归纳总结 角速度逆时针回转,正偏距e =10mm ,基圆半径0r =30mm,滚子半径rr =10mm ；推杆运动第 7 页,共 29 页规律为：凸轮转角 =0 150 ,推杆等速上升 16mm； =150 180 ,推杆不动； =180 300时,推杆等加速等减速回程 16mm; =300 360 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：sh/0,01502） 回程：等加速段sh2h2 /02,060等减速段s2h02/02,60120- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - -

9、取 l=1mm/mm 作图如下：运算各分点得位移值如下：总转角0153045607590105120135150165 s 0 1.6 3.2 4.8 6.4 8 9.6 11.2 12.8 14.4 16 16 180195210225240255270285300315330360s 16 15.5 14 11.5 8 4.5 2 0.5 0 0 0 0 3、在图示凸轮机构中,凸轮为偏心轮,转向如图；试在图上标出：E、F 为凸轮与滚子的两个接触点,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

10、理论轮廓曲线和基圆；名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 29 页精选学习资料 - - - - - - - - - 齿轮机构1、设有一渐开线标准齿轮z =20, m =8mm,=20o,h =1, 试求：其齿廓曲线在分度圆及齿顶圆上的曲率半径、a及齿顶圆压力角a；解：求、a、admz820160 mmdam z2* h a82021 176mmdbdcosa160cos20150.36mmrb tga75. 175tg2027. 36mmaacos1rb/racos175.175/8831193.arb tga75. 175tg31193.45.75mm2、已知一对外啮合标准

11、直齿圆柱齿轮的标准中心距 模数和分度圆直径 d1、d2；a =160mm,齿数 z1 = 20,z2 = 60,求名师归纳总结 3解：a1m Z 1Z2m4mmhan =1,c =0.25,B=30mm,第 9 页,共 29 页2、设已知一对斜齿轮传动,d 1mZ 142080 mmd2mZ 2460240 mmz1=20,z2=40,m =8mm,n=20 ,- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 初取 =15 ,试求该传动的中心距aa 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；取a解 1）运算中心距a z 1z2820

12、40248.4663 7初取15,就a2m ncos2cos 15250 mm,就arccosmnz 1z 2arccos 8 20240 250161 52a2）运算几何尺寸及当量齿数尺寸名称小齿轮s th a大齿轮分度圆直径d1m nz 1/cos166.67mmd2333.33mm齿顶圆直径da1d 12ha182.67mmda2349 .33齿根圆直径df1d12hf146.67mmdf2313.33基圆直径db 1d 1cost155.85mmdb2311.69mm齿顶高、齿根高hah a *m n8 mm* h ac*m n10mm法面及端面齿厚s nm n/212.57mmptm

13、 n/2cos13.09mm法面及端面齿距pnm n25. 14mmpncos26.19mm当量齿数zv 1z 1cos322.61zv2z 2cos322.613）运算重合度t1arctgtgn/cosarctgtg20/cos161 537204 549atarccos db1/da2arccos 155. 84/182. 67312649at2arccosdb2/da2arccos 311.69/349.33 265 033z 1tg1tgtz 2 tg2tgt220tg312649tg204 54940tg265033tg204 5491.59Bsin/m n30sin1627/80

14、.3321 531.590.3321 .924、已知一对等顶隙收缩齿标准直齿圆锥齿轮传动,齿数 分度圆压力角 = 20 , 齿顶高系数 ha = 1,齿顶间隙系数z1 = 20,z2 = 38,模数 m = 4mm,c = 0.2 ,轴交角 = 90 ；名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 29 页精选学习资料 - - - - - - - - - 求两锥齿轮的齿顶圆锥角a1、a2及其它主要尺寸；解：齿顶圆锥角：1arcctgz262.24,290127. 76z 1齿顶高：hah*m4 mm4 . 8 mma齿根高：hfh a *c*m轮系及其设计1、如下列图为一手摇提升装

15、置,其中各轮齿数均已知,试求传动比i 15, 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i15z2z 3z 4z 5z 1z 2z 3z 4503040522015118577 .78 2 、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：名师归纳总结 dmZ3 d 1d33Z12Z2Z3题图 5-2 第 11 页,共 29 页2d2Z 357i151 2Z2Z3Z4Z513.5Z1Z2Z3Z4已知 z1=z2=17,z3=51；当手柄转过90 时转盘 H转过多

16、少度？3、在图示的行星减速装置中,解：iHn 1nHZ2Z33130nHZ 1Z2- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - n 14,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；如 n1 = 200r/min ,n3 = 50r/min,且转向相同,试求行星架H的转速 nH；605解：iHn 1n H1Z2Z3200nH1 251321n3n HZZ50n H1520nH755、在图示的复合轮系中,设已知n1=3549r/min ,又各轮齿数为题图 5-6 z1=3

17、6,z2=60,z3=23,z4=49,z4,=69,z 5=31,z 6=131,z 7=94,z 8=36,z 9=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：i14Z2Z460493 .551（转向见图）Z1Z33623在 4 5 67 行星轮系中i471i761Z611312. 8994Z469在 789H 行星轮系中i7H1iH1Z911672 .777r/min,其转向与轮4 转向相同797Z94i1Hi14i47i7H3. 5512 .8992 .777故n H28 . 5873549/28. 587124. 15

18、n 1i1H其他常用机构及动力分析名师归纳总结 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第 12 页,共 29 页和静止时间t s；,tm0 .24s,t0 . 56 s解：tmz2 03.t2z- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 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,m 3=8kg,m 4=10kg;r 1=r 4=10cm,r 2=20cm,r 3=15cm,方位如图 a 所示； 又设平稳质量 mb的回转半径

19、 rb=15cm；试求平稳质量 mb的大小及方位；解 依据静平稳条件有m b r b m 1 r 1 m 2 r 2 m 3 r 3 m 4 r 4 0以 w作质径积多边形图 b,故得m b w w b r b 5 16 . 1 / 15 5 . 37 kg b 119 7.2、在图 a 所示的转子中, 已知各偏心质量m1=10kg,m2=15kg,m3=20kg,m4=10kg, 它们的回转半径分别为 r 1=40cm,r 2=r 4=30cm,r 3=20cm, 又知各偏心质量所在的回转平面间的距离为l12=l23=l34=30cm,各偏心质量的方位角如图；如置于平稳基面 I 及 II 中

20、的平稳质量 mb1及 mb的回转半径均为 50cm,试求 mb 及 mb的大小和方位；解 依据动平稳条件有名师归纳总结 m 1r 12m 2 r 232 m 3 r 331m 3 r 331 m 2 r 23m br b00第 13 页,共 29 页m 4r 4m br b- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 以w作质径积多边形图b 和图 c,由图得平稳基面 I m b6wW brb10285056.kgb平稳基面 bm bwW br b10375074.kg145联接 1 、图示为一升降机构,承担载荷F =150 kN ,采纳梯形螺纹, d = 60 m

21、m ,d2 = 56 mm,P = 8 mm ,线数 n = 3 ；支撑面采纳推力球轴承,升降台的上下移动处采纳导向滚轮,它们 的摩擦阻力近似为零；试运算：1 工作台稳固上升时的效率（螺纹副当量摩擦系数为 0.10）；2 稳固上升时加于螺杆上的力矩；3 如工作台以 720 mm/min 的速度上升,试按稳固运转条件求螺杆所需转速和功率；是否需要制动 4 欲使工作面在载荷作用下等速下降,装置？加于螺栓上的制动力矩是多少？解： 1）arctg0 .15 .7130rmin,NMwd2Ftgn 1 2）tgnP,.7 8d257%tgtgMd 2 Ftg23）n 1pZ720,n 1720 pZ23

22、0=3158w名师归纳总结 4）不自锁,需要制动装置,制动力矩MFd2 tg第 14 页,共 29 页2 2 、图示为一用两个M12 螺钉固定的牵曳钩,如螺钉材料为Q235 钢,装配时掌握预紧力,结合面摩擦系数f = 0.15,求其答应的最大牵曳力；解：由结构形式可知,结合面m1- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 联接螺栓数目Z2,由表 9.5 查得 s 240 MPa掌握预紧力,取 S .1 3； s 185 MPa,S2由表查取 d 1 10 . 106 mm,取 C 1 2. FR F m f Z F d 1C 4 1 3.2FR max mfZ

23、d 1 2853 N4 1 . 3 C 3 、图示为一刚性凸缘联轴器,材料为 Q215 钢,传递的最大转矩为 1400 N. m（静载荷）；联轴器用 4 个 M16 的铰制孔用螺栓联接,螺栓材料为 Q235 钢,试挑选合适的螺栓长度,并校核该联接的强度；解：单个螺栓所受横向载荷FR2M,pdFRpDm强度条件4FRd2 00hmin由表 9.5 查得：名师归纳总结 Q215s220M P a安全第 15 页,共 29 页Q235s240M P a由表 9.5 查得s24096MPaS2 . 5挤压强度校核,最弱材料ps220191 MPaS1 . 154 M11.24MPad2Dm0pMh m

24、in414003 1023.6 14 MPapmDd 015516螺栓长度L2323m35 M16螺母厚度为14.8mm,垫片厚度h3 mmL6570mm；注：以l20700 或 5 结尾- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 4 、图示为一钢制液压油缸, 采纳双头螺柱联接； 已知油压 p= 8 MPa,油缸内径 D = 250 mm ,D1=300mm, 为保证气密性要求,柱联接；螺柱间距 l 不得大于 4.5d（d 为螺纹大径） ,试设计此双头螺解： 1）运算单个螺栓得工作载荷 F,暂取螺栓数目2Z 12,F P D32 7 2 5 N4 Z 2）运算单

25、个螺栓总拉力 F ,取残余预紧力F .1 6 F F 0 F F 8 5 0 8 5 3）求螺栓公称直径选取螺栓材料为 40Cr,s 800 Mpa 装配时不掌握预紧力,按表 9.6 暂取安全系数S 3, s 267 MPa,d 1 4 1 3. F 022 . 96 mm3 由表 9.1 ,取 M 27 d 1 23 . 752 mm ,按图表 9.6 可知所取安全系数是正确的； 4）验证螺栓数目l D 1 78 . 55 mm .4 5 dZ5、在题 9-3 中,已知轴的材料为 定键的尺寸,并校核其强度；解： 1）挑选键联接的类型和尺寸45 钢,工作时有稍微冲击；试为该联轴器挑选平键,确

26、2选用半圆头一般平键,材料 45 钢,由表 9.10 查得b16 mm,h10 mm,参考轮毂长度,取L90 mm）校核键联接强度键和轴的材料优于轮毂材料,应校核联轴器强度,由表9.11 取许用应力P135MPa,lL882 mm,P4 T124 MPaP,合适；dhl标记 键C 16100GBT10961979齿轮传动1已知闭式直齿圆柱齿轮传动的传动比i3 6.,n 11440r/min,P25 kW,长期双向转动,载荷有中等冲击,要求结构紧凑,采纳硬齿面材料；试设计此齿轮传动；解： 1）挑选材料、确定许用应力名师归纳总结 大小齿轮均采纳F20Cr,渗碳处理淬火,由表10.1 挑选硬度为59

27、HRC ,由图 10 9c第 16 页,共 29 页得到,Flim1lim2390MPa,- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 由表 10.4 得,取S F1.5,F1F2Flim07.182MPaSF由图 106c 得,Hlim12.Hlim211500MPa,1250MPa由表 10.4 得,取S H1,HH2HlimSH2）按轮齿弯曲强度设计齿轮按 8 级精度制造,由表10.3,取载荷系数k.1 5,齿宽系数2.210.4,小齿轮上得转矩T 19.55106P165800Nmm2. 71,Y F2n 1取Z 125,就Z2iZ190,由图 108 查

28、得Y F1Y F1Y F2,将Y F1带入式（ 1010）F1F2F1b 260mmm34 KT 1 Y FF2 . 35 mm i12 Z 1由表 4.1 取m2 5. mm中心距amZ 1Z2143 . 75 mm2齿宽ba57.5mm,取b 165mm,3）验算齿面的接触强度H336 i1 2KT 1782 . 5H安全iba24）齿轮的圆周速度v60d 1 n 14 . 71 m/s1000由表 10.2 可知选 8 级精度是合适的； 2 、设两级斜齿圆柱齿轮减速器的已知条件如下列图,试问：1低速级斜齿轮的螺旋线方向应如何挑选才能使中间轴上两齿轮的轴向力方向相反；2低速级螺旋角 应取多

29、大数值 才能使中间轴上两个轴向力相互抵消；解：要使中间轴两齿轮的斜齿轮 的轴向力相反,就旋向必需相同,名师归纳总结 Z 左旋,Z 应为右旋,Z 为右第 17 页,共 29 页旋,按题意,Fa 1F a2,就：- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - Ft2tg1F t3tg3,又因T 22 T 2tg152 T 3tg3Ft2 T,dd2d 315m n3Z3tg15m n2Z2,T 3,所以tg3d3tgd2cos3cos2sin3m n3Z3sin150.1438,381 6m n2Z2 3 、设计一单级闭式斜齿轮传动,已知P=10kW ,n1=1460r

30、/min ,i=3.3 ,工作机有中等冲击载荷；要求采纳电动机驱动,选用软齿面材料,疲惫强度；解： 1）挑选材料以确定许用应力z1=19；试设计此单级斜齿轮传动,校核名师归纳总结 2小齿轮采纳40 Cr调质,硬度取260HBS ,1.1,第 18 页,共 29 页大齿轮采纳ZG35 SiMn调质,硬度取260HBS由图 116b）Hlim1700MPa,Hlim2540MPa,由表 10.4 取S H就H1Hlim1636MPa,H2Hlim2491 MPaSHSH1.3由图 109b）Flim1240MPa,Flim2180MPa,由表 10.4 取S F就F1Flim1185MPa,F2F

31、lim2138MPaSFSF04.）按齿面接触疲惫强度设计设齿轮按 8 级精度制造,由表10.3 取载荷系数K1 5.,齿宽系数小齿轮上的转矩T 19. 55106P6 .54104Nmn 1按式 1015 运算中心距a i133052KT 1131 .6 mmHi取Z 130,Z2iZ199,初选15mn2acos21.97mm由表 4.1 取mn2mmZ 1Z- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - am nZ1Z2133.55mma135 mm2cos取arccos mn Z 1Z 2171 0齿宽ba54mm2 ab 255mm,b 160mm3）验算

32、弯曲强度由图 108,Z v 1Z1314.,Z v2Z2103 .6coscosY F12.6,Y F22 .259MPaF1F11 .6KT 1 Y F1cosbm2 n Z1F250MPaF2安全！蜗杆传动1、 设某一标准蜗杆传动的模数m5 mm,蜗杆的分度圆直径d150mm,蜗杆的头数Z 12,传动比i20,试运算蜗轮的螺旋角和蜗杆传动的主要尺寸；解： 1）蜗杆直径系数qd110m2）螺旋角升角tgZ10.2,111 83 6q3）中心距am qZ2125 mm2 2 、对图示的蜗杆传动, 请依据已知的蜗杆的螺旋方向和转向,并在图中表出蜗杆和蜗轮的受力方向；解：确定蜗轮的螺旋方向和转向；名师归纳总结 - - - - - - -第 19 页,共 29 页精选学习资料 - - - - - - - - - Fa2