机械设计基础答案.pdf

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1、参考答案参考答案第二章机械的结构分析二、综合题二、综合题1n=7，pl=9，ph=1从图中可以看出该机构有 2 个原动件，而由于原动件数与机构的自由度数相等，故该机构具有确定的运动。2（a）D、E 处分别为复合铰链（2 个铰链的复合）；B 处滚子的运动为局部自由度；构件 F、G 及其联接用的转动副会带来虚约束。n=8，pl=11，ph=13（c）n=6，pl=7，ph=3（e）n=7，pl=10，ph=04（a）n=5，pl=7，ph=0级组级组因为该机构是由最高级别为级组的基本杆组构成的，所以为级机构。（c）n=5，pl=7，ph=0级组因为该机构是由最高级别为级组的基本杆组构成的，所以为级

2、机构。5n=7，pl=10，ph=0级组级组当以构件 AB 为原动件时，该机构为级机构。级组级组级组当以构件 FG 为原动件时，该机构为级机构。可见同一机构，若所取的原动件不同，则有可能成为不同级别的机构。6（a）n=3，pl=4，ph=1因为机构的自由度为 0，说明它根本不能运动。而要使机构具有确定的运动，必须使机构有 1 个自由度（与原动件个数相同）。其修改方案可以有多种，下面仅例举其中的两种方案。n=4，pl=5，ph=1此时机构的自由度数等于原动件数，故机构具有确定的运动。第三章平面机构的运动分析一、综合题一、综合题1、解：2、由相对瞬心P13的定义可知：所以31 PO1P13/P03

3、P13方向为逆时针转向，（如图所示）。3、解：1）计算此机构所有瞬心的数目 K=N（N-1）/2=6（6-1）/2=15；2）如图所示，为了求传动比 1/2，需瞬心 P16、P36、P12、P23，并按照三心定理找P13；3)根据 P13的定义可推得传动比 1/2 计算公式如下：由于构件 1、3 在 K 点的速度方向相同，从而只3和1同向。4、解：1）以选定的比例尺1作机构运动简图（图 b）。2）求vc定出瞬心P，因为P13的位置（图b）13为构件3 的绝对瞬心，有找出出3 vB/lBP2lAB/lBP1313=100.06/0.00378=2.56（rad/s）vccCP1330.00352

4、2.56=0.4(m/s)3)定出构件 3 的 BC 线上速度最小的点 E 的位置因为 BC 线上的速度最小点必与P故从P13点的距离最近，13引 BC 的垂线交于点 E，由图可得vElP13E30.00346.52.56=0.357（m/s）4)定出vC 0时机构的两个位置（见图 c，注意此时 C 点成为构件 3的绝对瞬心），量出1=26.4；2=226.65、解：6、解：（1）把 B 点分解为 B2和 B3两点，运用相对运动原理列出速度与加速度的矢量方程，并分析每个矢量的方向与大小如下：方向方向ABAB 向下/BC1大小大小V11lAB方向方向BCBCBABC 向下 BC2大小大小B(B

5、1,Bl2,B3)32BC12lAB23vB3B2（2）标出各顶点的符号，以及各边所代表的速度或加速度及其指向如下：3337、解：A大小？V1？方向AB水平 /导路3=VB2/LAB=pb2v/LAB大小23LAB？0 0方向ABAB /导路3=atB2/LAB=nb2 a/LAB8、解：根据速度多边形判断如下：第一步：由 pb 方向得杆 2 角速度方向如图所示；第二步：把矢量c3c2绕2 方向旋转 90 度得akc2c3方向。9、解：在 a)图机构中存在哥氏加速度，但在导杆 3 的两个极限摆动位置时，以及滑块 2 相对于导杆 3 的两个极限滑动位置时，哥氏加速度为零。这是因为前者的瞬时牵连转

6、速为零，而后者的瞬时相对平动为零，均导致哥氏加速度瞬时为零；相应的机构位置图略在 b)图机构中由于牵连运动为平动，故没有哥氏加速度存在。10、解：11、解：方向 DCAB 向右BC大小1lAB方向 ACDCAC大小2lDC标出顶点如图所示。12、解：1）以1做机构运动简图2）速度分析根据vC vBvCB以0做其速度多边形（图 b）根 据 速 度 影 像 原 理，做b c enBCE，且字母顺序一致得点 e，由图得：vEV pe 0.0 05620.3 1 m(s/（顺时针）2.25(rad/s)（逆时针）=3.27（rad/s）3）加速度分析根据机速度矢量方程以1做加速度多边形（图 c）根据加

7、速度影像原理，做bceBCE，且字母顺序一致得点e由图点得 0.0527.5/0.07 19.6(rad/s)（逆时针）第四章平面机构的力分析+第五章效率和自锁三、综合题三、综合题1、解：此传动装置为一混联系统。圆柱齿轮 1、2、3、4 为串联 1212 3434 0 0.95952 2圆锥齿轮 5-6、7-8、9-10、11-12 为并联。5656 0 0.9292此传动装置的总效率3、解：R R12124、解：(a)e 轴作加速转动；R R2121(b)e 轴作减速转动。B5、解：6、解：7、解：R R21211B1M1 1212 3434 5656 0 0.95952 2 0 0.929

8、2 0 0.83832R R3232CR R2121R R121222B如图所示，由已知，摩擦角=arctg0.2。为不使料块上升，总反力R R 的作用1线应在水平线下方，则R R3232R R/2即2=2arctg0.2A8、解：/2R R2121R RR R4141/2CC3Q QR R4343BR R232310、解：作出各运动副反力的作用线如图11、解：(1)作出各运动副反力的作用线如图(2)力矢量方程式：Q R34 R54 0，R32+R12R52 0,画力多边形1、答：（1）如果只要求刚性转子的惯性力达到平衡，则称为转子的静平衡。（2）如果不仅要求惯性力，而且要求惯性力矩也达到平衡

9、。则称为转子的动平衡。（3）不考虑动平衡的静平衡不总是有利的，其理由在于对于不是分布在同一平面内的转子，虽然它满足了静平衡要求，但如果不对它进行动平衡，它在转动过程中将有附加动压力产生，引起机械设备的震动。4、答：（1）机器在启动阶段、稳定运转阶段和停车阶段的功能关系的表达式：起动阶段：WdWrWf E，稳定运转阶段：WdWrWf，停车阶段：Wr E（2）原动件角速度的变化情况：起动阶段：由令逐渐上升，直至达到正常运转的平均角速度m为止。稳定运转阶段：围绕其平均值m作不大的上下波动。停车阶段：由令逐渐减小为零5、答：等效力的等效条件是将等效力（力矩）作用在等效构件上，其所作的功（功率）与机械系

10、统在所有力作用下所作的功（功率）相等。6、答：（1）机器运转的周期性及非周期性速度波动的性质的区别：如果在等效力矩和等效转动惯量变化的公共周期内，驱动功等于阻抗功，则机械能增量为零，于是经过等效力矩和等效转动惯量变化的公共周期，机械的动能恢复到原来的值，因而等效构件的角速度也恢复到原来的值，这种等效构件的角速度在稳定运转过程中的速度将出现周期性波动。如果机械在运转过程中等效力矩的变化出现非周期性波动，则机械运转的速度将出现非周期性波动。（2）调节方法：周期性速度波动不会破坏机械的稳定运转状态，它可以采用安装飞轮来调节。非周期性速度波动将会破坏机械的稳定运装状态，可能会出现飞车或停车的现象，可采

11、用调速器进行调节。三、综合题三、综合题1、解：1）由功率等效原则可建立如下方程：即Me Med Mer M11 F2vs2cos(F F2,v vs2)/1W2vs2cos(WW2,v vs2)/1 R3vs3/12）由动能等效原则可建立如下方程2所以Je J1 Js21vs2 m212vs3 m3122注：利用瞬心，可进一步求得：2、解：3202(1600 20)42 217.5Nm2nmax nmin 0.05可得、nm（1）Med（2）由nmax nmin 2nm 3000及nmax1537.5rpm，nmin1462.5rpmMe(N m)Mer（3）Wmax3、解：（1）求Med作等

12、效Med图（2）求JF41600217.51085.81J1600-Me(N m)217.5203000Mer/23/42由等效Med图可求得：224210b3，c39399作能量指示图由能量指示图可以得到0abcd2/34/32Wmax Wbc 279.11J，JF900Wmax900279.11 0.226kgm22222nm1500 0.05（3）求max、min由mmaxmin2157，maxmin 0.05m得到max160.925rad/s，min153.075rad/s4、解：机组阻抗功Wr为机组驱动功：Wd Md2（因为Md为常数）则由在机组稳定运转阶段的一个周期内，驱动功与阻

13、抗功相等即WdWr可以得到，Md2 800，所以Md 400Nm由题图所示，在0 2的一个周期内，最大盈亏功为由题意，转速误差不超过1%，所以 0.02，因此飞轮的等效转动惯量为5、解：（1）最大盈亏功由题图，可建立如下方程解之得到Med 50Nm所以Wmax Emax Emin 502100J33其中，最大角速度max对应角在 a 位置，最小角速度min对应角在 b 位置。（2）安装飞轮进行调节。6、（略）7、解：（1）等效转动惯量Je和等效力矩Me根据得到根据得到（2）等效力矩的方向如图示AMedMerJe1（3）等效转动惯量或等效力矩是机构位置1的函数。8、解：（1）飞轮转动惯量JF51

14、02(6010)2318.33Nm2等效驱动力矩Med最大盈亏功Wmax518.3310 43.616J3900Wmax90043.6162 0.07955kgm22100020.052nm飞轮转动惯量：JF（2）在不计摩擦损失时，驱动此机器的原动机的功率：由 2n/60及t/可以得到t/所以P Med2/t 262n/6010018.3321.92kW6/100第四章平面连杆机构及其设计1、图 a 为导杆机构，或为曲柄摇杆机构。图 b 为曲柄滑块机构。2、解：根据题意作图极位夹角=180k-11.25-1=180=20k+11.25+1在 ADC1中,AC1=AD2+DC2-2ADDCcos

15、其中 ADAD=100 ,DCDC1 1=75 ,=45故得 ACAC1 1=70.84 DCDC1 1ACAC1又=求得C1AD=48.47SinC1ADSin故C2AD=C1AD-=48.47-20=28.47在 ADC2中，已知两边一角，三角形可解，求得 AC2=BC+AB=145.81 AC1=BC-AB=70.84 解方程组得 AB=37.49,BC=108.33 4、解：a=240，b=600，c=400，d=500，a+b a 时，啮合角将增大。9、由于斜齿轮的法面齿形与刀具刀口的形状想对应，那就应该找出一个与斜齿轮的法面齿形相当的直齿轮来，然后按照这个直齿轮的齿数来决定刀具的刀

16、口。这个虚拟的直齿轮就称为斜齿轮的当量齿轮，也是与斜齿轮法面齿形相当的虚拟直齿轮，其齿数就称为当量齿数，斜齿轮的当量齿数，zv z/cos3，z 是斜齿轮的齿数，zv 是是斜齿轮的螺旋升角。10、齿廓必须满足的条件是：无论两齿廓在何位置接触，过接触点所作的两齿廓公法线必须与两齿轮的连心线相交于一定点。11、可采用斜齿轮传动，也可采用变位齿轮传动。三、综合题三、综合题1、d1 mnz1/cos 3 27/cos80634 81.8182mm2、被加工齿轮的模数：m=P/=5/=5mm被加工齿轮的压力角：=刀具的齿侧角=20加工时范成运动的速度：v 1r11a 1 r1 60m/s被加工齿轮的分度

17、圆半径：r1 60mm被加工齿轮轴心至刀具分度线的距离：a 60mm被加工齿轮的基圆：3、4、d1=mz1=1018=180mmd2=mz2=1054=540mmda1=d1+2ha=180+20=200mmda2=d2+2ha=540+20=560mm5、解；因为标准安装rb r1cos 60cos200 56.3816mmrba mm(z1 z2)(22 34)140mm22得m 5mm6、齿轮为正常齿制，故*da2 m(z2 2ha)m(100 21)408mm得m 4mma m4(z1 z2)(z1100)310mm得z1 5522*hz1 55,20,a1,c*0.25小齿轮的 5

18、个基本参数为:m=4mm,0分度圆直径:d1 mz1 455 220mm齿轮齿顶圆直径:*da1 m(z1 2ha)4(100 21)228mm7、设该对齿轮为标准安装的渐开线齿轮传动综上可见，该对齿轮传动就是标准安装的渐开线齿轮传动*h 1c*z 36am 5mm故2，=200，0.258、由d1 mz1 3z1 51.4mm得z117.1整数，故该齿轮齿条传动不是标准齿轮齿条传动。取z117，则有d1 mz1 317 54mm2）齿条移动的速度为：v条1d1/2 511/2 51.41/23）因为齿条的节线始终与齿轮分度圆相切，齿轮齿条的啮合角始终等于齿条齿轮的齿形角，所以他们的啮合角是

19、200。第十一章齿轮系及其设计一、综合题一、综合题2、1)蜗杆 1 与蜗轮 2 组成定轴轮系，i12=Z2n1/Z1=11500/37=39.189n2方向关系如图尖头所示。设n2为正2）其余部分组成以 2和 4 为中心轮，33为行星轮，2 为系杆的行星轮系。对整个行星轮系转动方向与n2方向一致。4、1)齿轮 1 与齿轮 2 组成定轴轮系，i12=Z2/Z1=60/15=4方向关系如图尖头所示。2）其余部分组成以 3 和 5 为中心轮，44为行星轮，2 为系杆的行星轮系。设n2为正方向转动，对整个行星轮系加上“-n2”则有：22n5 n5 n2，n3 n3 n2；，因为i52 0，故n2与n5

20、方向相同n13i15 i12 4/()n1与n5方向如图所示i255.33n545、由定轴轮系 i12=z1z2n1n2=-z2z1得 n2=-n=-12020=-60r/min40将轮 1 除去后的轮系为一周转轮系n3-n2z42i=-34n4-n2z3故有n3-(-60)0-(-60)=-60得 n3=-300r/min15故轮 3 的转速大小 n3=300r/min,转向与轮 1 相反。7、给整个轮系加上一公共的-WH，则转化为定轴轮系。w1-wHZ3H i=-;13w3-wHZ1因此w1-wH0-wH=-100 ,w1=6WH；I20w1-wHHmz2 z4 i=(-),m=1 为外啮合次数14w4-wHz1 z26wH-wHw4-wHW1W440 901 ,W4=WH20 306=36因此有=-因此 i14=6WH1 W6H8、齿轮 12 与齿轮 14、组成定轴轮系，齿轮 12244、组成周转轮系将nn2nHz3z42n4代入得；H2 410、n4nHz2z3齿轮 1234、组成周转轮系nH与n1方向相同齿轮 45 与齿轮组成定轴轮系n5与n1方向相反。i16、因同轴安装原因齿轮 1223、组成周转轮系