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1、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 1112131415自由度为：1119211)0192(73) 2(3FPPPnFHL或：11826323HLPPnF16自由度为11)01122(93) 2(3FPPPnFHL或：11222411128323HLPPnF110自由度为：1128301)221142(103) 2(3FPPPnFHL或：122427211229323HLPPnF11122424323HLPPnF113：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。1334313141PPPP141314133431PPPP114：求出题 1-14 图

2、正切机构的全部瞬心。设，求构件 3 的速度。srad /1013vsmmPPvvP/20002001013141133115：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。21/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1224212141PPPP1212141224212 rr PPPP116：题 1-16 图所示曲柄滑块机构，已知：，smmlAB/100smmlBC/250，求机构全部瞬心、滑块速度和连杆角速度。srad /1013v2在三角形 ABC 中，

3、BCAABBCsin45sin052sinBCA523cosBCA，045sinsinBCABCACmmAC7 .310smmBCAACPPvvP/565.916tan10131411331224212141PPPPsradACPPPP/9 . 21002101001 12241214 2117：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20r转中心的距离，求和时，从mmlAC15mmlAB90srad /101000180动件角速度的数值和方向。2时002312213121PPPPsradPPPP/2159010151 23121312 2方向如图中所示

4、当时0180sradPPPP/43. 1159010151 23121312 2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 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0 1210则空回程曲柄的转角

5、0 2150摇杆工作行程用时 7s，则可得到空回程需时：st5)7/210(150002（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rn512602-5 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；mmlmmlADCD1000,500（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mml1003030化系数。 （1）用图解法确定其余三杆的尺寸；

6、（2）用式（2-6）和式（2-6）确2 . 1K定机构最小传动角（若，则应另选铰链 A 的位置，重新设计） 。min0 min35解：由 K=1.2 可得极位夹角000364.161802 . 2 2 . 018011KK2-7 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mms50 ，行程速度变化系数，求曲柄和连杆的长度。mme162 . 1K 解：由 K=1.2 可得极位夹角000364.161802 . 2 2 . 018011KK2-8 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mml10044 . 1K柄长度。 解：由 K=1.4 可得极位夹角0003

7、01804 . 2 4 . 018011KK2-10 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0 1451052010 1901082010 11351011201度，试用解析法求其余三杆长度。mmlAD50解：由书 35 页图 2-31 可建立如下方程组： sinsinsinc

8、oscoscos3213421 lllllll消去 ，并整理可得：coscos2cos4313412 22 12 32 4 ll ll llllll令：（1）43 1llP（2）13 2llP （3）412 22 12 32 4 32 llllllP于是可得到)cos(coscos123PPP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：20233. 048447. 17333. 0321PPP，再由（1） 、 （2） 、 （3） ，可解得：504lmmlmmlmml667.36887.62700.24321第三章 凸轮机构 3-1 题

9、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 。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，mme10mmr600mmrr10mmh30，从动件在升程和回程均作简谐运动，试用0150030s0120060s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：0150从动件的位移方程：)cos1

10、 (2hs从动件的行程：30h0050010001500（mm）s02.0127.9930（2）回程：回程角：0120从动件的位移方程：)(cos1 2shs004008001200（mm） s3027.992.010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mmm3191z412z这对齿轮的分度圆直径、齿顶高、齿跟高、顶隙、中

11、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mzd 57123齿顶高 （）mhhaa*1*ah33齿跟高 （）mhhff*25. 1f ah3.753.75顶隙（）mcc*25. 0*c0.750.75中心距2/ )(21mzmza90齿顶圆直径aahdd263129齿跟圆直径ffhdd249.5115.5基圆直径 （）cosddb02053.5625115.5822齿距mp9.42齿厚2/ps 4.71齿槽宽2/pe 4.714-2 已知一对外啮合标准直齿圆柱齿轮的标准中心距，齿数，mma160201z，求模数和分度圆直径。60

12、2z解：由可得2/ )(21mzmza480320 60201602221zzam则其分度圆直径分别为mmmzd8020411mmmzd240604224-3 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25zmmda135的模数。解：)2(22* aaaahzmmhmzhdd正常齿制标准直齿圆柱齿轮：1*ah则有mmhzdmaa527135 225135 2*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020mmm540z圆、齿顶圆上渐开线的曲率半径和压力角。解：mmmzr1002405 2mmrrb969.9320cos0mmmhrraa1055100*齿顶圆压

13、力角：895. 0105969.93cosab arr0499.26a基圆压力角：1cosbb brr00b分度圆上齿廓曲率半径：mmr2 .3420sin0齿顶圆上齿廓曲率半径：mmraa85.464462. 0105499.26sin0基圆上齿廓曲率半径：0b4-6 已知一对内啮合正常齿制标准直齿圆柱齿轮，试参照mmm4201z602z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mmzzma802/ )2060(42/ )(12齿轮 2 为内齿轮，所以有mmmzd24060422mmhddaa2328240422402

14、22mmhddff25052240)425. 1 (22402224-10 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md dsfsfhfdbd小？ 解：不变的参数、mdbd增大、 dsfsfd变化减小fh4-11 已知一对正常齿渐开线标准斜齿圆柱齿轮，mma250231z982z，试计算其螺旋角、端面模数、分度圆直径和齿跟圆直径。mmmn4解：对外啮合的斜齿轮中心距为cos2)(2/ )(2/ )(21 2121zzmzzmddan t代入已知参数可得968. 0250242cos所以 05337.14端面模数 mm1322. 4cosn t

15、mm分度圆直径分别为mm0413.95cos1 11zmzmdn tmm9587.404cos2 22zmzmdn t齿顶圆直径分别为mm0413.10322111naamdhddmm9587.41222222naamdhdd齿跟圆直径分别为mm0413.855 . 22111nffmdhddmm9587.3945 . 22222nffmdhdd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，151z252z15 2z303z15 3z，（右旋） ，若，求齿条

16、304z2 4z605z)4(20 5mmmzmin/5001rn 6 线速度的大小和方向。v解：200215151560303025 4 3 21234551 15zzzzzzzz nnimin/5 . 2200500 2001 5 5rnnnsrad /12605 605 . 22 5mmmzr402204 2 5 5smmrv/5 .101240 5 56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，721z122z643z84z605z86z607z，求秒针与分针的传动比和分针与时68z89z2410

17、z611z2412zSMi针的传动比。MHi解：为定轴轮系 注意各轮转速之间的关系：Mnnnn932Hnn12Snnn67得到6556433454zz nnzz nnnn654336 zz zz nn则有6036nn nniMS SM121112910129zz zz nn nniHM MH5-6 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152z，回转台 H 的转速，求齿轮 1 的齿数（提示：min/12rnMmin/5 . 1 rnH） 。HMnnn2解：155 . 112 012112 21z zz nn nnnniHMHHH1201z5-9 在题 5-9 图

18、所示差动轮系中，已知各轮的齿数，301z252z20 2z，齿轮 1 的转速为（箭头向上） ，齿轮 3 的转速为（箭头向753zmin/200rmin/50r下） ，求行星架转速的大小和方向。Hn解：在转化轮系中，各轮的转向如图中虚线箭头所示，则有825 20307525 213231 13zzzz nnnniHHH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1n3n负，代入上式中，则有825 50200HH nn即HHnn25502581600于是解得min/61.1033350rnH其值为正，说明 H 的转向与轮 1 的转向相同。5-10 在题 5-10

19、图所示机构中，已知，171z202z853z184z245z，求：216z637z（1）当、时，min/100011rn min/100004rn ?pn（2）当时，41nn ?pn（3）当、时，min/100001rn min/100014rn ?pn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51785) 1(132132231 13zz zzzz nni即 51 3nn （2）由 3（H） 、4、5、6、7 构成周转轮系易知 Hnn 3421186324) 1(64751373474 47zzzz nnnn nnnniHHH即 733444nnnn4543 7

20、nnn联立定轴轮系 315nn 则 441 7nnn即 441nnnP当，时，min/100011rn min/100004rn min/25. 0rnP当时，41nn 0Pn当，时，min/100001rn min/100014rn min/25. 0rnP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“M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Mmin/60r 。求：（1）驱动力矩的数值；（2）安装在主轴上的飞轮转动惯量。15. 0M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

21、4)1600200(21 41600232002MmNM5 .4625 .1123504450200150（2）分三个区间 第一区间盈功：334.4121A第二区间亏功：107.12562A第三区间盈功：048.8443A画出能量指示图：则最大盈亏功为：107.1256max231AAAA则飞轮的转动惯量为2 21174.212maxmKgAJm7-3 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

22、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） ，mNM1000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 Mst1 . 01st9 . 02在，状态下飞轮的转动惯量。srad /134maxsrad /116min解：用平均角速度处理sradm/1252116134两时间段的转角： st1 . 01rad5 .121： st9 . 02rad5 .1121则在 00.1s 之间9005 .12801251000)“()“(5 .1201 . 001 dMMdtMMA则在 0.10.9s 之间8001000125

23、1000)“()“(5 .1125 .129 . 01 . 01 dMMdtMMA则最大盈亏功为 900max A由可得)(21max2 min2 maxJA2 224 . 052 45001800 13456179561800 1161349002mKgJ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：NmrmrF78.137077)6025000(22离心力与重力之比为：7 .131000078.137077mg

24、F GF8-4 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mrmkg 5 . 1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OAOAOCOD向各加一个质径积来进行平衡。求和的数值。CCrmDDrm解：依题意可得：000060sin30sin60cos30cosDDCCDDCC rmrmmrrmrm于是可解得：mkgmrrmDD 75. 060cos30sin30cos60sin0 000mkgrmrmDDCC299. 130sin60sin008-5 如图所示盘形回转件上有 4 个偏置质量，已知，kgm101，kgm142kgm163kgm104mmr50

25、1mmr1002mmr753，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mmr504径积才能达到平衡？解：各偏心质量产生的质径积分别为：mmkgrm500501011mmkgrm14001001422mmkgrm1200751633mmkgrm500501044于是不平衡质径积的向量和为：mkgmmkgrmbb14. 11140900700220875.3797 arctg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。mmkg 1140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 f196. 0651042dnptg则 0

26、083.11已知 ，则， 1 . 0f1 . 0 ftg07106. 5（1）工作台上升的效率为%9 .6464944. 0) (2 tgtg TSFa（2）稳定上升时加于螺杆上的力矩为NtgtgdFTa85.9807936.161026510100) (20332（3）螺杆的导程为mmnpS40则可得螺杆的转速为：min/2040800rn螺杆所需的功率为：kWTP05. 2295.3263285.980 6022085.980（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aF动装置。 加于螺杆上的制动力矩为：mNtgtgdFTa636.305)7106. 5083.11

27、(1026510100) (20033210-7 解：查表 10-1，M20 螺栓的小径为mmd294.171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WLDfF2则 fDWLF2则每个螺栓所受的轴向力为fDWLFFa2螺栓的力学性能等级为 4.8 级，查表 10-5，查表 10-7，MPas3203S则 MPaSs1073320代入试（10-12）有 2 12 143 . 14/3 . 1dfDWL dFa则 NLdfDW3254.3622 . 52 110-10 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

28、MPas400查表 10-7 3SNzDpFE50244/2 取残余预紧力ERFF8 . 1则 NFFFaRE2 .14067 MPaSS1333400 mmFad24.133 . 141取 M16 的螺柱（其）mmd835.131螺柱的分布圆直径为21810220eDDmm224取mmD2200则螺柱间距为：mmZDl57.57122200mmdl72165 . 45 . 4 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5555毂长度尺寸 84，可由表 10-9 查得需要选择的键为： 键 1680 GB/T 1096-2003同时可查得

29、键的厚度尺寸 10h 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 ppdhlT4第 11 章 齿轮传动11-1 解：利用题中给定的条件可推导出： PP211-4 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）zvzzvz11-7 解：11-9 解：要使中间轴上两轴向力相互抵消，则应有：32aaFF且知轮 2 和轮 3 所传递的转矩相等，设都为 T，则3322tgFtgFtt3 32 222tgdTtgdT即333222 zmtg zmtgtt333222sinsin zmzmnn1438. 015sin513175sinsin022332 3zmzmnn0 3267. 8