机械设计基础习题答案

机械设计基础习题答案-1-1、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），分析其是否能实现设计意图？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。由图b可知，3n，4lp，1hp，0p，0F故：00)0142(33)2(3FpppnFhl因此，此简单冲床根本不能运动（即由构件3、4与机架5和运动副B、C、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，其修改方案很多，图c给出了其中两种方案）。机械设计基础习题答案-2-图c1）图c2）2、试画出图示平面机构的运动简图，并计算其自由度。解：3n，4lp，0hp，123hlppnF解：4n，5lp，1hp，123hlppnF3、计算图示平面机构的自由度。解：7n，10lp，0hp，123hlppnF机械设计基础习题答案-3-解：8n，11lp，1hp，123hlppnF，局部自由度解：9n，12lp，2hp，123hlppnF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）机械设计基础习题答案-4-4、试求图示各机构在图示位置时全部瞬心的位置（用符号ijP直接标注在图上）。平面连杆机构及其设计1、在图示铰链四杆机构中，已知：BCl=50mm，CDl=35mm，ADl=30mm，AD为机架，1）若此机构为曲柄摇杆机构，且AB为曲柄，求ABl的最大值；机械设计基础习题答案-5-2）若此机构为双曲柄机构，求ABl的范围；3）若此机构为双摇杆机构，求ABl的范围。解：1）AB为最短杆ADCDBCABllllmmlAB15max2）AD为最短杆，若BCABllABCDBCADllllmmlAB45若BCABllCDBCABADllllmmlAB553)ABl为最短杆ADCDBCABllll，mmlAB15ADABllCDABBCADllllmmlAB45ABl为最短杆CDBCABADllllmmlAB55由四杆装配条件mmllllCDBCADAB1152、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，计算行程速度比系数K。解1）作出机构的两个极位，由图中量得6.186.702）求行程速比系数23.1180180K3）作出此机构传动角最小的位置，量得7.22min机械设计基础习题答案-6-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CDl=75mm，行程速比系数K=1.5，机架AD的长度为ADl=100mm，又知摇杆的一个极限位置与机架间的夹角为＝45○，试求其曲柄的长度ABl和连杆的长BCl。（有两个解）解：先计算36.16180180KK并取l作图，可得两个解○1mmACACllAB5.492/)355.84(22/)(12mmACACllBC5.1192/)355.84(22/)(12○2mmACACllAB222/)1335(22/)(21mmACACllBC482/)1335(22/)(21机械设计基础习题答案-7-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图所示，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滚子推杆盘形凸轮机构的凸轮轮廓曲线。已知凸轮以等角速度逆时针回转，正偏距e=10mm，基圆半径0r=30mm，滚子半径rr=10mm。推杆运动规律为：凸轮转角δ=0○～150○，推杆等速上升16mm；δ=150○～180○，推杆不动；δ=180○～300○时，推杆等加速等减速回程16mm;δ=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：0/hs，)1500(2）回程：等加速段202/2hhs，)600(等减速段2020/)(2hs，)12060(机械设计基础习题答案-8-取l=1mm/mm作图如下：计算各分点得位移值如下：总转角δ∑0°15°30°45°60°75°90°105°120°135°150°165°s01.63.24.86.489.611.212.814.41616δ∑180°195°210°225°240°255°270°285°300°315°330°360°s1615.51411.584.520.500003、在图示凸轮机构中，凸轮为偏心轮，转向如图。E、F为凸轮与滚子的两个接触点，试在图上标出：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）画出凸轮理论轮廓曲线和基圆。机械设计基础习题答案-9-齿轮机构1、设有一渐开线标准齿轮z=20,m=8mm,=20º,ah=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、ammtgtgrrrammtgtgarmmaddmmhzmdmmmzdabaababbaa75.453.1931175.753.1931)88/175.75(cos)/(cos36.2720175.7536.15020cos160cos176)1220(8)2(16020811*2、已知一对外啮合标准直齿圆柱齿轮的标准中心距a=160mm，齿数z1=20，z2=60，求模数和分度圆直径d1、d2。解：mmmZZma4)(2121mmmZdmmmZd2406048020422113、设已知一对斜齿轮传动，z1=20,z2=40,nm=8mm,n=20○,anh=1,nc=0.25,B=30mm,机械设计基础习题答案-10-初取β=15○，试求该传动的中心距a(a值应圆整为个位数为0或5，并相应重算螺旋角β)、几何尺寸、当量齿数和重合度。解1）计算中心距a初取15，则466.24815cos2)4020(8)(cos221zzman取mma250，则7351162502)4020(8arccos2)(arccos21azzmn2）计算几何尺寸及当量齿数尺寸名称小齿轮大齿轮分度圆直径mmzmdn67.166cos/11mmd33.3332齿顶圆直径mmhddaa67.18221133.3492ad齿根圆直径mmhddff67.14621133.3132fd基圆直径mmddtb85.155cos11mmdb69.3112齿顶高、齿根高mmmhhnaa8*mmmchhnaa10)(**法面及端面齿厚mmmsnn57.122/mmmsnt09.13)cos2/(法面及端面齿距mmmpnn14.25mmppnt19.26cos当量齿数61.22cos311zzv61.22cos322zzv3）计算重合度945420)735116cos/20()cos/(tgarctgtgarctgnt946231)67.182/84.155arccos()/arccos(211abatdd330526)33.349/69.311arccos()/arccos(222abatdd59.12)945420330526(40)945420946231(202)()(2211tgtgtgtgtgtgztgtgztt332.08/735116sin30/sinnmB92.1332.059.14、已知一对等顶隙收缩齿标准直齿圆锥齿轮传动，齿数z1=20，z2=38，模数m=4mm，分度圆压力角α=20°,齿顶高系数ha★=1，齿顶间隙系数c★=0.2，轴交角Σ=90°。机械设计基础习题答案-11-求两锥齿轮的齿顶圆锥角δa1、δa2及其它主要尺寸。解：齿顶圆锥角：24.62121zzarcctg，76.279012齿顶高：mmmhhaa4*齿根高：mmmchhaf8.4)(**轮系及其设计1、如图所示为一手摇提升装置，其中各轮齿数均已知，试求传动比i15,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78.5771811520524030504321543215zzzzzzzzi2、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：312332ddddmZ3212ZZZ573Z5.13)1(43215432215ZZZZZZZZi3、在图示的行星减速装置中，已知z1=z2=17，z3=51。当手柄转过90°时转盘H转过多少度？解：302132113ZZZZnnniHHH题图5-2机械设计基础习题答案-12-41Hnn，故手柄转过90度时，转盘H转过22.5度4、在图示的差动齿轮系中，已知各轮齿数z1=15，z2=25，z2’=20，z3=60。若n1=200r/min，n3=50r/min，且转向相同，试求行星架H的转速nH。解：520156025)1(50200)1(12323113HHHHHnnZZZZnnnni75Hn5、在图示的复合轮系中，设已知n1=3549r/min，又各轮齿数为z1=36,z2=60,z3=23，z4=49,z4，=69,z5=31,z6=131,z7=94,z8=36,z9=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1－2（3）－4定轴轮系中：551.323364960314214ZZZZi（转向见图）在4’－5－6－7行星轮系中899.2691311114676474ZZii在7－8－9－H行星轮系中777.29416711179797ZZiiHH777.2899.2551.3774141HHiiii587.28故min)/(15.124587.28/354911rinnHH，其转向与轮4转向相同其他常用机构及动力分析1、已知槽轮机构的槽数z=5，拨盘的圆销数K=1，转速n1=75r/min，求槽轮的运动时间tm和静止时间ts。解：3.02)2(zzttm，stm24.0，st56.0题图5-6机械设计基础习题答案-13-2、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,m3=8kg,m4=10kg;r1=r4=10cm,r2=20cm,r3