机械设计基础第二版(陈晓南_杨培林)题解

机械设计基础第二版(陈晓南_杨培林)题解课后答案完整版从自由度，凸轮，齿轮，v带，到轴，轴承第三章部分题解3-5图3-37所示为一冲床传动机构的设计方案。设计者的意图是通过齿轮1带动凸轮2旋转后，经过摆杆3带动导杆4来实现冲头上下冲压的动作。试分析此方案有无结构组成原理上的错误。若有，应如何修改？解画出该方案的机动示意图如习题3-5解图(a)，其自由度为：F=3n-2P5-P4=3´3-2´4-1=0其中：滚子为局部自由度计算可知：自由度为零，故该方案无法实现所要求的运动，即结图3-37习题3-5图构组成原理上有错误。解决方法：①增加一个构件和一个低副，如习题3-5解图(b)所示。其自由度为：F=3n-2P5-P4=3´4-2´5-1=1②将一个低副改为高副，如习题3-5解图(c)所示。其自由度为：F=3n-2P5-P4=3´3-2´3-2=1习题3-5解图(a)习题3-5解图(b)习题3-5解图(c)3-6画出图3-38所示机构的运动简图（运动尺寸由图上量取），并计算其自由度。(a)机构模型(d)机构模型图3-38习题3-6图解(a)习题3-6(a)图所示机构的运动简图可画成习题3-6(a)解图(a)或习题3-6(a)解图(b)的两种形式。计算该机构自由度为：F=3n-2P5-P4=3´3-2´4-0=1--习题3-6(a)解图(a)习题3-6(a)解图(b)解(d)习题3-6(d)图所示机构的运动简图可画成习题3-6(d)解图(a)、习题3-6(d)解图(b)、习题3-6(d)解图(c)等多种形式。-1-计算该机构自由度为：F=3n-2P5-P4=3´3-2´4-0=1习题3-6(d)解图(a)习题3-6(d)解图(b)习题3-6(d)解图(c)3-7计算图3-39所示机构的自由度，并说明各机构应有的原动件数目。解(a)F=3n-2P5-P4=3´7-2´10-0=1A、B、C、D为复合铰链原动件数目应为1说明：该机构为精确直线机构。当满足BE=BC=CD=DE，AB=AD，AF=CF条件时，E点轨迹是精确直线，其轨迹垂直于机架连心线AF解(b)F=3n-2P5-P4=3´5-2´7-0=1B为复合铰链，移动副E、F中有一个是虚约束原动件数目应为1说明：该机构为飞剪机构，即在物体的运动过程中将其剪切。剪切时剪刀的水平运动速度与被剪物体的水平运动速度相等，以防止较厚的被剪物体的压缩或拉伸。解(c)方法一：将△FHI看作一个构件F=3n-2P5-P4=3´10-2´14-0=2B、C为复合铰链原动件数目应为2方法二：将FI、FH、HI看作为三个独立的构件F=3n-2P5-P4=3´12-2´17-0=2B、C、F、H、I为复合铰链原动件数目应为2--说明：该机构为剪板机机构，两个剪刀刀口安装在两个滑块上，主动件分别为构件AB和DE。剪切时仅有一个主动件运动，用于控制两滑块的剪切运动。而另一个主动件则用于控制剪刀的开口度，以适应不同厚度的物体。解(d)F=(3-1)n-(2-1)P5=(3-1)´3-(2-1)´5=1原动件数目应为1说明：该机构为全移动副机构（楔块机构），其公共约束数为1，即所有构件均受到不能绕垂直于图面轴线转动的约束。解(e)F=3n-2P5-P4=3´3-2´3-0=3原动件数目应为3说明：该机构为机械手机构，机械手头部装有弹簧夹手，以便夹取物体。三个构件分别由三个独立的电动机驱动，以满足弹簧夹手的位姿要求。弹簧夹手与构件3在机构运动时无相对运动，故应为同一构件。23-10找出图3-42所示机构在图示位置时的所有瞬心。若已知构件1的角速度w1，试求图中机构所示位置时构件3的速度或角速度（用表达式表示）。解(a)v3=vP13=w1lP13P14（←）解(b)v3=vP13=w1lP13P14（↓）解(c)∵vP13=w1lP13P14=w3lP13P34（↑）解(d)v3=vP13=w1lP13P14（↑）lP13P14（）∴w3=w1lP13P34--3-1-第六章部分题解参考6-9试根据图6-52中注明的尺寸判断各铰链四杆机构的类型。图6-52习题6-9图解(a)∵lmax+lmin=110+40=150＜Sl其余=90+70=160最短杆为机架∴该机构为双曲柄机构(b)∵lmax+lmin=120+45=165＜Sl其余=100+70=170最短杆邻边为机架∴该机构为曲柄摇杆机构(c)∵lmax+lmin=100+50=150＞Sl其余=70+60=130∴该机构为双摇杆机构(d)∵lmax+lmin=100+50=150＜Sl其余=90+70=160最短杆对边为机架∴该机构为双摇杆机构6-10在图6-53所示的四杆机构中，若a=17，c=8，d=21。则b在什么范围内时机构有曲柄存在？它是哪个构件？解分析：⑴根据曲柄存在条件②，若存在曲柄，则b不能小于c；若b=c，则不满足曲柄存在条件①。所以b一定大于c。⑵若b＞c，则四杆中c为最短杆，若有曲柄，则一定是CD杆。b＞d：lmax+lmin=b+c≤Sl其余=a+d图6-53习题6-10图∴b≤a+d-c=17+21-8=30b＜d：lmax+lmin=d+c≤Sl其余=a+b∴b≥d+c-a=21+8-17=12结论：12≤b≤30时机构有曲柄存在，CD杆为曲柄6-13设计一脚踏轧棉机的曲柄摇杆机构。AD在铅垂线上，要求踏板CD在水平位置上下各摆动10°，且lCD=500mm，lAD=1000mm。试用图解法求曲柄AB和连杆BC的长度。解作图步骤：①按ml=0.01m/mm比例，作出A、D、C、C1和C2点。②连接AC1、AC2，以A为圆心AC1为半径作圆交AC2于E点。③作EC2的垂直平分线n-n交EC2于F点，则FC2的长度为曲柄AB的长度。④作出机构运动简图ABCD及B1、B2点。⑤测量必要的长度尺寸，得到设计结果。注：以上作图步骤可以不写出，但图中必须保留所有的作图线条。lAB=mlAB=0.01´8=0.08m=80mm（计算值：77.85mm）-2-lBC=mlBC=0.01´112=1.12m=1120mm（计算值：1115.32mm）图6-56习题6-13图习题6-13解图6-14设计一曲柄摇杆机构。已知摇杆长度l4=100mm，摆角y=450，行程速比系数K=1.25。试根据gmin解≥40o的条件确定其余三杆的尺寸。-3-lAB=mlAB=0.002´14.5=0.029m=29mm（计算值：29mm）lBC=mlBC=0.002´73.5=0.147m=147mm（计算值:146.68mm）gmin=33°（计算值：32.42°）不满足gmin≥40o传力条件，重新设计°=+-´°=+-°=20125.1125.118011180KKq-4-lAB=mlAB=0.002´17=0.034m=34mm（计算值：33.81mm）lBC=mlBC=0.002´54.5=0.109m=109mm（计算值：108.63mm）gmin=40°（计算值：40.16°）满足gmin≥40o传力条件6-15设计一导杆机构。已知机架长度l1=100mm，行程速比系数K=1.4，试用图解法求曲柄的长度。-5-KlAB=mlAB1=0.002´13=0.026m=26mm（计算值：25.88mm）6-16设计一曲柄滑块机构。如图6-57所示，已知滑块的行程图6-57习题6-16图s=50mm，偏距e=10mm。行程速比系数K=1.4。试用作图法求出曲柄和连杆的长度。lAB=mlAB2=0.001´23.5=0.0235m=23.5mm（计算值：23.62mm）lBC=mlB2C2=0.001´39.5=0.0395m=39.5mm（计算值：39.47mm）解°=+-´°=+-°=3014.114.118011180Kq解°=+-´°=+-°=3014.114.118011180KKq-1-第七章部分题解参考7-10在图7-31所示运动规律线图中，各段运动规律未表示完全，请根据给定部分补足其余部分（位移线图要求准确画出，速度和加速度线图可用示意图表示）。图7-31习题7-10图解7-11一滚子对心移动从动件盘形凸轮机构，凸轮为一偏心轮，其半径R=30mm，偏心距e=15mm，滚子半径rk=10mm，凸轮顺时针转动，角速度w为常数。试求：⑴画出凸轮机构的运动简图。⑵作出凸轮的理论廓线、基圆以及从动件位移曲线s~j图。解7-12按图7-32所示位移曲线，设计尖端移动从动件盘形凸轮的廓线。并分析最大压力角发生在何处（提示：从压力角公式来分析）。-2-v2解由压力角计算公式：tana=(rb+s)w∵v2、rb、w均为常数∴s=0→a=amaxamax¢即j=0°、j=300°，此两位置压力角a最大图7-32习题7-12图7-13设计一滚子对心移动从动件盘形凸轮机构。已知凸轮基圆半径rb=40mm，滚子半径rk=10mm；凸轮逆时针等速回转，从动件在推程中按余弦加速度规律运动，回程中按等加-等减速规律运动，从动件行程h=32mm；凸轮在一个循环中的转角为：jt=150°，js=30°，jh=120°，js¢=60°，试绘制从动件位移线图和凸轮的廓线。解-3-7-14将7-13题改为滚子偏置移动从动件。偏距e=20mm,试绘制其凸轮的廓线。解7-15如图7-33所示凸轮机构。试用作图法在图上标出凸轮与滚子从动件从C点接触到D点接触时凸轮的角jCD，转并标出在D点接触时-4-从动件的压力角aD和位移sD。解图7-33习题7-15图-1-第八章部分题解参考8-23有一对齿轮传动，m=6mm，z1=20，z2=80，b=40mm。为了缩小中心距，要改用m=4mm的一对齿轮来代替它。设载荷系数K、齿数z1、z2及材料均不变。试问为了保持原有接触疲劳强度，应取多大的齿宽b？解由接触疲劳强度：sH=ZEZHZe500KT1(u+1)3≤[sH]abu∵载荷系数K、齿数z1、z2及材料均不变∴ab=a¢b¢bm240´62即b¢=m2=42=90mm¢8-25一标准渐开线直齿圆柱齿轮，测得齿轮顶圆直径da=208mm，齿根圆直径df=172mm，齿数z=24，试求该齿轮的模数m和齿顶高系数ha*。解∵da=(z+2ha*)mda若取ha*=1.0则m=da*=24208+2´1=8mm∴m=*z+2haz+2ha*0.8则m=z+d2aha*=24+2082´0.8=8.125mm（非标，舍）若取ha=答：该齿轮的模数m=8mm，齿顶高系数ha*=1.0。8-26一对正确安装的渐开线标准直齿圆柱齿轮（正常齿制）。已知模数m=4mm，齿数z1=25，z2=125。求传动比i，中心距a。并用作图法求实际啮合线长和重合度e。解i=z2/z1=125/25=5m4a=(z1+z2)=(25+125)=300mm22d1=mz1=4´25=100mmd2=mz2=4´125=500mmdb1=mz1cosa=4´5cos20°=93.97mmdb2=mz2cosa=4´25cos20°=469.85mmda1=(z1+2ha*)m=(25+2´1.0)´4=108mmda2=(z2+2ha*)m=(125+2´1.0)´4=508mm-2-B1B2=0.002´10.5=0.021m=21mm（计算值：20.388mm）e====1.78（计算值：1.73）pbpmcosa3.14´4cos20°8-29设在图8-54所示的齿轮传动中，z1=20，z2=20，z3=30。齿轮材料均为45钢调质，HBS1=240，HBS2=260，HBS3=220。工作寿命为2500h。试确定在下述两种情况中，轮2的许用接触疲劳应力[sH]和许用弯曲疲劳应力[sF]。⑴轮1主动，转速为20r/min；⑵轮2主动，转速为20r/min。图8-45题8-29图解⑴轮1主动：gH2=gF2=1（轮2的接触应力为脉动循环，弯曲应力为对称循环）N2=60n2gLh=60´20´1´2500=3