機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)(陳曉楠-楊培林)課后答案全

1、第三章部分題解 3-5 圖 3-37 所示為一沖床傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案。設(shè)計(jì)者的意圖是通 過(guò)齒輪 1 帶動(dòng)凸輪 2 旋轉(zhuǎn)后,經(jīng)過(guò)擺桿 3 帶動(dòng)導(dǎo)桿 4 來(lái)實(shí)現(xiàn)沖頭 上下沖壓的動(dòng)作。試分析此方案有無(wú)結(jié)構(gòu)組成原理上的錯(cuò)誤。若 有,應(yīng)如何修改? 解 畫出該方案的機(jī)動(dòng)示意圖如習(xí)題3-5解圖(a),其自由度為: F =3n-2P -P =3 3-2 4-1=0 3-6 54 其中:滾子為局部自由度 計(jì)算可知:自由度為零,故該方案無(wú)法實(shí)現(xiàn)所要求的運(yùn)動(dòng),即結(jié) 習(xí)題 3-5 圖 圖 3-37 解決方法:1增加一個(gè)構(gòu)件和一個(gè)低副,如習(xí)題 3-5 解圖(b)所示。其自由度為: 構(gòu)組成原理上有錯(cuò)誤。 F =3n-2P

2、 -P =3 4-2 5-1=1 54 2將一個(gè)低副改為高副,如習(xí)題 3-5 解圖(c)所示。其自由度為: F =3n-2P -P =3 3-2 3-2=1 54 習(xí)題 3-5 解圖(a)畫出圖 3-38 所示機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖(運(yùn)動(dòng)尺寸由圖上量取),并計(jì)算其自由度。 (a)機(jī)構(gòu)模型 (d) 機(jī)構(gòu)模型 圖 3-38 習(xí)題 3-6 圖 習(xí)題 3-6(a)圖所示機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖可畫成習(xí)題 3-6(a)解圖(a)或習(xí)題 3-6(a)解圖(b)的兩種形式。 計(jì)算該機(jī)構(gòu)自由度為: F =3n-2P -P =3 3-2 4-0=1 54 習(xí)題 3-6(a)解圖(a) 習(xí)題 3-6(a)解圖(b)習(xí)題 3-6(d

3、)圖所示機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖可畫成習(xí)題 3-6(d)解圖(a)、習(xí)題 3-6(d)解圖(b)、習(xí)題 3-6(d)解圖(c) 習(xí)題 3-5 解圖(b) 習(xí)題 3-5 解圖(c) 解(a) 解(d) 等多種形式。 -1- 3-7 解(a) 解(b) 解(c) 54 計(jì)算該機(jī)構(gòu)自由度為: F =3n-2P -P =3 3-2 4-0=1 54 習(xí)題 3-6(d)解圖(a)計(jì)算圖 3-39 所示機(jī)構(gòu)的自由度,并說(shuō)明各機(jī)構(gòu)應(yīng)有的原動(dòng)件數(shù)目。 F=3n-2P-P=3 7-2 10-0=1 54 A、B、C、D 為復(fù)合鉸鏈原動(dòng)件數(shù)目應(yīng)為 1說(shuō)明:該機(jī)構(gòu)為精確直線機(jī)構(gòu)。當(dāng)滿足 BE=BC=CD=DE,AB=AD,

4、AF=CF 條件時(shí),E 點(diǎn)軌跡是精確直線,其軌跡垂直于機(jī)架 連心線 AF F=3n-2P-P=3 5-2 7-0=1 習(xí)題 3-6(d)解圖(b) 習(xí)題 3-6(d)解圖(c) 解(d) 解(e) B 為復(fù)合鉸鏈,移動(dòng)副 E、F 中有一個(gè)是虛約束 原動(dòng)件數(shù)目應(yīng)為 1 說(shuō)明:該機(jī)構(gòu)為飛剪機(jī)構(gòu),即在物體的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中將其剪切。剪 切時(shí)剪刀的水平運(yùn)動(dòng)速度與被剪物體的水平運(yùn)動(dòng)速度相 等,以防止較厚的被剪物體的壓縮或拉伸。 方法一:將FHI 看作一個(gè)構(gòu)件 F =3n-2P -P =3 10-2 14-0=2 54 B、C 為復(fù)合鉸鏈 原動(dòng)件數(shù)目應(yīng)為 2方法二:將 FI、FH、HI 看作為三個(gè)獨(dú)立的構(gòu)件 F

5、 =3n-2P -P =3 12-2 17-0=2 54 B、C、F、H、I 為復(fù)合鉸鏈原動(dòng)件數(shù)目應(yīng)為 2 說(shuō)明:該機(jī)構(gòu)為剪板機(jī)機(jī)構(gòu),兩個(gè)剪刀刀口安裝在兩個(gè)滑塊上,主 動(dòng)件分別為構(gòu)件 AB 和 DE。剪切時(shí)僅有一個(gè)主動(dòng)件運(yùn)動(dòng),用 于控制兩滑塊的剪切運(yùn)動(dòng)。而另一個(gè)主動(dòng)件則用于控制剪刀 的開口度,以適應(yīng)不同厚度的物體。 F =(3-1)n-(2-1)P =(3-1) 3-(2-1) 5=1 5 原動(dòng)件數(shù)目應(yīng)為 1 說(shuō)明:該機(jī)構(gòu)為全移動(dòng)副機(jī)構(gòu)(楔塊機(jī)構(gòu)),其 公共約束數(shù)為 1,即所有構(gòu)件均受到不 能繞垂直于圖面軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的約束。F=3n-2P-P=3 3-2 3-0=3 54 原動(dòng)件數(shù)目應(yīng)為 3 說(shuō)明

6、:該機(jī)構(gòu)為機(jī)械手機(jī)構(gòu),機(jī)械手頭部裝有彈簧夾手,以便夾取物體。三個(gè)構(gòu)件分別由三個(gè)獨(dú)立 的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng),以滿足彈簧夾手的位姿要求。彈簧夾手與構(gòu)件 3 在機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng), 故應(yīng)為同一構(gòu)件。 -2- 3-10 找出圖 3-42 所示機(jī)構(gòu)在圖示位置時(shí)的所有瞬心。若已知構(gòu)件 1 的角速度 w 1 ,試求圖中機(jī)構(gòu)所示位置 時(shí)構(gòu)件 3 的速度或角速度(用表達(dá)式表示)。 解(a) 解(c) v3 =vP13 =w1lP13P14() vP13 = w1lP13P14 = w3lP13P34 () w3 = lP13P14 w1 (P) P13P34 解(b) v3 =vP13 =w1lP13P14() 解(

7、d) v3 = vP13 = w1lP13P14 () -3- 第六章部分題解參考 6-9 試根據(jù)圖 6-52 中注明的尺寸判斷各鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的類型。 圖 6-52 習(xí)題 6-9 圖 解 (a) lmax +lmin =110+40=150<Sl其余 =90+70=160 6-10 最短桿為機(jī)架 該機(jī)構(gòu)為雙曲柄機(jī)構(gòu)(b) lmax +lmin =120+45=165<Sl其余 =100+70=170 最短桿鄰邊為機(jī)架 該機(jī)構(gòu)為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)(c) lmax +lmin =100+50=150>Sl其余 =70+60=130 該機(jī)構(gòu)為雙搖桿機(jī)構(gòu)(d) lmax +lmin =10

8、0+50=150<Sl其余 =90+70=160 最短桿對(duì)邊為機(jī)架 該機(jī)構(gòu)為雙搖桿機(jī)構(gòu)在圖6-53所示的四桿機(jī)構(gòu)中,若a =17,c =8,d = 21。則b在什么范圍內(nèi) 時(shí)機(jī)構(gòu)有曲柄存在?它是哪個(gè)構(gòu)件? 解 分析:(1)根據(jù)曲柄存在條件2,若存在曲柄,則 b 不能小于 c;若 b=c,則不 滿足曲柄存在條件1。所以 b 一定大于 c。 (2)若 b>c,則四桿中 c 為最短桿,若有曲柄,則一定是 CD 桿。 b>d: lmax +lmin =b+cSl其余 =a+d ba+d-c=17+21-8=30 b<d: lmax +lmin =d+cSl其余=a+b bd+c

9、-a=21+8-17=12 結(jié)論:12b30 時(shí)機(jī)構(gòu)有曲柄存在,CD 桿為曲柄 設(shè)計(jì)一腳踏軋棉機(jī)的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。AD 在鉛垂線上,要求踏板 CD 在水平位置上下各擺動(dòng) 10°,且lCD =500mm,lAD =1000mm。試用 圖解法求曲柄 AB 和連桿 BC 的長(zhǎng)度。作圖步驟:1按 ml = 0.01 m/mm 比例,作出 A、D、C、C1 和 C2 點(diǎn)。 2連接 AC1、AC2,以 A 為圓心 AC1 為半徑作圓交 AC2 于 E點(diǎn)。 3作EC2的垂直平分線n-n交EC2于F點(diǎn),則FC2的長(zhǎng) 度為曲柄 AB 的長(zhǎng)度。 4作出機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 ABCD 及 B1、B2 點(diǎn)。 5測(cè)量必

10、要的長(zhǎng)度尺寸,得到設(shè)計(jì)結(jié)果。 注:以上作圖步驟可以不寫出,但圖中必須保留所有的作圖線條。 lAB =ml AB=0.01 8=0.08 m=80 mm(計(jì)算值:77.85 mm)lBC = ml BC = 0.01 112 = 1.12 m = 1120 mm (計(jì)算值:1115.32 mm) 圖 6-53 習(xí)題 6-10 圖 6-13 解 -1- 圖 6-56 習(xí)題 6-13 圖 習(xí)題 6-13 解圖6-14 設(shè)計(jì)一曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。已知搖桿長(zhǎng)度 l = 100 mm ,擺角y = 450 ,行程速比系數(shù) K = 1.25 。試根據(jù) g 40o 的條件確定其余三桿的尺寸。 解 q =180

11、76; K -1 =180° 1.25-1 = 20° K +1 1.25+1 4 min lAB = ml AB = 0.002 14.5 = 0.029 m = 29 mm (計(jì)算值:29 mm)lBC = ml BC = 0.002 73.5 = 0.147 m = 147 mm (計(jì)算值:146.68 mm) g min = 33° (計(jì)算值:32.42°) -2- 不滿足g min 40o 傳力條件,重新設(shè)計(jì) lAB = ml AB = 0.002 17 = 0.034m = 34 mm (計(jì)算值:33.81 mm)lBC = ml BC =

12、0.002 54.5 = 0.109 m = 109 mm (計(jì)算值:108.63 mm) g min = 40° (計(jì)算值:40.16°) 滿足g 40o傳力條件 min 設(shè)計(jì)一導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。已知機(jī)架長(zhǎng)度 l1 = 100 mm ,行程速比系數(shù) K = 1.4 ,試用圖解法求曲柄的長(zhǎng)度。 K +1 1.4+1 6-15解 q=180°K-1=180° 1.4-1=30° lAB = ml AB1 = 0.002 13 = 0.026 m = 26 mm(計(jì)算值:25.88 mm) 6-16 設(shè)計(jì)一曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。如圖 6-57 所示,已知滑塊的行程

13、 圖 6-57 習(xí)題 6-16 圖 -3- s = 50 mm ,偏距 e = 10 mm 。行程速比系數(shù) K = 1.4 。試用作圖法求出曲柄和連桿的長(zhǎng)度。 解 q=180°K-1=180° 1.4-1=30° K +1 1.4+1 lAB = ml AB2 = 0.001 23.5 = 0.0235 m = 23.5 mm (計(jì)算值:23.62 mm) lBC = ml B2C2 = 0.001 39.5 = 0.0395 m = 39.5 mm (計(jì)算值:39.47 mm) -4- 第七章部分題解參考 7-10 在圖 7-31 所示運(yùn)動(dòng)規(guī)律線圖中,各段運(yùn)動(dòng)規(guī)

14、律未表示完全,請(qǐng)根據(jù)給定部分補(bǔ)足其余部分(位移線 圖要求準(zhǔn)確畫出,速度和加速度線圖可用示意圖表示)。 圖7-31習(xí)題7-10圖 解 7-11 一滾子對(duì)心移動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu),凸輪為一偏心輪,其半徑 R = 30mm ,偏心距 e = 15mm ,滾子 半徑rk =10mm,凸輪順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),角速度w為常數(shù)。試求:(1)畫出凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。(2)作出 凸輪的理論廓線、基圓以及從動(dòng)件位移曲線 s j 圖。 解 7-12 按圖 7-32 所示位移曲線,設(shè)計(jì)尖端移動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪的廓線。并分析最大壓力角發(fā)生在何處(提 示:從壓力角公式來(lái)分析)。 -1- 解 由壓力角計(jì)算公式:tana =b v2(

15、r +s)w v2、rb、w均為常數(shù) s=0a=a a¢ max max即 j = 0°、j = 300°,此兩位置壓力角a 最大 圖7-32習(xí)題7-12圖 設(shè)計(jì)一滾子對(duì)心移動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)。已知凸輪基圓半徑 rb = 40mm ,滾子半徑 rk = 10mm ;凸 輪逆時(shí)針等速回轉(zhuǎn),從動(dòng)件在推程中按余弦加速度規(guī)律運(yùn)動(dòng),回程中按等加-等減速規(guī)律運(yùn)動(dòng),從動(dòng) 件行程h = 32mm;凸輪在一個(gè)循環(huán)中的轉(zhuǎn)角為:j =150°,j = 30°,j =120°,j¢ = 60°,試?yán)L制從 tshs 動(dòng)件位移線圖和凸輪的廓

16、線。解 7-13 -2- 7-14 將 7-13 題改為滾子偏置移動(dòng)從動(dòng)件。偏距 e = 20mm ,試?yán)L制其凸輪的廓線。 解 7-15 如圖 7-33 所示凸輪機(jī)構(gòu)。試用作圖法在圖上標(biāo)出凸輪與滾子從 動(dòng)件從 C 點(diǎn)接觸到 D 點(diǎn)接觸時(shí)凸輪的轉(zhuǎn)角jCD ,并標(biāo)出在 D 點(diǎn) 接觸時(shí)從動(dòng)件的壓力角aD 和位移sD 。 解 -3- 圖7-33習(xí)題7-15圖 第八章部分題解參考 8-23 有一對(duì)齒輪傳動(dòng),m=6 mm,z1=20,z2=80,b=40 mm。為了縮小中心距,要改用 m=4 mm 的一對(duì)齒 輪來(lái)代替它。設(shè)載荷系數(shù) K、齒數(shù) z1、z2 及材料均不變。試問(wèn)為了保持原有接觸疲勞強(qiáng)度,應(yīng)取多

17、大的齒寬 b? ZZZ 500KT(u+1)3 解由接觸疲勞強(qiáng)度:sH= E H e 1 sH a bu 載荷系數(shù)K、齒數(shù)z1、z2及材料均不變 a b=a¢ b¢即 b¢=bm2 =40 62 =90 mm m¢2 42一標(biāo)準(zhǔn)漸開線直齒圓柱齒輪,測(cè)得齒輪頂圓直徑 da=208mm,齒根圓直徑 df=172mm,齒數(shù) z=24,試 8-25解 d =(z+2h*)m 求該齒輪的模數(shù) m 和齒頂高系數(shù) ha* 。 aa m= da 若取h*=1.0則m= daz + 2h* a z + 2h* = 208 =8mm 24 + 2 1 aa若取 h* =0.

18、8 則 m= da = 208 =8.125 mm(非標(biāo),舍) a z + 2h* 24 + 2 0.8 a 答:該齒輪的模數(shù)m=8mm,齒頂高系數(shù)h* =1.0。 a 8-26解 i=z2/z1=125/25=5 a=m(z1 +z2)=4(25+125)=300mm 22 d1 =mz1 =4 25=100mm db1 =mz1 cosa =4 5cos20°=93.97mm d =(z +2h*)m=(25+2 1.0) 4=108mm a1 1 a 一對(duì)正確安裝的漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪(正常齒制)。已知模數(shù) m=4 mm,齒數(shù) z1=25,z2=125。 求傳動(dòng)比 i,中心距

19、 a。并用作圖法求實(shí)際嚙合線長(zhǎng)和重合度e 。 d2 =mz2 =4 125=500mmdb2 =mz2 cosa =4 25cos20°=469.85mm d =(z +2h*)m=(125+2 1.0) 4=508mm a2 2 a B1B2 = 0.002 10.5 = 0.021m = 21mm (計(jì)算值:20.388 mm) -1- 8-29 e = B1B2 = B1B2 = 21 =1.78(計(jì)算值:1.73) pb pmcosa 3.14 4cos20° 設(shè)在圖 8-54 所示的齒輪傳動(dòng)中,z1=20,z2=20,z3=30。齒輪材料均為 45 鋼調(diào)質(zhì),HBS

20、1=240,HBS2=260, HBS3=220。工作壽命為 2500h。試確定在下述兩種情況中,輪 2 的許用接觸疲勞應(yīng)力sH和許用彎 曲疲勞應(yīng)力sF。(1)輪 1 主動(dòng),轉(zhuǎn)速為 20r/min;(2)輪 2 主動(dòng),轉(zhuǎn)速為 20r/min。 圖 8-45 題 8-29 圖解 (1)輪1主動(dòng):gH2=gF2=1(輪2的接觸應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán),彎曲應(yīng)力為對(duì)稱循環(huán)) N =60ngL =60 20 1 2500=3 106 22h p164圖8-34:YN2 =1.0p165 圖8-35:ZN2 =1.25p164 表8-8: SFmin =1.25,SHmin =1.0(失效概率1/100)p162

21、 圖8-32(c):sFlim2 =0.7 230=161MPa(輪齒受雙向彎曲應(yīng)力作用) p163圖8-33(c):sHlim2 =480MPa YST = 2.0p162 式8-27:s =sFlim2YST Y =161 2 1.0=257.6MPa F2 S N2 1.25 F min p162式8-28:s =sHlim2 Z =480 1.25=600.0MPa H2 S N2 1.0 H min(2)輪 2 主動(dòng):g H2=g F2=2(輪 2 的接觸應(yīng)力和彎曲應(yīng)力均為脈動(dòng)循環(huán)) N =60ngL =60 20 2 2500=6 106 22h p164 圖 8-34:YN 2

22、= 0.99p165 圖8-35:ZN2 =1.2p164 表8-8: SFmin =1.25,SHmin =1.0(失效概率1/100) p162 圖8-32(c):sFlim2 =230MPap163圖8-33(c):sHlim2 =480MPa YST = 2.0p162 式8-27:s =sFlim2YST Y = 230 2 0.99=364.32MPa p162式8-28:s =sHlim2 Z =480 1.2=576.0MPa H2 S N2 1.0 H min 一閉式單級(jí)直齒圓柱齒輪減速器。小齒輪 1 的材料為 40Cr,調(diào)質(zhì)處理,齒面硬度 250HBS;大齒輪 2 的材料為

23、 45 鋼,調(diào)質(zhì)處理,齒面硬度 220HBS。電機(jī)驅(qū)動(dòng),傳遞功率 P=10kW,n1=960r/nin,單 向轉(zhuǎn)動(dòng),載荷平穩(wěn),工作壽命為 5 年(每年工作 300 天,單班制工作)。齒輪的基本參數(shù)為:m=3mm, z1=25,z2=75,b1=65mm,b2=60mm。試驗(yàn)算齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度和彎曲疲勞強(qiáng)度。 F2 S N2 1.25 F min 8-30 解 1幾何參數(shù)計(jì)算: -2- d1 =mz1 =3 25=75mmd =(z +2h*)m=(25+2 1.0) 3=81mm a1 1 a a1 =cos-1(d1cosa/da1)=cos-1(75cos20°/81)=29.

24、53° d2 =mz2 =3 75=225mm d =(z +2h*)m=(75+2 1.0) 3=231mm a2 2 a a2 =cos-1(d2 cosa/da2)=cos-1(225cos20°/231)=23.75° a= m(z1 +z2)= 3 (25+75)=150mm 22e = 1 z1(tanaa1 - tana¢) + z2 (tanaa2 - tana¢) 2p= 1 25 (tan29.53°-tan20°)+75 (tan23.75°-tan20°)=1.71 2pu=z2

25、/z1 =75/25=3 n2 =z1n1/z2 =25 960/75=320r/min 2載荷計(jì)算: p152 表8-5: KA =1.0v= pd1n1 =p 75 960=3.77m/s 60000 60000p153 表 8-6: 齒輪傳動(dòng)精度為 9 級(jí),但常用為 68 級(jí),故取齒輪傳動(dòng)精度為 8 級(jí) p152 圖8-21:Kv =1.18 fd =b2 =60=0.8 d1 75 p154 圖8-24:Kb = 1.07 (軟齒面,對(duì)稱布置) p154 圖 8-25: Ka = 1.25 N =60ngL =60 960 1 (5 300 8)=6.9 108 11h N = 60n

26、 gL = 60 320 1 (5 300 8) = 2.3 108 22h p164 圖8-34:YN1 =0.88,YN2 =0.92p165 圖8-35:ZN1 =0.98,ZN2 =0.94p164 表8-8: SFmin =1.25,SHmin =1.0(失效概率1/100) p162 圖8-32(c):sFlim1 =220MPa,sFlim2 =270MPap163 圖8-33(c):sHlim1 =550MPa,sHlim2 =620MPa K = KAKvKb Ka =1.0 1.18 1.07 1.25=1.58 T =9550 P =9550 10 =99.48Nm 1

27、n1 960 3許用應(yīng)力計(jì)算: YST = 2.0Flim1 ST p162式8-27:s =s Y Y =220 2 0.88=309.76MPa F1 S N1 1.25 F minsF2=sFlim2YST YN2 = 270 2 0.92=397.44MPa SFmin 1.25 p162式8-28:sH1=sHlim1 ZN1 =550 0.98=539MPa SH min 1sH2=sHlim2 ZN2 =620 0.94=582.8MPa 4驗(yàn)算齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度:p160 表8-7: ZE =189.8 MPa p161圖8-31:ZH =2.5 SH min 1 sH=sH1

28、,sH2min =539MPa -3- p160 式8-26:Ze = 4-e = 4-1.71 =0.87 33 p160式8-25:s =Z Z Z 500KT(u+1)3 EHe 1 H a b2u =189.8 2.5 0.87 500 1.58 99.48 (3+1)3 =460MPa 150 60 3 sH <sH 齒面接觸疲勞強(qiáng)度足夠 5驗(yàn)算齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度: p157 圖 8-28:YFa1 = 2.64,YFa2 = 2.26 p158 圖8-29:YSa1 =1.6,YSa2 =1.78 p158 式 8-23:Ye = 0.25 + 0.75 = 0.25 + 0

29、.75 = 0.69 e 1.71 p158 式8-22:s = 2000KT1 Y Y Y = 2000 1.58 99.48 2.64 1.6 0.69=62.65MPa F1 d1b1m Fa1 Sa1 e 75 65 3 1s = 2000KT Y Y Y = 2000 1.58 99.48 2.26 1.78 0.69=64.63MPa F2 d1b2m Fa2 Sa2 e 75 60 3 sF1<sF1 齒輪1齒根彎曲疲勞強(qiáng)度足夠 sF2<sF2 齒輪2齒根彎曲疲勞強(qiáng)度足夠 -4- 第九章部分題解 9-6 圖 9-17 均是以蝸桿為主動(dòng)件。試在圖上標(biāo)出蝸輪(或蝸桿)的轉(zhuǎn)

30、向,蝸輪齒的傾斜方向,蝸桿、蝸 輪所受力的方向。 圖 9-17 習(xí)題 9-6 圖 解(虛線箭頭表示判定得到的旋轉(zhuǎn)方向)9-18 已知一蝸桿傳動(dòng),蝸桿主動(dòng),z1=4,蝸桿頂圓直徑 da1=48mm,軸節(jié) pa=12.5664mm,轉(zhuǎn)速 n1=1440r/min, 蝸桿材料為 45 鋼,齒面硬度 HRC45,磨削、拋光;蝸輪材料為錫青銅。試求該傳動(dòng)的嚙合效率。 解 p =pm a d =d +2h*m a1 1 a m=pa =12.5664=4 mm pp d =d -2h*m=48-2 1 4=40 mm 1 a1 a -1- g = arctan(z1m) = arctan(4 4) = 2

31、1.801° d1 40 s p199 表 9-5:線性插值 f = 0.024 + 0.028 - 0.024 (4.0 - 3.248) = 0.027v 4.0-3.0 v v d1 2pn1v=v1 =200060=2000 60 =3.248m/s 40 2p 1440 cosg cosg cos(21.801) j = arctan( f ) = 1.547° h = tang = tan(21.801) =0.927 1 tan(g +j ) tan(21.801+1.547) v9-20 手動(dòng)絞車的簡(jiǎn)圖如圖 9-19 所示。手柄 1 與蝸桿 2 固接,蝸輪

32、3 與卷筒 4 固接。已知 m=8mm、z1=1、 d1=63mm、z2=50,蝸桿蝸輪齒面間的當(dāng)量摩擦因數(shù) fv=0.2,手柄 1 的臂長(zhǎng) L=320mm,卷筒 4 直徑 d4=200mm,重物 W=1000N。求: (1)在圖上畫出重物上升時(shí)蝸桿的轉(zhuǎn)向及蝸桿、蝸輪齒上所受各分力的方向; (2)蝸桿傳動(dòng)的嚙合效率; (3)若不考慮軸承的效率,欲使重物勻速上升,手柄上應(yīng)施加多大的力? (4)說(shuō)明該傳動(dòng)是否具有自鎖性? 圖 9-19 習(xí)題 9-20 圖 解 (1)蝸桿的轉(zhuǎn)向及蝸桿、蝸輪齒上所受各分力的方向如圖 (2)嚙合效率: g = arctan(z1m) = arctan(1 8) = 7.

33、237° d1 63 jv = arv tan fv = arctan(0.2) = 11.310° h = tan g tan(g +jv ) = tan(7.237) = 0.3785 tan(7.237 +11.310) -2- (3)手柄上的力: Ft3d3=Wd4 F=d4W=d4 W=200 1000=500N t3 d mz 8 50 2 2 Ft2 =tan(g +j ) 32 F =F tan(g +j )=500tan(7.237+11.310)=167.754 N Ft3 Ft2d1 =FL 2 或: T =Tih 32 (4)自鎖性: g<jv

34、 機(jī)構(gòu)具有自鎖性 F=Ft2d1 =167.754 63=16.513 N vt2t3v 2L Wd4 =FLih 2 2 320 -3- 第十章部分題解參考10-4 在圖 10-23 所示的輪系中,已知各輪齒數(shù), 3¢ 為單頭右旋蝸桿,求傳動(dòng)比 i15 。 解 i15 =n1 =-z2z3z4z5 =-z3z4z5 =-30 60 30=-90 n5 z1z2z3¢z4¢ z1z3¢z4¢ 20 1 30 10-6 圖 10-25 所示輪系中,所有齒輪的模數(shù)相等,且均為標(biāo)準(zhǔn)齒輪,若 n1=200r/min,n3=50r/min。求齒 數(shù) z2

35、¢ 及桿 4 的轉(zhuǎn)速 n4。當(dāng) 1)n1、n3 同向時(shí);2)n1、n3 反向時(shí)。 解 設(shè) 則 m(z1+z2)=m(z3-z2¢) 22 z2¢=z3-z1-z2=60-15-25=20i4 =n1-n4 =-z2z3 =-25 60=-5 13 n1 為“+”1)n1、n3同向時(shí):n4 =(n1 +5n3)/6=(200+5 50)/6=+75 r/min (n4與n1同向) 2)n1、n3反向時(shí):n4 =(n1 +5n3)/6=(200-5 50)/6=-8.33 r/min (n4與n1反向) 10-8 解 圖 10-27 所示為卷?yè)P(yáng)機(jī)的減速器,各輪齒數(shù)在圖

36、中示出。求傳動(dòng)比 i17 。 1-2-3-4-7 周轉(zhuǎn)輪系,5-6-7 定軸輪系 i7 =n1-n7 =-z2z4 =-52 78=-169 14 n3 -n4 z1z2¢ 15 20 n4=(n1+5n3)/6 n4 -n7 z1z3 24 21 21 i57 =n5 =-z7 =-78=-13 n7 z5 18 3 n4 =n5 i17 = n1 = 2767 =43.92(n1與n7同向) n7 63 圖 10-28 所示輪系,各輪齒數(shù)如圖所示。求傳動(dòng)比 i14 。 10-9解 iH =n1-nH =-z3 =-90=-5 13iH =n4-nH =z2¢z3 =33

37、 90=55 n3 -nH z1 18 43 n3 -nH z4z2 n3 =0 i1H =n1 =6 H i4H = n4 = 3 nH 58 87 36 58 i14=n1=i1H =6 58=116(n1與n4同向) n4i4H 3 -1- 10-11 圖 10-30 示減速器中,已知蝸桿 1 和 5 的頭數(shù)均為 1(右旋), z¢ =101, z =99, z¢ = z , z¢ =100, 12244 z¢ =100,求傳動(dòng)比i 。 5 1H 解 1-2 定軸輪系,1'-5'-5-4 定軸輪系,2'-3-4-H 周轉(zhuǎn)輪系

38、 i12=n1 =z2 =99=99n2=n1() n2 z1 1 99i1¢4¢ =n1¢ =z5¢z4¢ =100 100=10000n4¢ =101n1 () n4¢ z1¢ z5 101 1 101 10000 iH =n2¢-nH =z4 =-1n =1(n +n) 2¢4n-nz H22¢4 4 H 2¢ nH =1(n2¢ +n4)=1(n1 -101n1 )= n1 2 2 99 10000 1980000 i1H = n1 =1980000 H -

39、2- 第十一章部分題解11-11 設(shè) V 帶傳動(dòng)中心距 a=2000mm,小帶輪基準(zhǔn)直徑 dd1=125 mm,n1=960 r/min,大帶輪基準(zhǔn)直徑 dd2=500 mm,滑動(dòng)率 =2%。求:(1)V 帶基準(zhǔn)長(zhǎng)度;(2)小帶輪包角a1 ;(3)大帶輪實(shí)際轉(zhuǎn)速。 解 (1)V帶基準(zhǔn)長(zhǎng)度: L »2a+p (d +d )+(dd2 -dd1)2 =2 2000+p (125+500)+(500-125)2 =4999.33 mm d 2d1d2 4a 2 4 2000 p255 查表 11-5:Ld=5000 mm (2)小帶輪包角a1 : a 1 = p - dd 2 - dd1

40、= p - 500 -125 = 2.95409 rad = 169.257° (3)大帶輪實(shí)際轉(zhuǎn)速: i=n1= dd2 a 2000 n2 dd1(1-e) n = dd1(1-e)n =125 (1-0.02) 960=235.2 r/min 2 d 1 500 d2 11-13 某 V 帶傳動(dòng)傳遞功率 P=7.5 kW,帶速 v=10 m/s,緊邊拉力是松邊拉力的 2 倍,求緊邊拉力 F1 及有 效工作拉力 Fe。 解 P=Fev 1000 Fe =1000P=1000 7.5=750 N v 10 又 F=2F 且 F=F-F 12e12 F=2F=2 750=1500 N

41、2 1e 11-14 設(shè) V 帶傳動(dòng)的主動(dòng)帶輪轉(zhuǎn)速 n1=1450 r/min,傳動(dòng)比 i=2,帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度 Ld=2500 mm,工作平穩(wěn), 一班制工作,當(dāng)主動(dòng)帶輪基準(zhǔn)直徑分別為 dd1=140 mm 和 dd1=180 mm 時(shí),試計(jì)算相應(yīng)的單根 B 型 V 帶所能傳遞的功率,它們的差值是多少? 解 當(dāng) dd1=140 mm 時(shí): i=n1 =dd2 d =id =2d n2 dd1 2L -p(d +d )+ 2L -p(d +d )2 -8(d -d )2 d d1d2 d d1d2 d2d1 d2 d1 d1 中心距 a» = = ap255 表11-4:Ka =0.98+

42、1.0-0.98 (171.26-170)=0.983(線性插值) 8 2L -3pd + (2L -3pd )2 -8d2 d d1 d d1 d1 8 2 2500-3 140p + (2 2500-3 140p)2 -8 1402 8 小帶輪包角p253 表 11-3: P = 2.82 kW » p - dd 2 0 - dd1 = p - dd1 = p - 140 a a 917.5 180 - 170 =917.5 mm = 2.989 rad = 171.26° bp256 表11-7:Ki =1.12 1 p255 表11-5:KL =1.03 p256表

43、11-6:K =2.65 10-3 p257 表11-8:KA =1.0 DP =K n(1- 1 )=2.65 10-3 1450 (1- 1 )=0.412 kW 0b1 Ki 1.12 -1- P =(P+DP)KK =(2.82+0.412) 0.983 1.03=3.27 kW 00aL 140當(dāng) dd1=180 mm 時(shí): 中心距 a» = = KA 1.02L -p(d +d )+ 2L -p(d +d )2 -8(d -d )2 d d1d2 d d1d2 d2d1 8 2L -3pd + (2L -3pd )2 -8d2 d d1 d d1 d1 82 2500-3

44、 180p + (2 2500-3 180p)2 -8 1802 ap253 表 11-3: P = 4.39 kW 小帶輪包角 1 » p - d d 2 0 8 =821.0 mm - d d 1 = p - d d 1 = p - 180 = 2.922 rad = 167.44° a a 821p255表11-4:Ka =0.95+0.98-0.95 (167.44-160)=0.972(線性插值) 170 - 160P =(P +DP)K K =(4.39+0.412) 0.972 1.03=4.81 kW 180 DP=P -P =4.81-3.27=1.54

45、kW 180 140 00aLKA 1.0 差值: -2- 第十二章部分題解 12-7 某自動(dòng)機(jī)上裝有一個(gè)單撥銷六槽外槽輪機(jī)構(gòu),已知槽輪停歇時(shí)進(jìn)行工藝動(dòng)作,所需工藝時(shí)間為 30 秒,試確定撥盤轉(zhuǎn)速。 解 12-9 解 六槽外槽輪機(jī)構(gòu)兩槽間夾角:2j2=360°/6=60°主動(dòng)撥盤對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)過(guò)角度: 2a1=180°-2j2=120°主動(dòng)撥盤轉(zhuǎn)過(guò) 360°-2a1=240°時(shí),槽輪處于停歇階段,所用時(shí)間為 30 秒,設(shè)撥盤勻速轉(zhuǎn)動(dòng),則其轉(zhuǎn)速: n=240° 60 =1.33r/min 1 30 360° 在牛頭刨床的進(jìn)給

46、機(jī)構(gòu)中,設(shè)進(jìn)給絲杠的導(dǎo)程為 5mm,而與絲杠固結(jié)的棘輪有 28 個(gè)齒。問(wèn)該牛頭 刨床的最小進(jìn)給量是多少? 棘輪轉(zhuǎn)過(guò)28個(gè)齒時(shí),絲杠轉(zhuǎn)一周,進(jìn)給機(jī)構(gòu)移動(dòng)一個(gè)導(dǎo)程(5mm) 故牛頭刨床的最小進(jìn)給量為: 5 = 0.18 mm 28 -1- 第十四章部分題解 14-11 在圖 14-19 中,行星輪系各輪齒數(shù)為 z1、z2、z3,其質(zhì)心與輪心重合,又齒輪 1、2 對(duì)其質(zhì)心 O1、 O2 的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 J1、J2,系桿 H 對(duì) O1 的的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 JH,齒輪 2 的質(zhì)量為 m2,現(xiàn)以齒輪 1 為等 效構(gòu)件,求該輪系的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 Jv。 解 由公式(14-18): n J = v å

47、33; ævö2 æwö2ù êm ç si ÷ + J ç i ÷ ú ww i=1êèø èøú ëû i si æw ö2 é æw ö2 æv ö2ù æw ö2 =Jç 1÷+êJç 2÷+mçO2÷ú+Jç

48、H÷ 1èw1ø ê2èw1ø 2èw1 øú Hèw1 ø ëû 圖 14-19 習(xí)題 14-11 圖 (1)求wH: iH=w1-wH =-z3,w=0 w 13 w-w z 3 13H1 wH = z1 w1 z1 +z3(2)求vO2 : vO2 =RHwH = RHz1 ,R =l wwwz+z 11113 H O1O2 (3)求w2: iH=w2-wH=z3,w=0 w 23w-wz3 1 3H2 即: w2 =z2-z3 wH z2w2 =w2 wH

49、=z2-z3 w1 wH w1 z2 æzö2æz-zö2 z1z1 +z3 =z1(z2-z3) z2(z1 +z3) 故 æ z ö2 J = J + J ç 1 ÷ ç 2 3 ÷ + (m R2 + J )ç 1 ÷ v 1 2èz2øèz1+z3ø 2 H H èz1+z3ø 14-15 機(jī)器一個(gè)穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)循環(huán)與主軸兩轉(zhuǎn)相對(duì)應(yīng)。以曲柄與連桿所組成的轉(zhuǎn)動(dòng)副 A 的中心為等效力的作 用點(diǎn),等效阻力變化曲線 Fvc

50、-SA 如圖 14-22 所示。等效驅(qū)動(dòng)力 Fva 為常數(shù),等效構(gòu)件(曲柄)的平 均角速度值 m=25 rad/s,不均勻系數(shù) =0.02,曲柄長(zhǎng) lOA=0.5m, 求裝在主軸(曲柄軸)上的飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。 òTFvadsA =òTFvcdsA 00 解 (1)求 Fva: Fva 4plOA=80 (plOA+plOA) 2 (2)作等效力曲線、能量指示圖(見習(xí)題 14-15 解圖);求 Wy: 故 Fva=30N 圖 14-22 習(xí)題 14-15 圖 習(xí)題 14-15 解圖 -1- 14-19 圖 14-26 所示回轉(zhuǎn)構(gòu)件的各偏心質(zhì)量 m1=100g、m2=150g、

51、m3=200g、m4=100g,它們的質(zhì)心至轉(zhuǎn)動(dòng) 軸線的距離分別為 r1=400mm、r2=r4=300mm、r3=200mm,各偏心質(zhì)量所在平面間的距離為 l12= l23= l34=200mm,各偏心質(zhì)量的方位角a12 =120°、a23 =60°、a34 =90°。如加在平衡面 T和 T中的平衡質(zhì) 量 m及 m的質(zhì)心至轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的距離分別為 r和 r,且 r=r=500mm,試求 m和 m的大小及方位。 圖中: ab=-50plOA Nm、bc=30plOA Nm、cd =-25plOA Nm、da=45plOA Nm 故 Wy =50plOA =50p 0.

52、5=25p Nm (3)求J: J=Wy = 25p =6.28kgm2 解 T平衡面: 圖 14-26 習(xí)題 14-19 圖 m¢r =mr =100 400=40000 gmm FF w2d 252 0.02 m 11 m¢r = 22 m¢r = 33 11l23 +l34 m r = l +l +l 2 2 12 23 34 200+200 150 300=30000 gmm 200+200+200 200 200 200=13333 gmm 200+200+200 200 150 300=15000 gmm 200+200+200 200+200 200

53、 200=26667 gmm 200+200+200 T平衡面: m¢r = 22 12 23 34 l12 mr = mr = l34l +l +l 3 3 m¢r = 33 l12 +l23l +l +l 3 3 l +l +l 2 2 12 23 34 mr =m¢¢r =mr =100 300=30000 gmm 12 23 34 44 44 圖解法結(jié)果見習(xí)題 14-19 解圖 由解圖可得: m¢r¢=28.5 1000=28500 gmm(計(jì)算值:) m¢= m¢r¢ = 28500 =57 g

54、 r¢ 500 a¢ =114° m¢¢r¢¢=38 1000=38000 gmm m¢¢= m¢r¢ = 38000 =76 g r¢ 500 a¢ =116° 習(xí)題 14-19 解圖 -2- 第十五章部分題解 15-12 已知?dú)飧椎墓ぷ鲏毫υ?00.5 MPa 間變化。氣缸內(nèi)徑 D=500mm,氣缸蓋螺栓數(shù)目為 16,接合面間 采用銅皮石棉墊片。試計(jì)算氣缸蓋螺栓直徑。 解 汽缸蓋螺栓連接需要滿足氣密性、強(qiáng)度等要求 p349表15-5:確定螺栓力學(xué)性能:

55、性能級(jí)別:8.8級(jí),材料:35鋼,sb =800MPa, ss =640MPa 注:性能等級(jí)與適用場(chǎng)合、經(jīng)濟(jì)性、制造工藝等有關(guān),一般選用 6.8 或 8.8 級(jí)。 pD2 5002p 汽缸最大載荷:FQ = 4 P= 4 0.5=98175 N 螺栓工作載荷:F=FQ =98175=6136 N 16 16殘余鎖緊力: F¢¢=1.5F =1.5 6136=9204 N 注:p346壓力容器F¢=(1.51.8)F 螺栓最大拉力:F0 =F¢+F=9204+6136=15340 N 取安全系數(shù): S = 2 注:壓力容器一般使用定力矩扳手,p349 用測(cè)

56、力矩或定力矩扳手,S=1.62 許用拉應(yīng)力: s=ss =640=320 MPa S2螺栓直徑: d 4 1.3F0 = 4 1.3 15340=8.91 mm ps 320p 1確定螺栓直徑:查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)普通螺紋基本尺寸(GB/T 196-2003)選:M12,d1=10.106mm 螺栓疲勞強(qiáng)度校核:p346表15-2: C1 =0.8 (銅皮石棉墊片) C1 +C2s = C1 2F =0.8 2 6136 =30.60 MPa 應(yīng)力幅:材料疲勞極限:s-1 = 0.32sb = 0.32 800 = 256 MPa a sa <sa 安全 a C +C pd2 p 10.1062 121 p347取: e =1(表15-3)、Km =1.25、Ku =1、Sa = 2(控制預(yù)緊力)、Ks = 4.8(表15-4) 許用應(yīng)力幅: s =eKmKus-1 =1 1.25 1 256=33.33 MPa 15-13 一托架用 6 個(gè)鉸制孔用螺栓與鋼柱相聯(lián)接,作用在托架上的外載荷 FQ=5×104N。就圖 15-48 所示 的三種螺栓組布置形式,分析哪一種布置形式螺栓受力最小。 圖 15-48 習(xí)題 15-13 圖(托架與機(jī)架連接螺栓組三種不同布置方案) 解