機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第五版課后習(xí)題答案

1、 1-1至1-4解 機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖如下圖所示。 圖 1.11 題1-1解圖圖1.12 題1-2解圖 圖1.13 題1-3解圖 圖1.14 題1-4解圖 1-5 解 1-6 解 1-7 解 1-8 解 1-9 解 1-10 解 1-11 解 1-12 解  1-13解 該導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的全部瞬心如圖所示，構(gòu)件 1、3的角速比為： 1-14解 該正切機(jī)構(gòu)的全部瞬心如圖所示，構(gòu)件 3的速度為： ，方向垂直向上。 1-15解 要求輪 1與輪2的角速度之比，首先確定輪1、輪2和機(jī)架4三個構(gòu)件的三個瞬心，即 ， 和 ，如圖所示。則： ，輪2與輪1的轉(zhuǎn)向相反。 1-16解 （ 1）圖a中的構(gòu)件組合的自由度

2、為： 自由度為零，為一剛性桁架，所以構(gòu)件之間不能產(chǎn)生相對運(yùn)動。 （ 2）圖b中的 CD 桿是虛約束，去掉與否不影響機(jī)構(gòu)的運(yùn)動。故圖 b中機(jī)構(gòu)的自由度為： 所以構(gòu)件之間能產(chǎn)生相對運(yùn)動。題 2-1答 : a ） ，且最短桿為機(jī)架，因此是雙曲柄機(jī)構(gòu)。 b ） ，且最短桿的鄰邊為機(jī)架，因此是曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。 c ） ，不滿足桿長條件，因此是雙搖桿機(jī)構(gòu)。 d ） ，且最短桿的對邊為機(jī)架，因此是雙搖桿機(jī)構(gòu)。 題 2-2解 : 要想成為轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，則要求 與 均為周轉(zhuǎn)副。 （ 1 ）當(dāng) 為周轉(zhuǎn)副時，要求 能通過兩次與機(jī)架共線的位置。 見圖 2-15 中位置 和。 在 中，直角邊小于斜邊，故有： （極限情況取

3、等號）； 在 中，直角邊小于斜邊，故有： （極限情況取等號）。 綜合這二者，要求 即可。 （ 2 ）當(dāng) 為周轉(zhuǎn)副時，要求 能通過兩次與機(jī)架共線的位置。 見圖 2-15 中位置 和 。 在位置 時，從線段 來看，要能繞過 點(diǎn)要求： （極限情況取等號）； 在位置 時，因?yàn)閷?dǎo)桿 是無限長的，故沒有過多條件限制。 （ 3 ）綜合（ 1 ）、（ 2 ）兩點(diǎn)可知，圖示偏置導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)成為轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的條件是： 題 2-3 見圖 2.16 。 圖 2.16  題 2-4解 : （ 1 ）由公式 ，并帶入已知數(shù)據(jù)列方程有： 因此空回行程所需時間 ； （ 2 ）因?yàn)榍栈匦谐逃脮r ， 轉(zhuǎn)過的角度為 ，

4、因此其轉(zhuǎn)速為： 轉(zhuǎn) / 分鐘 題 2-5 解 : （ 1 ）由題意踏板 在水平位置上下擺動 ，就是曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中搖桿的極限位置，此時曲柄與連桿處于兩次共線位置。取適當(dāng)比例 圖 尺，作出兩次極限位置 和 （見圖2.17 ）。由圖量得： ， 。 解得 ： 由已知和上步求解可知： ， ， ， （ 2 ） 因最小傳動角位于曲柄與機(jī)架兩次共線位置，因此取 和 代入公式（ 2-3 ）計算可得： 或： 代入公式（ 2-3 ），可知 題 2-6解： 因?yàn)楸绢}屬于設(shè)計題，只要步驟正確，答案不唯一。這里給出基本的作圖步驟，不給出具體數(shù)值答案。作圖步驟如下（見圖 2.18 ）： （ 1 ）求 ， ；并確定比例尺 。

5、 （ 2 ）作 ， 。（即搖桿的兩極限位置） （ 3 ）以 為底作直角三角形 ， ， 。 （ 4 ）作 的外接圓，在圓上取點(diǎn) 即可。 在圖上量取 ， 和機(jī)架長度 。則曲柄長度 ，搖桿長度 。在得到具體各桿數(shù)據(jù)之后，代入公式 （ 2 3 ）和 （ 2-3 ）求最小傳動角 ，能滿足 即可。 圖 2.18 題 2-7圖 2.19  解 : 作圖步驟如下 （見圖 2.19 ） ： （ 1 ）求 ， ；并確定比例尺 。 （ 2 ）作 ，頂角 ， 。 （ 3 ）作 的外接圓，則圓周上任一點(diǎn)都可能成為曲柄中心。 （ 4 ）作一水平線，于 相距 ，交圓周于 點(diǎn)。 （ 5 ）由圖量得 ， 。解得 ：

6、曲柄長度： 連桿長度： 題 2-8 解 : 見圖 2.20 ，作圖步驟如下： （ 1 ） 。 （ 2 ）取 ，選定 ，作 和 ， 。 （ 3 ）定另一機(jī)架位置： 角平 分線， 。 （ 4 ） ， 。 桿即是曲柄，由圖量得 曲柄長度： 題 2-9解： 見圖 2.21 ，作圖步驟如下： （ 1 ）求 ， ，由此可知該機(jī)構(gòu)沒有急回特性。 （ 2 ）選定比例尺 ，作 ， 。（即搖桿的兩極限位置） （ 3 ）做 ， 與 交于 點(diǎn)。 （ 4 ）在圖上量取 ， 和機(jī)架長度 。 曲柄長度： 連桿長度： 題 2-10解 : 見圖 2.22 。這是已知兩個活動鉸鏈兩對位置設(shè)計四桿機(jī)構(gòu)，可以用圓心法。連接 ， ，作

7、圖 2.22 的中垂線與 交于點(diǎn)。然后連接 ， ，作 的中垂線與 交于 點(diǎn)。圖中畫出了一個位置 。從圖中量取各桿的長度，得到：， 題 2-11解 : （ 1 ）以 為中心，設(shè)連架桿長度為 ，根據(jù) 作出 ，。 （ 2 ）取連桿長度 ，以 ， ， 為圓心，作弧。 （ 3 ）另作以 點(diǎn)為中心， 、 ， 的另一連架桿的幾個位置，并作出不同半徑的許多同心圓弧。 （ 4 ）進(jìn)行試湊，最后得到結(jié)果如下：， ， ， 。 機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖如圖 2.23 。 題 2-12解 : 將已知條件代入公式（ 2-10 ）可得到方程組： 聯(lián)立求解得到： ， ， 。 將該解代入公式（ 2-8 ）求解得到： ， ， ， 。 又因?yàn)?/p>

8、實(shí)際 ，因此每個桿件應(yīng)放大的比例尺為： ，故每個桿件的實(shí)際長度是： ， ， ， 。 題 2-13證明 : 見圖 2.25 。在 上任取一點(diǎn) ，下面求證 點(diǎn)的運(yùn)動軌跡為一橢圓。見圖可知 點(diǎn)將 分為兩部分，其中 ， 。 又由圖可知 ， ，二式平方相加得 可見 點(diǎn)的運(yùn)動軌跡為一橢圓。3-1解 圖 3.10 題3-1解圖如圖 3.10所示，以O(shè)為圓心作圓并與導(dǎo)路相切，此即為偏距圓。過B點(diǎn)作偏距圓的下切線，此線為凸輪與從動件在B點(diǎn)接觸時，導(dǎo)路的方向線。推程運(yùn)動角 如圖所示。 3-2解圖 3.12 題3-2解圖如圖 3.12所示，以O(shè)為圓心作圓并與導(dǎo)路相切，此即為偏距圓。過D點(diǎn)作偏距圓的下切線，

9、此線為凸輪與從動件在D點(diǎn)接觸時，導(dǎo)路的方向線。凸輪與從動件在D點(diǎn)接觸時的壓力角 如圖所示。 3-3解 ：從動件在推程及回程段運(yùn)動規(guī)律的位移、速度以及加速度方程分別為：（ 1）推程： 0° 150° （ 2）回程：等加速段 0° 60 ° 等減速段 60° 120 ° 為了計算從動件速度和加速度，設(shè) 。 計算各分點(diǎn)的位移、速度以及加速度值如下： 總轉(zhuǎn)角 0° 15° 30° 45° 60° 75° 90° 105° 位移 (mm) 0 0.734 2.865

10、 6.183 10.365 15 19.635 23.817 速度 (mm/s) 0 19.416 36.931 50.832 59.757 62.832 59.757 50.832 加速度（ mm/s 2 ） 65.797 62.577 53.231 38.675 20.333 0 -20.333 -38.675 總轉(zhuǎn)角 120° 135° 150° 165° 180° 195° 210° 225° 位移 (mm) 27.135 29.266 30 30 30 29.066 26.250 21.563 速度 (m

11、m/s) 36.932 19.416 0 0 0 -25 -50 -75 加速度（ mm/s 2 ） -53.231 -62.577 -65.797 0 -83.333 -83.333 -83.333 -83.333 總轉(zhuǎn)角 240° 255° 270° 285° 300° 315° 330° 345° 位移 (mm) 15 8.438 3.75 0.938 0 0 0 0 速度 (mm/s) -100 -75 -50 -25 0 0 0 0 加速度（ mm/s 2 ） -83.333 -83.333 83.333

12、 83.333 83.333 0 0 0 根據(jù)上表 作圖如下（注：為了圖形大小協(xié)調(diào)，將位移曲線沿縱軸放大了 5倍。）：   圖 3-13 題3-3解圖 3-4 解 ：圖 3-14 題3-4圖 根據(jù) 3-3題解作圖如圖3-15所示。根據(jù)(3.1)式可知， 取最大，同時s 2 取最小時，凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角最大。從圖3-15可知，這點(diǎn)可能在推程段的開始處或在推程的中點(diǎn)處。由圖量得在推程的開始處凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角最大，此時 =30° 。   圖 3-15 題3-4解圖  3-5解 ：（ 1）計算從動件的位移并對凸輪轉(zhuǎn)角求導(dǎo) 當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)角 在 0 過程中，從動件按簡諧運(yùn)

13、動規(guī)律上升 h=30mm。根據(jù)教材(3-7)式 可得： 0 0  當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)角 在 過程中，從動件遠(yuǎn)休。 S 2 =50  當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)角 在 過程中，從動件按等加速度運(yùn)動規(guī)律下降到升程的一半。根據(jù)教材(3-5)式 可得：  當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)角 在 過程中，從動件按等減速度運(yùn)動規(guī)律下降到起始位置。根據(jù)教材(3-6)式 可得：  當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)角 在 過程中，從動件近休。 S 2 =50  （ 2）計算凸輪的理論輪廓和實(shí)際輪廓 本題的計算簡圖及坐標(biāo)系如圖 3-16所示，由圖可知，凸輪理論輪廓上B點(diǎn)(即滾子中心)的直角坐標(biāo)為 圖 3-16 式中 。  由圖

14、3-16可知，凸輪實(shí)際輪廓的方程即B 點(diǎn)的坐標(biāo)方程式為 因?yàn)?所以 故  由上述公式可得 理論輪廓曲線和實(shí)際輪廓的直角坐標(biāo)，計算結(jié)果如下表，凸輪廓線如圖3-17所示。 x y x y 0° 49.301 8.333 180° -79.223 -8.885 10° 47.421 16.843 190° -76.070 -22.421 20° 44.668 25.185 200° -69.858 -34.840 30° 40.943 33.381 210° -60.965 -45.369 40° 3

15、6.089 41.370 220° -49.964 -53.356 50° 29.934 48.985 230° -37.588 -58.312 60° 22.347 55.943 240° -24.684 -59.949 70° 13.284 61.868 250° -12.409 -59.002 80° 2.829 66.326 260° -1.394 -56.566 90° -8.778 68.871 270° 8.392 -53.041 100° -21.139 69

16、.110 280° 17.074 -48.740 110° -33.714 66.760 290° 24.833 -43.870 120° -45.862 61.695 300° 31.867 -38.529 130° -56.895 53.985 310° 38.074 -32.410 140° -66.151 43.904 320° 43.123 -25.306 150° -73.052 31.917 330° 46.862 -17.433 160° -77.484 18

17、.746 340° 49.178 -9.031 170° -79.562 5.007 350° 49.999 -0.354 180° -79.223 -8.885 360° 49.301 8.333   圖 3-17 題3-5解圖 3-6 解：圖 3-18 題3-6圖 從動件在推程及回程段運(yùn)動規(guī)律的角位移方程為： 1.推程： 0° 150° 2.回程： 0° 120 ° 計算各分點(diǎn)的位移值如下： 總轉(zhuǎn)角（ °） 0 15 30 45 60 75 90 105 角位移（ °）

18、0 0.367 1.432 3.092 5.182 7.5 9.818 11.908 總轉(zhuǎn)角（ °） 120 135 150 165 180 195 210 225 角位移（ °） 13.568 14.633 15 15 15 14.429 12.803 0.370 總轉(zhuǎn)角（ °） 240 255 270 285 300 315 330 345 角位移（ °） 7.5 4.630 2.197 0.571 0 0 0 0 根據(jù)上表 作圖如下： 圖 3-19 題3-6解圖 3-7解：從動件在推程及回程段運(yùn)動規(guī)律的位移方程為： 1.推程： 0° 12

19、0° 2.回程： 0° 120 °  計算各分點(diǎn)的位移值如下： 總轉(zhuǎn)角（ °）0153045607590105位移（ mm）00.7612.9296.1731013.82717.07119.239總轉(zhuǎn)角（ °）120135150165180195210225位移（ mm）20202019.23917.07113.827106.173總轉(zhuǎn)角（ °）240255270285300315330345位移（ mm）2.9290.761000000 圖 3-20 題3-7解圖 4.5課后習(xí)題詳解 4-1解 分度圓直徑齒頂高 齒根高頂

20、隙 中心距 齒頂圓直徑 齒根圓直徑 基圓直徑 齒距 齒厚、齒槽寬 4-2解由 可得模數(shù) 分度圓直徑 4-3解 由 得 4-4解 分度圓半徑 分度圓上漸開線齒廓的曲率半徑 分度圓上漸開線齒廓的壓力角 基圓半徑 基圓上漸開線齒廓的曲率半徑為 0； 壓力角為 。 齒頂圓半徑 齒頂圓上漸開線齒廓的曲率半徑 齒頂圓上漸開線齒廓的壓力角 4-5解 正常齒制漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪的齒根圓直徑： 基圓直徑 假定 則解 得 故當(dāng)齒數(shù) 時，正常齒制漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪的基圓大于齒根圓；齒數(shù) ，基圓小于齒根圓。 4-6解 中心距 內(nèi)齒輪分度圓直徑 內(nèi)齒輪齒頂圓直徑 內(nèi)齒輪齒根圓直徑 4-7 證明 用齒條刀具加工標(biāo)

21、準(zhǔn)漸開線直齒圓柱齒輪，不發(fā)生根切的臨界位置是極限點(diǎn) 正好在刀具的頂線上。此時有關(guān)系： 正常齒制標(biāo)準(zhǔn)齒輪 、 ，代入上式 短齒制標(biāo)準(zhǔn)齒輪 、 ，代入上式 圖 4.7 題4-7解圖 4-8證明 如圖所示， 、 兩點(diǎn)為卡腳與漸開線齒廓的切點(diǎn)，則線段 即為漸開線的法線。根據(jù)漸開線的特性：漸開線的法線必與基圓相切，切點(diǎn)為 。 再根據(jù)漸開線的特性：發(fā)生線沿基圓滾過的長度，等于基圓上被滾過的弧長，可知： AC 對于任一漸開線齒輪，基圓齒厚與基圓齒距均為定值，卡尺的位置不影響測量結(jié)果。 圖 4.8 題4-8圖 圖4.9 題4-8解圖 4-9解 模數(shù)相等、壓力角相等的兩個齒輪，分度圓齒厚 相等。但是齒數(shù)多的齒輪

22、分度圓直徑大，所以基圓直徑就大。根據(jù)漸開線的性質(zhì)，漸開線的形狀取決于基圓的大小，基圓小,則漸開線曲率大,基圓大，則漸開線越趨于平直。因此，齒數(shù)多的齒輪與齒數(shù)少的齒輪相比，齒頂圓齒厚和齒根圓齒厚均為大值。 4-10解 切制變位齒輪與切制標(biāo)準(zhǔn)齒輪用同一把刀具，只是刀具的位置不同。因此，它們的模數(shù)、壓力角、齒距均分別與刀具相同，從而變位齒輪與標(biāo)準(zhǔn)齒輪的分度圓直徑和基圓直徑也相同。故參數(shù) 、 、 不變。 變位齒輪分度圓不變，但正變位齒輪的齒頂圓和齒根圓增大，且齒厚增大、齒槽寬變窄。因此 、 變大， 變小。 嚙合角 與節(jié)圓直徑 是一對齒輪嚙合傳動的范疇。 4-11解 因 螺旋角 端面模數(shù) 端面壓力角 當(dāng)

23、量齒數(shù) 分度圓直徑 齒頂圓直徑 齒根圓直徑 4-12解 （1）若采用標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪，則標(biāo)準(zhǔn)中心距應(yīng) 說明采用標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動時，實(shí)際中心距大于標(biāo)準(zhǔn)中心距，齒輪傳動有齒側(cè)間隙，傳動不連續(xù)、傳動精度低，產(chǎn)生振動和噪聲。 （ 2）采用標(biāo)準(zhǔn)斜齒圓柱齒輪傳動時，因 螺旋角 分度圓直徑 節(jié)圓與分度圓重合 ， 4-13解 4-14解分度圓錐角 分度圓直徑 齒頂圓直徑 齒根圓直徑 外錐距 齒頂角、齒根角 頂錐角 根錐角 當(dāng)量齒數(shù) 4-15答： 一對直齒圓柱齒輪正確嚙合的條件是：兩齒輪的模數(shù)和壓力角必須分別相等，即 、。 一對斜齒圓柱齒輪正確嚙合的條件是：兩齒輪的模數(shù)和壓力角分別相等，螺旋角大小相等、方向

24、相反（外嚙合），即 、 、 。 一對直齒圓錐齒輪正確嚙合的條件是：兩齒輪的大端模數(shù)和壓力角分別相等，即 、 。5-1解： 蝸輪 2和蝸輪3的轉(zhuǎn)向如圖粗箭頭所示，即 和 。圖 5.5 圖5.6 5-2解： 這是一個定軸輪系，依題意有： 齒條 6 的線速度和齒輪 5 分度圓上的線速度相等；而齒輪 5 的轉(zhuǎn)速和齒輪 5 的轉(zhuǎn)速相等，因此有： 通過箭頭法判斷得到齒輪 5 的轉(zhuǎn)向順時針，齒條 6 方向水平向右。 5-3解：秒針到分針的傳遞路線為： 6543，齒輪3上帶著分針，齒輪6上帶著秒針，因此有： 。 分針到時針的傳遞路線為： 9101112，齒輪9上帶著分針，齒輪12上帶著時針，因此有： 。 圖

25、5.7 圖5.8 5-4解： 從圖上分析這是一個周轉(zhuǎn)輪系，其中齒輪 1、3為中心輪，齒輪2為行星輪，構(gòu)件 為行星架。則有： 當(dāng)手柄轉(zhuǎn)過 ，即 時，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)過的角度 ，方向與手柄方向相同。 5-5解： 這是一個周轉(zhuǎn)輪系，其中齒輪 1、3為中心輪，齒輪2、2為行星輪，構(gòu)件 為行星架。 則有： ， 傳動比 為10，構(gòu)件 與 的轉(zhuǎn)向相同。 圖 5.9 圖5.10 5-6解： 這是一個周轉(zhuǎn)輪系，其中齒輪 1為中心輪，齒輪2為行星輪，構(gòu)件 為行星架。 則有： ， ， 5-7解： 這是由四組完全一樣的周轉(zhuǎn)輪系組成的輪系，因此只需要計算一組即可。取其中一組作分析，齒輪 4、3為中心輪，齒輪2為行星輪，構(gòu)件1為行

26、星架。這里行星輪2是惰輪，因此它的齒數(shù) 與傳動比大小無關(guān)，可以自由選取。（1） 由圖知 （2） 又挖叉固定在齒輪上，要使其始終保持一定的方向應(yīng)有： （3） 聯(lián)立（ 1）、（2）、（3）式得： 圖 5.11 圖5.12 5-8解： 這是一個周轉(zhuǎn)輪系，其中齒輪 1、3為中心輪，齒輪2、2為行星輪， 為行星架。 ， 與 方向相同 5-9解： 這是一個周轉(zhuǎn)輪系，其中齒輪 1、3為中心輪，齒輪2、2為行星輪， 為行星架。 設(shè)齒輪 1方向?yàn)檎?，則 ， 與 方向相同 圖 5.13 圖5.14 5-10解： 這是一個混合輪系。其中齒輪 1、2、23、 組成周轉(zhuǎn)輪系，其中齒輪1、3為中心輪，齒輪2、2為行星輪，

27、 為行星架。而齒輪4和行星架 組成定軸輪系。 在周轉(zhuǎn)輪系中： （1） 在定軸輪系中： （2） 又因?yàn)椋?（3） 聯(lián)立（ 1）、（2）、（3）式可得： 5-11解： 這是一個混合輪系。其中齒輪 4、5、6、7和由齒輪3引出的桿件組成周轉(zhuǎn)輪系，其中齒輪4、7為中心輪，齒輪5、6為行星輪，齒輪3引出的桿件為行星架 。而齒輪1、2、3組成定軸輪系。在周轉(zhuǎn)輪系中： （1） 在定軸輪系中： （2） 又因?yàn)椋?， 聯(lián)立（ 1）、（2）、（3）式可得： （ 1）當(dāng) ， 時， ， 的轉(zhuǎn)向與齒輪1和4的轉(zhuǎn)向相同。 （ 2）當(dāng) 時， （ 3）當(dāng) ， 時， ， 的轉(zhuǎn)向與齒輪1和4的轉(zhuǎn)向相反。 圖 5.15 圖5.16

28、 5-12解： 這是一個混合輪系。其中齒輪 4、5、6和構(gòu)件 組成周轉(zhuǎn)輪系，其中齒輪4、6為中心輪，齒輪5為行星輪， 是行星架。齒輪1、2、3組成定軸輪系。 在周轉(zhuǎn)輪系中： （1） 在定軸輪系中： （2） 又因?yàn)椋?， （3） 聯(lián)立（ 1）、（2）、（3）式可得： 即齒輪 1 和構(gòu)件 的轉(zhuǎn)向相反。 5-13解： 這是一個混合輪系。齒輪 1、2、3、4組成周轉(zhuǎn)輪系，其中齒輪1、3為中心輪，齒輪2為行星輪，齒輪4是行星架。齒輪4、5組成定軸輪系。 在周轉(zhuǎn)輪系中： ， （1） 在圖 5.17中，當(dāng)車身繞瞬時回轉(zhuǎn)中心 轉(zhuǎn)動時，左右兩輪走過的弧長與它們至 點(diǎn)的距離成正比，即：（2） 聯(lián)立（ 1）、（2）

29、兩式得到： ， （3） 在定軸輪系中： 則當(dāng)： 時， 代入（ 3）式，可知汽車左右輪子的速度分別為 ， 5-14解： 這是一個混合輪系。齒輪 3、4、4、5和行星架 組成周轉(zhuǎn)輪系，其中齒輪3、5為中心輪，齒輪4、4為行星輪。齒輪1、2組成定軸輪系。 在周轉(zhuǎn)輪系中：（1） 在定軸輪系中： （2） 又因?yàn)椋?， ， （3） 依題意，指針 轉(zhuǎn)一圈即 （4） 此時輪子走了一公里，即 （5） 聯(lián)立（ 1）、（2）、（3）、（4）、（5）可求得 圖 5.18 圖5.19 5-15解： 這個起重機(jī)系統(tǒng)可以分解為 3個輪系：由齒輪3、4組成的定軸輪系；由蝸輪蝸桿1和5組成的定軸輪系；以及由齒輪1、2、2、3和

30、構(gòu)件 組成的周轉(zhuǎn)輪系，其中齒輪1、3是中心輪，齒輪4、2為行星輪，構(gòu)件 是行星架。 一般工作情況時由于蝸桿 5不動，因此蝸輪也不動，即 （1） 在周轉(zhuǎn)輪系中： （2） 在定軸齒輪輪系中： （3） 又因?yàn)椋?， ， （4） 聯(lián)立式（ 1）、（2）、（3）、（4）可解得： 。 當(dāng)慢速吊重時，電機(jī)剎住，即 ，此時是平面定軸輪系，故有： 5-16解： 由幾何關(guān)系有：又因?yàn)橄鄧Ш系凝X輪模數(shù)要相等，因此有上式可以得到： 故行星輪的齒數(shù)： 圖 5.20 圖5.21 5-17解： 欲采用圖示的大傳動比行星齒輪，則應(yīng)有下面關(guān)系成立： （ 1） （2） （3） 又因?yàn)辇X輪 1與齒輪3共軸線，設(shè)齒輪1、2的模數(shù)為

31、，齒輪2、3的模數(shù)為 ，則有： （4） 聯(lián)立（ 1）、（2）、（3）、（4）式可得 （5） 當(dāng) 時，（5）式可取得最大值1.0606；當(dāng) 時，（5）式接近1，但不可能取到1。因此 的取值范圍是（1，1.06）。而標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪的模數(shù)比是大于1.07的，因此，圖示的大傳動比行星齒輪不可能兩對都采用直齒標(biāo)準(zhǔn)齒輪傳動，至少有一對是采用變位齒輪。 5-18解： 這個輪系由幾個部分組成，蝸輪蝸桿 1、2組成一個定軸輪系；蝸輪蝸桿5、4組成一個定軸輪系；齒輪1、5組成一個定軸輪系，齒輪4、3、3、2組成周轉(zhuǎn)輪系，其中齒輪2、4是中心輪，齒輪3、3為行星輪，構(gòu)件 是行星架。 在周轉(zhuǎn)輪系中： （1） 在蝸輪

32、蝸桿 1、2中： （2） 在蝸輪蝸桿 5、4中： （3） 在齒輪 1、5中： （4） 又因?yàn)椋?， ， ， （5） 聯(lián)立式（ 1）、（2）、（3）、（4）、（5）式可解得： ，即 。 5-19解： 這個輪系由幾個部分組成，齒輪 1、2、5、組成一個周轉(zhuǎn)輪系，齒輪 1、2、2、3、組成周轉(zhuǎn)輪系，齒輪3、4、5組成定軸輪系。 在齒輪 1、2、5、 組成的周轉(zhuǎn)輪系中： 由幾何條件分析得到： ，則 （1） 在齒輪 1、2、2、3、 組成的周轉(zhuǎn)輪系中： 由幾何條件分析得到： ，則 （2） 在齒輪 3、4、5組成的定軸輪系中： （3） 又因?yàn)椋?， （4） 聯(lián)立式（ 1）、（2）、（3）、（4）式可解得：

33、 系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)不均勻系數(shù)： ； 9-1答 退火：將鋼加熱到一定溫度，并保溫到一定時間后，隨爐緩慢冷卻的熱處理方法。主要用來消除內(nèi)應(yīng)力、降低硬度，便于切削。 正火：將鋼加熱到一定溫度，保溫一定時間后，空冷或風(fēng)冷的熱處理方法?？上齼?nèi)應(yīng)力，降低硬度，便于切削加工；對一般零件，也可作為最終熱處理，提高材料的機(jī)械性能。 淬火：將鋼加熱到一定溫度，保溫一定時間后，浸入到淬火介質(zhì)中快速冷卻的熱處理方法。可提高材料的硬度和耐磨性，但存在很大的內(nèi)應(yīng)力，脆性也相應(yīng)增加。淬火后一般需回火。淬火還可提高其抗腐蝕性。 調(diào)質(zhì)：淬火后加高溫回火的熱處理方法?？色@得強(qiáng)度、硬度、塑性、韌性等均較好的綜合力學(xué)性能，廣泛應(yīng)用于較為

34、重要的零件設(shè)計中。 表面淬火：迅速將零件表面加熱到淬火溫度后立即噴水冷卻，使工件表層淬火的熱處理方法。主要用于中碳鋼或中碳合金鋼，以提高表層硬度和耐磨性，同時疲勞強(qiáng)度和沖擊韌性都有所提高。 滲碳淬火：將工件放入滲碳介質(zhì)中加熱，并保溫一定時間，使介質(zhì)中的碳滲入到鋼件中的熱處理方法。適合于低碳鋼或低碳合金鋼，可提高表層硬度和耐磨性，而仍保留芯部的韌性和高塑性。 9-2解 見下表 9-3解查教材表 9-1，Q235的屈服極限 查手冊 GB706-88標(biāo)準(zhǔn)，14號熱軋工字鋼的截面面積 則拉斷時所所的最小拉力為 9-4解 查教材表9-1，45鋼的屈服極限 許用應(yīng)力 把夾緊力 向截面中心轉(zhuǎn)化，則有拉力 和

35、彎距 截面面積 抗彎截面模量 則最大夾緊力 應(yīng)力分布圖如圖所示 圖 9.3 題9-4解圖 9-5解 查手冊，查手冊退刀槽寬度 ，溝槽直徑 ，過渡圓角半徑，尾部倒角 設(shè)所用螺栓為標(biāo)準(zhǔn)六角頭螺栓，對于 的螺栓，最小中心距 ，螺栓軸線與箱壁的最小距離 。 9-6解 查手冊，當(dāng)圓軸 時，平鍵的斷面尺寸為 且軸上鍵槽尺寸 、輪轂鍵槽尺寸。 圖 9.5 題9-6解圖 9-7解 （1）取橫梁作為示力體，當(dāng)位于支承 右側(cè) 處時 由 得 由 得 由得 由 得 （ 2）橫梁彎矩圖 圖 9.7 題9-7解圖 （ 3）橫梁上鉚釘組的載荷 力矩水平分力 垂直分力 9-8解 水平分力在每個鉚釘上產(chǎn)生的載荷 垂直分力 在每

36、個鉚釘上產(chǎn)生的載荷 力矩 在每個鉚釘上產(chǎn)生的載荷 各力在鉚釘上的方向見圖所示 圖 9.9 題9-8解圖 根據(jù)力的合成可知，鉚釘 1的載荷最大 9-9解 鉚釘所受最大載荷 校核剪切強(qiáng)度 校核擠壓強(qiáng)度 均合適。 9-10解 支承 可用鑄鐵HT200或鑄鋼ZG270-500。其結(jié)構(gòu)立體圖見圖。 圖 9.10 題9-10解圖 支承 的可能失效是回轉(zhuǎn)副的磨損失效，或回轉(zhuǎn)副孔所在橫截面處拉斷失效。 9-11解 （ 1）輪齒彎曲應(yīng)力可看成是脈動循環(huán)變應(yīng)力。 （ 2）大齒輪循環(huán)次數(shù)（ 3）對應(yīng)于循環(huán)總次數(shù) 的疲勞極限能提高 提高了 1.24倍。 9-12答 由圖5-1可見，惰輪4的輪齒是雙側(cè)受載。當(dāng)惰輪轉(zhuǎn)一周

37、時，輪齒任一側(cè)齒根處的彎曲應(yīng)力的變化規(guī)律：未進(jìn)入嚙合，應(yīng)力為零，這一側(cè)進(jìn)入嚙合時，該側(cè)齒根受拉，并逐漸達(dá)到最大拉應(yīng)力，然后退出嚙合，應(yīng)力又變?yōu)榱?。接著另一?cè)進(jìn)入嚙合，該側(cè)齒根受壓，并逐漸達(dá)到最大壓應(yīng)力，當(dāng)退出嚙合時，應(yīng)力又變?yōu)榱恪Ｋ?，惰?輪齒根部的彎曲應(yīng)力是對稱循環(huán)變應(yīng)力。 9-13答 在齒輪傳動中，輪齒工作面上任一點(diǎn)所產(chǎn)生的接觸應(yīng)力都是由零（該點(diǎn)未進(jìn)入嚙合）增加到一最大值（該點(diǎn)嚙合），然后又降低到零（該點(diǎn)退出嚙合），故齒面表面接觸應(yīng)力是脈動循環(huán)變應(yīng)力。 9-14解 （ 1）若支承可以自由移動時，軸的伸長量 （ 2）兩支承都固定時，因軸的溫升而加在支承上的壓力 9-15 基孔制優(yōu)先配合為

38、、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 ，試以基本尺寸為 繪制其公差帶圖。 圖 9.13 題9-15解圖 9-16答 （1）公差帶圖見題9-16解圖。 （ 2）、 均采用的是基軸制，主要是為了制造中減少加工孔用的刀具品種。 圖 9.15 題9-16解圖10-1證明 當(dāng)升角與當(dāng)量摩擦角 符合 時，螺紋副具有自鎖性。 當(dāng) 時，螺紋副的效率 所以具有自鎖性的螺紋副用于螺旋傳動時，其效率必小于 50%。 10-2解 由教材表10-1、表10-2查得 ，粗牙，螺距 ，中徑 螺紋升角 ，細(xì)牙，螺距 ， 中徑 螺紋升角 對于相同公稱直徑的粗牙螺紋和細(xì)牙螺紋中，細(xì)牙螺紋的升角較小，更易實(shí)現(xiàn)自鎖。 10

39、-3解 查教材表10-1得 粗牙 螺距 中徑 小徑 螺紋升角 普通螺紋的牙側(cè)角 ，螺紋間的摩擦系數(shù) 當(dāng)量摩擦角 擰緊力矩 由公式 可得預(yù)緊力 拉應(yīng)力 查教材表 9-1得 35鋼的屈服極限 擰緊所產(chǎn)生的拉應(yīng)力已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了材料的屈服極限，螺栓將損壞。 10-4解 （1）升角 當(dāng)量摩擦角 工作臺穩(wěn)定上升時的效率： （ 2）穩(wěn)定上升時加于螺桿上的力矩 （ 3）螺桿的轉(zhuǎn)速 螺桿的功率 （ 4）因 ，該梯形螺旋副不具有自鎖性，欲使工作臺在載荷 作用下等速下降，需制動裝置。其制動力矩為 10-5解 查教材表9-1得 Q235的屈服極限， 查教材表 10-6得，當(dāng)控制預(yù)緊力時，取安全系數(shù) 由許用應(yīng)力 查教材表

40、 10-1得 的小徑 由公式 得 預(yù)緊力 由題圖可知 ，螺釘個數(shù) ，取可靠性系數(shù) 牽曳力 10-6解 此聯(lián)接是利用旋轉(zhuǎn)中間零件使兩端螺桿受到拉伸 ,故螺桿受到拉扭組合變形。 查教材表 9-1得，拉桿材料Q275的屈服極限， 取安全系數(shù) ，拉桿材料的許用應(yīng)力 所需拉桿最小直徑 查教材表 10-1，選用螺紋 （ ）。 10-7解 查教材表 9-1得，螺栓35鋼的屈服極限， 查教材表 10-6、10-7得螺栓的許用應(yīng)力 查教材表 10-1得， 的小徑 螺栓所能承受的最大預(yù)緊力 所需的螺栓預(yù)緊拉力 則施加于杠桿端部作用力 的最大值 10-8解 在橫向工作載荷 作用下，螺栓桿與孔壁之間無間隙，螺栓桿和被

41、聯(lián)接件接觸表面受到擠壓；在聯(lián)接接合面處螺栓桿則受剪切。 假設(shè)螺栓桿與孔壁表面上的壓力分布是均勻的，且這種聯(lián)接的預(yù)緊力很小，可不考慮預(yù)緊力和螺紋摩擦力矩的影響。 擠壓強(qiáng)度驗(yàn)算公式為：其中 ； 為螺栓桿直徑。 螺栓桿的剪切強(qiáng)度驗(yàn)算公式 其中 表示接合面數(shù)，本圖中接合面數(shù) 。 10-9解 （ 1）確定螺栓的長度 由教材圖 10-9 a）得：螺栓螺紋伸出長度 螺栓螺紋預(yù)留長度 查手冊選取六角薄螺母 GB6172-86 ，厚度為 墊圈 GB93-87 16，厚度為 則所需螺栓長度 查手冊中螺栓系列長度，可取螺栓長度 螺栓所需螺紋長度 ， 取螺栓螺紋長度 （ 2）單個螺栓所受橫向載荷 （ 3）螺栓材料的許

42、用應(yīng)力 由表 9-1查得 被聯(lián)接件HT250的強(qiáng)度極限 查表 10-6取安全系數(shù) 被聯(lián)接件許用擠壓應(yīng)力 查教材表 9-1得 螺栓35鋼的屈服極限 ， 查表 10-6得螺栓的許用剪切應(yīng)力 螺栓的許用擠壓應(yīng)力 （ 4）校核強(qiáng)度 查手冊，六角頭鉸制孔用螺栓 GB28-88 ，其光桿直徑 螺栓的剪切強(qiáng)度 最小接觸長度： 擠壓強(qiáng)度 所用螺栓合適。 10-10解 （ 1）每個螺栓所允許的預(yù)緊力 查教材表 9-1得 45鋼的屈服極限 ， 查教材表 10-6、10-7得，當(dāng)不能嚴(yán)格控制預(yù)緊力時，碳素鋼取安全系數(shù) 由許用應(yīng)力 查教材表 10-1得 的小徑 由公式 得 預(yù)緊力 （ 2）每個螺栓所能承擔(dān)的橫向力 由

43、題圖可知 ，取可靠性系數(shù) 橫向力 （ 4）螺栓所需承擔(dān)的橫向力 （ 5）螺栓的個數(shù) 取偶數(shù) 。 在直徑為 155的圓周上布局14個 的普通螺栓，結(jié)構(gòu)位置不允許。10-11解 （ 1）初選螺柱個數(shù)（ 2）每個螺柱的工作載荷 （ 3）螺柱聯(lián)接有緊密性要求，取殘余預(yù)緊力 （ 4）螺柱總拉力 （ 5）確定螺柱直徑 選取螺柱材料為 45鋼，查表9-1得 屈服極限 ， 查教材表 10-6得，當(dāng)不能嚴(yán)格控制預(yù)緊力時，暫時取安全系數(shù) 許用應(yīng)力 螺栓小徑 查教材表 10-1，取 螺栓（ ），由教材表10-7可知取安全系數(shù) 是合適的。（ 6）確定螺柱分布圓直徑 由題 10-11圖可得 取。 （ 7）驗(yàn)證螺柱間距

44、所選螺柱的個數(shù)和螺柱的直徑均合適。 10-12解 （ 1）在力作用下，托架不應(yīng)滑移，設(shè)可靠性系數(shù) ，接合面數(shù) ，此時每個螺栓所需的預(yù)緊力 （ 2）在翻轉(zhuǎn)力矩 作用下，此時結(jié)合面不應(yīng)出現(xiàn)縫隙。托架有繞螺栓組形心軸線O-O翻轉(zhuǎn)的趨勢，上邊兩個螺栓被拉伸，每個螺栓的軸向拉力增大了 ，下邊兩個螺栓被放松，每個螺栓的軸向力減小了，則有力的平衡關(guān)系 ，故可得 為使上邊兩個螺栓處結(jié)合面間不出現(xiàn)縫隙，也即殘余預(yù)緊力剛為零，則所需預(yù)緊力（ 3）每個螺栓所需總的預(yù)緊力 （ 4）確定螺栓直徑 選取螺栓材料為 35鋼，查教材表9-1屈服極限 ，查教材表 10-6得，當(dāng)不能嚴(yán)格控制預(yù)緊力時，暫時取安全系數(shù) 許用應(yīng)力 螺

45、栓小徑 查教材表 10-1，取 螺栓（ ），由教材表10-7可知取安全系數(shù) 也是合適的。10-13解 (1)計算手柄長度 查手冊 ,梯形螺紋GB5796-86，公稱直徑，初選螺距 ,則中徑 ，小徑 螺紋升角 當(dāng)量摩擦角 所需的轉(zhuǎn)矩 則 ,手柄的長度 (2)確定螺母的高度 初取螺紋圈數(shù) ,則 螺母的高度 這時 處于1.22.5的許可范圍內(nèi)。 10-14解 選用梯形螺紋。 （ 1）根據(jù)耐磨性初選參數(shù) 初選 查表 10-8 螺旋副的許用壓強(qiáng) ，取 查手冊，選取梯形螺紋 GB5796-86，選取公稱直徑 ，中徑 ，小徑 ，螺距。（ 2）初選螺母 初步計算螺母的高度 則螺栓與螺母接觸的螺紋圈數(shù) ，取 螺

46、母的高度 系數(shù) （ 3）校核耐磨性 螺紋的工作高度 則螺紋接觸處的壓強(qiáng) 合適。 （ 4）校核螺桿的穩(wěn)定性 起重器的螺母端為固定端，另一端為自由端，故取 ，螺桿危險截面的慣性半徑 ，螺桿的最大工作長度 ，則 螺桿的長細(xì)比 臨界載荷 取 安全系數(shù) ，不會失穩(wěn) （ 5）校核螺紋牙強(qiáng)度 對于梯形螺紋 對于青銅螺母 ，合適。 10-15解 （ 1）初選螺紋直徑 查手冊，選取梯形螺紋 GB5796-86，選取公稱直徑 ，中徑 ，小徑 ，螺距。（ 2）驗(yàn)證其自鎖性 螺紋升角 當(dāng)量摩擦角 ，所以滿足自鎖條件。 （ 3）校核其耐磨性 設(shè) 螺栓與螺母參加接觸的螺紋圈數(shù) ， 則 螺母的高度 ， ，處于1.22.5的

47、許可范圍內(nèi)。 螺紋的工作高度 則螺紋接觸處的壓強(qiáng) 查教材表 10-8，鋼對青銅許用壓強(qiáng) ，合適。 （ 4）校核螺桿強(qiáng)度 取 ，則所需扭矩 則危險截面處的強(qiáng)度 對于 45 鋼正火，其許用應(yīng)力 ，故合適。 （ 5）校核螺桿的穩(wěn)定性 壓力機(jī)的螺母端為固定端，另一端為鉸支端，故取 ，螺桿危險截面的慣性半徑 ，螺桿的最大工作長度 ，則螺桿的長細(xì)比 ，不會失穩(wěn)。 （ 6）校核螺紋牙強(qiáng)度 對于梯形螺紋 對于青銅螺母 ，合適。 （ 7 ）確定手輪的直徑 由 得 10-16解 （ 1）選用A型平鍵，查教材表10-9，由軸的直徑 可得平鍵的截面尺寸 ，；由聯(lián)軸器及平鍵長度系列，取鍵的長度 。其標(biāo)記為：鍵 GB10

48、96-79 （ 2）驗(yàn)算平鍵的擠壓強(qiáng)度 由材料表 10-10查得，鑄鐵聯(lián)軸器的許用擠壓應(yīng)力 A型鍵的工作長度 ，使用平鍵擠壓強(qiáng)度不夠，鑄鐵軸殼鍵槽將被壓潰。這時可使軸與聯(lián)軸器孔之間采用過盈配合，以便承擔(dān)一部分轉(zhuǎn)矩，但其缺點(diǎn)是裝拆不便。也可改用花鍵聯(lián)接。 10-17解 （ 1）選擇花鍵 根據(jù)聯(lián)軸器孔徑 ，查手冊可知花鍵小徑 最接近，故選擇矩形花鍵的規(guī)格為 花鍵 GB1144-87 花鍵的齒數(shù) 、小徑 ，大徑 ，鍵寬 ，鍵長取 ，倒角 .（ 2）驗(yàn)算擠壓強(qiáng)度 取載荷不均勻系數(shù) 齒面工作高度 平均半徑 查教材表 10-11，在中等工作條件、鍵的齒面未經(jīng)熱處理時，其許用擠壓應(yīng)力 ，故合適。 11-1

49、解 1）由公式可知： 輪齒的工作應(yīng)力不變，則 則，若 ，該齒輪傳動能傳遞的功率 11-2解 由公式可知，由抗疲勞點(diǎn)蝕允許的最大扭矩有關(guān)系： 設(shè)提高后的轉(zhuǎn)矩和許用應(yīng)力分別為 、 當(dāng)轉(zhuǎn)速不變時，轉(zhuǎn)矩和功率可提高 69%。 11-3解 軟齒面閉式齒輪傳動應(yīng)分別驗(yàn)算其接觸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度。 （ 1）許用應(yīng)力 查教材表 11-1小齒輪45鋼調(diào)質(zhì)硬度：210230HBS取220HBS；大齒輪ZG270-500正火硬度：140170HBS，取155HBS。 查教材圖 11-7， 查教材圖 11-10 , 查教材表 11-4取 ， 故： （ 2）驗(yàn)算接觸強(qiáng)度，驗(yàn)算公式為： 其中：小齒輪轉(zhuǎn)矩 載荷系數(shù) 查教材表11-3得 齒寬 中心距 齒數(shù)比 則： 、 ，能滿足接觸強(qiáng)度。 （ 3）驗(yàn)算彎曲強(qiáng)度，驗(yàn)算公式： 其中：齒形系數(shù)：查教材圖 11-9得 、 則 ： 滿足彎曲強(qiáng)度。 11-4解 開式齒輪傳動的主要失效形式是磨損，目前的設(shè)計方法是按彎曲強(qiáng)度設(shè)計，并將許用應(yīng)力降低以彌補(bǔ)磨損對齒輪的影響。 （ 1）許用彎曲