機械設(shè)計基礎(chǔ)課后習(xí)題

機械設(shè)計基礎(chǔ)（第五版）課后習(xí)題答案(完滿版)高等教育初版社楊可楨、程光蘊、李仲生主編1-1至1-4解機構(gòu)運動簡圖以以下圖所示。圖題1-1解圖圖題1-2解圖圖題1-3解圖圖題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)桿機構(gòu)的全部瞬心以以下圖，構(gòu)件1、3的角速比為：1-14解該正切機構(gòu)的全部瞬心以以下圖，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，第一確定輪1、輪2和機架4三個構(gòu)件的三個瞬心，即，和，以以下圖。則：，輪2與輪1的轉(zhuǎn)向相反。1-16解（1）圖a中的構(gòu)件組合的自由度為：自由度為零，為一剛性桁架，所以構(gòu)件之間不能夠產(chǎn)生相對運動。（2）圖b中的CD桿是虛拘束，去掉與否不影響機構(gòu)的運動。故圖b中機構(gòu)的自由度為：所以構(gòu)件之間能產(chǎn)生相對運動。題2-1答:a），且最短桿為機架，所以是雙曲柄機構(gòu)。b），且最短桿的鄰邊為機架，所以是曲柄搖桿機構(gòu)。c），不滿足桿長條件，所以是雙搖桿機構(gòu)。d），且最短桿的對邊為機架，所以是雙搖桿機構(gòu)。題2-2解:要想成為轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)，則要求與均為周轉(zhuǎn)副。（1）當(dāng)為周轉(zhuǎn)副時，要求能經(jīng)過兩次與機架共線的地址。見圖2-15中地址和。在中，直角邊小于斜邊，故有：（極限情況取等號）；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，要求能經(jīng)過兩次與機架共線的地址。見圖2-15中地址和。在地址時，從線段來看，要能繞過點要求：（極限情況取等號）；在地址時，由于導(dǎo)桿是無量長的，故沒有過多條件限制。3）綜合（1）、（2）兩點可知，圖示偏置導(dǎo)桿機組成為轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)的條件是：題2-3見圖。圖題2-4解:（1）由公式，并帶入已知數(shù)據(jù)列方程有：所以空回行程所需時間；2）由于曲柄空回行程用時，轉(zhuǎn)過的角度為，所以其轉(zhuǎn)速為：轉(zhuǎn)/分鐘題2-5解:（1）由題意踏板在水平川址上下?lián)u動，就是曲柄搖桿機構(gòu)中搖桿的極限地址，此時曲柄與連桿處于兩次共線地址。取合適比率圖尺，作出兩次極限地址和（見圖）。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架兩次共線地址，所以取和代入公式（2-3）計算可得：或：代入公式（2-3）′，可知題2-6解：由于本題屬于設(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，不給出詳盡數(shù)值答案。作圖步驟以下（見圖）：1）求，；并確定比率尺。2）作，。（即搖桿的兩極限地址）3）認(rèn)為底作直角三角形，，。4）作的外接圓，在圓上取點即可。在圖上量取，和機架長度。則曲柄長度，搖桿長度。在獲取詳盡各桿數(shù)據(jù)此后，代入公式（2—3）和（2-3）′求最小傳動角，能滿足即可。圖題2-7圖解:作圖步驟以下（見圖）：（1）求，；并確定比率尺。（2）作，頂角，。（3）作的外接圓，則圓周上任一點都可能成為曲柄中心。4）作一水平線，于相距，交圓周于點。5）由圖量得，。解得：曲柄長度：連桿長度：題2-8解:見圖，作圖步驟以下：（1）。（2）取，選定，作和，。（3）定另一機架地址：角均分線，。（4），。桿即是曲柄，由圖量得曲柄長度：題2-9解：見圖，作圖步驟以下：（1）求，，由此可知該機構(gòu)沒有急回特點。（2）選定比率尺，作，。（即搖桿的兩極限地址）（3）做，與交于點。（4）在圖上量取，和機架長度。曲柄長度：連桿長度：題2-10解:見圖。這是已知兩個活動鉸鏈兩對地址設(shè)計四桿機構(gòu)，能夠用圓心法。連接，，作圖的中垂線與交于點。爾后連接，，作的中垂線與交于點。圖中畫出了一個地址。從圖中量取各桿的長度，獲?。海?，題2-11解:（1）認(rèn)為中心，設(shè)連架桿長度為，依照作出，，。2）取連桿長度，以，，為圓心，作弧。3）另作以點為中心，、，的另一連架桿的幾個地址，并作出不相同半徑的好多同心圓弧。4）進行試湊，最后獲取結(jié)果以下：，，，。機構(gòu)運動簡圖如圖。題2-12解:將已知條件代入公式（2-10）可獲取方程組：聯(lián)立求解獲?。海?，。將該解代入公式（2-8）求解獲?。?，，，。又由于實質(zhì)，所以每個桿件應(yīng)放大的比率尺為：，故每個桿件的實質(zhì)長度是：，，，。題2-13證明:見圖。在上任取一點，下邊求證點的運動軌跡為一橢圓。見圖可知點將分為兩部分，其中，。又由圖可知，，二式平方相加得可見點的運動軌跡為一橢圓。3-1解圖題3-1解圖如下圖，以O(shè)為圓心作圓并與導(dǎo)路相切，此即為偏距圓。過凸輪與從動件在B點接觸時，導(dǎo)路的方向線。推程運動角3-2解

B點作偏距圓的下切線，此線為以以下圖。圖題3-2解圖如下圖，以O(shè)為圓心作圓并與導(dǎo)路相切，此即為偏距圓。過D點作偏距圓的下切線，此線為凸輪與從動件在D點接觸時，導(dǎo)路的方向線。凸輪與從動件在D點接觸時的壓力角以以下圖。3-3解：從動件在推程及回程段運動規(guī)律的位移、速度以及加快度方程分別為：（1）推程：（2）回程：等加快段

0°≤≤

150°0°≤≤60

°等減速段60°≤≤120°為了計算從動件速度和加快度，設(shè)。計算各分點的位移、速度以及加快度值以下：總轉(zhuǎn)角0°15°30°45°60°75°90°105°位移(mm)015速度0(mm/s)加快度（mm/s02）總轉(zhuǎn)角120°135°150°165°180°195°210°225°位移(mm)303030速度000-25-50-75(mm/s)加快度（mm/s02）總轉(zhuǎn)角240°255°270°285°300°315°330°345°位移(mm)150000速度-100-75-50-250000(mm/s)加快度（mm/s0002）依照上表作圖以下（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圖依照3-3題解作圖如圖3-15所示。依照式可知，取最大，同時s2取最小時，凸輪機構(gòu)的壓力角最大。從圖3-15可知，這點可能在推程段的開始處或在推程的中點處。由圖量得在推程的開始處凸輪機構(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，從動件按簡諧運動規(guī)律上升h=30mm。依照教材(3-7)式可得：0≤≤0≤≤當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)角在≤≤過程中，從動件遠(yuǎn)休。S2=50≤≤≤≤當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)角在≤≤過程中，從動件按等加快度運動規(guī)律下降到升程的一半。依照教材(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動規(guī)律下降到初步地址。根據(jù)教材(3-6)式可得：≤≤≤≤當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)角S2=50

在≤≤過程中，從動件近休?！堋堋堋埽?）計算凸輪的理論輪廓和實質(zhì)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(即滾子中心

)的直角坐標(biāo)為圖3-16式中。由圖3-16可知，凸輪實質(zhì)輪廓的方程即B′點的坐標(biāo)方程式為由于所以故由上述公式可得理論輪廓曲線和實質(zhì)輪廓的直角坐標(biāo)，計算結(jié)果以下表，凸輪廓線如圖3-17所示。x′y′x′y′0°180°10°190°20°200°30°210°40°220°50°230°60°240°70°250°80°260°90°270°100°280°110°290°120°300°130°310°140°320°150°330°160°340°170°350°180°360°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°計算各分點的位移值以下：總轉(zhuǎn)角153045607590105（°）0角位移（°）0總轉(zhuǎn)角135150165180195210225（°）120角位移151515（°）總轉(zhuǎn)角255270285300315330345（°）240角位移0000（°）依照上表作圖以下：圖3-19題3-6解圖3-7解：從動件在推程及回程段運動規(guī)律的位移方程為：1.推程：0°≤≤120°2.回程：0°≤≤120°計算各分點的位移值以下：總轉(zhuǎn)角153045607590105（°）0位移（mm）010總轉(zhuǎn)角135150165180195210225（°）120位移（mm）20202010總轉(zhuǎn)角255270285300315330345（°）240位移（mm）000000圖3-20題3-7解圖課后習(xí)題詳解4-1解分度圓直徑齒頂高齒根高頂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：基圓直徑假設(shè)章解得故當(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)準(zhǔn)漸開線直齒圓柱齒輪，不發(fā)生根切的臨界地址是極限點正幸好刀具的頂線上。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、，代入上式圖題4-7解圖4-8證明以以下圖，、兩點為卡腳與漸開線齒廓的切點，則線段即為漸開線的法線。依照漸開線的特點：漸開線的法線必與基圓相切，切點為。再依照漸開線的特點：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，卡尺的地址不影響測量結(jié)果。圖題4-8圖圖題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)多的齒輪分度圓直徑大，所以基圓直徑就大。依照漸開線的性質(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。所以，齒數(shù)多的齒輪與齒數(shù)少的齒輪對照，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，可是刀具的地址不相同。所以，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。所以、變大，變小。嚙合角與節(jié)圓直徑是一對齒輪嚙合傳動的范圍。4-11解因螺旋角端面模數(shù)

、、端面壓力角當(dāng)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，實質(zhì)中心距大于標(biāo)準(zhǔn)中心距，齒輪傳動有齒側(cè)縫隙，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)和壓力角必定分別相等，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。圖圖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：經(jīng)過箭頭法判斷獲取齒輪5′的轉(zhuǎn)向順時針，齒條6方向水平向右。5-3解：秒針到分針的傳達路線為：6→5→4→3，齒輪3上帶著分針，齒輪6上帶著秒針，所以有：。分針到時針的傳達路線為：9→10→11→12，齒輪9上帶著分針，齒輪12上帶著時針，所以有：。圖圖5-4解：從圖上解析這是一個周轉(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。圖圖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：這是由四組完滿相同的周轉(zhuǎn)輪系組成的輪系，所以只要要計算一組即可。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為行星架。這里行星輪2是惰輪，所以它的齒數(shù)與傳動比大小沒關(guān)，能夠自由采用。（1）由圖知（2）又挖叉固定在齒輪上，要使其向來保持必然的方向應(yīng)有：（3）聯(lián)立（1）、（2）、（3）式得：圖圖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?！撸唷嗯c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?！咴O(shè)齒輪1方向為正，則，∴∴與方向相同圖圖5-10解：這是一個混雜輪系。其中齒輪1、2、2′3、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，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）又由于：（3）聯(lián)立（1）、（2）、（3）式可得：5-11解：這是一個混雜輪系。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）又由于：，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。圖圖5-12解：這是一個混雜輪系。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）又由于：，（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：這是一個混雜輪系。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）在圖中，當(dāng)車身繞瞬時輾轉(zhuǎn)中心轉(zhuǎn)動時，左右兩輪走過的弧長與它們至點的距離成正比，即：（2）聯(lián)立（1）、（2）兩式獲?。?，（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：這是一個混雜輪系。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）又由于：，，（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5-15

解：這個起重機系統(tǒng)能夠分解為

圖3個輪系：由齒輪

圖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和構(gòu)件組成的周轉(zhuǎn)輪系，其中齒輪輪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，所以蝸輪也不動，即（1）在周轉(zhuǎn)輪系中：（2）在定軸齒輪輪系中：（3）

1、3是中心輪，齒又由于：，，（4）聯(lián)立式（1）、（2）、（3）、（4）可解得：。當(dāng)慢速吊重時，電機剎住，即，此時是平面定軸輪系，故有：5-16解：由幾何關(guān)系有：又由于相嚙合的齒輪模數(shù)要相等，所以有上式能夠獲取：故行星輪的齒數(shù)：圖圖5-17解：欲采用圖示的大傳動比行星齒輪，則應(yīng)有下邊關(guān)系成立：（1）（2）（3）又由于齒輪1與齒輪3共軸線，設(shè)齒輪1、2的模數(shù)為，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）式可獲取最大值；當(dāng)時，（5）式湊近1，但不能能取到1。所以的取值范圍是（1，）。而標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪的模數(shù)比是大于的，所以，圖示的大傳動比行星齒輪不能能兩對都采用直齒標(biāo)準(zhǔn)齒輪傳動，最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）在蝸輪蝸桿1、2中：（2）在蝸輪蝸桿5、4′中：（3）在齒輪1′、5′中：（4）又由于：，，，（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：由幾何條件解析獲取：，則（1）在齒輪1、2、2′、3、組成的周轉(zhuǎn)輪系中：由幾何條件解析獲取：，則（2）在齒輪3′、4、5組成的定軸輪系中：（3）又由于：，（4）聯(lián)立式（1）、（2）、（3）、（4）式可解得：6-1解頂圓直徑齒高齒頂厚齒槽夾角棘爪長度圖題6-1解圖6-2解拔盤轉(zhuǎn)每轉(zhuǎn)時間槽輪機構(gòu)的運動特點系數(shù)槽輪的運動時間槽輪的靜止時間6-3解槽輪機構(gòu)的運動特點系數(shù)因：所以6-4解要保證則槽輪機構(gòu)的運動特點系數(shù)應(yīng)為因得，則槽數(shù)和拔盤的圓銷數(shù)之間的關(guān)系應(yīng)為：由此合適取槽數(shù)～8時，滿足運動時間等于逗留時間的組合只有一種：，。6-5解：機構(gòu)種類工作特點結(jié)構(gòu)、運動及動力性適用途合能搖桿的往來搖動變成棘輪的單結(jié)構(gòu)簡單、加工方適用于低速、轉(zhuǎn)角不棘輪機構(gòu)便，運動可靠，但沖擊、大場合，如轉(zhuǎn)位、分度以向間歇轉(zhuǎn)動噪音大，運動精度低及超越等。結(jié)構(gòu)簡單，效率高，槽輪機構(gòu)撥盤的連續(xù)轉(zhuǎn)動變成槽輪的間傳動較平穩(wěn)，但有柔性沖用于轉(zhuǎn)速不高的輕歇轉(zhuǎn)動工機械中擊不完滿齒從動輪的運動時間和靜止時間需專用設(shè)備加工，有用于擁有特別要求輪機構(gòu)的比率可在較大范圍內(nèi)變化較大沖擊的專用機械中凸輪式間只要合適設(shè)計出凸輪的輪廓，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、定位精度可用于載荷較大的高，動荷小，但結(jié)構(gòu)較復(fù)歇運動機構(gòu)就能獲取預(yù)期的運動規(guī)律。場合雜7-1解：（1）先求解該圖功的比率尺。（2）求最大盈虧功。依照圖做能量指示圖。將和曲線的交點注明，，，，，，，，。將各區(qū)間所圍的面積分為盈功和虧功，并注明“+”號或“號，爾后依照各自區(qū)間盈虧功的數(shù)值大小按比率作出能量指示圖（圖）以下：第一自，表示區(qū)間的盈功；其次作向下表示區(qū)間的虧功；依次類推，直到畫完最后一個封閉矢量。由圖知該機械系統(tǒng)在區(qū)間出現(xiàn)最大盈虧功，其絕對值為：

-”向上做3）求飛輪的轉(zhuǎn)動慣量曲軸的平均角速度：；系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)不平均系數(shù)：；則飛輪的轉(zhuǎn)動慣量：圖圖7-2圖圖解：（1）驅(qū)動力矩。由于給定為常數(shù)，所認(rèn)為一水平直線。在一個運動循環(huán)中，驅(qū)動力矩所作的功為，它相當(dāng)于一個運動循環(huán)所作的功，即：所以求得：（2）求最大盈虧功。依照圖做能量指示圖。將，，。將各區(qū)間所圍的面積分為盈功和虧功，并注明“功的數(shù)值大小按比率作出能量指示圖（圖）以下：第一自

和曲線的交點注明，+”號或“-”號，爾后依照各自區(qū)間盈虧向上做，表示區(qū)間的盈功；其次作向下表示區(qū)間的虧功；爾后作向上表示區(qū)間的盈功，至此應(yīng)形成一個封閉區(qū)間。由圖知該機械系統(tǒng)在區(qū)間出現(xiàn)最大盈虧功。欲求，先求圖中的長度。如圖將圖中線1和線2延長交于點，那么在中，相當(dāng)于該三角形的中位線，可知。又在中，，所以有：，則依照所求數(shù)據(jù)作出能量指示圖，見圖，可知最大盈虧功出現(xiàn)在段，則。（3）求飛輪的轉(zhuǎn)動慣量和質(zhì)量。7-3解：原來安裝飛輪的軸的轉(zhuǎn)速為，現(xiàn)在電動機的轉(zhuǎn)速為，則若將飛輪安裝在電動機軸上，飛輪的轉(zhuǎn)動慣量為：7-4解：（1）求安裝在主軸上飛輪的轉(zhuǎn)動慣量。先求最大盈虧功。由于是最大動能與最小動能之差，依題意，在經(jīng)過軋輥前系統(tǒng)動能達到最大，經(jīng)過軋輥后系統(tǒng)動能達到最小，所以：則飛輪的轉(zhuǎn)動慣量：（2）求飛輪的最大轉(zhuǎn)速和最小轉(zhuǎn)速。（3）由于一個周期內(nèi)輸入功和和輸出功相等，設(shè)一個周期時間為，則：，所以有：。7-5解：圖一個周期驅(qū)動力矩所作的功為：一個周期阻力矩所作的功為：又時段內(nèi)驅(qū)動力矩所做的功為：所以最大盈虧功為：機組的平均角速度為：機組運轉(zhuǎn)不平均系數(shù)為：故飛輪的轉(zhuǎn)動慣量為：7-6答：本書介紹的飛輪設(shè)計方法，沒有考慮飛輪以外其他構(gòu)件動能的變化，而實質(zhì)上其他構(gòu)件都有質(zhì)量，它們的速度和動能也在不斷變化，所以是近似的。7-7解：圖圖由圖見一個運動循環(huán)的力矩圖有四個重復(fù)圖示，所以，能夠以一個周期只有來計算。（1）求驅(qū)動力矩。一個周期內(nèi)驅(qū)動力矩功和阻力矩功相等，又依題意驅(qū)動力矩為常數(shù)，故有，（2）求最大盈虧功。依照圖做能量指示圖。將和曲線的交點注明，，，。將各區(qū)間所圍的面積分為盈功和虧功，并注明“+”號或“-”號，爾后依照各自區(qū)間盈虧功的數(shù)值大小按比率作出能量指示圖（圖）以下：第一自向上做，表示區(qū)間的盈功，；其次作向下表示區(qū)間的虧功，；爾后作向上表示區(qū)間的盈功，至此應(yīng)形成一個封閉區(qū)間，。由圖知該機械系統(tǒng)在區(qū)間出現(xiàn)最大盈虧功。3）求飛輪的轉(zhuǎn)動慣量。4）求飛輪的質(zhì)量。由課本公式7-8：得：7-8解：圖

圖（1）求驅(qū)動力矩。一個周期內(nèi)驅(qū)動力矩功和阻力矩功相等，又依題意驅(qū)動力矩有：

為常數(shù)，故，（2）求最大盈虧功。依照圖做能量指示圖。將和曲線的交點注明，，，，。將各區(qū)間所圍的面積分為盈功和虧功，并注明“+”號或“-”號，爾后依照各自區(qū)間盈虧功的數(shù)值大小按比率作出能量指示圖（圖）以下：第一自向下做，表示區(qū)間的虧功，；其次作向上表示區(qū)間的盈功，；爾后作向下表示區(qū)間的虧功，；作向上表示區(qū)間的盈功，至此應(yīng)形成一個封閉區(qū)間，機械系統(tǒng)在區(qū)間出現(xiàn)最大盈虧功。

。由圖知該（3）求飛輪的轉(zhuǎn)動慣量。7-9答：機械有規(guī)律的，周期性的速度變化稱為周期性速度顛簸。系統(tǒng)速度顛簸是隨機的、不規(guī)則的，沒有必然周期的稱為非周期性速度顛簸。調(diào)治周期性速度顛簸的常用方法是在機械中加上轉(zhuǎn)動慣量很大的輾轉(zhuǎn)件——飛輪。非周期性速度顛簸常用調(diào)速器調(diào)治。經(jīng)過調(diào)治后只能使主軸的速度顛簸得以減小，而不能完整除掉。7-10解：（1）先求阻力矩。由于阻力矩

圖為常數(shù)，故有

圖，再求發(fā)動機平均功率。一個周期內(nèi)輸出功為；一個周期所用的時間為：；所以發(fā)動機的平均功率為：。（2）第一求最大盈虧功。依照圖做能量指示圖。將和曲線的交點注明，，，，。將各區(qū)間所圍的面積分為盈功和虧功，并注明“+”號或“-”號，爾后依照各自區(qū)間盈虧功的數(shù)值大小按比率作出能量指示圖（圖）以下：第一自向下做，表示區(qū)間的虧功；其次作向上表示區(qū)間的盈功；爾后向下表示區(qū)間的虧功，至此應(yīng)形成一個封閉區(qū)間。欲求，先求圖中的長度。由圖知，所以有：，則依照所求數(shù)據(jù)作出能量指示圖，見圖，可知最大盈虧功出現(xiàn)在段，則。則求飛輪的轉(zhuǎn)動慣量為3）若將飛輪轉(zhuǎn)動慣量減小，而保持原值，可將飛輪安裝在速度較高一點的軸上，設(shè)該軸的轉(zhuǎn)速為，則有：，∴8-1解：依題意該轉(zhuǎn)子的離心力大小為該轉(zhuǎn)子自己的重量為則，即該轉(zhuǎn)子的離心力是其自己重量的倍。8-2答：方法以下：1）將轉(zhuǎn)子放在靜平衡架上，待其靜止，這時不平衡轉(zhuǎn)子的質(zhì)心必湊近于過軸心的垂線下方；2）將轉(zhuǎn)子順時針轉(zhuǎn)過一個小角度，爾后松開，轉(zhuǎn)子緩慢回擺。靜止后，在轉(zhuǎn)子上畫過軸心的鉛垂線1；（3）將轉(zhuǎn)子逆時針轉(zhuǎn)過一個小角度，爾后松開，轉(zhuǎn)子緩慢回擺。靜止后畫過軸心的鉛垂線2；（4）做線1和2的角均分線，重心就在這條直線上。8-3答：（1）兩種振動產(chǎn)生的原因解析：主軸周期性速度顛簸是由于碰到周期性外力，使輸入功和輸出功之差形成周期性動能的增減，從而使主軸表現(xiàn)周期性速度顛簸，這種顛簸在運動副中產(chǎn)生變化的附加作用力，使得機座產(chǎn)生振動。而輾轉(zhuǎn)體不平衡產(chǎn)生的振動是由于輾轉(zhuǎn)體上的獨愛質(zhì)量，在輾轉(zhuǎn)時產(chǎn)生方向不斷變化的離心力所產(chǎn)生的。（2）從理論上來說，這兩種振動都能夠除掉。對于周期性速度顛簸，只要使輸入功和輸出功時時相等，就能保證機械運轉(zhuǎn)的不平均系數(shù)為零，完整除掉速度顛簸，從而完整除掉這種機座振動。對于輾轉(zhuǎn)體不平衡使機座產(chǎn)生的振動，只要滿足靜或動平衡原理，也能夠除掉的。（3）從實踐上說，周期性速度顛簸使機座產(chǎn)生的振動是不能夠完整除掉的。由于實質(zhì)中不能能使輸入功和輸出功時時相等，同時若是用飛輪也只能減小速度顛簸，而不能夠完整除掉速度顛簸。所以這種振動只能減小而不能夠完整除掉。對于輾轉(zhuǎn)體不平衡產(chǎn)生的振動在實踐上是能夠除掉的。對于軸向尺寸很小的轉(zhuǎn)子，用靜平衡原理，在靜平衡機上實驗，增加或減去平衡質(zhì)量，最后保證全部獨愛質(zhì)量的離心力矢量和為零即可。對于軸向尺寸較大的轉(zhuǎn)子，用動平衡原理，在動平衡機上，用雙面平衡法，保證兩個平衡基面上全部獨愛質(zhì)量的離心力食量和為零即可。8-4圖8.7解：已知的不平衡質(zhì)徑積為。設(shè)方向的質(zhì)徑積為，方向的質(zhì)徑積為，它們的方向沿著各自的向徑指向圓外。用作圖法求解，取，作圖8.7所示。由靜平衡條件得：由圖8-7量得，。8-5圖8.9解：先求出各不平衡質(zhì)徑積的大?。悍较蜓刂髯缘南驈街赶蛲饷妗Ｓ米鲌D法求解，取，作圖8.9所示。由靜平衡條件得：由圖8.9量得，方向與水平夾角為。8-6圖解：（1）求質(zhì)心偏移實質(zhì)就是求靜平衡時的平衡向靜，所以能夠依照靜平衡條件考慮這個問題。先求出各不平衡質(zhì)徑積的大?。悍较蜓刂髯缘南驈街赶蛲饷?。用作圖法求解，取，作圖8.11（a）所示。由靜平衡條件得：由圖量得，則質(zhì)心偏移的距離為，偏移的方向就是平衡質(zhì)徑積的方向，與水平夾角為。2）求左右支反力實質(zhì)上就是求動平衡時在左右支點所在平面所需要的平衡力。先把不平衡質(zhì)量在兩支承所在平面上分解。左支承：；右支承：；則在兩個支承所在平面上的質(zhì)徑積的大小分別為：左支承：；右支承：；方向沿著各自的向徑指向外面。用作圖法求解，取，作圖8.11（b）（c）所示。由動平衡條件得：左支承：，量得，則支反力大小為右支承：，量得，則支反力大小為8-7圖解：（1）先把不平衡質(zhì)量在兩平衡基面Ⅰ和Ⅱ上分解。基面Ⅰ：基面Ⅱ：則在兩個基面上的質(zhì)徑積分別為：基面Ⅰ：，方向垂直向下。基面Ⅱ：，方向垂直向上。用作圖法求解，取，作圖8.13（a）（b）所示。由動平衡條件得：基面Ⅰ：，平衡質(zhì)徑積，方向垂直向上。基面Ⅱ：，平衡質(zhì)徑積，方向垂直向下。8-8圖解：先把不平衡質(zhì)量在兩平衡基面和上分解?；妫夯妫簞t在兩個基面上的質(zhì)徑積分別為：基面：圖基面：用作圖法求解，取，作圖8.15（a）（b）所示。由動平衡條件得：和由圖上量取：，方向如圖8.15校核。設(shè)坐標(biāo)軸方向如圖8.15基面：向有：

（a）（b）所示。所示，用解析法校核。向有：基面：向有：向有：兩個平面在向和向合力均為零，所以所得結(jié)果正確。由于輾轉(zhuǎn)半徑為，所以所加的平衡質(zhì)量應(yīng)為8-9圖解：先把不平衡質(zhì)量在兩平衡基面Ⅰ和Ⅱ上分解?；姊瘢夯姊颍簞t在兩個基面上的質(zhì)徑積的大小分別為：基面Ⅰ：基面Ⅱ：方向沿著各自的向徑指向外面。用作圖法求解，取，作圖8.17（a）（b）所示。由動平衡條件得：基面Ⅰ：，量得，，方向以以下圖。基面Ⅱ：量得，，方向以以下圖。8-10解：（1）求左右支反力實質(zhì)上就是求動平衡時在支點Ⅰ、Ⅱ所在平面所需要的平衡力。先把不平衡質(zhì)量在兩平衡基面Ⅰ和Ⅱ上分解。基面Ⅰ：基面Ⅱ：則在兩個基面上的質(zhì)徑積的大小分別為：基面Ⅰ：基面Ⅱ：方向沿著各自的向徑指向外面。用作圖法求解，取，作圖8.19（a）圖（b）所示。由動平衡條件得：基面Ⅰ：，量得，則支反力方向如圖8.19（a）所示，大小為。基面Ⅱ：量得，則支反力方向如圖8.19（b）所示，大小為（2）若是在面上加一平衡質(zhì)徑積進行靜平衡，則按靜平衡條件求解，只要要，和三個質(zhì)徑積矢量和為零即可。方向沿著各自的向徑指向外面。用作圖法求解，取，作圖8.19（c）所示。由靜平衡條件得：。量得，方向如圖8.19（c）所示。（3）靜平衡此后，依照有三個獨愛質(zhì)量做動平衡計算，求取基面Ⅰ和Ⅱ上的平衡力即可。同理把全部不平衡質(zhì)量在兩平衡基面Ⅰ和Ⅱ上分解，爾后求基面上的質(zhì)徑積，有：基面Ⅰ：，基面Ⅱ：，方向沿著各自的向徑指向外面。用作圖法求解，取，作圖8.19（d）（e）所示。由動平衡條件得：基面Ⅰ：，量得，則支反力方向如圖8.19（d）所示，大小為?；姊颍毫康茫瑒t支反力方向如圖8.19（e）所示，大小為（4）靜平衡后，兩個支座的支反力一個增大，一個減小。9-1答退火：將鋼加熱到必然溫度，并保溫到一準(zhǔn)時間后，隨爐緩慢冷卻的熱辦理方法。主要用來除掉內(nèi)應(yīng)力、降低硬度，便于切削。正火：將鋼加熱到必然溫度，保溫一準(zhǔn)時間后，空冷或風(fēng)冷的熱辦理方法?？沙魞?nèi)應(yīng)力，降低硬度，便于切削加工；對一般零件，也可作為最后熱辦理，提高資料的機械性能。淬火：將鋼加熱到必然溫度，保溫一準(zhǔn)時間后，浸入到淬火介質(zhì)中迅速冷卻的熱辦理方法?？商岣哔Y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化性。調(diào)質(zhì)：淬火后加高溫回火的熱辦理方法?？色@取強度、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馬上噴水冷卻，使工件表層淬火的熱辦理方法。主要用于中碳鋼或中碳合金鋼，以提高表層硬度和耐磨性，同時疲倦強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，并保溫一準(zhǔn)時間，使介質(zhì)中的碳浸透到鋼件中的熱辦理方法。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的信服極限查手冊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鋼的信服極限許用應(yīng)力把夾緊力向截面中心轉(zhuǎn)變，則有拉力和彎距截面面積抗彎截面模量則最大夾緊力應(yīng)力分布圖以以下圖圖題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）橫梁彎矩圖圖題9-7解圖（3）橫梁上鉚釘組的載荷力矩水均分力垂直分力9-8解水均分力在每個鉚釘上產(chǎn)生的載荷垂直分力在每個鉚釘上產(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題9-8解圖依照力的合成可知，鉚釘1的載荷最大9-9解鉚釘所受最大載荷校核剪切強度校核擠壓強度均合適。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。圖題9-10解圖支承的可能無效是輾轉(zhuǎn)副的磨損無效，或輾轉(zhuǎn)副孔所在橫截面處拉斷無效。9-11解（1）輪齒波折應(yīng)力可看作是脈動循環(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)的疲倦極限能提高提高了倍。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)一周時，輪齒任一側(cè)齒根處的波折應(yīng)力的變化規(guī)律：未進入嚙合，應(yīng)力為零，這一側(cè)進入嚙合時，該側(cè)齒根受拉，并逐漸達到最大拉應(yīng)力，然退后出嚙合，應(yīng)力又變成零。接著另一側(cè)進入嚙合，該側(cè)齒根受壓，并逐漸達到最大壓應(yīng)力，當(dāng)退出嚙合時，應(yīng)力又變成零。所以，惰輪4輪齒根部的波折應(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所產(chǎn)生的接觸應(yīng)力都是由零（該點未進入嚙合）增加到一最大值（該點嚙合），爾后又降低到零（該點退出嚙合），故齒面表面接觸應(yīng)力是脈動循環(huán)變應(yīng)力。9-14解（1）若支承能夠自由搬動時，軸的伸長量（2）兩支承都固準(zhǔn)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、、、、、、、、、、、、，試以基本尺寸為繪制其公差帶圖。圖題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，主若是為了制造中減少加工孔用的刀具品種。圖題9-16解圖10-1證明當(dāng)升角與當(dāng)量摩擦角吻合時，螺紋副擁有自鎖性。當(dāng)時，螺紋副的效率所以擁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，更易實現(xiàn)自鎖。10-3解查教材表10-1得粗牙螺距中徑小徑螺紋升角一般螺紋的牙側(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鋼的信服極限擰緊所產(chǎn)生的拉應(yīng)力已遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出了資料的信服極限，螺栓將損壞。10-4解（1）升角當(dāng)量摩擦角工作臺牢固上升時的效率：（2）牢固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，該梯形螺旋副不擁有自鎖性，欲使工作臺在載荷作用低等速下降，需制動裝置。其制動力矩為10-5解查教材表9-1得Q235的信服極限，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碰到拉伸,故螺桿碰到拉扭組合變形。查教材表9-1得，拉桿資料Q275的信服極限，取安全系數(shù)，拉桿資料的許用應(yīng)力所需拉桿最小直徑查教材表10-1，采用螺紋（）。10-7解查教材表9-1得，螺栓35鋼的信服極限，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縫隙，螺栓桿和被聯(lián)接件接觸表面碰到擠壓；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平均的，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。擠壓強度驗算公式為：其中；為螺栓桿直徑。螺栓桿的剪切強度驗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10-9a）得：螺栓螺紋伸出長度螺栓螺紋預(yù)留長度查手冊采用六角薄螺母GB6172-86，厚度為墊圈GB93-8716，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）螺栓資料的許用應(yīng)力由表9-1查得被聯(lián)接件HT250的強度極限查表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鋼的信服極限，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度最小接觸長度：擠壓強度所用螺栓合適。10-10解（1）每個螺栓所贊同的預(yù)緊力查教材表9-1得45鋼的信服極限，查教材表10-6、10-7得，當(dāng)不能夠嚴(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）每個螺栓所能肩負(fù)的橫向力由題圖可知，取可靠性系數(shù)橫向力4）螺栓所需肩負(fù)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個的一般螺栓，結(jié)構(gòu)地址不相贊同。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)接有親密性要求，取節(jié)余預(yù)緊力（4）螺柱總拉力（5）確定螺柱直徑采用螺柱資料為45鋼，查表9-1得信服極限，查教材表10-6得，當(dāng)不能夠嚴(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