機(jī)械設(shè)計(jì)課后習(xí)題第5章作業(yè)

第5章作業(yè)5-l眼鏡用小螺釘(Mlx0．25)與其他尺寸螺釘(例如M8x1．25)相比，為什么更易發(fā)生自動(dòng)松脫現(xiàn)象(§紋中徑=螺紋大徑-O．65x螺距)?答：因?yàn)槁菁y升角：而眼鏡用小螺釘?shù)穆菁y升角比其他尺寸螺釘大，自鎖性差，所以更易發(fā)生自動(dòng)松脫現(xiàn)象。5-2當(dāng)作用在轉(zhuǎn)動(dòng)副中軸頸上的外力為一單力，并分別作用在其摩擦圓之內(nèi)、之外或相切時(shí)，軸頸將作種運(yùn)動(dòng)?當(dāng)作用在轉(zhuǎn)動(dòng)副中軸頸上的外力為一力偶矩時(shí)，也會(huì)發(fā)生自鎖嗎?答：當(dāng)作用在轉(zhuǎn)動(dòng)副中軸頸上的外力為一單力，并分別作用在其摩擦圓之內(nèi)發(fā)生自鎖，軸不能運(yùn)動(dòng)；作用在其摩擦圓之外或相切時(shí)，軸頸將轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)作用在轉(zhuǎn)動(dòng)副中軸頸上的外力為一力偶矩時(shí)，不會(huì)發(fā)生自鎖。5-3自鎖機(jī)械根本不能運(yùn)動(dòng)，對(duì)嗎?試舉2,-3個(gè)利用自鎖的實(shí)例。答：不對(duì)，因?yàn)樽枣i機(jī)械對(duì)應(yīng)于一定的外力條件和方向才自鎖。5-4通過(guò)對(duì)串聯(lián)機(jī)組及并聯(lián)機(jī)組的效率計(jì)算，對(duì)設(shè)計(jì)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)有何重要啟示?答：應(yīng)盡可能的提高串聯(lián)機(jī)組中任意機(jī)構(gòu)，減少的效率串聯(lián)機(jī)組中機(jī)構(gòu)的數(shù)目。在并聯(lián)機(jī)組局部著重提高傳遞功率大的傳動(dòng)路線的效率。5-5圖示曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，曲柄1在驅(qū)動(dòng)力矩M1作用下等速轉(zhuǎn)動(dòng)。設(shè)各轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸頸半徑r=10mm，當(dāng)量摩擦系數(shù)fv，移動(dòng)副中的滑塊摩擦系數(shù)，lAB=100mm，lBC=350mm。各構(gòu)件的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量略而不計(jì)。當(dāng)M1時(shí)，試求機(jī)構(gòu)在圖示位置所能克服的有效阻力F3及機(jī)械效率。解：〔1〕根據(jù)條件ⅹ10=1mmφ計(jì)算可得圖示位置α=45.67o,β〔2〕考慮摩擦?xí)r，運(yùn)動(dòng)副中反力如圖〔a〕所示〔3〕構(gòu)件1的平衡條件為：FR21(lABsinα+2ρ)=M1FR21=FR23=M1/[(lABsinα+2ρ)]構(gòu)件3的平衡條件為：FR23+FR43+f3=0作力的多邊形圖〔b〕有：〔4〕〔5〕機(jī)械效率：5-6圖示為一帶式運(yùn)輸機(jī),由電動(dòng)機(jī)1經(jīng)平帶傳動(dòng)及一個(gè)兩級(jí)齒輪減速器帶動(dòng)運(yùn)輸帶8。設(shè)運(yùn)輸帶8所需的曳引力F=5500N，運(yùn)送速度v=1.2m/s。平帶傳動(dòng)(包括軸承)的效率η，每對(duì)齒輪(包括其軸承)的效率η，運(yùn)輸帶8的機(jī)械效率η3=0.92(包括其支承和聯(lián)軸器)。試求該系統(tǒng)的總效率η及電動(dòng)機(jī)所需的功率。解：該系統(tǒng)的總效率為：η=η1.η22.η3ⅹ2ⅹ電機(jī)所需功率：N=Pv/η=5500ⅹⅹ10-35-7如下圖，電動(dòng)機(jī)通過(guò)v帶傳動(dòng)及圓錐、圓柱齒輪傳動(dòng)帶開(kāi)工作機(jī)A及B。設(shè)每對(duì)齒輪的效率可η1=0.97(包括軸承的效率在內(nèi))，帶傳動(dòng)的效率η，工作機(jī)A、B的功率分別為PA=5kW、PB=1kW，效率分別為η、η，試求電動(dòng)機(jī)所需的功率。解：:輸入功率PA`=PA/(ηAη12η2PB`=PB/(ηBη12η2電機(jī)所需功率P電5-8圖(a)示為一焊接用的楔形夾具。利用這個(gè)夾具把兩塊要焊接的工件1及1’預(yù)先夾妥，以便焊接。圖中2為夾具體，3為楔塊。試確定其自鎖條件(即當(dāng)夾緊后，楔塊3不會(huì)自動(dòng)松脫出來(lái)的條件)解一：根據(jù)反行程時(shí)η`≤0的條件確定反行程時(shí)〔楔塊3退出〕取楔塊3為脫離體，其受工件1,1`和夾具2作用的總反力FR13和以及支持力P。各力方向如圖(a)(b)所示，根據(jù)楔塊3的平衡條件，作矢量三角形如圖〔c〕.由正弦定理可得FR23=Pcosφ/sin(α-2φ),φ=0,FR230=P/sinα于是此機(jī)構(gòu)反行程的效率為令η`≤0,可得自鎖條件為α≤2φ解二：根據(jù)反行程生產(chǎn)阻力小于或等于零的條件來(lái)確定根據(jù)楔塊3的力多邊形圖(c)由正弦定理可得P=FR23sin(α-2φ)/cosφ假設(shè)滑塊不自動(dòng)松脫，那么應(yīng)使P≤0，即得自鎖條件為α≤2φ解三：根據(jù)運(yùn)動(dòng)副的自鎖條件確定。由于工件被夾緊后P力就被撤消，故楔塊3受力如圖〔b〕楔塊3就如同受到FR23〔此時(shí)為驅(qū)動(dòng)力〕作用而沿水平面移動(dòng)的滑塊。故只要作用在摩擦角φ內(nèi)，楔塊3即發(fā)生自鎖。即α-φ≤φ因此可得自鎖條件為α≤2φ?qǐng)Db為一顎式破碎機(jī)，在破碎礦石時(shí)要求礦石不致被向上擠出，試問(wèn)α角應(yīng)滿足什么條件?經(jīng)分析可得出什么結(jié)論?解：設(shè)礦石的重量為Q，礦石與鄂板間的摩擦系數(shù)為f，那么摩擦角為：φ=arctanf(b)礦石有向上擠出趨勢(shì)時(shí)，其受力如圖〔b〕所示，由力平衡條件知：2FRsin(α/2-φ)-Q=0FR=Q/[2FRsin(α/2-φ)]η`=FR0/FR=sin(α/2-φ)/sin(α/2)當(dāng)η`≤0時(shí)，即α/2-φ≤0礦石將不被擠出，即自鎖條件為α≤2φ5-9圖示為一超越離合器，當(dāng)星輪1沿順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，滾柱2將被楔緊在楔形間隙中，從而帶動(dòng)外圈3也沿順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。設(shè)摩擦系數(shù)，R=50mm，h=40mm。為保證機(jī)構(gòu)能正常工作，試確定滾柱直徑d的適宜范圍。提示：在解此題時(shí)，要用到上題的結(jié)論。(答：9.424mm<d<10mlrl。)解：解如下圖，過(guò)滾柱2與外圈3的接觸線的公切面．將形成夾角α的楔形面。由題的結(jié)論知。凡具有楔形面或楔形塊的機(jī)構(gòu)其楔緊不松脫條件為:α≤2g，。此時(shí)α=arcos[(h+d/2)/(R一+d/2)]φ==arctanf=arctan0.08=4o34`26``由此可得d≥2(Rcos2φ一h)/(1+cos2φ)=9.42mm為了保證機(jī)構(gòu)能正常工作，滾柱的最大直徑不得超過(guò)R-h，即d≤R-h=10mm，故滾柱直徑的取值范圍為～10mm。5-10對(duì)于圖4—3所示斜面機(jī)構(gòu)以及圖4—5所示的螺旋機(jī)構(gòu)，當(dāng)其反行程自鎖時(shí)，其正行程的效率一定為η≤1／2，試問(wèn)這是不是一個(gè)普遍規(guī)律?試分析圖示斜面機(jī)構(gòu)當(dāng)其處于臨界自鎖時(shí)的情況，由此可得出什么重要的結(jié)論(設(shè)f=0.2)?解：〔1〕不是普遍規(guī)律?！?〕圖(c)反行程的自鎖條件：在反行程根據(jù)滑塊的力平衡條件，作力的多邊形圖，由此得：G=Fcos(β-α+φ)/sin(α-φ)G0=Fcos(β-α)/sinαη’=G0/G=cos(β-α)sin(α-φ)/[sinαcos(β-α+φ)]令η’≤0，得α≤φo時(shí)滑塊自鎖。α=φ時(shí)，滑塊臨界自鎖。正行程的效率：因滑塊的正行程的效率與反行程的運(yùn)動(dòng)方向相反，摩擦力要反向，固由式①中φ反號(hào)，即可得正行程時(shí)驅(qū)動(dòng)力F與生產(chǎn)阻力G的關(guān)系為F=Gsin(α+φ)/cos(β-α-φ)F0=Gsinα/cos(β-α)那么正行程的效率η=F0／F=sinαcos(β-α-φ)／[cos(β-α)sin(α+φ)]②滑塊反行程臨界自鎖時(shí)．其正行程的效率結(jié)淪：由式②可知，β加大η提高．所以自鎖機(jī)構(gòu)的效率η≤1／2未必成立，它隨驅(qū)動(dòng)力的方向在變化，合理地安排工作行程驅(qū)動(dòng)力的方向，可提高機(jī)械效率。5-11在圖5—9所示的偏心夾具中，設(shè)夾具中心高H=100mm，偏心盤(pán)外徑D=120mm，偏心距e=15mm，軸頸摩擦圓半徑ρ=5mm，摩擦系數(shù)。求所能夾持的工件的最大、最小厚度hmax和hmin。(答：hmin=25mm，hmax=36．49mm。)解：要偏心夾具發(fā)行程自鎖。總反力FR23應(yīng)穿過(guò)摩擦圓，即應(yīng)滿足條件s—s1≤ρ(1)由直角三角形△ABC及△OAE有:sl=AC=(DsinΦ)/2(2)s=OE=esin(δ-Φ)(3)由式〔2〕〔3〕得：0≤esin(δ-Φ)(DsinΦ)/2≤ρ(4)Φo將(4)式代入(1)式得：0≤sin(δ-Φ)≤0.9267(5)δcosδ=(H-h-D/2)/e=(40-h)/15(6)將(5)式代入(6)式得：25mm≤h≤即：hmin=25mm,hmax=5-12圖示為一提升裝置，6為被提升的重物，設(shè)各接觸面間的摩擦系數(shù)為f(不計(jì)鉸鏈中的摩擦)，為了能可靠提起重物，試確定連桿2(3、4)桿長(zhǎng)的取值范圍。解：在使用該裝置時(shí)，先將構(gòu)件1，5并攏插入被提升重物的孔中，然后再按下5并稍加壓緊，只要構(gòu)件5不自動(dòng)松脫，便能可靠地提起該重物。取整個(gè)裝置作為研究對(duì)象分析受力，如下列圖所示，根據(jù)平衡條件N1=N2=N,Ffl=Ff2=Ff，P=2Ff,要構(gòu)件5不自松脫