鄭州大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)第三版課后作業(yè)答案.doc

v 1-3 平面機(jī)構(gòu)具有確定的運(yùn)動(dòng)條件是什么？ 答：必須使原動(dòng)件數(shù)目等于機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)。v 1-5 試確定下列平面機(jī)構(gòu)的自由度（圖中繪有箭頭的活動(dòng)構(gòu)件為原動(dòng)件）：a)推土機(jī)的推土機(jī)構(gòu)；d)渣口堵塞機(jī)構(gòu)；f)篩料機(jī)機(jī)構(gòu)。v 解：a)推土機(jī)的推土機(jī)構(gòu) 活動(dòng)構(gòu)件數(shù)n5，低副P(pán)L7（6個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，一個(gè)移動(dòng)副）高副P(pán)H0。 F35270 1 等于原動(dòng)件數(shù) 有確定運(yùn)動(dòng) 。 v d) 渣口堵塞機(jī)構(gòu) 由分析可知與桿1相連的滾子2，屬于局部自由度計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)應(yīng)排除。則 n6 PL8（7個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，1個(gè)移動(dòng)副） PH1 F362811 等于原動(dòng)件數(shù) f) 篩選機(jī)的篩料機(jī)構(gòu)由圖：桿1和桿2焊在一起屬于一體，與桿3相連的滾子4繞其中心的轉(zhuǎn)動(dòng)是一個(gè)局部自由度 n6 PL8（6個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，2個(gè)移動(dòng)副） PH1F362811 等于原動(dòng)件數(shù)3-5.已知一曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的滑塊行程H=60mm,偏距e=20mm,行程速比系數(shù)K=1.4,試確定曲柄和連桿的長(zhǎng)度 l2和l3。（規(guī)定用作圖法求之） 解：(1) 由行程速比系數(shù)K，求出極位夾角。180(K1)(K+1) 180(1.41) (1.41)30選比例尺u1:2，作圖，可得：(2) 連接C1和C2，并作C1M垂直于C1C2,C1C2H;(3) 作C1C2N9060，C2N與C1M相交于P點(diǎn), 由圖可見(jiàn), C1PC230;4)作三角形PC1C2的外接圓O,則曲柄的固定鉸鏈中心A必在該圓上。(5)作與C1C2線相距為e的平行線，與外接圓O交于的點(diǎn)即為A點(diǎn)，連接 AC1、AC2，則C1AC2。(6)因極限位置處曲柄與連桿共線，故AC1l3l2, AC2= l3l2，所以曲柄長(zhǎng)度l2=(AC2AC1) 2; 由比例尺量得：AC128mm,AC282mm, 所以 l2(8228) 227mm。(7)以A為圓心和l2為半徑作圓，交C1A延線于B1，交C2A于B2，即得B1C1l3,由比例尺量得： l3B1C156mm。綜上可知：曲柄長(zhǎng)度l2為27mm，連桿長(zhǎng)度l3為56mm。3-6已知一導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的固定件長(zhǎng)度l11000，行程速比系數(shù)K1.5，確定曲柄長(zhǎng)度l2及導(dǎo)桿擺角。（解析法求解）解：導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的極位夾角 180（K-1）(K1) 180（1.5-1）(1.51) = 36所以 由圖可得，導(dǎo)桿擺角36所以 曲柄長(zhǎng)度 l1 l1 Sin(2) 1000Sin18309 3-7已知一曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，搖桿與機(jī)架之間的夾角分別為145，290，固定件長(zhǎng)度為l1300，搖桿長(zhǎng)度為l4200，確定曲柄和連桿的長(zhǎng)度l2，l3。（解析法求解）解：由圖中的兩個(gè)極限位置可得： AC1 l3l2 AC2l3l2所以 l3(AC1AC2)2 l2(AC2AC1)2所以只需求出AC1、AC2的長(zhǎng)度。在三角形AC1D中，由余弦定理AC1(l12l422l1l4Cos)12 (300220022300200Cos45)12 212在三角形AC2D中，ADC2290，所以 AC2(l12l42)12(30022002)12360所以 l3(AC1AC2)2(212360)2286 l2(AC2AC1)2(360212)2745-4. 圖5-27所示，一螺旋起重器 ，其額定起重量 FQ50KN,螺旋副采用單線標(biāo)準(zhǔn)梯形螺紋Tr609（公稱直徑d60，中徑d255.5，螺距P9,牙型角30)，螺旋副中的摩擦系數(shù)f0.1，若忽略不計(jì)支承載荷的托杯與螺桿上部間的滾動(dòng)摩擦阻力，試求：1)當(dāng)操作者作用于手柄上的力為150N時(shí),舉起額定載荷時(shí)力作用點(diǎn)至螺桿軸線的距離 ; 2)當(dāng)力臂l不變時(shí),下降額定載荷所需的力.(2)即當(dāng)力臂仍為1440 時(shí),下降額定載荷所需的力為51N5-5 螺旋副的效率與那些參數(shù)有關(guān)?為什么多線螺紋多用于傳動(dòng),普通三角螺紋主要用于聯(lián)接,而梯形、矩形、鋸齒形螺紋主要用于傳動(dòng)？ 答：螺旋副的效率與 （升角）， （牙型角）有關(guān) 即： 對(duì)于多線螺紋導(dǎo)程較大，所以較大，進(jìn)而較大，所以多線螺紋多用于傳動(dòng)。 普通三角螺紋牙型角比其他三種都大，V較大，所以較小，并且V能夠自鎖，故用于聯(lián)接。而梯形、矩形、鋸齒形螺紋，角較小，V較小，較大，所以它們主要用于傳動(dòng)。 5-11 圖示一螺栓連接，螺栓的個(gè)數(shù)為2，螺紋為M20，許用拉應(yīng)力160Mpa，被聯(lián)接件接合面間的摩擦系數(shù)f0.15，若防滑安全系數(shù)s1.2，試計(jì)算該聯(lián)接件允許傳遞的靜載荷F。解：分析得：這是受橫向載荷的緊螺栓聯(lián)接，由于螺栓的預(yù)緊力：兩個(gè)螺栓，兩個(gè)摩擦面：n2， k2螺紋為M20，受橫向載荷， 小徑d117.291.該聯(lián)接允許傳遞的靜載荷應(yīng)小于或等于14.44KN。 5-13 圖5-16所示壓力容器的螺栓聯(lián)接，已知容器內(nèi)的壓力p1.6Mpa，且壓力可視為不變，缸體內(nèi)徑 D2160，螺栓8個(gè)，沿直徑為D1的圓周分布。若螺栓的性能等級(jí)為4.8級(jí)，試確定螺栓的直徑。解：由題意可知，此為受軸向載荷的緊螺栓聯(lián)接，總的外載荷為因8個(gè)螺栓對(duì)稱分布，故單個(gè)螺栓所受的外載荷為 因壓力容器有特別的緊密性要求，所以殘余預(yù)緊力FQr取1.5FQ，螺栓所受總拉力性能等級(jí)為4.8的螺栓，查表5-4得s340Mpa， 假定螺栓直徑d16，按表5-5取0.33s112.2Mpa 螺栓小徑由表5-2查得粗牙螺紋d16時(shí)，小徑d113.835略大于計(jì)算小徑12.18，故原假定合適，采用M16螺栓。 6.5 某V帶傳動(dòng)的帶輪直徑dd1100mm，包角1180，帶與帶輪的當(dāng)量摩擦系數(shù)fV0.5, 預(yù)緊力F0180N。 試求: 1) 該傳動(dòng)所能傳遞的最大有效圓周力; 2) 傳遞的最大轉(zhuǎn)距。 解:(1)傳遞的最大有效圓周力(2) 傳遞的最大轉(zhuǎn)距 6.11 試設(shè)計(jì)一由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的某機(jī)械的鏈傳動(dòng)。已知傳遞的功率P3kw,小鏈輪轉(zhuǎn)速n1720r/min,大鏈輪轉(zhuǎn)速n2200r/min,該機(jī)械工作時(shí)載荷不平穩(wěn)。解:1.選擇鏈輪齒數(shù)z1、z2： 設(shè)V38m/s，由表6-11取小鏈輪齒數(shù)z121，因傳動(dòng)比為 大鏈輪齒數(shù) z2iz13.621762. 初步確定中心距a040P； 3. 求鏈節(jié)數(shù)Lp：4.確定鏈節(jié)距P： 根據(jù)題意，由表6-12查得KA1.3；由表6-13得查圖6-19，選用10A滾子鏈，其鏈節(jié)距P15.875mm，且工作點(diǎn)落在鏈板疲勞區(qū)內(nèi)，與原假設(shè)相符。5.實(shí)際中心距： aa040P4015.875=635mm ; 6.驗(yàn)算鏈速V：7.選擇潤(rùn)滑方式：根據(jù)V和P，由圖6-20選用油浴或飛濺潤(rùn)滑；8.求作用在軸上的力9.求分度圓直徑： 7-6 已知一對(duì)標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪的中心距a120mm，傳動(dòng)比i3 ,小齒輪齒數(shù)z120。試確定這對(duì)齒輪的模數(shù)和分度圓直徑、齒頂圓直徑、齒根圓直徑。 解：大齒輪齒數(shù)z2iz132060 7-9 在一個(gè)中心距a155mm的舊箱體內(nèi)，配上一對(duì)齒數(shù)z123 ，z276, 模數(shù) mn3 mm的斜齒圓柱齒輪,試問(wèn)這對(duì)齒輪的螺旋角應(yīng)是多少?解：7-13 用于膠帶運(yùn)輸機(jī)上二級(jí)減速器中的一對(duì)齒輪，其傳動(dòng)比i3，傳動(dòng)效率0.98 ，輸出轉(zhuǎn)速n265r/min，輸出功率P4.5Kw，由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，單向運(yùn)轉(zhuǎn)。試確定這對(duì)齒輪的中心距及其主要尺寸。 解：（1）確定轉(zhuǎn)距和載荷系數(shù) 若為減速器中一對(duì)對(duì)稱布置的齒輪，且為軟齒面，則K取1.3 。（2）選擇材料： 因T較大，載荷基本平穩(wěn)，故小齒輪用40Cr鋼，調(diào)質(zhì)，HB280；大齒輪用40Cr鋼，調(diào)質(zhì)，HB250 。 (3) 選擇齒數(shù)和齒寬系數(shù): 初定 Z132 , Z2iZ96 , d取1; (4)確定H和F： 由圖7-21和圖7-22查得兩輪的齒面接觸疲勞極限和齒根彎曲疲勞極限分別為： 則有 ：(5) 按齒面接觸強(qiáng)度條件確定d1：(6) 確定模數(shù)和齒寬：按表7-1圓整成標(biāo)準(zhǔn)值 , 取m2.5 mm , 則 d1mZ12.53280mm bdd1180 80mm.(7) 驗(yàn)算齒根的彎曲強(qiáng)度: 由表7-4得:則:故兩輪輪齒的彎曲強(qiáng)度足夠 。(8) 傳動(dòng)中心距及其主要尺寸 ： 7-15 一對(duì)直齒錐齒輪傳動(dòng), 模數(shù) m5 mm , 齒數(shù) z116、z248，兩輪幾何軸線之間的夾角=90。試計(jì)算這對(duì)齒輪傳動(dòng)的幾何尺寸 。解： 7-17. 蝸桿傳動(dòng)的正確嚙合條件是什么？傳動(dòng)比是否等于蝸輪和蝸桿的節(jié)圓直徑之比？ 答: 正確嚙合條件： (1) 蝸桿與蝸輪在主平面上：模數(shù)相等，壓力角相等 ； (2) 蝸桿導(dǎo)程角等于蝸輪螺旋角,且兩者旋向相同。 傳動(dòng)比不等于蝸輪和蝸桿的節(jié)圓直徑之比 ，因?yàn)椋?.22 圖示為一蝸桿傳動(dòng)。蝸桿1主動(dòng), 蝸桿上的轉(zhuǎn)距T20 Nm , 蝸桿軸向模數(shù)m= 3.15 mm , 軸向壓力角20,頭數(shù) z12 ,蝸桿分度圓直徑d135.5 mm,蝸桿2的齒數(shù) z250 ,傳動(dòng)的嚙合效率0.75 。試確定：1) 蝸輪 2 的轉(zhuǎn)向 ； 2) 蝸桿1和蝸輪2輪齒上的圓周力、徑向力和軸向力的大小和方向。 解：(1)由題7-22圖所示，蝸桿右旋由右手法則，蝸桿的軸向力Fa1向右，則可知：蝸輪2的圓周力Ft2向左，從動(dòng)輪轉(zhuǎn)向應(yīng)與圓周力方向一致,所以蝸輪逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。 (2) 8-2 圖示輪系中，已知各標(biāo)準(zhǔn)圓柱齒輪的齒數(shù)為 求齒輪3的齒數(shù)及傳動(dòng)比i15解：此輪系為定軸輪系：觀察圖示，可知：輪1軸與輪3軸處 于同一直線上，故輪3的直徑d32d2d1 則 z32z2z1220+2060 傳動(dòng)比 綜上，齒輪3的齒數(shù)為60。 傳動(dòng)比i15約等于5.3，且輪1與輪5轉(zhuǎn)向相反。 8-8 如圖所示差動(dòng)輪系中，各輪的齒數(shù)為：已知n1200r/min ， n350r/min，試分 別求當(dāng)n1和 n3轉(zhuǎn)向相同或相反時(shí)，系桿H 轉(zhuǎn)速的大小和方向。解： n1與n3轉(zhuǎn)向相同時(shí)，根據(jù) n1與 n3 轉(zhuǎn)向相反時(shí)，設(shè) n1轉(zhuǎn)向?yàn)檎?仍根據(jù)上式，有9-7 圖示為單級(jí)直齒圓柱齒輪減速器的輸出軸。已知軸的轉(zhuǎn)速n90r/min，傳遞功率P3kw，齒輪分度圓直徑d300mm，齒寬B80mm，軸的支承間的距離L130mm，齒輪在軸承間對(duì)稱布置，軸的材料為45鋼正火處理。試設(shè)計(jì)此軸。解：1.按扭矩估算軸徑 考慮軸同時(shí)受扭矩和彎矩，軸上有鍵槽，材料為45正火鋼時(shí)，取A117 。將它定為右端半聯(lián)軸器處軸頭直徑（最細(xì)），則初步設(shè)計(jì)此軸（結(jié)構(gòu)圖略），從右端至左端依次使d=40mm，軸頸d045mm，軸環(huán)d155mm， 齒輪處軸頭d250mm， 軸徑d045mm。 2.按當(dāng)量彎矩校核軸徑 (1)決定作用在軸上的載荷(2)決定支點(diǎn)反作用力及彎矩 a)水平平面計(jì)算簡(jiǎn)圖b)垂直平面計(jì)算簡(jiǎn)圖c)合成彎曲力矩d)e)當(dāng)量彎矩軸單向轉(zhuǎn)動(dòng)，看作受脈動(dòng)扭矩，取應(yīng)力折算系數(shù)=0.6，則齒輪中點(diǎn)處軸的當(dāng)量彎矩 (3)校核軸徑 齒輪中點(diǎn)處當(dāng)量彎矩最大，半聯(lián)軸器中點(diǎn)處當(dāng)量彎矩次之但軸最細(xì)，故只校核這兩處軸徑，看它能否滿足強(qiáng)度條件。查表9-1得45正火鋼b600Mpa，再查表9-3得該軸的許用彎曲應(yīng)力-1b=55Mpa，則在齒輪中點(diǎn)處的軸有： 在半聯(lián)軸器的中點(diǎn)處的軸有能滿足強(qiáng)度條件要求，故此軸設(shè)計(jì)合理。9-8 軸上裝齒輪處的軸段直徑為60mm，齒輪輪轂寬度為70mm，傳遞的轉(zhuǎn)矩為5105Nmm，有輕微沖擊，齒輪和軸的材料均為45鋼，齒輪與軸采用普通平鍵聯(lián)接。試確定該鍵聯(lián)接的尺寸。解：根據(jù)題意，若取鍵長(zhǎng)L比輪彀寬度70mm略小一點(diǎn)，則按表9-4初選B1863(GB/T1096-1979)普通平鍵，其尺寸為 45鋼有輕微沖擊靜聯(lián)接時(shí)，取P=100Mpa，則 滿足擠壓強(qiáng)度條件，故初選的鍵聯(lián)接尺寸合適。 9-10 牙嵌式離合器和摩擦式離合器各有什么特點(diǎn)？答：牙嵌式離合器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，外廓尺寸小，所聯(lián)接的兩軸不會(huì)發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，適用于要求精確傳動(dòng)比的機(jī)構(gòu)；其最大缺點(diǎn)是離合時(shí)必須使主動(dòng)軸慢速轉(zhuǎn)動(dòng)或靜止，否則牙容易損壞。摩擦式離合器的優(yōu)點(diǎn)是可以在任何不同轉(zhuǎn)速下平穩(wěn)離合，當(dāng)過(guò)載時(shí)因離合器打滑可保護(hù)其他重要零件；其缺點(diǎn)是接合過(guò)程中的摩擦?xí)鸢l(fā)熱和磨損，傳動(dòng)效率低。10-6：某機(jī)械上采用對(duì)開(kāi)式向心滑動(dòng)軸承，已知軸承處所承 受的載荷Fr200000N，軸徑直徑d200mm , 軸的轉(zhuǎn)速 n500r/min，工作平穩(wěn)，試設(shè)計(jì)該軸承。 解： 選用鉛青銅(ZCuPb30)作為軸瓦材料，因其p254Mpa，pv=3020.95MPam/s，故能滿足該軸承的要求。10-10： 說(shuō)明下列軸承代號(hào)的意義：N210、6308、6212/P4、30207/P6、51308 。解：N210: 內(nèi)徑50mm，尺寸系列為02、普通級(jí)的圓柱滾子軸承。 6308：內(nèi)徑40mm、尺寸系列03、普通級(jí)的深溝球軸承。 6212/P4：內(nèi)徑60mm、尺寸系列02、公差等級(jí)為4級(jí)的深溝球軸承。 30207/P6：內(nèi)徑35mm、尺寸系列02、公差等級(jí)為6級(jí)的圓錐滾子軸承。 51308：內(nèi)徑40mm、尺寸系列13、普通級(jí)單向推力球軸承。12-5 如圖，轉(zhuǎn)盤(pán)上有兩個(gè)圓孔，其直徑和位置為d140mm，d250mm，r1100mm，r2140mm，120，D400mm，t20mm，擬在轉(zhuǎn)盤(pán)上再制一圓孔使之達(dá)到靜平衡，要求該孔的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑r150mm，試求該孔的直徑及方位角。解：因轉(zhuǎn)盤(pán)的厚度t20mm，直徑D40mm，Dt 故可視為平面轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件的靜平衡。 分析：轉(zhuǎn)盤(pán)上若有圓孔，轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，會(huì)因質(zhì)量分布不均，導(dǎo)致轉(zhuǎn)盤(pán)質(zhì)心與回轉(zhuǎn)軸線不重合，而產(chǎn)生離心力。 欲使之達(dá)靜平衡，只需平衡其離心力，再制一圓孔。 制圓孔挖去的質(zhì)量：mvd2t/4 由靜平衡條件：代入數(shù)值：r1100mm d140mm r3150mm r2140mm d250mm綜上：該孔的直徑為 44.98 mm ,方位角與水平線成 62.83。