机械设计基础习题答案Word文档下载推荐.docx
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解1）作出机构的两个
极位，由图中量得18.670.6
2）求行程速比系数
180
K
1.23
3）作出此机构传动角最小的位置，量得
min22.7
此机构为曲柄摇杆机构
3、画出各机构的压力角传动角。
箭头标注的构件为原动件。
4、现欲设计一铰链四杆机构，已知其摇杆CD的长lCD=75mm，行程速比系数K=1.5，机架AD的长度为lAD=100mm，又知摇杆的一个极限位置与机架间的夹角为＝45○，试求其曲柄的长度lAB和连杆的长lBC。
（有两个解）
先计算
180K180K
16.36
并取l作图，可得两个解1l○
AB
l（AC2AC1）/22（84.535）/249.5mm
lBCl（AC2AC1）/22（84.535）/2119.5mm
2○
lABl（AC1AC2）/22（3513）/222mmlBC
l（AC1AC2）/22（3513）/248mm
凸轮机构及其设计
1、已知一偏置尖顶推杆盘形凸轮机构如图所示，试用作图法求其推杆的位移曲线。
解以同一比例尺l=1mm/mm作推杆的位移线图如下所示。
2、试以作图法设计一偏置直动滚子推杆盘形凸轮机构的凸轮轮廓曲线。
已知凸轮以等角速度逆时针回转，正偏距e=10mm，基圆半径r0=30mm，滚子半径rr=10mm。
推杆运动规律为：
凸轮转角δ=0○～150○，推杆等速上升16mm；
δ=150○～180○，推杆不动；
δ=180
○
～300○时，推杆等加速等减速回程16mm;
δ=300○～360○时，推杆不动。
解推杆在推程段及回程段运动规律的位移方程为：
1）推程：
sh/0，（0150）2）回程：
等加速段sh2h
2
2，（060）/0
22
等减速段s2h（0）/0，（60
120）
取l=1mm/mm作图如下：
计算各分点得位移值如下：
3、在图示凸轮机构中，凸轮为偏心轮，转向如图。
E、F为凸轮与滚子的两个接触点，试在图上标出：
1）从E点接触到F点接触凸轮所转过的角度；
2）F点接触时的从动件压力角；
3）由E点接触到F点接触从动件的位移s；
4）画出凸轮理论轮廓曲线和基圆。
齿轮机构
1、设有一渐开线标准齿轮z=20,m=8mm,=20º
ha
=1,试求：
其齿廓曲线在分度圆
及齿顶圆上的曲率半径、a及齿顶圆压力角a。
求、a、a
dmz820160mm
dam（z2ha）8（2021）176mmdbdcosa160cos20150.36mm
*
rbtga75.175tg2027.36mm
aacos
1
（rb/ra）cos
（75.175/88）3119.3
arbtga75.175tg3119.345.75mm
2、已知一对外啮合标准直齿圆柱齿轮的标准中心距a=160mm，齿数z1=20，z2=60，求模数和分度圆直径d1、d2。
a
12
m（Z1Z2）m4mm
d1mZ142080mmd2mZ
460240mm
=1,cn=0.25,B=30mm,3、设已知一对斜齿轮传动，z1=20,z2=40,mn=8mm,n=20○,han
初取β=15，试求该传动的中心距a（a值应圆整为个位数为0或5，并相应重算螺旋角β）、几何尺寸、当量齿数和重合度。
解1）计算中心距a初取15，则a
mn2cos
（z1z2）
8（2040）2cos15
248.466
取a250mm，则arccos
mn（z1z2）
2a
arccos
8（2040）2250
161537
3）计算重合度
tarctg（tgn/cos）arctg（tg20/cos161537）204549at1arccos（db1/da2）arccos（155.84/182.67）312649
at2arccos（db2/da2）arccos（311.69/349.33）265033
z1（tg1tgt）z2（tg2tgt）
2
20（tg312649tg204549）40（tg265033tg204549）
1.59
Bsin/mn30sin161537/80.3321.590.3321.92
4、已知一对等顶隙收缩齿标准直齿圆锥齿轮传动，齿数z1=20，z2=38，模数m=4mm，分度圆压力角α=20°
齿顶高系数ha★=1，齿顶间隙系数c★=0.2，轴交角Σ=90°
。
求两锥齿轮的齿顶圆锥角δ
a1
、δz2z1
a2
及其它主要尺寸。
齿顶圆锥角：
1arcctg62.24，290127.76
齿顶高：
haham4mm
齿根高：
hf（hac）m4.8mm
**
轮系及其设计
1、如图所示为一手摇提升装置，其中各轮齿数均已知，试求传动比i15,指出当提升重物时手柄的转向（在图中用箭头标出）。
解此轮系为空间定轴轮系
i15
z2z3z4z5z1z2z3z4
503040522015118
577.78
2、在图示齿轮系中，已知z1=z2=19，z3’=26，z4=30，z4’=20，z5=78，齿轮1与齿轮3同轴线，求齿轮3的齿数及传动比i15。
mZ3d3
dZ12Z2Z3
d21d32
Z357
i15
（1）
Z2Z3Z4Z5Z4Z1Z2Z3
题图
5-2
13.5
3、在图示的行星减速装置中，已知z1=z2=17，z3=51。
当手柄转过90°
时转盘H转过多少度？
i13
H
n1nH0nH
Z2Z3Z1Z2
3
n1nH
4，故手柄转过90度时，转盘H转过22.5度
4、在图示的差动齿轮系中，已知各轮齿数z1=15，z2=25，z2’=20，z3=60。
若n1=200r/min，n3=50r/min，且转向相同，试求行星架H的转速nH。
n1nHn3nH
（1）
Z2Z3Z1Z2
200nH50nH
25601520
5
5-6
nH75
5、在图示的复合轮系中，设已知n1=3549r/min，又各轮齿数为
z1=36,z2=60,z3=23，z4=49,z4，=69,z5=31,z6=131,z7=94,z8=36,z9=167,试求行星架H的转速nH（大小及转向）？
此轮系是一个复合轮系
在1－2（3）－4定轴轮系中：
i14
Z2Z4Z1Z3
60493623
3.551（转向见图）
在4’－5－6－7行星轮系中
i471i461
7
Z6Z4
1
13169
2.899
在7－8－9－H行星轮系中
i7H1i791
Z9Z7
16794
2.777
i1Hi14i47i7H3.5512.8992.777
28.587
故nHn1i1H3549/28.587124.15（r/min），其转向与轮4转向相同
其他常用机构及动力分析
1、已知槽轮机构的槽数z=5，拨盘的圆销数K=1，转速n1=75r/min，求槽轮的运动时间tm和静止时间ts。
tmt（z2）2z
0.3，tm0.24s，t0.56s
2、在图a所示的盘形转子中，有四个偏心质量位于同一回转平面内，其大小及回转半径分别为m1=5kg,m2=7kg,m3=8kg,m4=10kg;
r1=r4=10cm,r2=20cm,r3=15cm，方位如图a所示。
又设平衡质量mb的回转半径rb=15cm。
试求平衡质量mb的大小及方位。
解根据静平衡条件有
mbrbm1r1m2r2m3r3m4r40
以w作质径积多边形图b，故得
mbwwbrb516.1/155.37（kg）
b119.7
2、在图a所示的转子中，已知各偏心质量m1=10kg,m2=15kg,m3=20kg,m4=10kg,它们的回转半径分别为r1=40cm,r2=r4=30cm,r3=20cm,又知各偏心质量所在的回转平面间的距离为l12=l23=l34=30cm,各偏心质量的方位角如图。
若置于平衡基面I及II中的平衡质量mb1及mbⅡ的回转半径均为50cm，试求mbⅠ及mbⅡ的大小和方位。
解根据动平衡条件有
12
m1r1m2r2m3r3mbrb0
332
1
m4r4m3r3m2r2mbrb0
33
以w作质径积多边形图b和图c，由图得平衡基面I
mbwWbrb10285.6（kg）b6
平衡基面П
mbwWbrb1037507.4（kg）b145
联接
1、图示为一升降机构，承受载荷F=150kN，采用梯形螺纹，d=60mm，d2=56mm，P=8mm，线数n=3。
支撑面采用推力球轴承，升降台的上下移动处采用导向滚轮，它们的摩擦阻力近似为零。
试计算：
（1）工作台稳定上升时的效率（螺纹副当量摩擦系数为0.10）。
（2）稳定上升时加于螺杆上的力矩。
（3）若工作台以720mm/min的速度上升，试按稳定运转条件求螺杆所需转速和功率。
（4）欲使工作面在载荷作用下等速下降，是否需要制动装置？
加于螺栓上的制动力矩是多少？
1）arctg0.15.71
nP
tg
d2tg
，7.8
tg（）
d22
57%
2）MFtg（）
3）n1pZ720，n1=3158w
720pZ
30rmin，NMw
Ftg（）
n1
30
4）不自锁，需要制动装置，制动力矩M
Fd22
2、图示为一用两个M12螺钉固定的牵曳钩，若螺钉材料为Q235钢，装配时控制预紧力，结合面摩擦系数f=0.15，求其允许的最大牵曳力。
由结构形式可知，结合面m1
联接螺栓数目Z2，
由表9.5查得s240MPa控制预紧力，取S1.3。
[]s185MPa，
S
FmfZC
由表查取d110.106mm，取C1.2FR
F
[]d141.3
FR
mfZ[]d1
41.3C
2853N
3、图示为一刚性凸缘联轴器，材料为Q215钢，传递的最大转矩为1400N.m（静载荷）。
联轴器用4个M16的铰制孔用螺栓联接，螺栓材料为Q235钢，试选择合适的螺栓长度，并校核该联接的强度。
单个螺栓所受横向载荷FR
2MDm
强度条件
4FR
[]，
FRd0hmin
[p]
d
20
p
由表9.5查得：
Q215s220MPa
Q235s240MPa由表9.5查得[]
s
S2402.5
96MPa
挤压强度校核，最弱材料[p]
4M
11.24MPa[]
2201.15
191MPa
d0Dm
M
mDd0hmin
140010
3
41551623
6.14MPa[p]安全
螺栓长度L2323m（3~5）M16螺母厚度为14.8mm，垫片厚度h3mm
L65（70）mm。
注：
以l（20~70）0或5结尾
4、图示为一钢制液压油缸，采用双头螺柱联接。
已知油压p=8MPa，油缸内径D=250mm，
D1=300mm,为保证气密性要求，螺柱间距l不得大于4.5d（d为螺纹大径），试设计此双头螺柱联接。
1）计算单个螺栓得工作载荷F，暂取螺栓数目Z12，F
PD4Z
32725N
2）计算单个螺栓总拉力F0，取残余预紧力F1.6FF0FF85085N3）求螺栓公称直径
选取螺栓材料为40Cr，s800Mpa装配时不控制预紧力，按表9.6暂取安全系数
S3，[]
267MPa，d1
41.3F0
[]
22.96mm
由表9.1，取M27（d123.752mm），按图表9.6可知所取安全系数是正确的。
4）验证螺栓数目
D1
78.55mm4.5dl
Z
5、在题9-3中，已知轴的材料为45钢，工作时有轻微冲击。
试为该联轴器选择平键，确定键的尺寸，并校核其强度。
1）选择键联接的类型和尺寸
选用半圆头普通平键，材料45钢，由表9.10查得b16mm，h10mm，参考轮
毂长度，取L90mm2）校核键联接强度
键和轴的材料优于轮毂材料，应校核联轴器强度，由表9.11取许用应力
[P]135MPa，lL882mm，P
4Tdhl
124MPa[P]，合适。
标记键C16100GB10961979
齿轮传动
1．已知闭式直齿圆柱齿轮传动的传动比i3.6，n11440r/min，P25kW，长期双向转动，载荷有中等冲击，要求结构紧凑，采用硬齿面材料。
试设计此齿轮传动。
1）选择材料、确定许用应力
大小齿轮均采用20Cr，渗碳处理淬火，由表10.1选择硬度为59HRC，由图10－9c
得到，Flim1Flim2390MPa，
由表10.4得，取SF1.5，[F1][F2]
Flim0.7
SF
182MPa
由图10－6c得，Hlim1Hlim21500MPa，由表10.4得，取SH1.2，[H1][H2]2）按轮齿弯曲强度设计
齿轮按8级精度制造，由表10.3，取载荷系数k1.5，齿宽系数0.4，小齿轮上得转矩T19.55106
Pn1
165800Nmm
Hlim
SH
1250MPa
取Z125，则Z2iZ190，由图10－8查得YF12.71，YF22.21
YF1[F1]
YF2[F2]
，将
带入式（10－10）
m
4KT1YF
（i1）Z1[F]
2.35mm
由表4.1取m2.5mm中心距a
m2
（Z1Z2）143.75mm
齿宽ba57.5mm，取b165mm，b260mm3）验算齿面的接触强度H336
（i1）KT1
iba
782.5[H]安全
4）齿轮的圆周速度
d1n1
4.71m/sv
601000
由表10.2可知选8级精度是合适的。
2、设两级斜齿圆柱齿轮减速器的已知条件如图所示，试问：
1）低速级斜齿轮的螺旋线方向应如何选择才能使中间轴上两齿轮的轴向力方向相反；
2）低速级螺旋角β应取多大数值才能使中间轴上两个轴向力互相抵消。
要使中间轴两齿轮的斜齿轮的轴向力相反，则旋向必须相同，Z2左旋，Z3应为右旋，Z4为右
旋，按题意，Fa1Fa2，则：
Ft2tg1Ft3tg3，
Ft
2Td
，
2T2d2
tg15
2T3d3
tg3
又因T2T3，所以tg3
mn3Z3mn2Z2
d3d2
tg15（
mn3Z3cos3
tg15）
mn2Z2cos2
sin3sin150.1438，3816
3、设计一单级闭式斜齿轮传动，已知P=10kW，n1=1460r/min，i=3.3，工作机有中等冲击载荷。
要求采用电动机驱动，选用软齿面材料，z1=19。
试设计此单级斜齿轮传动，校核疲劳强度。
1）选择材料以确定许用应力
小齿轮采用40Cr调质，硬度取260HBS，大齿轮采用ZG35SiMn调质，硬度取260HBS
由图11－6b）Hlim1700MPa，Hlim2540MPa，由表10.4取SH1.1，则[H1]
Hlim1
636MPa，[H2]
Hlim2
491MPa
由图10－9b）Flim1240MPa，Flim2180MPa，由表10.4取SF1.3
则[F1]
Flim1
185MPa，[F2]
Flim
138MPa
2）按齿面接触疲劳强度设计
设齿轮按8级精度制造，由表10.3取载荷系数K1.5，齿宽系数0.4小齿轮上的转矩T19.5510
6
6.5410Nm
4
按式10－15计算中心距a（i1）（
305[H]
）
KT1
i
131.6mm
取Z130，Z2iZ199，初选15mn
2acosZ1Z2
1.97mm由表4.1取mn2mm
amn
Z1Z22cos
133.55mma135mm
arccos
mn（Z1Z2）
1710齿宽ba54mm
取b255mm，b160mm3）验算弯曲强度由图10－8，Zv1
Z1cos
31.4，Zv2
Z2cos
103.6
YF12.6，YF22.2F1
1.6KT1YF1cos
bmZ1
2n
59MPa[F1]
F250MPa[F2]安全！
蜗杆传动
1、设某一标准蜗杆传动的模数m5mm，蜗杆的分度圆直径d150mm，蜗杆的头数
Z12,传动比i20，试计算蜗轮的螺旋角和蜗杆传动的主要尺寸。
1）蜗杆直径系数q
d1m
10
2）螺旋角升角tg
Z1qm2
0.2，111836
3）中心距a
（qZ2）125mm
2、对图示的蜗杆传动，请根据已知的蜗杆的螺旋方向和转向，确定蜗轮的螺旋方向和转向。
并在图中表出蜗杆和蜗轮的受力方向。
Fr1
Fa1t2
n2
由于蜗杆为左旋，故蜗轮为左旋，图中红色的箭头表示蜗杆的受力，绿色的表示蜗轮的受力。
3、试设计一单级圆柱蜗杆传动：
传动由电动机驱动，电动机的功率为7kW，转数为1440r/min，蜗轮轴的转数为80r/min，载荷平稳，单向传动。
1）
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