机械设计平面机构自由度习题
机械原理平面机构的运动简图及自由度习题答案

1. 计算齿轮机构的自由度.解:由于B. C 副中之一为虚约束,计算机构自由度时,应将 C 副去除。
即如下图所示:该机构的自由度1213233231=⨯-⨯-⨯=--=h p p n F2..机构具有确定运动的条件是什么如果不能满足这一条件,将会产生什么结果机构在滚子B 处有一个局部自由度,应去除。
该机构的自由度017253231=-⨯-⨯=--=h p p n F定轴轮系ABC1234图2-22ABCDGEHF当自由度F=1时,该机构才能运动, 如果不能满足这一条件,该机构无法运动。
该机构当修改为下图机构,则机构可动:N=4, PL=5, Ph=1;F=⨯-⨯-=自由度3425113. 计算机构的自由度.1)由于机构具有虚约束, 机构可转化为下图机构。
F=⨯-⨯-=自由度3425112)由于机构具有虚约束, 机构可转化为下图机构。
F=⨯-⨯=自由度312113)由于机构具有虚约束, 机构可转化为下图机构。
F=⨯-⨯=自由度33241第一章平面机构的运动简图及自由度一、判断题(认为正确的,在括号内画√,反之画×)1.机构是由两个以上构件组成的。
()2.运动副的主要特征是两个构件以点、线、面的形式相接触。
()3.机构具有确定相对运动的条件是机构的自由度大于零。
()4.转动副限制了构件的转动自由度。
()5.固定构件(机架)是机构不可缺少的组成部分。
()个构件在一处铰接,则构成4个转动副。
()7.机构的运动不确定,就是指机构不能具有相对运动。
()8.虚约束对机构的运动不起作用。
()二、选择题1.为使机构运动简图能够完全反映机构的运动特性,则运动简图相对于与实际机构的()应相同。
A.构件数、运动副的类型及数目B.构件的运动尺寸C.机架和原动件D. A 和B 和C2.下面对机构虚约束的描述中,不正确的是()。
A.机构中对运动不起独立限制作用的重复约束称为虚约束,在计算机构自由度时应除去虚约束。
B.虚约束可提高构件的强度、刚度、平稳性和机构工作的可靠性等。
《机械设计基础》课后习题答案

第十三章习题册参考答案绪论0-1 判断题1× 2× 3× 4√ 5√ 6× 7×0-2 填空题1确定的相对 2机械 3零件 4构件0-3 选择题1A 2A 3A 4A 5A一、机构的自由度1-1 判断题1× 2√ 3× 4× 5× 6× 7√8√ 9× 10√ 11√ 12× 13× 14×1-2 填空题1运动副 2独立 32 4低 5机构自由度 6机架1-3 选择题1A 2A 3A 4A 5A 6A 7A8A 9A 10A 11A 12A 13A1-4 解:a F=3n-2p l-p h=3×3-2×4-0=1b F=3n-2p l-p h=3×5-2×7-0=1c F=3n-2p l-p h=3×3-2×4-0=1d F=3n-2p l-p h=3×3-2×4-0=1e F=3n-2p l-p h=3×3-2×4-0=1f F=3n-2p l-p h=3×3-2×4-0=1g F=3n-2p l-p h=3×3-2×4-0=11-5 解:a F=3n-2p l-p h =3×5-2×7-0=1b滚子中心存在局部自由度,F=3n-2p l-p h=3×8-2×11-1=1c E处存在复合铰链,F=3n-2p l-p h=3×5-2×6-1=2d F=3n-2p l-p h=3×6-2×8-1=1e滚子中心存在局部自由度,两移动副处之一为虚约束,三根杆以转动副相连处存在复合铰链F=3n-2p l-p h=3×9-2×12-2=1f齿轮、杆和机架以转动副相连处存在复合铰链,F=3n-2p l-p h=3×4-2×4-2=2g F=3n-2p l-p h=3×3-2×3-0=3h滚子中心存在局部自由度,F=3n-2p l-p h=3×3-2×3-2=1i中间三根杆以转动副相连处存在复合铰链,=3n-2p l-p h=3×7-2×10-0=1 j左边部分全为虚约束,三根杆以转动副相连处存在复合铰链,F=3n-2p l-p h=3×5-2×7-0=11-6 解:a该构件组合为机构,因为该组合自由度F=3n-2p l-p h=3×4-2×5-1=1>0 b该构件组合不是机构,因为该组合自由度F=3n-2p l-p h=3×3-2×4-1=0 c该构件组合不是机构,因为该组合自由度F=3n-2p l-p h=3×4-2×6-0=0d该构件组合为机构,因为该组合自由度F=3n-2p l-p h=3×3-2×4-0=1>0二、平面连杆机构2-1 判断题1× 2× 3√ 4× 5√ 6× 7√8√ 9√ 10× 11× 12√ 13× 14×15√ 16× 17× 18√ 19× 20√ 21×22× 23× 24× 25√2-2 填空题1低 2转动 33 4连杆,连架杆 5曲柄,摇杆6最短 7曲柄摇杆 8摇杆,连杆 92 10>11运动不确定 12非工作时间 13惯性 14大15中的摆动导杆机构有,中的转动导杆机构无 16机架 17曲柄18曲柄滑块 19双摇杆 20双曲柄机构 21无,有2-3 选择题1A 2C 3B 4A 5B 6B 7A8C 9A 10A 11A 12C 13C 14A15A 16A 17A 18A 19A 20A 21A2-4 解:a双曲柄机构,因为40+110<70+90,满足杆长条件,并以最短杆为机架b曲柄摇杆机构,因为30+130<110+120,满足杆长条件,并以最短杆的邻边为机架c双摇杆机构,因为50+100>60+70,不满足杆长条件,无论以哪杆为机架都是双摇杆机构d双摇杆机构,因为50+120=80+90,满足杆长条件,并以最短杆的对边为机架2-5 解:1由该机构各杆长度可得l AB+ l BC<l CD+ l AD,由此可知满足杆长条件,当以AB杆或AB杆的邻边为机架时该机构有曲柄存在2以l BC或l AD杆成为机架即为曲柄摇杆机构,以l AB杆成为机架即为双曲柄机构,以l CD杆成为机架即为双摇杆机构2-6 解:1曲柄摇杆机构由题意知连架杆CD杆不是最短杆,要为曲柄摇杆机构,连架杆AB杆应为最短杆0<l AB≤300 mm且应满足杆长条件l AB+l BC≤l CD+l AD,由此可得0<l AB≤150mm 2双摇杆机构由题意知机架AD杆不是最短杆的对边,要为双摇杆机构应不满足杆长条件①AB杆为最短杆0<l AB≤300mm时,l AB+l BC>l CD+l AD,由此可得150mm<l AB≤300mm②AB杆为中间杆300mm≤l AB≤500mm时,l AD+l BC>l CD+l AB,由此可得300mm≤l AB<450mm③AB杆为最长杆500mm≤l AB<1150mm时,l AB+l AD>l CD+l BC,由此可得550mm<l AB<1150mm由此可知:150mm<l AB<450 mm,550mm<l AB<1150 mm3双曲柄机构要为双曲柄机构,AD杆必须为最短杆且应满足杆长条件①AB杆为中间杆300mm≤l AB≤500mm时,l AD+l BC≤l CD+ l AB,由此可得450mm≤l AB ≤500mm②AB杆为最长杆500mm≤l AB<1150mm时,l AB+l AD≤l CD+l BC,由此可得500mm≤l AB ≤550mm由此可知:450mm≤l AB≤550mm2-7 解:a b c d e 各机构压力角和传动角如图所示,图a 、d 机构无死点位置,图b 、c 、e 机构有死点位置2-8 解:用作图法求解,主要步骤: 1计算极位夹角:︒=+-⨯︒=+-⨯︒=3615.115.118011180K K θ 2取比例尺μ=mm3根据比例尺和已知条件定出A 、D 、C 三点,如图所示4连接AC ,以AC 为边作角的另一角边线,与以D 为圆心、摇杆DC 为半径的圆弧相交于C 1和C 2点,连接DC 1和DC 2得摇杆的另一极限位置两个5从图中量得AC =71mm,AC 1=26mm,AC 2=170mm 6当摇杆的另一极限位置位于DC 1时:5mm .2221=⨯=AC AC l AB -μ,5mm .4821=+⨯=AC AC l BC μ 7当摇杆的另一极限位置位于DC 1时:5mm .4922=⨯=AC AC l AB -μ,5mm .12022=+⨯=AC AC l BC μ 答:曲柄和连杆的长度分别为、和、; 2-9 解:用作图法求解,主要步骤: 1计算极位夹角:︒=+-⨯︒=+-⨯︒=4.1612.112.118011180K K θ 2取比例尺μ=mm3根据比例尺和已知条件定出滑块的两极限位置C 1、C 2两点,如图所示4连接C 1C 2,以C 1C 2为直角边作直角三角形C 1C 2P ,使∠C 1C 2P =90°-θ=° 5以C 2P 为直径作圆O6将C 1C 2偏移e 值,与圆O 交于A 点,连接AC 1和AC 2, 7从图中量得AC 1=34mm,AC 2=82mm,则:24mm 212=⨯=AC AC l AB -μ,58mm 221=+⨯=AC AC l BC μ 答:曲柄和连杆的长度分别为24mm 和58mm; 2-10 解:用作图法求解,主要步骤: 1计算极位夹角:︒=+-⨯︒=+-⨯︒=3014.114.118011180K K θ 2取比例尺μ=mm3根据比例尺和已知条件定出机架AC ,如图所示 4根据摇杆的摆角等于极为夹角作出摇杆的两极限位置 5过A 点作摇杆两极限位置的垂线,得垂足点B 1、B 2 6从图中量得AB 1=23mm,则26m m 1=⨯=AB l AB μ 答:曲柄的长度为26mm; 2-11 解:用作图法求解,主要步骤: 1计算极位夹角:︒=+-⨯︒=+-⨯︒=0111118011180K K θ 2取比例尺μ=mm3根据比例尺和已知条件定出D 、C 1、C 2三点,如图所示 4过D 点作C 1D 的垂线,并与C 1C 2的连线交于A 点 5从图中量得AD =220mm,AC 1=234mm,AC 2=180mm,则:27mm 212=⨯=AC AC l AB -μ, 207mm 212=+⨯=AC AC l BC μ,220m m =⨯=AD l AD μ答:曲柄的长度为27mm,连杆的长度为207mm,机架的长度为220mm;三、凸轮机构3-1 判断题1√ 2× 3√ 4× 5× 6× 7× 8× 9√ 10√ 11√ 12√ 13√ 14√ 15× 16√ 17√ 18√ 19× 3-2 填空题1使用 2盘形 3凸轮轮廓 4变曲率 5行程 6行程 7轮廓 8凸轮的转角,从动件的位移 9最小 10法线 11大 12等速 13小 14许用压力角 15低 16大 17大 18内凹 19抛物线 20刚性 3-3 选择题1B 2A 3A 4A 5A 6C 7A 8A 9A 10A 11A 12A 13A 14A 15A 16A 17B 18A 19A 20C 21D 22A 23B 24D 25B 26B 27C 3-4 解:1凸轮的基圆和基圆半径的标注如图所示2从动件的位移线图s-t 和升程h 的标注如图所示 3-5 解:凸轮的位移线图如图所示;3-6 解:1凸轮的位移线图如图所示2凸轮的位移线图如图所示3-7 解:所设计对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构如图所示3-8 解:所设计偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构如图所示3-9 解:各凸轮机构中b、c点的压力角如图所示四、间歇运动机构4-1 判断题1√ 2√ 3× 4√ 5√ 6× 7× 8×4-2 填空题1周期性 2棘轮 3内 42 5锯4-3 选择题1A 2A 3A 4A 5A 6A 7A8A 9A 10A 11A五、联接5-1 判断题1× 2√ 3√ 4× 5√ 6√ 7×8× 9× 10× 11× 12√ 13× 14×15× 16× 17√ 18× 19× 20√ 5-2 填空题1牙型 2大 3越高 4自锁性 54 6螺钉 7拧紧力矩 8防松 9一致 10摩擦 11直线 12梯形 13传力,传导,调整 14右 15轴和毂,挤压 16轴的直径,轴头 17A,B,C,C 18增加键的长度 19B 2080 5-3 选择题1B 2A 3A 4C 5D 6C 7B 8A 9A 10D 11B 12A 13B 14B 15C 16A 17B 18A 19A 20B 21A 22B 23A 24B 25C 26B 27D 28B 29C 30A 31A 32A 33A 34D 35A 36A 37A 38A 39A 40A 41A 42B 43A 44D 45A 5-4 解:该螺栓连接为松螺栓连接,其强度条件为:[]214Fσσπd =≤ 拉杆材料为Q235,其235MPa s σ=,取安全系数S =,则:[]235138.24MPa 1.7s σσS=== 则:114.56mm d ≥== 查教材表5-2可知,选小径d 1=,公称直径d =20mm 的粗牙普通螺纹; 答:拉杆螺纹的直径为M20;5-5 解:该螺栓连接为受横向工作载荷的紧螺栓连接,其强度条件为:[]215.2a e F σσπd =≤ 0Ra CF F F zmf=≥,查教材表5-2可知,M16的螺栓的小径d 1=;取C =,则: 答:该螺栓组能承受的横向载荷应不大于; 5-6 解:该螺栓连接为受轴向工作载荷的紧螺栓连接,其强度条件为:[]215.2a e F σσπd =≤ 各螺栓所受轴向工作载荷220005500N 4Q E F F n=== 各螺栓所受残余预紧力F R =,各螺栓所受总轴向拉力F a =F E +F R = F E =×5500=8800N拉杆材料为Q235,其235MPa s σ=,取安全系数S =,则:[]235156.67MPa 1.5s σσS===则:19.64mm d查教材表5-2可知,选小径d 1=,公称直径d =12mm 的粗牙普通螺纹; 答:所求螺栓直径为M12; 5-7 解:该螺栓连接为受横向工作载荷的紧螺栓连接,其强度条件为:[]215.2ae F σσπd =≤ 材料为35钢,其315MPa s σ=,取安全系数S =,则:[]315210MPa 1.5s σσS===查教材表5-2可知,M16的螺栓的小径d 1=;则:0Ra CF F F zmf=≥,[]221420.15 3.1413.83521024.27kN 5.2 5.2 1.2R zmf πd σF C ⨯⨯⨯⨯⨯≤==⨯答:允许承受的最大载荷不大于;5-8解:1确定螺杆的直径该螺栓连接为受轴向工作载荷的紧螺栓连接,其强度条件为:[]215.2a e F σσπd =≤ F a =W =20kN材料为45钢,其355MPa s σ=,该连接不需严格控制预紧力,取安全系数S =4,则:查教材表5-2可知,选小径d 1=,公称直径d =24mm 的粗牙普通螺纹; 2确定扳手手柄的最小长度查教材表5-2可知公称直径d =24mm 粗牙普通螺纹中径d 2=,则:122.05120221102.55mm 200ad F L F ⨯≥==,取L =1103mm 答:1螺杆直径为M24;2扳手手柄的最小长度为1103mm; 5-9解:1校核螺栓的剪切和挤压强度该螺栓连接为受横向工作载荷的铰制孔螺栓连接:剪切强度条件为:[]204F ττm πd =≤;挤压强度条件为:[]p 0p σδσ≤=d F查教材表5-3可知:级的螺栓的σbp =800Mpa ;σs =640Mpa ;查教材表5-4可知:s τ=,s p =则:[]640256MPa 2.5sτστS ===;bp p p800320MPa 2.5σσS ⎡⎤===⎣⎦ 2204424237.72MPa 256MPa /41 3.1412F τm πd ⨯===<⨯⨯;p 02423 5.27MPa<320MPa 2023F σd δ===⨯ 答:所用螺栓满足剪切和挤压强度要求 2平键的选择及强度校核选A 型平键,根据轴径和轴头长度,从设计手册中查得键的尺寸b =16mm,h = 10mm,L = 70mm;键的标记为:键 16×70 GB/T 1096 —2003;答:所选择的键不满足强度要求; 5-10解:该螺栓连接为受横向工作载荷的普通螺栓连接,其强度条件为:[]215.2a e F σσπd =≤ 级的螺栓的640MPa s σ=,取安全系数S =,则:[]640426.67MPa 1.5s σσS===取C =,则:31.263012.115kN 660.166510a CT F fr -⨯≥==⨯⨯⨯则: 查教材表5-2可知,可选小径d 1=,公称直径d =10mm 的粗牙普通螺纹; 答:螺栓直径为M10; 5-11解:该螺栓连接为受横向工作载荷的紧螺栓连接,其强度条件为:[]215.2ae F σσπd =≤ 受力分析如图所示将外载荷P 向螺栓组中心简化得螺栓组所受的转矩T 和横向载荷P 横向载荷P = 10000N ;转矩T =⨯ = 3000000 N ·mm,方向如图所示由于横向载荷作用每个螺栓受到的横向力1234100002500N 44P P P P P F F F F ======由于转矩作用每个螺栓受到的横向力12347071N 4T T T T T F F F F r ======由图可知,螺栓1、2所受的横向力相等,螺栓3、4所受的横向力相等,且螺栓1、2所受的横向力最大,其值为m =1,取C =,则:1 1.29013.867603.5N 10.16a CF F mf ⨯≥==⨯ 查设计手册可知,可选小径d 1=,公称直径d =36mm 的粗牙普通螺纹;答:该螺栓组螺栓的小径须大于,可选M36的螺栓;5-12 解:略 5-13解:1确定螺柱直径该螺栓连接为受轴向工作载荷的紧螺栓连接,其强度条件为:[]215.2a e F σσπd =≤ 每个螺栓平均承受的轴向工作载荷:223.1431607536N 448E πpDF z ⨯⨯===⨯ 取残余预紧力F R =,则各螺栓所受总轴向拉力F a =F E +F R = F E =×7536=级螺栓的400MPa s σ=,按控制预紧力取安全系数S =,则:[]400266.67MPa 1.5sσσS === 则:111.03mm d ≥查教材表5-2可知,可选小径d 1=,公称直径d =16mm 的粗牙普通螺纹; 2确定螺柱分布直径取螺柱间距为5d ,则055816203.82mm 3.14zd D π⨯⨯===,取D 0=200mm答:连接螺栓直径可选M16的粗牙普通螺纹,分布直径为200mm; 5-14解:1平键类型和尺寸选择安装齿轮处的键:选A 型平键,根据轴径和轴头长度,从设计手册中查得键的尺寸b = 25mm,h = 14mm,L =80mm;键的标记为:键 25×80 GB/T 1096 —2003;安装联轴器处的键:选A 型平键,根据轴径和轴头长度,从设计手册中查得键的尺寸b = 20mm,h = 12mm,L =100mm;键的标记为:键 20×100 GB/T 1096 —2003;2平键连接强度的校核安装齿轮处平键强度校核:()()p 4480046.18MPa 100~120MPa 90148025T σdhl⨯===<⨯⨯-安装联轴器处平键强度校核:()()p 4480047.62MPa 50~60MPa 701210020T σdhl⨯===<⨯⨯-所选择的平键满足强度要求 答:所选择的平键满足强度要求5-15解:1平键类型和尺寸选择选A型平键,根据轴径和轴头长度,从设计手册中查得键的尺寸b = 22mm,h = 14mm,L =100mm;此键的标记为:键 22×100 GB/T 1096 —2003;2传递的最大扭矩查教材表5-7得σp =100 ~ 120Mpa,取σp =120Mpa答:能传递的最大扭矩不大于·m;5-16解:1平键类型和尺寸选择选A型平键,根据轴径和轴头长度,从设计手册中查得键的尺寸b= 25mm,h= 14mm,L = 90mm;此键的标记为:键 25×90 GB/T 1096 —2003;2平键连接强度的校核所选择的平键满足强度要求答:所选择的平键为键 25×90 GB/T 1096 —2003;经验算该键满足强度要求;六、带传动和链传动6-1 判断题1× 2× 3√ 4√ 5× 6× 7×8√ 9× 10× 11√ 12× 13√ 14√15× 16× 17× 18× 19× 20× 21√22× 23× 24√ 25×6-2 填空题1中心角,120° 2两侧,40° 3梯形,7,Y4初拉力,摩擦系数,小轮包角 5越大 65~25 7小8带的基准长度 9平行,对称平面应在同一平面 10小11传动比 12张紧轮 13摩擦力 14可以15弹性滑动,打滑 16打滑 1710 18外19主 20小 214 22型号 23主24绳芯 25平均,瞬时 26链轮的多边效应27不能保持恒定的瞬时传动比;传动平稳性差;工作时有噪音等28偶,奇 29疲劳破坏,胶合 30外链板与销轴31制造精度的影响,致使各排链的载荷分布不均32大,跳齿 33少,冲击,动载荷6-3 选择题1C 2B 3B 4A 5A 6A 7C8A 9B 10B 11A 12A 13C 14A15C 16A 17A 18C 19A 20D 21D22A 23A 24B 25A 26A 27A 28A29D 30B 31B 32A 33B 34A 35B36A 37B 38C6-4解:1小轮包角2带的几何长度查教材表6-3可知,选带的基准长度L d=2800mm3不考虑带传动的弹性滑动时大带轮转速1221d d n d i n d ==,11221460150547.5r /min 400d d n d n d ⨯===4滑动率ε=时大带轮的实际转速()12211d d n d i n d ε==-,()()11221146015010.015539.3r /min 400d d n d εn d -⨯⨯-=== 答:1小轮包角为°;2带的几何长度为,应选带的基准长度2800mm ;3不考虑带传动的弹性滑动时大带轮转速min ;4大带轮的实际转速min;6-5解:1确定带的基准长度L d查教材表6-3可知,选带的基准长度L d =1600mm 2确定实际中心距a 取实际中心距a =530mm 3计算所需带的根数z查教材表6-5得P 0=;查教材表6-6得ΔP 0=;查教材表6-7得K α=;查教材表6-3,K L =,则:取z =3根答:1带的基准长度L d =1600mm ;2实际中心距a =530mm ;3所需带的根数为3根;6-6解:查教材表6-3可知,选带的基准长度L d =1600mm 取实际中心距a =460mm查教材表6-5得P 0=;查教材表6-6得ΔP 0=;查教材表6-7得K α=;查教材表6-3,K L =,查教材表6-8取工作情况系数K A =答:能传递的最大功率为; 6-7解: 1选择V 带型号查教材表6-8取工作情况系数K A =,故:c 1.17.58.25kW A P K P =⨯=⨯= 根据P c 和n 1,由图6-12选用A 型普通V带; 2确定大小带轮基准直径由1选择知小带轮基准直径d d1的取值范围为112~140mm,又由教材表6-5知此范围内d d1只有112mm 、125mm 、140mm 三种取值,现选取d d1=125mm;则:根据教材表6-2选从动轮基准直径d d2=280mm; 3验算带速带速在5~25m/s 范围内,带速合适; 4求V 带的基准长度和中心距初定中心距的取值范围0283.5810a ≤≤,现取初定中心距a 0=500mm 带的初定长度:查教材表6-3可知,选带的基准长度L d =1600mm 带传动的中心距:d d0016001648500476mm 22L L a a --≈+=+=取实际中心距a =476mm中心距变动范围为452~500mm 5验算小轮包角α1=°>120°,合适;6确定带的根数查教材表6-5得P 0=;查教材表6-6得ΔP 0=;查教材表6-7得K α=;查教材表6-3,K L =,则:取z =5根7计算单根V带的预紧力 查教材表6-1得q =m,则: 8计算带轮轴上的压力 9带轮结构设计略 6-8解: 1求链节数由教材表6-9查得链节距p=取链节数L p=1322求链所能传动的最大功率由教材图6-25查得P0=10kW,查表6-11得K A=,查表6-12得K Z=,单排链取K m=1,则:答:1链节数L p=132;2链所能传动的最大功率P=10kW;6-9解:由教材表6-9查得链节距为p=的链号为12A由n1=min、链号12A查教材图6-25可得P0=20kW6-10解:由教材表6-9查得满足极限载荷Q = 50kN的链号为16A,链节距为p=由教材图6-25查得P0=40kW,查表6-12得K Z=,单排链取K m=1,则:答:链能传递的功率为;6-11解:1选择链号由传动比i= 3查教材表6-10 取z1=25,则z2=i z1=3×25=75查表6-11取K A=,查表6-12取K z=,单排链取K m=1,由式6-22b得根据P0=和n l=720r/min查教材图6-25可选链号10A2确定润滑方式由表6-9查得链节距p=答:由链号10A,v=s,查图6-26,可选择油浴或飞溅润滑;6-12解:1两轮的合理转向如图所示2两轮的包角如图所示3V带与带轮接触处的弯曲应力分布如图所示,σb1>σb24载荷过大时,打滑首先出现在小带轮处;由于小带轮上的包角小于大带轮上的包角,因此小带轮上的总摩擦力相应地小于大带轮上的总摩擦力,故打滑首先出现在小带轮处5d11 3.1410014607.64m/s 601000601000πd n v ⨯⨯===⨯⨯,带速在5~25m/s 范围内,带速合适6-13解:图a 、b 、c 所示的链传动布置中链轮均按逆时针旋转七、齿轮传动7-1 判断题1√ 2× 3× 4√ 5× 6× 7× 8√ 9× 10√ 11√ 12√ 13√ 14√ 15× 16× 17× 18√ 19× 20× 21× 22× 23× 24× 25× 26× 27√ 28× 29× 30√ 31× 32√ 33× 34× 35× 7-2 填空题1基圆,基圆 220° 3等于,大于 4恒定,不变 5两轮的模数相等、压力角相等 6≥1,实际啮合线段/基圆齿距 7轴向力,8°~25° 8两轮的模数相等、压力角相等、螺旋角大小相等方向相反9右,14°30′,3mm 10相切,相割,相离11正,弯曲 1217 13少,小 14≤350HBS,齿面点蚀 15轮齿折断 16高20~50HBS,5~10mm 17齿面磨损 18硬度 19相反,相同 20相同,不同 21多 22 2320~40 24少,大,弯曲 25浸油 2610 27直径大小 28500 29铸造30同时参加啮合的齿对数 7-3 选择题1B 2C 3A 4C 5B 6B 7C 8B 9C 10D 11D 12D 13A 14D 15B 16D 17A 18C 19A 20C 21A 7-4解:1啮合线N 1N 2如图所示;2节点P 如图所示;3两轮的节圆如图所示 7-5解:分度圆直径:11 2.52050mm d mz ==⨯=,22 2.540100mm d mz ==⨯= 齿顶圆直径:a11a (2)(2021) 2.555mm d z h m *=+=+⨯⨯=齿根圆直径:f 11a (22)(202120.25) 2.543.75mm d z h c m **=--=-⨯-⨯⨯= 基圆直径:b11cos 50cos 2046.985mm d d α==⨯= 标准中心距:125010075mm 22d d a ++=== 答:两轮的分度圆直径分别为50mm 、100mm,两轮的齿顶圆直径分别为55mm 、105mm,两轮的齿根圆直径分别为、,两轮的基圆直径分别为、,标准中心距为75mm;7-6解: 模数:12221204mm 2040a m z z ⨯===++ 分度圆直径:1142080mm d mz ==⨯=,22440160mm d mz ==⨯= 齿顶圆直径:a11a (2)(2021)488mm d z h m *=+=+⨯⨯=齿根圆直径:f 11a (22)(202120.25)470mm d z h c m **=--=-⨯-⨯⨯=答:两轮的模数为4mm,两轮的分度圆直径分别为80mm 、160mm,两轮的齿顶圆直径分别为88mm 、168mm,两轮的齿根圆直径分别为70mm 、150mm;7-7解:1验算齿面接触疲劳强度查表7-6取载荷系数K =,查表7-7取弹性系数Z E =22175325z u z ===,275mm b b ==,1132575mm d mz ==⨯= []Hlim H H S σσ=,查表7-4取Hlim1580MPa σ=、Hlim2300MPa σ=,Hlim Hlim2300MPa σσ== 查表7-8取H 1.1S =,[]Hlim H H300272.73MPa 1.1S σσ===满足齿面接触强度要求; 2验算齿根弯曲强度查图7-26得Y Fa1=、Y Fa2=,查图7-27得Y Sa1=、Y Sa2=[]FFE F S σσ=,查表7-4取FE1450MPa σ=、FE2230MPa σ=,查表7-8取F 1.25S =[]FE1F1F450360MPa 1.25S σσ===,[]FE2F2F 230184MPa 1.25S σσ=== 满足齿根弯曲强度要求;答:齿面接触强度和齿根弯曲强度均满足 7-8解:开式齿轮传动主要失效形式是齿面磨损和齿根折断, 由[]1Fa SaF F 212KTY Y bm z σσ=≤得齿轮所能传递的最大转矩21F 1max Fa Sa[]2bm z T K Y Y σ=⋅查表7-6取载荷系数K =,b =b 2=40mm查图7-26得Y Fa1=、Y Fa2=,查图7-27得Y Sa1=、Y Sa2=考虑磨损对齿厚的影响[]FE F F0.7S σσ=⨯,查表7-4取FE1FE2120MPa σσ==,查表7-8取F 1.3S =F1Fa1Sa 2[]64.6214.232.91 1.56Y Y σ==⨯,F2Fa2Sa2[]64.6216.362.27 1.74Y Y σ==⨯,F F1F2Fa Sa Fa1Sa1Fa2Sa2[][][]min ,14.23Y Y Y Y Y Y σσσ⎧⎫==⎨⎬⎩⎭齿轮传动传递的最大功率1max 1max 66118583.33500.62kW 9.55109.5510T n P ⋅⨯===⨯⨯ 答:该齿轮传动所能传递的最大功率为; 7-9解:1选择材料、确定许用应力1由表7-4选小齿轮材料用38SiMnMo 调质,硬度为260HBS,σHlim1=720MPa,σFE1=590MPa,大齿轮材料为40Cr 调质,硬度为230HBS,σHlim2=700MPa,σFE2=580MPa;属软齿面传动,二者的硬度差为30HBS;2由表7-8取S H =,S F =,许用应力[]Hlim1H1H720654.55MPa 1.1S σσ===,[]H2700636.36MPa 1.1σ== []FE1F1F590472MPa 1.25S σσ===,[]F2580464MPa 1.25σ== 2按齿面接触强度设计 1设齿轮的精度等级为8级2齿轮齿数取z 1=25,z 2=iz 1=×25=80,实际传动比80 3.225i ==3小齿轮传递的转矩 4计算小齿轮分度圆直径由表7-6取载荷系数K =,由表7-9取齿宽系数d 1φ=,由表7-7取弹性系数Z E =2,则:5模数1153.24 2.13mm 25d m z ===,由表7-1取标准值m = 齿轮分度圆直径:11 2.52562.5mm d mz ==⨯=,22 2.580200mm d mz ==⨯=6齿宽d 1162.562.5mm b d φ==⨯=,取b 2=63mm,b 1=68mm7中心距3验算轮齿的弯曲强度由图7-26得齿形系数Y Fa1=,Y Fa2=,由图7-27得应力修正系数Y Sa1=,Y Sa2= 故所设计齿轮是安全的; 4齿轮的圆周速度查表7-5可知齿轮选用8级精度是合适的; 其他计算从略; 7-10解:1选择材料、确定许用应力1由表7-4大、小齿轮材料均选用40Cr 调质后表面淬火,小齿轮齿面硬度为52HRC,σFE1=720MPa,大齿轮齿面硬度为50HRC,σFE2=700MPa;属硬齿面传动;2由表7-8取S F =,考虑磨损对齿厚的影响,许用应力[]FE F F0.7S σσ=⨯[]FE1F1F7200.70.7403.2MPa 1.25S σσ=⨯=⨯=,[]F27000.7392MPa 1.25σ=⨯= 2按齿轮弯曲强度设计1齿轮齿数取z 1=17,z 2=iz 1=×17=,取z 2=73,实际传动比73 4.2917i ==2小齿轮传递的转矩 3计算齿轮模数由表7-6取载荷系数K =,由表7-9取齿宽系数d 0.6φ=由图7-26得齿形系数Y Fa1=,Y Fa2=,由图7-27得应力修正系数Y Sa1=,Y Sa2=Fa1Sa1F1 3.07 1.530.0116[]403.2Y Y σ⨯==,Fa2Sa2F2 2.26 1.750.0101[]392Y Y σ⨯== 由表7-1取m =3mm 4齿宽d 10.631730.6mm b d φ==⨯⨯=,取b 2=32mm,b 1=37mm其他计算从略; 7-11解: 螺旋角:n 12()4(2150)arccos arccos 184********m z z a β+⨯+'''===⨯ 分度圆直径:n 1142188.73mm cos cos184748m z d β⨯==='''齿顶圆直径:a11n 288.732496.73mm d d m =+=+⨯= 齿根圆直径:f11n 2.588.73 2.5478.73mm d d m =-=-⨯=答:螺旋角为847418'''︒,分度圆直径分别为、,齿顶圆直径分别为、,齿根圆直径分别为、;7-12解:小齿轮传递的转矩:6611109.55109.551079583.33N mm 1200P T n =⨯⨯=⨯⨯=⋅ 小齿轮分度圆直径:n 1132886.96mm cos cos15m z d β⨯=== 圆周力:1t1t 212279583.331830.34N 86.96T F F d ⨯==== 径向力:t1n r1r2tan 1830.34tan 20689.69N cos cos15F F F αβ⨯==== 轴向力:a1a 2t1tan 1830.34tan15490.44N F F F β===⨯= 答:作用在两个齿轮上的圆周力为,径向力为,轴向力为;7-13解:1选择材料、确定许用应力1由表7-4选大、小齿轮材料均用40Cr,并经调质后表面淬火,齿面硬度为50~55HRC,σHlim1=σHlim2=1200MPa,σFE1=σFE2=720MPa,属硬齿面传动;2由表7-8取S H =1,S F =,许用应力[][]Hlim1H1H2H12001200MPa 1S σσσ====,[][]FE1F1F2F 720576MPa 1.25S σσσ==== 2按齿根弯曲强度设计 1设齿轮的精度等级为8级2齿轮齿数取z 1=17,z 2=iz 1=×17=,取z 2=61,实际传动比61 3.5917i ==3小齿轮传递的转矩 4初选螺旋角β=15o 5计算法向模数由表7-6取载荷系数K =,由表7-9取齿宽系数d 0.5φ= 当量齿数:1v1331718.86cos cos 15z z β===,v236167.69cos 15z == 由图7-26得齿形系数Y Fa1=,Y Fa2=,由图7-27得应力修正系数Y Sa1=,Y Sa2=[]Fa1Sa1F1 2.97 1.550.0080576Y Y σ⨯==,[]Fa2Sa2F2 2.29 1.730.0069576Y Y σ⨯== 由表7-1取标准值m n = 6中心距n 12() 2.5(1761)100.94mm 2cos 2cos15m z z a β+⨯+===⨯,取实际中心距a =101mm7修正螺旋角 8齿轮分度圆直径n 11 2.51744.03mm cos cos15739m z d β⨯===''',n 22 2.561157.97mm cos cos15739m z d β⨯==='''9齿宽d 10.544.0322.02mm b d φ==⨯=,取b 2=25mm,b 1=30mm3验算齿面接触强度由表7-7取弹性系数Z E =2 所设计齿轮是安全的; 4齿轮的圆周速度查表7-5可知齿轮选用8级精度是合适的; 其他计算从略; 7-14解:分度圆锥角:11219arctanarctan 26335438z z δ'''===, 分度圆直径:1151995mm d mz ==⨯=,22538190mm d mz ==⨯= 齿顶圆直径:a1112cos 9525cos 263354103.94mm d d m δ'''=+=+⨯⨯= 齿根圆直径:f1112.4cos 95 2.45cos 26335484.27mm d d mδ'''=-=-⨯⨯=锥距:1106.21mm 2R === 齿顶角和齿根角:a f 1.2 1.25arctan arctan 31359106.21m R θθ⨯'''====顶锥角:a11a 26335431359294753δδθ'''''''''=+=+= 根锥角:f 11f 26335431359231955δδθ'''''''''=-=-=答:分度圆锥角分别为453326'''︒、66263'''︒,分度圆直径分别为95mm 、190mm,齿顶圆直径分别为、,齿根圆直径分别为、,锥距为,齿顶角和齿根角为95313'''︒,顶锥角分别为357429'''︒、50466'''︒,根锥角为559123'''︒;7-15解:小锥齿轮传递的转矩:661139.55109.551029843.75N mm 960P T n =⨯⨯=⨯⨯=⋅ 小锥齿轮分度圆直径:11425100mm d mz ==⨯= 小锥齿轮分度圆锥角:11225arctan arctan 22371160z z δ'''=== 小锥齿轮齿宽中点的分度圆直径:m111sin 10050sin 22371180.77mm d d b δ'''=-=-=圆周力:N d T F F m t t 98.78377.8075.29843221121=⨯=== 径向力、轴向力:N F F F t a r 28.248117322cos 20tan 98.738cos tan 1121='''︒⨯︒⨯===δα 答:作用在两个齿轮上的圆周力为,齿轮1的径向力和齿轮2的轴向力为,齿轮1的轴向力和齿轮2的径向力为;7-16解:1两图在K 点的圆周力和轴向力的方向如图所示 2两图各轮的转向如图所示 3斜齿轮的旋向如图所示 7-17解:1齿轮2的轮齿旋向及转动方向如图所示 2两轮在啮合点处各力的方向如图所示 7-18解:1从动轮2的转动方向如图所示 2各轮在啮合点处各力的方向如图所示 7-19解:1其它各轴的转向如图所示2齿轮2、3、4的轮齿旋向如图所示3各轮齿在啮合处的三个分力方向如图所示7-20解:1斜齿轮3和斜齿轮4的轮齿旋向如图所示2圆锥齿轮2和斜齿轮3所受各力的方向如图所示八、蜗杆传动8-1 判断题1× 2√ 3× 4× 5× 6× 7√ 8×9× 10√ 11× 12× 13√ 14× 15√8-2 填空题1斜,齿轮 2低,好,1、2、4、6 3越大 4低5合金钢,渗碳淬火,锡青铜 6m a1=m t2=m,αa1=αt2=α ,γ=β旋向相同7斜齿轮齿条的啮合 8mq 9直径系数 10蜗轮11浸油,压力喷油8-3 选择题1C 2A 3A 4A 5A 6A 7A8A 9A 10A 11A 12D 13B 14A15A 16A 17A 18B8-4解:1各图未注明的蜗杆或蜗轮的转动方向如图所示2a图蜗轮左旋,b图蜗杆左旋,c图蜗轮右旋,d图蜗轮右旋3各图蜗杆和蜗轮在啮合点处的各分力方向如图所示a bc d8-5解:1各轮的转动方向如图所示2斜齿圆柱齿轮3、4和蜗轮2、6的轮齿螺旋线方向如图所示 8-6解:25.1345312===z z i ,()()m m 5.157531055.05.02=+⨯⨯=+=z q m a 答:传动比为,标准中心距为; 8-7解:11轮为左旋,2轮为右旋,4轮为顺时针转动 22轮各分力的方向如图所示 3根据中心距相等2cos 2)(4321d d z z m a n +=+=β,解得9105120'''=β根据γtan 33mz d =,解得6381110'''=γ 34341213434ηηi i T i T T == 解得m N 03.4394⋅=T答:斜齿轮螺旋角为12°50′19″,蜗杆导程角11°18′36″,作用在蜗轮上转矩为·m8-8解:1蜗杆旋向如图所示,蜗轮右旋 2蜗轮啮合点处各力的方向如图所示3轴向力和圆周力方向反向,径向力方向不变 4m m 64881=⨯==mq d ,m m 48060822=⨯==mz d ,mm 272248064221=+=+=d d a 答:蜗杆的分度圆直径为64mm,蜗轮的分度圆直径为480mm,传动的中心距为272mm;九、轮系9-1 判断题1× 2√ 3× 4× 5× 6× 7√ 8√ 9√ 10× 9-2 填空题1固定 2周转 3首轮,末 4行星,差动 5行星,差动 6定轴,差动,行星 7行星轮,中心轮 8行星架 9-n H ,转化轮系 10大,简单 9-3 选择题1A 2B 3B 4C 5A 6B 9-4解:1根据213d r r +=和齿轮1、2、3模数相同得:60202202213=⨯+=+=z z z 2该轮系为定轴轮系,其传动比为: 3min r/45.1773.51001515===i n n 4各轮转向如图所示答:齿轮3的齿数为60,轮系的传动比为,n 5大小为min,各轮的转向如图所示; 9-5解:1该轮系为定轴轮系,其传动比为:2各轮转向如图所示答:n 4的大小为min,各轮的转向如图所示; 9-6解:1该轮系为定轴轮系,其传动比为: 2各轮转向如图所示答:n 8的大小为40r/min,各轮的转向如图所示; 9-7解:1该轮系为周转轮系,其传动比为: 25.128010003113--===n n i 答:n 3=-80 r/min ,i 13=-; 9-8解:1根据2231r r r r ++='和各轮模数相等得:202025652213==='----z z z z 2该轮系为周转轮系,其传动比为:n H 的转向与n 1相同答:齿轮3的齿数为20,n H 的大小为min,n H 的转向与n 1相同; 9-9解:该轮系为周转轮系,其传动比为:n H 的转向与n 1相反答:行星架H 的转速的大小为min,n H 的转向与n 1相反; 9-10解:1该轮系为周转轮系,其自由度F =3n ―2p l ―p h =3×4―2×4―3=1,该轮系为行星轮系2该轮系为周转轮系,其传动比为:208013213231H 13-----====z z z z z z n n n n i H H ,03=n =H i 1 5n 1与n H 转向相同答:图示轮系为行星轮系,轮系的传动比为5,n 1与n H 转向相同;十、轴承10-1 判断题1× 2√ 3× 4√ 5× 6√ 7× 8√ 9√ 10× 11√ 12√ 13× 14× 15√ 10-2 填空题1滑动,滚动 2承受轴向载荷,轴向承载,越大3外圈,内圈,滚动体,保持架 4阻力小,冲击 5向心,推力 660 7深沟球轴承,6312 8轴向承载 9点蚀,磨损,塑性变形 10接触式,非接触式 11外圈,承载 12液体摩擦,非液体摩擦 13向心,推力 14散热,减小接触应力,吸振,防锈 15内表面 16间歇,低,轻 17滑动18形成楔形油楔,相对运动,有一定粘度的润滑油 19低,高 20磨损,胶合10-3 选择题1D 2A 3A 4D 5C 6B 7B 8A 9C 10B 11A 12A 13A 14A 15B 16C 17A 18A 19A 20A 21A22D 23C 24A 25A 26C 27A 28A 29B 30A 10-4解: 1初选轴承型号由于轴径已确定,所以采用验算的方法确定轴承的型号;初选6207轴承,查教材附表3得6207轴承的C =25500N,C 0r =15200N2求当量动载荷F a /C or = 720/15200= ,根据F a /C or 值由教材表10-7线性插值求e 值0.220.260.220.0470.0280.0560.028e --=--,0.247e = F a /F r =720/1770=>e ,由教材表10-7查得X =,根据F a /C or 值由教材表10-7线性插值求Y 值1.99 1.71 1.990.0470.0280.0560.028Y --=--, 1.8Y = P =XF r +YF a =×1770+×720=3求轴承寿命查教材表10-8取f t =1,表10-9取f p = 所选轴承6207不合适改选6307轴承按照上述步骤重新计算,此处不再详细计算,只给出计算结果如下:C =33200N,C 0r =19200N,F a /C or = ,e =,F a /F r =>e ,X =,Y =,P =,L h =12089h>6000h答:所选轴承6307合适 10-5解:P =F r =1500N,查教材表10-8取f t =1,表10-9取f p =,查教材附表3得6309轴承的C =52800N答:该轴承满足使用寿命要求 10-6解: 1选择轴承根据轴承类型为角接触球轴承和轴颈70mm 从表中选择7214C 轴承 2计算轴承寿命P =40600N,查教材表10-8取f t =1,表10-9取f p =,从表中查得7214C 轴承的C =69200N3判断轴承的压紧和放松当A +S 2<S 1时,轴承1被压紧,轴承2被放松答:1选择7214C 轴承;2轴承寿命为13340h ;3当A +S 2<S 1时,轴承1被压紧,轴承2被放松;10-7解:1求轴承所受的径向力80802800933.3N 240240r rC F F ⨯===,2800933.31866.7N rD r rC F F F =-=-= 2确定轴承内部附加轴向力的方向:S C 向左,S D 向右 3求轴承的内部附加轴向力S C ==×=,S D ==×=4求轴承的轴向力A +S D =750+=>>S C ,所以轴承C 被压紧,轴承D 被放松 F aC = A +S D =,F aD = S D =答:F aC =,F aD =10-8解:1确定轴承内部附加轴向力S的方向:S1向左,S2向右2求轴承的内部附加轴向力S1==×1400=952N,S2==×900=612N3求轴承的轴向力A+S2=800+612=1412N>952N>S1,所以轴承1被压紧,轴承2被放松F a1= A+S2=800+612=1412N,F a2= S2=612N4求轴承的当量动载荷查教材表10-7知7210AC轴承的e=F a1/ F r1=1412/1400=>= e,查教材表10-7取X1=,Y1=F a2/ F r2=612/900== e,查教材表10-7取X2=1,Y2=0P1=X1F r1+Y1F a1=×1400+×1412=P2=X2F r2+Y2F a2=1×900+0×612=900NP=max{P1,P2}=5求轴承寿命查教材表10-8取f t=1,查教材附表4得7210AC轴承的C=40800N, 答:该轴承的寿命为;10-9解:1确定轴承内部附加轴向力S的方向:S1向右,S2向左2求轴承的内部附加轴向力查设计手册得30212轴承的e=,Y=S1=F r1 /2Y=4800/3=1600N,S2=F r2 /2Y=2200/3=,3求轴承的轴向力A+S1=650+1600=2250N>>S2,所以轴承2被压紧,轴承1被放松F a1=S1=1600N,F a2= A+S1=2250N4求轴承的当量动载荷F a1/ F r1=1600/4800=<= e,查教材表10-7取X1=1,Y1=0F a2/ F r2=2250/2200=>= e,查教材表10-7取X2=,Y2=P1=X1F r1+Y1F a1=1×4800+0×1600=4800NP2=X2F r2+Y2F a2=×2200+×2250=4255NP=max{P1,P2}=4800N5求轴承寿命查教材表10-8取f t=1,10-9取f p=,查教材附表5得30212轴承的C=102000N, 答:该对轴承合适10-10解:1初选轴承型号由于轴径已确定,所以采用验算的方法确定轴承的型号;初选30207轴承,查设计手册得30207轴承的e=,Y=,C=54200N2求轴承所受的径向力119519527102072.4N 60195255rr FF⨯===+,2127102072.4637.6Nr r rF F F=-=-=3确定轴承内部附加轴向力S的方向:S1向右,S2向左4求轴承的内部附加轴向力S1=F r1 /2Y==,S2=F r2 /2Y==,5求轴承的轴向力A +S 2=960+=>>S 1,所以轴承1被压紧,轴承2被放松 F a1=A +S 2=,F a2= S 2=6求轴承的当量动载荷F a1/ F r1==>= e ,查教材表10-7取X 1=,Y 1= F a2/ F r2==<= e ,查教材表10-7取X 2=1,Y 2=0 P 1=X 1F r1+Y 1F a1=×+×= P 2=X 2F r2+Y 2F a2=1×+0×= P =max{P 1,P 2}=7求轴承寿命查教材表10-8取f t =1,10-9取f p = 答:选用30207轴承合适 10-11解: 1选择轴承材料选择轴承材料为ZCuSn10P1,查教材表10-16得ZCuSn10P1的p =15Mpa,pv =15Mpa ·m/s,v =10m/s2选择轴承宽径比据径向滑动轴承宽径比的选择范围,选取B/d =1,B =1×100 =100mm 3验算轴承工作能力 压强p 的验算:[]r 200002MPa<15MPa=100100F p p Bd ===⨯ pv 的验算:[]r 20000120012.57MPa m/s<15MPa m/s=1910019100100F n pv pv B ⨯===⋅⋅⨯v 的验算:[]3.1410012006.28m/s<10m/s=601000601000πdn v v ⨯⨯===⨯⨯答:从上面的验算可知所选择的轴承材料合理10-12解: 1选择轴承材料选择轴承材料为ZCuSn5Pb5Zn5,查教材表10-16得ZCuSn10P1的p =8Mpa,pv =15Mpa ·m/s,v =3m/s2验算轴承工作能力 压强p 的验算:[]r 50000.16MPa<8MPa=200160F p p Bd ===⨯ pv 的验算:[]r 50003000.39MPa m/s<15MPa m/s=1910019100200F n pv pv B ⨯===⋅⋅⨯v 的验算:[]3.141603002.51m/s<3m/s=601000601000πdn v v ⨯⨯===⨯⨯答:从上面的验算可知所选择的轴承材料合理 10-13解: 1查许用值查教材表10-16得ZCuSn10P1的p =15Mpa,pv =15Mpa ·m/s 2由压强p 确定的径向载荷 3由pv 确定的径向载荷答:轴承的主要承载能力由pv 确定,由2和3可知,该轴承的最大径向载荷为23875N;十一、轴11-1 判断题1× 2× 3× 4× 5√ 6√ 7× 8√ 9√ 10√ 11× 12× 13× 14× 15√ 11-2 填空题1转轴,心轴,传动轴 2心,转 3回转 4轴径5轴向定位,工作 6相对转动,键连接,花键连接 7轴端,轴向 83nPC d ≥ 9[]w 1-3e e 1.0σσ≤=d M 10应力集中 11-3 选择题1A 2A 3A 4A 5B 6A 7B 8A 9A 10C 11A 12A 13A 14A 15A 16A 11-4解:材料为40Cr 的传动轴,C 取小值98,则:07mm .5280129833=⨯=≥n P C d ,圆整为标准值取d =56mm答:轴的直径可取56mm; 11-5解:由[]3T 62.01055.9nP d τ⨯≥得[]631055.92.0⨯≤nd P T τ,则: 答:该轴能传递的最大功率为; 11-6解: 1计算支反力425.5r/min 1212==n z z n ,mm 246886N 1055.9262⋅=⨯=n PT 圆周力F t :N 21667632468862222t =⨯⨯==d T F 合力F n :N 230520cos 2166cos 0t n ===αF F 支反力:N 5.11522n r2r1===FF F2计算弯矩并绘制弯矩图。
机械设计基础-计算题

如图所示的行星 轮机构,为了受 力均衡,采用了 两个对称布置的 行星轮2及2’,
例题1 计算机构的自由度 复合铰链有几处? 1处
5
4 3
② ④
①
局部自由度有几处? 虚约束有几处? 2处
机构由几个构件组成 5个 活动构件有 4个
2③
低副有
4个
高副有
2个
1
F = 3n–2PL–PH
= 3× 4 – 2×4 – 2 =2
机车驱动轮
A
M
B
N
O1
O3
若计入虚约束,则机构
自由度数就会:减少
(4)构件中对传递运动不起独立作用的对称部分的 约束称为虚约束。
虚约束对运动虽不起作用但
可以增加构件的刚性或使构件受 力均衡,因此在实际机械中并不 少见。但虚约束要求制造精度较 高,若误差太大,不能满足某些 特殊几何要求会变成真约束.
① 1m法
式中,m表示外啮合次数
i15
1 5
(1)3
z2 z3z4 z5 z1z2 z3 z4
z3z4 z5 z1z3 z4
“-”表示首、末两轮转向相反
②画箭头法
具体步骤如下:在图上 用箭头依传动顺序逐一标出 各轮转向,若首、末两轮方 向相反,则在传动比计算结 果中加上“-”号。
2.轮系中所有各齿轮的几何轴线不是都平行, 但首、末两轮的轴线互相平行
用标注箭头法确定
i14
1 4
z2 z3 z4 z1z2 z3
3. 轮系中首、末两轮几何轴线不平行 ②
如下图所示为一空
n8
间定轴轮系,当各轮齿数
及首轮的转向已知时,可
求出其传动比大小和标出
各轮的转向,即:
机械设计试题_计算题

计算题(共33题)一、平面机构运动简图和自由度(11题)1、计算图示机构的自由度,判定机构运动是否确定。
答:机构自由度F=3n-2P l-P H=3×7-2×9-1×2=1 ∵F>0,且机构自由度等于机构原动件数∴机构运动确定。
2、计算图示机构的自由度,判定机构运动是否确定。
答:机构自由度F=3n-2P l-P H=3×7-2×9-1=2∵F>0,且机构自由度等于机构原动件数∴机构运动确定。
3、计算图示机构的自由度,判定机构运动是否确定。
答:机构自由度F=3n-2P l-P H=3×5-2×7=1第1页,共22页第2页,共22页∵ F >0,且机构自由度等于机构原动件数∴ 机构运动确定。
4、计算图示机构的自由度,判定机构运动是否确定。
答:机构自由度 F=3n-2P l -P H =3×4-2×5-1=1∵ F >0,且机构自由度等于机构原动件数∴ 机构运动确定。
5、计算图示机构的自由度,判定机构运动是否确定。
答:机构自由度 F=3n-2P l -P H =3×3-2×3-2=1∵ F >0,且机构自由度等于机构原动件数∴ 机构运动确定。
第3页,共22页6、计算图示机构的自由度,判定机构运动是否确定。
答:机构自由度 F=3n-2P l -P H =3 ∵ F >0 ∴ 机构运动确定。
7、计算图示机构的自由度,判定机构运动是否确定。
答:机构自由度 F=3n-2P l -P H =3×5-2×7=1∵ F >0 ∴ 机构运动确定。
8答:机构自由度 F=3n-2P l -P H =3×8-2×11-1=1∵ F >0 ∴ 机构运动确定。
第4页,共22页9、计算图示机构的自由度,判定机构运动是否确定。
答:机构自由度 F=3n-2P l -P H =3×4-2×4-2=2∵ F >0 ∴ 机构运动确定。
机械设计基础习题2

《机械设计基础》习题2原理部分目录0. 绪论1. 平面机构及其自由度2. 平面连杆机构3. 凸轮机构4. 齿轮机构5. 轮系6. 其它常用机构7. 机械的动力性能0绪论思考题0-1机器、机构与机械有什么区别?各举出两个实例。
0-2机器具有哪些共同的特征?如何理解这些特征?0-3零件与构件有什么区别?并用实例说明。
举出多个常用的通用机械零件。
0-4机械设计的基本要求是什么?为什么要确定机器的预定使用期限?0-5机械设计的一般过程是什么?1 平面机构及其自由度思考题1-1 什么是高副?什么是低副?在平面机构中高副和低副各引入几个约束?1-2 什么是机构运动简图?绘制机构运动简图的目的和意义?制机构运动简图的步骤?1-3 什么是机构的自由度?计算自由度应注意那些问题?1-4 机构具有确定运动的条件是什么?若不满足这一条件,机构会出现什么情况?习题1-1绘制图示平面机构的机构运动简图。
a) b)c) d)题图1-11-2 计算图示平面机构的自由度。
(机构中如有复合铰链,局部自由度,虚约束,予以指出。
)a) b)c) d题图1-21-3 求出图示平面机构的全部瞬心。
a) b) c)题图1-31-4 图示正切机构中, ,rad/s 61 =ω求构件3的速度3。
2平面连杆机构思考题2-1平面四杆机构的基本形式是什么?它有哪些演化形式?演化的方式有哪些? 2-2什么是曲柄?平面四杆机构曲柄存在的条件是什么?曲柄是否就是最短杆? 2-3什么是行程速比系数?极位夹角?急回特性?三者之间关系如何? 2-4什么是平面连杆机构的死点?举出避免死点和利用死点进行工作的例子。
2-5平面铰链四杆机构的主要演化形式有哪几种?它们是如何演化来的? 2-6平面四杆机构的设计方法有哪几种?它们的特点是什么?习题2-1根据尺寸和机架判断铰链四杆机构的类型。
题图1-4题图2-12-2画出各机构的压力角传动角。
箭头标注的构件为原动件。
a) b) c)题图2-22-3设计一曲柄摇杆机构,已知摇杆CD 的长度L CD =75mm ,行程速比系数K =1.5,机架AD的长度L AD = 100mm ,摇杆的一个极限位置与机架的夹角ψ=45°,求曲柄连杆的长度L AB ,L BC 。
机械设计基础习题答案

平面机构及其自由度1、如图a 所示为一简易冲床的初拟设计方案,设计者的思路是:动力由齿轮1输入,使轴A 连续回转;而固装在轴A 上的凸轮2与杠杆3组成的凸轮机构将使冲头4上下运动以达到冲压的目的。
试绘出其机构运动简图(各尺寸由图上量取),分析其是否能实现设计意图?并提出修改方案。
解 1)取比例尺l μ绘制其机构运动简图(图b )。
图 b )2)分析其是否能实现设计意图。
由图b 可知,3=n ,4=l p ,1=h p ,0='p ,0='F故:00)0142(33)2(3=--+⨯-⨯='-'-+-=F p p p n F h l因此,此简单冲床根本不能运动(即由构件3、4与机架5和运动副B 、C 、D 组成不能运动的刚性桁架),故需要增加机构的自由度。
3)提出修改方案(图c )。
为了使此机构能运动,应增加机构的自由度(其方法是:可以在机构的适当位置增加一个活动构件和一个低副,或者用一个高副去代替一个低副,其修改方案很多,图c 给出了其中两种方案)。
图c 1)图c 2)2、试画出图示平面机构的运动简图,并计算其自由度。
解:3=n,4=lp,0=hp,123=--=hlppnF解:4=n,5=lp,1=hp,123=--=hlppnF3、计算图示平面机构的自由度。
解:7=n,10=lp,0=hp,123=--=hlppnF解:8=n ,11=l p ,1=h p ,123=--=h l p p nF,局部自由度解:9=n ,12=l p ,2=h p ,123=--=h l pp n F解: D,E,FG 与D ,H ,J ,I 为对称结构,去除左边或者右边部分,可得,活动构件总数为7,其中转动副总数为8,移动副总数为2,高副数为0,机构自由度为1。
(其中E 、D 及H 均为复合铰链)4、试求图示各机构在图示位置时全部瞬心的位置(用符号ij P 直接标注在图上)。
机械设计基础 第二章作业

《机械设计基础》第二章平面机构基础班级:姓名:学号:成绩:一、填空题1. 机构具有确定运动的条件:。
2. 计算平面机构自由度的公式为,应用此公式时应注意判断是否有、及。
3. 用简单的线条和规定的符号代表构件和运动副所绘制的机构简图称为。
4. 在平面机构中,具有2个约束的运动副是副,具有1个约束的运动副是副。
二、单选题1.以下不属于机器的执行部分的是()A 数控机床的刀架B 工业机器人手臂C 汽车的车轮D 空气压缩机2.()保留了2个自由度,带进了一个约束。
A 高副B 移动副C 转动副D 低副3. 若复合铰链处有5个构件汇集在一起,应有()个转动副。
A 4B 3C 2D 54.在比例尺μl=20 mm/mm 的机构运动简图中,量得一构件的长度是10mm,则该构件的实际长度为()mm。
A 20B 50C 200D 5005.两个以上的构件共用同一转动轴线,所构成的转动副称为()。
A 复合铰链B 局部自由度C 虚约束D 单一铰链6.计算机构自由度时,对于局部自由度应()。
A 除去不计B 考虑C 部分考虑D 转化成虑约束7.火车车轮在轨道上转动,车轮与轨道构成()副。
A 移动B 高C 低D 转动8.在机构中采用虚约束的目的是为了改善机构的运动状况和()。
A 美观B 对称C 受力情况D 增加重量9. 为使机构运动简图能够完全反映机构的运动特性,则运动简图相对于与实际机构的()应相同。
A 构件数、运动副的类型及数目B 构件的运动尺寸C 机架和原动件D 以上都是10.计算机构自由度时,若计入虚约束,则机构的自由度就会()A 增多B 减少C 不变三、判断题1.一个作平面运动的构件有2个独立运动的自由度。
()2.平面低副机构中,每个转动副和移动副所引入的约束条件是相同的。
()3.局部自由度只存在于滚子从动件的凸轮机构中。
()4.机构具有确定运动的条件为自由度大于0。
()5.虚约束没有独立约束作用,在实际机器可有可无。
机械设计专升本章节练习题(含答案)——平面机构的自由度

第3章平面机构的自由度【思考题】3-1 什么是高副?什么是低副?在平面机构中高副和低副各引入几个约束?3-2 什么是机构运动简图?绘制机构运动简图的目的和意义?制机构运动简图的步骤?3-3 什么是机构的自由度?计算自由度应注意那些问题?3-4 机构具有确定运动的条件是什么?若不满足这一条件,机构会出现什么情况?A级能力训练题1.构件的自由度为________,运动链的自由度为________,机构的自由度为________。
2.机器是和的总称。
3.通过点、线接触的运动副常称为。
4.计算自由度应注意的三个方面是、和。
5.局部自由度是指________________________。
虚约束是指________________________。
6.平面四杆机构共有________个速度瞬心,其中________个是绝对瞬心。
7.当两构件不直接组成运动副时,瞬心位置用__ ______确定。
8.当两构件组成转动副时,其相对速度瞬心在_______处,组成移动副时,其瞬心在_______处,组成兼有滑动和滚动的高副时,其瞬心在________处。
9.当机构的原动件数目小于或大于其自由度数时,该机构将________确定的运动。
(1)有(2)没有(3)不一定10.在机构中,某些不影响机构运动传递的重复部分所带入的约束为________。
(1)虚约束(2)复合铰链(3)局部自由度11.平面运动副所提供的约束为________。
(1)3 (2)2 (3)1 (4)l或212.机构具有确定运动的条件是________。
(1)机构自由度数小于原动件数(2)机构自由度数大于原动件数(3)机构自由度数等于原动件数13.机构中只有一个________。
(1)机架(2)原动件(3)从动件(4)闭式运动链14.曲柄摇杆机构中,为提高机构的传力性能,应该________。
(1)增大传动角γ(2)减小传动角γ(2)增大压力角α(4)减小极位夹角θ15.在铰链四杆机构中,机构的传动角γ与压力角α的关系是________。
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一、填空题[1]决定机构具有确定运动的独立运动参数称为机构的__________________。
[4]形成运动副的两个构件只能在一个平面内相对转动叫_________________________。
[5]房门的开关运动,是____________________副在接触处所允许的相对转动。
[6]在平面机构中,具有两个约束的运动副是___________副。
[7]由于组成运动副中两构件之间的________________形式不同,运动副分为高副和低副。
[8]两构件之间作________________接触的运动副,叫低副。
[9]5个构件组成同一回转轴线的转动副,则该处共有_____________个转动副。
[10]平面运动副的最大约束数为________,最小约束数为__________。
[11]平面机构中若引入一个高副将带入_________个约束,而引入一个低副将带入_________个约束。
[12]机构具有确定运动的条件是_______________________________________________________________________________ ________________。
[13]机构具有确定运动的条件是__________的数目等于自由度数F(F>0)。
[14]当机构的原动件数目_______________其自由度时,该机构具有确定的运动。
[15]运动副是指能使两构件之间既保持________________接触。
而又能产生一定形式相对运动的_____________。
[16]抽屉的拉出或推进运动,是______________副在接触处所允许的相对移动。
[17]两构件之间作______________或____________接触的运动副,叫高副。
[18]组成机构的要素是__________________和________________。
[19]机构中的复合铰链是指________________________________________________________。
[20]在平面机构中,具有一个约束的运动副是__________副。
[21]两构件之间作面接触的运动副,叫______________。
[22]从机构结构观点来看,任何机构是由_________________,_____________________,_____________________三部分组成。
[23]两构件构成低副后,保留___________个自由度。
[24]机构中的局部自由度是指机构中出现的一种与输出构件运动______________的自由度。
[25]机构中的虚约束是指______________________________________________________________________________。
[26]两构件构成高副后,保留__________个自由度。
[27]回转副的两构件之间,在接触处只允许绕孔的轴心线作相对______________。
[28]通过点、线接触的运动副称为______________。
[29]火车车轮在铁轨上的滚动,属于__________副。
[30]低副的缺点:由于是滑动摩擦,摩擦损失比高副__________,效率____________。
[31]计算自由度应注意的三个方面是__________________、______________和_________________。
[32]作平面运动的构件自由度为____________,机构的自由度为________________________________。
[33]移动副的两构件之间,在接触处只允许按给定方向作相对________________。
[34]带动其他构件_____________的构件,叫原动件。
[35]在原动件的带动下,作确定运动的构件,叫______________。
[36]低副的优点:制造和维修容易,单位面积压力小,承载能力____________。
[37]运动副的两构件之间,接触形式有_________接触、__________接触和__________接触三种。
二、判断题[1]运动副是联接,联接也是运动副。
()[2]平面机构中,每个低副引入两个约束,使构件失去一个自由度。
()[3]机构的自由度数应小于原动件数,否则机构不能成立。
( )[4]两构件通过内,外表面接触,可以组成转动副,也可以组成移动副。
( )[5]高副比低副的承载能力大。
()[6]运动副的作用,是用来限制或约束构件的自由运动的。
( )[7]机构具有确定运动的条件为自由度大于0。
( )[8]机构中只能有一个主动件。
( )[9]平面运动副中,两构件接触形式有点、线和面三种。
( )[10]虚约束没有独立约束作用,在实际机器可有可无。
()[11]局部自由度只存在于滚子从动件的凸轮机构中。
()[12]具有局部自由度的机构,在计算机构的自由度时,应当首先除去局部自由度。
( )[13]组成移动副的两构件之间的接触形式,只有平面接触。
( )[14]低副比高副的承载能力大。
()[15]机构中只有一个机架。
()[16]若机构的自由度数为2,那么该机构共需2个原动件。
( )[17]凡两构件直接接触,而又相互联接的都叫运动副。
( )[18]两构件通过内表面和外表面直接接触而组成的低副,都是转动副。
( )[19]由于两构件间的联接形式不同,运动副分为低副和高副。
( )[20]点或线接触的运动副称为低副。
()[21]任何构件的组合均可构成机构。
()[22]机构的自由度数应等于原动件数,否则机构不能成立。
( )[23]面接触的运动副称为低副。
()三、选择题[1]平面运动副所提供的约束为()。
A、3B、2C、1D、l或2[2]在机构中,某些不影响机构运动传递的重复部分所带入的约束为()。
A、虚约束B、复合铰链C、局部自由度[3]()保留了2个自由度,带进了一个约束。
A、高副B、移动副C、转动副D、低副[4]机构中只有一个()。
A、机架B、原动件C、从动件[5]平面运动副的最大约束数是()。
A、1B、2C、3[6]图示机构要有确定运动,需要有()原动件。
A、1个B、2个C、3个D、没有[7]火车轮与铁轨的接触是属于()副。
A、移动B、高C、转动[8]原动件的自由度应为( )。
A、0B、1C、2[9]下列表述错误的是()。
A、任何一个机构中,有且只有一个固定件B、任何机构,有且只有一个原动件C、任何机构,至少有一个原动件D、任何机构,除固定件和原动件外,其余都是从动件[10]若复合铰链处有4个构件汇集在一起,应有()个转动副。
A、4B、3C、2D、5[11]图示机构要有确定运动,需要有()原动件。
A、1个B、2个C、3个D、没有[12]图示机构中有()虚约束。
A、1个B、2个C、3个D、没有[13]机构具有确定运动的条件是()。
A、机构自由度数小于原动件数B、机构自由度数大于原动件数C、机构自由度数等于原动件数[14]两个以上的构件共用同一转动轴线,所构成的转动副称为()。
A、复合铰链B、局部自由度C、虚约束D、单一铰链[15]当机构的原动件数目小于或大于其自由度数时,该机构将()确定的运动。
A、有B、没有C、不一定四、简答题[1]在计算机构的自由度时要注意哪些事项?[2]机构具有确定运动的条件是什么?[3]虚约束对运动不起真正的约束作用,那么机构中为什么要引入虚约束?[4]何谓复合铰链、局部自由度和虚约束?[5]局部自由度不影响整个机构运动,虚约束不限制构件独立运动,为什么实际机构中还采用局部自由度、虚约束的结构?[6]当机构的原动件数不等于机构的自由度时会出现什么现象?应该如何处理?五、分析解答计算题[1]计算图示机构的自由度,并判定其是否具有确定运动,(绘有箭头的构件为原动件)。
[2]计算图示机构其自由度。
如有复合铰链、局部自由度和虚约束应指出。
[3]计算图示机构其自由度。
如有复合铰链、局部自由度和虚约束应指出。
[4]计算图示机构的自由度,如有复合铰链,局部自由度和虚约束需说明。
[5]计算图示机构的自由度,如有复合铰链,局部自由度和虚约束需说明。
[6]计算图示机构自由度,如有复合铰链、局部自由度、虚约束,需明确指出。
[7]试计算图示机构的自由度,如有复合铰链、局部自由度、虚约束,需明确指出。
[8]试计算图示机构的自由度。
如有复合铰链,局部自由度和虚约束,需明确指出。
[9]计算图示机构的自由度。
如有复合铰链、局部自由度、虚约束应注明。
若取图中绘有箭头的构件为原动件,问运动是否确定?[10]计算图示机构的自由度,如有复合铰链,局部自由度和虚约束需说明。
[11]计算图示构件系统的自由度,并判断是否具有确定运动?如有复合铰链,局部自由度和虚约束需说明。
[12]求图示机构的自由度,如有复合铰链、局部自由度和虚约束,需明确指出。
图中CDFE 和EFGH均成平行四边形。
[13]试计算图示机构的自由度(若有复合铰链、局部自由度和虚约束,指明所在之处)。
[14]计算图示机构的自由度。
若有复合铰链,局部自由度,虚约束,须明确注明。
[15]计算图示机构的自由度,如有复合铰链,局部自由度和虚约束需说明。
[16]在图示机构中,若以构件1为主动件,计算自由度,说明是否有确定运动。
(如有复合铰链,局部自由度和虚约束需说明)[17]初拟机构运动方案如图所示。
欲将构件1的连续转动转变为构件4的往复移动,试:计算其自由度,分析该设计方案是否合理?[18]试计算图示机构的自由度,若有复合铰链、局部自由度、虚约束,必须注明。
[19]计算自由度,并指出有无复合铰链、局部自由度、虚约束。
[20]计算图示机构的自由度,判断是否有确定运动。
如有复合铰链,局部自由度和虚约束需说明。
[21]计算图示机构的自由度,如有复合铰链,局部自由度和虚约束需说明。
[22]计算图示机构的自由度,如有复合铰链,局部自由度和虚约束需说明。
[23]计算图示机构的自由度,如有复合铰链,局部自由度和虚约束需说明。
[24]计算图示机构的自由度,如有复合铰链,局部自由度和虚约束需说明。
[25]计算图示机构的自由度,如有复合铰链,局部自由度和虚约束需说明。
[26]计算图示机构的自由度,并判定其是否具有确定的运动。
(如有复合铰链、局部自由度、虚约束应指出)[27]计算图示机构的自由度。
如有复合铰链、局部自由度、虚约束应注明。
若取图中绘有箭头的构件为原动件,问运动是否确定?[28]计算图示机构的自由度。
如有复合铰链、局部自由度和虚约束存在,需明确指出。
[29]试计算图示机构的自由度(若含有复合铰链、局部自由度和虚约束应指出)。