15-机械设计基础 课后答案 科学出版社(陈晓南 杨培林 著)

第三章部分题解参考3-5 图3-37所示为一冲床传动机构的设计方案。

设计者的意图是通过齿轮1带动凸轮2旋转后，经过摆杆3带动导杆4来实现冲头上下冲压的动作。

试分析此方案有无结构组成原理上的错误。

若有，应如何修改？习题3-5图习题3-5解图(a) 习题3-5解图(b) 习题3-5解图(c)解 画出该方案的机动示意图如习题3-5解图(a)，其自由度为：14233 2345=-⨯-⨯=--=P P n F 其中：滚子为局部自由度计算可知：自由度为零，故该方案无法实现所要求的运动，即结构组成原理上有错误。

解决方法：①增加一个构件和一个低副，如习题3-5解图(b)所示。

其自由度为：115243 2345=-⨯-⨯=--=P P n F ②将一个低副改为高副，如习题3-5解图(c)所示。

其自由度为：123233 2345=-⨯-⨯=--=P P n F 3-6 画出图3-38所示机构的运动简图（运动尺寸由图上量取），并计算其自由度。

习题3-6(a)图 习题3-6(d)图解(a) 习题3-6(a)图所示机构的运动简图可画成习题3-6(a)解图(a)或习题3-6(a)解图(b)的两种形式。

自由度计算：1042332345=-⨯-⨯=--=P P n F习题3-6(a)解图(a)习题3-6(a)解图(b)解(d) 习题3-6(d)图所示机构的运动简图可画成习题3-6(d)解图(a)或习题3-6(d)解图(b)的两种形式。

自由度计算：1042332345=-⨯-⨯=--=P P n F习题3-6(d)解图(a) 习题3-6(d)解图(b)3-7 计算图3-39所示机构的自由度，并说明各机构应有的原动件数目。

解(a) 10102732345=-⨯-⨯=--=P P n FA 、B 、C 、D 为复合铰链 原动件数目应为1 说明：该机构为精确直线机构。

当满足BE =BC =CD =DE ，AB =AD ，AF =CF 条件时，E 点轨迹是精确直线，其轨迹垂直于机架连心线AF解(b) 1072532345=-⨯-⨯=--=P P n FB 为复合铰链，移动副E 、F 中有一个是虚约束 原动件数目应为1说明：该机构为飞剪机构，即在物体的运动过程中将其剪切。

剪切时剪刀的水平运动速度与被剪物体的水平运动速度相等，以防止较厚的被剪物体的压缩或拉伸。

解(c) 方法一：将△FHI 看作一个构件201420132345=-⨯-⨯=--=P P n FB 、C 为复合铰链 原动件数目应为2方法二：将FI 、FH 、HI 看作为三个独立的构件201722132345=-⨯-⨯=--=P P n FB 、C 、F 、H 、I 为复合铰链 原动件数目应为2说明：该机构为剪板机机构，两个剪刀刀口安装在两个滑块上，主动件分别为构件AB 和DE 。

剪切时仅有一个主动件运动，用于控制两滑块的剪切运动。

而另一个主动件则用于控制剪刀的开口度，以适应不同厚度的物体。

解(d) 15)12(31)-3()12()13(5=⨯--⨯=---=P n F原动件数目应为1说明：该机构为全移动副机构（楔块机构），其公共约束数为1，即所有构件均受到不能绕垂直于图面轴线转动的约束。

解(e) 3032332345=-⨯-⨯=--=P P n F原动件数目应为3说明：该机构为机械手机构，机械手头部装有弹簧夹手，以便夹取物体。

三个构件分别由三个独立的电动机驱动，以满足弹簧夹手的位姿要求。

弹簧夹手与构件3在机构运动时无相对运动，故应为同一构件。

3-10 找出图3-42所示机构在图示位置时的所有瞬心。

若已知构件1的角速度1ω，试求图中机构所示位置时构件3的速度或角速度（用表达式表示）。

解(a) 14131133P P P l v v ω==（←） 解(b) 14131133P P P l v v ω==（↓）解(c) ∵ 341331413113P P P P P l l v ωω==（↑） 解(d) 14131133P P P l v v ω==（↑）∴ 1341314133ωωP P P P l l =（ ）第七章部分题解参考7-10 在图7-31所示运动规律线图中，各段运动规律未表示完全，请根据给定部分补足其余部分（位移线图要求准确画出，速度和加速度线图可用示意图表示）。

解7-11 一滚子对心移动从动件盘形凸轮机构，凸轮为一偏心轮，其半径mm R 30=，偏心距mm e 15=，滚子半径mm r k 10=，凸轮顺时针转动，角速度ω为常数。

试求：⑴画出凸轮机构的运动简图。

⑵作出凸轮的理论廓线、基圆以及从动件位移曲线ϕ~s 图。

解7-12 按图7-32所示位移曲线，设计尖端移动从动件盘形凸轮的廓线。

并分析最大压力角发生在何处（提示：从压力角公式来分析）。

解 由压力角计算公式：ωα)(tan 2s r v b +=∵ 2v 、b r 、ω均为常数 ∴ 0=s → max αα=即 ︒=0ϕ、︒=300ϕ，此两位置压力角α最大7-13 设计一滚子对心移动从动件盘形凸轮机构。

已知凸轮基圆半径mm r b 40=，滚子半径mm r k 10=；凸轮逆时针等速回转，从动件在推程中按余弦加速度规律运动，回程中按等加-等减速规律运动，从动件行程mm h 32=；凸轮在一个循环中的转角为：︒='︒=︒=︒=6012030150s h s t ϕϕϕϕ，，，，试绘制从动件位移线图和凸轮的廓线。

解7-14 将7-13题改为滚子偏置移动从动件。

偏距mm e 20=,试绘制其凸轮的廓线。

解7-15 如图7-33所示凸轮机构。

试用作图法在图上标出凸轮与滚子从动件从C 点接触到D 点接触时凸轮的转角CD ϕ，并标出在D 点接触时从动件的压力角D α和位移D s 。

解第六章部分题解参考6-9 试根据图6-52中注明的尺寸判断各铰链四杆机构的类型。

习题6-9图解 (a) ∵ 15040110min max =+=+l l ＜1607090=+=∑其余l最短杆为机架∴ 该机构为双曲柄机构(b) ∵ 65145120min max =+=+l l ＜17070001=+=∑其余l 最短杆邻边为机架∴ 该机构为曲柄摇杆机构(c) ∵ 05150100min max =+=+l l ＞3010670=+=∑其余l ∴ 该机构为双摇杆机构(d) ∵ 15050100min max =+=+l l ＜6017090=+=∑其余l最短杆对边为机架 ∴ 该机构为双摇杆机构6-10 在图6-53所示的四杆机构中，若17=a ，8=c ，21=d 。

则b 在什么范围内时机构有曲柄存在？它是哪个构件？解 分析：⑴根据曲柄存在条件②，若存在曲柄，则b 不能小于c ；若b =c ，则不满足曲柄存在条件①。

所以b 一定大于c 。

⑵若b ＞c ，则四杆中c 为最短杆，若有曲柄，则一定是D C 杆。

b ＞d ： c b l l +=+m i n m a x ≤d a l +=∑其余∴ b ≤3082117=-+=-+c d a b ＜d ： c d l l +=+m i n m a x ≤b a l +=∑其余∴ b ≥1217821=-+=-+a c d结论：12≤b ≤30时机构有曲柄存在，D C 杆为曲柄6-13 设计一脚踏轧棉机的曲柄摇杆机构。

AD 在铅垂线上，要求踏板CD 在水平位置上下各摆动10°，且CD l =500mm ，AD l =1000mm 。

试用图解法求曲柄AB 和连杆BC 的长度。

解 m m 78m 078.08.701.0==⨯==AB l l AB μm m 1115m 115.15.11101.0==⨯==BC l l BC μ6-14 设计一曲柄摇杆机构。

已知摇杆长度mm 1004=l ，摆角045=ψ，行程速比系数25.1=K 。

试根据min γ≥o 40的条件确定其余三杆的尺寸。

解 ︒=+-⨯︒=+-︒=20125.1125.118011180K K θm m 28m 028.05.14002.0==⨯==AB l l AB μ m m 146.6m 1466.03.73002.0==⨯==BC l l BC μ︒=42.32min γ不满足min γ≥o 40传力条件，重新设计m m 8.33m 0338.09.16002.0==⨯==AB l l AB μ m m 6.081m 1086.03.54002.0==⨯==BC l l BC μ︒=16.40min γ满足min γ≥o 40传力条件6-15 设计一导杆机构。

已知机架长度mm 1001=l ，行程速比系数4.1=K ，试用图解法求曲柄的长度。

解 ︒=+-⨯︒=+-︒=3014.114.118011180K K θm m 8825m 02588.094.12002.01.AB l l AB ==⨯==μ6-16 设计一曲柄滑块机构。

已知滑块的行程m m 50=s ，偏距m m 10=e 。

行程速比系数4.1=K 。

试用作图法求出曲柄和连杆的长度。

解 ︒=+-⨯︒=+-︒=3014.114.118011180K K θm m 62.23m 02362.062.23001.02==⨯==AB l l AB μm m 47.39m 03947.047.39001.022==⨯==C B l l BC μ 第八章部分题解参考8-23 有一对齿轮传动，m =6 mm ，z 1=20，z 2=80，b =40 mm 。

为了缩小中心距，要改用m =4 mm 的一对齿轮来代替它。

设载荷系数K 、齿数z 1、z 2及材料均不变。

试问为了保持原有接触疲劳强度，应取多大的齿宽b ？解 由接触疲劳强度： buu KT a Z Z Z H E H 31)1(500+=εσ≤][H σ ∵ 载荷系数K 、齿数z 1、z 2及材料均不变∴ b a b a ''=即 9046402222=⨯='='m bm b mm8-25 一标准渐开线直齿圆柱齿轮，测得齿轮顶圆直径d a =208mm ，齿根圆直径d f =172mm ，齿数z =24，试求该齿轮的模数m 和齿顶高系数*a h 。

解 ∵ m h z d a a )2(*+=∴ *2a a h z d m += 若取 0.1*=a h 则 812242082*=⨯+=+=aa h z d m mm 若取 8.0*=a h 则 125.88.02242082*=⨯+=+=aa h z d m mm （非标，舍） 答：该齿轮的模数m =8 mm ，齿顶高系数0.1*=a h 。

8-26 一对正确安装的渐开线标准直齿圆柱齿轮（正常齿制）。