机械原理答案第十一章 齿轮系及其设计
机械原理习题册答案

参考答案 第一章 绪论一,填空题1.1 能量,物料,信息1.2运动,动力 1.3制造,运动,装配 二、选择题2.1 D 2.2 B 三,简答题第二章 机械的结构分析二、综合题1.n = 7 ,p l = 9 ,p h = 121927323=-⨯-⨯=--=h l P P n F从图中可以看出该机构有2个原动件,而由于原动件数与机构的自由度数相等,故该机构具有确定的运动。
2. (a )D 、E 处分别为复合铰链(2个铰链的复合);B 处滚子的运动为局部自由度;构件F 、G 及其联接用的转动副会带来虚约束。
n = 8 ,p l = 11 ,p h = 1111128323=-⨯-⨯=--=h l P P n F3. (c )n = 6 ,p l = 7 ,p h = 313726323=-⨯-⨯=--=h l P P n F(e )n = 7 ,p l = 10 ,p h = 0101027323=-⨯-⨯=--=h l P P n F 4. (a )n = 5 ,p l = 7 ,p h = 010725323=-⨯-⨯=--=h l P P n FⅡ级组 Ⅱ级组 因为该机构是由最高级别为Ⅱ级组的基本杆组构成的,所以为Ⅱ级机构。
(c )n = 5 ,p l = 7 ,p h = 010725323=-⨯-⨯=--=h l P P n FⅢ级组因为该机构是由最高级别为Ⅲ级组的基本杆组构成的,所以为Ⅲ级机构。
5. n = 7 ,p l =10 ,p h = 0101027323=-⨯-⨯=--=h l P P n FⅡ级组 Ⅲ级组当以构件AB 为原动件时,该机构为Ⅲ级机构。
Ⅱ级组 Ⅱ级组 Ⅱ级组当以构件FG 为原动件时,该机构为Ⅱ级机构。
可见同一机构,若所取的原动件不同,则有可能成为不同级别的机构。
6. (a )n = 3 ,p l = 4 ,p h = 101423323=-⨯-⨯=--=h l P P n F因为机构的自由度为0,说明它根本不能运动。
西工大教材-机械原理各章习题及答案

电动机所需的功率为
p = ρ • v /η = 5500 ×1.2 ×10−3 / 0.822 = 8.029(KW )
5-8 在图示斜面机构中,设已知摩擦面间的摩擦系数 f=0.2。求在 G 力作用下(反行程),此斜面 机构的临界自锁条件和在此条件下正行程(在 F 力作用下)的效率。 解 1)反行程的自锁条件 在外行程(图 a),根据滑块的平衡条件:
解 1 ) 取 比 例 尺 μ 1 = 1mm/mm 绘 制 机 构 运 动 简 图 ( 图 b )
(a)
2 )计算该机构的自由度
n=7
pι=9
ph=2(算齿轮副,因为凸轮与齿轮为一体) p’=
F’= F=3n-2pe-ph
=3x7-2x8-2 =1
G7
D 64 C
EF
3
9
B
2
8
A
ω1
b)
2-6 试计算如图所示各机构的自由度。图 a、d 为齿轮一连杆组合机构;图 b 为凸轮一连杆组合 机构(图中在 D 处为铰连在一起的两个滑块);图 c 为一精压机机构。并问在图 d 所示机构中, 齿轮 3 与 5 和齿条 7 与齿轮 5 的啮合高副所提供的约束数目是否相同?为什么?
C3 重合点继续求解。
解 1)速度分析(图 b)取重合点 B2 与 B3,有
方向 大小 ?
v vv vB3 = vB2 + vB3B2 ⊥ BD ⊥ AB // CD ω1lAB ?
D
C
3 d3
ω3
4
ω3 90°
2
B(B1、B2、B3)
ω1
A1 ϕ = 90°
机械原理第11章齿轮系及其设计

=(−1)2
z2 z1
⋅ z3 z2′
(1)
100 − n H
= − 30 × 50
− 200 − n 20 × 40
H
n = −95 .65 rpm H
与n1转向相反、 与n3转向相同
(2)
100 − n H
= − 30 × 50
n = 165.22rpm H
200 − n 20 × 40 H
与n1、n3转向相同
一、传动比计算 各构件加“
思路: 周转轮系
绕O1
-ωH”“定轴轮系”(转化轮系)
前提条件:保证各个构件之间的相对运动不变
理论依据:机构各构件加上同一角速度, 各构件间的相对运动不变。
二、周转轮系的转化轮系
给整个周转轮系加上一个“-ωH”的公共角速 度,使系杆H变为相对固定后,所得到的假想的定轴轮系。
太阳轮、行星架为 基本构件
(回转轴线重合)
4
机械原理
周转轮系可分为基本周转轮系和复合型周转轮系 基本周转轮系
---转臂只有一个,太阳轮不超过两个; 复合周转轮系
---若干基本周转轮系串联或并联;
基本周转轮系 差动轮系(Differential gear train, F=2)
根据自由度数目
行星轮系 (Planetary gear train,F=1)
26
机械原理
2′
2
H
1
提问:
i2H1
=
ω2 ω1
− ωH − ωH
不成立!
Why?
3 成立否?
因两者轴线不平行
ω2H ≠ω2-ωH
27
机械原理
§11-4 复合轮系的传动比
机械原理11-本科)-轮系

ω
H 3
ω1 i1H = = 1 + 1.875= + 2.875 ωH
ω
H 1
例 2:
在图示的周转轮系中, 在图示的周转轮系中,设已知 z1=100, z2=101, z2’=100, z3 = 99. 试求传动比 iH1。
2 2′
解: 为固定轮(即 轮3为固定轮 即n3=0) 为固定轮
n1 − nH n1 − nH i = = n3 − nH 0− nH
齿轮4对传动比没有影响, 齿轮4对传动比没有影响,但能改变从动 轮的转向,称为过轮或中介轮。 轮的转向,称为过轮或中介轮。
§11—3 周转轮系传动比的计算 一、周转轮系的分类 按周转轮系所具有的自由度数目的不同分类: 按周转轮系所具有的自由度数目的不同分类: 1) 行星轮系
F = 3× 3 − 2 × 3 − 2 = 1
i AB
从 A → B 从动轮齿数的连乘积 = 从 A → B 主动轮齿数的连乘积
二、首、末轮转向的确定 1、用“+” “-”表示
ω1 ω1 1 ω2
1
2
ω2
p
vp
转向相反
2
转向相同
i 12
ω1 = = ω2
z2 − z1 z2 + z1
外啮合 内啮合
对于平面定轴轮系, 对于平面定轴轮系,设轮系中有 m对外啮合齿轮,则末轮转向为(-1) 对外啮合齿轮,则末轮转向为 对外啮合齿轮
关键是先要把其中的周转轮系部分划分出来 。 周转轮系的找法: 周转轮系的找法: 先找出行星轮,然后找出系杆, 先找出行星轮,然后找出系杆,以及与 行星轮相啮合的所有中心轮。 行星轮相啮合的所有中心轮。 每一系杆, 每一系杆,连同系杆上的行星轮和与行星 轮相啮合的中心轮就组成一个周转轮系 在将周转轮系一一找出之后, 在将周转轮系一一找出之后,剩下的便是 定轴轮系部分。 定轴轮系部分。
机械原理,孙恒,西北工业大学版第11齿轮系及其设计

定轴轮系的传动比 =
所有主动轮齿数连乘积
规定:首、末两轮转向相同时, 其传动比为“+” ,反之为“— ”。 当有空间齿轮时,转向关系 的确定,只能画箭头
本例中,轮2为惰轮 (或程过桥轮、中介轮)
§11-3 周转轮系的传动比 11给整个周转轮系加上 一个公共角速度“ωH” ωH -ωH=0 ,即行星 架“静止不动”,周 转轮系转化为定轴轮 系 (转化轮系) ω1H=ω1-ωH ω2H=ω2-ωH ω3H=ω3-ωH ωHH=ωH-ωH=0
特别注意:“±” ,须由转化轮系中m、n两轮的 转向关系来确定
§11—4 复合轮系的传动比 11 4
注意几点: 1.必须正确地将轮系中的各组成部分加以划分 (找出行星架,并注意行星架往往是由轮 系 中具有其他功用的构件所兼任) 2.列出各组成轮系的传动比计算公式。 3.联解方程
例1. 图示的轮系,设已知各轮齿数,试求其 传动比 i1H
,
(3)联解方程
ω1 −ωH z2 z3 = ω3 −ωH z1z2
200 −ωH 40 ⋅ 24 = −100 −ωH 30 ⋅ 20
nH = −600
§11—5 轮系的功用
1.实现分路传动 2.获得较大的传动比 3. 实现变速传动 4.实现换向传动 5.用作运动的合成和分解 6.在尺寸及重量较小的条件下,实现 大功率传动
解: (1)区分轮系
2’—3 — 4 — H 周转轮系 1 — 2 定轴轮系
(2)列方程
n1 z2 40 i12 = = − = − = −2 n2 z1 20
i2′H = 1 − i2′4 = 1 − (−z4 / z2′ ) = 1 + 80 / 20 = 5
机械原理习题答案新

第二章机构的结构分析2-1.计算下列各机构的自由度。
注意分析其中的虚约束、局部自由度合复合铰链等。
题图1-4c所示机构,导路AD⊥AC、BC=CD/2=AB。
该机构可有多种实际用途,可用于椭圆仪,准确的直线轨迹产生器,或作为压缩机或机动马达等。
题图1-4d为一大功率液压动力机。
其中AB=A`B`,BC=B`C`,CD=C`D`,CE=C`E`,且E、E`处于滑块移动轴线的对称位置。
答c)为轨迹重合虚约束,可认为AB杆或滑块之一构成虚约束。
F=3×3-2×4=1。
d)对称的上部分或下部分构成虚约束。
F=3×5-2×7=1.2-2.试计算下列机构的自由度,如有局部自由度、虚约束或复合铰链,请指出。
e)答案:a)F=3×7-2×10=1.注意其中的C、G、D、H点并不是复合铰链。
b)F=3×5-2×7=1C)F=3×7-2×10=1其中C点为复合铰链,分别由2、3、4构件在C点构成复合铰。
d)F=3×3-2×3-2=1或者F=3×5-2×5-2-2=1其中B、D处的磙子具有局部自由度。
2-3试计算如图所示各平面高副机构的自由度,如有局部自由度、虚约束或复合铰链,请指出。
第三章平面连杆机构及其分析与设计3-1.试求题图所示各机构在图示位置时全部瞬心的位置.答案:瞬心P 12在A 点瞬心P 23、 P 24均在B 点 瞬心P 34在C 点P 14、 P 13均在垂直导路的无 瞬心P 23、 P 13均在B 点穷远处 瞬心P 14、 P 24均在D 点3-5在图示的齿轮-连杆组合机构中,试用瞬心法求齿轮1与齿轮3的传动比31/ωω。
答案:此题关键是找到相对瞬心P13. 3-6在图示凸轮机构中,已知mm r 50=,mm l OA 22=,mm l AC 80=,οϕ901=,凸轮,凸轮以角速度s rad /101=ω逆时针方向转动。
机械原理答案第十一章 齿轮系及其设计

第十一章 齿轮系及其设计题11-1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i 15,并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78.5771811520524030504321543215=⨯⨯⨯⨯⨯⨯=='''z z z z z z z z i题11-2如图所示为一滚齿机工作台传动机构,工作台与涡轮5固联。
若已知z 1=z 1′=15,z 2=35,z 4′=1(右旋),z 5=40,滚刀z 6=1(左旋),z 7=28。
今要切制一个齿数z 5′=64的齿轮,应如何选配挂轮组的齿数z 2′、z 3和z 4。
解:由范成原理,滚刀6与轮坯5’的角速度比应为64655656==='''z z i ωω 转向如图。
这一角速度比由滚齿机工作台的传动系统来保证。
56242442175421155011528403515''''''=⨯=⨯⨯⨯⨯⨯==i z z z z z z z z z z z z i 转向如图可求得253252=z z 至于Z 3为惰轮,其齿数可根据中心距A 24的需要确定。
题11-3 如图所示为一千分表的示意图。
己知各轮齿数如图,模数mm m 11.0=(为非标准模数)。
若要测量杆1每移动mm 001.0时,指针尖端刚好移动一个刻度()mm s 5.1=。
问指针的长度?=R (图中齿轮5和游丝的作用是使各工作齿轮始终保持单侧接触,以消除齿轮间隙对测量精度的影响) 解:()4332-'-组成定轴轮系1001160120121632431224=⨯⨯===''z z z z i ϕϕ24100ϕϕ=∴再由轮2与测量杆组成齿轮与齿条传动知 测杆1每移动mm 001.0时,齿轮2的转角为:42221027.611.029001.022-⨯=⨯⨯===m Z h r h ϕ 此时要求指针刚好移动一刻度()mm s 5.1=,由4ϕR s =可得指针的长度为mm s sR 241027.61005.1100424=⨯⨯===-ϕϕ题11-4 如图所示为绕线机的计数器。
机械设计第十一章课后习题答案

总是指向其转动中心;圆向力 的方向与其运动方向相反。
图 11.3 题11-8解图 11-9解 ( 1)要使中间轴上两齿轮的轴向力方向相反,则低速级 斜齿轮3的螺旋经方向应与齿轮2的 旋向同为左旋,斜齿轮4的旋向应与齿轮3的旋向相反,为右旋。
( 2)由题图可知:
、、
、
、
分度圆直径
,
查教材表 11-4
,并将许用应用降低30%
故
( 2)其弯曲强度设计公式:
其中:小齿轮转矩
载荷系数 查教材表11-3得
取齿宽系数
齿数
,取
齿数比
齿形系数 查教材图 11-9得
、
因
故将
代入设计公式
因此 取模数
中心距
齿宽 11-5解 硬齿面闭式齿轮传动的主要失效形式是折断,设计方法是 按弯曲强度设计,并验算其齿面接触 强度。 ( 1)许用弯曲应力 查教材表 11-1,大小齿轮材料40Cr 表面淬火硬度:52~ 56HRC,取54HRC。查教材图11-10得
11-1 解 1)由公式可知:
轮齿的工作应力不变,则
则,若
,该齿轮传动能传递的功率
11-2解 由公式
可知,由抗疲劳点蚀允许的最大扭矩有关系: 设提高后的转矩和许用应力分别为 、
当转速不变时,转矩和功率可提高 69%。
11-3解 软齿面闭式齿轮传动应分别验算其接触强度和弯曲强度。
( 1)许用应力
查教材表 11-1小齿轮45钢调质硬度:210~230HBS取
,查材料图11-7得
。查教材表11-4
, 因齿轮传动是双向工作,弯曲应力为对称循环,应将极限值乘
70%。
故 ( 2)按弯曲强度设计,设计公式:
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第十一章 齿轮系及其设计题11-1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i 15,并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78.5771811520524030504321543215=⨯⨯⨯⨯⨯⨯=='''z z z z z z z z i题11-2如图所示为一滚齿机工作台传动机构,工作台与涡轮5固联。
若已知z 1=z 1′=15,z 2=35,z 4′=1(右旋),z 5=40,滚刀z 6=1(左旋),z 7=28。
今要切制一个齿数z 5′=64的齿轮,应如何选配挂轮组的齿数z 2′、z 3和z 4。
解:由范成原理,滚刀6与轮坯5’的角速度比应为64655656==='''z z i ωω 转向如图。
这一角速度比由滚齿机工作台的传动系统来保证。
56242442175421155011528403515''''''=⨯=⨯⨯⨯⨯⨯==i z z z z z z z z z z z z i 转向如图可求得253252=z z 至于Z 3为惰轮,其齿数可根据中心距A 24的需要确定。
2345671′4′5′1题11-2题11-3 如图所示为一千分表的示意图。
己知各轮齿数如图,模数mm m 11.0=(为非标准模数)。
若要测量杆1每移动mm 001.0时,指针尖端刚好移动一个刻度()mm s 5.1=。
问指针的长度?=R (图中齿轮5和游丝的作用是使各工作齿轮始终保持单侧接触,以消除齿轮间隙对测量精度的影响) 解:()4332-'-组成定轴轮系1001160120121632431224=⨯⨯===''z z z z i ϕϕ24100ϕϕ=∴再由轮2与测量杆组成齿轮与齿条传动知 测杆1每移动mm 001.0时,齿轮2的转角为:42221027.611.029001.022-⨯=⨯⨯===m Z h r h ϕ 此时要求指针刚好移动一刻度()mm s 5.1=,由4ϕR s =可得指针的长度为mm s sR 241027.61005.1100424=⨯⨯===-ϕϕ题11-4 如图所示为绕线机的计数器。
图中1为单头蜗杆,其一端装手把,另一端装被绕制线圈。
2、3为两个窄蜗轮, z 2=99,z 3=100。
在计数器中有两个刻度盘,在固定刻度盘的一周上有100个刻度,在与蜗轮2固联的活动刻度盘的一周上有99个刻度,指针与蜗轮3固联。
问指针在固定刻度盘上和活动刻度盘上每一格读数各代表绕制线圈的匝数是多少又在图示情况下,线圈己绕制了多少匝 解: 1)固定刻度盘上读数 因 100133113===z z n n i 故 10013n n =即蜗杆每转一转,蜗轮3转过 1001转,指针相对固定刻度盘转过一个刻度,固定刻度盘的一周上有100个刻度,说明指针在固定刻度盘上的每一格读数代表被绕制线圈绕了一匝。
2)活动刻度盘上读数 99122112===z z n n i 故 9912nn = 即蜗杆每转一转,蜗轮2转过 991 转,由于蜗轮2、3转向相同,故蜗杆每转一转,指针相对活动刻度盘转过990019911001-=- 转。
(即相对向后倒转,所以活动刻度盘的增大方向与固定刻度盘的相反。
)因活动刻度盘上有99个刻度,故指针在活动刻度盘上的每一格读数代表被绕制线圈己绕制了100999900=匝。
3)今指针在活动刻度盘上读数为⨯⨯.13 ,在固定刻度盘上读数为⨯.5 ,所以线圈己绕制的匝数为:匝固定刻度盘上的度数活动刻度盘上的度数1305510013100=+⨯=+⨯题11-5 图 a 、b 所示为两个不同的圆锥齿轮周转轮系,已知201=z ,242=z ,302='z ,403=z ,m in 2001r n =,min 1003r n -=。
求两轮系?=H n解:1)图a :差动轮系6.13020402421323113=⨯⨯='=--=z z z z n n n n i H H H()min 60016.12001006.11131313r i n n i n H HH -=---⨯=--=2)图b :差动轮系6.121323113-='-=--=z z z z n n n n i H HH()min 385.1516.12001006.11131313r i n n i n H H H =----⨯-=--=根据上述汁算结果,请回答下列问题:1.在周转轮系的转化轮系中构件的转向是由 画箭头 方法确定的,而在周转轮系中构件的转向是由 周转轮系传动比计算公式的结果 确定的。
2.在图a 中,表示构件1、3转向的箭头方向相同,而题中给定n 1与n 3的方向相反,这不矛盾吗答:不矛盾。
因为图中箭头所示为构件在 转化轮系中 的转向,而不是构件在 实际周转轮系中 的转向。
由计算 m in 80011r n n n H H =-=(图a ); m in 615.18411r n n n H H=-= (图b )min 50033r n n n H H =-=(图a )min 385.11533r n n n H H-=-=(图b )可见,在图a 中H n 1与Hn 3 同 向,与图中箭头所示方向 相同 ; 在图b 中Hn 1与Hn 3 反 向,与图中箭头所示方向 相同 ;3)由演算结果可见,若转化轮系传动比的“±”判断错误,不仅会影响到 周转轮系传动比大小 ,还会影响到 周转轮系中构件转向 。
题11-6 图示为纺织机中的差动轮系,设z 1=30,z 2=25,z 3=z 4=24,z 5=18,z 6=121,n 1=48~200r/min ,n H =316r/min ,求n 6=解:此差动轮系的转化轮系的传动比为:()6.51824301211425153164226116=⨯⨯⨯⨯=-=--=z z z z z z n n n n iH H H ()H H H n n n i n +-=11661 200~481=n 时,()()29.295~14.2683163162006.51~316316486.516=+-+-=n 6n 与1n 及H n 转向相同。
题11-7 图示为手动起重葫芦,已知z 1=z 2′=10,z 2=20,z 3=40,传动总效率η=,为提升重G=10kN 的重物,求必须施加于链轮A 上的圆周力F 。
解:此轮系为行星轮系91010402011122324134114=⨯⨯+=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛'--=-==z z z z i i ωω 因为141416040Pi QM M P Q ==ωωη所以64.30899.0410000414=⨯⨯==i Q P η故提升10000N 的重物,必需施加于链轮A 上的园周力P 为。
题11-8图示为建筑用铰车的行星齿轮减速器。
已知z 1=z 3=17,z 2=z 4=39,z 5=18,z 7=152,n 1=1450r/min 。
当制动器B 制动,A 放松时,鼓轮H 回转(当制动器B 放松、A 制动时,鼓轮H 静止,齿轮7空转),求n H 。
解:制动B 时为行星轮系()44.4518171715239391111653176421171=⨯⨯⨯⨯+=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=-=z z z z z z z z i i H H91.3144.45145011===H H i n n题11-9 在图示的电动三爪卡盘转动轮系中,设已知各轮齿数为z 1=6,z 2=z 2′=25,z 3=57,z 4=56,试求传动比i 14。
解:区分轮系:H ---321为行星轮系、()H --'-3224为行星轮系。
()H --'-3221为差动轮系。
而只有两个轮系是独立的,为求解简单,选两个行星轮系求解。
H ---321为行星轮系5.1065711113131=+=+=-=z z i i HH ()H --'-4224为行星轮系561255657251112432434-=⨯⨯-='-=-=z z z z i i HH()588565.104114-=-⨯==HHi i i n 1与n 4转向相反。
题11-10 如图所示为一装配用电动螺丝刀齿轮减速部分的传动简图。
已知各轮齿数为z 1=z 4=7,z 3=z 6=39,若n 1=3000r/min ,试求螺丝刀的转速。
解:区分轮系:1321H ---为行星轮系、2654H ---为行星轮系、1321H ---行星轮系中7391111313111+=+=-=z z ii H H2654H ---行星轮系中7391114646422+=+=-=z z ii H H18.4373912411212=⎪⎭⎫⎝⎛+=⋅=H H H i i i故5.6918.4330002211===H H i n n 转向与1n 相同。
题11-11在图示的复合轮系中,设已知n 1=3549r/min ,又各轮齿数为z 1=36,z 2=60,z 3=23,z 4=49,z 4′=49,z 5=31,z 6=131,z 7=94,z 8=36,z 9=167,试求行星架H 的转速n H (大小及转向) 解:该复合轮系由1、2(3)、4定轴轮系和7654---'行星轮系及H ---987行星轮系组成。
1、2(3)、4定轴轮系中551.323364960314214=⨯⨯==z z z z i 7654---'行星轮系中899.2691311114676474=+=+=-='''z z iiH ---987行星轮系中777.29416711179797=+=+=-=z z i i HH 587.28777.2899.2551.3774141=⨯⨯=⋅⋅='H H i i i i15.124587.28354911===H H i n n 转向与4n 相同。
题11-12在图示的轮系中,设各轮的模数均相同,且为标准传动,若已知齿数z 1=z 2′=z 3′ =z 6′=20,z 2=z 4=z 6=z 7=40,试问:1)当把齿轮1作为原动件时,该机构是否具有确定的运动2)齿轮3、5的齿数应如何确定3)当齿轮1的转速n 1=980r/min 时,齿轮3及齿轮5的运动情况如何解:1.计算机构自由度7=n 7=l p 8=h p 虚约束2='p 局部自由度 0='F10)2872(73)2(3=--+⨯-⨯='-'-+-=F p p p n F h l因此机构有确定的相对运动。