機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)習(xí)題答案.doc
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1、平面機(jī)構(gòu)及其自由度1、如圖a所示為一簡易沖床的初擬設(shè)計(jì)方案,設(shè)計(jì)者的思路是:動(dòng)力由齒輪1輸入,使軸A連續(xù)回轉(zhuǎn);而固裝在軸A上的凸輪2與杠桿3組成的凸輪機(jī)構(gòu)將使沖頭4上下運(yùn)動(dòng)以達(dá)到?jīng)_壓的目的。試?yán)L出其機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖(各尺寸由圖上量?。治銎涫欠衲軐?shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)意圖并提出修改方案。解 1)取比例尺繪制其機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖(圖b)。圖 b) 2)分析其是否能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)意圖。 由圖b可知,故:因此,此簡單沖床根本不能運(yùn)動(dòng)(即由構(gòu)件3、4與機(jī)架5和運(yùn)動(dòng)副B、C、D組成不能運(yùn)動(dòng)的剛性桁架),故需要增加機(jī)構(gòu)的自由度。3)提出修改方案(圖c)。為了使此機(jī)構(gòu)能運(yùn)動(dòng),應(yīng)增加機(jī)構(gòu)的自由度(其方法是:可以在機(jī)構(gòu)的適當(dāng)位置增加一個(gè)活
2、動(dòng)構(gòu)件和一個(gè)低副,或者用一個(gè)高副去代替一個(gè)低副,其修改方案很多,圖c給出了其中兩種方案)。 圖 c 1) 圖 c 2)2、試畫出圖示平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡圖,并計(jì)算其自由度。 解:, 解:,3、計(jì)算圖示平面機(jī)構(gòu)的自由度。 解:, 解:,局部自由度解:, 解: D,E,FG與D,H,J,I為對(duì)稱結(jié)構(gòu),去除左邊或者右邊部分,可得,活動(dòng)構(gòu)件總數(shù)為7,其中轉(zhuǎn)動(dòng)副總數(shù)為8,移動(dòng)副總數(shù)為2,高副數(shù)為0,機(jī)構(gòu)自由度為1。(其中E、D及H均為復(fù)合鉸鏈) 4、試求圖示各機(jī)構(gòu)在圖示位置時(shí)全部瞬心的位置(用符號(hào)直接標(biāo)注在圖上)。 平面連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)1、在圖示鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中,已知:=50mm,=35mm,=30mm,為機(jī)
3、架,1)若此機(jī)構(gòu)為曲柄搖桿機(jī)構(gòu),且為曲柄,求的最大值;2)若此機(jī)構(gòu)為雙曲柄機(jī)構(gòu),求的范圍;3)若此機(jī)構(gòu)為雙搖桿機(jī)構(gòu),求的范圍。 解:1)AB為最短桿 2)AD為最短桿,若 若 3) 為最短桿 , 為最短桿 由四桿裝配條件 2、在圖示的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中,各桿的長度為a=28mm,b=52mm,c=50mm,d=72mm。試問此為何種機(jī)構(gòu)請(qǐng)用作圖法求出此機(jī)構(gòu)的極位夾角,桿的最大擺角,計(jì)算行程速度比系數(shù)。解1)作出機(jī)構(gòu)的兩個(gè)極位,由圖中量得 2)求行程速比系數(shù)3)作出此機(jī)構(gòu)傳動(dòng)角最小的位置,量得此機(jī)構(gòu)為 曲柄搖桿機(jī)構(gòu) 3、畫出各機(jī)構(gòu)的壓力角傳動(dòng)角。箭頭標(biāo)注的構(gòu)件為原動(dòng)件。 4、現(xiàn)欲設(shè)計(jì)一鉸鏈四桿機(jī)構(gòu),
4、已知其搖桿的長=75mm,行程速比系數(shù)=,機(jī)架的長度為=100mm,又知搖桿的一個(gè)極限位置與機(jī)架間的夾角為45,試求其曲柄的長度和連桿的長。(有兩個(gè)解)解:先計(jì)算并取作圖,可得兩個(gè)解 凸輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)1、已知一偏置尖頂推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)如圖所示,試用作圖法求其推桿的位移曲線。解 以同一比例尺=1mm/mm作推桿的位移線圖如下所示。2、試以作圖法設(shè)計(jì)一偏置直動(dòng)滾子推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)的凸輪輪廓曲線。已知凸輪以等角速度逆時(shí)針回轉(zhuǎn),正偏距=10mm,基圓半徑=30mm,滾子半徑=10mm。推桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律為:凸輪轉(zhuǎn)角=0150,推桿等速上升16mm;=150180,推桿不動(dòng);=180300 時(shí),推桿等加速等減
5、速回程16mm;=300360時(shí),推桿不動(dòng)。解 推桿在推程段及回程段運(yùn)動(dòng)規(guī)律的位移方程為:1) 推程: ,2) 回程:等加速段 , 等減速段 ,取=1mm/mm作圖如下:計(jì)算各分點(diǎn)得位移值如下:總轉(zhuǎn)角0153045607590105120135150165s081616180195210225240255270285300315330360s16148200003、在圖示凸輪機(jī)構(gòu)中,凸輪為偏心輪,轉(zhuǎn)向如圖。E、F為凸輪與滾子的兩個(gè)接觸點(diǎn),試在圖上標(biāo)出:1)從E點(diǎn)接觸到F點(diǎn)接觸凸輪所轉(zhuǎn)過的角度;2)F點(diǎn)接觸時(shí)的從動(dòng)件壓力角;3)由E點(diǎn)接觸到F點(diǎn)接觸從動(dòng)件的位移s;4)畫出凸輪理論輪廓曲線和基圓。
6、 齒輪機(jī)構(gòu)1、設(shè)有一漸開線標(biāo)準(zhǔn)齒輪=20,=8mm,=20,=1,試求:其齒廓曲線在分度圓及齒頂圓上的曲率半徑、 及齒頂圓壓力角。解:求、2、已知一對(duì)外嚙合標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪的標(biāo)準(zhǔn)中心距a =160mm,齒數(shù)z1 = 20,z2 = 60,求模數(shù)和分度圓直徑d1、d2。解: 3、設(shè)已知一對(duì)斜齒輪傳動(dòng),z1=20,z2=40,=8mm,=20, =1, =,B=30mm,初取=15,試求該傳動(dòng)的中心距a(a值應(yīng)圓整為個(gè)位數(shù)為0或5,并相應(yīng)重算螺旋角 )、幾何尺寸、當(dāng)量齒數(shù)和重合度。解1)計(jì)算中心距a 初取,則取,則2)計(jì)算幾何尺寸及當(dāng)量齒數(shù)尺寸名稱小齒輪大齒輪分度圓直徑齒頂圓直徑齒根圓直徑基圓直徑
7、齒頂高、齒根高法面及端面齒厚法面及端面齒距當(dāng)量齒數(shù)3)計(jì)算重合度4、已知一對(duì)等頂隙收縮齒標(biāo)準(zhǔn)直齒圓錐齒輪傳動(dòng),齒數(shù)z1 = 20,z2 = 38,模數(shù)m = 4mm,分度圓壓力角 = 20,齒頂高系數(shù)ha = 1,齒頂間隙系數(shù) c = ,軸交角 = 90。求兩錐齒輪的齒頂圓錐角a1、a2及其它主要尺寸。解:齒頂圓錐角:,齒頂高:齒根高:輪系及其設(shè)計(jì)1、如圖所示為一手搖提升裝置,其中各輪齒數(shù)均已知,試求傳動(dòng)比i15,指出當(dāng)提升重物時(shí)手柄的轉(zhuǎn)向(在圖中用箭頭標(biāo)出)。解 此輪系為 空間定軸輪系 2、在圖示齒輪系中,已知z1=z2=19,z3=26,z4=30,z4=20,z5=78,齒輪1與齒輪3同
8、軸線,求齒輪3的齒數(shù)及傳動(dòng)比i15。解: 3、在圖示的行星減速裝置中,已知z1=z2=17,z3=51。當(dāng)手柄轉(zhuǎn)過90時(shí)轉(zhuǎn)盤H轉(zhuǎn)過多少度 解: ,故手柄轉(zhuǎn)過90度時(shí),轉(zhuǎn)盤H轉(zhuǎn)過度4、在圖示的差動(dòng)齒輪系中,已知各輪齒數(shù)z1=15,z2=25,z2=20,z3=60。若n1 = 200r/min,n3 = 50r/min,且轉(zhuǎn)向相同,試求行星架H的轉(zhuǎn)速nH。解: 5、在圖示的復(fù)合輪系中,設(shè)已知n1=3549r/min,又各輪齒數(shù)為z1=36,z2=60,z3=23,z4=49,z4,=69,z5=31,z6=131,z7=94,z8=36,z9=167,試求行星架H的轉(zhuǎn)速nH(大小及轉(zhuǎn)向)解:此輪
9、系是一個(gè)復(fù)合輪系在12(3)4定軸輪系中: (轉(zhuǎn)向見圖)在4567行星輪系中在789H行星輪系中 故,其轉(zhuǎn)向與輪4轉(zhuǎn)向相同其他常用機(jī)構(gòu)及動(dòng)力分析 1、已知槽輪機(jī)構(gòu)的槽數(shù)z=5,撥盤的圓銷數(shù)K=1,轉(zhuǎn)速n1=75 r/min,求槽輪的運(yùn)動(dòng)時(shí)間tm和靜止時(shí)間ts。解:,2、在圖a所示的盤形轉(zhuǎn)子中,有四個(gè)偏心質(zhì)量位于同一回轉(zhuǎn)平面內(nèi),其大小及回轉(zhuǎn)半徑分別為m1=5kg,m2=7kg,m3=8kg,m4=10kg;r1=r4=10cm,r2=20cm,r3=15cm,方位如圖a所示。又設(shè)平衡質(zhì)量mb的回轉(zhuǎn)半徑rb=15cm。試求平衡質(zhì)量mb的大小及方位。解 根據(jù)靜平衡條件有 以作質(zhì)徑積多邊形圖b,故得2
10、、在圖a所示的轉(zhuǎn)子中,已知各偏心質(zhì)量m1=10kg,m2=15kg,m3=20kg,m4=10kg,它們的回轉(zhuǎn)半徑分別為r1=40cm,r2=r4=30cm,r3=20cm,又知各偏心質(zhì)量所在的回轉(zhuǎn)平面間的距離為l12=l23=l34=30cm,各偏心質(zhì)量的方位角如圖。若置于平衡基面I及II中的平衡質(zhì)量mb1及mb的回轉(zhuǎn)半徑均為50cm,試求mb及mb的大小和方位。 解 根據(jù)動(dòng)平衡條件有以作質(zhì)徑積多邊形圖b和圖c,由圖得平衡基面I 平衡基面 聯(lián)接 1、圖示為一升降機(jī)構(gòu),承受載荷F =150 kN,采用梯形螺紋,d = 60 mm,d2 = 56 mm,P = 8 mm,線數(shù)n = 3。支撐面采
11、用推力球軸承,升降臺(tái)的上下移動(dòng)處采用導(dǎo)向滾輪,它們的摩擦阻力近似為零。試計(jì)算:(1)工作臺(tái)穩(wěn)定上升時(shí)的效率(螺紋副當(dāng)量摩擦系數(shù)為)。(2)穩(wěn)定上升時(shí)加于螺桿上的力矩。(3)若工作臺(tái)以720 mm/min的速度上升,試按穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)條件求螺桿所需轉(zhuǎn)速和功率。(4)欲使工作面在載荷作用下等速下降,是否需要制動(dòng)裝置加于螺栓上的制動(dòng)力矩是多少解:1) , 2)3),=3158w 4) 不自鎖,需要制動(dòng)裝置,制動(dòng)力矩 2、圖示為一用兩個(gè)M12螺釘固定的牽曳鉤,若螺釘材料為Q235鋼,裝配時(shí)控制預(yù)緊力,結(jié)合面摩擦系數(shù)f = ,求其允許的最大牽曳力。 解:由結(jié)構(gòu)形式可知,結(jié)合面 聯(lián)接螺栓數(shù)目 ,由表查得 控制預(yù)
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