91机械设计基础课后答案(陶平)

第2章习题2-5计算题2-5图所示各机构的自由度。并指出图中的复合铰、局部自由度和虚约束。ABCDE解答：a)n=7;Pl=10;Ph=0，F=37-210=1C处存在复合铰链b)n=7;Pl=10;Ph=0，F=37-210=1BDECAc)n=3;Pl=3;Ph=2，F=33-23-2=1D处存在局部自由度，d)n=4;Pl=5;Ph=1，F=34-25-1=1ABCDEFGG'HABDCEFGHIJe)n=6;Pl=8;Ph=1，F=36-28-1=1B处存在局部自由度，G或G'处存在虚约束,f)n=9;Pl=12;Ph=2，F=39-212-2=1C处存在局部自由度，I处存在复合铰链,第3章习题3-3题3-3图所示铰链四杆机构中，已知BC=100mm，CD=70mm，AD=60mm，AD为机架。试问：（1）若此机构为曲柄摇杆机构，且AB为曲柄，求AB的最大值；（2）若此机构为双曲柄机构，求AB最小值；（3）若此机构为双摇杆机构，求AB的取值范围。解：（1）根据题意：AB为最短杆，且满足杆长之和条件，即：AB+BC≤CD+AD，得：AB≤30mm，AB杆最大值为30mm。（2）若此机构为双曲柄机构，那么AD一定为最短杆，即：AD+BC≤CD+AB，得：AB≥90mm，AB杆最小值为90mm。（3）若此机构为双摇杆机构，则可判定该机构不满足杆长之和条件，分三种情况讨论:其一：AB是最短杆，则有：AB+BC＞CD+AD，得：60＞AB＞30；其二：AB不是最短杆也不是最长杆，则AD为最短杆，有：AD+BC＞AB+CD，得：90＞AB＞60；其三：AB是最长杆，则有:AD+AB＞BC+CD，得：AB＞110，又为了满足该机构能成为一个四杆机构，需保证：AB＜BC+CD+AD=230，即230＞AB＞110。综上所述，AB的取值范围为：AB∈(30,90)∪(110,230)。3-4题3-4图所示四杆机构简图中，各杆长度为a=30mm，b=60mm，c=75mm，d=80mm，试求机构的最大传动角和最小传动角、最大压力角和最小压力角、行程速比系数。（用图解法求解）ABCD题3-3图解：1)min＝[41.65°,108.63°]=[41.65°,71.37°]=41.65°αmax＝90°-41.65°=48.1°max＝90°;αmin＝02)∵θ=17.62°;∴行程速比系数K＝1.213-5题3-5图所示的四杆机构中，各杆长度为a=25mm，b=90mm，c=75mm，d=100mm，试求：1)若杆AB是机构的主动件，AD为机架，机构是什么类型的机构？---曲柄摇杆机构2)若杆BC是机构的主动件，AB为机架，机构是什么类型的机构？---双曲柄机构3)若杆BC是机构的主动件，CD为机架，机构是什么类型的机构？---双摇杆机构3-7如题3-7图所示的曲柄滑块机构：（1）曲柄为主动件，滑块朝右运动为工作行程，试确定曲柄的合理转向，并简述其理由；（2）当曲柄为主动件时，画出极位夹角，最小传动角min。题3-4图题3-5图（3）设滑块为主动件，试用作图法确定该机构的死点位置；解：（1）曲柄应为顺时针转动，理由可从下两方面说明：a)顺时针转动，滑块朝右运动慢，向左返回运动快，即机构工作行程速度慢，回行程速度快，具有急回特性。b)顺时针转动，则在工作行程中，机构的压力角比较小，传力特性好；（2）极位夹角如图θ角；最小传动角min：当曲柄AB位于最上方B′处有工作行程最小传动角min；当曲柄AB位于最下方B〞处有回行程最小传动角min。（3）滑块为主动件时，机构的死点位置：在曲柄与连杆共线的B1和B2两个位置处。第4章习题4-8在题4-8图所示的对心直动滚子从动件盘形凸轮机构中，凸轮的实际廓线为一圆，圆心在点A，半径R=40mm，凸轮绕轴心O逆时针方向转动，LOA=25mm，滚子半径为10mm，试求：①凸轮的理论廓线；②凸轮的基圆半径；③从动件行程；④图示位置的压力角。解：（1）理论廓线：在实际廓线上画一系列滚子圆，连接圆心而成。（2）凸轮的基圆半径指理论廓线的最小向径：r0=40-25+10=25mm。（3）从动件行程最大向径减去最小向径：h=40+25-15=50mm。（4）压力角如图所示。4-9一对心直动滚子从动件盘形凸轮机构，已知基圆半径r0=50mm，滚子半径rT=10mm，凸轮逆时针等速转动。凸轮转过140°，从动件按简谐运动规律上升30mm；凸轮继续转过ABC题3-7图θB′B〞B1B2ABCα40°时，从动件保持不动。在回程中，凸轮转过120°时，从动件以等加速等减速运动规律返回原处。凸轮转过其余60°时，从动件保持不动。试绘出其从动件位移曲线，并用图解法设计凸轮的轮廓曲线。4-13画出题4-13图所示凸轮机构中凸轮基圆,在图上标出凸轮由图示位置转过60°角时从动件的位移和凸轮的压力角。解：（a）对心直动滚子从动件盘形凸轮机构：从动件上升，位移如图中h=OA2-OA1所示；压力角如图α所示；（b）对心直动平底从动件盘形凸轮机构：从动件下降，位移如图中h所示；压力角α=0°；（c）摆动从动件盘形凸轮机构：从动件与机架之间的夹角减小，角位移为：ψ0—ψ1；压力角如图α所示。题4-13图第5章习题5-2已知一正常齿制标准直齿圆柱齿轮z=26，模数m=3mm，=20°，h*a=1,试分别求出分度圆、基圆、齿顶圆上渐开线齿廓的曲率半径和压力角。解:分度圆半径39mm26/23mz/2r基圆半径:mm7.3620cos39cosrrb齿顶圆半径mm243139rr*amha分度圆上渐开线齿廓的曲率半径:3.33mm17.3693r2222br分度圆上渐开线齿廓的压力角基圆上渐开线齿廓的曲率半径为0b；压力角0b。FvFhhα=0°Fvψ0ψ1ααA1A2齿顶圆上渐开线齿廓的曲率半径:mmrba5.207.3642r2222a齿顶圆上渐开线齿廓的压力角:24.29427.36cosarccosarsrraba5-3已知一对外啮合齿标准直齿圆柱齿轮的标准中心距a=160mm，齿数z1=20，齿数z2=60，求模数和分度圆直径。解:由可得模数分度圆直径5-6试根据渐开线特性说明一对模数相等，压力角相等，但齿数不等的渐开线标准直齿圆柱齿轮，其分度圆齿厚、齿顶圆齿厚和齿根圆齿厚是否相等？哪一个较大？解:模数相等、压力角相等的两个齿轮，分度圆齿厚相等。但是齿数多的齿轮分度圆直径大，所以基圆直径就大。根据渐开线的性质，渐开线的形状取决于基圆的大小，基圆小,则渐开线曲率大,基圆大，则渐开线越趋于平直。因此，齿数多的齿轮与齿数少的齿轮相比，齿顶圆齿厚和齿根圆齿厚均为大值。5-9已知一对外啮合正常齿制标准斜齿圆柱齿轮传动的中心距a=250mm，法面模数mn=4mm，法面压力角n=20°，齿数z1=23，z2=98，试计算该对齿轮的螺旋角、端面模数、分度圆直径、齿顶圆直径和齿根圆直径。解:因螺旋角端面模数分度圆直径:齿顶圆直径:齿根圆直径:5-10试设计一对外啮合圆柱齿轮，已知z1=21，z2=32，mn=2mm，实际中心距为55mm，问：（1）该对齿轮能否采用标准直齿圆柱齿轮传动？（2）若采用标准斜齿圆柱齿轮传动来满足中心距要求，其分度圆螺旋角、分度圆直径d1、d2和节圆直径d1′、d2′各为若干？解：（1）不能。若采用标准直齿圆柱齿轮传动，其中心距mmzzma532)(21，与所给实际中心距不相等。（2）斜齿轮中心距cos2)(21zzman，所以9636.02)(cos21azzmn故4987.15分度圆直径为：mm59.43cos/11zmdn，mm42.66cos/22zmdn标准斜齿齿轮传动，未采用变位，其节圆与分度圆重合，故：11dd，22dd。第6章习题6-1在题6-6图所示的轮系中，已知各轮齿数为：z1＝20，z2＝40，'2z＝20，z3＝30，'3z＝20，z4＝32，z5＝40，试求传动比15i。题6-6图64'321543215zzzzzzzzi6-7在题6-7图所示轮系中，已知齿轮1转向如图所示，n1=405r/min。各轮齿数为：z1=2z=4z=20，z2=z3=z5=30，z4=z6=60，试求：(1)传动比16i；(2)齿轮6的转速n6的大小及转动方向。解：(1)此为定轴轮系，先判定方向，首末两轮转向相反，传动比为：5.13421642543216543216zzzzzzzzzzzzzzzzi（2）min/30/1616rinn6-9在题6-9图所示的一手摇提升装置中，已知各轮齿数，试求传动比i15，并指出提升重物时手柄的转向。解：此为定轴轮系，先判定方向，提升重物时，齿轮5逆时针转动；蜗轮4顺时针转动，在啮合点处受力与速度向上，则蜗杆在啮合点处受力向下，又蜗杆右旋，对蜗杆用右手定则，判定其转动方向为由右指向左；锥齿轮2'方向向上；最后得出齿轮1方向向上。传动比：8.5774321543215zzzzzzzzi6-10题6-10图(a)、(b)分别为两个不同结构的锥齿轮周转轮系，已知z1=20，z2=24，2z=30，z3=40，n1=200r/min，n3=-100r/min。试求两轮系中行星架H的转速nH的大小和方向。解：(a)6.12132313113zzzznnnnnniHHHHH，代入已知数据得：min/600rnH；(b)6.12132313113zzzznnnnnniHHHHH，代入已知数据得：min/4.15rnH。6-11在题6-11图所示的手动葫芦中，A为手动链轮，B为起重链轮。已知z1=12，z2=28，'2z=14，z3=54，求传动比iAB。解：齿轮1与手动链轮A相连，系杆H与起重链轮B相连，求传动比iAB即为求i1H。挂钩不动，可看作机架。此为周转轮系中的行星轮系（中心轮3固定），其转化轮系的传动比为：92132313113zzzznnnnnniHHHHH将03n代入得：iAB=i1H=10。6-12在图6-12所示的电动三爪自定心卡盘传动轮系中，设已知各轮的齿数为61z,2522zz，573z，564z，试求传动比14i。解：该轮系为3K-H型周转轮系，固定系杆H，转化为定轴轮系。对1-2-3-H可得：5.101113131zziiHH对3-2-2'-4-H可得：561114232434zzzziiHH所以588)56(5.1041414114HHHHiii轮1与轮4转向相反。注：此题有多种解法，请思考。1H2243第8章习题8-1机械零件的主要失效形式是什么？相应的计算准则是什么？8-2简述机械零件设计的一般步骤。8-3按应力随时间的变化关系，交变应力分为几种？许用应力和极限应力有什么不同？8-4什么是钢？什么是铸铁？碳素钢的力学性能主要取决于什么？如何划分高碳钢、中碳钢、低碳钢？8-5在机械设计中，常用的材料有哪些？8-6钢、铸铁和铜合金等材料的牌号是怎样表示的？说明下列材料牌号的含义及材料的主要用途：Q235，45，40Cr，65Mn，20CrMnTi，ZG310-570，HT200，QT500-7，ZCuSn10P1，ZCuAl10Fe3。第9章习题9-1试计算M20、M20×1.5螺纹的升角，并通过计算指出哪种螺纹的自锁性较好。解:由教材表9-1、表9-2查得20M，粗牙，螺距mm5.2P，中径mm376.182d螺纹升角48.2376.1814.35.2arctanarctan2dP5.120M，细牙，螺距mm5.1P，中径mm026.19026.012dd螺纹升角44.1