第五版 机械设计基础1-18章答案(全).doc
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1、机械设计基础习题答案第一章 平面机构的自由度和速度分析1-1至1-4解 机构运动简图如下图所示。 图 1-1 题1-1解图 图1.12 题1-2解图 图1.13 题1-3解图 图1.14 题1-4解图 1-5 解 1-6 解 1-7 解 1-8 解 1-9 解 1-10 解 1-11 解 1-14解 该正切机构的全部瞬心如图所示,构件 3的速度为: ,方向垂直向上。 第二章 平面连杆机构题 2-1答 : a ) ,且最短杆为机架,因此是双曲柄机构。 b ) ,且最短杆的邻边为机架,因此是曲柄摇杆机构。 c ) ,不满足杆长条件,因此是双摇杆机构。 d ) ,且最短杆的对边为机架,因此是双摇杆机
2、构。 题 2-3 见图 2.16 。 图 2.16题 2-4解 : ( 1 )由公式 ,并带入已知数据列方程有: 因此空回行程所需时间 ; ( 2 )因为曲柄空回行程用时 , 转过的角度为 , 因此其转速为: 转 / 分钟 题 2-5 解 : ( 1 )由题意踏板 在水平位置上下摆动 ,就是曲柄摇杆机构中摇杆的极限位置,此时曲柄与连杆处于两次共线位置。取适当比例 图 尺,作出两次极限位置 和 (见图2.17 )。由图量得: , 。 解得 : 由已知和上步求解可知: , , , ( 2 ) 因最小传动角位于曲柄与机架两次共线位置,因此取 和 代入公式( 2-3 )计算可得: 或: 代入公式( 2
3、-3 ),可知 题 2-6解: 因为本题属于设计题,只要步骤正确,答案不唯一。这里给出基本的作图步骤,不给出具体数值答案。作图步骤如下(见图 2.18 ): ( 1 )求 , ;并确定比例尺 。 ( 2 )作 , 。(即摇杆的两极限位置) ( 3 )以 为底作直角三角形 , , 。 ( 4 )作 的外接圆,在圆上取点 即可。 在图上量取 , 和机架长度 。则曲柄长度 ,摇杆长度 。在得到具体各杆数据之后,代入公式 ( 2 3 )和 ( 2-3 )求最小传动角 ,能满足 即可。 图 2.18题 2-7图 2.19解 : 作图步骤如下 (见图 2.19 ) : ( 1 )求 , ;并确定比例尺 。
4、 ( 2 )作 ,顶角 , 。 ( 3 )作 的外接圆,则圆周上任一点都可能成为曲柄中心。 ( 4 )作一水平线,于 相距 ,交圆周于 点。 ( 5 )由图量得 , 。解得 : 曲柄长度: 连杆长度: 题 2-8 解 : 见图 2.20 ,作图步骤如下: ( 1 ) 。 ( 2 )取 ,选定 ,作 和 , 。 ( 3 )定另一机架位置: 角平分线, 。 ( 4 ) , 。 杆即是曲柄,由图量得 曲柄长度: 题 2-9解: 见图 2.21 ,作图步骤如下: ( 1 )求 , ,由此可知该机构没有急回特性。 ( 2 )选定比例尺 ,作 , 。(即摇杆的两极限位置) ( 3 )做 , 与 交于 点。
5、 ( 4 )在图上量取 , 和机架长度 。 曲柄长度: 连杆长度: 第三章 凸轮机构3-1解图 3.10 题3-1解图如图 3.10所示,以O为圆心作圆并与导路相切,此即为偏距圆。过B点作偏距圆的下切线,此线为凸轮与从动件在B点接触时,导路的方向线。推程运动角 如图所示。 3-2解图 3.12 题3-2解图如图 3.12所示,以O为圆心作圆并与导路相切,此即为偏距圆。过D点作偏距圆的下切线,此线为凸轮与从动件在D点接触时,导路的方向线。凸轮与从动件在D点接触时的压力角 如图所示。 第四章 齿轮机构4-1解 分度圆直径齿顶高 齿根高顶 隙 中心距 齿顶圆直径 齿根圆直径 基圆直径 齿距 齿厚、齿
6、槽宽 4-2解由 可得模数 分度圆直径 4-3解 由 得 4-4解 分度圆半径 分度圆上渐开线齿廓的曲率半径 分度圆上渐开线齿廓的压力角 基圆半径 基圆上渐开线齿廓的曲率半径为 0; 压力角为 。 齿顶圆半径 齿顶圆上渐开线齿廓的曲率半径 齿顶圆上渐开线齿廓的压力角 4-5解 正常齿制渐开线标准直齿圆柱齿轮的齿根圆直径: 基圆直径 假定 则解 得 故当齿数 时,正常齿制渐开线标准直齿圆柱齿轮的基圆大于齿根圆;齿数 ,基圆小于齿根圆。 4-6解 中心距 内齿轮分度圆直径 内齿轮齿顶圆直径 内齿轮齿根圆直径 4-9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,
7、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。 第五章 轮系5-1解: 蜗轮 2和蜗轮3的转向如图粗箭头所示,即 和 。图 5.1 图5.2 5-2解: 这是一个定轴轮系,依题意有: 齿条 6 的线速度和齿轮 5 分度圆上的线速度相等;而齿轮 5 的转速和齿轮 5 的转速相等,因此有: 通过箭头法判断得到齿轮 5 的转向顺时针,齿条 6 方向水平向右。 5-3解:秒针到分针的传递路线为: 6543,齿轮3上带着分针,齿轮6上带着秒针,因此有。 分针到时针
8、的传递路线为: 9101112,齿轮9上带着分针,齿轮12上带着时针,因此有: 。 图 5.3 图5.4 5-4解: 从图上分析这是一个周转轮系,其中齿轮 1、3为中心轮,齿轮2为行星轮,构件 为行星架。则有: , , 当手柄转过 ,即 时,转盘转过的角度 ,方向与手柄方向相同。 5-5解: 这是一个周转轮系,其中齿轮 1、3为中心轮,齿轮2、2为行星轮,构件 为行星架。 则有: , 传动比 为10,构件 与 的转向相同。 图 5.5 图5.6 5-6解: 这是一个周转轮系,其中齿轮 1为中心轮,齿轮2为行星轮,构件 为行星架。 则有: , , 图 5.8 图5.8 5-8解: 这是一个周转轮
9、系,其中齿轮 1、3为中心轮,齿轮2、2为行星轮, 为行星架。 , 与 方向相同 5-9解: 这是一个周转轮系,其中齿轮 1、3为中心轮,齿轮2、2为行星轮, 为行星架。 设齿轮 1方向为正,则 , 与 方向相同 图 5.9 5-11解: 这是一个混合轮系。其中齿轮 4、5、6、7和由齿轮3引出的杆件组成周转轮系,其中齿轮4、7为中心轮,齿轮5、6为行星轮,齿轮3引出的杆件为行星架 。而齿轮1、2、3组成定轴轮系。在周转轮系中: (1) 在定轴轮系中: (2) 又因为: , 联立( 1)、(2)、(3)式可得: ( 1)当 , 时, , 的转向与齿轮1和4的转向相同。 ( 2)当 时, ( 3
10、)当 , 时, , 的转向与齿轮1和4的转向相反。 图 5.11 第九章 机械零件设计概论9-1答 退火:将钢加热到一定温度,并保温到一定时间后,随炉缓慢冷却的热处理方法。主要用来消除内应力、降低硬度,便于切削。 正火:将钢加热到一定温度,保温一定时间后,空冷或风冷的热处理方法。可消除内应力,降低硬度,便于切削加工;对一般零件,也可作为最终热处理,提高材料的机械性能。 淬火:将钢加热到一定温度,保温一定时间后,浸入到淬火介质中快速冷却的热处理方法。可提高材料的硬度和耐磨性,但存在很大的内应力,脆性也相应增加。淬火后一般需回火。淬火还可提高其抗腐蚀性。 调质:淬火后加高温回火的热处理方法。可获得
11、强度、硬度、塑性、韧性等均较好的综合力学性能,广泛应用于较为重要的零件设计中。 表面淬火:迅速将零件表面加热到淬火温度后立即喷水冷却,使工件表层淬火的热处理方法。主要用于中碳钢或中碳合金钢,以提高表层硬度和耐磨性,同时疲劳强度和冲击韧性都有所提高。 渗碳淬火:将工件放入渗碳介质中加热,并保温一定时间,使介质中的碳渗入到钢件中的热处理方法。适合于低碳钢或低碳合金钢,可提高表层硬度和耐磨性,而仍保留芯部的韧性和高塑性。 第十章 连接10-1证明 当升角与当量摩擦角 符合 时,螺纹副具有自锁性。 当 时,螺纹副的效率 所以具有自锁性的螺纹副用于螺旋传动时,其效率必小于 50%。 10-2解 由教材表
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