《机械设计基础》作业答案
第一章平面机构的自由度和速度分析
1－1
1－2
1－3
1－4
1－5
自由度为：
或：
1－6
自由度为
或：
1－10
自由度为：
或：
1－11
1－13：求出题1-13图导杆机构的全部瞬心和构件
1、3的角速度比。
1－14：求出题1-14图正切机构的全部瞬心。设，求构件3的速度
。
1－15：题1-15图所示为摩擦行星传动机构，设行星轮2与构件
1、4保持纯滚动接
。 触，试用瞬心法求轮1与轮2的角速度比
构件
1、2的瞬心为P12
P
24、P14分别为构件2与构件1相对于机架的绝对瞬心
1－16：题1-16图所示曲柄滑块机构，已知：，求机构全部瞬心、滑块速度
，
和连杆角速度
。
，
在三角形ABC中，，，，
，
1－17：题1-17图所示平底摆动从动件凸轮1为半径
，
，求的数值和方向。
的圆盘，圆盘中心C与凸轮和
时，从动件回转中心的距离，角速度
时
方向如图中所示 当时
方向如图中所示
第二章平面连杆机构
2-1 试根据题2-1图所注明的尺寸判断下列铰链四杆机构是曲柄摇杆机构、双曲柄机构还是双摇杆机构。
（1）双曲柄机构
（2）曲柄摇杆机构
（3）双摇杆机构
（4）双摇杆机构
2-3 画出题2-3图所示各机构的传动角和压力角。图中标注箭头的构件为原动件。
2-4 已知某曲柄摇杆机构的曲柄匀速转动，极位夹角θ为300，摇杆工作行程需时7s。试问：（1）摇杆空回程需时几秒？（2）曲柄每分钟转数是多少？ 解：（1）根据题已知条件可得：
工作行程曲柄的转角
则空回程曲柄的转角
摇杆工作行程用时7s，则可得到空回程需时：
（2）由前计算可知，曲柄每转一周需时12s，则曲柄每分钟的转数为
2-5 设计一脚踏轧棉机的曲柄摇杆机构，如题2-5图所示，要求踏板CD在水平位置上0下各摆10，且。（1）试用图解法求曲柄AB和连杆BC的长度；（2）用式（2-6）和式（2-6）＇计算此机构的最小传动角。 解：
以踏板为主动件，所以最小传动角为0度。
2-6 设计一曲柄摇杆机构。已知摇杆长度，摆角，摇杆的行程速比变化系数。（1）用图解法确定其余三杆的尺寸；（2）用式（2-6）和式（2-6）＇确定机构最小传动角计）。
解：由K=1.2可得极位夹角
（若
，则应另选铰链A的位置，重新设
2-7 设计一曲柄滑块机构，如题2-7图所示。已知滑块的行程，行程速度变化系数，求曲柄和连杆的长度。
，偏距解：由K=1.2可得极位夹角
2-8 设计一摆动导杆机构。已知机架长度求曲柄长度。
解：由K=1.4可得极位夹角
，行程速度变化系数，
2-10 设计一铰链四杆机构作为加热炉炉门的起闭机构。已知炉门上两活动铰链的中心距为50mm，炉门打开后成水平位置时，要求炉门温度较低的一面朝上（如虚线所示），设固定铰链安装在yy轴线上，其相关尺寸如题图2-10图所示，求此铰链四杆机构其余三杆的长度。
2-12
已知某操纵装置采用铰链四杆机构。要求两连架杆的对应位置如题2-12图所示，；
，
；
，
；机架长度，，试用解析法求其余三杆长度。
解：由书35页图2-31可建立如下方程组：
消去δ，并整理可得：
令：
（1）
（2）
（3）
于是可得到
分别把两连架杆的三个对应转角带入上式，可得到关于P
1、P
2、P3由三个方程组成的方程组。可解得：
，再由（1）、（2）、（3），可解得：
第三章 凸轮机构
3-1 题3-1图所示为一偏置直动从动件盘形凸轮机构，已知AB段为凸轮的推程廓线，试在图上标注推程运动角Φ。
3-2题3-2图所示为一偏置直动从动件盘形凸轮机构，已知凸轮是一个以C点为圆心的圆盘，试求轮廓上D点与尖顶接触是的压力角，并作图表示。
3-4 设计题3-4图所示偏置从动件盘形凸轮。已知凸轮以等角速度顺时针方向回转，偏距，凸轮基圆半径
，滚子半径
，从动件的升程，，，，，从动件在升程和回程均作简谐运动，试用图解法绘制出凸轮的轮廓并校核推程压力角。 解：（1）推程： 推程角：
从动件的位移方程：
从动件的行程：
00 0
500 2.01
1000 27.99
1500 30 （mm）
（2）回程： 回程角：
从动件的位移方程：00
400
800
1200 （mm） 30
27.99
2.01
0
于是可以作出如下的凸轮的理论轮廓曲线，再作一系列的滚子，绘制内包络线，就得到凸轮的实际轮廓曲线（略）
注：题3-
6、3-7依次按上述步骤进行作图即可，不同的是：3-6为一摆动从动件盘形凸轮机构，3-7为一平底直动从动件盘形凸轮机构。
第四章 齿轮机构
4-1 已知一对外啮合正常齿制标准直齿圆柱齿轮，，，试计算这对齿轮的分度圆直径、齿顶高、齿跟高、顶隙、中心距、齿顶圆直径、齿跟圆直径、基圆直径、齿距、齿厚和齿槽宽。 解：
项目及计算公式
齿轮1
齿轮2
分度圆直径
57 123 齿顶高
（）
3 3
齿跟高
（
） 3.75
3.75 顶隙
（）
0.75 0.75 中心距
90
齿顶圆直径
63 129 齿跟圆直径
49.5 115.5 基圆直径
（
） 53.5625
9.42 4.71 4.71
，齿数
115.5822 齿距
，齿厚
齿槽宽
4-2 已知一对外啮合标准直齿圆柱齿轮的标准中心距，求模数和分度圆直径。
解：由
可得
则其分度圆直径分别为
4-3已知一正常齿制标准直齿圆柱齿轮的齿数该轮的模数。 解：
正常齿制标准直齿圆柱齿轮：则有
，齿顶圆直径，求
4-4 已知一正常齿制标准直齿圆柱齿轮,圆、齿顶圆上渐开线的曲率半径和压力角。
,
,试分别求出分度圆、基解：
齿顶圆压力角：
基圆压力角：
分度圆上齿廓曲率半径：
齿顶圆上齿廓曲率半径：
基圆上齿廓曲率半径：
4-6 已知一对内啮合正常齿制标准直齿圆柱齿轮，，，试参照图4-1b计算该对齿轮的中心距和内齿轮的分度圆直径、齿顶圆直径和齿跟圆直径。
解：该对齿轮为内啮合，所以有 中心距齿轮2为内齿轮，所以有
4-10 试与标准齿轮相比较，说明正变位直齿圆柱齿轮的下列参数：、解： 不变的参数、、、、、
、
、
、
，哪些不变？哪些起了变化？变大还是变小？
、、、
变化 增大
、、、、
减小
，，
，，试计4-11 已知一对正常齿渐开线标准斜齿圆柱齿轮算其螺旋角、端面模数、分度圆直径和齿跟圆直径。
解：对外啮合的斜齿轮中心距为
代入已知参数可得
所以
端面模数
分度圆直径分别为
mm
mm
mm 齿顶圆直径分别为
mm mm 齿跟圆直径分别为
mm mm
第五章 轮系
5-1 在题5-1图所示双级蜗轮传动中，已知右旋蜗杆1的转向如图所示，试判断蜗轮2和蜗轮3的转向，用箭头表示。
5-2 在题5-2图所示轮系中，已知，（右旋），，线速度的大小和方向。
，
，，若
，
，
，
，求齿条6
解：
方向为水平向右。
5-3 在题5-3图所示钟表传动示意图中，E为擒纵轮，N为发条盘，S、M、H分别为秒针、分针、时针。设，时针的传动比，。
，
，，
，
，，
，，，
，求秒针与分针的传动比和分针与
解：为定轴轮系
注意各轮转速之间的关系：
得到则有
5-6 在题5-6图所示液压回转台的传动机构中，已知
，液压马达M的转速，回转台H的转速，求齿轮1的齿数（提示：）。
解：
5-9 在题5-9图所示差动轮系中，已知各轮的齿数
，，，，齿轮1的转速为
（箭头向上），齿轮3的转速为头向下），求行星架转速
的大小和方向。
（箭
解：在转化轮系中，各轮的转向如图中虚线箭头所示，则有
在图中，从给定的条件可知，轮1和轮3的绝对转向相反，已的值为正，
的值为负，代入上式中，则有
即
于是解得
其值为正，说明H的转向与轮1的转向相同。 5-10 在题5-10图所示机构中，已知
，
，，，，求：
（1）当、时，
（2）当时，
（3）当
、
时，
，
，
解：该轮系为一复合（混合）轮系 （1）有
1、
2、3构成定轴轮系，则有
即
（2）由3（H）、
4、
5、
6、7构成周转轮系 易知
即
联立定轴轮系
则
即
①当②当③当
，时，
，
时，
时，
第七章 机械运转速度波动的调节
7-2 在电动机驱动的剪床中，已知作用在剪床主轴上的阻力矩的变化规律如题7-2图所示。设驱动力矩等于常数，剪床主轴转速为，机械运转速度不均匀系数。求：（1）驱动力矩的数值；（2）安装在主轴上的飞轮转动惯量。
解：（1）按一个周期中（一运动循环）阻力矩和驱动力矩做功相等，有
（2）分三个区间 第一区间盈功：
第二区间亏功：
第三区间盈功：
画出能量指示图：
则最大盈亏功为：
则飞轮的转动惯量为
7-3 为什么本章介绍的飞轮设计方法称为近似方法？试说明哪些因素影响飞轮设计的精确性。
解：因在本章所讨论的飞轮设计中，用的是算术平均值代替的实际平均值，对速度不均匀系数的选择也只是在它的容许范围内选择，还有，在计算时忽略了其他构件的转动惯量，也忽略了其他构件的动能影响。所以是近似计算。
7-5 设某机组发动机供给的驱动力矩（即驱动力矩与瞬时角速度成反比），阻力矩在变化如题7-5图所示，，
，
，若忽略其他构件的转动惯量，求
状态下飞轮的转动惯量。
解：用平均角速度处理
两时间段的转角
： ：
则在0～0.1s之间
则在0.1～0.9s之间
则最大盈亏功为
由
可得
第8章 回转件的平衡
8-1 某汽轮机转子质量为1t，由于材质不均匀及叶片安装误差致使质心偏离回转轴线0.5mm，当该转子以5000r/min的转速转动时，其离心力有多大？离心力是它本身重力的几倍？ 解：离心力为：
离心力与重力之比为：
8-4 如图所示盘形回转件，经静平衡试验得知，其不平衡质径积方向沿和。由于结构限制，不允许在与方向各加一个质径积来进行平衡。求
和
的数值。
等于
，
相反方向上加平衡质量，只允许在
解：依题意可得：
于是可解得：
8-5 如图所示盘形回转件上有4个偏置质量，已知
，
，，，，，，，设所有不平衡质量分布在同一回转面内，问应在什么方位、加多大的平衡质径积才能达到平衡？
解：各偏心质量产生的质径积分别为：
于是不平衡质径积的向量和为：
即应在图示反方向的方位加上质径积，回转件才能达到平衡。
第10章 连接 10-4 解：设螺旋副的升角为，当量摩擦角为
，当量摩擦系数用
表示
则 已知 ，则
，
（1）工作台上升的效率为
（2）稳定上升时加于螺杆上的力矩为
（3）螺杆的导程为
则可得螺杆的转速为：
螺杆所需的功率为：
（4）工作台在制动装置。 作用下等速下降，因
，该螺旋副不具有自锁性，所以需要加于螺杆上的制动力矩为：
10-7 解：查表10-1，M20螺栓的小径为
由题意知，因F作用而在轴上产生的摩擦力矩应与W作用而在轴上产生的力矩平衡，即有
则
则每个螺栓所受的轴向力为
螺栓的力学性能等级为4.8级，查表10-5，
，查表10-7，
则
代入试（10-12）有
则 10-10 解：（参考）
暂取螺柱个数为12，性能等级为5.8级（已知） 查表10-5 查表10-7
取残余预紧力
则
取M16的螺柱（其
）
螺柱的分布圆直径为
～取
则螺柱间距为：
所以，选择正确。 10-14 解：选择平键连接，由图中所示轴孔直径可知，与之相装配的轴径也为结合轮毂长度尺寸84，可由表10-9查得需要选择的键为：
键16×80 GB/T 1096-2003 同时可查得键的厚度尺寸
，然后根据题10-8中传递的转矩，利用公式（10-26）及表10-10进行验算强度即可
第11章 齿轮传动 11-1
解：利用题中给定的条件可推导出：
11-4
解：本题为设计计算题，按照例题的步骤进行计算即可。 11-6
解：（1） ； （2） ；（3） ；（4）
11-7 解：
11-9 解：
要使中间轴上两轴向力相互抵消，则应有：
且知轮2和轮3所传递的转矩相等，设都为T，则
即
