机械设计基础习题及答案
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第一章 平面机构的自由度和速度分析
题1-1 在图示偏心轮机构中,1为机架,2为偏心轮,3为滑块,4为摆轮。试绘制该机构的运动简图,并计算其自由度。
题1—2 图示为冲床刀架机构,当偏心轮1绕固定中心A转动时,构件2绕活动中心C摆动,同时带动刀架3上下移动。B点为偏心轮的几何中心,构件4为机架。试绘制该机构的机构运动简图,并计算其自由度。
B 3 C 4
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2 A 1 C 4 B 3 2 A 1
b) 摆动导杆机构 题解1-1 图 a) 曲柄摇块机构 第 2 页 共 27 页
题1—3 计算题1-3图a)与 图b)所示机构的自由度(若有复合铰链,局部自由度或虚约束应明确指出)。
题1-3图a) 题1-3图b)
题1—4 计算题1—4图a、图b所示机构的自由度(若有复合铰链,局部自由度或虚约束应明确指出),并判断机构的运动是否确定,图中画有箭头的构件为原动件。
题1—5 计算题1—5图所示机构的自由度(若有复合铰链,局部自由度或虚约束应明确指出),并标出原动件。
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题1—5图 题解1—5图
题1-6 求出图示的各四杆机构在图示位置时的全部瞬心。
第二章
题2-1在图示铰链四杆机构中,已知 lBC=100mm,lCD=70mm,lAD=60mm,AD为机架。试问:
C (1)若此机构为曲柄摇杆机构,且AB为曲柄,
B 求l AB的最大值;
(2)若此机构为双曲柄机构,求lA D AB最小值; 题2-1图
(3)若此机构为双摇杆机构,求lAB的取值范围。 题2-2 如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θ,最小传动角g min; (3)设滑块为主动件,试用作图法确定该机构的死点位置 。
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连杆机构
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题2-3 图示为偏置曲柄滑块机构,当以曲柄为原动件时,在图中标出传动角的位置, 并给出机构传动角的表达式,分析机构的各参数对最小传动角的影响。
题2-3图 题解2-3图 l1 φl2 1 l1 φ1 l2 γ α
题2-4 设计一曲柄摇杆机构,已知机构的摇杆DC长度为150mm,摇杆的两极限位置的夹角为45°,行程速比系数K=1.5,机架长度取90mm。(用图解法求解,?l= 4 mm/mm) 解答:
题解2-4图
题2-5 设计一摆动导杆机构,已知摆动导杆机构的机架长度d = 450 mm,行程速比系数K=1.40。(比例尺?l?13mm/mm) 题2-6 如图所示,若要求四杆机构的两连架杆对应位置分别是: ?1?45?,?1?50?,
90° 45° 题2-6图 50° ?2?90?,?2?80?,?3?135?,?3?110?,试用解析法设计此四杆机构。
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题2-7 如图所示,已知滑块和摇杆的对应位置分别是S1=40mm,φ1=60°,S2=30mm,φ2=90°,S3=20mm,φ3=120°。试用解析法确定机构各构件的长度和偏心距e。
第三章 凸轮机构
题3-1 欲设计图示的直动滚子从动件盘形凸轮机构,要求在凸轮转角为00~900时,推杆以余弦加速度运动规律上升h= 20 mm,且取r0= 25 mm,e= 10 mm,rr= 5 mm。试求: (1)选定凸轮的转向ω,并简要说明选定的原因;
(2)用反转法画出当凸轮转角φ=00~900时凸轮的工作廓线(画图的分度要求小于150); (3)在图上标注出φ1=450时凸轮机构的压力角α。
(a)
题解3-1图
题3-1图
(b)
题3-2 图示为一摆动平底推杆盘形凸轮机构(?l?0.001m/mm),已知凸轮的轮廓是一个偏心圆,其圆心为C,试用图解法求:
(1)凸轮从初始位置到达图示位置时转角φ0及推杆的角位移ψ0; (2)推杆的最大角位移ψmax及凸轮的推程运动角Φ; (3)凸轮从初始位置回转900时,推杆的角位移ψ90。
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题3-2图
题解3-2图
题3-3 对于直动尖端从动件盘形凸轮机构,已知凸轮推程运动角Φ = π/2, 行程h= 50 mm,求 当凸轮转动角速度ω=10 rad/s时,等加速等减速和正弦加速度这两种常用的基本运动规律的最大速度vmax、最大加速度amax以及所对应的凸轮转角?。
题3-4 根据图示已知条件作出从动件与凸轮在B点接触时的压力角?和从动件的位移sB或?B。
b)
a)
题3-4图
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题3-5 试用解析法求一对心直动平底从动件盘形凸轮机构的凸轮轮廓。已知该凸轮以等角速度逆时针方向转动:Φ = 180°,ΦS = 90°,Φ′= 90°;从动件的行程h?25mm,基圆半径r0?50mm;从动件在推程段按余弦加速度运动规律上升,在回程段按等速运动规律返回。试以凸轮转动中心为坐标原点求解凸轮轮廓的坐标值(按凸轮转角的100间隔计算) ,并绘出凸轮轮廓(?l?0.002m/mm)。
题3-5图 题解3-5图
m/mm)。圆心为O,半径R =30 mm,偏心距L= 10 mm,r= 10 mm,偏距e = 10 mm。试求(均在图上标出): 题3-6 图示的凸轮为偏心圆盘(?l?0.001OA r (1)推杆的行程h和凸轮的基圆半径r0;
(2)推程运动角Φ、远休止角ΦS、回程运动角Φ,和 近休止角ΦS,;
(3)最大压力角?max的数值及发生的位置; (4)从B点接触到C点接触凸轮所转过的角度φ0和 推杆的位移s;
题3-6图
(5)C点接触时凸轮机构的压力角?C。
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第四章 齿轮传动
0题4-1 已知一对齿数相等,??20,模数m?5mm的渐开线直齿圆柱齿轮。为了提高其重合度而又不希望增加齿数,故增加主、从动轮的顶圆,使其刚好通过彼此的极限啮合点。若要求重合度
???1.621,试求:
(1)两轮齿数;
(2)齿廓曲线在分度圆上的曲率半径?;
(3)两轮的齿顶圆直径及齿厚,并检查齿顶齿厚是否变尖(inv200?0.014904);
(4)中心距为a?m(Z1?Z2)/2时,其径向间隙c??(齿轮用标准正常齿刀具切削)。
题4-2 已知一对变位直齿圆柱齿轮传动,Z1?15,Z2?27,m?6mm,??200,
(1)用作图法求实际啮合线AB的长度; (2)求重合度?。
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h*a?1,c*?0.25,x1?0.75,x2?0,要求无侧隙啮合和具有标准顶隙,试: 第 9 页 共 27 页
0 题4-3 有三个标准齿轮,压力角??20,其模数和齿数分别为m1 = 2 mm,Z1 = 20; m2 = 2 mm,Z2 = 50;m3 = 5 mm,Z3 = 20.问这三个齿轮的齿形有何不同?可以用同一把成形铣刀加工吗? 可
以用同一把滚刀加工吗?
0**0??20h?1c?0.25??15nann 题4-4 有一标准斜齿圆柱齿轮机构,已知mn=5mm, ,,, Z1 =20,Z2 = 45,,b = 50 mm.试求两斜齿轮的分度圆直径d;齿顶圆直径da;齿根圆直径df;法面齿距pn;端面齿距
pt;当量齿数Zv;端面啮合角
?t';中心距a及重合度?r。
0h*?1??20 题4-5 有一标准直齿圆柱齿轮机构,已知Z1=20,Z2=40,m=4mm, ,a。为提高齿轮机构传动的平稳性,要求在传动比i、模数m和中心距a都不变的前提下,把标准直齿圆柱齿轮机构改换成
标准斜齿圆柱齿轮机构。试设计这对齿轮的齿数Z1、Z2和螺旋角?。( Z1应小于20)。
**h?1,c?0.25,及两轴交角Σ= 900。求两轮的分度圆锥角δ1 和δ2 ; 分度圆半径r1和r2; 锥距R; 齿顶角θa;齿根角a 题4-6 已知一对等顶隙直齿锥齿轮的齿数Z1 = 20,Z2 = 40, α= 20,m = 5 mm,
0
θf; 顶锥角δ
a1
和δa2; 齿顶圆半径ra1和ra2; 齿根圆半径rf1和rf2及当量齿数Zv1和Zv2。
第五章 轮系
题5-1 图示轮系中,已知1轮
1 转向n1如图示。各轮齿数为:Z1=20, n1 3 2 5 7 题5-1 图 66 8 8 10 Z2=40,Z3= 15,Z4=60,Z5=Z6= 18, Z7=1(左旋蜗杆),Z8=40,Z9 =20 。 若n1 =1000 r/min ,齿轮9的模数
9 m =3 mm,试求齿条10的速度v10 及 其移动方向(可在图中用箭头标出)。
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题5-2 图示轮系中,已知蜗杆1为双头左旋蜗杆,转向如图示,蜗轮2的齿数为 1 n1 Z2= 50 ;蜗杆2′为单头右旋蜗杆, 蜗轮3的齿数为Z3=40;其余各轮齿 数为;Z3′=30,Z4 = 20 ,Z4′ = 26 , Z5 =18,Z5′=28,Z6=16,Z7=18。要求:
(1) 分别确定蜗轮2、蜗轮3的 轮齿螺旋线方向及转向n2、n3 ;
(2) 计算传动比i17 ,并确定齿 轮7的转向n7。
题5-3 已知轮1转速n1 =140 r/min,Z1=40,
3 4 7 3′ 题5 - 2 图 2 2′ 5 4′ 6 Z2 =20。求:
(1)轮3齿数 Z3 ;
(2)当n3 = -40 r/min时,系杆H的转速
2 H 1 题5-3 图
nH的大小及方向;
(3)当nH = 0 时齿轮3的转速n3 。
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题5-4 图示为锥齿轮组成的周转轮系。已知:Z1 =Z2=17, Z2′= 30,Z3= 45 ,若1轮转速n1 =200 r/min 。 (1)确定系杆的转速nH 的大小和转向;
(2)试问能否用 教材式(5-2)求解该周转轮系中行星轮2的转速n2 ?为什么?
1 2′ H 2 题5-4图 3 1 2′ H 2 23
题解5-4 图 Z2= 19 Z2′=18
题5-5 图示万能刀具磨床工作 台的进给装置中,运动经手柄输入, 由丝杠输出,已知单头丝扛螺距L= 5 mm,试计算手柄转动一周时工作 台的进给量S。
Z1=19 Z3=20 题5-5 图
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题5-6 图示轮系中,已知各轮齿数为:Z1= 20,Z2= 34,Z3 = 18,Z4= 36,Z5= 78,
Z6 = Z7 = 26。试求:传动比i1H 。
题5-6图 题解5-6图
题5-7 图示轮系中,已知各轮齿数为:Z1=Z2′=25,Z2=Z3=Z5=20, Z4=100。 试求:传动比i15 。 2 4 2′ 行星轮系 2 4 2′ 1 3 1 3 题5-7 图
题解5-7 图
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题5-8 图示轮系中。已知各轮齿数为:Z1 = Z2 = Z2′=24,Z3 = 72,Z4 = 89,Z5 = 95,Z6 = 24,Z7 = 30,试求:A轴与B轴之间的传动比iAB 。
A A 6 7 题解5-8图 4 5 3 H 2 1 B 5 3 差动轮系 H 2 1 B 4
6 7 题5-8 图 题5-9 在图示轮系中,已知各轮齿数为:Z1=Z2'=20,Z2 =Z3=40,Z4=100,Z5=Z6=Z 7 = 30,求:传动比i17 。
题5-9图
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第八章 回转件的平衡
题8-1 如图所示,有一盘形回转体,存在四个偏心 质量,设所有不平衡质量近似分布在垂直于轴线的同一平 面内,且已知m1 =50 kg、m2 =70 kg、m3 = 80 kg、m4 =100 kg,r1=r4=100 mm、r2=200 mm、r3=150 mm,各偏心质量
题8-1图 m1 m4 r4 r1 m2 r3 m3 r2 的方位如图所示。试问应在什么位置上加上多大平衡质量 (设平衡质量mc的质心到回转轴的距离rc=150mm)?
题8-2 图示的回转体中,具有4个不平衡质量m1= 20 kg、 m2=25 kg、m3=30 kg、m4= 35 kg,它们的质心到回转轴的距离分别为r1= 30 mm、r2= 30 mm、r3= 25 mm、r4= 20 mm,依次夹90°
?????????角,且各不平衡质量所在平面间距离l1=l2=l3;现拟在平面Ⅰ和Ⅱ中添加平衡质量mc和mc,它们的质心至回转轴的距离分别为rc=rc= 80 mm 。试求:mc、mc的大小、方位。
Ⅱ
m2 r2 m3 r1 m r4 r3 1Ⅰ
m4
题8-2图
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第十章 联接
题10-1 一螺旋拉紧装置如题10—1图所示,若按图上 箭头方向旋转中间零件,能使两端螺杆A和B向中央移动, 从而将两零件拉紧。试问该装置中螺杆A和B上的螺纹旋 向是右旋还是左旋?
题10-2 为什么在重要的受拉螺栓连接中不宜采用直径小于M12~M16的螺栓?
题10-3 一牵曳钩用2个M10的普通螺栓固定于机体上,如题10—3图所示。已知接合面间的摩擦系数f=0.15,螺栓材料为Q235钢、强度级别为4.6级,装配时控制预紧力,试求螺栓组连接允许的最大牵引力。
题10—3图
题10—1图
题10—4 一刚性凸缘联轴器用6个M10的铰制孔用螺栓(螺栓 GB27—88)连接,结构尺寸如题10—4图所示。两半联轴器材料为HT200,螺栓材料为Q235钢、性能等级5.6级。 试求: (1)该螺栓组连接允许传递的最大转矩Tmax ;
(2)递的最大转矩Tmax不变,改用普通螺栓连接,试计算螺栓直径,并确定其公称长度,写出螺栓标记。(设两半联轴器间的摩擦系数f=0.16,可靠性系数Kf=1.2)。
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题12-5 在图示传动系统中,1为蜗杆,2为蜗轮,3和4为斜齿圆柱齿轮,5和6为直齿锥齿轮。若蜗杆主动,要求输出齿轮6的回转方向如图所示。试决定: (1) Ⅱ、Ⅲ轴的回转方向(并在图中标示);
(2) 若要使Ⅱ、Ⅲ轴上所受轴向力互相抵消一部分,蜗杆、蜗轮及斜齿轮3 和4的螺旋线方向;
(3) Ⅱ、Ⅲ轴上各轮啮合点处受力方向(Ft 、Fr 、Fa在图中画出)。
题12-6 已知一闭式单级普通蜗杆传动,蜗杆的转速n1 = 1440 r/min,传动比i = 24,Z1 = 2,m = 10 mm ,q =8 ,蜗杆材料为45号钢表面淬火,齿面硬度为50HRC,蜗轮材料为ZCuSn10P1,砂模铸造。若工作条件为单向运转,载荷平稳,使用寿命为24000 h 。试求:蜗杆能够传递的最大功率P1 。
Ⅱ 2 n6(nⅣ) 3 题12-5图 1 Ⅰ Ⅲ 6 4 5 第十三章 带传动和链传动
题13-1 简答题
(1)带传动的带速v为什么规定在5~25 m/s范围内?
(2)带传动为什么要限制最大中心距、最大传动比、最小带轮直径?
(3)影响链传动动载荷的主要参数是什么?设计中应如何选择?
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i?(4)链传动的传动比写成
n1z2d2??n2z1d1是否正确?为什么?
题13-2 单根V带传动的初拉力F0=354N,主动带轮的基准直径dd1=160mm,主动轮转速 n1=1500r/min,主动带轮上的包角α1=150°,带与带轮上的摩擦系数为f=0.485。试求:
(1)V带紧边、松边的拉力F1和F2;(忽略带的离心拉力的影响) (2)V带传动能传递的最大有效拉力Fe及最大功率P0 。
题13-3 一带传动的大、小带轮的基准直径d1=100mm,d2=400mm,小带轮转速n1=1460r/min,滑动率ε=0.02,传递功率P=10 kW。求:带速V、有效拉力Fe、大带轮实际转速n2 。
题 13-4 测得一普通V带传动的数据如下:n1=1460r/min,中心距a=400mm,小带轮直径d1=140mm,大带轮直径d2=400mm,B型带共3根,传动水平布置,张紧力按标准规定,采用电动机传动,一班制工作,工作平稳,试求:该V带传动允许传递的最大功率。
题 13-5 设计一用电动机驱动破碎机的普通V带传动。已知电动机额定功率P=5.5 kw,转速n1=960 r/mim,带传动传动比i=2,两班制工作,要求轴间中心距a<600 mm。
题 13-6 某带传动装置主动轴扭矩为T1,两轮直径d1、d2各为100mm与150mm,运转中发生了严重打滑现象,后带轮直径改为d1=150mm,d2=225mm,带长相应增加,传动正常,试问其原因何在? 题13-7 一链号为16A的滚子链传动,主动轮齿数z1=17,链轮转速n1=730r/min,中心距a=600mm。求平均链速v,瞬时链速的最大值vmax和最小值vmin。
题13-8 某单排滚子链传动,已知主动轮转速n1=800r/min,齿数z1=19,z2=90,中心距a≈900mm,该链的极限拉伸载荷Q=55600N。若工作情况系数KA=1.2,求该传动能传递的功率。
第十四章 轴
题14-1 简述轴的结构设计应满足的基本要求。指出图中结构设计的错误,在错误处标出序号,并按序号一一说明理由。
题14-1图
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题14-2 根据图示卷筒轴的三种设计方案填写下表(表中轴的类型为按承载情况分):
方案 a b c 轴的类型 轴上应力 应力循环特性
题14-2图
题14-3 设计图示单级斜齿圆柱齿轮减速器低速轴的结构。已知齿轮相对于支承为对称布置,齿轮宽度b2=100 mm,轴承为7308AC,两支承间的跨度L=200mm,外伸端装有一个半联轴器,孔的直径在25~35mm之间,轴与孔的配合长度为L′=60mm。
,
60 200 150 题14-3 图
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题14-4 有一带式输送机的双级斜齿圆柱齿轮减速器(如图a所示),功率由带轮输入。已知带传动为水平布置,V带对轴的作用力为FQ=2300 N(与 Fr1在同一平面,且方向与Fr1 相同)。主动轮1的分度圆直径d1=120 mm,Ft1=5000 N,Fr1=1800 N,Fɑ1=760 N。计算输入轴的支反力,画出轴的受力图,弯矩图、转矩图、当量弯矩图。
第十五章 滑动轴承
题15-1 简答题
1.对滑动轴承的轴瓦材料有哪些具体要求?如何选用?
2.题15-1(2)图所示四种摩擦副中,哪些不能形成油膜压力?为什么?
题15-2 一非液体润滑径向滑动轴承,轴颈直径d = 200 mm,轴承宽度B = 200 mm,轴承材料为ZCuAl10Fe3。试求:当轴转速n = 120 r/min时,轴承允许的最大径向载荷。
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题15-3 一起重机卷筒轴用非液体摩擦径向滑动轴承支承。已知径向工作载荷F=100kN,轴承直径d=90 mm,转速n=90 r/min。设计此滑动轴承。
第十六章 滚动轴承
题16-1 根椐国家标准规范,说明下列轴承代号的含义及其主要特性(直接填入下表中)
内径d 尺寸系列 类型 公差等级 内部结构 30209 N2314 7320AC 6306/p5 题16-2 某传动装置,轴上装有一对6309轴承,两轴承上的径向负荷分别为:FR1= 5600 N,FR2= 2500 N,Fa= 1800 N,轴的转速为n= 1450 r/min,预期寿命为Lh′=2500h,工作温度不超过100℃,但有中等冲击。试校核轴承的工作能力。若工作能力不满足要求,如何改进?
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1 2 Fa Fa - 2 题 16-图
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题16-3 在斜齿圆柱齿轮减速器的输出轴中安装有一对70000AC角接触球轴承。已知FR1=3500N,FR2=1800N。斜齿圆柱齿轮的轴向力Fa=1000N,载荷有轻微冲击。试分别按题16-3图中两种装配方案,计算两轴承的当量动负荷。
FR1 FR2 Fa FR1 Fa
FR2 题16-3图
(a) (b)
题16-4 蜗轮轴上安装有一对 30207轴承,轴承上的载荷分别为
FR1 Fa FR2 FR1 = 5000 N,FR2= 2800 N,轴 向载荷Fa=1000 N,工作温度低于 125℃,载荷平稳,n=720 r/min。 试计算两轴承的寿命。
题16-4 图 题16-5 下图为双级斜齿圆柱齿轮减速器输出轴的轴系结构图,齿轮用油润滑,轴承采用脂润滑。试分析轴系结构的错误,在有错误处标明序号,说明错误原因并提出改进方法。
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第十七章 连轴器、离合器和制动器
题17-1 填空题
1) 联轴器和离合器是用来 连接两轴,并传递运动和扭矩的轴系 部件;制动器是 用来 降低机械速度或廹使机械停止运转 的装置。
2)用联轴器连接的两轴 只有在运动停止后经过拆卸才能彼此 分开;而用离合器 连接的两轴在机器工作时 可随时接合或分离 。
3)挠性联轴器按其组成中是否具有弹性元件,可分为 无弹性元件的挠性(刚性可 移式) 联轴器和有弹性元件的挠性(弹性) 联轴器两大类 。
4)两轴线易对中、无相对位移的轴宜选 刚性 联轴器;两轴线不易对中、有相对 位移的长轴宜选 挠性 联轴器;起动频繁、正反转多变、使用寿命要求长的大功率重 型机械宜选 齿轮 联轴器;起动频繁、经常正反转、受较大冲击载荷的高速轴宜选 有弹 性元件的挠性(弹性)联轴器 。
5)牙嵌离合器只能在 两轴不回转 或 两轴的转速差很小 时进行接合 。
6)摩擦离合器靠 工作面的摩擦力 来传递扭矩,两轴可在 任何速度 时实现接合或 分离。
题17-2 试选择一电动机输出轴用联轴器,已知:电机功率P = 11 kW,转速n=1 460 r/min,轴径d = 42 mm,载荷有中等冲击。确定联轴器的轴孔与键槽结构型式、代号及 尺寸,写出联轴器的标记。
题17-3 某离心水泵与电动机之间选用弹性柱销联轴器连接,电机功率P = 22 kW,转 速n=970 r/min,两轴轴径均为d=55mm,试选择联轴器的型号并绘制出其装配简图。
答案参见我的新浪博客:http://blog.sina.com.cn/s/blog_3fb788630100muda.html
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