机械设计基础课后习题答案.docx
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机械设计基础课后习题答案
2-1题
(a)双曲柄机构;
(b)曲柄摇杆机构;
(c)双摇杆机构;
(d)双摇杆机构。
2-2题
e0时,曲柄条件:
IabIbce;e0时,曲柄
机械设计基础课后习题解答参考
1-2题
n5,P7,Ph0
F352701机构有1个主动构件,所以机构有确定运动。
1-3题
n8,Pi11,Ph1
F3821111
机构有1个主动构件,所以机构有确定运动。
1-4题n8,Pi11,p.0
F3821102
机构有2个主动构件,所以机构有确定运动。
1-5题
n6,Pi8,Ph1
F362811
机构有1个主动构件,所以机构有确定运动。
K1121
极位夹角18018016.3636
2-6题
K1151
极位夹角180-180.36
K11.51
2-7题
极位夹角180K—1180「'一136
2-8题
4-1题
da(Z
2h;)m
(z
2)m
所以m
da
225
2.25mm
z2100
3-2题
主要几何尺寸计算(略)
4-2题略
4-3题
分锥角
2
arctan*arctan4368.4287
6825'43"
Z1
17
1
290
221.5713
2134'17"
分度圆
d1
mz1
31751mm;
d2mz23
43129mm
齿顶圆
da1
d1
2mcos151
23cos21.571356.580mm
da2
d2
2mcos21292
3cos68.4287
131.206mm
齿根圆
df1
d1
2.4mcos1
512.43cos21.571344.304
根锥角
f1
1
f
17.119417
7'10"
f2
2
f63.9768
63
58'36"
顶锥角
a1
1
a
25.283525
17'1"
a2
2
a72.1409
a
72
8'27"
当量齿数
Z1
1828-r
Z2
116.96
Zv1
1628;Zv2
cos
1
cos2
4-4题
d1
mz1
80
mm;
d2mz2
240
mm
2.4mcos2
1292.43COS68.4287
126.353mm
a©di)80mm
2
3-2
R
69.358mm
齿顶角
arctanha
R
arctan
3
69.358
3.7122
342'44"
齿根角
hf
farctan
R
arctan」64.4519
69.358
427'7"
da2
d2
2ha
m(Z2
2)
232mm
df1
d1
2hf
m(z
2.5)
70mm
df2
d2
2hf
m(z2
2.5)
250mm
daidi2ha
m(zi2)88mm
5.1本题为定轴轮系。
由图知d3d-\2d2
所以z3乙2z260
5-4题
本题为周转轮系。
i15
.八3Z2Z3Z4Z5
(1)
ZiZ2Z3Z4
20603034
5.35
20202622
由图知d3d12d2
所以Z2(Z3Z1)/245
i13
5-2题
本题为定轴轮系。
I14
(1)2
Z2Z3
Z1Z2
5657
2726
4.547
手轮转1周时,砂轮架的移动距离为
LP/i143/4.5470.660
mm
5-3题
ISM
6064
88
2乙0乙2
24
24“
(1)
12
Z9Z11
8
6
2Z5Z3
(1)--
Z6Z4
1MH
(1)1经
Z1Z2
1
h
h
1i13
所以
290
17
105
15
36.25rad/s
5-5题图示轮系,已知各齿轮的齿数为z115,z225,z220,
z360,轮1的角速度120.9rad/s,轮3的角速度35.2rad/s。
(1)当1、3转向相同;
(2)当1、3转向相反时,试分别求系杆H
的角速度H的大小和方向。
解答:
本题为周转轮系。
而In
・H
I13
1Z2Z3
(1)口
-所以
3H
设轮1的转向为正
(1)当
2560
1520
・H
“33
~TH"
“3
1、3转向相同时
55.220.9
6
转向与轮1相同。
3转向相反时
7.8rad/s
查螺纹标准,M20的普通螺纹d117.294mm
ca
Qp
41.3Qp
d12
d;[]
41.3
[]得到
2
3.1417.29472
41.3
由zQpfmKfR得到
zQpfm
Kf
2130030.151
1.2
上式中取f0.15、Kf1.2
13003N
3251N
因此允许传递的最大静载荷R为3251牛顿
531
55.220.9
0.85rad/s转向与
H
6
6
轮1相反。
9-1解答
3.6级螺栓s
180MPa
查表9-2,M20的螺栓不控制预紧力时,取[]0.4s72MPa
若控制预紧力,查表9-2可取[]0.7s126MPa
则Qp
d12[]
41.3
2
3.1417.294126
41.3
22755N
zQpfm
Kf
2227550.151
1.2
5689N
9-2题解答
8.8级螺栓
s640MPa则[]s
640
3
213.3MPa
螺
栓
组所受
轴
向
载
F
1D2p
0.253.1412022.5
28260N
4
每个螺栓所受轴向载荷F2響4710N
(2)根据剩余预紧力求最小预紧力Qpm.
QpQp5F1.5F(10.25)F
ClCf
2.254710
10597.5N
因此,预紧力Qp的取值围为10597.5牛顿~23476牛顿
(1)根据螺栓的强度条件求最大预紧力Qpmax
查螺纹标准,M16的普通螺纹d113.835mm
9-3题解答
(1)按螺栓的剪切强度条件确定螺栓直径每个螺栓所受的工作剪力为
由ca于[]得到
Tr
max
Fs~z
2
ri
i1
1.1106195/2
(195/2)2
1880N
设螺栓的性能等级为
5.6
级,则
300MPa
d12[]
41.3
2
3.1413.835213.3
41.3
查表9-3得,[]0.4$
0.4300
120MPa
查表9-1,金属垫片,取Cl/(ClCf)0.25
由螺栓的剪切强度条件得到
由QQp
Cl
d01
41880
4.467mm
Qpmax
ClCf
F得到
[]3.14120
Qmax
Cl
ClCf
246530.25471023476N
(2)按贴合面挤压强度条件确定螺栓直径
查表9-3,取铸铁HT200的[p]0.45B0.45200
90MPa
螺栓的[p]0.8s0.8300240MPa
则QQpF12500833320833N
根据螺杆与孔壁的挤压强度条件
设螺栓的性能等级为5.6级,则
s300MPa
由Lmin
因此,
因此d0
9-4题解答
Fs
[
d0Lmin
1.25do得到
Fs
d0Lmin
d02
p]
盒[p]
Fs
1.25[p]
每个螺栓的轴向载荷F
查表9-2,控制预紧力,
则d1
41.3Q
查表9-1,铜皮石棉垫片,
取[]0.7s210MPa
41.320833
\3.14
按GB196-81,选用M16的螺栓,d1
21012.817mm
13.835mm>12.817mm
、18804.088mm
.1.2590
9-5题解答
4.467mm
Qp
2KfT
fmD1
Qpfm¥KfT
20.;5罗以0034667N
5010008333N
6
CL/(CLCf)0.8
41.3Qp
n
按GB196-81,选用M30的普通粗牙螺纹,
因此,d
4门3466725.257mm
3.1490
油缸缸盖属于有气密性要求的连接,因此取剩余预紧力
d1
26.211mm25.257mm
Qp1.5F1.5833312500N
9-6题解答
(1)螺栓的受力分析在水平载荷R作用下,螺栓组联接承受横向力和翻转力矩作用:
横向力R5000N
翻转力矩MR30050003001.5106N.mm
在横向力R作用下,为保证接合面间不产生滑移,则各螺栓
所需的预紧力为(取f0.15、Kf1.2)
8.8级螺栓的s640MPa
查表9-2,控制预紧力,取[]0.7$448MPa
则人U1.3Q/41.3104296209
贝寸drJ6.209mm
\[]\3.14448
按GB196-81,选用M8的螺栓,d8mmd16.647mm6.209mm
Qp
套500010000N
zfm40.151
11-1解答:
在翻转力矩作用下,右侧两螺栓受到加载作用,左侧两螺栓受到减载作用,故右侧两螺栓受力较大,所受的载荷为
MLmax
~z/2
2L2
i1
1.5106175
41752
2143N
查表9-1,无垫片,取Cl/(ClCf)0.2
螺栓所受的总拉力为
QQp
Cl
ClCf
100000.2214310429N
9.55106卫
6
9.5510
14
136429Nmm
980
Ft2
匚
2T1
2T1
2136429cos806'34"
Ft1
d1m
nZ-|/COS
4093N
233
Fr2
Fr1
Ft1tan
n4093
tan20
1055N
I06'34"
cos
cos8
Fa2
Fa1
Ft1tan
4093
tan806'34"583N
(2)确定螺栓的直径
受力分析如图
11-2略
11-3解答
(1)如图
(2)依题意得
而Fa2Ft2tan
Fa2Fa1Ft1tan1
Fa3Ft3tan3
Fa2
Fa3
2T2cos2
mn2Z2
2T|cos1
tan
mMZ1
tan
2T2sin2
mn2Z2
2T1sin1
mn1N
2T3cos3
tan
mn3Z3
2T2sin3
mn3Z3
因为齿轮2和齿轮3为同一根轴上的输入轮和输出轮,有T2T3
因此
因此,可以得到
sin2
mn2Z2
sin3
mn3Z3
arcsin(mn3Z3sin2)
mn2Z2
arcsin(521
357
Sin14)8.5428
832'34"
11-4
11-5
11-6
如图略解答:
根据齿根弯曲疲劳强度计算最大功率。
(若是闭式齿轮,则应分别按照齿面接触强度和齿根弯曲强度分别算出最大功率,取二者中较小值。
)
(1)计算许用弯曲应力
小齿轮材料45钢调质,查表11-1,齿面硬度为217~255HBS大齿轮材料HT25Q齿面硬度
计算应力循环次数N
180~269HBS(表11-1)。
N160n1jLh(
60
3301
(83008)3.8108
N2N1N1Z1
iZ2
3.8108
20/809.5107
查图11-17得,
Yn1
1.0,
Yn21.00
查图11-18得,
Yx1
0.99
,Yx20.98
取Yst2,Sfmin
1.4
查图11-16(b)
得
Flim1
210MPa(按照硬度217HBS
查图11-16(a)
得
Hlim2
55MPa(按照硬度180HBS
计算许用接触应力
[]Flim^STYY
[F]1-yN1yX1
SFmin
21021.00.99297MPa
1.4
[f]2Fim2YsTYN2Yx25^-21.00.9877MPa
Sfmin1.4
开式传动,考虑磨损的影响,计算中取
[f]i29770%207.9MPa[f]27770%53.9MPa
(2)计算最大传递功率
d!
m^120mm
按照z120,z2
80,查图11-10得YFa1
2.81,YFa2
2.24;
查图11-11得Ysa1
1.56,Ysa21.78o
查图11-4,得a1
0.0381200.762,a2
0.010680
0.848,
所以aa1a2
0.7620.8481.61
查图11-12,得Y
0.71
圆周速度v①丄3.141203302.07m/s
601000601000
按电机驱动,载荷稍有波动,查表11-3,取KA1.25o
查图11-2(a),按9级精度和vz1/1002.0720/1000.414m/s,
得Kv1.07o
查图11-3(a),按b/d172/1200.6,齿轮相对轴承对称布置,
得K1.02o
查表11-4,得K1.2
由齿轮的齿根弯曲疲劳强度条件
F攀YFaYsaY[f]
bd1m
bdmf]
2KYFaYsaY
根据齿轮1强度可以得到
bd1m[f】1
2KYFa1Ysa1Y
721206207.9
21.6372.811.560.71
根据齿轮2强度可以得到
T1
bd1m[f]2
2KYFa2Ysa2Y
72120653.9
21.6372.241.780.71
1057673Nmm
296439Nmm
所以,载荷系数KKAKvKK1.251.071.021.21.637
所以,T1maxmi“{工,2〒"296439Nmm
因此,Pmax
T1maxni
6
9.5510
296439330
6
9.5510
10.2kw。
(2)计算轴承的轴向力A
A-imax{S1,S2
Fa}max{1333,1417350}
14-1解答:
A2max{S2,S-i
Fa}max{1417,1333350}
查表14-16,6210轴承的C
27kN、C019.8kN。
(3)计算当量动载荷
因_A竺°0.076
C。
19800
查表14-11,插值得e0.260.0760.056(0.280.26)0.274
0.0840.056
A1500
又因0.25e
R6000
查表14-11,得X1,Y0
当量动载荷为PXRYA1600006000N
663
106ftC1061.027000
轴承寿命L10ht1054.7
60nfpP6014401.06000
h
14-2解答:
由轴颈直径d45mm初选轴承型号30209。
查表14-17,该
(4)
因为
查表
催0.33
4000
PX1R1Y1A1
避30.396e
4250
查表14-11得X11、Y1
1400004000N
查表14-11得X
21、
1333N
1683N
0
0
P2X2R2丫2A2
计算轴承寿命
142500
4250N
RP2,故按R计算寿命
14-8,插值得ft0.92
轴承的参数为C64.2kN、Co47.2kN、e0.4、Y1.5。
(1)计算派生轴向力
S
cR14000
S1
1333N,S2
42501417N
2Y21.5
2Y
21.5
查表
14-9,中等冲击,
取fp1.5
L10h
ftC
10
64200二
60nfpP
1060.92
6013801.54250
20173h
Y20
14-4解答:
查表14-15,轴承7307AC的参数为C32.8kN、Co24.8kN
(1)计算派生轴向力S
S0.68R10.681320897.6N,方向向右
S20.68R20.6830102046.8N,方向向左
(2)计算轴向力A
A1
max{S1,S2
Fa}
max{897.6,2046.8
200}
2246.8
N
A2
max{S2,S]
Fa}
max{2046.8,897.6
200}
2046.8
N
(3)
计算当量动载荷F
因A
2246.8
1.7e0.68,
查表
14-11
得
R1
1320
X10.41
、Y10.87
P2X2R2Y2A21301003010N
(4)计算轴承寿命
因为RP2,故应按F2计算寿命。
L10h型空132800310225h>
60nfpF609601.33010
1500h
故轴承的寿命足够。
(5)若轴承寿命不够,可采取的措施有:
①改用尺寸系列更大的轴承;②改用圆锥滚子轴承(滚子轴承的承载能力大于球轴承)。
X1R1
Y1A1
0.4113200.872246.82496N
2046.8
R23010
0.68
e,查表14-11得X21、
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