机械设计课后习题第5章作业.doc

1、 第 5 章作业5-l 眼镜用小螺钉(Ml x 025) 与其他尺寸螺钉(例如 M8 x 125) 相比，为什么更易发生自动松脱现象(纹中径=螺纹大径-O65 x 螺距)? 答：因为螺纹升角： 2tan(0.65)ttd而眼镜用小螺钉的螺纹升角比其他尺寸螺钉大，自锁性差，所以更易发生自动松脱现象。5-2 当作用在转动副中轴颈上的外力为一单力，并分别作用在其摩擦圆之内、之外或相切时，轴颈将作种运动?当作用在转动副中轴颈上的外力为一力偶矩时，也会发生自锁吗?答：当作用在转动副中轴颈上的外力为一单力，并分别作用在其摩擦圆之内发生自锁，轴不能运动；作用在其摩擦圆之外或相切时，轴颈将转动。当作用在转动副

2、中轴颈上的外力为一力偶矩时，不会发生自锁。5-3 自锁机械根本不能运动，对吗?试举 2,-3 个利用自锁的实例。 答：不对，因为自锁机械对应于一定的外力条件和方向才自锁。5-4 通过对串联机组及并联机组的效率计算，对设计机械传动系统有何重要启示? 答：应尽可能的提高串联机组中任意机构，减少的效率串联机组中机构的数目。在并联机组部分着重提高传递功率大的传动路线的效率。5-5 图示曲柄滑块机构中，曲柄 1 在驱动力矩 M1 作用下等速转动。设已知各转动副的轴颈半径 r=10mm，当量摩擦系数 fv=0.1，移动副中的滑块摩擦系数 f=0.15，l AB=100 mm，l BC=350 mm。各构件

3、的质量和转动惯量略而不计。当 M1=20 N.m 时，试求机构在图示位置所能克服的有效阻力 F3 及机械效率。解：（1）根据已知条件 fvr=0.110=1mm=arctanf=8.53计算可得图示位置 =45.67, =14.33（2）考虑摩擦时，运动副中反力如图（a）所示（3）构件 1 的平衡条件为：F R21(lABsin+2 )=M 1FR21=FR23=M1/(lABsin+2 )构件 3 的平衡条件为：F R23+FR43+f3=0作力的多边形图（b）有：23sin(90)sin(90)RF（4）231coco.64%s()iRABMl（5）机械效率：30sis27.38(in2)

4、()FNl5-6 图示为一带式运输机, 由电动机 1 经平带传动及一个两级齿轮减速器带动运输带 8。设已知运输带 8 所需的曳引力 F=5 500 N，运送速度 v=1.2 m/s。平带传动(包括轴承) 的效率1=0.95，每对齿轮(包括其轴承)的效率 2=0.97，运输带 8 的机械效率 3=0.92(包括其支承和联轴器)。试求该系统的总效率 及电动机所需的功率。解：该系统的总效率为：= 1. 22. 3=0.950.97 20.92=0.822电机所需功率：N=Pv/=55001.210 -3/0.822=8.029kW5-7 如图所示，电动机通过 v 带传动及圆锥、圆柱齿轮传动带动工作机

5、 A 及 B。设每对齿轮的效率可 1=0.97(包括轴承的效率在内)，带传动的效率 3=0.92，工作机 A、B 的功率分别为 PA=5 kW、PB=1kW，效率分别为 A=0.8、 B=0.5，试求电动机所需的功率。解：:输入功率 PA=PA/( A 12 2)=7.22kWPB=PB/( B 12 2)=2.31kW电机所需功率 P 电 =PA+PB=9.53kW5-8 图(a)示为一焊接用的楔形夹具。利用这个夹具把两块要焊接的工件 1 及 1预先夹妥，以便焊接。图中 2 为夹具体，3 为楔块。试确定其自锁条件(即当夹紧后，楔块 3 不会自动松脱出来的条件)。解一：根据反行程时 0 的条件

6、确定反行程时（楔块 3 退出）取楔块 3 为脱离体，其受工件 1, 1和夹具 2 作用的总反力FR13 和以及支持力 P。各力方向如图(a)(b)所示，根据楔块 3 的平衡条件，作矢量三角形如图（c）.由正弦定理可得 FR23=Pcos/sin( -2 ) , =0,FR230=P/sin于是此机构反行程的效率为230sin2coRF令 0, 可得自锁条件为 2解二：根据反行程生产阻力小于或等于零的条件来确定根据楔块 3 的力多边形图(c)由正弦定理可得 P=FR23sin(-2)/cos若滑块不自动松脱，则应使 P0，即得自锁条件为 2解三：根据运动副的自锁条件确定。由于工件被夹紧后 P 力

7、就被撤消，故楔块 3 受力如图（b）楔块 3 就如同受到 FR23（此时为驱动力）作用而沿水平面移动的滑块。故只要作用在摩擦角 内，楔块 3 即发生自锁。即 - 因此可得自锁条件为 2图 b 为一颚式破碎机，在破碎矿石时要求矿石不致被向上挤出，试问 角应满足什么条件?经分析可得出什么结论?解：设矿石的重量为 Q，矿石与鄂板间的摩擦系数为 f，则摩擦角为： =arctanf(b)矿石有向上挤出趋势时，其受力如图（b）所示，由力平衡条件知：2FRsin( /2- )-Q=0FR=Q/2FRsin(/2-)=F R0/FR=sin(/2-)/sin( /2)当 0 时，即 /2- 0 矿石将不被挤出

8、，即自锁条件为 25-9 图示为一超越离合器，当星轮 1 沿顺时针方向转动时，滚柱 2 将被楔紧在楔形间隙中，从而带动外圈 3 也沿顺时针方向转动。设已知摩擦系数 f=0.08，R=50 mm，h=40 mm。为保证机构能正常工作，试确定滚柱直径 d 的合适范围。提示：在解此题时，要用到上题的结论。(答：9.424 mmd10 mlrl 。)解：解 如图所示，过滚柱 2 与外圈 3 的接触线的公切面将形成夹角 的楔形面。由题的结论知。凡具有楔形面或楔形块的机构其楔紧不松脱条件为: 2g， 。此时 =arcos(h+d/2)/(R 一+d/2)=arctanf=arctan0.08=43426由

9、此可得d2(Rcos2 一 h)/(1+cos2)=9.42 mm为了保证机构能正常工作，滚柱的最大直径不得超过 R-h，即 dR-h=10 mm，故滚柱直径的取值范围为 9.4210mm。5-10 对于图 43 所示斜面机构以及图 45 所示的螺旋机构，当其反行程自锁时，其正行程的效率一定为 12，试问这是不是一个普遍规律?试分析图示斜面机构当其处于临界自锁时的情况，由此可得出什么重要的结论(设 f=0.2)?解：（1）不是普遍规律。（2）图(c)反行程的自锁条件：在反行程根据滑块的力平衡条件，作力的多边形图，由此得：G=Fcos(- +)/sin(-)G0=Fcos(- )/sin=G 0

10、/G=cos(-)sin(-)/sincos(-+)令 0，得 =arctanf=11.3 时滑块自锁。=11.31 时，滑块临界自锁。正行程的效率：因滑块的正行程的效率与反行程的运动方向相反，摩擦力要反向，固由式中 反号，即可得正行程时驱动力 F 与生产阻力 G 的关系为F=Gsin(+)/cos(- )F0=Gsin/cos( - )则正行程的效率=F 0F=sincos(- -)cos(-)sin( +) 滑块反行程临界自锁时其正行程的效率sin1.3cos(451.3.)0.567(.)(结沦：由式可知， 加大 提高所以自锁机构的效率 12 未必成立，它随驱动力的方向在变化，合理地安排

11、工作行程驱动力的方向，可提高机械效率。5-11 在图 59 所示的偏心夹具中，设已知夹具中心高 H=100 mm，偏心盘外径 D=120 mm，偏心距 e=15mm，轴颈摩擦圆半径 =5mm，摩擦系数 f=0.15。求所能夹持的工件的最大、最小厚度 hmax 和 hmin。(答：h min=25 mm，h max=3649 mm。)解： 要偏心夹具发行程自锁。总反力 FR23 应穿过摩擦圆，即应满足条件ss1 (1)由直角三角形ABC 及OAE 有: sl=AC=(Dsin)/2 (2)s=OE=esin(-) (3)由式（2） （3）得： 0esin(-)(Dsin)/2 (4) =arct

12、anf=8.53将(4)式代入(1)式得：0sin(-) 0.9267 (5)76.4564cos=(H-h-D/2)/e=(40-h)/15 (6)将(5)式代入(6)式得：25mmh36.49mm即：h min=25mm, hmax=36.49mm5-12 图示为一提升装置，6 为被提升的重物，设各接触面间的摩擦系数为 f(不计铰链中的摩擦)，为了能可靠提起重物，试确定连杆 2(3、4)杆长的取值范围。解： 在使用该装置时，先将构件 1，5 并拢插入被提升重物的孔中，然后再按下 5 并稍加压紧，只要构件 5 不自动松脱，便能可靠地提起该重物。取整个装置作为研究对象分析受力，如下图所示，根据平衡条件 N1= N2=N, Ffl=Ff2=Ff，P=2F f, 要构件 5 不自松脱，则: MA=0有: 2fNlbFb215-13 图示为直流伺服电机的特性曲线，图中 M 为输出转矩，P 1 为输入功率，P 2 为输出功率，I a 为电枢电流， n 为转速， 为效率。由于印刷错误，误将 也印为 n 了，试判断哪一条曲线才是真正的效率曲线，并说明理由。解： 输出功率 P2=0 时, =0 下面一条曲线作为 符合，且输入功率 P10 时电枢电流Ia0，转速 n 0，上面一条曲线作为 n 符合。