机械设计基础教学例题集.ppt

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1、例例1.2 计算图示机构的自由度。计算图示机构的自由度。(a)(b)解：解：（a ) ) F = 3n 2PL PH = 3x x4 2x x6 0 = 0（b ) ) F = 3n 2PL PH = 3x x5 2x x7 0 = 1ABCDEF例例1.3 计算图示机构的自由度。计算图示机构的自由度。解：解：A、B、D、E为复合铰链为复合铰链 F = 3n 2PL PH = 3x x7 2x x10 0 = 1例例1.4 计算下列机构的自由度（若存在复合铰链、局部自由度或计算下列机构的自由度（若存在复合铰链、局部自由度或虚约束请指明）虚约束请指明）局部自由度：局部自由度：C虚约束：虚约束：D

2、（E ）F = 3n - - 2PL - - PH = 3x x3 - - 2x x3 - - 2 = 1 复合铰链：复合铰链：CF = 3n - - 2PL - - PH = 3x x5 - - 2x x7 - - 0 = 1局部自由度：局部自由度：B、C虚约束：虚约束：E（F ）F = 3n 2PL PH = 3x x3 2x x3 2 = 1 ABCDEF（3）复合铰链：复合铰链：D局部自由度：局部自由度：H虚约束：虚约束：F（G ）F = 3n 2PL PH = 3x x8 2x x11 1 = 1 BACEDFGHIJK（4）图中有四个齿轮，图中有四个齿轮，AD杆与轮杆与轮A固结，固

3、结，AB杆为机架，求机构自由度。杆为机架，求机构自由度。n = 4轮轮+2杆杆 = 6PL= 7（B 、C、D 均为复合铰链）均为复合铰链）PH = 3F =3n- -2PL- -PH = 3x x6- -2x x7 - - 3 = 1ABCD复合铰链：复合铰链：J局部自由度：局部自由度：D虚约束：虚约束：M（N ）F =3n- -2PL- -PH = 3x x9- -2x x12 - - 2 = 1AODC1C2 90。- - PMN实现给定行程速比系数实现给定行程速比系数K的设计方法的设计方法曲柄实际长度曲柄实际长度 AB = l（ AC2- -AC1 ）/ /2 连杆实际长度连杆实际长度

4、 BC = l（AC2+ +AC1）/ /21.已知：已知：行程速比系数行程速比系数K 摇杆长度摇杆长度 CD 最大摆角最大摆角 设计一曲柄摇杆机构设计一曲柄摇杆机构2.已知：已知：行程速比系数行程速比系数K 滑块行程滑块行程H 偏距偏距e设计一曲柄滑块机构设计一曲柄滑块机构2 OeHC1C2A曲柄实际长度曲柄实际长度 AB = l（AC2- -AC1）/ /2 连杆实际长度连杆实际长度 BC = l（AC2+ +AC1）/ /2 试设计一对心尖底直动从动件盘形凸轮轮廓试设计一对心尖底直动从动件盘形凸轮轮廓。 已知已知：r0=30mm，升程升程h=20mm，凸轮顺时针转动凸轮顺时针转动。取尺寸

5、比例取尺寸比例 l =1mm/ /mm 5mm/ /306 7810101111 123112234455678991312- -0Or06027015012345678910111213123456789101112一偏置尖底直动从一偏置尖底直动从动件盘形凸轮轮廓动件盘形凸轮轮廓 注意切线的方向！注意切线的方向！例例3.2 图示对心尖底直动从动件盘形凸轮机构，试在图中标示图示对心尖底直动从动件盘形凸轮机构，试在图中标示（1）基圆半径）基圆半径r0（2）从动件最大位移）从动件最大位移Smax（3）图示位置从动件的压力角）图示位置从动件的压力角 （4）当凸轮从图示位置顺时针转过）当凸轮从图示位置

6、顺时针转过60o o时，标示从动件位移时，标示从动件位移SAOr0Smax 60oS例题例题4.1 一对外啮合正常齿制的标准直齿圆柱齿轮的中心距一对外啮合正常齿制的标准直齿圆柱齿轮的中心距a=225mm, z1=38, da1=200mm, =20。求求:m, z2, d2, da2, df2 , db2 。解解:da1= m( (z1+2 ha* ) )= 200 mmm = da1/ /( (z1+2 ha*) )=200/ /( (38+2x x1) )=5 mmd2= mz2= 5x x52= 260 mmda2= m( (z2+2 ha* ) ) = 5 x x( (52+ +2)

7、)=270 mmdf2= m( (z2- -2 ha* - -2 c* ) )=5 x x( (52- -2 - -2 x x0.25) ) = 247.5 mma = m(z1+z2)/ /2则则 z2 = 2a/ /m- - z1 = 2x x225/ /5- -38=52db2 =d2cos =260cos20 = 244.320 mm例例4.2：已知某外啮合单级直齿圆柱齿轮减速器中一对钢制齿轮参数如下：已知某外啮合单级直齿圆柱齿轮减速器中一对钢制齿轮参数如下： 齿数齿数 模数模数齿宽齿宽许用接触应力许用接触应力 小齿轮 z1=25m=3mmb1=120mm H 1=600MPa大齿轮

8、z2= 125m=3mmb2=115mm H 2=550MPa 若工作时小齿轮转速为若工作时小齿轮转速为n1=970r/min，并取载荷系数，并取载荷系数K=1.2，试按接触疲劳强度条件计算该减速器能够传递的最大功率试按接触疲劳强度条件计算该减速器能够传递的最大功率Pmax。解：解： 根据接触疲劳强度条件根据接触疲劳强度条件 HHuubdKT 1671211减速传动，减速传动，u=i=z2/ /z1=125/ /25=5 ，d1=mz1= 3x x25=75 mm K=1.2，b = b2=115 mm , , H = H 2=550 MPa 取小值，代入取小值，代入550515751152

9、. 167121 TH 得得 T1301813 N.mm又又T1= 9.55x x106P/ /n1 = 9.55x x106P/ /970301813 解得解得Pmax= 30.6 kW 例例6.1 计算图示轮系的计算图示轮系的i1532153243215432315)1(ZZZZZZZZZZZZZZi 1-2 = 2 -3=3 - 4 -5例例6.2 某机床变速箱，通过中间轴某机床变速箱，通过中间轴II上的两组双联滑移齿轮上的两组双联滑移齿轮3-4和和5-6，将输入轴，将输入轴I的一种转速进行适当的变换，由主轴的一种转速进行适当的变换，由主轴III输输出，已知出，已知Z1=20, Z2=4

10、0, Z3=44, Z4=24, Z5=20, Z6=25, Z7=50, Z8=45。求各档传动比。求各档传动比i I III 。 解：解：1-3 = 5-7i I III = (- -1)2Z3Z7/ /Z1Z5= 5.51-3 = 6-8i I III = (- -1)2Z3Z8/ /Z1Z6=3.962-4 = 5-7i I III = (- -1)2Z4Z7/ /Z2Z5=1.52-4 = 6-8i I III = (- -1)2Z4Z8/ /Z2Z6=1.08例例6.3 图示提升装置图示提升装置,其中各齿数已知其中各齿数已知, 试求传动比试求传动比i15 , 并并画出提升重物时电动

11、机的转向。画出提升重物时电动机的转向。解：解：1-2 = 2 - 3 = 3 - 4 = 4 - 5i 15 =Z2Z3Z4Z5/ /Z1Z2 Z3 Z4= 50 x x30 x x40 x x52/ /20 x x15x x1x x18= 578例例6.4 某行星轮系如图，已知某行星轮系如图，已知Z1=18, Z2=27, Z3=72, n1=100r/ /min, 转向见图。试求转向见图。试求nH和和i1H 。解：解： 123 H 13213213113)1(ZZZZZZnnnniHHH 将将n1 , n3 , Z1 , Z3代入得：代入得： nH = 20 r/ /min i1H = 5

12、 例例6.5 Z1=15, Z2=45, Z2=90, Z3=150, | n1 | =200r/ /min, | n3 | =50r/ /min 试求试求( (1) )n1和和n3 同向同向( (2) )n1和和n3 异向时，异向时，nH的大小和转向。的大小和转向。12 = 23 H 解：解：5)1(213213113 ZZZZnnnniHHH（1）当）当n1和和n3 同向，同向， n1=200 r/ /min， n3=50 r/ /min 代入代入同向同向、与与31min/75550200nnrnnnHHH （2）当）当n1和和n3 异向，异向， n1=200 r/ /min，n3= -

13、-50 r/ /min 代入代入例例6.6 已知已知Z1= Z2= 41, Z2= Z3 = 39, 求传动比求传动比iH1 。解：解：12 = 23 H 213223113)1(ZZZZnnnniHHH 同向3/33.8550200nminrnnnHHH与与 将将n3=0，各个齿轮齿数代入，各个齿轮齿数代入1041413939011 HHHinnn例例6.7 图示灯具转动装置，图示灯具转动装置，已知已知n1=21 r/ /min，方向如图，方向如图，Z1=40 Z2 =Z2 = 30 , Z3 =Z3 = 40, Z4 =100。求灯具箱体的转速和转向。求灯具箱体的转速和转向。解：解：12

14、= 23= 3 4 H( (灯具箱体灯具箱体) ) 5 .24030401004030)1(32143234114 ZZZZZZnnnniHHH将将n4=0， n1=21 r/ /min 代入得代入得nH= 6 r/ /min ，转向同，转向同n1例例6.8 已知已知Z1=20, Z2=40, Z2=20 , Z4=80, 试求试求i1H 。 12 定轴轮系定轴轮系 23 4 行星轮系行星轮系 H解：解： 定轴轮系定轴轮系i12=n1/ /n2= - -Z2/ /Z1= - -40/ /20 = - -2 行星轮系行星轮系 将将n2= n2 ， n4 = 0 代入上式代入上式4)1(24142

15、42 ZZnnnniHHH10402111 HHHinnn例例6.9 已知已知Z1=20, Z2=34, Z2=18 , Z3=36, Z3= 72 , Z4=26 Z1=20。试求。试求i1H 。 12 = 23 定轴轮系定轴轮系 1 4 3 周转轮系周转轮系 H解：解：5182072) 1(1313131 ZZnnnniHHHi13=n1/ /n3= Z2Z3/ /Z1 Z2 = 34x x36/ /20 x x18 = 17/ /5 而而n1 = n1、n3 = n3 代入前式代入前式i1H = 391/ /175 例例7.1 某单列螺栓组连接。横向外载荷某单列螺栓组连接。横向外载荷F

16、= 30 kN，接合面的，接合面的 f = 0.15，螺栓数螺栓数Z=6，螺纹小径，螺纹小径d1 = 26.211mm，可靠性系数，可靠性系数C=1.2，螺栓材料的，螺栓材料的 =100MPa，试校核连接强度。，试校核连接强度。预紧力预紧力 F0 = CF/ /Zfm = 1.2x x30000/ /6x x1x x0.15 = 40000 N解：解：所以，连接强度足够。所以，连接强度足够。 MPadF96211.26400002 . 52 . 52210例例7.2 某压力容器的盖与体用某压力容器的盖与体用12个个M10普通螺栓连接，螺栓在普通螺栓连接，螺栓在D0圆周上均匀分布，已知容器内压为圆周上均匀分布，已知容器内压为P =1.5MPa， D = 200mm， 螺纹小径螺纹小径d1= 8. 376mm，螺栓材料的，螺栓材料的 =260MPa，紧固系数紧固系数K=2.7，试问此容器的连接是否安全？试问此容器的连接是否安全？解：解：总的轴向工作载荷总的轴向工作载荷F总总= D2P/ /4 = x x2002x x1.5/ /4 = 47100 N 单个螺栓承受的轴向工作载荷单个螺栓承受