南京理工大学机械设计基础(上)答案 (10)

第11章 蜗杆传动11.1 蜗杆传动的特点及使用条件是什么？答：蜗杆传动的特点是：结构紧凑，传动比大。

一般在传递动力时，10~80i =；分度传动时只传递运动，i 可达1 000；传动平稳，无噪声；传动效率低；蜗轮一般用青铜制造，造价高；蜗杆传动可实现自锁。

使用条件：蜗杆传动用于空间交错(90)轴的传动。

用于传动比大，要求结构紧凑的传动，传递功率一般小于50kW 。

11.2 蜗杆传动的传动比如何计算？能否用分度圆直径之比表示传动比？为什么？答：蜗杆传动的传动比可用齿数的反比来计算，即1221i n n z z ==；不能用分度圆直径之比表示传动比，因为蜗杆的分度圆直径11d mq mz =≠。

11.3 与齿轮传动相比较，蜗杆传动的失效形式有何特点？为什么？答：蜗杆传动的失效形式与齿轮传动类似，有点蚀、弯曲折断、磨损及胶合。

但蜗杆传动中蜗轮轮齿的胶合、磨损要比齿轮传动严重得多。

这是因为蜗杆传动啮合齿面间的相对滑动速度大，发热严重，润滑油易变稀。

当散热不良时，闭式传动易发生胶合。

在开式传动及润滑油不清洁的闭式传动中，轮齿磨损较快。

11.4 何谓蜗杆传动的中间平面？中间平面上的参数在蜗杆传动中有何重要意义？ 答：蜗杆传动的中间平面是通过蜗杆轴线且垂直于蜗轮轴线的平面。

中间平面上的参数是标准值，蜗杆传动的几何尺寸计算是在中间平面计算的。

在设计、制造中，皆以中间平面上的参数和尺寸为基准。

11.5 试述蜗杆直径系数的意义，为何要引入蜗杆直径系数q ?答：蜗杆直径系数的意义是：蜗杆的分度圆直径与模数的比值，即1q d m =。

引入蜗杆直径系数是为了减少滚刀的数量并有利于标准化。

对每个模数的蜗杆分度圆直径作了限制，规定了1~4个标准值，则蜗杆直径系数也就对应地有1~4个标准值。

11.6 何谓蜗杆传动的相对滑动速度？它对蜗杆传动有何影响？答：蜗杆传动的相对滑动速度是由于轴交角90∑=，蜗杆与蜗轮啮合传动时，在轮齿节点处，蜗杆的圆周速度1v 和蜗轮的圆周速度2v 也成90夹角，所以蜗杆与蜗轮啮合传动时，齿廓间沿蜗杆齿面螺旋线方向有较大的相对滑动速度s v ，其大小为s 1cos v v λ==。

《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自由度为：F =3n _(2P L +P H _P') _F' =3 7 -(2 9 1-0) -1二21-19 -1=1或：F =3n -2P L -P H=3 6 -2 8 -1-11-6自由度为F =3n _(2P L P H _P') _F' =3 9-(2 12 1 -0) -1 =1或：F =3n -2P L - F H=3 8-2 11-1=24-22 -1=11 —10自由度为：F =3n _(2P L +P H _P') _F' =3 10-(2 14 12 -2) -1 = 30 -28 -1=1或：F =3n-2P L - P H=3 9-2 12-1 2=27-24 -2=11 — 11F =3n -2P L -P H=3 4 -2 4 -2=21 — 13:求出题1-13图导杆机构的全部瞬心和构件R4 p 3 P34 R3 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 •= =10rad/s ，求构件3的速度v 3 。

v 3 =v P13 =叫 P 14P 3 =10^200 = 2000mm/s1- 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「1/「2。

构件1、2的瞬心为P 12P 24、P 14分别为构件2与构件1相对于机架的绝对瞬心⑷ 1 沃 P 14p 2 =切2 “ !~24 P 12 4-13 P3PP1 3创|P 24p 2| 2r 2 ⑷ 2 IR 4P 12I r i=10 AC tan BCA 916.565mm/s :2.9rad / s转中心的距离l AC =15mm , I AB = 90mm ,^10rad /s ，求『-00和『-1800时，从动件角速度-'2的数值和方向。

南京理工大学课程考试试卷（教师组卷、存档用) 档案编号：中，摇杆为驱动构件。

试在图上绘出处于死点位置的机构运动简图。

四、（16分+6分）1、一对标准渐开线圆柱直齿轮外啮合传动（正常齿），正确安装（齿侧间隙为零）后，中心距为144mm，其齿数为z1=24，z2=120，分度圆上压力角α=2001 求齿轮2的模数m2及其在分度圆上的齿厚S2；2 求轮1的齿顶圆处的压力角αa1；3 如已求得它们的实际啮合线长度B1B2=10.3mm，试计算该对齿轮传动的重合度；4 说明该对齿轮能否实现连续传动。

2、蜗轮蜗杆的相对转向关系如图所示。

试指出蜗杆及蜗轮的螺旋线旋向。

若蜗杆的分度圆直径为36mm，七、（8分）梯形滑块1在V形槽2上沿垂直纸面方向相对滑动，α1=65°，α2=25°，1与2间的而蜗轮的端面模数为3mm，试求蜗杆的直径系数q 。

五、（18分）图示轮系中，各轮均为正确安装的标准渐开线圆柱直齿轮。

已知轮1的齿数z1=18，轮2的齿数z2=36，而轮5的分度圆半径为轮４的两倍。

轮１的转速大小为1200r/min ，转向如图所示。

1 、求从轮1到轮5的传动比i15及轮5的转速大小与转向。

2 、若5齿轮上加阻力矩，其值为100N.m，现以1齿轮为等效构件，那么其对应的等效力矩M的值多大，方向与齿轮1的转向成何关系？摩擦系数f=0.12。

试推导当量摩擦系数fΔ的计算公式，并计算其值。

六、图示凸轮机构运动简图中，长度比例尺为μl=0.002m/mm，凸轮的角速度ω1=10rad/s。

试求构件1与2的速度，瞬心P12，并用它求解杆2速度的大小与方向。

（12分）。

机械设计基础1-5至1-12 指出（题1-5图~1-12图）机构运动简图中的复合铰链、局部自由度和虚约束，计算各机构的自由度，并判断是否具有确定的运动。

1-5 解 F =H L P P n --23=18263-⨯-⨯=11-6 解F =H L P P n --23=111283-⨯-⨯=11-7 解F =H L P P n --23=011283-⨯-⨯=21-8 解F =H L P P n --23=18263-⨯-⨯=11-9 解F =H L P P n --23=24243-⨯-⨯=21-10 解F =H L P P n --23=212293-⨯-⨯=11-11 解F =H L P P n --23=24243-⨯-⨯=21-12 解F =H L P P n --23=03233-⨯-⨯=32-1 试根据题2-1图所标注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。

题2-1图答 : a ）160907015011040=+<=+，且最短杆为机架，因此是双曲柄机构。

b ）1707010016512045=+<=+，且最短杆的邻边为机架，因此是曲柄摇杆机构。

c ）132627016010060=+>=+，不满足杆长条件，因此是双摇杆机构。

d ）1909010015010050=+<=+，且最短杆的对边为机架，因此是双摇杆机构。

2-3 画出题2-3图所示个机构的传动角和压力角。

图中标注箭头的构件为原动件。

题2-3图解：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 在水平位置上下各摆10度，且500CD l mm =，1000AD l mm =。

（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。

题2-5图解 : （ 1 ）由题意踏板CD 在水平位置上下摆动 10，就是曲柄摇杆机构中摇杆的极限位置，此时曲柄与连杆处于两次共线位置。

7-1解：（1）先求解该图功的比例尺。

（2 ）求最大盈亏功。

根据图7.5做能量指示图。

将和曲线的交点标注，，，，，，，，。

将各区间所围的面积分为盈功和亏功，并标注“+”号或“-”号，然后根据各自区间盈亏功的数值大小按比例作出能量指示图（图7.6）如下：首先自向上做，表示区间的盈功；其次作向下表示区间的亏功；依次类推，直到画完最后一个封闭矢量。

由图知该机械系统在区间出现最大盈亏功，其绝对值为：（3 ）求飞轮的转动惯量曲轴的平均角速度：；系统的运转不均匀系数：；则飞轮的转动惯量：图7.5图7.67-2图7.7 图7.8解：（1）驱动力矩。

因为给定为常数，因此为一水平直线。

在一个运动循环中，驱动力矩所作的功为，它相当于一个运动循环所作的功，即：因此求得：（2）求最大盈亏功。

根据图7.7做能量指示图。

将和曲线的交点标注，，，。

将各区间所围的面积分为盈功和亏功，并标注“+”号或“-”号，然后根据各自区间盈亏功的数值大小按比例作出能量指示图（图7.8）如下：首先自向上做，表示区间的盈功；其次作向下表示区间的亏功；然后作向上表示区间的盈功，至此应形成一个封闭区间。

由图知该机械系统在区间出现最大盈亏功。

欲求，先求图7.7中的长度。

如图将图中线1和线2延长交于点，那么在中，相当于该三角形的中位线，可知。

又在中，，因此有：，则根据所求数据作出能量指示图，见图7.8，可知最大盈亏功出现在段，则。

（3）求飞轮的转动惯量和质量。

7-3解：原来安装飞轮的轴的转速为，现在电动机的转速为，则若将飞轮安装在电动机轴上，飞轮的转动惯量为：7-4解：（1）求安装在主轴上飞轮的转动惯量。

先求最大盈亏功。

因为是最大动能与最小动能之差，依题意，在通过轧辊前系统动能达到最大，通过轧辊后系统动能达到最小，因此：则飞轮的转动惯量：（2）求飞轮的最大转速和最小转速。

（3）因为一个周期内输入功和和输出功相等，设一个周期时间为，则：，因此有：。

7-5 解：图7.9一个周期驱动力矩所作的功为：一个周期阻力矩所作的功为：又时段内驱动力矩所做的功为：因此最大盈亏功为：机组的平均角速度为：机组运转不均匀系数为：故飞轮的转动惯量为：7-6答：本书介绍的飞轮设计方法，没有考虑飞轮以外其他构件动能的变化，而实际上其他构件都有质量，它们的速度和动能也在不断变化，因而是近似的。

机械设计基础第1章平面机构自由度习题解答1-1至1-4 绘制机构运动简图。

1-11-21-31-41-5至1-12 计算机构自由度局部自由度虚约束局部自由度1-5 有一处局部自由度（滚子），有一处虚约束（槽的一侧），无复合铰链n=6 P L=8 P H=1 F=3×6-2×8-1=11-6 有一处局部自由度（滚子），无复合铰链、虚约束n=8 P L=11 P H=1 F=3×8-2×11-1=11-7 无复合铰链、局部自由度、虚约束n=8 P L=11 P H=0 F=3×8-2×11-0=21-8 无复合铰链、局部自由度、虚约束n=6 P L=8 P H=1 F=3×6-2×8-1=11-9 有两处虚约束（凸轮、滚子处槽的一侧），局部自由度1处，无复合铰链n=4 P L=4 P H=2F=3×4-2×4-2=21-10 复合铰链、局部自由度、虚约束各有一处凸轮、齿轮为同一构件时，n=9 P L=12 P H=2F=3×9-2×12-2=1凸轮、齿轮为不同构件时n=10 P L=13 P H=2 F=3×10-2×13-2=2 图上应在凸轮上加一个原动件。

1-11 复合铰链一处，无局部自由度、虚约束n=4 P L=4 P H=2 F=3×4-2×4-2=2 1-12 复合铰链、局部自由度、虚约束各有一处n=8 P L=11 P H=1 F=3×8-2×11-1=1。

《机械设计根底》十答案
一、填空：
1 原动件数等于机构的自由度数
2 1
3 双曲柄机构
4 不存在
5 大小
6 周向固定传递运动和转矩
7 安装一对平键
8 外径左旋细牙螺纹公称直径12
9 扭转
10 1/3
11 Y Z A B C D E 基准长度2240mm
12 带和两轮接触面之间的摩擦力
13 小于40度
14 变小15 基圆
16 模数相等，压力角相等
17 多平稳
18 76
19 齿面接触疲劳齿根弯曲疲劳强度
20 定轴轮系行星轮系
二、简答
1 图
2 图
3 螺旋升角小于当量摩擦角由于当量摩擦角的关系，三角螺纹自锁最好，矩形最差
4 离心力大转数多
5 大小齿轮材料及热处理硬度差50左右，由于小齿轮转数多，更快失效
三、计算题
1 m=420/(40+2)=10
d1=400 d2= 800 da2=800+20=820
d f1=400-2*1.25m=375
d f2=800-2*1.25m=775
a=10/2(40+80)=600
p=3.14*m=31.4
2 (n1-n H)/(0-n H)=z2 z3/z1 z2'
(-n1/n H)+1=z2 z3/z1 z2'
i1H=1-(39*39/41*41)=0.095。