1、 机械设计基础（第五版）课后习题答案机械设计基础（第五版）课后习题答案(完整版完整版)杨可竺、程光蕴、李仲生主编杨可竺、程光蕴、李仲生主编 高等教育出版社高等教育出版社 1-1 至 1-4 解解机构运动简图如下图所示。图 1.11 题 1-1 解图 图 1.12 题 1-2 解图 图 1.13 题 1-3 解图 图 1.14 题 1-4 解图 1-5 解解 1-6 解解 1-7 解解 1-8 解解 1-9 解解 1-10 解解 1-11 解解 1-12 解解 1-13 解解该导杆机构的全部瞬心如图所示，构件 1、3 的角速比为：1-14 解解该正切机构的全部瞬心如图所示，构件 3 的速度为：，
2、方 向垂直向上。1-15 解解要求轮 1 与轮 2 的角速度之比，首先确定轮 1、轮 2 和机架 4 三个构件的三个瞬心，即，和，如图所示。则：，轮 2 与轮 1 的转向相反。1-16 解解（1）图 a 中的构件组合的自由度为：自由度为零，为一刚性桁架，所以构件之间不能产生相对运 动。（2）图 b 中的 CD 杆是虚约束，去掉与否不影响机构的运动。故图 b 中机构的自由度为：所以构件之间能产生相对运动。题题 2-1 答答:a），且最短杆为机架，因此是双曲柄机构。b），且最短杆的邻边为机架，因此是曲柄摇杆机构。c），不满足杆长条件，因此是双摇杆机构。d），且最短杆的对边为机架，因此是双摇杆机构。
3、题题 2-2 解解:要想成为转动导杆机构，则要求与均为周转副。（1）当为周转副时，要求能通过两次与机架共线的位置。见图 2-15 中位置和。在中，直角边小于斜边，故有：（极限情况取等号）；在中，直角边小于斜边，故有：（极限情况取等号）。综合这二者，要求即可。（2）当为周转副时，要求能通过两次与机架共线的位置。见图 2-15 中位置和。在位置时，从线段来看，要能绕过点要求：（极限情况取等号）；在位置时，因为导杆是无限长的，故没有过多条件限制。（3）综合（1）、（2）两点可知，图示偏置导杆机构成为转动导杆机构的条件是：题题 2-3 见图见图 2.16。图 2.16 题题 2-4 解解:（1）由公式
4、，并带入已知数据列方程有：因此空回行程所需时间；（2）因为曲柄空回行程用时，转过的角度为，因此其转速为：转/分钟 题题 2-5 解解:（1）由题意踏板在水平位置上下摆动，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。取适当比例图尺，作出两次极限位置和（见图 2.17）。由图量得：，。解得：由已知和上步求解可知：，（2）因最小传动角位于曲柄与机架两次共线位置，因此取和代入公式（2-3）计算可得：或：代入公式（2-3），可知 题题 2-6 解：解：因为本题属于设计题，只要步骤正确，答案不唯一。这里给出基本的作图步骤，不 给出具体数值答案。作图步骤如下（见图 2.18）：（1）
5、求，；并确定比例尺。（2）作，。（即摇杆的两极限位置）（3）以为底作直角三角形，。（4）作的外接圆，在圆上取点即可。在图上量取，和机架长度。则曲柄长度，摇杆长度。在得到具体各杆数据之后，代入公式（2 3）和（2-3）求最小传动 角，能满足即可。图 2.18 题题 2-7 图 2.19 解解:作图步骤如下（见图 2.19）：（1）求，；并确定比例尺。（2）作，顶角，。（3）作的外接圆，则圆周上任一点都可能成为曲柄中心。（4）作一水平线，于相距，交圆周于点。（5）由图量得，。解得：曲柄长度：连杆长度：题题 2-8 解解:见图 2.20，作图步骤如下：（1）。（2）取，选定，作和，。（3）定另一机架
6、位置：角平 分线，。（4），。杆即是曲柄，由图量得曲柄长度：题题 2-9 解：解：见图 2.21，作图步骤如下：（1）求，由此可知该机构没有急回特性。（2）选定比例尺，作，。（即摇杆的两极限位置）（3）做，与交于点。（4）在图上量取，和机架长度。曲柄长度：连杆长度：题题 2-10 解解:见图 2.22。这是已知两个活动铰链两对位置设计四杆机构，可以用圆心法。连 接，作图 2.22 的中垂线与交于点。然后连接，作的中垂线 与交于点。图中画出了一个位置。从图中量取各杆的长度，得到：，题题 2-11 解解:（1）以为中心，设连架杆长度为，根据作出，。（2）取连杆长度，以，为圆心，作弧。（3）另作以点
7、为中心，、，的另一连架杆的几个位置，并作出不同 半径的许多同心圆弧。（4）进行试凑，最后得到结果如下：，。机构运动简图如图 2.23。题题 2-12 解解:将已知条件代入公式（2-10）可得到方程组：联立求解得到：，。将该解代入公式（2-8）求解得到：，。又因为实际，因此每个杆件应放大的比例尺为：，故每个杆件的实际长度是：，。题题 2-13 证明证明:见图 2.25。在上任取一点，下面求证点的运动轨迹为一椭圆。见图 可知点将分为两部分，其中，。又由图可知，二式平方相加得 可见点的运动轨迹为一椭圆。3-1 解解 图 3.10 题 3-1 解图 如图 3.10 所示，以 O 为圆心作圆并与导路相切
8、，此即为偏距圆。过 B 点作偏距圆的下切线，此线为 凸轮与从动件在 B 点接触时，导路的方向线。推程运动角如图所示。3-2 解解 图 3.12 题 3-2 解图 如图 3.12 所示，以 O 为圆心作圆并与导路相切，此即为偏距圆。过 D 点作偏距圆的下切线，此线为 凸轮与从动件在 D 点接触时，导路的方向线。凸轮与从动件在 D 点接触时的压力角如图所示。3-3 解解：从动件在推程及回程段运动规律的位移、速度以及加速度方程分别为：（1）推程：0 150 （2）回程：等加速段 0 60 等减速段 60 120 为了计算从动件速度和加速度，设。计算各分点的位移、速度以及加速度值如下：总转角 0 15
9、 30 45 60 75 90 105 位移(mm)0 0.734 2.865 6.183 10.365 15 19.635 23.817 速度(mm/s)0 19.416 36.931 50.832 59.757 62.832 59.757 50.832 加速度（mm/s 2）65.797 62.577 53.231 38.675 20.333 0 -20.333 -38.675 总转角 120 135 150 165 180 195 210 225 位移(mm)27.135 29.266 30 30 30 29.066 26.250 21.563 速度(mm/s)36.932 19.416
10、 0 0 0 -25 -50 -75 加速度（mm/s 2）-53.231 -62.577 -65.797 0 -83.333 -83.333 -83.333 -83.333 总转角 240 255 270 285 300 315 330 345 位移(mm)15 8.438 3.75 0.938 0 0 0 0 速度(mm/s)-100 -75 -50 -25 0 0 0 0 加速度（mm/s 2）-83.333 -83.333 83.333 83.333 83.333 0 0 0 根据上表作图如下（注：为了图形大小协调，将位移曲线沿纵轴放大了 5 倍。）：图 3-13 题 3-3 解图 3
11、-4 解解：图 3-14 题 3-4 图 根据 3-3 题解作图如图 3-15 所示。根据(3.1)式可知，取最大，同时 s 2 取最小时，凸轮 机构的压力角最大。从图 3-15 可知，这点可能在推程段的开始处或在推程的中点处。由图量得在推程的 开始处凸轮机构的压力角最大，此时=30 。图 3-15 题 3-4 解图 3-5 解解：（1）计算从动件的位移并对凸轮转角求导 当凸轮转角在 0 过程中，从动件按简谐运动规律上升 h=30mm。根据教材(3-7)式可 得：0 0 当凸轮转角在 过程中，从动件远休。S 2=50 当凸轮转角在 过程中，从动件按等加速度运动规律下降到升程的一半。根据 教材(
12、3-5)式可得：当凸轮转角在 过程中，从动件按等减速度运动规律下降到起始位置。根 据教材(3-6)式可得：当凸轮转角在 过程中，从动件近休。S 2=50 （2）计算凸轮的理论轮廓和实际轮廓 本题的计算简图及坐标系如图 3-16 所示，由图可知，凸轮理论轮廓上 B 点(即滚子中心)的直角坐标 为 图 3-16 式中。由图 3-16 可知，凸轮实际轮廓的方程即 B 点的坐标方程式为 因为 所以 故 由上述公式可得理论轮廓曲线和实际轮廓的直角坐标，计算结果如下表，凸轮廓线如图 3-17 所 示。x y x y 0 49.301 8.333 180 -79.223 -8.885 10 47.421 1
13、6.843 190 -76.070 -22.421 20 44.668 25.185 200 -69.858 -34.840 30 40.943 33.381 210 -60.965 -45.369 40 36.089 41.370 220 -49.964 -53.356 50 29.934 48.985 230 -37.588 -58.312 60 22.347 55.943 240 -24.684 -59.949 70 13.284 61.868 250 -12.409 -59.002 80 2.829 66.326 260 -1.394 -56.566 90 -8.778 68.871
14、270 8.392 -53.041 100 -21.139 69.110 280 17.074 -48.740 110 -33.714 66.760 290 24.833 -43.870 120 -45.862 61.695 300 31.867 -38.529 130 -56.895 53.985 310 38.074 -32.410 140 -66.151 43.904 320 43.123 -25.306 150 -73.052 31.917 330 46.862 -17.433 160 -77.484 18.746 340 49.178 -9.031 170 -79.562 5.007
15、 350 49.999 -0.354 180 -79.223 -8.885 360 49.301 8.333 图 3-17 题 3-5 解图 3-6 解：图 3-18 题 3-6 图 从动件在推程及回程段运动规律的角位移方程为：1.推程：0 150 2.回程：0 120 计算各分点的位移值如下：总转角（）0 15 30 45 60 75 90 105 角位移（）0 0.367 1.432 3.092 5.182 7.5 9.818 11.908 总转角（）120 135 150 165 180 195 210 225 角位移（）13.568 14.633 15 15 15 14.429 12.
16、803 0.370 总转角（）240 255 270 285 300 315 330 345 角位移（）7.5 4.630 2.197 0.571 0 0 0 0 根据上表作图如下：图 3-19 题 3-6 解图 3-7 解：从动件在推程及回程段运动规律的位移方程为：1.推程：0 120 2.回程：0 120 计算各分点的位移值如下：总转角（）0 15 30 45 60 75 90 105 位移（mm）0 0.761 2.929 6.173 10 13.827 17.071 19.239 总转角（）120 135 150 165 180 195 210 225 位移（mm）20 20 20 19.239 17.071 13.827 10 6.173 总转角（）240 255 270 285 300 315 330 345 位移（mm）2.929 0.761 0 0 0 0 0 0 图 3-20 题 3-7 解图 4.5 课后习题详解 4-1 解解 分度圆直径 齿顶高 齿根高 顶隙 中心距 齿顶圆直径 齿根圆直径 基圆直径 齿距 齿厚、齿槽宽 4-2 解解由 可得模数 分度圆直径 4-3
