第3章 机械系统的载荷特性和动力机的选择习题课
机械设计习题集1-5章
机械设计课程习题集（填空、简答、计算题部分）（第一章~第五章）第一章 机械设计概论填空题1-1 大多数机器都由( )、( )、( )三部分组成。
1-2 机械设计课程研究的对象是( )，研究的目的是( )。
1-3 进行机器设计时，除了要满足使用和经济方面的要求外，还要满足( )和( )方面的要求。
问答题1-4 写出下列标准代号的中文名称：GB JB ISO 1-5 解释下列名词： 零件构件 通用零件 专用零件1-6 简述机器和机械零件的设计过程。
1-7 简述机械零件标准化、系列化和通用化的意义。
1-8 机械零件有哪些主要的失效形式？ 1-9 设计机械零件时应满足哪些基本要求？第二章 机械零件的工作能力和计算准则选择题2-1 限制齿轮传动中齿轮的接触宽度是为了提高齿轮的( )。
A 硬度 B 强度 C 刚度 D 工艺性 2-2 因为钢材的种类和热处A -1B 0C 0.5D 1 2-4 改变轴的支承位置时，轴的刚度( )。
A 增大B 减小C 不变D 可能增大也可能减小 2-5 增大零件的刚度，其抗冲击的能力( )。
A 增大 B 减小 C 不变 D 不一定2-6 圆柱与圆柱间的接触应力σH 与所受载荷F 的关系是( )。
AF H ∝σ B 2/1F H ∝σ C 3/1F H ∝σ D 理对弹性模量影响甚小，欲采用合金钢和热处理来提高零件的( )并无实效。
A 硬度B 强度C 刚度D 工艺性 2-3 静应力的循环特性r=( )。
4/1F H ∝σ填空题2-7 稳定循环变应力的三种基本形式是( )、( )和( )。
2-8 有一传动轴的应力谱如图所示。
则其应力幅a τ=( )、平均应力τ τm τ=( )、循环特性r =( )。
2-9 低副连接的零件的连接表面产生的应力称为( )，高副连接的零件的连接表面产生的应力称为( )。
2-10 零件发生的( )现象称为振动。
2-11 零件或系统在规定的时间内和规定的条件下能正常工作的概率称为( )。
(完整版)机械设计课后习题答案
第一章绪论1-2 现代机械系统由哪些子系统组成，各子系统具有什么功能？答：组成子系统及其功能如下：（1）驱动系统其功能是向机械提供运动和动力。
（2）传动系统其功能是将驱动系统的动力变换并传递给执行机构系统。
（3）执行系统其功能是利用机械能来改变左右对象的性质、状态、形状或位置，或对作业对象进行检测、度量等，按预定规律运动，进行生产或达到其他预定要求。
（4）控制和信息处理系统其功能是控制驱动系统、传动系统、执行系统各部分协调有序地工作，并准确可靠地完成整个机械系统功能。
第二章机械设计基础知识2-2 什么是机械零件的失效？它主要表现在哪些方面？答：（1）断裂失效主要表现在零件在受拉、压、弯、剪、扭等外载荷作用时，由于某一危险截面的应力超过零件的强度极限发生的断裂，如螺栓的断裂、齿轮轮齿根部的折断等。
（2）变形失效主要表现在作用在零件上的应力超过了材料的屈服极限，零件产生塑性变形。
（3）表面损伤失效主要表现在零件表面的腐蚀、磨损和接触疲劳。
2-4 解释名词：静载荷、变载荷、名义载荷、计算载荷、静应力、变应力、接触应力。
答：静载荷大小、位置、方向都不变或变化缓慢的载荷。
变载荷大小、位置、方向随时间变化的载荷。
名义载荷在理想的平稳工作条件下作用在零件上的载荷。
计算载荷计算载荷就是载荷系数K和名义载荷的乘积。
静应力不随时间变化或随时间变化很小的应力。
变应力随时间变化的应力，可以由变载荷产生，也可由静载荷产生。
2-6 机械设计中常用材料选择的基本原则是什么？答：机械中材料的选择是一个比较复杂的决策问题，其基本原则如下：（1）材料的使用性能应满足工作要求。
使用性能包含以下几个方面：①力学性能②物理性能③化学性能（2）材料的工艺性能应满足加工要求。
具体考虑以下几点：①铸造性②可锻性③焊接性④热处理性⑤切削加工性（3）力求零件生产的总成本最低。
主要考虑以下因素：①材料的相对价格②国家的资源状况③零件的总成本2-8 润滑油和润滑脂的主要质量指标有哪几项？答：衡量润滑油的主要指标有：粘度（动力粘度和运动粘度）、粘度指数、闪点和倾点等。
东南大学机械设计基础第03章习题
第3章习题3.1 在图示正弦机构中，已知曲柄AB 的等角速度 45,m m 100,rad/s 2011===ϕωAB l 。
试用解析法求构件3的速度和加速度。
题3.1图 题3.2图3.2 在图示曲柄滑块机构中，已知， 60,r/min 1500,mm 330,mm 10011====ϕn l l BC AB 。
试用解析法求滑块3的速度和加速度。
3.3 在图示冲床机构中，已知m 54.0,m 125.0,m 4.0,m 1.0====CE CD BC AB l l l l ，m 35.0=h ，rad/s 101=ω（为常数），转向如图；当 301=ϕ时，BC 杆处于水平位置。
试用解析法求点E 的速度和加速度规律。
题3.3图 题3.4图3.4 在图示机构中，已知m 1.0,m4.0,m 26.0,m 08.0====CE DE BC AB l l l l ，m 46.0=EF l ，rad/s 101=ω（为常数）；构件1的质心1S 位于AB 的中点，构件2的质心2S 位于BC 的中点，构件3的质心3S 位于CD 的中点，构件4的质心4S 位于EF 的中点。
试编程求解机构在 360,,60,30,01=ϕ各位置时构件5的位移、速度和加速度，以及各构件质心的位置、速度和加速度。
3.5 试确定下列机构中的所有速度瞬心位置。
题3.5图3.6 在图示凸轮机构中，已知 90,mm 80,mm 22,mm 501====ϕAC OA l l r ，凸轮1的角速度rad/s 101=ω，逆时针方向转动。
试用瞬心法求从动件2的角速度2ω。
题3.6图 题3.7图3.7 图示齿轮连杆组合机构，试用瞬心法求齿轮1与齿轮3的角速度之比31/ωω。
3.8 在图示四杆机构中，已知rad/s 10,m m 125,m m 90,m m 651=====ωBC AD CD AB l l l l ，顺时针转动。
试用瞬心法求：1) 当 15=ϕ时，点C 的速度C v ；2) 当 15=ϕ时，构件BC 上（即BC 线上或其延长线上）速度最小的一点E 的位置及其速度值；3) 当0=C v 时角ϕ的值。
第三章机械系统的载荷特性和动力机选择
缺点：因工作的可压缩性而使工作稳定性差，噪声 大，因工作压力较低，其输出的转矩不大。
通常适用于小型机械。
内燃机 优点：功率范围宽，操作简便，便于移动。
缺点：需用柴油或汽油做燃料，且要求较高，排气 污染环境，噪声大，多用于野外工作的机械，如 农用机械、工程机械和船舶车辆等。
液压马达 优点：可获得的转矩和机械力大，与电动机相比 较，在相同功率时尺寸小、重量轻，快速反应的 灵敏度高，容易实现无级调速，操作、控制简便 ，易于实现复杂的工艺动作。
缺点：需有高压油供给系统，液压元件的制造、 装配精度要求高，否则因漏油而影响工作效率、 运动精度并污染环境。
气动马达 优点：工作介质为空气，易获得，且排除的气体不
•工作机的负载特性
工作机在运行过程中其运动参数（速度、位移等 ）与动力参数（转矩、功率等）的变化规律称为 工作机的负载特性。
恒转矩负载特性：负载转矩于其转速无关
恒功率负载特性：转速变化时负载功率基本保持不变 负载转矩随转速变化而变化： 离心式鼓风机、水泵 负载转矩是行程或转角函数：如活塞式空气压缩机 、曲
•5 4 3 2 1 •载荷级数 Nhomakorabea•r
3 •r
•r
•r •r 2
1
4
7
•r
•r 6
5
•r
8
•时 间
•r1=4、r2=2、r3=3、r4=4、r5=2、 r6=1、r7=2、r8=4
•1 2 3 4 5 •载荷级数
•雨流计数法
原理： 取垂直向下的纵坐标表示时间，横坐标表示载荷，
这样载荷历程形同一座宝塔，雨点依次以峰值或谷值为起点向下 流动，根据雨点向下流动的轨迹确定出载荷循环，并计算出每个 循环的幅值大小。
机械系统的载荷特性及动力机的选择
机械系统的载荷特性及动力机选择原则本章介绍机械系统的载荷特性及动力机选择，掌握机械系统的载荷特性及动力机选择原则26.1.1工作机械的载荷载荷类型机械设计中载荷的组合及其类别工作载荷的确定方法1）按作用形式分直接作用载荷--载荷以力或力矩形式直接作用在机器上；如由工作阻力产生的载荷、惯性载荷、风载荷、驱动力、制动力等。
间接作用载荷--以变形的形式间接作用在机器上；如温度、地震的作用引起的载荷。
对于绝大多数的机器来说，直接作用的载荷是主要的。
2）按照载荷产生的来源分(1) 工作载荷由机器工作阻力产生的载荷。
工作载荷是各种机器最重要最基本的载荷。
(2) 动力载荷动力载荷包括惯性载荷、振动载荷和冲击载荷。
当机器或机器的某机构运动速度的大小或方向发生变化时(如起动或制动)将产生惯性载荷。
(3) 自重载荷设备自身重量产生的载荷。
(4) 风载荷具有一定质量的空气以一定速度流动被结构物表面阻挡时，对结构物产生压力。
(5) 温度载荷温度变化使构件热胀冷缩，当构件的胀缩受到约束时，在构件中产生附加力。
(6) 水力载荷水对构件产生的压力和流动阻力等。
3）按载荷是否随时间变化分静载荷指大小，位置和方向不变的载荷。
在工程中大多数机械承受的都是变载荷，严格意义的静载荷是很少见的，但在设计上常把变化不大或变化速度缓慢的载荷，近似地作为静载荷来处理变载荷指随时间有显著变化的载荷。
一般机械承受的变载荷主要有周期载荷，冲击载荷和随机载荷等几种。
a）周期载荷载荷的大小是随时间作周期性变化的，它可用幅值、频率和相位角三个要素来描述。
b）冲击载荷载荷作用时间短，而且幅值较大，例如，锻锤在锤打坯料时所受的载荷就属于冲击载荷。
在设计中对于数值较小，频率较高的多次冲击载荷，常按一般的周期载荷来处理。
c）随机载荷载荷的幅值和频率都是随时间变化的，且变化规律不能用一个函数确切地进行描述，只能应用数理统计方法才能获得它们的统计规律。
26.1.2 动力机的种类及其机械特性电动机液压马达气动马达内燃机电动机在额定电压和额定频率下工作，并按规定的接线方法，定子和转子电路中不外接电阻，此时获得的机械特性称为电动机的固有机械特性。
机械系统设计 第三章机械系统的载荷特性与动力机选择
工作机械的负载特性是指工作机 械在运行过程中其功率、转矩和转 速或位移间的关系。选择动力机的 容量时，主要考虑工作机械在输入 动力端的转矩、功率和转速之间的 关系。Tz=f(n)，Pz=f(n)。
负载特性有 ： 1）恒转矩负载特性
恒转矩特性是指转矩与转速无关， 即当转速变化时，转矩保持常数。 如起重机起升机构负载特性。
计算法即根据机械的功率要求和结 构特点运用各种力学原理、经验公式 或图表等计算确定载荷的方法。
例如设计起重机时，要计算： （1）起重量(吊重)表
起升载荷包括起重机的额定起重力 和随货物一起升降的装置的重力 。
100吨全地面起重机配重28吨时起 重 量 表
带 副 臂 起 重 量 表
第三章 载荷与动力装置选择
第一节 机械系统的载荷分析
一、载荷类型
所有机械在工作中都会受到多种外 力的作用，这些外力工程上称之为载 荷。确定载荷类型、大小、变化规律 是机械系统设计的重要内容。用以计 算强度、刚度、稳定性、可靠性和寿 命，选择动力机类型和容量。
1．按载荷的作用方式分类 直接作用载荷——载荷以力或力矩的形 式直接作用在机械上，如由工作阻力产生 的载荷、惯性载荷、风载荷、驱动力、制 动力等。 间接作用载荷——以变形的形式间接作 用在机械上，如温度、地震的作用引起的 载荷。 2.按零件发生变形的不同分 拉伸载荷、压缩载荷、弯曲载荷和扭转 载荷。
确定载荷通常有三种方法：类比 法、计算法和实测法。 1．类比法
参照同类或相近的机械，根据经验 或简单的计算确定所设计机械的载荷， 这种方法称为类比法。它主要应用在 载荷较难确定的情况或初步设计阶段。 仿造（测绘）。
使用类比法确定载荷一般需要一定的实际 经验，否则容易出现载荷过大或过小的情况。 应用类比法时常可采用相似原理进行推断，其 中常用的有：
机械系统设计课后答案
机械系统设计课后答案机械系统设计课后答案【篇一：机械系统设计习题(有答案版)】：具有特定功能的、相互间具有一定联系的许多要素构成的一个整体，即由两个或两个以上的要素组成的具有一定结构和特定功能的整体都是系统。
2、机械系统的组成：1、动力系统。
2、执行系统。
3、传动系统。
4、操纵、控制系统。
5、支承系统。
6、润滑、冷却与密封系统。
3、产品设计类型：完全创新设计、适应性设计、变异性设计。
4、机械系统的设计要求：功能、适应性、可靠性、生产能力、使用经济性、成本六方面的要求。
5、产品的产生过程分哪几个阶段？产品策划---产品设计---产品生产---产品运转---产品报废或回收。
6、产品的设计过程分哪几个阶段？功能原理方案设计阶段---结构总体设计阶段---技术设计阶段第二章机械系统总体设计1、功能原理方案设计步骤设计任务-求总功能-总共能分解-寻求子功能解-原理解功能-评价与决策-最佳原理方案2、什么是“黑箱法”：根据系统的某种输入及要求获得某种输出的功能要求，从中寻找出某种物理效应或原理来实现输入-输出之间的转换，得到相应的解决方法，从而推求出“黑箱”的功能结构，使“黑箱”逐渐变成“灰箱”、“白箱”的一种方法。
3、功能元、功能结构功能元：在一个系统中，总功能可以分解为一些分功能，其中可以分解到最低层次的分功能，并且分解到最后不能再分解的基本功能单位叫做功能元。
功能结构：将总功能分解为分功能，并相应找出实现各分功能的原理方案，从而简化了实现总功能的原理构思。
反之，同一层次的功能单位组合起来，应能满足上一层次功能的要求，最后组合成的整体应能满足总功能的要求。
这种功能的分解和组合关系称为功能结构。
4、机械系统总体参数包括哪些性能参数、结构参数、尺寸参数、运动参数、动力参数。
5、七个标准公比为：1.06、1.12、1.26、1.41、1.58、1.78和2。
第三章执行系统设计1、执行系统的组成：由执行末端和与之相连的执行机构。
机械系统的载荷特性和动力机选择(共69张PPT)
机械系统学第三章
0 F
a b a’ c
全循环: a- b-a’ 、 d-e-d’ 、 g-h-g’
f d d’ e
g
半循环: 0-a-a’-c 、 f-g-g’-i c-d-d’-f 、
h
g’
i
t
机械系统学第三章
（3）频率直方图和概率密度函数 把循环得到的一系列峰值或幅值数据分组，一般情 况下分成12祖，求出每一组峰值或幅值出现的频次mi、 12 相应的频率p=mi/N，其中 N m i
i 1
以载荷为横坐标、以频率为纵坐标，就可绘出频 率直方图。 当总数据量N足够大时，一般N≥106，用统计理论， 以一条光滑的曲线描述母体，该曲线称为概率密度曲 线，其表征的函数为概率密度函数。
机械系统学第三章 根据教材P50表3-2 载荷循环计数统计表所绘制的频率直方图
p
0.3
0.2
概率密度曲线
机械系统学第三章
二、载荷的处理方法
1静载荷、周期载荷、非周期载荷的处理 为了简化计算，常将名义载荷乘以动载系数，将 动载荷转化为静载荷进行近似的设计计算。 2 随机载荷的处理 （1） 载荷谱：
将原始记录的载荷-时间历程（机械的工作谱 ）， 用概率统计的方法进行处理后，得到能反映载荷随 时间变化的、具有统计特征的载荷—时间历程。
雨流计数法
机械系统学第三章
例：峰值计数法（全部峰谷值进行计数）
5 4 3 频 2 次 1 1 2 3 4 5 时间 载荷
载 荷
3
2 1
机械系统学第三章
例：穿级计数法
8
5 4
载 荷
3 2 1 时间
频 次 4
2
6
1 2 3 4 5 载荷
机械设计习题及答案(邱宣怀)
机械设计习题及答案第一篇总论第一章绪论一．分析与思考题1-1 机器的基本组成要素是什么?1-2 什么是零件?什么是构件?什么是部件?试各举三个实例。
1-3 什么是通用零件?什么是专用零件?试各举三个实例。
第二章机械设计总论一．选择题2-1 机械设计课程研究的内容只限于_______。
(1) 专用零件的部件 (2) 在高速，高压，环境温度过高或过低等特殊条件下工作的以及尺寸特大或特小的通用零件和部件 (3) 在普通工作条件下工作的一般参数的通用零件和部件 (4) 标准化的零件和部件2-2 下列8种机械零件：涡轮的叶片，飞机的螺旋桨，往复式内燃机的曲轴，拖拉机发动机的气门弹簧，起重机的起重吊钩，火车车轮，自行车的链条，纺织机的纱锭。
其中有_____是专用零件。
(1) 3种 (2) 4种 (3) 5种 (4) 6种2-3变应力特性可用σmax,σmin,σm, σa, r 等五个参数中的任意_____来描述。
(1) 一个 (2) 两个 (3) 三个 (4) 四个2-4 零件的工作安全系数为____。
(1) 零件的极限应力比许用应力 (2) 零件的极限应力比零件的工作应力(3) 零件的工作应力比许用应力 (4) 零件的工作应力比零件的极限应力2-5 在进行疲劳强度计算时，其极限应力应为材料的____。
(1) 屈服点 (2) 疲劳极限 (3) 强度极限 (4) 弹性极限二．分析与思考题2-1 一台完整2-3 机械零件主要有哪些失效形式?常用的计算准则主要有哪些?2-2 机械零件主要有哪些失效形式?常用的计算准则主要有哪些?2-3 什么是零件的强度要求?强度条件是如何表示的?如何提高零件的强度?2-4 什么是零件的刚度要求?刚度条件是如何表示的?提高零件刚度的措施有哪些?2-5 机械零件设计中选择材料的原则是什么?2-6 指出下列材料的种类，并说明代号中符号及数字的含义：HTl50，ZG230-450，2-7 机械的现代设计方法与传统设计方法有哪些主要区别?第三章机械零件的强度一．选择题3-1 零件的截面形状一定，如绝对尺寸(横截面尺寸)增大，疲劳强度将随之_____。
机械设计习题集1-5
机械设计课程习题集（填空、简答、计算题部分）（第一章~第五章）第一章机械设计概论填空题1-1 大多数机器都由( 原动机)、( 传动装置)、( 工作机)三部分组成。
1-2 机械设计课程研究的对象是( 零件)，研究的目的是( 掌握设计传动设置和一般机械能力)。
1-3 进行机器设计时，除了要满足使用和经济方面的要求外，还要满足( 造型)和( 噪声)方面的要求。
问答题1-4 写出下列标准代号的中文名称：GB JB ISO1-5 解释下列名词：零件构件通用零件专用零件1-6 简述机器和机械零件的设计过程。
1-7 简述机械零件标准化、系列化和通用化的意义。
1-8 机械零件有哪些主要的失效形式？1-9 设计机械零件时应满足哪些基本要求？第二章 机械零件的工作能力和计算准则选择题2-1 限制齿轮传动中齿轮的接触宽度是为了提高齿轮的( B )。
A 硬度B 强度C 刚度D 工艺性2-2 因为钢材的种类和热处理对弹性模量影响甚小，欲采用合金钢和热处理来提高零件的( C )并无实效。
A 硬度B 强度C 刚度D 工艺性2-3 静应力的循环特性r =( D )。
A -1B 0C 0.5D 12-4 改变轴的支承位置时，轴的刚度( D )。
A 增大B 减小C 不变D 可能增大也可能减小2-5 增大零件的刚度，其抗冲击的能力( B )。
A 增大B 减小C 不变D 不一定2-6 圆柱与圆柱间的接触应力σH 与所受载荷F 的关系是( B )。
A F H ∝σB 2/1F H ∝σC 3/1F H ∝σD 4/1F H ∝σ填空题2-7 稳定循环变应力的三种基本形式是( 非对称循环应变 )、( 对称循环 )和( 脉动 )。
2-8 有一传动轴的应力谱如图所示。
则其应力幅a τ=( )、平均应力m τ=( )、循环特性r =( )。
2-9 低副连接的零件的连接表面产生的应力称为( 挤压应力 )，高副连接的零件的连接表面产生的应力称为( 接触应力 )。
自由度机械系统动力学
1. 解析法
d
t t0 Je 0 Me()
（3.4.6）
若
Me()ab
则
再求出其 反函数
t
t0
Je b
ln ab ab0
f (t)
（3.4.7）
若
d
tt0Je 0abc2
演讲完毕，感谢观 看
（3.4.8）
一、等效力和等效力矩 二、等效质量和等效转动惯量
等效力学模型
等效原则： 等效构件具有的动能＝各构件动能之和
M e
n j 1
m
j
vSj v
2
J
j
j
v
2
J e
n j 1
m
j
vSj
2
J
j
j
2
（3.3.3）
等效质量和等效转动惯量与传动比有关， 而与机械驱动构件的真实速度无关
2W()
Je()
（3.4.3）
若
是以表达式
给出，且为可积函数时，
（3.4.3）可得到解析解。
但是
常常是以线
图或表格形式给出，则只
能用数值积分法来求解。
常用的数值积分法有梯形
法和辛普生法。
运动方程式的求解方法
一、等效力矩是位置的函数时运动方程的求解
二、等效转动惯量是常数、等效力矩是角速度的函数时运动方程
单自由度机械系统可以采用等效力学模型来进行研究，即系统的动力学问题转化为一个等效构件的动力学问题来研究，可以 使问题得到简化。
当取作定轴转动的构件作为等效构件时，作用于系统上 的全部外力折算到该构件上得到等效力矩，系统的全部 质量和转动惯量折算到该构件上得到等效转动惯量。
当取作直线运动的构件作为等效构件时，作用于系统上 的全部外力折算到该构件上得到等效力，系统的全部质 量和转动惯量折算到该构件上得到等效质量。
机械系统设计练习题
机械系统设计练习题一、基础知识部分1. 列举机械系统设计的基本原则。
2. 简述机械系统设计的基本步骤。
3. 说明机械系统中常用的传动方式及其特点。
4. 描述机械系统中常用的连接方式及其应用场景。
5. 分析机械系统设计中常用的材料选择方法。
二、机构分析与设计1. 绘制四杆机构的简图，并分析其运动特性。
2. 设计一个平面连杆机构，实现给定的工作要求。
3. 分析斜面机构的工作原理，并计算其传动效率。
4. 设计一个螺旋传动机构，满足指定的运动和受力要求。
5. 分析凸轮机构的基本参数，并绘制凸轮轮廓曲线。
三、机械动力学分析1. 计算某机械系统中各零件的受力情况。
2. 分析机械系统中的摩擦损失，并提出降低摩擦的措施。
3. 估算机械系统的动态响应，判断其稳定性。
4. 针对某一机械系统，进行运动学和动力学仿真分析。
5. 设计一款减震装置，降低机械系统运行过程中的振动。
四、机械结构设计1. 设计一款轴类零件，满足强度、刚度及加工要求。
2. 绘制齿轮传动系统的装配图，并标注主要尺寸。
3. 设计一款联轴器，实现两轴的连接与对中。
4. 分析某机械结构在受力过程中的变形情况，并提出改进措施。
5. 设计一款机架，满足强度、刚度和稳定性要求。
五、创新设计与实践1. 提出一种新型传动机构，并阐述其优点和应用场景。
2. 设计一款具有自适应功能的机械系统，实现特定功能。
3. 利用现代设计方法（如有限元分析、优化设计等）进行机械系统设计。
4. 结合绿色设计理念，对某一机械系统进行改进。
5. 分析智能制造技术在机械系统设计中的应用前景。
六、机械控制系统设计1. 设计一个简单的闭环控制系统，实现机械系统的位置控制。
2. 列出机械系统中常用的传感器类型及其应用。
3. 编写一个PLC程序，用于控制机械手的运动。
4. 分析机械系统中执行元件的选型依据。
5. 设计一个液压或气动控制系统，满足指定的动作要求。
七、机械加工与制造1. 选择合适的加工方法，制定一个机械零件的加工工艺路线。
机械设计基础分章节练习题
《机械设计基础》课程分章节练习题第一章机械设计基础概论第二章平面机构运动简图及自由度第三章平面连杆机构一、单项选择题1. 机器中各制造单元称为（）A．零件B．构件C．机件D．部件2. 机器中各运动单元称为（）A．零件B．构件C．部件D．机件3. 在平面机构中，每增加一个低副将引入（）A．0个约束B．1个约束C．2个约束D．3个约束4. 机构具有确定相对运动的条件是（）A．机构的自由度数目等于主动件数目 B. 机构的自由度数目大于主动件数目C．机构的自由度数目小于主动件数目 D. 机构的自由度数目大于等于主动件数目5. 平面运动副所提供的约束为（）A.1B.2C.1或2D.36. 由m个构件所组成的复合铰链所包含的转动副个数为( )A.1B.m-1C.mD.m+l7. 平面铰链四杆机构ABCD中，AD为机架，L AB=40mm，L BC=60mm，L CD=120mm，L AD=120mm，那么（）A．AB杆为曲柄，CD杆为摇杆 B. AB杆与CD杆均为曲柄C．AB杆与CD杆均为摇杆 D. AB杆为摇杆，CD杆为曲柄8. 无急回特性的平面四杆机构，其极位夹角为( )A.θ<︒0B.θ=︒0C.θ≥︒0D.θ>︒09. 一曲柄摇杆机构，若改为以曲柄为机架，则将演化为（）A.曲柄摇杆机构B.双曲柄机构C.双摇杆机构D.导杆机构10. 铰链四杆机构的死点位置发生在（）A．从动作与连杆共线位置B．从动件与机架共线位置C．主动件与连杆共线位置D．主动件与机架共线位置11. 铰链四杆机构ABCD中，AB为曲柄，CD为摇杆，BC为连杆。
若杆长l AB=30mm,l BC=70mm，l CD=80mm，则机架最大杆长为（）A.80mmB.100mmC.120mmD.150mm12. 曲柄摇杆机构处于死点位置时，角度等于零度的是（）A．压力角B．传动角C．极位夹角D．摆角13. 在铰链四杆机构中，若最短杆与最长杆长度之和小于其它两杆长度之和，则要获得双摇杆机构，机架应取（）A．最短杆B．最短杆的相邻杆C．最短杆的对面杆D．无论哪个杆14. 铰链四杆机构中，若最短杆与最长杆长度之和大于其余两杆长度之和，则机构为（）A．曲柄摇杆机构B．曲柄滑块机构C．双曲柄机构D．双摇杆机构15. 在铰链四杆机构中，传动角γ和压力角α的关系是（）A．γ=180°-αB．γ=90°+αC．γ=90°-αD．γ=α16. 在下列平面四杆机构中，一定无急回特性的机构是（）A.曲柄摇杆机构B.摆动导杆机构C.对心曲柄滑块机构D.偏置曲柄滑块机构17. 偏心轮机构是由铰链四杆机构（）演化而来的。
第三章_机械系统的载荷和动力选择1讲解
参照同类或相近的机械，根据经验或简 单的计算确定所设计机械的载荷，这种 方法称为类比法。
它主要应用在载荷较难确定的情况 或初步设计阶段。还可以应用在不 需要精确确定载荷的情况，特别是 设计一些以传递运动为主的机械。
应用类比法时常可采用相似原理进行推 断，其常用的有几何尺寸类比和动力类 比等。 几何尺寸类比法，由下式确定设计载荷：
（3-12）
动力类比是选择一种类同的机械，调查 其实际使用的动力机容量大小，然后用 简单的类比关系确定所设计机械的动力， 以此作为依据再推算机械及其零部件所 受的载荷。 (二)计算法 计算法即根据机械的功能要求和结构特 点运用各种力学原理、经验公式或图表 等计算确定载荷的方法。 例如设计起重机时，其承受的主要载荷 大部分都可运用计算法确定：
二、载荷的处理方法 （一）静载荷、周期载荷、非周期载荷的处 理 （1）静载荷的处理方法： 对于静载荷需采用静强度判据，对于动载荷 就需应用疲劳强度的设计方法。 （2）周期载荷和非周期载荷的处理方法： 1）可对其进行傅立叶展开和傅立叶变换以获 得它们的变化规律，再利用疲劳强度理论进 行设计计算。
2）采用名义载荷乘以大于1的动载因数， 将动载荷转化为静载荷，仍用静载菏的 设计方法进行计算。下表列出了各种机 械动载系数的荐用值。
n 2
(3 - 5)
1/ 2
(3 - 6)
1 n V (t ) xi (t ) X (t ) n i 1 V (t ) 2 当均值X(t )为零时 1 n 2 V (t ) xi (t ) n i 1
2
(3 - 7) (3 - 8)
(3 - 9)
动载因数的荐用值
（二）随机载荷的处理
1.载荷谱 原始记录的载荷--时间历程称为机械的 工作谱或使用谱。 它们经用概率统计的方法进行处理后， 得到能反映载荷随时间变化的，并具有 统计特征的载荷--时间历程就称为载荷 谱。 将工作谱处理成载荷谱的过程称为编谱。 常将这些随机载荷近似看成是平稳或各 态历经过程。
第3章 机械系统的载荷特性和动力机的选择-2012-3
第一节 工作机械(指执行系统)的载荷和工作制
一、载荷类型
载荷是对机械及零部件进行强度、刚度、稳定性、可靠性和寿命计算的 依据。也是进行机械系统动力机类型和容量选择时需要考虑因素之一。 作用在机械上的外力称为载荷。载荷的种类很多，如起重机中提升物体 的重量、变速运行的惯性力、机械本身的自重、作用在机械上的风力和落在 机械上其他杂物的重量等等都是载荷。载荷的类型和大小决定于对机械的功 能要求、工作环境和结构间的约束关系。 载荷的表示形式：可用力、力矩或转矩表示，也可用压力、功率、加速 度等形式表示。 设计机械系统时，载荷的分析和确定非常重要。分析的过程中应分清载 荷主次，对量值较小的载荷可忽略不计，对较复杂的载荷应进行适当的简化。
X (t ) X 0 sin(0t )
式中：
X t） （ ：t时刻的载荷幅值；
X 0 ：最大的载荷幅值；
0 ：角频率，角频率 0 与周期T的关系为：T= 2
：相位角
0
由于余弦函数通过改变相位可转化为正弦函数，所以用余弦函数表示的载 荷也是谐波载荷。
ω
2、复杂周期载荷
任何复杂的周期载荷，都可分解成无限个简谐载荷相叠加的形式(傅里叶 级数)。 复杂载荷的数学表达式为：
汽车、拖拉机、水轮机、飞机等在复杂条件下工作的机械，就承受随机 载荷。由于外界条件变化无常，测量结果是不可确定的。 由于随机载荷具有不可确定性，所以不能应用随机载荷直接进行强度、 刚度等计算，必须用数理统计的方法，总结出随机载荷的统计规律，才能进 行相应的计算。 随机载荷是由现场实测获得，这个过程叫采样。
1、工作机械的负载特性
工作机械就是机械系统的执行系统。系统工作过程中转矩M与转速n的关 系M=f(n)(或力F和速度V的关系F=f(V))称为工作机械的负载特性。常见的负 载特性有如下几种: （1）恒转矩负载特性 转矩M与转速n的大小无关，转速n变化，转矩M不变。即
03第三章机械系统的载荷特性和动力机的选择
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17、儿童是中心，教育的措施便围绕 他们而 组织起 来。上 午8时5 分24 秒上午8 时5分0 8:05:2 421.6. 21
June 2021
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1、Genius only means hard-working all one's life. (Mendeleyer, Russian Chemist)
几何相似：表示两个机械的对应构件的尺寸、比例相同， 形状相似及对应角相等； 运动相似：表示两机械工作在相同工况时，其对应构件 的对应点运动速度、位移成比例且方向一致； 动力相似：表示两机械工作在相同的工况时，其对应构 件上的对应点受力成比例，方向相同。
煤矿机械水泵和风机就是依照相似原理进行设计的。
几何相似是运动相似的先决条件，没有几何相似就没有运动 相似和动力相似。但几何相似不一定运动相似和动力相似。 只有工作在对应的工况时，才能运动相似和动力相似。
13、He who seize the right moment, is the right man.谁把握机遇，谁就心想事成。 21.6.21 21.6.2 108:0 5:2408 :05:24 June 21, 2021
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14、谁要是自己还没有发展培养和教 育好， 他就不 能发展 培养和 教育别 人。20 21年6 月21日 星期一 上午8 时5分2 4秒08:05:24 21.6.21
载荷历程：载荷－时间历程的简称。动载荷随时间变化的规律。
按动载荷的载荷历程分 ⑴周期载荷: 载荷的幅值和频率在某一时域保持不变。
①简谐载荷②冲击载荷③复杂周期载荷 ⑵非周期载荷: 载荷的幅值和频率都随时间变化。其变 化有一定规律并可重复，可用一定的数学公式来表达。
①准周期载荷②瞬变载荷 ⑶随机载荷: 不可能用确定的数学关系来描述，但 可以对它进行统计计数处理。
机械系统设计课后答案
机械系统设计课后答案【篇一：机械系统设计习题(有答案版)】：具有特定功能的、相互间具有一定联系的许多要素构成的一个整体，即由两个或两个以上的要素组成的具有一定结构和特定功能的整体都是系统。
2、机械系统的组成：1、动力系统。
2、执行系统。
3、传动系统。
4、操纵、控制系统。
5、支承系统。
6、润滑、冷却与密封系统。
3、产品设计类型：完全创新设计、适应性设计、变异性设计。
4、机械系统的设计要求：功能、适应性、可靠性、生产能力、使用经济性、成本六方面的要求。
5、产品的产生过程分哪几个阶段？产品策划---产品设计---产品生产---产品运转---产品报废或回收。
6、产品的设计过程分哪几个阶段？功能原理方案设计阶段---结构总体设计阶段---技术设计阶段第二章机械系统总体设计1、功能原理方案设计步骤设计任务-求总功能-总共能分解-寻求子功能解-原理解功能-评价与决策-最佳原理方案2、什么是“黑箱法”：根据系统的某种输入及要求获得某种输出的功能要求，从中寻找出某种物理效应或原理来实现输入-输出之间的转换，得到相应的解决方法，从而推求出“黑箱”的功能结构，使“黑箱”逐渐变成“灰箱”、“白箱”的一种方法。
3、功能元、功能结构功能元：在一个系统中，总功能可以分解为一些分功能，其中可以分解到最低层次的分功能，并且分解到最后不能再分解的基本功能单位叫做功能元。
功能结构：将总功能分解为分功能，并相应找出实现各分功能的原理方案，从而简化了实现总功能的原理构思。
反之，同一层次的功能单位组合起来，应能满足上一层次功能的要求，最后组合成的整体应能满足总功能的要求。
这种功能的分解和组合关系称为功能结构。
4、机械系统总体参数包括哪些性能参数、结构参数、尺寸参数、运动参数、动力参数。
5、七个标准公比为：1.06、1.12、1.26、1.41、1.58、1.78和2。
第三章执行系统设计1、执行系统的组成：由执行末端和与之相连的执行机构。
2、以机床执行轴机构——主轴组件为例介绍执行轴机构设计的内容和要求。
机械制造装备设计课后习题答案完整
第五章课后习题答案1机床夹具的作用是什么？有哪些要求？作用：1、保证加工精度2、提高生产率3、扩大机床的使用范围4、减轻工人的劳动程度，保证生产安全5、降低成本要求：1、保证加工精度2、夹具的总体方案应与生产纲领相适应3、安全、方便、减轻劳动强度4、排屑顺畅5、夹具应有良好的刚度、强度、结构工艺性1.机床夹具的组成部分有哪些？1、定位元件及定位装置用于确定工件正确位置的元件或装置2、夹紧元件及夹紧装置用于固定工件已获得的正确位置的元件或装置3、导向及对刀元件用于确定工件与刀具的相互位置的元件4、动力装置5、夹具体用于将各元件、装置连接在一块，并通过它将整个夹具安装在机床上6、其它元件及装置3.何为六点定位原理？何谓定位的正常情况和非正常情况？它们各包括哪些方面？六点定位原理：采用六个按一定规则布置的约束点，限制工件的六个自由度使工件实现完全定位。
正常情况：根据加工表面的位置尺寸要求，需要限制的自由度均已被限制，称定位的正常情况。
正常情况分为：a完全定位六个自由度全部被限制b不完全定位少于六个自由度被限制非正常情况：根据加工表面的位置尺寸要求，需要限制的自由度没有完全被限制，或某个自由度被两个或两个以上的约束重负限制，称为非正常情况非正常情况分为：a.欠定位需要限制的自由度没有完全被限制b.过定位某个自由度被两个或两个以上的约束重负限制4、确定夹具的定位方案时，要考虑哪些方面的要求？在多个表面参与定位时：限制自由度最多的定位面——第一定位基准面或主基准面限制自由度较多的定位面——第二定位基准面或导向基准限制一个自由度的定位面——第三定位基准面或定程基准5、何谓定位误差？定位误差是由哪些因素引起的？定位误差：指工序基准在加工方向上的最大位置变动量所引起的加工误差，它是加工误差的一部分产生定位误差的原因：1、基准不重合带来的定位误差2、间隙引起的定位误差3、与夹具有关的因素产生的定位误差6、夹紧和定位的区别？对夹紧装置的基本要求有哪些？定位是确定工件在机床上或夹具中占有正确位置的过程。
机械设计第二版习题集答案
机械设计第二版习题集答案机械设计是一门重要的工程学科，涉及到机械结构的设计、分析和优化等方面。
而习题集则是学习机械设计的重要辅助工具，通过解答习题可以加深对知识的理解和应用。
本文旨在为《机械设计第二版习题集》中的一些习题提供答案和解析，帮助读者更好地掌握机械设计的相关知识。
1. 第一章：机械设计基础习题1：什么是机械设计？答案：机械设计是指通过对机械结构的设计、分析和优化，实现机械产品的功能需求和性能要求的过程。
习题2：机械设计的基本原理有哪些？答案：机械设计的基本原理包括力学原理、材料力学原理、热力学原理和流体力学原理等。
2. 第二章：机械零件的设计习题1：如何选择合适的材料进行零件设计？答案：在进行零件设计时，需要考虑材料的力学性能、耐磨性、耐腐蚀性、成本等因素，并根据具体应用场景选择合适的材料。
习题2：如何进行零件的尺寸设计？答案：零件的尺寸设计需要根据零件的功能需求和装配要求，合理确定尺寸，确保零件的性能和可靠性。
3. 第三章：机械传动设计习题1：什么是机械传动？答案：机械传动是指通过传递和转换运动和动力的方式，实现机械装置的运动和工作。
习题2：常见的机械传动方式有哪些？答案：常见的机械传动方式包括齿轮传动、带传动、链传动等。
4. 第四章：机械结构设计习题1：机械结构设计的基本原则有哪些？答案：机械结构设计的基本原则包括合理布局、简化结构、提高刚度和强度、降低重量等。
习题2：如何进行机械结构的优化设计？答案：机械结构的优化设计需要通过建立数学模型、进行分析和计算，找到最优的设计方案。
5. 第五章：机械零件的强度计算习题1：什么是零件的强度计算？答案：零件的强度计算是指通过对零件的应力和变形进行计算和分析，判断零件是否满足强度和刚度要求。
习题2：常用的零件强度计算方法有哪些？答案：常用的零件强度计算方法包括静力学方法、材料力学方法和有限元方法等。
通过以上几个章节的习题解答，读者可以对机械设计的基础知识、零件设计、传动设计、结构设计和强度计算等方面有一个初步的了解。
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Pdx
2 2 2 P t P t P st st s s b tb
C ( t st t b ) t s
23.74kw
把等效功率转换成FCN=40%的功率Pdx40：
Pdx 40 Pdx
FCr FC N 23.98kw
PN ,40 30kw
YZR225M-6
YZR225M-6
n N ,40 962r / min M 3.3 PN ,25 34kw n N ,25 957r / min
4、电动机过载能力计算 电动机的额定转矩：
过载时电动机产生的瞬时最大转矩 的求解。
PN 30 M N 9549 9549 297.8 N .m nN 962
4、校核电动机的起动能力 交流电动机功率低于7.5KW时，按P62(3-27)式校核起动能力。
2 kU kmin M N ks M rs
式中： kU—最小起动电压与额定电压之比，一般取kU =0.85； kmin—电动机最小起动转矩与额定转矩之比； kmin=λst=2.2;
MN—电动机额定转矩；
应加在丝杠上力矩：
d2 M1 Fs tg ( V ) ( N .m) 2
刀架开始移动时的静摩擦力：
Fs sW 0.2 5300 1060N
选择Tr160×112(P28)-GB5796-86螺纹 梯形螺纹的相关参数： 外径：d=160mm；导程： L=112mm ； 螺矩： P=28mm ； 头数：Z=L/P=112/28=4；螺纹中经： d2=146mm 。 通过计算可得丝杠转速：
Y90L-4
Y112M-4
M 'rs 25.67 N.m M 'rs max 31.22 N.m
电动机能够产生的静阻力矩能满足起动要求。
题4： 某工作机的电动机工作负载如图所示，该工作机具有恒功率的负 载特性，需要频繁起动、制动、正反转以及带负载起动，试为该工作机选择 合适的电动机。 图中参数取值：Pst1=32、 Ps1=26 、 Pb1=20；tst1=2s、 ts1=14s 、 tb1=4s ； t01=29s； Pst2=25、 Ps2=20 、 Pb2=15；tst2=2s、 ts2=14s 、 tb2=4s ； t02=29s。
PN 1.5 M N 9549 9549 10.23 N .m nN 1400
ks—起动加速因数，一般取ks =1.2～1.5；取ks =1.35； Mrs—起动时电动机轴上的静阻转矩；
2 kU kmin M N M rs 12.04 N .m ks
M rs max 12.04N.m
O
tst1
ts1
tb1
t01 T
tst2
ts2
tb2
t02
t
图中参数取值：tst1=5s、 ts1=25s 、 tb1=6s ； t01=30s； tst2=4s、 ts2=15s 、 tb2=5s ； t02=26s；T=116s。
丝杠
短时运行的电动机
Y系列笼型三相异 步交流电动机
2、计算刀架移动时，电动机的负载功率PL
PL
WV
60 1000 1
(kw) 1.33(kw)
3、按照过载能力选择电动机 对于短时工作的电动机，对其不用进行发热计算，而应当按照其过载 能力来选择电动机的容量。 异步电动机的过载能力应满足：
（1）电动机的负荷持续率； （2）选用长期运行的Y系列三相交流异步电动机； （3）校核电动机的起动能力；
（4）求该电动机能够产生的最大负载转矩MLmax。
电动机停转时其散热恶化系数Cβ =0.5，起动、制动时，电动机的散热恶 化系数Cα=0.75。
M(N.m)
300 260 210
200
180 120
5.9106
d2 M1 Fs tg ( V ) ( N .m) 27.6N.m 2
折算到电动机轴上的静阻力矩：
M rs M1 / i ( N .m) 26.4( N .m)
M rs 26.4N.m M rs max 12.04N.m
电动机能够产生的静阻力矩不能满足起动要求。
n v zp 134r / min 150r / min
传动系统的传动比：
j nN n 1400 134 10.45
螺纹的升角： arctan( zp d )
13.7221
由手册可得，铜-青铜材料在有润滑剂时的摩擦系数为： 0.1 梯形螺纹的牙形斜角：β=15˚ 当量摩擦角：V arctan( cos ) 应加在丝杠上的力矩：
t t t t t t t
st s b st s b
0
FCr=40.82%
电动机工作制：周期性变化负载断 续运行（S3制）
YZR系列绕线型冶金及起重用三相异步交流电动机可以胜任。
3、选择电动机的功率
系统工作机具有恒功率的负载特性，可以按照等效功率进行电动机的发 热计算。
M sa (1.0 ~ 2.0) M N ,25 339.3 ~ 678.6N .m
电动机起动时的最大负载转矩为：
M s max
32 Ps max 9549 317 .6 N .m 9549 962 nN , 40
M sa M smax
电动机的起动能力可以满足要求。
题5： 某起重机的电动机工作负载如图所示，该工作机具有恒转矩的负 载特性，要求电动机的额定转速nN=1480r/min，试计算：
P(KW)
Pst1 Ps1 Pst2
Pb1
Ps2
Pb2
O
tst1
ts1
tb1
t01 T
tst2
ts2
tb2
t02
t
解： 1、选择电动机类型
工作机运行过程中需要频繁地起动、制动和正反转，同时要求带负载起 动： YZR系列绕线型冶金及起重用三相异步交流电动机 2、计算电动机的工作制 负荷持续率： FCr
由式子（3-20）可得电动机过载时产生的瞬时最大转矩：
M L max KK 2U m M N 639.0N .m
5、电动机起动能力校核 绕线型冶金及起重用三相异步交流电动机的平均起动转矩为：
M sa (1.0 ~ 2.0) M N ,25
M N ,25 9549 PN ,25 nN ,25 34 9549 339.3 N .m 957
第三章 机械系统的载荷特性和动力机选择习题课
----电动机的选择与计算
题3： 题目见P66例3-3。（参数作一定的改动）
传动比j=10；刀架丝杠转速150r/min；丝杠螺旋副选择Tr160×112(P28)GB5796-86螺纹。
nN 电动机 传动系统：j、η 刀架
n
螺母 Fs
解： 1、选择电动机类型 连续工作制的电动机 短时工作制的电动机
M L max KK 2U m M N
M L max KK 2U m M N
笼型三相异步电机的 特性较硬，在各转矩 下转速变化不大。
PL max KK 2U m PN
PN
PL max KK 2U m
Y90L-4
PN 1.5kw n N 1400r / min M 2.2 2 st 2.2