机械设计基础部分习题及答案

《机械设计基础》部分习题答案第一章1-1.各种机器尽管有着不同的形式、构造和用途，然而都具有下列三个共同特征：①机器是人为的多种实体的组合；②各部分之间具有确定的相对运动；③能完成有效的机械功或变换机械能。

机器是由一个或几个机构组成的，机构仅具有机器的前两个特征，它被用来传递运动或变换运动形式。

若单纯从结构和运动的观点看，机器和机构并无区别，因此，通常把机器和机构统称为机械。

1-2. 都是机器。

1-3.①杀车机构；有手柄、软轴、刹车片等。

②驱动机构；有脚踏板、链条、链轮后轴，前轴等。

第二章2-2.问题一：绘制机构运动简图的目的是便于机构设计和分析。

问题二：(1)分析机构的运动原理和结构情况，确定其原动件、机架、执行部分和传动部分。

(2)沿着运动传递路线，逐一分析每个构件间相对运动的性质，以确定运动副的类型和数目。

(3)选择视图平面，通常可选择机械中多数构件的运动平面为视图平面，必要时也可选择两个或两个以上的视图平面，然后将其画到同一图面上。

(4)选择适当的比例尺，定出各运动副的相对位置，并用各运动副的代表符号、常用机构的运动简图符号和简单的线条来绘制机构运动简图。

(5)从原动件开始，按传动顺序标出各构件的编号和运动副的代号。

在原动件上标出箭头以表示其运动方向。

问题三：机构具有确定运动的条件是：F＞0,机构原动件的数目等于机构自由度的数目。

2-3.答：铰链四杆机构有三种类型：它们是曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。

铰链四杆机构具有曲柄的条件是：（1）最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和；（2）连架杆和机架中必有一杆是最短杆。

根据曲柄存在条件还可得到如下推论：1）当最短杆与最长杆长度之和大于其余两杆长度之和时，则不论取何杆为机架，都只能得到双摇杆机构。

2）若四杆机构中最短杆与最长杆之和小于或等于其余两杆之和，当最短杆的邻边是机架时，机构成为曲柄摇杆机构；当最短杆本身为机架时成为双曲柄机构；当最短杆是连杆时成为双摇杆机构。

2-5. (a)9×3-12×2-1＝2 小滚轮是虚约束，凸轮中心有二个转动副。

(b)F＝3n－P L－P H＝3×5－2×7＝1除A、B、C、D、E外，其余都是虚约束;(c)F＝3n－P L－P H＝3×5－2×7＝1 C处有一复合铰链，E处都是虚约束。

2-6. 解：①要得到曲柄摇杆机构，最长杆与最短杆之和必须小于其余两杆之和。

这有三种情况：设a为最长杆a+40≤45+50a≤55设a为最短杆a+50≤45+40a≤35设a为中间值50+40≤45+a45≤a故：a的范围为： 45≤a≤55②要得到双摇机构，最长杆与最短杆之和必须大于其余两杆之和。

也有三种情况：a为最大值：a+40＞45+50a＞55a为最小值：a+50＞45+40a＞35a为中间值：50+40＞45+a45＞a综合得到：a＞35 a＞55 a＜45故a的取值范围：a＞0 即可。

2-8、a)双曲柄机构； b）曲柄摇杆机构；c）双摇杆机构；d）双摇杆机构； e）转动导杆机构； f）摆动导杆机构。

2-10. 解：①这是曲柄摇杆机构；②有急回特性，因为有极位夹角；（下图1）③最小传动角出现在图示位置。

（下图2）图1图2第三章3-1. 答：尖顶，适合高速轻载；滚子，耐磨性好；平底从动件，凸轮不能有凹的轮廓等。

3-3. 答：凸轮的压力角为凸轮廓线上传力点B 的法线与推杆（从动件）上点B 的速度方向所夹的锐角。

对于滚子从动件，滚子中心可视作B 点。

压力角α是影响凸轮机构受力情况的一个重要参数。

在其它条件相同的情况下，α越大、则分母越小、P 力将越大。

当α增大到某一数值时，分母将减小为零，作用力P 将增至无穷大，此时该凸轮机构将发生自锁现象。

而这时的压力角我们称为临界压力角c α，为使凸轮机构工作可靠，受力情况良好，必须对压力角进行限制。

最基本的要求是：c αα max 。

3-4.解：常有的间歇运动机构有棘轮机构和槽轮机构。

棘轮机构结构简单、制造方便、运动可靠，在各类机械中有较广泛的应用。

槽轮机构构造简单，机械效率高，并且传动平稳，因此在自动机床转位机构、电影放映机卷片机构等自动机械中得到广泛的应用。

3-8.图1图① ②⑤⑥两点有柔性冲击； ③ ④两点有刚性冲击；3-9.解： 5m m ÷40=0.125mm0.5mm ÷0.125mm=44／40×360°=1／10×360°=36°最小进给量为0.125mm,每次转过36°。

3-10.解： t 1=2s∵ k=1 槽数为6 ∴ 主动拨盘转一周所用的时间为t 主=2÷(5／6)=12／5 s n=60÷（12／5）=25转／分第四章4-3.答：弹性滑动是带传动不可避免的物理现象，由弹性带引起的。

打滑是由于过载引起的，可以避免。

传动比不准确的原因是由于带有弹性滑动，如改变带的材质可以解决。

传动带是弹性体，受到拉力后会产生弹性伸长，伸长量随拉力大小的变化而改变。

带由紧边绕过主动轮进入松边时，带的拉力由F1减小为F2,其弹性伸长量也由δ1减小为δ2。

这说明带在绕过带轮的过程中，相对于轮面向后收缩了（δ1-δ2），带与带轮轮面间出现局部相对滑动，导致带的速度逐步小于主动轮的圆周速度，这种由于带的弹性变形而产生的带与带轮间的滑动称为弹性滑动。

弹性滑动和打滑是两个截然不同的概念。

打滑是指过载引起的全面滑动，是可以避免的。

而弹性滑动是由于拉力差引起的，只要传递圆周力，就必然会发生弹性滑动，所以弹性滑动是不可以避免的。

4-4.答：（1）v带工作一段时间后，就会由于塑性变形而松弛，有效拉力降低，为了保证带传动的正常工作，应定期张紧。

（2）滑道式定期张紧、摆架式定期张紧、利用自身重量的自动张紧、调位式内张紧轮张紧等。

4-8.答：常见的链传动失效形式有：1）链板的疲劳断裂；2）滚子和套筒的疲劳点蚀；3）链条脱落；4）链条过载磨损；5）链轮齿面磨损。

4-9.答：张紧方法：（1）通过调整链轮中心距来张紧链轮；（2）拆除1~2个链节，缩短链长，使链张紧；（3）使用张紧轮张紧，当两链轮中心连线倾角大于60°时，应当设置张紧装置，张紧轮常设置在链条松边外侧或内侧。

张紧最常用的方法是通过移动链轮的位置以增大两轮的中心距，当中心距不可调时，可设张紧装置张紧，常用张紧方法：（1）张紧轮张紧（2）托板张紧。

4-10.解：①确定链轮齿数z1、z2传动比129603.2 300nin===假设v=3～8m／s,由表4-17取z1=23 大齿轮z2=i×z1=3.2×23=73.6取z 2=74②确定链条节距p:P 0=Az p K PK K =5.5 1.3kW=5.81kW 1.23 1.0⨯⨯ z K 由表4-15查得z K =1.23p K 由表4-16查得p K =1.0 A K 由表4-14查得A K =1.3 根据P 0=5.81，n 1=960 由图4-21选定链号为10A,节距p=15.875③由式（4-20）验算链速v:112315.875960m/s=5.842m/s 601000601000z pn v ⨯⨯==⨯⨯由表4-17知，链速合适。

按图4-14，采用油浴润滑。

（4）确定中心距a 和链条节数p L : 1）初选中心距0a 取040(635mm)a p =。

2）由式（4-27）确定链条节数P L20122102()22P a z z z z p L p a π+-=++ 24023747423()130.1482402p p p p π2⨯+-=++= 取链节数130p L =3）按式（4-28）计算实际中心距a12[()42p z z pa L +=-15.8752374[(130)42+=- 507mm =考虑安装的初垂度，取504mm a =第五章5-1. 答：正确啮合条件是：m 1=m 2，21a a =。

连续传动条件是ε≥1。

（1）两齿轮模数和压力必须相等（2）重合度相等。

5-2. 解：模数m,压力角α，齿顶高系数*a h ，顶隙系数*c 均为标准值，分度圆上的齿槽宽（即S=e ）齿轮为标准齿轮。

①模数；②齿数；③压力角；④齿顶高系数*a h ；⑤顶隙系数*c 。

5-3. 答：齿轮的失效形式主要有断齿、磨损、点蚀、胶合、齿面塑性变形。

缓解失效发生可增大齿根圆半径，正变位，增大模数，增大压力角，喷丸强化等热处理。

5-4. 答：齿轮上作为齿轮尺寸基准的圆称为分度圆。

分度圆与节圆重合是标准齿轮，标准安装的理想状态。

节园是一对齿轮传动才会有的参数。

分度圆是一个虚拟的圆,它是模数与齿数的乘积。

节圆：单个齿轮没有节圆，只有两齿轮啮合，才会形成节点节圆，在标准齿轮副传动和高变位齿轮副传动中，节圆和分度圆相等。

若一对模数相等的标准齿轮传动，则一个齿轮的分度圆与另一个齿轮的分度圆齿槽必须相等，这样的两个齿轮在安装传动时，其分度圆相切，节圆和分度圆重合，啮合角等于分度圆压力角。

5-6. 改变刀具位置与齿坯相对位置后切制出来的齿轮称为变位齿轮。

为了改善齿轮的传动性能，正变位可提高齿轮的抗弯强度；负变位可使齿顶加厚。

5-8. d 1 =3×21= 63mm d 2=3×59=177mmd a1=63+2×3=69mm d a2=177+2×3=183mm 122d d a +==631772+=120mm5-9. a=m ／2(z 1+z 2) i=3 3z 1= z22×180=m(z 1+z 2)=m ×4 z 1m=3 360=3×4 z 1 z 1=30 m=4 360=4×4 z 1 z 1=22.5 m=5 360=5×4 z 1 z 1=18 故可取： m=3 z 1=30 m=5 z 1=18第六章6-2. 解：已知：m=5 501=d21=z i=25则利用公式可得：()11212221111212 3.14531.4255025tan 0.250501055055015022L m mm i m q m a m mmz n z n zz z zz d d z d πλ==⨯⨯====→=⨯======+⨯=+==()()()()12122121251.256510 2.438550 2.42385502505102605502260mma a mmf f mm f mm f mm mm a mma h h h h d d d d d ====⨯==⨯-==⨯-==⨯==⨯+==⨯+=6-4. 解：因为蜗杆涡轮的齿合齿面间会产生很大的相对滑动速度s υ，也就是涡轮蜗杆之间的磨损较大，产生的热量也大，这都要消耗一部分的功，因此效率低得多。