机械设计_第八版_西北工业大学课后习题标准答案 - 副本
机械原理第八版课后练习答案(西工大版)(孙恒等)
解：1）以选定的比例尺μ机械运动简图（图 b） 2）求 vc 定出瞬心 p12 的位置（图 b） 因 p13为构件 3 的绝对瞬心，则有 ω3=vB/lBp13=ω2lAB/μl.Bp13=10×0.06/0.003×78=2.56(rad/s) vc=μcp13ω3=0.003×52×2.56=0.4(m/s)
解：
f 33241 0不合理
∵ f 0，可改为
2-12 图示机构为一凸轮齿轮连杆组合机构，试绘制其机构示意简图并计算自由度。
解：
f 38210211
2-16 试计算图示凸轮-连杆组合机构的自由度 （a）
解： （b）
f 342511
A 为复合铰链
解：（1） 图示机构在 D 处的结构与图 2-1 所示者一致，经分析知该机构共有 7 个活动构件， 8 个低副(注意移动副 F 与 F’，E 与 E’均只算作一个移动副)，2 个高副；因有两个滚子 2、4， 所以有两个局部自由度，没有虚约束，故机构的自由度为 F=3n- (2pl+ph- p’)- F’=3ⅹ7- (2ⅹ8+2-0)- 2=1 （2）如将 D 处结构改为如图 b 所示形式，即仅由两个移动副组成。注意，此时在该处 将带来一个虚约束。因为构件 3、6 和构件 5、6 均组成移动副，均要限制构件 6 在图纸平面 内转动，这两者是重复的，故其中有一个为虚约束。经分析知这时机构的活动构件数为 6， 低副数为 7，高副数和局部自由度数均为 2，虚约束数为 1，故机构的自由度为 F=3n- (2pl+ph- p’)- F’ =3×6- (2ⅹ7+2-1)- 2=1 上述两种结构的机构虽然自由度均为一，但在性能上却各有千秋：前者的结构较复杂，但没 有虚约束，在运动中不易产生卡涩现象；后者则相反，由于有一个虚约束，假如不能保证在 运动过程中构件 3、5 始终垂直，在运动中就会出现卡涩甚至卡死现象，故其对制造精度要求 较高。 （c）
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VC2=0
aC2=0
（2 分）
VC3B=0 ω3=0 akC3C2=0
（3 分）
(b)
（2 分）
（2 分）
VC2=VB+VC2B=VC3+Vc2C3 ω3=ω2=0
（2 分） （1 分）
aB+anC2B+atC2B=aC3+akC2C3+arC2C3 （3 分） (c)
答：
.
（2 分）
VB3=VB2+VB3B2 （2 分）
解：
1> f 3628 2
2> f 3527 1
3> f 3426 1
2-23 图示为一内然机的机构运动简图，试计算自由度 t 并分析组成此机构的基本杆组。如在 该机构中改选 EG 为原动件，试问组成此机构的基本杆组是否与前者有所不同。
解：
f 37210 1
2-21
图示为一收放式折叠支架机构。该支架中的件 1 和 5 分别用木螺钉连接于固定
VC=VB3+VCB3
（2 分）
（1 分） a n B3+a Bt 3=aB2+a B3Bk2+arB3B2 （3 分） 3- 13 试判断在图示的两机构中．B 点足否都存在哥氏加速度？又在何位置哥氏加速度为零?
解 1)图 (a)存在哥氏加速度，图2vB2B3故ω3，vB2B3中只要有一项为零，则哥氏加速度为零。图 (a)中 B 点到达最高和最低点时构件 1，3．4 重合，此时 vB2B3=0，当构件 1 与构件 3 相互垂直．即 _f=；点到达最左及最右位置时ω2=ω3=0．故在此四个位置无哥氏加速度。图 (b)中无论在什 么位置都有ω2=ω3=0，故该机构在任何位置哥矢加速度都为零。
机械原理第八版课后练习答案(西工大版)(孙恒等)
齿轮 3、5 和齿条 7 与齿轮 5 的啮合高副所提供的约束数目不同，因为齿轮 3、5 处只有一个 高副，而齿条 7 与齿轮 5 在齿的两侧面均保持接触，故为两个高副。 2-13 图示为一新型偏心轮滑阎式真空泵。其偏心轮 1 绕固定轴心 A 转动，与外环 2 固连在一 起的滑阀 3 在可绕固定轴心 C 转动的圆柱 4 中滑动。当偏心轮按图示方向连续回转时可将设 备中的空气吸入，并将空气从阀 5 中排出，从而形成真空。(1)试绘制其机构运动简图；(2) 计算其自由度。
解：
f 37210 1 2-18 图示为一刹车机构。刹车时，操作杆 j 向右拉，通过构件 2、3、4、5、6 使两闸瓦刹住 车轮。试计算机构的自由度，并就刹车过程说明此机构自由度的变化情况。(注；车轮不属于 刹车机构中的构件。
（1)未刹车时，刹车机构的自由度 2)闸瓦 G、J 之一剃紧车轮时．刹车机构的自由度 3)闸瓦 G、J 同时刹紧车轮时，刹车机构的自由度
解：
1> f 3628 2
2> f 3527 1
3> f 3426 1
2-23 图示为一内然机的机构运动简图，试计算自由度 t 并分析组成此机构的基本杆组。如在 该机构中改选 EG 为原动件，试问组成此机构的基本杆组是否与前者有所不同。
解：
f 37210 1
2-21
图示为一收放式折叠支架机构。该支架中的件 1 和 5 分别用木螺钉连接于固定
收起(如图中双点划线所示)。现已知机构尺寸 lAB=lAD=90 mm；lBC=lCD=25 mm，其余尺寸
见图。试绘制该机构的运动简图，并计算其自由度。
解：机械运动简图如下：
F=3n-(2p1+pb-p`)-F`=3×5-(2×6+1-0)-1=1
机械原理第八版课后练习答案(西工大版)(孙恒等)
解：
1> 2>
f 3 6 2 8 2 f 3 5 2 7 1
f 3 4 2 6 1 3> 2-23 图示为一内然机的机构运动简图，试计算自由度 t 并分析组成此机构的基本杆组。如在 该机构中改选 EG 为原动件，试问组成此机构的基本杆组是否与前者有所不同。
解：(1) n=11, p1=17, ph=0, p`=2p1`+ph-3n`=2, F`=0 F=3n-(2p1+ph-p`)-F`=3×11-(2×17+0-2)-0=1 (2) 去掉虚约束后 F=3n-(2pl+ph) =3×5-(2×7+0) =1 （d）A、B、C 处为复合铰链。自由度为：F=3n-(2p1+ph-p`)-F`=3×6-(2×7+3)-0=1
3） ω1/ω3= P36P13/P16P13=DK/AK 由构件 1、3 在 K 点的速度方向相同，可知ω3 与ω1 同向。 3-6 在图示的四杆机构中， LAB=60mm， LCD=90mm,LAD=LBC=120mm, ω2=10rad/s,试用瞬心法求： 1)当φ=165°时，点的速度 vc； 2)当φ=165°时，构件 3 的 BC 线上速度最小的一点 E 的位置及速度的大小； 3)当 VC=0 时，φ角之值(有两个解)。
1)图 (a)存在哥氏加速度，图 (b)不存在。 (2)由于 akB2B3==2ω2vB2B3 故ω3，vB2B3 中只要有一项为零，则哥氏加速度为零。图 (a)中 B 点到达最高和最低点时构件 1，3．4 重合，此时 vB2B3=0，当构件 1 与构件 3 相互垂直．即 _f=；点到达最左及最右位置时ω2=ω3=0．故在此四个位置无哥氏加速度。图 (b)中无论在什 么位置都有ω2=ω3=0，故该机构在任何位置哥矢加速度都为零。 (3)对。因为ω3≡ω2。 3-14 在图示的摇块机构中，已知 lAB=30mm，lAC=100mm，lBD=50 mm,lDE=40 mm，曲柄以等 角速度ωl=40rad／S 回转，试用图解法求机构在φ1=45º位置时，点 D 及 E 的速度和加速度， 以及构件 2 的角速度和角加速度。 解 (1)以μl 作机构运动简图 (a)所示。 (2)速度分析： 以 C 为重合点，有 vC2 = vB + vC2B = vC3 + vC2C3 大小 ?ω1lAB ? 0 ’ 方向 ? ┴AB ┴BC //BC 以μl 作速度多边形图 (b)，再根据速度影像原理，作△bde∽／△BDE 求得 d 及 e，由图可得 vD=μvpd=0．23 m／s vE=μvpe=0.173m/s ω2=μvbc2/lBC=2 rad/s(顺时针) 解 (3)加速度分析： 以 C 为重合点，有 aC2 == aB + anC2B + atC2B == aC3 + akC2C3 + arC2C3 0 2ω3vC2C3 ? 大小 ω12lAB ω22lBC ? B—A C—B ┴BC ┴BC //BC 方向 其中 anC2B=ω22lBC=0.49 m／s2，akC2C3=2ω3vC2C3=0.7m／s2，以μa 作加速度多边形如图 (c) 所示，由图可得
机械原理第八版课后练习答案(西工大版)(孙恒等)
解：
f 3324112 图示机构为一凸轮齿轮连杆组合机构，试绘制其机构示意简图并计算自由度。
解：
f 38210211
2-16 试计算图示凸轮-连杆组合机构的自由度 （a）
解： （b）
解：(1) n=11, p1=17, ph=0, p`=2p1`+ph-3n`=2, F`=0 F=3n-(2p1+ph-p`)-F`=3×11-(2×17+0-2)-0=1 (2) 去掉虚约束后 F=3n-(2pl+ph) =3×5-(2×7+0) =1
（d）A、B、C 处为复合铰链。自由度为：F=3n-(2p1+ph-p`)-F`=3×6-(2×7+3)-0=1
（10 分）
3-4 标出图示的齿轮一连杆组合机构中所有瞬心，并用瞬心法求齿轮 1 与齿轮 3 的传动比 ω1/ω3。
答：1)瞬新的数目： K=N(N-1)/2=6(6-1)/2=15
2)为求ω1/ω3需求 3 个瞬心 P16、P36、P13的位置
（2 分）
3） ω1/ω3= P36P13/P16P13=DK/AK 由构件 1、3 在 K 点的速度方向相同，可知ω3与ω1同向。 3-6 在图示的四杆机构中， LAB=60mm， LCD=90mm,LAD=LBC=120mm, ω2=10rad/s,试用瞬心法求： 1)当φ=165°时，点的速度 vc； 2)当φ=165°时，构件 3 的 BC 线上速度最小的一点 E 的位置及速度的大小； 3)当 VC=0 时，φ角之值(有两个解)。
F=3n- (2pl+ph- p’)- F’=3ⅹ7- (2ⅹ8+2-0)- 2=1 （2）如将 D 处结构改为如图 b 所示形式，即仅由两个移动副组成。注意，此时在该处 将带来一个虚约束。因为构件 3、6 和构件 5、6 均组成移动副，均要限制构件 6 在图纸平面 内转动，这两者是重复的，故其中有一个为虚约束。经分析知这时机构的活动构件数为 6， 低副数为 7，高副数和局部自由度数均为 2，虚约束数为 1，故机构的自由度为
机械原理西工大版（第八版）课后习题答案
机械原理西⼯⼤版（第⼋版）课后习题答案机械原理西⼯⼤版（第⼋版）课后习题答案第2章2-1 何谓构件?何谓运动副及运动副元素?运动副是如何进⾏分类的?答：参考教材5~7页。
2-2 机构运动简图有何⽤处?它能表⽰出原机构哪些⽅⾯的特征?答：机构运动简图可以表⽰机构的组成和运动传递情况，可进⾏运动分析，⽽且也可⽤来进⾏动⼒分析。
2-3 机构具有确定运动的条件是什么?当机构的原动件数少于或多于机构的⾃由度时，机构的运动将发⽣什么情况?答：参考教材12~13页。
2-4 何谓最⼩阻⼒定律?试举出在机械⼯程中应⽤最⼩阻⼒定律的1、2个实例。
2-5 在计算平⾯机构的⾃由度时，应注意哪些事项?答：参考教材15~17页。
2-6 在图2-20所⽰的机构中，在铰链C、B、D处，被连接的两构件上连接点的轨迹都是重合的，那么能说该机构有三个虚约束吗?为什么?答：不能，因为在铰链C、B、D中任何⼀处，被连接的两构件上连接点的轨迹重合是由于其他两处的作⽤，所以只能算⼀处。
2-7 何谓机构的组成原理?何谓基本杆组?它具有什么特性?如何确定基本杆组的级别及机构的级别?答：参考教材18~19页。
2-8 为何要对平⾯⾼副机构进⾏“⾼副低代"?“⾼副低代”应满⾜的条件是什么?答：参考教材20~21页。
2-9 任选三个你⾝边已有的或能观察到的下列常⽤装置(或其他装置)，试画出其机构运动简图，并计算其⾃由度。
1)折叠桌或折叠椅；2)酒瓶软⽊塞开盖器；3)⾐柜上2-11图⽰为⼀简易冲床的初拟设计⽅案。
设计者的思路是：动⼒由齿轮j输⼊，使轴A连续回转；⽽固装在轴^上的凸轮2与杠杆3组成的凸轮机构使冲头4上下运动，以达到冲压的⽬的。
试绘出其机构运动简图(各尺⼨由图上量取)，分析是否能实现设计意图，并提出修改⽅案。
1)取⽐例尺绘制机构运动简图2)分析是否能实现设计意图解：f=，可改为f=?-?-=不合理∵03324102-12图⽰机构为⼀凸轮齿轮连杆组合机构，试绘制其机构⽰意简图并计算⾃由度。
机械设计(第八版)课后答案西北工业大学
得蜗轮的基本许用接触应力
。蜗杆传动的工作寿命 Lh=16800h,蜗轮轮齿的应力循环次数
寿命系数为 蜗轮齿面的许用接触应力为
4、计算中心距
取中心距 a=200mm,因 i=23,故从教材表 11-2 中取模数 m=8mm,蜗杆分度圆直径 d1=80mm，这时 d1/a=0.4,与假设 值相符，因此以上计算结果可用。 （2）蜗杆与蜗轮的主要参数和几何尺寸：
比较
和
由公式
得
（5）由接触强度 确定的最大转矩。由公式
得 (6)齿轮行动的功率。由弯曲强度和接触强度计算的转矩可知，此齿轮传动所能 传递的最大转矩为 T1=1827280N.mm
10-8 解(1)选择齿轮的材料和精度等级。根据教材表 10-1 选大小齿轮材料均为 20CrMnTi,渗碳淬火。小齿轮齿面硬度取 62HRC,大齿轮齿面硬度取 58HRC，世部 达 300HBS. 选精度等级为 6 级。 （2）按齿根弯曲疲劳强度设计。 1、小齿轮传递的转矩：
8、由接触强度计算小齿轮的分度圆直径
9、验算载荷系数： 齿轮的使用系数：载荷 状况以轻微冲击为依据查教材表 10-2 得 KA=1.25 齿轮的圆周速度
由教材图 10-8 查得：Kv=1.12 对于软齿面齿轮，假设
,由教材表 10-3 查得
齿宽 齿宽与齿高比
由教材表 10-4 查得 系数：
10、校正直径：
取安全系数 SF=1.5 由教材图 10-20（d）得
按对称循环变应力确定许用弯曲为
9、由弯曲强度计算齿轮的模数。因 数代入设计公式中得
取标准值
.
10、验算载荷系数：
小齿轮的分度圆直径
齿轮的圆周速度
由教材图 10-8 查得:
西工大机械原理第八版答案(版)
.免费版平面机构的结构分析1、如图 a 所示为一简易冲床的初拟设计方案，设计者的思路是：动力由齿轮 1 输入，使轴 A 连续回转；而固装在轴 A 上的凸轮 2 与杠杆 3 组成的凸轮机构将使冲头4上下运动以达到冲压的目的。
试绘出其机构运动简图（各尺寸由图上量取），分析其是否能实现设计意图？并提出修改方案。
解 1）取比例尺l绘制其机构运动简图（图 b）。
2）分析其是否能实现设计意图。
图 a）由图 b 可知，n 3 ，p l 4 ， p h1， p 0 ，F0故： F 3n (2 p l p h p ) F 3 3 (2 4 1 0) 00因此，此简单冲床根本不能运动（即由构件3、4 与机架 5 和运动副B、C、D 组成不能运动的刚性桁架），故需要增加机构的自由度。
图 b）.为了使此机构能运动，应增加机构的自由度（其方法是：可以在机构的适当位置增加一个活动构件和一个低副，或者用一个高副去代替一个低副，其修改方案很多，图 c 给出了其中两种方案）。
图 c1）图c2）2、试画出图示平面机构的运动简图，并计算其自由度。
图 a）解： n 3 ，p l 4 ， p h0 ， F 3n 2 p l p h1图 b）解： n 4 ，p l 5 ， p h1， F 3n 2 p l p h13、计算图示平面机构的自由度。
将其中的高副化为低副。
机构中的原动件用圆3－ 1解 3－ 1：n7 ，p l10 ， p h0 ， F 3n 2 p l p h 1 ，C、E复合铰链。
3－ 2解 3－ 2：n8 ，p l11 ， p h1， F3n 2 p l p h 1，局部自由度3－ 3解 3－ 3：n9 ，p l12 ， p h 2 ， F 3n 2 p l p h14、试计算图示精压机的自由度n 10 p15 p0n11 p17 p. p 2 p l p h 3n 2 5 0 3 3 1p2p l p h 3n 2 10 3 62 F 0F0F 3n ( 2p l p h p ) F F 3n (2 p l p h p )F3 10 (215 0 1) 0 1311 (217 0 2) 01（其中 E、 D 及 H 均为复合铰链）（其中C、F、K均为复合铰链）5、图示为一内燃机的机构简图，试计算其自由度，并分析组成此机构的基本杆组。
机械设计第五章答案西北工业大学第八版1
机械设计第五章课后习题5-1分析比较普通螺纹、管螺纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹的特点，各举一例说明它们的应用5-2将承受轴向变载荷的联接螺栓的光杆部分做得细些有什么好处？5-2分析活塞式空气压缩气缸盖联接螺栓在工作时的受力变化情况，它的最大应力，最小应力如何得出？当气缸内的最高压力提高时，它的最大应力，最小应力将如何变化？5-4?图5-49所示的底板螺栓组联接受外力FΣ作用在包含x轴并垂直于底板接合面的平面内。
试分析底板螺栓组的受力情况，并判断哪个螺栓受力最大？堡证联接安全工作的必要条件有哪些？5-5图5-50是由两块边板和一块承重板焊成的龙门起重机导轨托架。
两块边板各用4个螺栓与立柱相联接，托架所承受的最大载荷为KN，载荷有较大的变动。
试问：此螺栓联接采用普通螺栓联接还是铰制孔用螺栓联接为宜？为什么？5-6已知托架的边板用6个螺栓与相邻的机架相联接。
托架受一与边板螺栓组的垂直对称轴线相平行、距离为mm、大小为60KN的载荷作用。
现有如图5-51所示的两种螺栓不知型式，设采用铰制孔用螺栓联接，试问哪一种不知型式所用的螺栓直径较小？为什么？5-7图5-52所示为一拉杆螺纹联接。
已知拉丁所受的载荷F=56KN,载荷稳定，拉丁材料为Q235钢，试设计此联接。
5-8两块金属板用两个M12的普通螺栓联接。
若接合面的摩擦系数f=0.3,螺栓预紧力控制在其屈服极限的70%。
螺栓用性能等级为4.8的中碳钢制造，求此联接所能传递的横向载荷。
5-9受轴向载荷的紧螺栓联接，被联接钢板间采用橡胶垫片。
已知螺栓预紧力Fo=15000N,当受轴向工作载荷F＝10 000N时，求螺栓所受的总拉力及被联接件之间的残余预紧力。
5-10图5-24所示为一汽缸盖螺栓组联接。
已知汽缸内的工作压力P=0~1MPa，缸盖与缸体均为钢制，直径D1=350mm,D2=250mm.上、下凸缘厚均为25mm.试设计此联接。
5-11设计简单千斤顶（参见图5-41）的螺杆和螺母的主要尺寸。
机械设计 第八版 西北工业大学课后习题标准答案
第三章 机械零件的强度习题答案3-1某材料的对称循环弯曲疲劳极限MPa 1801=-ζ，取循环基数60105⨯=N ，9=m ，试求循环次数N 分别为7 000、25 000、620 000次时的有限寿命弯曲疲劳极限。
[解] MPa 6.373107105180936910111=⨯⨯⨯==--N N ζζN M P a 3.324105.2105180946920112=⨯⨯⨯==--N N ζζN M P a 0.227102.6105180956930113=⨯⨯⨯==--N N ζζN 3-2已知材料的力学性能为MPa 260=s ζ，MPa 1701=-ζ，2.0=ζΦ，试绘制此材料的简化的等寿命寿命曲线。
[解] )170,0('A )0,260(C 012ζζζΦζ-=- ζΦζζ+=∴-121M P a 33.2832.0117021210=+⨯=+=∴-ζΦζζ得)233.283,233.283(D '，即)67.141,67.141(D '根据点)170,0('A ，)0,260(C ，)67.141,67.141(D '按比例绘制该材料的极限应力图如下图所示3-4 圆轴轴肩处的尺寸为：D =72mm ，d =62mm ，r =3mm 。
如用题3-2中的材料，设其强度极限σB =420MPa ，精车，弯曲，βq =1，试绘制此零件的简化等寿命疲劳曲线。
[解] 因2.14554==d D ，067.0453==d r ，查附表3-2，插值得88.1=αζ，查附图3-1得78.0≈ζq ，将所查值代入公式，即()()69.1188.178.0111k =-⨯+=-α+=ζζζq查附图3-2，得75.0=ζε；按精车加工工艺，查附图3-4，得91.0=ζβ，已知1=q β，则35.211191.0175.069.1111k =⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=q ζζζζββεK ()()()35.267.141,67.141,0,260,35.2170,0D C A ∴根据()()()29.60,67.141,0,260,34.72,0D C A 按比例绘出该零件的极限应力线图如下图3-5 如题3-4中危险截面上的平均应力MPa 20m =ζ，应力幅MPa 20a =ζ，试分别按①C r =②C ζ=m ，求出该截面的计算安全系数ca S 。
西工大机械设计基础课后习题答案
第一章1-1.机械零件常用的材料有哪些？为零件选材时应考虑哪些主要要求？解：机械零件常用的材料有：钢(普通碳素结构钢、优质碳素结构钢、合金结构钢、铸钢)，铸铁，有色金属（铜及铜合金、铝及铝合金）和工程塑料。
为零件选材时应考虑的主要要求：1.使用方面的要求：1）零件所受载荷的大小性质，以及应力状态，2）零件的工作条件，3）对零件尺寸及重量的限制，4）零件的重要程度，5）其他特殊要求。
2.工艺方面的要求。
3.经济方面的要求。
1-2.试说明下列材料牌号的意义：Q235,45,40Cr,65Mn,ZG230-450,HT200,ZcuSn10P1,LC4. 解：Q235是指当这种材料的厚度（或直径）≤16mm时的屈服值不低于235Mpa。
45是指该种钢的平均碳的质量分数为万分之四十五。
40Cr是指该种钢的平均碳的质量分数为万分之四十并且含有平均质量分数低于 1.5%的 Cr 元素。
65Mn是指该种钢的平均碳的质量分数为万分之六十五并且含有平均质量分数低于 1.5%的Mn元素。
ZG230-450表明该材料为铸钢，并且屈服点为230，抗拉强度为 450.HT200表明该材料为灰铸铁，并且材料的最小抗拉强度值为 200Mpa.ZCuSn10P1铸造用的含10%Sn、1%P其余为铜元素的合金。
LC4表示铝硅系超硬铝。
1-6.标准化在机械设计中有何重要意义？解：有利于保证产品质量，减轻设计工作量，便于零部件的互换和组织专业化的大生产，以及降低生产成本，并且简化了设计方法，缩短了设计时间，加快了设计进程，具有先进性、规范性和实用性，遵照标准可避免或减少由于个人经验不足而出现的偏差。
第二章2-7.为什么要提出强度理论？第二、第三强度理论各适用什么场合？解：材料在应用中不是受简单的拉伸、剪切等简单应力状态，而是各种应力组成的复杂应力状态，为了判断复杂应力状态下材料的失效原因，提出了四种强度理论，分别为最大拉应力理论、最大伸长线应变理论、最大切应力理论、畸变能密度理论。
机械设计 第八版 课后习题集答案 高等教育出版社
第三章 机械零件的强度3—1 表面化学热处理 ；高频表面淬火 ；表面硬化加工 ；3—2 （3） ；3—3 截面形状突变 ；增大 ； 3—4 （1） ；（1） ； 3—5 （1） ； 3－6答：零件上的应力接近屈服极限，疲劳破坏发生在应力循环次数在103～104范围内，零件破坏断口处有塑性变形的特征，这种疲劳破坏称为低周疲劳破坏，例如飞机起落架、火箭发射架中的零件。
零件上的应力远低于屈服极限，疲劳破坏发生在应力循环次数大于104时，零件破坏断口处无塑性变形的特征，这种疲劳破坏称为高周疲劳破坏，例如一般机械上的齿轮、轴承、螺栓等通用零件。
3－7答：材料的持久疲劳极限∞r σ所对应的循环次数为D N ，不同的材料有不同的D N 值，有时D N 很大。
为了便于材料的疲劳试验，人为地规定一个循环次数0N ，称为循环基数，所对应的极限应力r σ称为材料的疲劳极限。
∞r σ和D N 为材料所固有的性质，通常是不知道的，在设计计算时，当0N N >时，则取r rN σσ=。
3—8答：图a 中A 点为静应力，1=r 。
图b 中A 点为对称循环变应力，1-=r 。
图c 中A 点为不对称循环变应力，11<<-r 。
3—9 答：在对称循环时，σK 是试件的与零件的疲劳极限的比值；在不对称循环时，σK 是试件的与零件的极限应力幅的比值。
σK 与零件的有效应力集中系数σk 、尺寸系数σε、表面质量系数σβ和强化系数q β有关。
σK 对零件的疲劳强度有影响，对零件的静强度没有影响。
3—10答：区别在于零件的等寿命疲劳曲线相对于试件的等寿命疲劳曲线下移了一段距离（不是平行下移）。
在相同的应力变化规律下，两者的失效形式通常是相同的，如图中1m '和2m '。
但两者的失效形式也有可能不同，如图中1n '和2n '。
这是由于σK 的影响，使得在极限应力线图中零件发生疲劳破坏的范围增大。
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2-14 图示是为高位截肢的人所设汁的一种假肢膝关节机构。该机构能保持人行走的稳定性。 若以胫骨 1 为机架，试绘制其机构运动简图和计一算其自由度，并作出大腿弯曲时的机构运 动简图。 解 把胫骨 l 相对固定作为机架．假肢膝关节机构的机构运动简图如图
1)取比例尺绘制机构运动简图 2)分析是否能实现设计意图
f 33241 0不合理
∵ f 0，可改为
2-12 图示机构为一凸轮齿轮连杆组合机构，试绘制其机构示意简图并计算自由度。
解：
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f 38210211 2-16 试计算图示凸轮-连杆组合机构的自由度
解： （b）
f 342511
(2)速度分析： 以 C 为重合点，有
vC2= vB+ vC2B= vC3+ vC2C3
大小 ?ω1lAB
?0’
方向 ? ┴AB ┴BC //BC
以μl作速度多边形图 (b)，再根据速度影像原理，作△bde∽／△BDE 求得 d 及 e，由图可得 vD=μvpd=0．23 m／s
vE=μvpe=0.173m/s ω2=μvbc2/lBC=2 rad/s(顺时针)
F=3n- (2pl+ph- p’)- F’ =3×6- (2ⅹ7+2-1)- 2=1 上述两种结构的机构虽然自由度均为一，但在性能上却各有千秋：前者的结构较复杂，但没 有虚约束，在运动中不易产生卡涩现象；后者则相反，由于有一个虚约束，假如不能保证在
运动精度要求 较高。 （c）
（2 分）
（2 分） （2 分）
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2-11 图示为一简易冲床的初拟设计方案。设计者的思路是：动力由齿轮 j 输入，使轴 A 连续 回转；而固装在轴^上的凸轮 2 与杠杆 3 组成的凸轮机构使冲头 4 上下运动，以达到冲压的目 的。试绘出其机构运动简图(各尺寸由图上量取)，分析是否能实现设计意图，并提出修改方 案。
(3)对。因为ω3≡ω2。
3-14 在图示的摇块机构中，已知 lAB=30mm，lAC=100mm，lBD=50 mωl=40rad／S 回转，试用图解法求机构在φ1=45º位置时，点 D 及 E 的速度和加速度， 以及构件 2 的角速度和角加速度。
解 (1)以μl作机构运动简图 (a)所示。
解：1）以选定的比例尺μ机械运动简图（图 b） 2）求 vc 定出瞬心 p12 的位置（图 b） 因 p13为构件 3 的绝对瞬心，则有 ω3=vB/lBp13=ω2lAB/μl.Bp13=10×0.06/0.003×78=2.56(rad/s) vc=μcp13ω3=0.003×52×2.56=0.4(m/s)
VC2=0
aC2=0
（2 分）
VC3B=0 ω3=0
a kC3C2=0
（3 分）
(b)
答：
（2 分）
（2 分）
VC2=VB+VC2B=VC3+Vc2C3 ω3=ω2=0
（2 分） （1 分）
aB+anC2B+atC2B=aC3+akC2C3+arC2C3 （3 分） (c)
答：
（2 分）
VB3=VB2+VB3B2 （2 分）
3)定出构件 3 的 BC 线上速度最小的 点 E 的 位置,因 BC 线上速度最小的点必与 p13 点的距离 （3 分） 最近，故丛 p13 引 BC 线的垂线交于点 E，由图可得
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解：(1) n=11, p1=17, ph=0, p`=2p1`+ph-3n`=2, F`=0 F=3n-(2p1+ph-p`)-F`=3×11-(2×17+0-2)-0=1 (2) 去掉虚约束后 F=3n-(2pl+ph) =3×5-(2×7+0) =1 （d）A、B、C 处为复合铰链。自由度为：F=3n-(2p1+ph-p`)-F`=3×6-(2×7+3)-0=1
（3 分）
3-8 机构中，设已知构件的尺寸及点 B 的速度 vB(即速度矢量 pb)，试作出 各机构在图示位置时的速度多边形。
答：
（10 分） （b）
答：
答：
3—11 速度多边形和加速度多边彤有哪些特性?试标出图中的方向。 答 速度多边形和加速度多边形特性参见下图，各速度方向在图中用箭头标出。
3-12 在图示的机构中，设已知构件的尺寸及原动件 1 的角速度ω1 (顺时针)，试用图解法求机 构在图示位置时 C 点的速度和加速度。 (a)
齿轮 3、5 和齿条 7 与齿轮 5 的啮合高副所提供的约束数目不同，因为齿轮 3、5 处只有一个 高副，而齿条 7 与齿轮 5 在齿的两侧面均保持接触，故为两个高副。 2-13 图示为一新型偏心轮滑阎式真空泵。其偏心轮 1 绕固定轴心 A 转动，与外环 2 固连在一 起的滑阀 3 在可绕固定轴心 C 转动的圆柱 4 中滑动。当偏心轮按图示方向连续回转时可将设 备中的空气吸入，并将空气从阀 5 中排出，从而形成真空。(1)试绘制其机构运动简图；(2) 计算其自由度。
解：
1> 2>
f 3628 2 f 3527 1
f 3426 1 3> 2-23 图示为一内然机的机构运动简图，试计算自由度 t 并分析组成此机构的基本杆组。如在 该机构中改选 EG 为原动件，试问组成此机构的基本杆组是否与前者有所不同。
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第三章 机械零件的强度习题答案3-1某材料的对称循环弯曲疲劳极限MPa 1801=-ζ，取循环基数60105⨯=N ，9=m ，试求循环次数N 分别为7 000、25 000、620 000次时的有限寿命弯曲疲劳极限。
[解] MPa 6.373107105180936910111=⨯⨯⨯==--N N ζζN M P a 3.324105.2105180946920112=⨯⨯⨯==--N N ζζN M P a 0.227102.6105180956930113=⨯⨯⨯==--N N ζζN 3-2已知材料的力学性能为MPa 260=s ζ，MPa 1701=-ζ，2.0=ζΦ，试绘制此材料的简化的等寿命寿命曲线。
[解] )170,0('A )0,260(C 012ζζζΦζ-=- ζΦζζ+=∴-121M P a 33.2832.0117021210=+⨯=+=∴-ζΦζζ得)233.283,233.283(D '，即)67.141,67.141(D '根据点)170,0('A ，)0,260(C ，)67.141,67.141(D '按比例绘制该材料的极限应力图如下图所示3-4 圆轴轴肩处的尺寸为：D =72mm ，d =62mm ，r =3mm 。
如用题3-2中的材料，设其强度极限σB =420MPa ，精车，弯曲，βq =1，试绘制此零件的简化等寿命疲劳曲线。
[解] 因2.14554==d D ，067.0453==d r ，查附表3-2，插值得88.1=αζ，查附图3-1得78.0≈ζq ，将所查值代入公式，即()()69.1188.178.0111k =-⨯+=-α+=ζζζq查附图3-2，得75.0=ζε；按精车加工工艺，查附图3-4，得91.0=ζβ，已知1=q β，则35.211191.0175.069.1111k =⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=q ζζζζββεK ()()()35.267.141,67.141,0,260,35.2170,0D C A ∴根据()()()29.60,67.141,0,260,34.72,0D C A 按比例绘出该零件的极限应力线图如下图3-5 如题3-4中危险截面上的平均应力MPa 20m =ζ，应力幅MPa 20a =ζ，试分别按①C r =②C ζ=m ，求出该截面的计算安全系数ca S 。
[解] 由题3-4可知35.2,2.0MPa,260MPa,170s 1-====ζζK Φζζ（1）C r =工作应力点在疲劳强度区，根据变应力的循环特性不变公式，其计算安全系数 28.2202.03035.2170m a 1-=⨯+⨯=+=ζΦζK ζS ζζca（2）C ζ=m工作应力点在疲劳强度区，根据变应力的平均应力不变公式，其计算安全系数()()()()81.1203035.2202.035.2170m a m 1-=+⨯⨯-+=+-+=ζζζζca ζζK ζΦK ζS第五章 螺纹连接和螺旋传动习题答案5-5 图5-49是由两块边板和一块承重板焊接的龙门起重机导轨托架。
两块边板各用4个螺栓与立柱相连接，托架所承受的最大载荷为20kN ，载荷有较大的变动。
试问：此螺栓连接采用普通螺栓连接还是铰制孔用螺栓连接为宜？为什么？Q215，若用M 6×40铰孔用螺栓连接，已知螺栓机械性能等级为8.8，校核螺栓连接强度。
[解] 采用铰制孔用螺栓连接为宜因为托架所受的载荷有较大变动，铰制孔用螺栓连接能精确固定被连接件的相对位置，并能承受横向载荷，增强连接的可靠性和紧密性，以防止受载后被连接件间出现缝隙或发生相对滑移，而普通螺栓连接靠结合面产生的摩擦力矩来抵抗转矩，连接不牢靠。
（1）确定M 6×40的许用切应力[τ]由螺栓材料Q215，性能等级8.8，查表5-8，可知MPa 640][s =ζ，查表5-10，可知0.5~5.3][=τS()MPa 128~86.1820.5~5.3640][][][s ===τ∴τS ζ M P a 67.4265.1640][s ===p p S ζζ （2）螺栓组受到剪力F 和力矩（FL T =），设剪力F 分在各个螺栓上的力为i F ，转矩T 分在各个螺栓上的分力为j F ，各螺栓轴线到螺栓组对称中心的距离为r ,即mm 27545cos 2150=︒=rkN2510275810300208 kN 5.220818133=⨯⨯⨯⨯===⨯==∴--r FL F F F j i 由图可知，螺栓最大受力kN 015.945cos 255.22)25(5.2cos 22222max =︒⨯⨯⨯++=++=θF F F F F j i j i()][319106410015.9423320max τ>=⨯⨯π⨯=π=τ∴-d F][8.131104.1110610015.9333min 0max p p ζL d F ζ<=⨯⨯⨯⨯==∴-- 故M 6×40的剪切强度不满足要求，不可靠。
5-6 已知一个托架的边板用6个螺栓与相邻的机架相连接。
托架受一与边板螺栓组的垂直对称轴线相平行、距离为250mm 、大小为60kN 的载荷作用。
现有如图5-50所示的两种螺栓布置形式，设采用铰制孔用螺栓连接，试问哪一种布置形式所用的螺栓直径最小？为什么？[解] 螺栓组受到剪力F 和转矩，设剪力F 分在各个螺栓上的力为i F ，转矩T 分在各个螺栓上的分力为j F （a ）中各螺栓轴线到螺栓组中心的距离为r ，即r =125mmkN 2010125610250606 kN 1060616133=⨯⨯⨯⨯===⨯==∴--r FL F F F ji 由（a ）图可知，最左的螺栓受力最大kN 302010m ax =+=+=j i F F F （b ）方案中 kN 10606161=⨯==F F i kN 39.24101252125421252101252125102506062223223612max612maxmax =⨯⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯+⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯+⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯⨯===---==∑∑i ii ij r FLr r Mr F由（b ）图可知，螺栓受力最大为 kN 63.335239.24102)39.24(10cos 22222max =⨯⨯⨯++=++=θF F F F F j i j i[]直径较小）布置形式所用的螺栓可知采用（由a F d τπ≥∴max045-10第六章 键、花键、无键连接和销连接习题答案6-3 在一直径m m 80=d 的轴端，安装一钢制直齿圆柱齿轮（如下图），轮毂宽度 1.5d L =，工作时有轻微冲击。
试确定平键的尺寸，并计算其允许传递的最大扭矩。
[解] 根据轴径m m 80=d ，查表得所用键的剖面尺寸为mm 22=b ，m m 14=h根据轮毂长度m m 120805.1'=⨯==1.5d L 取键的公称长度 m m 90=L键的标记 键79-90G B109622⨯键的工作长度为 68mm 2290=-=-=b L l键与轮毂键槽接触高度为 mm 7==2hk 根据齿轮材料为钢，载荷有轻微冲击，取许用挤压应力 110M P a][=p ζ 根据普通平键连接的强度条件公式 ][1023p p ζkldT ζ≤⨯=变形求得键连接传递的最大转矩为m N 20942000110806872000][⋅=⨯⨯⨯==p max ζkld T第八章 带传动 习题答案8-1 V 带传动的min 14501r n =，带与带轮的当量摩擦系数51.0=v f ，包角︒=α1801，初拉力N 3600=F 。
试问：（1）该传动所能传递的最大有效拉力为多少？（2）若mm 100d d1=，其传递的最大转矩为多少？（3）若传动效率为0.95，弹性滑动忽略不计，从动轮输出效率为多少？ [解] ()N 4.4781111360211112151.01151.00=+-⨯⨯=+-=ππαee e e F F v vf ec()mm N 92.232101004.4782d 2-3d1⋅=⨯⨯==ec F T()kW45.395.0100060100010014.314504.4781000601000d 10003d11=⨯⨯⨯⨯⨯⨯=∙⨯⨯π=∙=ηn F ηνF P ec ec8-2 V 带传动传递效率7.5kW =P ，带速s m 10=ν，紧边拉力是松边拉力的两倍，即21F F =，试求紧边拉力1F 、有效拉力e F 和初拉力0F 。
[解] 1000νF P e =N 750105.710001000=⨯==∴νP F e21212F F F F F e =-=且 1500N 750221=⨯==∴e F F201eF F F += 1125N 27501500210=-=-=∴e F F F8-4 有一带式输送装置，其异步电动机与齿轮减速器之间用普通V 带传动，电动机功率P=7kW ，转速min 9601r n =，减速器输入轴的转速min 3302r n =，允许误差为%5±，运输装置工作时有轻度冲击，两班制工作，试设计此带传动。
[解] （1）确定计算功率ca P由表8-7查得工作情况系数2.1A =K ，故 4kW .872.1A ca =⨯==P K P （2）选择V 带的带型根据ca P 、1n ，由图8-11选用B 型。
（3）确定带轮的基准直径d d ，并验算带速ν①由表8-6和8-8，取主动轮的基准直径mm 1801=d d②验算带速νm 0432.9100060960180********=⨯⨯⨯π=⨯π=n d νd带速合适∴<<m 30s m 5ν ③计算从动轮的基准直径 ()()mm 45.49733005.0196018012112=-⨯⨯=-=n εn d d d d（4）确定V 带的中心距a 和基准长度d L①由式()()2102127.0d d d d d d a d d +≤≤+，初定中心距mm 5500=a 。
②计算带所需的基准长度()()()()mm221455041805005001802550242222122100≈⨯-++π+⨯=-++π+≈a d d d d a L d d d d d 由表8-2选带的基准长度mm 2240=d L ③实际中心距amm 563222142240550200=-+=-+≈d d L L a a 中心距的变化范围为m m 630~550。