工业设计工程基础补充习题

第1章 思 考 题1—1 何为运动副？运动副是如何分类的？1—2 机构运动简图有何用处？它能表示机构的哪些方面的特征？1—3 试述绘制机构运动简图的基本步骤，并对周围所见机械选择1~2例作出运动简图。

1—4 机构具有确定运动条件是什么？当机构的原动件数目少于或多于机构的自由度时，机构的运动将发生什么情况？习 题1—1 如图1—18所示为一具有急回作用的冲床。

图中绕固定轴心A 转动的菱形盘1为原动件，其与滑块2在B 点铰接，通过滑块2推动拨叉3，拨叉3与圆盘4为同一构件，当圆盘4转动时，通过连杆5使冲头6实现冲压运动，试绘制其机构运动简图，并计算自由度。

1—2 试绘制如图1—19所示的液压泵机构的运动简图，并计算其自由度。

A 12B 34CDE 567图1—18 题1－1图 图1—19 题1－2图1—3 试计算如图1—20所示各机构的自由度，并指出所有的复合铰链、局部自由度或虚约束。

同时判断它们是否有确定的运动。

ABCDA BCDEF(a) (b) ABCD ABCDE(c) (d)图1—20 题1－3图1—4 如图1—21所示为一简易冲床的初步设计方案。

设计者的意图是通过齿轮1带动凸轮2旋转，经过摆杆3带动导杆4来实现冲头上下冲压的动作。

试分析此方案有无结构组成原理的错误。

若有，应如何修改。

图1—21第2章思考题与习题2—1 什么是瞬心？瞬心在机构的速度分析中有什么作用？2—2 速度多边形有哪些特性？2—3 试求如图2—8所示的各机构在图示位置的全部瞬心。

B4(a) (b)A C3(c) (d)图2—8 题2—3图2—4 如图2—9所示的四杆机构中，l AB＝60mm，l CD＝90mm，l AD＝l BC＝120mm，ω2＝10rad/s，试用瞬心法求：（1）当φ＝165º时点C的速度νC；（2）当νC＝0º时，φ的值（有两个解）。

2—5如图2—10所示的机构，设已知构件的尺寸，原动件1以等角速度ω1逆时针方向转动，试以图解法求机构在图示位置时构件3上C点的速度。

1图2—9 题2—4图图2—10 题2—5图第3章思考题与习题3—1 在铰链四杆机构中转动副作整周转动的条件是什么？3—2 在曲柄摇杆机构中，当以曲柄为原动件时，机构是否一定存在急回特性，且一定无死点？为什么？3—3 在四杆机构中极位和死点有何异同？3—4 平面四杆机构有哪几种基本型式？何谓曲柄？何谓摇杆？何谓连杆？3—5 何谓连杆机构的死点？试举出避免死点和利用死点的例子。

3—6 何谓传动中的极位夹角，它与行程速比系数有什么关系？习题3—1 试根据给定的各构件尺寸，判断如图3—28所示的各机构的类型。

DD C 80B 45BDC80ACBC(a) (b) (c) (d)图3—28 习题3—1图3—2 如图3—29所示的铰链四杆机构中，设已知l2＝45mm，l3＝40mm，l4＝50mm，试求当机构分别为曲柄摇杆机构、双摇杆机构时，l1的取值范围。

3—3 如图3—29所示的铰链四杆机构中，各杆的长度为l1＝28mm，l2＝52mm，l3＝50mm，l4＝72mm，试求：（1）当取杆4为机架时，该机构的极位夹角θ、杆3的最大摆角φ、最小传动角γmin和行程速比系数K；图3—29 习题3—2、3—3图（2）当取杆1为机架时，将演化成何种类型的机构？为什么？并说明这时的C、D是整转副还是摆转副；（3）当取构件3为机架时，又将演化成何种机构？这时的A、B是整转副还是摆转副。

3—4如图3—30所示为一偏置的曲柄滑块机构，已知l AB＝20mm，l BC＝70mm，e＝10mm，试用作图法画出：（1）当曲柄为原动件时，从动滑块的行程H、极位夹角θ，以及机构的最大压力角；A D（2）当滑块为原动件时机构的死点位置。

3—5 如图3—31所示为一缝纫机踏板机构，已知l AD ＝350mm ，l CD ＝175 mm ，要求踏板在水平位置上下各15º范围内摆动，用作图法求曲柄AB 和连杆BC 的长度。

图3—30 习题3—4图 图3—31 习题3—5图3—6 试用图解法设计一偏置曲柄滑块机构。

已知行程速比系数K ＝1.4，滑块行程H ＝50mm ，偏距e ＝10mm 。

3—7 试用图解法设计一摆动导杆机构。

已知行程速比系数K ＝2，机架长为60mm 。

第4章 思考题与习题4—1凸轮机构主要用于哪些场合？试举例说明。

4—2凸轮机构由哪些构件组成？与平面连杆机构相比有何特点？ 4—3凸轮机构有哪些分类方法？有哪些锁合方式？ 4— 4凸轮机构常用的运动规律有哪些？各有什么特点？4— 5在凸轮机构设计中如何理解“反转法“原理？在图解法设计时应注意哪些问题？ 4— 6与图解法相比，用解析法设计凸轮轮廓有哪些特点？ 4— 7设计凸轮轮廓应注意哪些问题？4—8什么是凸轮机构的压力角？与传力性能的关系如何？4—9试思考基圆半径与凸轮机构结构紧凑性和压力角大小之间的关系，如何选择？4— 10如图4—22所示为滚子式对心直动从动件盘形凸轮机构。

已知：圆盘半径30=R mm ，偏心距10=e mm ，滚子半径10=T r mm ，试确定凸轮的基圆半径；标出图示位置机构的压力角、凸轮的推程运动角t δ；并确定从动件的升程h 。

图4—22 思考题4—10图习题4—1如图4—23所示的偏置式直动从动件盘形凸轮机构，AB段为凸轮的推程轮廓线，请分别在图上标出：从动件的升程h，推程运动角tδ、远休止角sδ、回程运动角hδ、近休止角'sδ，偏距e，画出偏距圆和基圆。

图4—23 习题4—1图4—2有一尖顶式对心直动从动件盘形凸轮，其向径的变化如下表所示，试画出其位移线图，指出基圆半径；并根据位移线图，判断从动件的运动规律。

030☐60☐90☐120☐150 180☐210☐240☐270☐300☐330☐360☐凸轮转☐4—3设计一尖顶式对心直动盘形凸轮机构。

已知凸轮逆时针等速回转，升程为32=h mm ，基圆半径40=b r mm ；推程运动角☐150=t δ，按余弦加速度运动规律；远休止角☐30=s δ；回程运动角☐120=h δ，按等加速等减速规律运动；近休止角☐60'=s δ。

（1） 试用图解法设计凸轮轮廓曲线。

（2） 找出最大压力角的位置，量取最大压力角，并判断是否满足☐30m ax ≤α？（3） 当改尖顶式为滚子式，滚子半径10=T r mm ，试绘制凸轮的实际轮廓。

4—4设计一滚子式偏置直动从动件盘形凸轮机构。

已知凸轮以等角速度顺时针方向回转，偏距10=e mm ，基圆半径40=b r mm ，从动件的行程30=h mm ，滚子半径10=T r mm ，推程运动角☐150=t δ，按等加速等减速规律运动上升，远休止角☐30=s δ；回程运动角☐120=h δ，按等速规律运动，近休止角☐60'=s δ。

试问：（1）要使推程的压力角较小，应如何偏置为宜？（2）用图解法或解析法设计此凸轮的轮廓。

第5章 思考题与习题5—1什么叫间歇运动机构? 常用的间歇运动机构有哪几种？各有何运动特性？ 5—2棘轮机构中调节从动棘轮转角大小的方法有哪几种？5—3对外啮合槽轮机构，决定槽轮每次转动角度的是什么参数？主动拨盘转动一周，决定从动槽轮运动次数的是什么参数？第6章 思考题与习题6－1 键联接有哪些类型？它们是怎样工作的？6－2 园头、平头及单园头普通平键分别用于什么场合？各自的键槽是怎样加工的？ 6－3 平键联接的主要失效形式是什么？6－4 装配楔键时都是打入的吗？试述几种楔键的装配方法？ 6－5 花键联接的优缺点是什么？6－6 销联接都有哪些类型？其功能有哪些？6－7 螺纹有哪些类型？试说明常用螺纹的主要特点和用途？ 6－7 螺纹主要参数有哪些？螺距和导程的区别在那里？6－8 螺纹螺距的基本类型有哪些？各有何特点？适用于什么场合？ 6－9 螺纹螺距防松的基本原理有哪些？列举出几种常用的防松措施。

习 题6－1 一减速器的输出轴与铸钢齿轮拟用平键联接。

已知配合直径d ＝65mm ，齿轮轮毂长L 1=70mm ，传递的转矩T=900N ⋅m ，载荷有轻微冲击。

试选择合适的平键。

6－2 图6—38所示为起重吊钩，要吊起重力F=10000N 的工作载荷，吊钩螺杆材料为45钢（其许用应力[σ]=100Mpa ），试确定吊钩螺杆的螺纹直径。

6— 3图6—39所示一受横向载荷作用的普通紧螺栓组联接（被联接件为钢件），4个普通螺栓传递载荷F 2kN ∑=,联接接合面摩擦因数f ＝0.15，可靠性系数f K 1.2=。

试设计此联接？（设螺栓材料的许用应力[σ]=100Mpa ）6—4请指出图6—40所示结构的错误或设计不合理的地方，并改正。

图6—38 题6—2图图6—39 题6—3图图6—40 题6—4图第7章思考题与习题7—1对齿轮传动的基本要求是什么？如何满足该要求？7—2渐开线有哪些性质？7—3渐开线齿廓啮合有哪些特性？7—4基圆是否一定比齿根圆小？压力角α=20º、齿顶高系数h a*=1的直齿圆柱齿轮，其齿数在什么范围时，基圆比齿根圆大？7—5一对标准直齿圆柱齿轮的正确啮合条件是什么？连续传动的条件是什么？7—6当一对齿轮安装后的实际中心距大于标准中心距时，齿轮下列参数哪些不变？哪些变化？如何变？分度圆r、节圆r b、压力角α、啮合角α′和传动比i127—7规定标准模数m和压力角α的意义是什么？7—8什么是变位齿轮？与相应标准齿轮相比其参数、齿形及几何尺寸有何变化？7—9与直齿圆柱齿轮相比斜齿圆柱齿轮有什么特点？用在何种场合？7—10斜齿圆柱齿轮哪个面上的参数为标准参数？斜齿轮的当量齿数有何用处？求出的当量齿数是否需要圆整？7—11标准直齿锥齿轮，何处的参数为标准参数？7—12齿轮精度主要有哪几项要求？下列机器中的齿轮，对精度要求有何不同？数控机床进给传动齿轮；汽车变速器传动齿轮；桥式起重机天车行走传动齿轮。

7—13为什么齿轮的材料要求齿面硬、齿芯韧？7—14一对直齿圆柱齿轮传动，两轮的材料和热处理方法已定，传动比不变，在满足下列条件下，如何调整齿轮的参数和几何尺寸？（1）主要提高齿面接触强度，不降低齿根抗弯强度。

（2）主要提高齿根抗弯强度，基本上不增加结构尺寸。

7—15齿宽系数ψd的大小对传动有何影响？7—16斜齿圆柱齿轮在下述情况时轴向力的方向：（1）主动齿轮，顺时针转动，左旋。

（2）从动齿轮，逆时针转动，左旋。

（3）主动齿轮，顺时针转动，左旋。

7—17当齿轮分度圆直径d=60mm,模数为m=3mm,轴径为35mm时，应采用哪种齿轮结构？当齿轮分度圆直径d=510mm时，应采用哪种齿轮结构？7—18一对圆柱齿轮传动，两齿轮的材料与热处理情况均相同，试问两齿轮在啮合处的接触力是否相等？其许用接触应力是否相等？其接触强度是否相等？两齿轮在齿根处的弯曲应力是否相等？其许用弯曲应力是否相等？其抗弯强度是否相等？7—19降低齿轮最大接触应力的最有效措施是什么？降低齿轮最大弯曲应力的最有效措施是什么？习题7—1 已知一正常齿制标准渐开线直齿圆柱外齿轮，m=4mm,Z=50, 试求齿廓在分度圆上的曲率半径，以及渐开线齿廓在齿顶圆、齿根圆上的压力角。