《机械设计基础》杨晓兰版 机械工业出版社 课后习题答案
第十三章习题册参考答案绪论
0-1 判断题
（1）×（2）×（3）×（4）√（5）√（6）×（7）×
0-2 填空题
（1）确定的相对（2）机械（3）零件（4）构件
0-3 选择题
（1）A （2）A （3）A （4）A （5）A
一、机构的自由度
1-1 判断题
（1）×（2）√（3）×（4）×（5）×（6）×（7）√
（8）√（9）×（10）√（11）√（12）×（13）×（14）×
1-2 填空题
（1）运动副（2）独立（3）2 （4）低（5）机构自由度（6）机架
1-3 选择题
（1）A （2）A （3）A （4）A （5）A （6）A （7）A
（8）A （9）A （10）A （11）A （12）A （13）A 1-4 解：
a）F=3n－2p l－p h=3×3－2×4－0=1
b）F=3n－2p l－p h=3×5－2×7－0=1
c）F=3n－2p l－p h=3×3－2×4－0=1
d）F=3n－2p l－p h=3×3－2×4－0=1
e）F=3n－2p l－p h=3×3－2×4－0=1
f）F=3n－2p l－p h=3×3－2×4－0=1
g）F=3n－2p l－p h=3×3－2×4－0=1
1-5 解：
a）F=3n－2p l－p h =3×5－2×7－0=1
b）滚子中心存在局部自由度，F=3n－2p l－p h=3×8－2×11－1=1
c）E处存在复合铰链，F=3n－2p l－p h=3×5－2×6－1=2
d）F=3n－2p l－p h=3×6－2×8－1=1
e）滚子中心存在局部自由度，两移动副处之一为虚约束，三根杆以转动副相连处存在复合铰链
F=3n－2p l－p h=3×9－2×12－2=1
f）齿轮、杆和机架以转动副相连处存在复合铰链，F=3n－2p l－p h=3×4－2×4－2=2
g）F=3n－2p l－p h=3×3－2×3－0=3
h）滚子中心存在局部自由度，F=3n－2p l－p h=3×3－2×3－2=1
i）中间三根杆以转动副相连处存在复合铰链，=3n－2p l－p h=3×7－2×10
－0=1
j）左边部分全为虚约束，三根杆以转动副相连处存在复合铰链，F=3n－2p l －p h=3×5－2×7－0=1
1-6 解：
a）该构件组合为机构，因为该组合自由度F=3n－2p l－p h=3×4－2×5－
1=1>0
b）该构件组合不是机构，因为该组合自由度F=3n－2p l－p h=3×3－2×4－1=0
c）该构件组合不是机构，因为该组合自由度F=3n－2p l－p h=3×4－2×6－0=0
d）该构件组合为机构，因为该组合自由度F=3n－2p l－p h=3×3－2×4－
0=1>0
二、平面连杆机构
2-1 判断题
（1）×（2）×（3）√（4）×（5）√（6）×（7）√
（8）√（9）√（10）×（11）×（12）√（13）×（14）×
（15）√（16）×（17）×（18）√（19）×（20）√（21）×
（22）×（23）×（24）×（25）√
2-2 填空题
（1）低（2）转动（3）3 （4）连杆，连架杆（5）
曲柄，摇杆
（6）最短（7）曲柄摇杆（8）摇杆，连杆（9）2 （10）
＞
（11）运动不确定（12）非工作时间（13）惯性（14）大
（15）中的摆动导杆机构有，中的转动导杆机构无（16）机架（17）
曲柄
（18）曲柄滑块（19）双摇杆（20）双曲柄机构（21）无，
有
2-3 选择题
（1）A （2）C （3）B （4）A （5）B （6）B （7）
A
（8）C （9）A （10）A （11）A （12）C （13）C （14）A
（15）A （16）A （17）A （18）A （19）A （20）A （21）A
2-4 解：
a）双曲柄机构，因为40+110<70+90，满足杆长条件，并以最短杆为机架
b）曲柄摇杆机构，因为30+130<110+120，满足杆长条件，并以最短杆的邻
边为机架
c）双摇杆机构，因为50+100>60+70，不满足杆长条件，无论以哪杆为机架
都是双摇杆机构
d）双摇杆机构，因为50+120=80+90，满足杆长条件，并以最短杆的对边为机架
2-5 解：
（1）由该机构各杆长度可得l AB+l BC＜l CD+l AD，由此可知满足杆长条件，当以AB杆或AB杆的邻边为机架时该机构有曲柄存在
（2）以l BC或l AD杆成为机架即为曲柄摇杆机构，以l AB杆成为机架即为双曲柄机构，以l CD杆成为机架即为双摇杆机构
2-6 解：
（1）曲柄摇杆机构
由题意知连架杆CD杆不是最短杆，要为曲柄摇杆机构，连架杆AB杆应为最短杆（0 由题意知机架AD杆不是最短杆的对边，要为双摇杆机构应不满足杆长条件 ①AB杆为最短杆（0 ②AB杆为中间杆（300mm≤l AB≤500mm）时，l AD+l BC>l CD+l AB，由此可得300mm ≤l AB<450mm ③AB杆为最长杆（500mm≤l AB<1150mm）时，l AB+l AD>l CD+l BC，由此可得550mm 由此可知：150mm （3）双曲柄机构 要为双曲柄机构，AD杆必须为最短杆且应满足杆长条件 ①AB杆为中间杆（300mm≤l AB≤500mm）时，l AD+l BC≤l CD+l AB，由此可得450mm ≤l AB≤500mm ②AB杆为最长杆（500mm≤l AB<1150mm）时，l AB+l AD≤l CD+l BC，由此可得500mm ≤l AB≤550mm 由此可知：450mm≤l AB≤550mm 2-7 解： a ） b ） c ） d ） e ） 各机构压力角和传动角如图所示，图a)、d ）机构无死点位置，图b)、c ）、e ）机构有死点位置 2-8 解： 用作图法求解，主要步骤： （1）计算极位夹角：?=+-??=+-??=361 5.11 5.118011180K K θ （2）取比例尺μ=0.001m/mm （3）根据比例尺和已知条件定出A 、D 、C 三点，如图所示 （4）连接AC ，以AC 为边作θ角的另一角边线，与以D 为圆心、摇杆DC 为半径的圆弧相交于C 1和C 2点，连接DC 1和DC 2得摇杆的另一极限位置（两个） （5）从图中量得AC =71mm ，AC 1=26mm ，AC 2=170mm （6）当摇杆的另一极限位置位于DC 1时： 5mm .2221=? =AC AC l AB －μ，5mm .482 1 =+?=AC AC l BC μ （7）当摇杆的另一极限位置位于DC 1时： 5mm .4922=? =AC AC l AB －μ，5mm .1202 2 =+?=AC AC l BC μ 答：曲柄和连杆的长度分别为22.5mm 、48.5mm 和49.5mm 、120.5mm 。 2-9 解： 用作图法求解，主要步骤： （1）计算极位夹角：?=+-??=+-??=4.161 2.11 2.118011180K K θ （2）取比例尺μ=0.001m/mm （3）根据比例尺和已知条件定出滑块的两极限位置C 1、C 2两点，如图所示 （4）连接C 1C 2，以C 1C 2为直角边作直角三角形C 1C 2P ，使∠C 1C 2P =90°－θ=73.6° （5）以C 2P 为直径作圆O （6）将C 1C 2偏移e 值，与圆O 交于A 点，连接AC 1和AC 2， （7）从图中量得AC 1=34mm ，AC 2=82mm ，则： 24mm 212=? =AC AC l AB －μ，58mm 2 2 1=+?=AC AC l BC μ 答：曲柄和连杆的长度分别为24mm 和58mm 。 2-10 解： 用作图法求解，主要步骤： （1）计算极位夹角：?=+-??=+-??=301 4.11 4.118011180K K θ （2）取比例尺μ=0.002m/mm （3）根据比例尺和已知条件定出机架AC ，如图所示 （4）根据摇杆的摆角等于极为夹角作出摇杆的两极限位置 （5）过A 点作摇杆两极限位置的垂线，得垂足点B 1、B 2 （6）从图中量得AB 1=23mm ，则26m m 1=?=AB l AB μ 答：曲柄的长度为26mm 。 2-11 解： 用作图法求解，主要步骤： （1）计算极位夹角：?=+-??=+-??=01 11 118011180K K θ （2）取比例尺μ=0.001m/mm （3）根据比例尺和已知条件定出D 、C 1、C 2三点，如图所示 （4）过D 点作C 1D 的垂线，并与C 1C 2的连线交于A 点 （5）从图中量得AD =220mm ，AC 1=234mm ，AC 2=180mm ，则： 27mm 2 1 2=? =AC AC l AB －μ， 207mm 212=+?=AC AC l BC μ，220m m =?=AD l AD μ 答：曲柄的长度为27mm ，连杆的长度为207mm ，机架的长度为220mm 。 三、凸轮机构 3-1 判断题 （1）√ （2）× （3）√ （4）× （5）× （6）× （7）× （8）× （9）√ （10）√ （11）√ （12）√ （13）√ （14）√ （15）× （16）√ （17）√ （18）√ （19）× 3-2 填空题 （1）使用 （2）盘形 （3）凸轮轮廓 （4）变曲率 （5）行程 （6）行程 （7）轮廓 （8）凸轮的转角，从动件的位移 （9）最小 （10）法线 （11）大 （12）等速 （13）小 （14）许用压力角 （15）低 （16）大 （17）大 （18）内凹 （19）抛物线 （20）刚性 3-3 选择题 （1）B （2）A （3）A （4）A （5）A （6）C （7） A （8）A （9）A （10）A （11）A （12）A （13）A （14）A （15）A （16）A （17）B （18）A （19）A （20）C （21）D （22）A （23）B （24）D （25）B （26）B （27）C 3-4 解： （1）凸轮的基圆和基圆半径的标注如图所示 （2）从动件的位移线图s-t和升程h的标注如图所示 3-5 解： 凸轮的位移线图如图所示。 3-6 解： （1）凸轮的位移线图如图所示 （2）凸轮的位移线图如图所示 3-7 解： 所设计对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构如图所示 3-8 解： 所设计偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构如图所示 3-9 解： 各凸轮机构中b、c点的压力角如图所示 四、间歇运动机构 4-1 判断题 （1）√（2）√（3）×（4）√（5）√（6）×（7）×（8）× 4-2 填空题 （1）周期性（2）棘轮（3）内（4）2 （5）锯 4-3 选择题 （1）A （2）A （3）A （4）A （5）A （6）A （7）A （8）A （9）A （10）A （11）A 五、联接 5-1 判断题 （1）×（2）√（3）√（4）×（5）√（6）√（7）× （8）×（9）×（10）×（11）×（12）√（13）×（14）× （15）×（16）×（17）√（18）×（19）×（20）√ 5-2 填空题 （1）牙型（2）大（3）越高（4）自锁性（5）4 （6）螺钉 （7）拧紧力矩（8）防松（9）一致（10）摩擦（11）直线 （12）梯形 （13）传力，传导，调整 （14）右 （15）轴和毂，挤压 （16）轴的直径，轴头 （17）A ，B ，C ，C （18）增加键的长度 （19）B （20）80 5-3 选择题 （1）B （2）A （3）A （4）C （5）D （6）C （7）B （8）A （9）A （10）D （11）B （12）A （13）B （14）B （15）C （16）A （17）B （18）A （19）A （20）B （21）A （22）B （23）A （24）B （25）C （26）B （27）D （28）B （29）C （30）A （31）A （32）A （33）A （34）D （35）A （36）A （37）A （38）A （39）A （40）A （41）A （42）B （43）A （44）D （45）A 5-4 解： 该螺栓连接为松螺栓连接，其强度条件为：[]2 14F σσπd = ≤ 拉杆材料为Q235，其235MPa s σ=，取安全系数S =1.7，则： []235138.24MPa 1.7 s σσS = == 则： 114.56mm d ≥= 查教材表5-2可知，选小径d 1=17.294mm ，公称直径d =20mm 的粗牙普通螺纹。 答：拉杆螺纹的直径为M20。 5-5 解： 该螺栓连接为受横向工作载荷的紧螺栓连接，其强度条件为：[]2 1 5.2a e F σσπd =≤ 0R a CF F F zmf =≥ ，查教材表5-2可知，M16的螺栓的小径d 1=13.835mm 。取C =1.2，则： 答：该螺栓组能承受的横向载荷应不大于18.49kN 。 5-6 解： 该螺栓连接为受轴向工作载荷的紧螺栓连接，其强度条件为：[]2 1 5.2a e F σσπd =≤ 各螺栓所受轴向工作载荷22000 5500N 4 Q E F F n = = = 各螺栓所受残余预紧力F R =0.6F E ，各螺栓所受总轴向拉力F a =F E +F R =1.6 F E =1.6×5500=8800N 拉杆材料为Q235，其235MPa s σ=，取安全系数S =1.5，则： []235156.67MPa 1.5 s σσS = == 则： 19.64mm d ≥ 查教材表5-2可知，选小径d 1=10.106mm ，公称直径d =12mm 的粗牙普通螺 纹。 答：所求螺栓直径为M12。 5-7 解： 该螺栓连接为受横向工作载荷的紧螺栓连接，其强度条件为： []2 15.2a e F σσπd =≤ 材料为35钢，其315MPa s σ=，取安全系数S =1.5，则：[]315210MPa 1.5 s σσS === 查教材表5-2可知，M16的螺栓的小径d 1=13.835mm 。则： 0R a CF F F zmf =≥ ，[]221420.15 3.1413.835210 24.27kN 5.2 5.2 1.2 R zmf πd σF C ?????≤==? 答：允许承受的最大载荷不大于24.27kN 。 5-8*解： （1）确定螺杆的直径 该螺栓连接为受轴向工作载荷的紧螺栓连接，其强度条件为：[]2 1 5.2a e F σσπd =≤ F a =W =20kN 材料为45钢，其355MPa s σ=，该连接不需严格控制预紧力，取安全系数S =4，则： 查教材表5-2可知，选小径d 1=20.752mm ，公称直径d =24mm 的粗牙普通螺纹。 （2）确定扳手手柄的最小长度 查教材表5-2可知公称直径d =24mm 粗牙普通螺纹中径d 2=22.051mm ，则： 122.051 20221102.55mm 200 a d F L F ?≥==，取L =1103mm 答：（1）螺杆直径为M24。（2）扳手手柄的最小长度为1103mm 。 5-9解： （1）校核螺栓的剪切和挤压强度 该螺栓连接为受横向工作载荷的铰制孔螺栓连接：剪切强度条件为： []2 04F ττm πd = ≤；挤压强度条件为：[]p 0p σδσ≤=d F 查教材表5-3可知：8.8级的螺栓的σbp =800Mpa ；σs =640Mpa ；查教材表5-4可知：s τ=2.5，s p =2.5则：[]640256MPa 2.5s τ στS == =；bp p p 800320MPa 2.5σσS ??===?? 22 04424237.72MPa 256MPa /41 3.1412F τm πd ?= == F σd δ===? 答：所用螺栓满足剪切和挤压强度要求 （2）平键的选择及强度校核 选A 型平键，根据轴径和轴头长度，从设计手册中查得键的尺寸b =16mm ， h = 10mm ，L = 70mm 。键的标记为：键 16×70 GB/T 1096 —2003。 答：所选择的键不满足强度要求。 5-10解： 该螺栓连接为受横向工作载荷的普通螺栓连接，其强度条件为： []2 15.2a e F σσπd = ≤ 8.8级的螺栓的640MPa s σ=，取安全系数S =1.5，则：[]640426.67MPa 1.5 s σσS == = 取C =1.2，则：3 1.2630 12.115kN 660.166510 a CT F fr -?≥= =???则： 查教材表5-2可知，可选小径d 1=8.376mm ，公称直径d =10mm 的粗牙普通螺纹。 答：螺栓直径为M10。 5-11*解： 该螺栓连接为受横向工作载荷的紧螺栓连接，其强度条件为： []2 15.2a e F σσπd =≤ 受力分析如图所示 将外载荷P 向螺栓组中心简化得螺栓组所受的转矩T 和横向载荷P 横向载荷P = 10000N ；转矩T =10000?300 = 3000000 N ·mm ，方向如图所示 由于横向载荷作用每个螺栓受到的横向力1234100002500N 44 P P P P P F F F F ====== 由于转矩作用每个螺栓受到的横向力12347071N 4T T T T T F F F F r ==== == 由图可知，螺栓1、2所受的横向力相等，螺栓3、4所受的横向力相等，且螺栓1、2所受的横向力最大，其值为 m =1，取C =1.2，则：1 1.29013.8 67603.5N 10.16 a CF F mf ?≥ ==? 查设计手册可知，可选小径d 1=31.67mm ，公称直径d =36mm 的粗牙普通螺纹。 答：该螺栓组螺栓的小径须大于30.54，可选M36的螺栓。 5-12* 解：（略） 5-13解： （1）确定螺柱直径 该螺栓连接为受轴向工作载荷的紧螺栓连接，其强度条件为：[]2 1 5.2a e F σσπd =≤ 每个螺栓平均承受的轴向工作载荷：2 2 3.1431607536N 448 E πpD F z ??===? 取残余预紧力F R =1.6F E ，则各螺栓所受总轴向拉力F a =F E +F R =2.6 F E =2.6×7536=19593.6N 5.8级螺栓的400MPa s σ=，按控制预紧力取安全系数S =1.5，则： []400 266.67MPa 1.5 s σσS = == 则： 111.03mm d ≥ 查教材表5-2可知，可选小径d1=13.835mm，公称直径d=16mm的粗牙普通螺纹。 （2）确定螺柱分布直径 取螺柱间距为5d，则 055816 203.82mm 3.14 zd D π?? ===，取D0=200mm 答：连接螺栓直径可选M16的粗牙普通螺纹，分布直径为200mm。 5-14解： （1）平键类型和尺寸选择 安装齿轮处的键：选A型平键，根据轴径和轴头长度，从设计手册中查得键的尺寸b= 25mm，h= 14mm，L=80mm。键的标记为：键 25×80 GB/T 1096 —2003。 安装联轴器处的键：选A型平键，根据轴径和轴头长度，从设计手册中查得键的尺寸b= 20mm，h= 12mm，L=100mm。键的标记为：键 20×100 GB/T 1096 —2003。 （2）平键连接强度的校核 安装齿轮处平键强度校核： ()() p 44800 46.18MPa100~120MPa 90148025 T σ dhl ? ===< ??- 安装联轴器处平键强度校核： ()() p 44800 47.62MPa50~60MPa 701210020 T σ dhl ? ===< ??- 所选择的平键满足强度要求 答：所选择的平键满足强度要求 5-15解： （1）平键类型和尺寸选择 选A型平键，根据轴径和轴头长度，从设计手册中查得键的尺寸b= 22mm，h = 14mm，L =100mm。此键的标记为：键 22×100 GB/T 1096 —2003。 （2）传递的最大扭矩 查教材表5-7得[σp] =（100 ~ 120）Mpa，取[σp] =120Mpa 答：能传递的最大扭矩不大于2620.8N·m。 5-16解： （1）平键类型和尺寸选择 选A型平键，根据轴径和轴头长度，从设计手册中查得键的尺寸b= 25mm，h = 14mm，L = 90mm。此键的标记为：键 25×90 GB/T 1096 —2003。 （2）平键连接强度的校核 所选择的平键满足强度要求 答：所选择的平键为键 25×90 GB/T 1096 —2003。经验算该键满足强度要求。 六、带传动和链传动 6-1 判断题 （1）×（2）×（3）√（4）√（5）×（6）×（7）× （8）√（9）×（10）×（11）√（12）×（13）√（14）√ （15）×（16）×（17）×（18）×（19）×（20）×（21）√ （22）×（23）×（24）√（25）× 6-2 填空题 （1）中心角，120°（2）两侧，40°（3）梯形，7，Y （4）初拉力，摩擦系数，小轮包角（5）越大（6）5~25 （7） 小 （8）带的基准长度（9）平行，对称平面应在同一平面（10） 小 （11）传动比（12）张紧轮（13）摩擦力（14）可以 （15）弹性滑动，打滑（16）打滑（17）10 （18）外 （19）主（20）小（21）4 （22）型号（23）主 （24）绳芯（25）平均，瞬时（26）链轮的多边效应 （27）不能保持恒定的瞬时传动比；传动平稳性差；工作时有噪音等 （28）偶，奇（29）疲劳破坏，胶合（30）外链板与销轴 （31）制造精度的影响，致使各排链的载荷分布不均 （32）大，跳齿（33）少，冲击，动载荷 6-3 选择题 （1）C （2）B （3）B （4）A （5）A （6）A （7） C （8）A （9）B （10）B （11）A （12）A （13）C （14）A （15）C （16）A （17）A （18）C （19）A （20）D （21）D （22）A （23）A （24）B （25）A （26）A （27）A （28）A （29）D （30）B （31）B （32）A （33）B （34）A （35）B （36）A （37）B （38）C 6-4解： （1）小轮包角 （2）带的几何长度 查教材表6-3可知，选带的基准长度L d =2800mm （3）不考虑带传动的弹性滑动时大带轮转速 12 21 d d n d i n d ==，1122 1460150547.5r /min 400 d d n d n d ?=== （4）滑动率ε=0.015时大带轮的实际转速 ()12211d d n d i n d ε= =-， ()()11221146015010.015539.3r /min 400 d d n d εn d -??-=== 答：1）小轮包角为165.7°；2）带的几何长度为2879.6mm ，应选带的基准长度2800mm ；3）不考虑带传动的弹性滑动时大带轮转速547.5r/min ；4）大带轮的实际转速539.3r/min 。 6-5解： （1）确定带的基准长度L d 查教材表6-3可知，选带的基准长度L d =1600mm （2）确定实际中心距a 取实际中心距a =530mm （3）计算所需带的根数z 查教材表6-5得P 0＝1.60kW ；查教材表6-6得ΔP 0＝0.168kW ；查教材表6-7 得K α=0.974；查教材表6-3，K L =0.99，则： 取z =3根 答：1）带的基准长度L d =1600mm ；2）实际中心距a =530mm ；3）所需带的根数为3根。 6-6解： 查教材表6-3可知，选带的基准长度L d =1600mm 取实际中心距a =460mm 查教材表6-5得P 0＝1.306kW ；查教材表6-6得ΔP 0＝0.168kW ；查教材表6-7得K α=0.93；查教材表6-3，K L =0.99，查教材表6-8取工作情况系数K A =1.2 答：能传递的最大功率为2.26kW 。 6-7解： （1）选择V 带型号 查教材表6-8取工作情况系数K A =1.1，故：c 1.17.58.25kW A P K P =?=?= 根据P c 和n 1，由图6-12选用A 型普通Ｖ带。 （2）确定大小带轮基准直径 由（1）选择知小带轮基准直径d d1的取值范围为112~140mm ，又由教材表6-5知此范围内d d1只有112mm 、125mm 、140mm 三种取值，现选取d d1=125mm 。则： 根据教材表6-2选从动轮基准直径d d2=280mm 。 （3）验算带速 带速在5~25m/s 范围内，带速合适。 （4）求V 带的基准长度和中心距 初定中心距的取值范围0283.5810a ≤≤，现取初定中心距a 0=500mm 带的初定长度： 查教材表6-3可知，选带的基准长度L d =1600mm 带传动的中心距：d d0016001648500476mm 2 2 L L a a --≈+=+= 取实际中心距a =476mm 中心距变动范围为452~500mm （5）验算小轮包角