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机械设计基础习题答案

平面机构及其自由度

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 μ绘制其机构运动简图（图b ）。

图 b ）

2）分析其是否能实现设计意图。

由图b 可知，3=n ，4=l p ，1=h p ，0='p ，0='F

故：00)0142(33)2(3=--+?-?='-'-+-=F p p p n F h l

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。

3）提出修改方案（图c ）。

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 c 1）图 c 2）

2、试画出图示平面机构的运动简图，并计算其自由度。

解：3=n ，4=l p ，0=h p ，123=--=h l p p n F

解：4=n ，5=l p ，1=h p ，123=--=h l p p n F

3、计算图示平面机构的自由度。

解：7=n ，10=l p ，0=h p ，123=--=h l p p n F

解：8=n ，11=l p ，1=h p ，123=--=h l p p n F ，局部自由度

解：9=n ，12=l p ，2=h p ，123=--=h l p p n F

解： D,E,FG 与D ，H ，J ，I 为对称结构，去除左边或者右边部分，可得，活动构件总数为7，其中转动副总数为8，移动副总数为2，高副数为0，机构自由度为1。（其中E 、D 及H 均为复合铰链）

4、试求图示各机构在图示位置时全部瞬心的位置（用符号ij P 直接标注在图上）。

平面连杆机构及其设计

1、在图示铰链四杆机构中，已知：BC l =50mm ，CD l =35mm ，AD l =30mm ，AD 为机架， 1）若此机构为曲柄摇杆机构，且AB 为曲柄，求AB l 的最大值；

2）若此机构为双曲柄机构，求AB l 的范围； 3）若此机构为双摇杆机构，求AB l 的范围。

解：1）AB 为最短杆 AD CD BC AB l l l l +≤+ mm l AB

15max

2）AD 为最短杆，若BC AB l l ≤

AB CD BC AD l l l l +≤+ mm l AB 45≤ 若BC AB l l ≥ CD BC AB AD l l l l +≤+

mm l AB 55≤

3) AB l 为最短杆

AD CD BC AB l l l l +>+，mm l AB 15>

AD AB l l > CD AB BC AD l l l l +>+ mm l AB 45< AB l 为最短杆 CD BC AB AD l l l l +>+ mm l AB 55> 由四杆装配条件 mm l l l l CD BC AD AB 115=++<

2、在图示的铰链四杆机构中，各杆的长度为a=28mm ，b=52mm ，c=50mm ，d=72mm 。试问此为何种机构？请用作图法求出此机构的极位夹角θ，杆CD 的最大摆角?，计算行程速度比系数K 。

解1）作出机构的两个

极位，由图中量得 ?=6.18θ ?=6.70?

2）求行程速比系数

23.1180180=-?+?=

3）作出此机构传动角最小的位置，量得

?='=7.22min γγ

此机构为曲柄摇杆机构

3、画出各机构的压力角传动角。箭头标注的构件为原动件。

4、现欲设计一铰链四杆机构，已知其摇杆CD 的长CD l =75mm ，行程速比系数K =1.5，机架AD 的长度为AD l =100mm ，又知摇杆的一个极限位置与机架间的夹角为ψ＝45○，试求其曲柄的长度AB l 和连杆的长BC l 。（有两个解）

解：先计算?=-?+?=

36.16180180K

K θ

并取l μ作图，可得两个解 ○

1 mm AC AC l l AB

5.492/)355.84(22/)(12=-=-=μ

mm AC AC l l BC 5.1192/)355.84(22/)(12=+=+=μ

○

2 mm AC AC l l AB 222/)1335(22/)(21=-=-=μ mm AC AC l l BC 482/)1335(22/)(21=+=+=μ

凸轮机构及其设计

1、已知一偏置尖顶推杆盘形凸轮机构如图所示，试用作图法求其推杆的位移曲线。解以同一比例尺l μ=1mm/mm 作推杆的位移线图如下所示。

2、试以作图法设计一偏置直动滚子推杆盘形凸轮机构的凸轮轮廓曲线。已知凸轮以等角速度逆时针回转，正偏距e =10mm ，基圆半径0r =30mm ，滚子半径r r =10mm 。推杆运动规律为：凸轮转角δ=0○～150○，推杆等速上升16mm ；δ=150○～180○，推杆不动；δ=180

○

～300○ 时，推杆等加速等减速回程16mm;δ=300○～360○时，推杆不动。

解推杆在推程段及回程段运动规律的位移方程为：

1）推程：0/δδh s = ，)1500(?≤≤?δ 2）回程：等加速段20

/2δδ

'-=h h s ，)600(?≤≤?δ 等减速段2

020/)(2δδδ'-'=h s ，)12060(?≤≤?δ

取

μ=1mm/mm作图如下：

计算各分点得位移值如下：

3、在图示凸轮机构中，凸轮为偏心轮，转向如图。E、F为凸轮与滚子的两个接触点，试在图上标出：

1）从E点接触到F点接触凸轮所转过的角度?；

2）F点接触时的从动件压力角；

3）由E点接触到F点接触从动件的位移s；

4）画出凸轮理论轮廓曲线和基圆。

齿轮机构

1、设有一渐开线标准齿轮z =20,m =8mm,α=20o,a

h '=1,试求：其齿廓曲线在分度圆

及齿顶圆上的曲率半径ρ、a ρ 及齿顶圆压力角a α。解：求ρ、a ρ、a α

tg tg r r r a mm

tg tga r mm

a d d mm h z m d mm

mz d a b a a b a b b a a 75.453.1931175.753.1931)88/175.75(cos

)/(cos

36.2720175.7536.15020cos 160cos 176)1220(8)2(1602081

='?=='

?====?===?===?+?=+==?==--αρρ

2、已知一对外啮合标准直齿圆柱齿轮的标准中心距a =160mm ，齿数z 1 = 20，z 2 = 60，求模数和分度圆直径d 1、d 2。解： mm m Z Z m a 4)(2

121=?+=

d mm mZ d 240604802042

211=?===?==

3、设已知一对斜齿轮传动，z 1=20,z 2=40,n m =8mm,n α=20○,an

h ' =1,n c ' =0.25,B=30mm,

初取β=15○

，试求该传动的中心距a(a 值应圆整为个位数为0或5，并相应重算螺旋角β )、几何尺寸、当量齿数和重合度。解1）计算中心距a 初取?=15β，则466.24815cos 2)4020(8)(cos 221=?

z z m a n β

取mm a 250=，则735116250

2)4020(8arccos

(arccos

21'''?=?+=+=a

z z m n β

3）计算重合度γ

945420)735116cos /20()cos /('''?='''??==tg arctg tg arctg n t βαα 946231)67.182/84.155arccos()/arccos(211'''?===a b at d d α

330526)33.349/69.311arccos()/arccos(222'''?===a b at d d α 59

.12)

945420330526(40)945420946231(202)

()(2211='''?-'''?+'''?-'''?=

-+-=

ααααεαααtg tg tg tg tg tg z tg tg z t t

332.08/735116sin 30/sin ='''?==ππβεβn m B

92.1332.059.1=+=+=βαγεεε

4、已知一对等顶隙收缩齿标准直齿圆锥齿轮传动，齿数z 1 = 20，z 2 = 38，模数m = 4mm ，分度圆压力角α = 20°,齿顶高系数h a ★ = 1，齿顶间隙系数 c ★ = 0.2，轴交角Σ = 90°。

求两锥齿轮的齿顶圆锥角δ

、δa2

及其它主要尺寸。

解：齿顶圆锥角：?==24.621

21z z arcctg δ，?=-=76.279012δδ

齿顶高：mm m h h a a 4*

齿根高：mm m c h h a f 8.4)(*

*=+=

轮系及其设计

1、如图所示为一手摇提升装置，其中各轮齿数均已知，试求传动比i 15,指出当提升重物时手柄的转向（在图中用箭头标出）。

解此轮系为空间定轴轮系

.57718

11520524030504321543215=??????=

''z z z z z z z z i

2、在图示齿轮系中，已知z 1=z 2=19，z 3’=26，z 4=30，z 4’=20，z 5=78，齿轮1与齿轮3同轴线，求齿轮3的齿数及传动比i 15。解：

?=+=312332d d d d mZ 3212Z Z Z =+ 573=Z

5.13)

1(43

2154322

15=''-=Z Z Z Z Z Z Z Z i

3、在图示的行星减速装置中，已知z 1=z 2=17，z 3=51。当手柄转过90°时转盘H 转过多少度？

解：302

132113-=-

=--=

Z Z Z Z n n n i H

H H

题图

5-2

41=H

n n ，故手柄转过90度时，转盘H 转过22.5度

4、在图示的差动齿轮系中，已知各轮齿数z 1=15，z 2=25，z 2’=20，z 3=60。若n 1 = 200r/min ，n 3 = 50r/min ，且转向相同，试求行星架H 的转速n H 。

解：520

156025)

1(50200)

1(12

323113-=??-=--?

'-=--=

H H

n n Z Z Z Z n n n n i

75=H n

5、在图示的复合轮系中，设已知n 1=3549r/min ，又各轮齿数为

z 1=36,z 2=60,z 3=23，z 4=49,z 4，=69,z 5=31,z 6=131,z 7=94,z 8=36,z 9=167,试求行星架H 的转速n H （大小及转向）？

解：此轮系是一个复合轮系

在1－2（3）－4定轴轮系中：

551.323

3649603

14214=??==

Z Z Z Z i （转向见图）

在4’－5－6－7行星轮系中

899.269

131111467

6474=+

=-='

''Z Z i i

在7－8－9－H 行星轮系中

777.294

1671117

9797=+

=-=Z Z i i H

777.2899.2551.3774141??=??='H H i i i i

587.28=

故min)/(15.124587.28/354911r i n n H H ===，其转向与轮4转向相同

其他常用机构及动力分析

1、已知槽轮机构的槽数z =5，拨盘的圆销数K =1，转速n 1=75 r/min ，求槽轮的运动时间t m 和静止时间t s 。解：

3.02)2(=-=z

z t t m ，s t m 24.0=，s t 56.0=

题图

5-6

2、在图a 所示的盘形转子中，有四个偏心质量位于同一回转平面内，其大小及回转半径分别为m 1=5kg,m 2=7kg,m 3=8kg,m 4=10kg;r 1=r 4=10cm,r 2=20cm,r 3=15cm ，方位如图a 所示。又设

平衡质量m b 的回转半径r b =15cm 。试求平衡质量m b 的大小及方位。

解根据静平衡条件有

044332211=++++r m r m r m r m r m b b

以w μ作质径积多边形图b ，故得

)(37.515/1.165kg r w m b b w b =?==μ

?=7.119b θ

2、在图a 所示的转子中，已知各偏心质量m 1=10kg,m 2=15kg,m 3=20kg,m 4=10kg,它们的回转半径分别为r 1=40cm,r 2=r 4=30cm,r 3=20cm,又知各偏心质量所在的回转平面间的距离为l 12=l 23=l 34=30cm,各偏心质量的方位角如图。若置于平衡基面I 及II 中的平衡质量m b1及m b Ⅱ的回转半径均为50cm ，试求m b Ⅰ及m b Ⅱ的大小和方位。

解根据动平衡条件有

0313*******=+++I I b b r m r m r m r m

132223344=+++∏∏b b r m r m r m r m

以w μ作质径积多边形图b 和图c ，由图得平衡基面I

)(6.52810kg r W m b b w b =?=?=I I I μ ?=I 6b θ

平衡基面П

)(4.7503710kg r W m b b w b =?=?=∏∏∏μ ?=∏145b θ

联接

1、图示为一升降机构，承受载荷F =150 kN ，采用梯形螺纹，d = 60 mm ，d 2 = 56 mm ，P = 8 mm ，线数n = 3。支撑面采用推力球轴承，升降台的上下移动处采用导向滚轮，它们的摩擦阻力近似为零。试计算：

(1)工作台稳定上升时的效率（螺纹副当量摩擦系数为0.10）。

(2)稳定上升时加于螺杆上的力矩。

(3)若工作台以720 mm/min 的速度上升，试按稳定运转条件求螺杆所需转速和功率。 (4)欲使工作面在载荷作用下等速下降，是否需要制动

装置？加于螺栓上的制动力矩是多少？解：1）?=='71.51.0arctg ρ

2d nP

tg πλ=

，?=8.7λ

%57)

(='+=

ρλλ

ηtg tg

2）)(2

2ρλ'+=Ftg d M

3）7201=pZ n ，min 307201r pZ

n ==，30

)(2

2n Ftg d Mw N πρλ?

'+=

=3158w

4）ρλ'> 不自锁，需要制动装置，制动力矩)(2

2ρλ'-=

'tg Fd M

2、图示为一用两个M12螺钉固定的牵曳钩，若螺钉材料为Q235钢，装配时控制预紧力，结合面摩擦系数f = 0.15，求其允许的最大牵曳力。

解：由结构形式可知，结合面1=m

联接螺栓数目 2=Z ，

由表9.5查得MPa s 240=σ 控制预紧力，取3.1=S 。

MPa S

s 185][==σ

σ，

由表查取 mm d 106.101=，取 2.1=C C

m f Z F F R '=

.14][2

1?=

'd F σπ

N C

d mfZ F R

28533.14][2

max

=?=

σπ

3、图示为一刚性凸缘联轴器，材料为Q215钢，传递的最大转矩为1400 N .m （静载荷）。联轴器用4个M16的铰制孔用螺栓联接，螺栓材料为Q235钢，试选择合适的螺栓长度，并校核该联接的强度。

解：单个螺栓所受横向载荷 Dm

M F R 2=

强度条件 ][420

τπτ≤=

F R

，][min

0p R p

h d F σσ

≤=

由表9.5查得：

215Q M P a s 220=σ

235Q M P a s 240=σ 由表9.5查得 MPa S s

965

.2240][===

στ

挤压强度校核，最弱材料 MPa S

p 19115

.1220][==

=σσ

][24.1142

0τπτ<==

MPa Dm

d M

][14.623

16155410

14003

min

0p p

MPa h mDd M

σσ

<=????=

安全

螺栓长度 )5~3(2323+++≥m L 16M 螺母厚度为14.8mm ，垫片厚度 mm h 3=

mm L )70(65=。注：以)70~20(l 0或5结尾

4、图示为一钢制液压油缸，采用双头螺柱联接。已知油压p = 8 MPa ，油缸内径D = 250 mm ，

D 1=300mm,为保证气密性要求，螺柱间距l 不得大于4.5d （d 为螺纹大径），试设计此双头螺柱联接。

解：1）计算单个螺栓得工作载荷F ，暂取螺栓数目 12=Z ， N Z

D P F 3272542

2）计算单个螺栓总拉力0F ，取残余预紧力 F F 6.1=' N F F F 850850='+= 3）求螺栓公称直径

选取螺栓材料为40Cr ，Mpa s 800=σ装配时不控制预紧力，按表9.6暂取安全系数

3=S ，MPa s

2673

][==

σσ， mm F d 96.22]

[3.140

1=?≥

σπ

由表9.1，取)752.23(271mm d M =，按图表9.6可知所取安全系数是正确的。 4）验证螺栓数目

d mm Z

D l 5.455.781

<==

5、在题9-3中，已知轴的材料为45钢，工作时有轻微冲击。试为该联轴器选择平键，确定键的尺寸，并校核其强度。

解：1）选择键联接的类型和尺寸

选用半圆头普通平键，材料45钢，由表9.10查得mm b 16=，mm h 10=，参考轮

毂长度，取mm L 90= 2）校核键联接强度

键和轴的材料优于轮毂材料，应校核联轴器强度，由表9.11取许用应力

MPa P 135][=σ，mm L l 828=-=，][1244P P MPa dhl

T σσ<==

，合适。

标记键10016?C 19791096-T GB

齿轮传动

1．已知闭式直齿圆柱齿轮传动的传动比6.3=i ，min /14401r n =，kW P 25=，长期双向转动，载荷有中等冲击，要求结构紧凑，采用硬齿面材料。试设计此齿轮传动。解：1）选择材料、确定许用应力

大小齿轮均采用20Cr ，渗碳处理淬火，由表10.1选择硬度为59HRC ，由图10－9c

得到，MPa F F 3902lim 1lim ==σσ ，

由表10.4得，取5.1=F S ，MPa S F

F F F 1827

.0][][lim 21=?=

=σσσ

由图10－6c 得，MPa H H 15002lim 1lim ==σσ，由表10.4得，取2.1=H S ，MPa S H

H H H 1250][][lim

21===σσσ

2）按轮齿弯曲强度设计

齿轮按8级精度制造，由表10.3，取载荷系数5.1=k ，齿宽系数4.0=αψ，小齿轮上得转矩mm N n P T ?=?

?=1658001055.91

取251=Z ，则9012==iZ Z ，由图10－8查得71.21=F Y ，21.22=F Y ]

[]

[2211F F F F Y Y σσ>

，将

]

[11F F Y σ带入式（10－10）

mm Z i Y KT m F F

35.2]

[)1(43

11=+≥

σψα

由表4.1取mm m 5.2= 中心距 mm Z Z m a 75.143)(2

21=+=

齿宽 mm a b 5.57==αψ，取mm b 651=， mm b 602= 3）验算齿面的接触强度 ][5.782)1(336

H H iba

KT i σσ<=+= 安全

4）齿轮的圆周速度

s m n d v /71.41000

601

1=?=

π 由表10.2可知选8级精度是合适的。

2、设两级斜齿圆柱齿轮减速器的已知条件如图所示，试问：1)低速级斜齿轮的螺旋线方向应如何选择才能使中间轴上两齿轮的轴向力方向相反；2)低速级螺旋角β应取多大数值才能使中间轴上两个轴向力互相抵消。解：要使中间轴两齿轮的斜齿轮的轴向力相反，则旋向必须相同，

2Z 左旋，3Z 应为右旋，4Z 为右

旋，按题意，21a a F F =，则：

3312ββtg F tg F t t =，

T F t 2=

，

22152βtg d T tg d T =

又因32T T =，所以2

223

332

33cos )

15cos (

15βββZ m tg Z m tg d d tg n n ?=?=

，

1438.015sin sin 2

2333=?=Z m Z m n n β， 6183'?=β

3、设计一单级闭式斜齿轮传动，已知P =10kW ，n 1=1460r/min ，i =3.3，工作机有中等冲击载荷。要求采用电动机驱动，选用软齿面材料，z 1=19。试设计此单级斜齿轮传动，校核疲劳强度。

解：1）选择材料以确定许用应力

小齿轮采用Cr 40调质，硬度取260HBS ，大齿轮采用SiMn ZG 35调质，硬度取260HBS

由图11－6b ）MPa H 7001lim =σ，MPa H 5402lim =σ，由表10.4取1.1=H S ，则 M P a S H

H H 636][1

lim 1==

σσ， M P a S H

H H 491][2

lim 2==

σσ

由图10－9b ）MPa F 2401lim =σ，MPa F 1802lim =σ，由表10.4 取3.1=F S

则 MPa S F

F F 185][1

lim 1==

σσ， M P a S F

F F 138][2

l i m

2==

σσ

2）按齿面接触疲劳强度设计

设齿轮按8级精度制造，由表10.3取载荷系数5.1=K ，齿宽系数4.0=αψ 小齿轮上的转矩 m N n P T ??=?=4

11054.610

55.9

按式10－15计算中心距 mm i

KT i a H 6.131)

]

[305(

)1(31

=+≥αψσ

取301=Z ，9912==iZ Z ，初选?=15β mm Z Z a m n 97.1cos 22

1=+=

β 由表4.1取 mm m n 2=

mm Z Z m a n

55.133cos 221=+=β

mm a 135=

01172)

(arccos

21'?=+=a

Z Z m n β 齿宽 mm a b 54==αψ

取 mm b 552=，mm b 601= 3）验算弯曲强度由图10－8，4.31cos 11==

Z Z v ，6.103cos 22==

Z Z v

6.21=F Y ，2.22=F Y ][59cos 6.111

2111F n

F F MPa Z bm Y KT σβ

σ<==

][5022F F MPa σσ<= 安全！

蜗杆传动

1、设某一标准蜗杆传动的模数mm m 5=，蜗杆的分度圆直径mm d 501=，蜗杆的头数

21=Z ,传动比20=i ，试计算蜗轮的螺旋角和蜗杆传动的主要尺寸。

解：1）蜗杆直径系数 101==

d q

2）螺旋角升角 2.01==

q Z tg λ，638111'''?=λ

3）中心距 mm Z q m a 125)(2

2=+=

2、对图示的蜗杆传动，请根据已知的蜗杆的螺旋方向和转向，确定蜗轮的螺旋方向和转向。并在图中表出蜗杆和蜗轮的受力方向。解：

1t F 2

t F 1a F 1

r F 2

F 2

a F 2

由于蜗杆为左旋，故蜗轮为左旋，图中红色的箭头表示蜗杆的受力，绿色的表示蜗轮的受力。

3、试设计一单级圆柱蜗杆传动：传动由电动机驱动，电动机的功率为7kW ，转数为1440r/min ，蜗轮轴的转数为80r/min ，载荷平稳，单向传动。

解：1）选择材料，蜗杆用45钢，表面淬火，硬度为45HRC ～55HRC ，以保证蜗杆较好的

耐磨性。蜗轮齿圈用铸锡青铜ZCuSn10P1，砂模铸造，轮心用灰铸铁HT100。

2）确定许用应力，由表10.1查得MPa H 200][=σ 3）选择蜗杆的头数和蜗轮的齿数

1880

1440==

i ，取21=Z ，362=Z

4）初选蜗杆传动的效率

由21=Z ，由表11.7，初选蜗杆传动的效率为0.8 5）计算作用在蜗轮上的转矩 m N n P T ?=??

?=6685001055.91

2η

6）确定载荷系数

取1.1=K

7）确定模数和蜗杆分度圆直径 322212

3690)]

[510(

mm KT Z d m H ==σ，由表11.2取mm m 3.6=，mm d 1121=

8）验算效率

蜗杆分度圆的圆周速度 s m n d v /07.51000

601

11=?=π

1d m Z tg =

γ ?=42.6γ， s m v v s /1.5c o s 1==

由表11－6，?='27.1ρ，8.0798.0~79.0)

()96.0~95.0(≈='+=ργγ

ηtg tg

9）验算接触疲劳强度

机械设计基础试题及答案解析

A卷一、简答与名词解释(每题5分，共70分) 1. 简述机构与机器的异同及其相互关系答. 共同点：①人为的实物组合体；②各组成部分之间具有确定的相对运动；不同点：机器的主要功能是做有用功、变换能量或传递能量、物料、信息等；机构的主要功能是传递运动和力、或变换运动形式。相互关系：机器一般由一个或若干个机构组合而成。 2. 简述“机械运动”的基本含义答. 所谓“机械运动”是指宏观的、有确定规律的刚体运动。 3. 机构中的运动副具有哪些必要条件？答. 三个条件：①两个构件；②直接接触；③相对运动。 4. 机构自由度的定义是什么？一个平面自由构件的自由度为多少？答. 使机构具有确定运动所需输入的独立运动参数的数目称机构自由度。平面自由构件的自由度为3。 5. 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. 机构具有确定运动条件：自由度＝原动件数目。原动件数目<自由度，构件运动不确定；原动件数目>自由度，机构无法运动甚至构件破坏。 6. 铰链四杆机构有哪几种基本型式？答. 三种基本型式：曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。 7. 何谓连杆机构的压力角、传动角？它们的大小对连杆机构的工作有何影响？以曲柄为原动件的偏置曲柄滑块机构的最小传动角minγ发生在什么位置？答. 压力角α：机构输出构件（从动件）上作用力方向与力作用点速度方向所夹之锐角；传动角γ：压力角的余角。α＋γ≡900 。压力角（传动角）越小（越大），机构传力性能越好。偏置曲柄滑块机构的最小传动角γmin发生在曲柄与滑块移动导路垂直的位置 8. 什么是凸轮实际轮廓的变尖现象和从动件（推杆）运动的失真现象？它对凸轮机构的工作有何影响？如何加以避免？

机械设计基础题库及答案(徐刚涛全)

《机械设计基础》习题与答案目录第1章绪论第2章平面机构的结构分析第3章平面连杆机构第4章凸轮机构第5章间歇运动机构第6章螺纹联接和螺旋传动第7章带传动第8章链传动第9章齿轮传动第10章蜗杆传动第11章齿轮系第12章轴与轮毂连接第13章轴承第14章联轴器、离合器和制动器第15章回转体的平衡和机器的调速

第1章绪论思考题 1．机器、机构与机械有什么区别？各举出两个实例。 2．机器具有哪些共同的特征？如何理解这些特征？ 3．零件与构件有什么区别？并用实例说明。举出多个常用的通用机械零件。答：1、机器：①人为的实物组合体； ②每个运动单元（构件）间具有确定的相对运动； ③能实现能量、信息等的传递或转换，代替或减轻人类的劳动；实例：汽车、机床。机构：①人为的实物组合体； ②每个运动单元（构件）间具有确定的相对运动；实例：齿轮机构、曲柄滑块机构。机械是机器和机构的总称。机构与机器的区别在于：机构只用于传递运动和力，机器除传递运动和力之外，还具有变换或传递能量、物料、信息的功能或完成有用的机械功； 2、同上。 3、零件是机械制造的的最小单元体，是不可拆分的，构件是机械运动的最小单元体它有可能是单一的一个零件，也有可能是若干个零件组合而成，内燃机中的连杆，就是由连杆体1、连杆盖2、轴套3、轴瓦 4、螺杆5和螺母6等零件联接而成的，在制造中几个零件分别加工，装配成连杆后整体运动。通用零件，如齿轮、轴、螺母、销、键等。第2章平面机构的结构分析一、填空题 1、两构件通过面接触所构成的运动副称为低副，其具有2约束。 2、机构具有确定相对运动的条件是主动件数目=自由度。 3、4个构件在同一处以转动副相联，则此处有3个转动副。 4、机构中不起独立限制作用的重复约束称为虚约束。答：1.低副、2. 2. 主动件数目=自由度 3. 3 4．虚约束二、综合题 1、计算下图所示机构的自由度，并判断该机构是否具有确定的相对运动。若有复合铰链、局部自由度、虚约束请明确指出。

机械设计基础课后习题答案

精品机械设计基础课后习题解答参考 1-2题 ,7,5===h l P P n 107253=-?-?=F 机构有1个主动构件，所以机构有确定运动。 1-3题 1,11, 8===h l P P n 1111283=-?-?=F 机构有1个主动构件，所以机构有确定运动。 1-4题 0,11, 8===h l P P n 2011283=-?-?=F 机构有2个主动构件，所以机构有确定运动。 1-5题 1,8, 6===h l P P n 118263=-?-?=F 机构有1个主动构件，所以机构有确定运动。 2-1题（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。 2-2题 0≠e 时，曲柄条件：e l l BC AB -<； 0=e 时，曲柄条件：BC AB l l <。 2-4题

精品极位夹角 ?=+-??=+-?=3636.161 2.11 2.118011180K K θ

精品 2-7题极位夹角?=+-??=+-? =361 5.11 5.118011180K K θ 3-2题

精品 4-1题 m z m h z d a a )2()2(* +=+= 所以 25.2100 225 2== +=z d m a mm 主要几何尺寸计算（略）。 4-2题略 4-3题分锥角 "43'25684287.6817 43arctan arctan 122?=?===z z δ "17'34215713.2190221?=?=-?=-∑=δδδ 分度圆 5117311=?==mz d mm ； 12943322=?==mz d mm 齿顶圆 580.565713.21cos 3251cos 2111=???+=+=δm d d a mm 206.1314287.68cos 32129cos 2222=???+=+=δm d d a mm 齿根圆 304 .445713.21cos 34.251cos 4.2111=???-=-=δm d d f mm 353.1264287.68cos 34.2129cos 4.2222=???-=-=δm d d f mm 锥距 358.6943172 32222 221=+?=+= z z m R mm 齿顶角 "44'4237122.3358.693 arctan arctan ?=?===R h a a θ 齿根角 " 7'2744519.4358 .696 .3arctan arctan ?=?===R h f f θ

机械设计基础习题集及答案

《机械设计基础》课程习题集系部：适用专业：制定人：审核人：系（部）

《机械设计基础》课程习题集第一章机械设计概论一、填空题。 1、机械零件最常见的失效形式有_______,_______,_______,_______,。 2、机械没计的“三化”指__________,__________,__________。 3、强度是指零件在载荷作用下抵抗__________的能力，强度可分为__________和__________。 4、刚度是指受载后抵抗__________的能力。 5、机械零件丧失预定功能或者预定功能指标降低到许用值以下的现象，为__________。二、选择题。 1、机械设计这门学科，主要研究（）的工作原理、结构和设计计算方法。 A、各类机械零件和部件 B、通用机械零件和部件 C、专用机械零件和部件 D、标准化的机械零件和部件 2、设计一台机器包括以下几项工作:a、零件设计;b、总体设计;c、技术设计，它们进行的顺序大休上是( )。 A、acb B、bac C、bca D、cba 3、下列零件的失效形式中，不属于强度问题。 A、螺栓断裂 B、齿轮的齿面发生疲劳点蚀 C、蜗杆轴产生过大的弯曲变形 D、滚动轴承套圈的滚道上被压出深深的凹坑 4、在设计机械零件时，对摩擦严重的一些零件，要考虑其散热性，主要是由于（）。 A、在高温下将产生蠕变现象，出现较大塑性变形 B、材料的机械性能下降，可能造成零件因强度不够而失效 C、下产生较大的热变形，影响正常工作 D、升高后，破坏了正常润滑条件，从而使零件发生胶合 5、我国国家标准的代号是（）。 A、GC B、KY C、GB D、ZB 三、是非题。 1、机器的各部分之间具有确定的相对运动，在工作时能够完成有用的机械功或实现能般的转换。 2、机构的各部分之间具有确定的相对运动，所以机器与机构只是说法不同而己。 3、由于强度不够引起的破坏是零件失效中最常见的形式。 4、表面失效主要有疲劳点浊、磨损和腐蚀等，表面失效后通常会增加零件的摩擦，使尺寸发生变化，最终导致零件的报废。 5、刚度足指零件受载后抵抗弹性变形的能力。在机械没计中，零件在载荷作用下产生的弹性变形从应大于或等于机器工作性能允许的极限值。四、简答题。

《机械设计基础》习题及答案

机械设计基础复习题（一）一、判断题：正确的打符号√，错误的打符号× 1．在实际生产中，有时也利用机构的"死点"位置夹紧工件。( ) 2. 机构具有确定的运动的条件是：原动件的个数等于机构的自由度数。 ( ) 3．若力的作用线通过矩心，则力矩为零。 ( ) 4．平面连杆机构中，连杆与从动件之间所夹锐角称为压力角。 ( ) 5．带传动中，打滑现象是不可避免的。 ( ) 6．在平面连杆机构中，连杆与曲柄是同时存在的，即只要有连杆就一定有曲柄。 ( ) 7．标准齿轮分度圆上的齿厚和齿槽宽相等。 ( ) 8．平键的工作面是两个侧面。 ( ) 9．连续工作的闭式蜗杆传动需要进行热平衡计算，以控制工作温度。 ( ) 10．螺纹中径是螺纹的公称直径。（） 11．刚体受三个力作用处于平衡时，这三个力的作用线必交于一点。( ) 12．在运动副中，高副是点接触，低副是线接触。 ( ) 13．曲柄摇杆机构以曲柄或摇杆为原动件时，均有两个死点位置。 ( ) 14．加大凸轮基圆半径可以减少凸轮机构的压力角。 ( ) 15．渐开线标准直齿圆柱齿轮不产生根切的最少齿数是15。 ( ) 16．周转轮系的自由度一定为1。 ( ) 17．将通过蜗杆轴线并与蜗轮轴线垂直的平面定义为中间平面。 ( ) 18．代号为6205的滚动轴承，其内径为25mm。 ( ) 19．在V带传动中，限制带轮最小直径主要是为了限制带的弯曲应力。 ( ) 20．利用轴肩或轴环是最常用和最方便可靠的轴上固定方法。( ) 二、填空题 1．直齿圆柱齿轮的正确啮合条件是相等，相等。 2．螺杆相对于螺母转过一周时，它们沿轴线方向相对移动的距离称为。 3．在V带传动设计中，为了限制带的弯曲应力，应对带轮的加以限制。 4．硬齿面齿轮常用渗碳淬火来得到，热处理后需要加工。5．要将主动件的连续转动转换为从动件的间歇转动，可用机构。6．轴上零件的轴向固定方法有、、、等。7．常用的滑动轴承材料分为、、三类。8．齿轮轮齿的切削加工方法按其原理可分为和两类。 9．凸轮机构按从动件的运动形式和相对位置分类，可分为直动从动件凸轮机构和凸轮机构。 10．带传动的主要失效形式是、及带与带轮的磨损。11．蜗杆传动对蜗杆导程角和蜗轮螺旋角的要求是两者大小和旋向。闭式蜗杆传动必须进行以控制油温。12．软齿面齿轮常用中碳钢或中碳合金钢制造，其中大齿轮一般经处理，而小齿轮采用处理。

机械设计基础考试题库及答案汇总

一、名词解释 1.机械： 2.机器： 3.机构： 4.构件： 5.零件： 6.标准件： 7.自由构件的自由度数： 8.约束： 9.运动副： 10.低副： 11.高副： 23.机构具有确定运动的条件： 24.死点位置： 25.急回性质： 26.间歇运动机构： 27.节点： 28.节圆： 29.分度圆： 30.正确啮合条件： 31.连续传动的条件： 32.根切现象： 33.变位齿轮： 34.蜗杆传动的主平面： 35.轮系： 36.定轴轮系： 37.周转轮系： 38.螺纹公称直径：螺纹大径。39.心轴： 40.传动轴： 41.转轴：二、填空题 1. 机械是（机器）和（机构）的总称。 2. 机构中各个构件相对于机架能够产生独立运动的数目称为（自由度）。 3. 平面机构的自由度计算公式为：（F=3n-2P L -P H ）。 4. 已知一对啮合齿轮的转速分别为n 1、n 2，直径为D 1、D 2，齿数为z 1、z 2，则其传动比i= （n 1/n 2）= （D 2/D 1）= （z 2/ z 1）。 5. 铰链四杆机构的杆长为a=60mm ，b=200mm ，c=100mm ，d=90mm 。若以杆Ｃ为机架，则此四杆机构为（双摇杆机构）。 6. 在传递相同功率下，轴的转速越高，轴的转矩就（越小）。 7. 在铰链四杆机构中，与机架相连的杆称为（连架杆），其中作整周转动的杆称为（曲柄），作往复摆动的杆称为（摇杆），而不与机架相连的杆称为（连杆）。 8. 平面连杆机构的死点是指（从动件与连杆共线的）位置。 9. 平面连杆机构曲柄存在的条件是①（最短杆与最长杆长度之和小于或等于其它两杆长度之和）②（连架杆和机架中必有一杆是最短杆）。 10. 平面连杆机构的行程速比系数Ｋ=1.25是指（工作）与（回程）时间之比为（1.25），平均速比为（1：1.25）。 11. 凸轮机构的基圆是指（凸轮上最小半径）作的圆。 12. 凸轮机构主要由（凸轮）、（从动件）和（机架）三个基本构件组成。 13. 带工作时截面上产生的应力有（拉力产生的应力）、（离心拉应力）和（弯曲应力）。 14. 带传动工作时的最大应力出现在（紧边开始进入小带轮）处，其值为：σmax=σ1＋σb1＋σc 。 15. 普通Ｖ带的断面型号分为（Y 、Z 、A 、B 、C 、D 、E ）七种，其中断面尺寸最小的是（Y ）型。 16. 为保证齿轮传动恒定的传动比，两齿轮齿廓应满足（接触公法连心线交于一定点）。 17. 渐开线的形状取决于（基）圆。 18. 一对齿轮的正确啮合条件为：（m 1 = m 2）与（α 1 = α2）。 19. 一对齿轮连续传动的条件为：（重合度1>ε）。 20. 齿轮轮齿的失效形式有（齿面点蚀）、（胶合）、（磨损）、（塑性变形）和（轮齿折断）。 21. 一对斜齿轮的正确啮合条件为：（m 1 = m 2）、（α 1 = α2）与（β1=-β2）。 22. 蜗杆传动是由（蜗杆、蜗轮）和（机架）组成。 23. 通过蜗杆轴线并垂直蜗轮轴线的平面称为（中间平面）。 24. 常用的轴系支承方式有（向心）支承和（推力）支承。 25. 轴承6308，其代号表示的意义为（6：深沟球轴承、3：直径代号，08：内径为Φ40）。 26. 润滑剂有（润滑油）、（润滑脂）和（气体润滑剂）三类。 27. 列举出两种固定式刚性联轴器（套筒联轴器）、（凸缘联轴器）。 28. 轴按所受载荷的性质分类，自行车前轴是（心轴）。 29. 普通三角螺纹的牙形角为（60）度。 30. 常用联接螺纹的旋向为（右）旋。 31. 普通螺栓的公称直径为螺纹（大）径。 32. 在常用的螺纹牙型中（矩形）形螺纹传动效率最高，（三角）形螺纹自锁性最好。 33. 减速器常用在（原动机）与（工作机）之间，以降低传速或增大转距。 34. 两级圆柱齿轮减速器有（展开式）、（同轴式）与（分流式）三种配置齿轮的形式。 35. 轴承可分为（滚动轴承）与（滑动轴承）两大类。 36. 轴承支承结构的基本形式有（双固式）、（双游式）与（固游式）三种。 37. 轮系可分为（平面轮系）与（空间轮系）两类。 38. 平面连杆机构基本形式有（曲柄摇杆机构）、（双曲柄机构）与（双摇杆机构）三种。 39. 凸轮机构按凸轮的形状可分为（盘形凸轮）、（圆柱凸轮）与（移动凸轮）三种。 40. 凸轮机构按从动件的形式可分为（尖顶）、（滚子）与（平底）三种。 41. 变位齿轮有（正变位）与（负变位）两种；变位传动有（等移距变位）与（不等移距变位）两种。 42. 按接触情况，运动副可分为（高副）与（低副）。 43. 轴上与轴承配合部分称为（轴颈）；与零件轮毂配合部分称为（轴头）；轴肩与轴线的位置关系为（垂直）。 44. 螺纹的作用可分为（连接螺纹）和（传动螺纹）两类。 45. 轮系可分为（定轴轮系）与（周转轮系）两类。 46. 常用步进运动机构有（主动连续、从动步进）与（主动步进、从动连续）两种。 47. 构件是机械的（运动）单元；零件是机械的（制造）单元。 48. V 带的结构形式有（单楔带）与（多楔带）两种。三、判断题 1. 一个固定铰链支座，可约束构件的两个自由度。× 2. 一个高副可约束构件的两个自由度。× 3. 在计算机构自由度时，可不考虑虚约束。× 4. 销联接在受到剪切的同时还要受到挤压。√ 5. 两个构件之间为面接触形成的运动副，称为低副。√ 6. 局部自由度是与机构运动无关的自由度。√ 7. 虚约束是在机构中存在的多余约束,计算机构自由度时应除去。√ 8. 在四杆机构中，曲柄是最短的连架杆。× 9. 压力角越大对传动越有利。× 10. 在曲柄摇杆机构中，空回行程比工作行程的速度要慢。× 11. 偏心轮机构是由曲柄摇杆机构演化而来的。√ 12. 曲柄滑块机构是由曲柄摇杆机构演化而来的。√ 13. 减速传动的传动比i ＜1。× 14. Ｙ型Ｖ带所能传递的功率最大。× 15. 在Ｖ带传动中，其他条件不变，则中心距越大，承载能力越大。× 16. 带传动一般用于传动的高速级。× 17. 带传动的小轮包角越大，承载能力越大。√ 18. 选择带轮直径时，直径越小越好。× 19. 渐开线上各点的压力角不同，基圆上的压力角最大。× 20. 基圆直径越大渐开线越平直。√ 21. 设计蜗杆传动时，为了提高传动效率，可以增加蜗杆的头数。 √ 22. 在润滑良好的闭式齿轮传动中，齿面疲劳点蚀失效不会发生。 × 23. 只承受弯矩而不受扭矩的轴，称为心轴。√ 24. 螺钉联接用于被联接件为盲孔，且不经常拆卸的场合。√ 25. 挤压就是压缩。 × 26. 受弯矩的杆件，弯矩最大处最危险。× 27. 仅传递扭矩的轴是转轴。√ 28. 低速重载下工作的滑动轴承应选用粘度较高的润滑油。√ 29. 代号为6310的滚动轴承是角接触球轴承。×

机械设计基础课后习题答案全

7-1解：（1）先求解该图功的比例尺。（2 ）求最大盈亏功。根据图7.5做能量指示图。将和曲线的交点标注，，，，，，，，。将各区间所围的面积分为盈功和亏功，并标注“+”号或“-” 号，然后根据各自区间盈亏功的数值大小按比例作出能量指示图（图7.6）如下：首先自向上做，表示区间的盈功；其次作向下表示区间的亏功；依次类推，直到画完最后一个封闭矢量。由图知该机械系统在区间出现最大盈亏功，其绝对值为：（3 ）求飞轮的转动惯量曲轴的平均角速度：；系统的运转不均匀系数：；则飞轮的转动惯量：

图7.5图7.6 7-2 图7.7 图7.8 解：（1）驱动力矩。因为给定为常数，因此为一水平直线。在一个运动循环中，驱

动力矩所作的功为，它相当于一个运动循环所作的功，即：因此求得：（2）求最大盈亏功。根据图7.7做能量指示图。将和曲线的交点标注，，，。将各区间所围的面积分为盈功和亏功，并标注“+”号或“-”号，然后根据各自区间盈亏功的数值大小按比例作出能量指示图（图7.8）如下：首先自向上做，表示区间的盈功；其次作向下表示区间的亏功；然后作向上表示区间的盈功，至此应形成一个封闭区间。由图知该机械系统在区间出现最大盈亏功。欲求，先求图7.7中的长度。如图将图中线1和线2延长交于点，那么在中，相当于该三角形的中位线，可知。又在中，，因此有：，则

根据所求数据作出能量指示图，见图7.8，可知最大盈亏功出现在段，则。（3）求飞轮的转动惯量和质量。 7-3解：原来安装飞轮的轴的转速为，现在电动机的转速为，则若将飞轮安装在电动机轴上，飞轮的转动惯量为： 7-4解：（1）求安装在主轴上飞轮的转动惯量。先求最大盈亏功。因为是最大动能与最小动能之差，依题意，在通过轧辊前系统动能达到最大，通过轧辊后系统动能达到最小，因此：则飞轮的转动惯量：（2）求飞轮的最大转速和最小转速。

机械设计基础试题(含答案)

二、填空题 16．槽轮机构的主要参数是和。 17．机械速度的波动可分为和两类。 18．轴向尺寸较大的回转件，应进行平衡，平衡时要选择个回转平面。 19．当一对齿轮的材料、齿数比一定时，影响齿面接触强度的几何尺寸参数主要是和。 20．直齿圆柱齿轮作接触强度计算时，取处的接触应力为计算依据，其载荷由对轮齿承担。 21．蜗杆传动作接触强度计算时，铝铁青铜ZCuAl10Fe 3制作的蜗轮，承载能力取决于抗能力；锡青铜ZCuSn10P 1制作的蜗轮，承载能力取决于抗能力。 22．若带传动的初拉力一定，增大和都可提高带传动的极限摩擦力。 23．滚子链传动中，链的链速是常数，而其链速是变化的。 24．轴如按受载性质区分，主要受的轴为心轴，主要受的轴为传动轴。 25．非液体摩擦滑动轴承进行工作能力计算时，为了防止过度磨损，必须使；而为了防止过热必须使。 16．槽数z 拨盘圆销数K 17. 周期性非周期性 18．动两 19. 分度圆直径d 1（或中心距a ）齿宽b 20. 节点一 21. 胶合点蚀22．包角1α 摩擦系数 23. 平均瞬时 24．弯矩扭矩 25. [][]υυp p p p ≤≤ 三、分析题 26．图1所示链铰四杆机构中，各构件的长度为a =250mm,b =650mm, C =450mm,d =550mm 。试问：该机构是哪种铰链四杆机构，并说明理由。图1 最短杆与最长杆长度之和（250+650）小于其余两杆长度之和（450+550），满足存在曲柄的必要条件，且最短杆为连架杆。故该铰链四杆机构为曲柄摇杆机构。 27．图2所示展开式二级斜齿圆柱齿轮传动，I 轴为输入轴，已知小齿轮1的转向n 1和齿

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《机械设计基础》试题库一、填空题（机械原理部分） 1．牛头刨床滑枕往复运动的实现是应用了平面四杆机构中的机构。 2．机构具有确定运动的条件是数目与数目相等。 3．平面四杆机构的压力角愈，传力性能愈好。 4．平面四杆机构的传动角愈，传力性能愈好。 5．有些平面四杆机构是具有急回特性的，其中两种的名称是机构、机构。6．在平面四杆机构中，用系数表示急回运动的特性。 7．摆动导杆机构中，以曲柄为原动件时，最大压力角等于度，最小传动角等于度。 8．在摆动导杆机构中，若导杆最大摆角φ= 30°，则其行程速比系数K的值为。9．四杆机构是否存在止点，取决于是否与共线。 10．在铰链四杆机构中，当最短杆和最长杆长度之和大于其他两杆长度之和时，只能获得机构。 11．平面四杆机构中，如果最短杆与最长杆的长度之和小于其余两杆的长度之和，最短杆为机架，这个机构叫__ 机构。 12．平面连杆机构急回特性系数Ｋ____１时，机构有急回特性。 13．以滑块为主动件的曲柄滑块机构有____个止点位置。 14．凸轮机构主要由、、和三个基本构件组成。 15．盘形凸轮的基圆，是指以凸轮的轮廓的值为半径所作的圆。 16 .在凸轮机构中，从动件的运动规律完全由来决定。 17．据凸轮的形状，凸轮可分为凸轮、凸轮和移动凸轮。 18．凸轮机构的压力角是指的运动方向和方向之间所夹的锐角。 19．在实际设计和制造中，一对渐开线外啮合标准斜齿圆柱齿轮的正确啮合条件是相等、相等、且相反。 20．在实际设计和制造中，一对渐开线标准直齿圆柱齿轮的正确啮合条件是、。 21．一对渐开线标准直齿圆柱齿轮的连续传动条件是。 22．在标准齿轮的分度圆上，与数值相等。 23．斜齿圆柱齿轮传动的重合度比直齿圆柱齿轮传动的重合度，因而承载能力。 24．.渐开线上各点的压力角不等，向径越大，则压力角越，圆上的压力角为零。25．单个齿轮的渐开线上任意点的法线必是圆的切线。 26．渐开线齿轮的五个基本参数是齿数、、、系数和顶隙系数。27．我国规定齿轮标准压力角为度；模数的单位是。 28．齿轮切削加工方法可分为仿形法和范成法，用成形铣刀加工齿形的方法属法，用滚刀加工齿形的方法属法。 29．渐开线齿轮上具有标准模数和标准压力角的圆称为圆。 30．在普通铣床上用铣刀加工斜齿圆柱齿轮时，刀号据选取。 31．渐开线齿轮的特性称为中心距可分性。 32．齿轮传动最基本的要求是其瞬时传动比必须。 33．用齿条型刀具按范成法加工齿轮，如果切齿结束时，刀具的中线与轮坯分度圆相切，则加工出来的齿轮是齿轮，刀具的中线与轮坯分度圆不相切，则加工出来的齿轮称为齿轮。 34．规定渐开线标准斜齿圆柱齿轮____ 面上的参数为标准值。 35．直齿圆锥齿轮的标准模数规定在____端的圆上。 36．对于正确安装的一对渐开线圆柱齿轮，其啮合角等于圆上的角。 37．在课本上所介绍的间歇运动机构中，其中两种机构的名称是：机构、机构。 38．外槽轮机构由、和机架组成，其中拨盘作转动。（机械零件部分）

机械设计基础课后习题

习题9 9-1 轴的功用是什么？转轴、传动轴、心轴有何区别？轴由哪些部分组成？答：轴用于支承旋转零件、传递转矩和运动。工作时既承受弯矩又承受转矩的轴称为转轴。用来支承转动零件，只承受弯矩而不传递转矩的轴称为心轴。主要用于传递转矩而不承受弯矩，或所承受弯矩很小的轴称为传动轴。轴通常由轴头、轴颈、轴肩、轴环、轴端及不装任何零件的轴段等部分组成。 9-2 轴的常用材料有哪些？什么时候选用合金钢？答：轴的常用材料为碳素钢和合金钢。合金钢具有较高的机械性能和更好的淬透性，但价格较贵，可以在传递大功率、要求减轻轴的重量和提高轴颈耐磨性时采用，在一般工作温度下，合金钢和碳素钢具有相近的弹性模量，采用合金钢不能提高轴的刚度。 9-3 为什么一般转轴都做成阶梯形？阶梯轴的各段直径和长度应根据什么原则确定？答：阶梯轴各轴段截面的直径不同，各轴段的强度相近，且有利于轴上零件的装拆和固定。因此阶梯轴在机器中的应用最为广泛。阶梯轴的各段直径是在初估最小直径的基础上，根据轴上零件的固定方式及其受力情况等，逐段增大估算确定；轴的各段长度主要由轴上零件及相互间的距离所决定。 9-4 进行轴的结构设计时，应考虑哪些问题？

答：1.便于轴上零件的装配；2.保证轴上零件的准确定位和可靠固定；3.轴的加工和装配工艺性好；4.减少应力集中，改善轴的受力情况 9-5 试从减小轴上载荷、提高轴的强度出发，分别指出图（a）、（b）中哪一种布置形式结构更合理？为什么？（a）（b）习题9-5图答：（a）图第一种布置形式的弯矩图第二种布置形式的弯矩图根据弯矩图，第二种布置形式更合理。（b）图第一种布置形式的弯矩图第二种布置形式的弯矩图根据弯矩图，第一种布置形式更合理。 9-6 轴上零件常用的轴向固定和周向固定方法有哪些？答：常用的轴向固定方式有；轴肩和轴环套筒和圆螺母；弹性挡圈和紧定螺钉；轴端挡圈和圆锥面；常用的周向固定方式有键联接、花键联接、销联接，成形联接及过盈配合联接 9-7 判断图中的1、2、3、4处轴的结构是否合理？为什么？图题9-7 答：1处：轴肩高度超过了轴承的安装尺寸，不合理；2处：轴头长度过长，不能实现齿轮的轴向固定；3、4处：结构合理，能保证轴承的轴向定位。 9-8 如图题9-8所示减速器轴输出轴，分析其结构存在哪些错误。图题9-8

机械设计基础习题与答案

第一章平面机构的自由度和速度分析题1-1 在图示偏心轮机构中，1为机架，2为偏心轮，3为滑块，4为摆轮。试绘制该机构的运动简图，并计算其自由度。题1—2 图示为冲床刀架机构，当偏心轮1绕固定中心A 转动时，构件2绕活动中心C 摆动，同时带动刀架3上下移动。B 点为偏心轮的几何中心，构件4为机架。试绘制该机构的机构运动简图，并计算其自由度。题1—3 计算题1－3图a ）与图b ）所示机构的自由度（若有复合铰链，局部自由度或虚约束应明确指出）。 A B C 1 2 3 4 a) 曲柄摇块机构 A B C 1 2 3 4 b) 摆动导杆机构题解1－1 图

题1－3图a）题1－3图b）题1—4计算题1—4图a、图b所示机构的自由度（若有复合铰链，局部自由度或虚约束应明确指出），并判断机构的运动是否确定，图中画有箭头的构件为原动件。题1—5 计算题1—5图所示机构的自由度（若有复合铰链，局部自由度或虚约束应明确指出）,并标出原动件。题1—5图题解1—5图

题1-6 求出图示的各四杆机构在图示位置时的全部瞬心。第二章连杆机构题2-1在图示铰链四杆机构中，已知 l BC =100mm ，l CD =70mm ，l AD =60mm ，AD 为机架。试问：（1）若此机构为曲柄摇杆机构，且AB 为曲柄，求l AB 的最大值；（2）若此机构为双曲柄机构，求l AB 最小值；（3）若此机构为双摇杆机构，求l AB 的取值范围。题2-2 如图所示的曲柄滑块机构：（1）曲柄为主动件，滑块朝右运动为工作行程，试确定曲柄的合理转向，并简述其理由；（2）当曲柄为主动件时，画出极位夹角θ，最小传动角g min ；（3）设滑块为主动件，试用作图法确定该机构的死点位置。题2-3 图示为偏置曲柄滑块机构，当以曲柄为原动件时，在图中标出传动角的位置，并给出机构传动角的表达式，分析机构的各参数对最小传动角的影响。 A C D 题2-1图

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《机械设计基础》课程试题库一、填空题 1.在铰链四杆机构中，双曲柄机构的最短杆与最长杆长度之和小于等于其余两杆长度之和。 2.确定凸轮基圆半径的原则是在保证αmax≤ [ α ]条件下，选择尽可能小的基圆半径。 3.一对齿轮传动中，大、小齿轮的齿根最大弯曲应力通常是不等的。 4.在设计 V 带传动时， V 带的型号是根据计算功率和小带轮转速选取的。 5.对于两级斜齿圆柱齿轮传动，应使中间轴上的两个斜齿轮的旋向相同。 6.滚动轴承主要失效形式是疲劳点蚀和塑性变形。 7.在蜗杆传动中，一般蜗杆头数取Z1= 1、 2、4，蜗杆头数越少，自锁性越好。 8.普通螺纹联接承受横向外载荷时，依靠接合面间的摩擦承载，螺栓本身受预紧力 ___作用，可能的失效形式为断裂。 9.平键联接中，两侧面是工作面，楔形键联接中，上下面是工作面。 10.对于闭式软齿面齿轮传动，主要按接触强度进行设计，而按弯曲强度进行校核。 11.蜗杆传动发热计算的目的是防止温升过高而产生齿面胶合失效。 12.带传动中，带上受的三种应力是拉应力，弯曲应力和离心拉应力。最大应力发生在带的紧边开始绕上小带轮处。 13.链轮的转速高，节距大，齿数少，则链传动的动载荷就越大。 14.轴上的键槽通常采用铣削加工方法获得。 15.联轴器和离合器均可联接两轴，传递扭矩，两者的区别是前者在运动中不能分离，后者可以随时分离。 16.验算非液体摩擦滑动轴承的pv 值是为了防止轴承过热而发生胶合；验算轴承速度v 是为了防止轴承加速磨损或产生巨大热量。普通三角形螺纹的牙型角为___60__度。17.紧螺栓联接按拉伸强度计算时，考虑到拉伸应力和扭转切应力复合作用，应将拉抻载荷增大至 ___1.3____ 倍。 18.受轴向工作载荷的紧螺栓联接，设螺栓刚度 C1 远远小于被联接件的刚度 C2，则不论工作载荷 F 是否变化，螺栓中的总拉力F2接近 ___预紧力 _____。 19.带传动中，带的弹性滑动是带传动的 _____固有 ______特性，是_不可 ______避免的。 20.带传动的最大有效圆周力随着初拉力、包角、摩擦系数的增大而增大。 21.若齿轮传动的传动比、中心距和齿宽不变，增加两轮的齿数和，则弯曲强度____减小_____，接触强度 ______不变 _________。 22. 齿轮传动(大、小齿轮分度圆直径分别为d2、d1 ) 传动比表达式为 __i= d2/ d1____。蜗杆传动（蜗杆分度圆直径d1，蜗杆分度圆柱导程角，蜗轮分度圆直径 d2）传动比表达式为 _______d2/ d1tg___________。

机械设计基础习题答案

平面机构及其自由度 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）取比例尺绘制其机构运动简图（图b）。 l 图 b） 2）分析其是否能实现设计意图。 GAGGAGAGGAFFFFAFAF

GAGGAGAGGAFFFFAFAF 由图b 可知，3=n ，4=l p ，1=h p ，0='p ，0='F 故：00)0142(33)2(3=--+?-?='-'-+-=F p p p n F h l 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。 3）提出修改方案（图c ）。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）。

GAGGAGAGGAFFFFAFAF 图 c 1）图 c 2） 2、试画出图示平面机构的运动简图，并计算其自由度。解：3=n ，4=l p ，0=h p ，123=--=h l p p n F 解：4=n ，5=l p ，1=h p ，123=--=h l p p n F 3、计算图示平面机构的自由度。

GAGGAGAGGAFFFFAFAF 解：7=n ，10=l p ，0=h p ，123=--=h l p p n F

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机械设计基础题库填空题 1.在铰链四杆机构中，存在曲柄的必要条件是和。 2.在设计凸轮机构时，凸轮基圆半径取得越，所设计的机构越紧凑，但是压力角，使机构的工作情况变坏。 3.渐开线直齿圆柱齿轮的正确啮合条件是两齿轮和必须分别相等。 4.斜齿圆柱齿轮的标准模数是。直齿圆锥齿轮的标准模数是。 5.平键的截面尺寸应按从键的标准中查取，键的长度L可参照从标准中选取。必要时应进行强度校核。 6.对一般精度的直齿圆柱齿轮传动作弯曲强度计算时，将轮齿看作，并假定全部载荷作用于。 7.普通V带传动的设计准则是，保证带以及具有一定的。 8.按照滑动轴承工作时的摩擦状态，可分为滑动轴承和滑动轴承两种主要类型。 9.槽轮机构的主要参数是和。 10.机械速度的波动可分为和两类。 11.轴向尺寸较大的回转件，应进行平衡，平衡时要选择个回转平面。 12.当一对齿轮的材料、齿数比一定时，影响齿面接触强度的几何尺寸参数主要是和。 13.直齿圆柱齿轮作接触强度计算时，取处的接触应力为计算依据，其载荷由对轮齿承担。 14.蜗杆传动作接触强度计算时，铝铁青铜ZCuAl10Fe3制作的蜗轮，承载能力取决于抗能力；锡青铜ZCuSn10P1制作的蜗轮，承载能力取决于抗能力。 15.若带传动的初拉力一定，增大和都可提高带传动的极限摩擦力。 16.滚子链传动中，链的链速是常数，而其链速是变化的。 17.轴如按受载性质区分，主要受的轴为心轴，主要受的轴为传动轴。 18.非液体摩擦滑动轴承进行工作能力计算时，为了防止过度磨损，必须使；而为了防止过热必须使。 19.平面机构具有确定运动的条件是：且。 20.两构件通过面接触组成的运动副称为；平面机构中又可将其分为

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