常见问题辅导答疑

1、辅导答疑1、计算机构的自由度。解：如果机构在结构上具有相似或对称的部分，就有可能存在虚约束。因此，在此机构中 可能有虚约束存在。实际上，在此机构中任意去掉一个构件都不会影响该机构的运动。例如去掉构件8，D 点的运动轨迹并没有发生任何改变。因而，由于构件 8 的存在而带入的约束应为虚约束。故在计 算机构的自由度时，构件 8 及其带入的两个运动副可除去不计。此外，还应注意到在A 、B、C 三点处有复合铰链。故该机构的 n 7 ， pL 10 ， pH 0 ，其自由度F 3 7 2 10 0 12、图示为一冲床传动机构的设计方案。 设计者的意图是通过与凸轮固联的齿轮 1 带动凸轮 2 旋转后，推动摆

2、杆 3 并带动导杆 4 来实现冲头上、下的冲压动作。分析此方案有无结构组成 原理上的错误。若有，应如何修改 ?解：画出该方案的机构示意图，如图(a)所示，计算其自由度F 3n (2PL PH) 3 3 (2 4 1) 0其中：滚子 B 为局部自由度。由计算可知：因其自由度为零，故该方案无法实现所要求的运动要求。其主要是因为 闭环 5 3 45 的自由度为零， 构件 3 没有相对运动，故构件 2 也不能相对运动。 因此须将闭 环 5 34 5 改为自由度为 1 的闭环。要使该环的自由度为 1，可采用增加一个构件和一个低副或将一个低副变为高副的方法。F 3n (2PL PH) 3 4 (2 5 1

3、) 1 修改方案之一如图 (b)所示，其自由度为(a) (b)3、半径是 R 的半圆形凸轮沿水平方向向右移动， 使推杆 AB 沿铅直导轨滑动， 在图示位置 时凸轮具有速度 v 和加速度 a，求这瞬时推杆 AB 的速度。解：本题的关键在于找到动点和三种运动。 动点选取时，常取接触点；一般以常接触点为动点；动点、动系不能选在同一物体上。 为此选推杆 AB 上的 A 点为动点，则凸轮上的 A 点为牵连点。所以动点 A 的三种运动是 牵连运动凸轮向右的直线运动 相对运动动点 A 沿着凸轮廓线的曲线运动 绝对运动动点 A 沿铅垂向上的直线运动tan60 VVea推杆 AB 的速度VaVe tan60si

4、n60VeVrVrVesin60由速度合成定理及速度矢量多边形得：4、何谓机构的自锁？机构自锁的条件是什么？解：“自锁”的概念，必须正确理解。不能误认为机构运动不起来就是自锁。 所谓机构的自锁是指：第一、就机构的结构而言它本应是能够运动的 （即其自由度 F0） ； 第二、在驱动力任意增大的情况下都不能产生运动。此外，尚须明确，所谓机构具有自锁性，只是指该机构在某个方向的驱动力的作用下，或 者在某一构件为主动件的情况下是自锁的，并非机构在任何情况都不能运动。至于是否需要使 机构具有自锁性，要视工作需要而定。在一般情况下，如无自锁性的要求，应避免机构具有自 锁性，因为具有自锁性的机构，一般效率都比

5、较低。判定机构是否会自锁和在何条件下自锁，要根据具体情况分析驱动力是否作用于摩擦角、 摩擦圆之内或效率 0 等方法来判断。5、要求进行动平衡的回转件， 如果只进行静平衡是否一定能减轻不平衡质量造成的不良影 响？解：刚性转子的静平衡只解决惯性力的平衡问题，它实质上是一个平面汇交力系的平衡问 题。而动平衡则是既平衡惯性力又平衡惯性力偶。不过，我们可以把动平衡问题简化为在选定 的两个平衡基面中， 分别平衡一组平面汇交力系的问题。 所以，为解决刚性转子的静平衡问题， 只要适当地加一个平衡配重就行了，而为解决动平衡问题，则需要在两个平衡基面中，分别适 当地各加一个平衡配重，即共需加两个平衡配重才行。若要

6、进行动平衡，如果只进行静平衡，不一定能减轻动平衡造成的不良影响。6、飞轮和调速器的作用是什么？有何区别？解：飞轮的作用是当机器出现盈功时把多余的能量吸收和储存起来，当机器出现亏功时又 把储存的能量释放和补偿出来，从而降低机器运转速度的波动程度，即在机器内部起转化和调 节功能的作用，而其本身并不能产生新的能量使机器在一个运动循环中的能量增加或减少。 调速器的作用则不同，它是从机器的外部来调节输入机器的能量，使机器恢复稳定运转。两者 的调速原理不同，解决的问题也不同。正因如此，所以在同一部机器中可能既装有飞轮又装有 调速器。这也是一个必须搞清的概念。7、何谓“死点”？它在什么情况下发生？它与“自锁

7、”在本质上的区别什么？解：机构处于“死点”时，机构的传动角 0 、而压力角 90 ，这时不论驱动力多 大，都不能使机构运动。这一点似乎与“自锁”很相似，但实质两者是不同的。我们知道，机 构所以发生自锁，是由于机构中存在摩擦的关系，而当机构处于死点时，即使不存在摩擦，机 构也是不能运动的，这就是它们的本质区别，不能加以混淆。9、轴向受压的正方形截面柱，大压应力的比值。8、何谓凸轮的压力角？该压力角的大小在凸轮的设计中有何重要意义？为何要规定许用压力角 ？解：所谓凸轮的压力角，就是从动件与凸轮接触点的速度方向和受力方向之间所夹的锐 角。愈大，有用分力愈小，有害分力愈大，对导路侧面产生的压力愈大，导

8、路中的摩擦阻力 也就愈大，机构的效率就愈低。当大到机构不能克服摩擦阻力时，凸轮就不能推动从动件运 动，机构将发生自锁。可见是影响凸轮机构受力状况的一个重要参数。实践证明，当增大 到接近 min 时，即使尚未发生自锁， 也会导致摩擦力急剧增大， 凸轮轮廓严重磨损， 效率降低。 因此，实际设计中，为了安全起见，规定了压力角的许用值 。对直动从动件，推程是： =30 40对摆动从动件，推程是： =40 50。在其中部开一槽如图 (a)所示， 试求杆开槽前与开槽后杆中最解：没开槽前杆为轴向压缩，横截面上的正应力为P2a开槽后，槽口部分则是偏心压缩，其受力如图(b)所示，此时横截面上的最大压应力为P P

9、eA Wz412a2a62显然8即开槽前与开槽后杆中最大压应力的比值为1: 8。10、图示钉子受拉力 P 作用，该钉子头部的剪应力和挤压应力分别是多少？解：这类问题的关键是受剪面积和挤压面积的确定头部受剪面积为A dhP所受的剪应力为Pdh1 2 2头部的挤压面积为 A (D2 d2 )4头部所受的挤压应力为4P22(D2 d 2)11、“等截面梁纯弯曲时，变形后梁的挠曲线必为一圆弧线；反之，若变形后梁的挠曲线是一条圆弧线，则该梁必为纯弯曲” ，这种说法对吗？为什么？1解：梁的挠曲线的曲率 1 与弯矩 M (x) 间的关系为(x)1 M(x)(x) EJ纯弯曲时， M(x) 为常量，对等截面梁

10、来说，1EJ 为常量，所以曲率 1 亦为常量 (即挠(x)1 曲线各处的弯曲程度相同 )，故挠曲线必为圆弧线。反之，若挠曲线为圆弧线，则此时 1 为(x)常量， M(x) 亦为常量，该梁也必为纯弯曲。12、低碳钢 （塑性材料 ）和铸铁 （脆性材料 ）圆截面杆受扭破坏的断口分别 （a）、（b） 所示，低碳钢 杆沿横截面破坏，铸铁杆沿斜截面破坏。这表明塑性材料的抗剪强度低于抗拉强度；脆性材料 的抗剪强度高于抗拉强度，这种说法对吗？为什么？解：圆杆扭转时，横截面上只存在剪应力，杆沿横截面破坏，表明图（a）所示的杆是被剪坏的。图 （b）所示的斜截面上存在拉应力，由纯剪应力（c）状态下斜截面正应力的计算

11、公式可知，当 45 时，sin2值最大且为拉应力，即45 max sin( 90 )450 ，从而可知图 （b） 示的圆杆是被拉坏的。根据杆件破坏的断口和上面的分析可知， 塑性材料的抗剪强度低于抗拉强度 （ 若抗剪强度高 于抗拉强度，则沿斜截面破坏 ） ；脆性材料的抗剪强度高于抗拉强度 （反之，则沿横截面破坏 ）。13、正方形截面细长压杆，若截面的边长由则杆的临界力是原来的临界力的多少倍？解：细长压杆（即大柔度杆）的临界力公式为a 增大到 2a 后认为细长杆（其他条件不变）Pij2EJ( l)2在杆的截面尺寸改变（其他条件不变）时，只有式中的J z 值不同。当正方形截面的边长由a 增大到 2a

12、时，惯性矩 Jz 值为(2a)412164a12故此时杆的临界力是原来的临界力的 16 倍。14、公式 dA3 Pn 有何用处？其中nA 取决于什么？计算出的d 应作为轴上哪部分的直径？解：用公式 dA3 nP 可估算轴的最小直径，也可设计只受转矩作用的轴的直径。其中取决于许用扭转剪应力。计算出的 d 应作为轴上最细部分的直径。15、受预紧力和工作拉力的紧螺栓联接，为什么其总拉力预紧力+工作拉力？解：螺母拧紧，但未受工作拉力时，螺栓仅受预紧力的拉伸作用。当螺栓承受工作拉力后， 螺栓的伸长量增加了；同时被联接件随之放松了，所受压力减小至Fo （剩余预紧力 ），被联接件的压缩量减小了。因而，螺栓的

13、总拉力F为工作拉力 F 与剩余预紧力 Fo 之和。16、拧紧的螺栓为什么会松开？ 解：一般螺纹联接能满足自锁条件而不会松脱，但在受振动和冲击载荷，或者是温度变化 较大时，联接螺母可能会逐渐松脱。为了使连接可靠，设计时必须考虑防松措施。17、节圆和分度圆有何区别？在什么条件下节圆和分度圆是重合的？答：分度圆是计算齿轮各部分尺寸的基准，每个齿轮都有一个，也仅仅有一个大小完全确 定的分度圆。而节圆是在一对齿轮啮合传动时，以齿轮的轴心为圆心过两齿轮啮合的节点所作 的圆，对于单个齿轮来讲，因无节点，所以也就无所谓节圆。因此，节圆只有在两齿轮啮合传 动时才存在，而且其大小将随两轮中心距的改变而改变，当两标

14、准齿轮标准安装时，两轮的节 圆才与各自的分度圆相重合。18、啮合角和齿轮的压力角何区别？在什么条件下啮合角和压力角是相等的？ 解：啮合角是在一对渐开线齿轮啮合传动时，啮合线与过节点所作两轮节圆的公切线之间 所夹的锐角，它在数值上等于渐开线齿廓在节点处的压力角。当两标准齿轮的中心距为标准中 心距时，节圆与分度圆重合，所以啮合角在数值上也就等于齿轮的压力角。但是啮合角和压力 角是两个不同的概念。19、一对大、小齿轮传动作单向（或双向）传动时，它们的F 是否相等？ H 是否相等？为什么？解：因齿轮传动的接触强度主要取决于两轮接触处的综合曲率半径，因此H1= H2；而弯曲应力的大小主要取决于齿数的大小

15、，所以F1 F2。20、在一对大、小齿轮的直径和其他条件一定的情况下，减少齿数z、增大模数 m，会否降低计算接触应力 H或计算齿根应力 F？为什么？ z和 m选择原则如何？解：因齿轮传动的接触强度取决于齿轮分度圆直径的大小，若仅改变齿轮的模数或齿数其 积不变，则轮齿的接触强度就不变；而弯曲应力的大小主要取决于模数的大小，增大模数m，将会减小齿根应力 F 。z和 m 选择原则：对闭式软齿面齿轮传动，通常取 z1=20 40；对闭式硬齿面及开式传动，取z1=17 20；对高速、 易发生胶合的齿轮传动， 荐用 z125 270。闭式软齿面传动的传动尺寸主要由接触疲劳 强度决定，其弯曲强度较富裕。因此

16、，在保证传动尺寸（如中心距 a）不变且弯曲强度足够的条件下，宜选用较多的齿数和较小的模数。采用较多的齿数，重合度增大，提高了传动的平稳性， 同时由于模数的减少，齿高降低，轮齿切削加工量减少，齿面滑动系数减小，有利于提高轮齿 的抗磨损和抗胶合能力。闭式硬齿面和开式传动，应以保证弯曲强度为主，应适当选取较小齿 数 (z1Zmin) ，以免传动结构尺寸过大。 模数应符合国家标准模数系列。 对于传递动力的齿轮， m 1.5 2mm。对于开式齿轮传动， 考虑磨损对齿根弯曲强度的影响，将计算出的 m 值扩大 10 15。21、何为蜗杆直径系数 q？为什么要规定它为标准值？解：由于 d1 m z1 ，设 q

17、z1 ，因而 d1 qm ， q 称为蜗杆直径系数。tan tan为了便于刀具标准化， 对每一标准模数 m规定了 13个标准值 q，这样 d 1受到了限制， 减少了标准滚刀的数量。非标准蜗杆可以不考虑直径系数q 为标准值22、为什么对蜗杆传动要特别注意润滑和散热？ 解：蜗杆传动齿面上有大相对滑动速度，其传动效率低，产生的热量不易散发出去，齿面 间容易产生磨损、胶合现象。故除了对蜗轮材料有减摩性、抗胶合的能力的要求外，良好的润 滑和及时散热是蜗轮传动正常工作的保证。23、带传动为什么要限制最小中心距和最大传动比？ 解：中心距小会导致带轮的包角变小；传动比大也导致带轮的包角变小，从而使极限有效 拉

18、力降低，传递载荷的能力降低。24、小带轮的基准直径为什么必须大于规定的最小基准直径？解：带在变应力下工作，最大应力发生在带的紧边开始绕上小带轮处，其最大值为max 1 cb1。小带轮的基准直径过小，b1增大， max 增大，这样带很容易出现疲劳破坏。25、为什么链条节数选偶数、链轮齿数选奇数？链节距大小对链传动有何影响？解：当链条节数选偶数时，链的接头处可用开口销或弹簧卡片来固定；当链条节数为奇数 时，则需加过渡链节，由于过渡的链板受到附加弯矩的作用，使其强度低于一般链节，故一般 情况下尽量避免采用奇数链节，而链轮齿数选奇数。有利于链传动磨损均匀。链节距大，承载能力高，运动不平稳，噪音大。因此

19、在满足传动的前提下，应尽量选小节 距链。26、怎样的联轴器具有补偿两轴间偏移的能力？ 解：挠性联轴器具有补偿两轴间偏移的能力。 挠性联轴器分为无弹性元件挠性联轴器，如：十字滑块联轴器、齿式联轴器等；有弹性元 件挠性联轴器，如：弹性套柱销联轴器、弹性柱销联轴器。27、滚动轴承的公差配合与一般圆柱体的公差配合有什么不同？怎样选择滚动轴承的配合解：滚动轴承的配合主要是指内圈与轴颈及外圈与轴承座孔的配合。滚动轴承为标准件， 因此，轴承内圈与轴颈的配合采用基孔制，外圈与轴承座孔的配合采用基轴制。滚动轴承各级 精度轴承的内径和外径的公差带均为单向制，即统一采用上偏差为零、下偏差为负值的分布。 而普通圆柱公差标准中基准孔的公差带都在零线以上。因此，轴承内圈与轴颈的配合要比圆柱 体基孔制同名配合紧得多，圆柱公差标准中的许多过渡配合在这里实际成为过盈配合，而有的 间隙配合，在这里实际变为过