机械设计基础(机电类第三版)习题习题与讲解

机械设计基础（第3版）复习题参考答案第2章平面机构运动简图及自由度2-1答：两构件之间直接接触并能保证一定形式的相对运动的连接称为运动副。平面高副是点或线相接触，其接触部分的压强较高，易磨损。平面低副是面接触，受载时压强较低，磨损较轻，也便于润滑。2-2答：机构具有确定相对运动的条件是：机构中的原动件数等于机构的自由度数。2-3答：计算机构的自由度时要处理好复合铰链、局部自由度、虚约束。2-4答：1.虚约束是2.局部自由度是指机构中与其它约束重复而对机构运动不起新的限整理用的约束。指机构中某些构件的局部运动不影响其它构件的运动，对整个机构的自由度不产生影响，这种局部运动的自由度称为局部自由度。3.说虚约束是不存在的约束，局部自由度是不存在的自由度是不正确的，它们都是实实在在存在的。2-5答：机构中常出现虚约束，是因为能够改善机构中零件的受力，运动等状况。为使虚约束在制不成为有害约束，必须要保证一定的几何条件，如同轴、平行、轨迹重合、对称等。造和安装过程中，要保证构件具有足够的制造和安装精度。2-6答：1.在分析和研究机构的运动件应用规定的线条和符号表示构件和运动副，按比例绘图。具~（4）进行。性时，机构运动简图是必不可少的；2.绘制机构运动简图时，体可按教材P14步骤（1）1/33

2-9答：（a）1.图（a）运动简图如下图；2.F=3n－2PL－PH=3×3－2×4－0=1，该机构的自由度数为1A12CB3D4（b）1.图（b）运动简图如下图；2.F=3n－2PL－PH=3×3－2×4－0=1。该机构的自由度数为1。B1A243C2-10答：（a）n=9PL=13PH=0F=3n－2PL－PH=3×9－2×13－0=1该机构需要一个原动件。（b）机构中有局部自由度。F=3n－2PL－PH=3×3－2×3－2=1该机构需要一个原动件。（c）n=5PL=7Ph=0n=3PL=3PH=2F=3n－2PL－PH=3×5－2×7－0=1该机构需要一个原动件。（d）机构中有局部自由度。F=3n－2PL－PH=3×6－2×8－1=1该机构需要一个原动件。（e）n=5PL=7PH=0n=6PL=8PH=1F=3n－2PL－PH=3×5－2×7－0=1该机构需要一个原动件。（f）机构中A处为复合铰链、B处存在局部自由度。n=9PL=12Ph=1F=3n－2PL－PH=3×9－2×12－1=2该机构需要两个原动件。（g）机构中有复合铰链及局部自由度。n=9PL=12Ph=2F=3n－2PL－PH=3×9－2×12－2=1该机构需要一个原动件。2-11解：（a）有复合铰链。n=7PL=10PH=0F=3n－2PL－PH=3×7－2×10－0=1有一个原动件，机构中各构件的运动是确定的。3/33（b）有局部自由度及虚约束。n=4PL=4PH=2F=3n－2PL－PH=3×4－2×4－2=2有两个原动件，机构中各构件的运动是确定的。（c）有局部自由度。n=6P=8PH=1LF=3n－2PL－PH=3×6－2×8－1=2有一个原动件，机构中各构件的运动是确定的。（d）有复合铰链、局部自由度及虚约束。n=8P=11P=1LHF=3n－2PL－PH=3×8－2×11－1=1有一个原动件，机构中各构件的运动是确定的。2-12解：（a）n=5PL=7PH=1F=3n－2PL－PH=3×5－2×7－1=0机构的自由度数等于0，说明机构不能运动，机构设计不合理。改进方案如下图：DGCB3E4AHFF=3n－2PL－PH=3×6－2×8－1=1改进后机构的自由度数等于原动件数，说明机构具有确定的运动。（b）n=5PL=7PH=1F=3n－2PL－PH=3×5－2×7－1=0机构的自由度数等于0，说明机构不能运动，主要原因是D点的轨迹为弧线，而被带动的构件与受到的约束是走直线。改进方案如下图：4/33F=3n－2PL－PH=3×6－2×8－1=1机构的自由度数等于原动件数，说明机构改进方案合理。第3章平面连杆机构3-1答：平面四杆机构的基本形式有：（1）曲柄摇杆机构，（2）双曲柄机构，（3）双摇杆机构。3-2答：可利用曲柄滑块机构。3-3解：（1）AD+DC<AB+BC此时最短杆与最长杆长度之和小于其余两杆长度之和，并以最短杆为机架，故为双曲柄机构。（2）BC＋CD>AD+AB此时最短杆与最长杆长度之和大于其余两杆长度之和，故为双摇杆机构。（3）CD+BC=AD+AB此时最短杆与最长杆长度之和等于其余两杆长度之和，并以最短杆的对杆为机架，故为双摇杆机构。3-4答：曲柄摇杆机构中，当曲柄等速转动时，摇杆返回摆动时的平均速度大于工作行程的平均速度，此现象即为急回特性。3-5答：曲柄滑块机构中，以滑块为主动件，当曲柄与连杆两次共线位置时，通过连杆传递给曲柄的压力角为90°，传动角为0°，即为死点。克服死点位置的方法可采用飞轮，利用飞轮的惯性通过死点。3-6解：（1）如图，摇杆摆角为：ψ=73.95°5/331801804.661801804.66（2）行程速比系数：K1.0541.41（3）最小传动角minC2C1B2γ=41.41°3.95°θ=4.66°ψ=7AAB13-7解：（1）如图，滑块的行程为：S=311.7mm18018013.11.16K（2）行程速比系数：18018013.1（3）最小传动角51.32满足要求min6/33.32°γ=51θ=13.10°s=311.7选定比例尺作图。由图中可直接量得机构中各杆的尺寸为：曲柄lAB=150mm；导杆选定比例尺作图，连接A点，连接1212作此连线的中垂线，相交yy轴即为D点。由图中可直接量得机构中各杆的尺寸。第4章凸轮机构4-1答：行程是指从动件移动的最大位移h。从动件由最低位置点升至最高位置点的过程中，对应的凸轮转角称为推程运动角。从动件由最高位置点降至最低位置点的过程中，对应的凸轮转角称为回程运动角。从动件处于静止不动时，对应的凸轮转角称为休止角。4-2答：从动件在某瞬时由于加速度和惯性力在理论上均趋于无穷大时引起的冲击，称为刚性冲击。从动件在某瞬时加速度发生有限值的突变所引起的冲击，称为柔性冲击。两种冲击对凸轮机构的强度、震动等都有较大的影响。4-3答：从动件的常用运动规律有：等速运动规律，等加速等减速运动规律，简谐运动规律。等速运动规律在运动的起点和终点会产生刚性冲击，因此只适用于低速轻载的凸轮机构。等加速等减速运动规律在运动的起点，中间点和终点会产生柔性冲击，因此适用于中速的凸轮机构。简谐运动规律在运动的起点和终点会产生柔性冲击，因此适用于中速的凸轮机构。4-4答：当ρmin＜rT时，ρa＜0，凸轮实际轮廓曲线不仅出现尖点，而且相交，导致部分轮被切去，使从动件工作时不能达到预定的工作位置，无这种现象叫运动失真。当ρmin＞rT时，则可避免运动失真。则有廓在实际加工中法实现预期的运动规律，4-5答：略。9/33

r=15mm；推程运动角θ=180°；h=R=30mm；00D4-9答：略。第5章其它常用机构5-1答：螺距P是螺纹相邻两牙在中径圆柱面的母线上对应两点间的轴向距离。5-2答：一般联接多用粗牙普通螺纹，自锁性能较好，且强度高。螺旋传动中多用梯形螺纹，传动效率比矩形螺纹低，但工艺性较好，牙根强度高，对中性好。当采用剖分螺母时，还可以调整因磨损而产生的间隙。5-3答：滚珠螺旋机构由螺母、丝杠、滚珠和滚珠循环装置等组成。在丝杠和螺母的螺纹滚道之间装入许多滚珠，以减小滚道间的摩擦，当丝杠与螺母之间产生相对转动时，滚珠沿螺纹滚道滚动，并沿滚珠循环装置的通道返回，构成封闭循环。5-4答：（1）啮合的的棘轮转角都是相邻两齿所夹中心角的倍数，也就是说，棘轮的齿式棘轮机构传动平稳、转角准确；但运动只能有级调节，且噪声、冲击和磨损（2）摩擦式棘轮机构，可以实现无级性改变转角的间歇运动，即可实现运动的无级调节。摩擦式棘轮机构传动平稳、无噪声、；但其运动准确性较差。（3）棘轮机构通常用于实现机械的间歇送料、分度、制动和超越离合器等运动。动线上的输送装置，牛头刨床的横向进给机构5-5答：槽轮机构是由主动拨盘、从动槽轮、机动槽轮作时动时停的单向间歇运动。当拨盘上圆销末进入槽轮径向锁止弧被拨盘的外凸圆弧卡住，故槽轮静止。圆销刚开始进入槽轮径向槽时，刚被松开，因此槽轮受圆销的驱动开始沿顺时针方向转动；当圆销离开径向槽时，槽轮的齿式棘轮机构的棘轮外缘、内缘或面端上具有刚性的转角是具有级性改变的。都较大。轮齿，齿式棘轮机构如自等。架等组成的。拨盘以ω1作等角速度转动时，槽时，由于槽轮的内凹这时锁止弧驱下一个内凹锁止弧又被拨盘的外凸圆弧卡住，致使槽轮静止，直到圆销再进入槽轮另一径向槽时，两者又重复上述的运动循环。5-6答：不完全齿轮机构，由具有一个或几个齿的不完全齿轮1、具有正常轮齿和带锁止弧的齿轮2及机架组成。在轮1主动等速连续转动中，当轮1上的轮齿与轮2的正常齿相啮合时，轮1驱动从动轮2转动；当轮1的锁止弧S1与轮2锁止弧S2接触时，则从动轮2停歇不动并停止在确定的位置上，从而实现周期性的单向间歇运动。第6章带传动和链传动6-1答：1.带传动的主要类型有摩擦带传动和啮合带传动。摩擦带传动按传动带的截面形状又12/33

可分为：平带传动、V型带传动2.带传动（1）传动平稳，噪声小；（2）过载打滑保护；（3）带传动的中心距大，结构简单，制造、安装和维护较方便，且成本低；（4）因存在弹性滑动，故传动比不效率较低（5）不宜在酸、碱等恶劣环境下工作。6-2答：1.带传动2.初拉力是带传动、多楔带传动、圆带传动等。的特点：稳定，且传动时紧边与松边的拉力之差称为有效圆周力F。未工作时，带中拉力。3.两者关系：F2F0eefafa11，F与F0成正比。6-3答：1.弹性滑动的原因是带的弹性变形和拉力差而产生的带与带轮间的滑动。打滑的原因是过载。2.影响：弹性滑动使从动轮的圆周速度小于主动轮的圆周速度。打滑回使带传动失效。3.弹性滑动6-4答：不可避免，打滑可以避免。1.带截面上存在的应力有：上弯曲变形产生的拉应力。2.应力分布见教材图6-4。3.紧边绕入小带轮时所受的应力最大。6-5答：由拉力产生的拉应力、离心力产生的拉应力、带绕在带轮小带轮包角增大，有效拉力F也增大。由于大带轮的包角大于小带轮的包角，故打滑首先发生在小带轮上，所以只给出小带轮包角的公式。6-6答：一般情况，带传动的打滑多发生在小带轮上，因为大带轮的包角大于小带轮的包角。6-7答：带的基准长度：V带在规定的张紧力下，带与带轮基准直径相配处的周线长度。带轮基准直径：和V带节宽相对应的带轮直径称为基准直径。6-8答：V带传动的设计准则：在保证带传动不打滑的条件下，使带命。6-9答：验算带速：带速高则离心力增大，使带绕转次数多，使带的寿命降低。带速低则带传递的圆周力增大，带6-10答：1.带传动的张紧装置：当带传动工作一段时间后，会产生松弛变形，使张紧力减小，具有一定的疲劳强度和寿与带轮间的摩擦力减小，传动易打滑，且带的的根数增多。13/33故带传动要设置张紧装置。2.张紧方法：（6-11答：1）调整中心距；（2）采用张紧轮。P：许用功率；P：单根普通P：单根普通V带的基本额定功率；V带的基本额000定功率增量；K：包角系数；K：带长修正系数。aLP0i1：考虑实际传动比时，V带绕过大带轮所受的弯曲应力比特定条件下的小，180K：考虑包角时包角对传递功率的影响；考虑带为非特K额定功率的增大值；aL定长度时带长对传递功率的影响。6-12答：1.vv或v5m/s：应重选带轮直径；max2.120：适当增大中心距或加张紧轮等方法；3.Z太多：重选带的型号。6-13答：与带传动相比，链传动的优点如下：链传动能得到准确的平均比；链条不需要太大的张紧力，故对轴的作用力小，传递的功率较大，低速时能传递较大的圆周力。可在高温、油污、潮湿、日晒等恶劣环境下工作。链传动的缺点如下：传动平稳性差，不能保证恒定的瞬时链速和瞬时传动比；链的单有周期性的动载荷和啮合冲击，引起噪声；链节的磨损会造成节尤为严重，位长度重量较大，工作时距加长，甚至使链条脱落，速度高时，6-14答：当链条连成环形时，正好是外链板和内链板相接，接头处可用开口销或弹簧锁紧，链节数为奇数，则需采用过渡链节，在链条受拉时，过渡链节还要承受附加的弯曲载荷，所以通常应采用偶数链节。同时急速反向性能差，不能用于高速。若6-15答：F=710.87N6-16答：v=9.42m/s；1=172.36°；F=530.78N。6-17答：略。6-18答：14/33

P=2.5kw6-19答：略。第7章齿轮传动7-1~7-20答：略（见教材）。7-21答：(1)θk=3.4°；αk=31°；ρk=36.05mm.。(2)r=63.85mm；θk=0.014904(rad)；ρ=21.84mm。7-22答：分度圆直径d1=38mm齿顶圆直径da1=42mm齿根圆直径df1=33mm基圆直径db1=36mm齿距p=6.28mm齿厚s=3.14mm齿槽宽e=3.14mm7-23答：模数m=3mm分度圆直径d1=60mmd2=180mm齿顶圆直径da1=66mmda2=186mm齿根圆直径df1=52.5mmdf2=172.5mm7-24答：模数m=5mm齿顶高系数ha*=17-25答：可行齿轮的齿数z2=52模数m=2.5mm分度圆直径d2=130mm齿顶圆直径da2=135mm齿根圆直径df2=123.75mm7-26答：模数m=3mm齿顶高ha=3mm15/33

齿根高hf=3.75mm全齿高h=6.75mm顶隙c=0.7