机械设计课程基础I作业

机械设计课程基础I作业

讲诚信，反对学术不端行为，拒绝抄作业！书写要认真。

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0-1.从功能和系统角度来看，机器由哪几部分组成，各部分的作用是

什么？请结合实例说明。（实例可从下列机器中任选两种：汽车、自行车、

车床、电风扇、录音机）

0-2.机械产品设计有哪些基本要求？机械设计的一般过程包括那些阶

段？

0-3.简要说明《机械设计基础》课程的主要内容，结合你的专业，谈

谈这门课程有何作用，你准备怎样学好这门课程？

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1-1画出机构运动简图并计算自由度。

具有急回作用的冲床机构（提示：构件1为原动件，绕固定轴心0转

动；构件1与滑块2在B点较接；滑块2推动拨叉，拨叉与圆盘为同一构

件，即构件3,构件3绕固定轴心A转动；构件4为连杆，构件5为冲头。）

2

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1-2计算下列机构的自由度（若存在复合较链、局部自由度和虚约束,

请在图上标出）。

3

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1-2（续）计算下列机构的自由度（若存在复合较链、局部自由度和虚

约束，请在图上标出）。

三等分角机构

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1-3（a）求出图示导杆机构的全部瞬心和构件1、3的角速度比。

（b）求出图示正切机构的全部瞬心。若31=10rad/s,求构件3的

速度v3o

1-4图示平底摆动从动件凸轮机构，已知凸轮1为半径r=20mm的圆

盘，圆盘中心C与凸轮回转中心的距离lAC=15mm,lAB=90mm,«1=10

rad/s,求。=0°和。=180°时，从动件的角速度32的数值和方向。（解题

时按比例重新作图）

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2-1根据图中注明的尺寸判断各校链四杆机构是曲柄摇杆机构、双曲

柄机构还是双摇杆机构。

2-2推导图示偏置导杆机构成为转动导杆机构的条件。（提示：转动导

杆机构可以视为双曲柄机构，可直接用存在整转副的条件推导，也可根据

推导该条件的方法来推导。）

2-3画出图示各机构的传动角和压力角。图中标注箭头的构件为原动

件。

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2-4已知一偏置曲柄滑块机构如图所示。其中偏心距e=10mm,曲柄长

度lAB=20mm,连杆长度lBC=70mm。求（1）曲柄作为原动件时的最大压

力角amax；（2）滑块作为原动件时机构的死点位置；（3）滑块的行程；

（4）曲柄作为原动件时，滑块有无急回运动？若有，求极位夹角和行程

速比系数。（作图法求解，按比例重新作图）

2-4试设计一曲柄摇杆机构，已知摇杆CD长度ICD=100mm,摇杆两

极限位置夹角巾=30°,行程速比系数K=1.2,希望其最小传动角Ymin不

小于35°。求曲柄长度IAB,连杆长度IBC和机架长度IAD,并验算所设计

的曲柄摇杆机构是否有曲柄存在。

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2-5如图所示，现欲设计一较链四杆机构，设已知其摇杆CD的长ICD

=75mm,行程速比系数K=1.5,机架的长度lAD=100mm,又知摇杆的

一个极限位置与机架的夹角为中=45。，试求其曲柄长度IAB和连杆长

度

IBCO（提示：有两组解）

2-6设计一曲柄滑块机构。已知滑块行程H=50mm,偏距e=20mm,

行程速比系数K=1.5O试用图解法求出曲柄和连杆的长度。

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3-1图示为一偏置直动从动件盘形凸轮机构。已知AB段为凸轮的推程

轮廓线，试在图上标注推程运动角①。

3-2图（a）所示对心尖顶直动从动件凸轮机构中凸轮为偏心圆盘，0

为凸轮几何中心，01为凸轮转动中心，直线ACLBD,001=0A/2o（1）求

凸轮的基圆半径0,从动件升程h,从动件尖顶与凸轮轮廓接触于C点时

的压力角aC接触于D点时的压力角aD和从动件位移hD；（2）若将图（a）

中的从动件由尖顶改为滚子，如图（b）所示，试求凸轮机构的上述参数

rO、h、hD,并分析比较由尖顶改为滚子时上述参数的变化情

况；（3）若进一步改为偏置滚子从动件凸轮机构，偏距e=0A/2,如图（c）

所示，试求凸轮机构的上述参数rO、h、。€：和。口、hD,并分析比较上述

参数的变化情况。

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3-3（1）已知直动从动件升程h=30mm,①=150°,①s=30°①'=120°

①'s=60°,从动件在推程和回程均作简谐运动，试绘出运动曲线s-t、v-t

和a-to

（2）按上述从动件运动规律设计图示偏置直动滚子从动件盘形凸轮

机构。已知凸轮以等角速度顺时针方向回转，偏距e=10mm,凸轮基圆半

径r0=60mm,滚子半径rT=10mm,试用图解法绘制凸轮的轮廓曲线并校核

推程压力角。

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4-1已知一对外啮合正常齿制标准直齿圆柱齿轮m=3mm,zl=19,

z2=41,试计算这对齿轮的分度圆直径、基圆直径、齿顶高、齿根高、顶隙、

中心距、齿顶圆直径、齿根圆直径、齿距、齿厚、齿槽宽以及齿顶圆上渐

开线齿廓的曲率半径和压力角。

4-2如图所示，用卡尺跨三个齿测量渐开线直齿圆柱齿轮的公法线长

度。试证明：只要保证卡脚与渐开线相切，无论切于何处，测量结果均相

同，其值为W3=2pb+sb（注：pb和sb分别为基圆齿距和基圆齿厚）。

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4-3已知一对正常齿制渐开线标准斜齿圆柱齿轮a=250mm,zl=23,

z2=98,mn=4mm,试计算其螺旋角、端面模数、分度圆直径、齿顶圆直径

和齿根圆直径。

4-4试设^一■对外啮合圆柱齿轮，已知实际中心距a=55mm,zl=21,

z2=32,mn=2mm,问：（1）该对齿轮能否采用标准直齿圆柱齿轮传动？（2）

若采用标准斜齿圆柱齿轮传动来满足中心距要求，其分度圆螺旋角8、分

度圆直径dl、d2和节圆直径d'1、cf2各为多少？

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5-1图示锥齿轮组成的行星轮系中，已知zl=20,z2=30,z'2=50,z3

=80,nl=50r/min,试求nH的大小和方向。

5-2在图示机构中,已知zl=17,z2=20,z3=85,z4=18,z5=24,z6=21,

z7=63,求：（1）当nl=10001r/min,n4=10000r/min时，nP=?（2）nl

=n4时，nP=?（3）当nl=10000r/min,n4=10001r/min时，nP=?

5-3图示的轮系中，轮1与电动机轴相联，其转速为1440r/min,已知

各轮齿数zl=z2=20,z3=60,z4=90,z5=210。求构件3的转速n3。

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7-1在电机驱动的剪床中，已知作用在剪床主轴上的阻力矩M”的变

化规律如图所示。设驱动力矩M'为常数，剪床主轴转速为60r/min,机

械运转速度不均匀系数6=0.15。求：（1）驱动力矩M'的数值；

（2）安装在主轴上的飞轮的转动惯量。

8-1高速水泵凸轮轴由三个相互错开120°的偏心轮组成。每一偏心

轮的质量为0.4kg,其偏心距为12.7mm。设在校正平面A和B中各装一

个平衡质量mA和mB使之平衡，其回转半径为10mm,其他尺寸如图所

示。试用向量图解法求mA和mB的大小和位置，并用解析法校核。

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10-1用12in（英寸）扳手拧紧M8螺栓。已知螺栓力学性能等级为

4.8级，螺纹间摩擦系数f=0.1,螺母与支承面间摩擦系数fc=0.12,手掌中

心至螺栓轴线的距离1=240mmo试问当手掌施力125N时，该螺栓所产生

的拉应力为多少？螺栓会不会损坏？（M8螺母dw=11.5mm,d0=9mm）

10-2如图所示升降机构承受载荷Fa=100kN,采用梯形螺纹，d=70mm,

d2=65mm,P=10mm,线数n=4。支承面采用推力球轴承，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，已知螺旋副当量摩擦系数为0.10;（2）稳定上升时加于

螺杆上的力矩；（3）若工作台以800mm/min的速度上升，试按稳定运转

条件求螺杆所需的转速和功率；（4）欲使工作台在载荷Fa的作用下等速下

降，是否需要制动装置？加于螺杆上的制动力矩应为多少？

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10-3一钢制液压油缸，油压p=3MPa,油缸内径D=160mm。为保证

气密性要求，螺柱间距I不得大于4.5d（d为螺柱大径），若取螺柱力学性

能等级为5.8级，试计算此油缸的螺柱连接和螺柱分布圆直径DO。

10-4如图所示凸缘联轴器，允许传递最大扭矩T=630N・m（静载荷），

材料为HT250。联轴器用4个M12较制孔用螺栓连成一体，取螺栓力学性

能等级为8.8级。（1）查手册确定该螺栓的合适长度并写出其标记（已选

定配用螺母为带尼龙圈的防松螺母，其厚度不超过10.23mm）；（2）校核

其剪切和挤压强度（装配螺栓后结构见教材图17-1,a为较制孔螺栓，b

为普通螺栓）；（3）若改用力学性能等级为8.8级的M12普通螺栓连接，

试确定螺栓数目（取偶数）；（4）为该联轴器选择平键，并验算键连接的

强度。

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11-1单级闭式直齿圆柱齿轮传动中，小齿轮的材料为45钢调质处理

处理，大齿轮的材料为ZG310-570正火，P=4kW,nl=720r/min,m=4mm,

zl=25,z2=73,bl=84mm,b2=78mm,单向转动，载荷有中等冲击，用

电动机驱动，试验算此单级齿轮传动的强度。

11-2已知单级闭式斜齿轮传动P=10kW,nl=1210r/min,il2=4.3,电

动机驱动，双向传动，中等冲击载荷，设小齿轮用40MnB调质，大齿轮用

45钢调质，zl=21,试计算此单级斜齿轮传动。

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11-3已知直齿锥齿轮-斜齿圆柱齿轮减速器的布置和转向如图所示，

锥齿轮m=5mm,齿宽b=50mm,zl=25,z2=60；斜齿轮mn=6mm,z3=21,

z4=84o欲使轴II上的轴向力在轴承上的作用完全抵消，求斜齿轮3的螺旋

角B3的大小和旋向，并画出锥齿轮2和斜齿轮3的受力分析图。

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12-1如图所示，蜗杆主动，Tl=20N・m,m=4mm,zl=2,dl=50mm,

蜗轮齿数z2=50,传动的啮合效率n=0.75。试确定：（1）蜗轮转向；（2）

蜗杆与蜗轮上作用力的大小和方向。

12-2如图所示为蜗杆传动和锥齿轮传动的组合，已知输出轴上的锥齿

轮z4的转向n。（1）欲使中间轴上的轴向力能部分抵消，试确定蜗杆的螺

旋线方向和蜗杆的转向；（2）在图中标出各轮轴向力的方向。

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13-1试计算一带式输送机中的普通V带传动（确定代的型号、长度及

根数）。已知从动轮的转速n2=610r/min,单班工作制，电动机额定功率为

7.5kW,主动轮转速nl=145017min。

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14-1在图示两级斜齿圆柱齿轮减速器中，已知中间轴II传递的功率

P=40kW,转速n2=200r/min,齿轮2的分度圆直径d2=688mm,螺旋