《机械设计基础》 刘文光 习题解答

参考答案第1章一、填空题1-1~1-10：构件、构件、功、运动、传递、运动、制造、终端、中间、机器二、判断题2-1~2-10：×、√、√、√、×、√、√、√、×、√三、选择题3-1~3-10：D、C、A、B、B、C、D、C、A、B第2章一、选择题1-1~1-10：A、D、C、A、B、D、C、B、C、B二、判断题1-1~1-10：×、×、√、×、×、√、√、×、×、×1-11~1-20：√、√、×、×、√、×、×、√、×、√三、填空题3-1~3-10：运动副、低副、1、3n-2pL-pH、3、复合铰链、N-1、转动副、三心定理、15四、计算题4a）F=1，G、F两移动副导路重合，其中一个是虚约束；P处的滚子为局部自由度。4b）F=3，没有局部自由度、复合铰链、虚约束。4c）F=1，D点为复合铰链。4d）F=1，B处滚子运动为局部自由度。4e）F=1，构件AB、BC、CD、AD四杆中有一杆为虚约束，如果将构件AD视为虚约束，去掉虚约束，则B、C均为复合铰链，没有局部自由度。4f）F=2，A处为复合铰链，K处为局部自由度，没有虚约束。4g）F=1，没有复合铰链、局部自由度、虚约束。4h）F=2，C处的滚子为局部自由度，凸轮与构件2、滚轮与构件3之间形成两对高副，但每对高副中有一侧高副为虚约束。4i）F=1，H处的滚子为局部自由度，J和M处有一处为虚约束，D为复合铰链。五、设计题5-1、机构自由度F=0，运动链不能运动。修改方案如题5-1图解。a）方案一b）方案二题5-1图解5-2、如题5-2图解（齿轮1与凸轮2通过刚性连接固定在一起，可当作一个构件。）a）机构运动简图b）修改方案图题5-2图解因为机构自由度：F=0，所以该运动链不能动，设计意图无法实现。如修改方案题5-2图解b，其自由度为：F=1，设计意图得到实现。第3章一、选择题1-1~1-10：D、C、C、C、C、C、A、A、D、B1-11~1-20：B、B、A、C、D、B、C、A、B、C二、判断题2-1~2-10：√、×、√、√、×、√、√、√、√、×2-11~2-20：×、×、√、×、√、×、×、√、√、√2-21~2-30：×、√、√、√、√、√、×、√、√、×2-31~2-40：√、√、×、×、√、√、×、×、×、√三、填空题3-1~3-10：小、最短杆、摇杆、60、极位夹角、连杆、移动、回转副、曲柄、双摇杆机构3-11~3-20：无穷大、机架、曲柄、极位夹角、曲柄、飞轮、平稳、工作效率、压力角、死点四、分析题4-1：1）应取BC或AD作为机架，得到曲柄摇杆机构。2）应取AB作为机架，得到双曲柄机构。4-2：1）曲柄摇杆机构摇杆长度无穷大时，原摇杆与连杆的转动副运动轨迹转化成直线，则原摇杆与机架间的转动副转变为移动副，原机构就演化成图a）所示的曲柄滑块机构。若取曲柄滑块机构中的连杆BC作为机架，则曲柄滑块机构就演化为了如图b）所示的摆动导杆机构。2）图a）的条件是：a+e≤b；图b）的条件是：只要导杆BC足够长，能满足装配要求即。3）图a）和图b）的极位夹角如题4-2图解所示。题4-2a）图解题4-2b）图解4-3、1）曲柄摇杆机构；2）双曲柄机构；3）双摇杆机构。4-4、1）传动角标注如图所示。题4-4图解2）机构传动角表达式：。3）影响偏置曲柄滑块机构传动角的参数有曲柄长度r，偏距e，连杆长度l。最小传动角θ=90°时，，即其它参数不变时，r或e增大，最小传动角减小，反之，最小传动角增大。当其它参数不变时，l增大，最小传动角增大，反之，最小传动角减小。4-5、1）LAC≥LAB+e，即LAC的最小值等于50mm。2）当e=0时，LAC的最小值等于40mm。3）对于e=0时，传动角γ=90º、压力角α=0º均为常数；对于e>0时，压力角α≠0º，传动角0º<γ<90º且是变化的。从传力效果看，e=0的方案好。五、设计题5-1、设计步骤如下：1）计算极位夹角：2）定比例尺μ1=4mm/mm，按给定的摇杆长度150mm及摆角45º，画出摇杆的两极限位置DC1和DC2，见题5-1图解。3）过C1和C2点作与C1C2连线夹角为（90º–36º）=54º的直线，两线相交于O点。4）以O点为圆心，OC2为半径作圆，此圆是相交另一个铰链中心所在的圆。5）以D点圆心，机架长度为半径作圆交上圆地A1和A2两点。任取其中一点作为曲柄的转动中心（如取A1）。6）量取A1C1和A1C2长度，计算曲柄和连杆长度a、b：mm、mm题5-1图解5-2、设计步骤如下：1）计算导杆两极限位置夹角ψ：，；2）选定D点，作∠mDn=，再作其等分角线DP，见题5-2图解；3）选定比例尺μl=13mm/mm，在分角线上量取mm，得到曲柄回转中心A；4）过A点作导杆任一极限位置的垂直线AC1，则该线段即为所求曲柄长度a=116mm。题5-2图解5-3、按所给条件进行分析，应为导杆机构。设计步骤如下：1）计算极位夹角θ：。2）如题5-3图解所示，过A点作地基面垂线交于D点，以D点为顶点，以AD为角平分线作。题5-3图解3）计算导杆长度mm。4）过A点作AB1垂直于C1D交于B1点，在摆杆B1处装一滑块。再连接C1E1得一导杆机构，题解图所示E1C1AB便是所求的连杆机构运动简图。5）确定机构的几何尺寸：mm、mmmm、mm第4章一、选择题答案1-1~1-10：B、A、B、C、D、D、D、B、A、C1-11~1-16：B、B、A、B、A、C二、判断题答案2-1~2-10：√、√、√、√、×、√、√、×、×、×2-11~2-20：√、×、×、√、√、×、√、×、×、×2-21~2-30：×、√、√、×、√、×、×、√、√、×2-31~2-40：、√、×、×、√、√、×、√、√、√、√三、填空题答案3-1~3-10：等速、理论、零、等速、越大、滚子、40、基圆、基圆、高3-11~3-20：刚性、凸轮、工作要求、越大、半径、行程、半径、转角、准确的、轮廓曲线四、分析题答案4-1答：如题4-1图解所示，在运动的起点O以及π/3、4π/3、5π/3处加速度有限值的突变，这些位置有柔性冲击；在2π/3、π处加速度发生突变，加速度理论上达到无穷大，理论上将会产生无穷大的惯性力，这些位置有刚性冲击。题4-1图解4-2答：如题4-2图解所示。题4-2图解4-3、（1）如题4-3图解所示；（2）等速运动规律，有刚性冲击；（3）只适用于低速情况。题4-3图解4-4、1）等速运动规律：当δ=0~π/2时，各点的速度相同，均为v=318.310mm/s；当δ=0和π/2时，加速度分别为正、负无穷大。2）等加速等减速运动规律：当δ=π/4时，vmax=636.620mm/s；当当δ=0或π/2时，=8105.695mm/s2。3）余弦加速度运动规律：当δ=π/4时，vmax=500mm/s；当δ=0或π/2时，=104mm/s2。4）正弦加速度运动规律：当δ=π/4时，vmaxmm/s；当δ=π/8或δ=3π/8时，=12732.395mm/s2。4-5、如题4-5图解。题4-5图解4-6、如题4-6图解。题4-6图解五、设计题答案5-1、如题5-1图解。题5-1图解第5章一、选择题1-1~1-10：C、B、A、D、A、A、A、D、C、C1-11~1-20：A、B、C、B、C、A、C、B、D、D二、判断题2-1~2-10：×、×、×、×、×、√、√、×、×、×2-11~2-20：√、×、√、×、×、×、√、√、×、√2-21~2-30：√、×、√、√、√、√、×、√、√、√三、填空题3-1~3-10：节、共轭、无、模数、压力角、、20°、α1=α2=α、ε>1、仿形3-11~3-20：减小、大、越小、变厚、对称、不能、越大、齿数、正比、正比3-21~3-30：标准齿轮、压力角、齿轮齿条、直线、刀具、相反、压力角、相等、分度、分度四、计算题4-1、1）、mm、mm、mm2）mm、mm、mm4-2、mm4-3、1）分度圆上齿廓的压力角和曲率半径分别为：mm2）齿顶圆上齿廓的压力角和曲率半径分别为：mm4-4、1）2）、、3），4-5、1）QUOTEm=4mm、QUOTEr1=60mm、QUOTEr2=80mm2）4-6、4-7、m=5mm、q=10、β=11.310°、d2=200mm、a=125mm4-8、δ1=26.565°、δ2=63.435°；d1=150mm、d2=300mm；da1=167.889mm、da2=308.944mm；df1=128.534mm、df2=289.267mm；R=167.705mm。4-9、r1′=106.667mm、r2′=213.333mm；α′=28.241°第6章一、选择题1-1~1-6：A、B、B、C、B、D、A、C二、判断题2-1~2-10：×:、×、×、√、×、×、√、√、×、√三、填空题3-1~3-10：轮系、混合、(-1)m、行星架、固定的、方向、周转轮系、固定、传动比、大小3-11~3-19：z2/z1、主动轮、固定、行星轮系、较远、变向、主动件、太阳轮、差动轮系四、计算题4-1、，n5的转向为箭头朝上。4-2、，H的转向与齿轮1的转动方向相同。4-3、，蜗轮5转向：沿逆时针方向。4-4、，方向与nH相反。4-5、，方向与nH相同。第7章一、选择题答案1-1~1-10：D、C、B、B、C、D、B、B、B、B1-11~1-12：B、C二、判断题答案1-1~1-10：√、√、×、×、√、×、×、×、×、√1-11~1-20：×、×、√、×、×、√、×、×、√、×1-21~1-30：√、×、√、√、×、×、×、×、×、×1-31~1-40：√、×、√、√、×、×、×、×、×、×三、填空题答案1-1~1-10：棘轮、间歇、转位分度、相反、多、连续、棘爪、往复摆动、锯齿形、反转1-11~1-20：槽轮、曲柄、锁止弧、槽轮、齿轮、锁止圆弧、冲击、平稳、长度、遮板1-21~1-29：摩擦、两、方向、阻止、间歇、1/4、1/2、齿顶圆、间歇四、计算题答案4-1、解：τ=2/3、K=2。第8章一、选择题1-1~1-10：C、C、A、B、A、B、D、C、D、C1-11~1-15：B、C、B、C、B二、判断题2-1~2-5：√、×、√、√、×、×、×、×、×、√三、填空题3-1~3-10：飞轮、消耗、小、0.275、0、合力矩、最小、、、、不一定3-11~3-14：离心力、高速、不能每瞬时、四、计算题4-1、1）计算出各不平衡质量的质径积：=210kg·mm，=144kg·mm2）列出静平衡矢量方程：静平衡条件++=03）按比例作图求解：解得=140kg·mm，所以应加平衡质量=140/140=1kg，挖去的质量应在矢量的反方向，140mm处挖去lkg质量。题4-1图解4-2、1）N·m2）3）、kg·m24-3、1）M′=200N·m、驱动力矩变化曲线如题4-34图解a2）能量指示图如题4-3图解b,N·m3)kg·m2a)驱动力矩变化曲线b)能量指示图题4-3图解第9章一、填空题1-1~1-8：模型实验设计、控制部分、强度准则、突变、弹性、疲劳极限、强度、循环次数二、选择题2-1~2-10：B、A、B、D、B、C、A、A、B、C三、判断题3-1~3-10：×、√、√、√、×、√、×、√、√、×3-11~3-18：√、×、√、√、×、×、√、√四、计算题4-1、，MPa，MPa，MPa五、分析题5-1、1）材料的简化极限应力图如题5-1图解a所示;2)零件的简化极限应力图5-1图解b所示。a）b）题5-1图解3）γ=C时：若工作应力点在疲劳强度区：Sca=3.47,若工作应力点在屈服强度区：Sca=5.2σm=C时：若工作应力点在疲劳强度区:Sca=2.61,若工作应力点在屈服强度区Sca=5.2σmin=C时：按最大应力求的安全系数为：Sca=3.85,按照极限应力副求得安全系数为：Sca=3.37第10章一、选择题1-1~1-10：B、A、D、D、A、B、A、D、B、C1-11~1-20：A、D、B、A、A、C、C、A、A、B1-21~1-30：A、A、D、B、D、C、C、B、A、A1-31~1-40：A、D、C、B、B、D、A、D、A、C1-41~1-47：C、C、B、C、A、C、B二、填空题2-1~2-10：30°、γ<、传动效率、头数、相对转动、扭剪、断裂、弯曲应力、载荷、弯曲2-11~2-20：机械、挤压、键、压溃、两侧面、轴径、削弱较大、小径定心、安全销、机械三、判断题3-1~3-10：×、×、√、×、×、√、×、×、√、×3-11~3-:20：√、×、×、×、√、×、√、√、×、×3-21~3-25：×、√、×、×、×四、计算题4-1、1）N，N；2）4-2、1）假设压板压紧力，由，得N2）由≥mm查GB196—81，取M16（d1=13.835mm＞12.30mm）4-3、1）根据题给条件，每个螺栓所受轴向工作载荷相等，故有N2）假设接合面间的压紧力为残余预紧力，故有，代入得：3）螺栓材料机械性能级别为8.8级，其最小屈服极限，故MPa，所以mm4-4、1）由得N2）得N4-5、1)计算螺栓组连接允许传递的最大转矩Tmax由≤得N.mm校核螺栓与孔结合面间的挤压强度：，满足挤压强度。故该螺栓连接允许传递的最大转矩Tmax=8919069.72N.mm2）改为普通螺栓连接，计算螺栓小径d1按接合面间不发生相对滑移的条件，由得：N得螺栓小径mm4-6、1）计算允许最大提升载荷Wmax螺栓所能承受的最大预紧力为N根据接合面间不发生相对滑动条件得N2）确定螺栓直径由接合面间不发生相对滑动条件，可得N所以mm，查GB196—81，取M12（d1=10.106mm＞9.589mm）。4-7、1）N；2）N第11章一、选择题1-1~1-10：B、D、A、D、A、C、D、D、D、C1-11~1-20：A、B、A、B、C、C、C、B、D、B1-21~1-30：B、C、D、D、A、D、C、B、A、B1-31~1-40：C、D、A、D、C、C、C、B、D、D1-41~1-43：A、D、B二、填空题2-1~2-10：包角、增大、弯曲应力、截面积、离开、较大、张紧轮、可以、变应力、v1＞v＞v22-11~2-20：侧、计算功率、松边、弹性滑动、疲劳、承载能力、小于、增大、弯曲、整个(全)2-21~2-29：受力不均、紧、大、小、间隙、少、悬垂拉力、安装垂度、倾斜三、判断题3-1~3-10：√、×、√、√、√、×、√、√、×、√、3-11~3-20：√、×、×、×、√、×、×、×、√、×3-21~3-30：×、√、√、×、×、√、×、√、×、√四、计算题4-1、1）m/s2）3）由得，，4）由得，5）4-2、1）带的有效圆周力：2）根据及得：4-3、1）有效圆周力：2）由公式和公式得：，4-4、1）2）3）4）由得五、分析题5-1、1）带传动应按转速300r/min设计，最好使带速在10m/s左右。2）因为带速低时所需有效圆周力大，则所需带的根数也多，若按高转速设计，则不一定能满足低转速的工作要求，会引起失效。（功率一定，其他条件不变时，转速越低，相应转矩越大，轴的最小直径也越大。）5-2、1）由两个带传动结构（中心距、预预紧力、带的材料、带轮材料）完全相同得到两图的主从动轮包角相同，所以能传递的圆周力相等。2）因为b图的带速大于a图带速，所以b图结构能传递的功率更大。第12章一、选择题1-1~1-10：C、A、B、C、D、A、D、A、C、C1-11~1-20：A、B、B、C、D、B、B、D、B、C1-21~1-30：C、B、D、C、C、B、B、B、B、D1-31~1-40：A、C、D、B、B、A、B、C、A、C1-41~1-50：B、A、B、C、A、B、A、A、C、A1-51~1-60：D、A、C、B、B、B、B、D、D、A1-61~1-66：B、D、B、D、C、C二、填空题2-1~2-10：齿根、疲劳折断、σF≤[σF]、弯曲疲劳、弯曲疲劳、韧、胶合、齿根、相等的、工作情况2-11~2-20：疲劳折断、相反、点蚀、＞、相等、较少、弯曲、轴向力、模数、宽度2-21~2-30：1、对称、大于、较小、增大、蜗轮、相同、蜗轮轴线、轴向、磨齿2-31~2-40：动载荷、z/cosδ、修形、1、齿条、搅油功耗、悬臂梁、铸造、保持不变、蜗杆2-41~2-47：高或大、880、好、法面、大、539、多或大三、判断题3-1~3-10：×、√、×、×、√、√、√、×、×、×3-11~3-20：×、√、×、×、√、√、√、×、√、√3-21~3-30：×、√、√、×、√、×、√、√、×、√3-31~3-38：√、×、×、×、×、√、×、√四、分析题4-1、见题4-1图解题4-1图解4-2、齿轮副I的接触应力大，齿轮副II的接触强度高。因为齿轮副I和II的基本参数一致，齿轮副II的中心距大，所以齿轮副II接触位置的综合曲率要小。因为一对齿轮的接触应力大小与齿廓接触点的曲率成正比，所以齿轮副II接触应力小，接触强度高。4-3、见题4-3图解。题4-3图解4-4、见题4-4图解。题4-4图解4-5、见题4-5图解。题4-5图解4-6、见题4-6图解。题4-6图解4-7、（1）、（2）见题4-7图解；（3）因为，令，，则有：，当不考虑磨擦时，有，故4-8、因，可见，两个齿轮的强度很接近，理论上讲，小齿轮的强度略高一点。第13章一、选择题1-1~1-10：B、C、A、B、B、D、C、A、C、B1-11~1-20：A、D、D、A、D、A、A、B、D、B1-21~1-30：D、B、B、C、D、B、D、A、B、A二、填空题2-1~2-10：滚动体、向心、圆锥滚子、90%、1/8、轴向力、α=40°、基孔、疲劳寿命、两端游动2-11~2-17：3、塑性变形、10％、疲劳寿命、静强度、不高、接触角α三、判断题3-1~3-10：×、√、×、√、×、×、×、√、×、√3-11~3-17：√、√、×、√、×、√、√四、计算题4-1、1）画出内部轴向力方向如题4-1图解所示。2）P1=5750.05N、P2=4000N题4-1图解4-2、1）计算轴承径向载荷:、2）计算轴承内部轴向力：、3）计算轴承的轴向载荷：、4）计算轴承的当量动载荷：、4-3、1）当量动载荷:2）基本额定动载荷:4-4、1）求两轴承承受的径向载荷:和2）求两轴承承受的轴向载荷:和3）求两轴承的当量动载:和，所以P1大于P24）校核该对轴承的寿命校因为，所以所选轴承不适用。4-5、1）求派生轴向力，按Fd=0.68Fr计算：、，方向如题4-5图解所示。题4-5图解2）求轴承轴向力：、3）求当量载荷：第14章一、选择题二、填空题三、判断题四、分析题第15章一、选择题1-1~1-10：B、C、B、D、C、C、D、C、D、D1-11~1-14：B、C、B、A二、填空题2-1~2-9：转、心、小于、应力集中、转矩、转轴、刚度、扭矩、扭转切应力三、判断题3-1~3-10：×、×、√、×、×、