机械设计基础 第2版 习题及答案 蒋永彪

第2章黑色金属材料

1.名词解释

(D断面收缩率：断面收缩率先试样断裂后，横截面积

最大缩减量与原始横截面积之比的百分率，用力表

*]00%

A()

式中A。一试件原始横截面积

Ai—断口处的横截面积

(2)冲击韧性：冲击韧性是指金属材料在冲击载荷作用

下吸收塑性变形功和断裂功的能力，其指标以冲击韧度见表

示，出值越大，金属材料冲击韧性越好。

(3)合金调质钢：合金调质钢是指经过调质处理(淬火

+高温回火)后使用的中碳合金结构钢，主要用于制造在多种

载荷(如扭转、弯曲、冲击载荷等)下工作，受力比较复杂，

要求具有良好综合力学性能的重要零件，如汽车、拖拉机、

机床等的齿轮，地类件，连杆，高强度螺栓等。

(4)表面淬火：表面淬火是指仅对钢件表层进行淬火的

工艺。它将钢件表层快速加热，在热量尚未大量传到内部的

情况下，使表层达到淬火温度，迅速淬冷，获得预定淬火组

织的热处理工艺。

2.填空题

(1)硬度测试方法很多，常用的硬度测试方法有三种，

即布氏硬度测试法、洛氏硬度测试法，和维氏硬度测试法。

(2)通常钢和铁的分界线是碳的质量分数2.11%,钢按

化学成分可分为非合金钢、低合金银和合金钢三大类。

(3)根据碳在铸铁中存在形式分类铸铁可分为白口铸

铁、灰铸铁和麻口铸铁，根据铸铁中石墨形态分类铸铁可分

为灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁和蠕墨铸铁。

(4)钢的分类方法有多种，按用途可分为碳素结构钢、

碳素工具钢;按含碳量可分为低碳钢、中碳钢、高碳钢;按

钢的质量可分为普通碳素钢、优质碳素钢、高级优质碳素钢。

3.选择题

1.下列可以用布氏硬度测量的有郁(B)

A.锂刀B.铸铁件C.手锤D.镀铭钢件

2.压力加工性(锻压性)主要取决于材料的(A)

A.塑性B.强度

C.对塑性变形的抗力D.对冲击的抗力

3.不是金属材料的力学性能的有(C)

A.强度B.硬度C.导热性D.韧性

4.疲劳强度指(A)

A.金属材料经无限多次交变载荷而不破坏所能承受的

最大应力

B.金属材料经有限多次交变载荷而不破坏所能承受的

最大应力

C.金属材料经无限多次冲击载荷而不破坏所能承受的

最大应力

D.金属材料经有限多次冲击载荷而不破坏所能承受的

最大应力

5.Q235钢属于(C)

A.高碳钢B.中碳钢C.低碳钢D.合金钢

6.下列碳钢含碳量最高的是(C)

A.Q235B.45C.T7D.ZG200-400

16GCrl5钢的平均含辂勖(B)%o

A.0.15B.1.5C.15D.5

7.合金调质钢的含碳量一般是(B)

A.<0.25%B.0.25-0.5%C.>0.5%D.>2.11%

4.判断题

(i)测定金属材料强度指标的试验方法是拉伸试验。N)

(2)金属材料结构件、零部件大多数失效都属于疲劳破

坏所造成。H)

(3)洛氏硬度试验法适于测定铜、铝等有色金属的硬度。

(x)

(4)含碳量小于2.11%并含少量杂质元素的铁碳合金称

为碳钢。(4)

(5)65钢属于高碳钢，它具有较高的强度、硬度和

弹性，而且焊接性能良好，切削性能良好，可制造弹性零件。

(x)

(6)白口铸铁的硬度适中，易于切削加工。(x)

5.简单题

(1)什么是金属的力学性能？它包括那些主要力学指标?

答案：

金属材料的力学性能：金属材料在外力作用下所表现出

第3章黑色金属材料

1.填空题

（1）根据铝合金的成分和工艺特点不同，可分为变形铝

合金和铸造铝合金,变形铝合金又分为可热处理强化和不可

热处理强化两类。

（2）铜的性能最有效的方法，其强化方式类似于铝合金。

工业上广泛采用的是铜合金，铜合金按加工方式可分为变形

铜合金和铸造铜合金;按成分可分为黄铜、青铜、白铜。

2,简答题

（1）简述变形铝合金和铸造铝合金的用途？

答案：变形铝合金可按其主要性能特点分为防锈铝（铝

一镒系合金或铝一镁系合金）、硬铝（铝一铜一镁系合金）、超

硬铝（铝一铜一镁一锌系合金）与锻铝（铝一铜一镁一硅系合

金）合金等。

1）防锈铝合金：工程上常用于制作轻载冲击件和耐蚀件,

如油箱、仪表盘、门窗、卫星天线、汽化器热交换管等。

2）硬铝合金：常用于制作中等载荷的受力件，如飞机蒙

皮、钾钉、文体用品等。

3）超硬铝：常用于制作受力很大的构件，如飞机大梁、

加强框、起落架等。

4）锻铝合金：常用于制作-一些形状复杂、承受中等载荷

的锻造件，如活塞、风扇叶轮等。

铸造铝合金：铸造铝合金主要用于制造承力部件，如飞

机的梁框、燃汽非叶片、泵体、挂架、轮毂、进气唇口和发

动机的机匣等，还用于制造汽车的气缸盖、变速箱和活塞，仪

器仪表的壳体和增压器泵体等零件。

(2)与纯铜相比，黄铜和青铜各有什么特点?有哪些用

途？

答案：黄铜是在纯铜基础上以锌为主加元素的铜合金,

由于锌元素的加入，增加来合金的强度和硬度，降低了合金

的塑性和韧性，用做一般的零件、镀层等。青铜指除锌和镶

以外的其他元素为主要合金元素的铜合金，由于这些元素的

加入，使合金具有一些特殊性能和良好的铸造性能。

第4章非金属材料及复合材料

1.填空题

（1）按塑料受热时的性质可将塑料分为热塑性塑料和

热固性塑料;按塑料的功能和用途可将塑料分为通用塑料、

工程塑料和特种塑料。

（2）工业中常用的橡胶有天然橡胶（NR）、丁苯橡胶

（SBR）、顺丁橡胶（BR）、氯丁橡胶（CR）、丁盾橡胶（NBR）、乙

丙橡胶（EPM、EPDM）

（3）陶瓷材料按使用的原材料可将陶瓷材料分为置通

陶瓷和特种陶瓷;按用途可将陶瓷材料分为日用陶瓷和工业

陶瓷,按化学成分可将陶港材料分为氧化物陶瓷、碳化物陶

瓷、氮化物陶瓷及其他化合物陶瓷。

（4）复合材料的分类方法也很多，按基体不同，分为韭

金属基复合材料和金属基复合材料;按增强相的种类和形状

不同，分为颗粒复合材料、层叠复合材料和纤维增强复合

材料;按性能不同，分为结构复合材料、功能复合材料等。

（5）的和合成的。机械工程中使用的高分子材料主要是

人工合成的有机高分子化合物，如塑料、合成橡胶、合成纤

维、涂料和胶粘剂以及各种功能性高分子材料。

2,简答题

（1）塑料的由哪些成分组成？有什么特性？

答案：

塑料的组成：

1）树脂2）填充剂3）增塑剂4）稳定剂（防老化剂）5）涧滑

剂6）固化剂7）发泡剂

塑料的特性：

1）质轻、比强度高。2）化学稳定性好。3）优异的电绝缘

性。4）减摩性、耐磨性好。5）消声和吸振性好。6）成型加工

性好。7）耐热性差。

（2）简述复合材料的构成和其应用领域。

答案：复合方料是多相体系，由基体（即连续相）和增强

体（即增强相）通过一定的工艺方法组合而成。

复合材料的主要应用领域有以下几方面：

1）航空航天领域。由于复合材料热稳定性好，比强度、

比刚度高，可用于制造飞机机翼和前机身、卫星天线及其支

撑结构、太阳能电池翼和外壳、大型运载火箭的壳体、发动

机壳体、航天飞机结构件等。

2）汽车工业领域。由于复合材料具有特殊的振动阻尼特

性，可减振和降低噪声，抗疲劳性能好，损伤后易修理，便于

整体成型，故可用于制造汽车车身、受力构件、传动轴、发

动机架及其内部构件。

3）化工、纺织和机械制造领域。由良好耐蚀性的碳纤维

与树脂基体复合而成的材料可用于制造化工设备、纺织机、

造纸机、复印机、高速机床、精密仪器等零部件。

4）医学领域。碳纤维复合材料具有优异的力学性能和不

吸收X射线特性，可用于制造医用X光机和矫形支架等。碳

纤维复合材料还具有生物组织相容性和血液相容性，生物环

境下稳定性好，也用作生物医学材料。

此外，复合材料还用于制造体育运动器件和用作建筑材

料等。

(3)简述金属陶瓷的优点及其应用领取。

答案：金属陶瓷兼有金属和陶瓷的优点，它密度小，硬

度高，耐磨性、导热性好，不会因为骤冷或骤热而脆裂。另

外，在金属表面涂覆一层气密性好、熔点高、传热性能很低

的陶瓷涂层，也能防止金属或合金在高温下氧化或腐蚀。金

属陶瓷既具有金属的韧性、高导热性和良好的热稳定性，又

具有陶瓷的耐高温、耐腐蚀和耐磨损等特性。

金属陶瓷广泛应用于制造火箭、导弹、超音速飞机的外

壳和燃烧室的火焰喷口，以及高速精加工切削刀具等。

第5章平面机构的运动简图及自由度计算

一、填空题

1.机构中两构件间直接接触而构成的活动连接称为

运动副。

2.平面机构中，两构件通过而接触构成的运动副

称为低副，通过点或线接触构成的运动副称为高

副。

3.构件的自由度是指构件能够发生的独立的相对

运动数目。平面运动自由构件具有3个自由度,包括工个

移动和L个转动。

4.平面机构中，若引入一个低副，将带入2个约束，保

留上个自由度；若引入一个高副，将带入_L个约束，俣留

2个自由度。

5.机构中，滚子构件的自转运动为局部自由度，其转动

的快慢，对机构的输出运动并无影响，那么它的实际作用是

减小摩擦和磨损。

二、选择题

1.为使机构运动简图能够完全反映机构的运动特性，在

绘制运动简图时，应保证其与实际机构的(D)应相同。

A.构件数和构件的相对运动尺寸B.运动副的类型及

数目

C.机架、原动件及其运动规律D.A、B和C

2•机构具有确定相对运动的条件是机构的自由度大于

零，且(B)o

A.恒等于1B.等于原动件的数目

C.大于原动件的数目D.小于原动件的数目

3,下面对机构虚约束的描述中，不正确的是(D)o

A.机构中芯运动不起独立限制作用的重复约束称为虚

约束，在计算机构自由度时应除去虚约束。

B.虚约束可提高构件的强度、刚度、平稳性和机构工作

的可靠性等。

C.虚约束应满足某些特殊的几何条件，否则虚约束会变

成实约束而影响机构的装配和正常运动，为此应规定相应的

制造精度要求。虚约束还使机器的结构复杂，成本增加。

D.设计机器时，在满足使用要求的情况下，含有的虚约

束越多越好。

三、计算题

1.在图3-1至图3-4所示机构中，要求：用引线指出各机

构中存在的复合较链、局部自由度和虚约束；计算各机构的

自由度；判断各机构的运动是否确定，并说明为什么。

解答：

1、n=5,PL=7,PH=O,F=3n-2PL-PH=3x5-2x7-0=1。F二

原动件个数二1,所以运动确定。

2、n=5,PL=7,PH=O,F=3n-2PL-PH=3x5-2x7-0=1。F=

原动件个数=1,所以运动确定。

3、n=3,PL=3,PH=0,F=3n-2PL-PH=3x3-2x3-0=3oF=

原动件个数二3,所以运动确定。

4、n=9,PL=12,PH=2,F=3n-2PL-PH=3x9-2x12-2=1o

F二原动件个数=1,所以运动确定。

第6章平面连杆机构及其设计作业

一、填空题

1.较链四杆机构按两连架杆的运动形式，分为曲柄搭杆

机构、双曲柄机构和双摇杆机构三种基本类型。

2•在较链四秆机构中，与机架用转动副相连，且能绕该

转动副轴线整圈旋转的构件称为曲柄；与机架用转动副相连,

但只能绕该转动副轴线摆动的构件搔枉；直接与连架杆相联

接，传递运动和动力的构件称为连江。

3.一链四杆机构有曲柄的条件（1）连架杆和机架中必有

一杆是最短杆；（2）最短杆与最长杆之和小于或等于其它两

杆之和。

4.在较链四升机构中，当最短构件和最长构件的长度之

和大于其他两构件长度之和时，只能获得双摇杆机构。

5.如果将曲柄摇杆机构中的最短杆改作机架时，得到双

曲柄机构；最短杆对面的杆作为机架时，得到双摇杆机构。

二、单选题

1.在下列平面四杆机构中，无论以哪一构件为主动件，都

不存在死点位置（B）o

A曲柄摇杆机构B双摇杆机构C双曲柄机构D曲柄滑块机构

2.一曲柄摇杆机构，若改为以曲柄为机架，则将演化为（B）

A曲柄摇杆机构B双曲柄机构C双摇杆机构D导杆机构

3.较链四杆机阂ABCI）中，AB为曲柄，CD为摇杆，BC为

连杆。若杆长LAB=30mm,LBC=70mm,LCD=80mm,则机架最大

杆长为（C）

A80mmB100mmC120mmD150mm

4曲柄滑决机构是由(A)构演化而来的。

A.曲柄摇杆机构B.双曲柄机构

C.双摇杆机构D.以上答案均不对

三、判断题

1.任何平面四开机构出现死点时对工作都是不利的，因此

应设法避免。（x）

2.较链四杆机构存在曲柄的条件是最短杆与最长杆之和

大于或等于其余两杆长度之和。（x）

3机构处于死点位置时，机构中的从动件将出现自锁或运

动不确定现象。（J）

4.极位夹角是从动件在两个极限位置时的夹角。（x）

5.在较链四杆机构中，通过取不同构件作为机架，则可以

分别得到曲柄摇开机构、双曲柄机构和双摇杆机构。（八

四、简答题

1.何为平面连杆机构？平面四杆机构具有哪些基本特征？

答：（一）平面连杆机构是由若干个构件通过低副联接，

各构件在相互平行的平面内运动的一类机构，又称为平面低

副机构。（二）（1）承载能力较大，润滑好，不易磨损，使用

寿命较长，能够保证工作的可靠性。

(2)平面连杆机构中的构件可实现多种运动形式。

(3)在平面连杆机构中，连杆上的各点轨迹是各种不同

形状的曲线，其形状随着各构件相对长度的改变而改变，故

可用在一些特定工作环境中。

(4)利用连杆机构还可以方便地实现改变运动的传递

方向、实现增力和远距离传递等。

(5)构件尺寸和运动副间隙的累计误差较大，同时降低

机械效率。

(6)不宜用于高速的场合。

2.什么是曲柄？什么是摇杆？较链四杆机构曲柄存在条

件是什么？

答：(1)在连架杆中，如果能够绕机架上的运动副作整

周转动，则称为曲柄；如果只能在小于360°的一定范围内

摆动作往复运动，则称为摇杆。

(2)较链四杆机构存在曲柄，必须同时满足以下两个条

件：

1)最短杆与最长杆的长度之和小于或等于其他两行长

度之和。此条件身为杆长条件。

2)连架杆和矶架中必有一杆是最短杆。

第7章凸轮机构及设计作业

一、填空题

1.凸轮机构由凸轮、从动件、机架组成,一般以

凸轮为主动件。凸轮轮廓的曲线是根据从动件的运动规律

设计的。

2.凸轮按凸轮形状分类分为盘形凸轮、移动凸轮、

圆挂凸轮，按从动件端部结构形式分为尖顶从动杆、滚子

从动杆和平底从动杆。

3.将连续转动转换为周期性的时动、时停运动的机

构称为间歇运动机构。

4当盘形凸轮的回转中心趋于无穷远时,即成为移动

凸轮。

二、单选题

1.传动要求速度不高，承载能力较大的场合常应用的从

动件形式为（C）

A.尖顶式B.滚子式C.平底式D.曲面式

2•属于空间凸轮机构的有（C）

A.移动凸轮机构B.盘形凸轮机构C.圆柱凸轮机构

3.凸轮与从动件接触处的运动副属于（A）

A.高副B.转动副C.移动副

第8章带传动

1.带传动是由主动轮、从动轮和传动带组成。

2.带传动按传动原理分摩擦带传动和啮合带传动。

3.在带传动中在减速传动时，带的应力最大值发生在带

(C)o

A.进入大带轮处；B.离开大带轮处；

C.进入小带轮处；D.离开小带轮处。

4.为了使带与轮槽更好的接触，轮槽楔角应(A)V带截

面的楔角。

A.小于；B.大于；C.等于。

5.带传动的小轮包角越大，承载能力越大。(J)

6.选择带轮直径时，直径越小越好。(义)

7,带传动的弹性滑动是不可避免的，打滑是可以避免的。

(V)

第9章链传动

1.链传动是由主动链轮、从动链轮、链条所组成。

2.最常用的传动链是滚子链和齿形链。

3.链传动和带传动都属于挠性件传动。

4.滚子链由内链板、外链板、销轴、套筒、滚子等组成

5,滚子链中套筒与内链板之间分别采用过盈配合固定。

6.滚子链中销轴与套筒、滚子与套筒之间则为间隙配合。

第10章齿轮传动

一、选择题

1.渐开线标准直齿圆柱齿轮正确啮合的条件为模数

和压力角分别相等。

2.渐开线齿形常用的加工方法有成形法和范成法

两类。

3.斜齿圆柱齿轮的重合度大于直齿圆柱齿轮的重

合度，所以斜齿给传动平稳，承载能力高，可用于高速

重载的场合。

4.在蜗轮齿数不变的情况下，蜗杆的头数越少,则

传动比就越大。

5.齿轮的失效形式有轮齿折断、齿面点蚀、齿面胶合、

齿面磨损、和齿面塑性变形。

6.(A)是齿轮最主要的参数。

A.模数；B.压力角；C.分度圆；D.齿数。

7.国家标准规定，标准渐开线齿轮的分度圆压力角c(二

(D)o

A.35°；B.30°；C.25°；D.20°。

8.圆锥齿轮传动适用于(A)传动。

A.相交轴；B.平行轴；C.交错轴。

9.蜗杆传动适用于(C)传动。

A.相交轴；B.平行轴；C.交错轴。

二、计算题

1.一对啮合的标准直齿圆柱齿轮(。=20,ha*=1)。已知

Zi=30,Z2=90,HF5nlm.试求这对齿轮的分度圆直径，齿顶圆

直径，齿根圆直径，传动比和中心距。

解：

(1)齿轮1分度圆直径dl=mzl=5X30=150

齿轮2分度圆直径d2=mz2=5X90=450

(2)齿轮1齿顶圆直径dal初(zl+2h：)=5X(30+2X

1)=160

齿轮2齿顶圆直径da2=m(zl+2h：)=5X(90+2X

1)=460

(3)齿轮1齿根圆直径df=m(zl-2h«-2c*)=5X(30-

2X1-2X0.25)=137.5

齿轮2齿根圆直径df=m(z2-2h-2c*)=5X(90-2

X1-2X0.25)=437.5

(4)传动比i=Z2/Zl=90/30=3

(5)中心距a=m(Zl+Z2)/2=5X(30+90/2)=300

2.如图所示轮系中,已知zl=20、，z2=36、z2'=18、z3=68、

z3'=17、z5=40。试求传动比H5,并标示各齿轮运转方向。