机械设计基础答案(西工大版)

-1-第一章前面有一点不一样，总体还行~~~1-1.机械零件常用的材料有哪些？为零件选材时应考虑哪些主要要求？解：机械零件常用的材料有：钢(普通碳素结构钢、优质碳素结构钢、合金结构钢、铸钢)，铸铁，有色金属（铜及铜合金、铝及铝合金）和工程塑料。为零件选材时应考虑的主要要求：1.使用方面的要求：1）零件所受载荷的大小性质，以及应力状态，2）零件的工作条件，3）对零件尺寸及重量的限制，4）零件的重要程度，5）其他特殊要求。2.工艺方面的要求。3.经济方面的要求。1-2.试说明下列材料牌号的意义：Q235,45,40Cr,65Mn,ZG230-450,HT200,ZcuSn10P1,LC4.解：Q235是指当这种材料的厚度（或直径）≤16mm时的屈服值不低于235Mpa。45是指该种钢的平均碳的质量分数为万分之四十五。40Cr是指该种钢的平均碳的质量分数为万分之四十并且含有平均质量分数低于1.5%的Cr元素。65Mn是指该种钢的平均碳的质量分数为万分之六十五并且含有平均质量分数低于1.5%的Mn元素。ZG230-450表明该材料为铸钢，并且屈服点为230，抗拉强度为450.HT200表明该材料为灰铸铁，并且材料的最小抗拉强度值为200Mpa.ZCuSn10P1铸造用的含10%Sn、1%P其余为铜元素的合金。LC4表示铝硅系超硬铝。1-6.标准化在机械设计中有何重要意义？解：有利于保证产品质量，减轻设计工作量，便于零部件的互换和组织专业化的大生产，以及降低生产成本，并且简化了设计方法，缩短了设计时间，加快了设计进程，具有先进性、规范性和实用性，遵照标准可避免或减少由于个人经验不足而出现的偏差。第二章2-7.为什么要提出强度理论？第二、第三强度理论各适用什么场合？解：材料在应用中不是受简单的拉伸、剪切等简单应力状态，而是各种应力组成的复杂应力状态，为了判断复杂应力状态下材料的失效原因，提出了四种强度理论，分别为最大拉应力理论、最大伸长线应变理论、最大切应力理论、畸变能密度理论。第二强度理论认为最大伸长线应变是引起断裂的主要因素，适用于石料、混凝土、铸铁等脆性材料的失效场合。第三强度条件：认为最大切应力是引起屈服的主要因素，适用于低碳钢等塑性材料的失效场合。2-15.画出图示梁的弯矩图。-2-解：F0,FFF0,M0,F*3aMF*a0F0,FFABABBA解：12221F0FFF2FF0M0,F*2a2F*aF*4aF*3a0F8/3F,F2/3FA，-3-第三章3-4.计算图示各机构的自由度，并指出复合铰链、局部自由度和虚约束。-4-3-5.图示为一简易冲床的拟设计方案。设计者思路是：动力由齿轮1输入，使轴A连续回转；而固定在轴A上的凸轮2和杠杆3组成的凸轮机构使冲头4上下往复运动，以达到冲压的目的。试绘出其机构运动简图，计算机构的自由度，并分析其运动是否确定，如其运动不确定，试提出修改措施。3,4,132332410LHLHnPPFnPP由于F=0,故不能运动修改措施为：3-6.试绘出图示机构的运动简图，并计算其自由度。-5-3,43233241LLHnPFnPP5,7,0323527=1LHLHnPPFnPP5,7,0323527=1LHLHnPPFnPP第四章4-6.在图4-11所示的差动螺旋机构中，螺杆1与机架3在A处用右旋螺纹连接，导程AS=4mm，当摇柄沿顺时针方向转动5圈时，螺母2向左移动5mm，试计算螺旋副B的导程BS，并判断螺旋副B的旋向。解：由题意判断B为右旋，A、B同向，固有：12()(4)105225ABBBSSSSmm，故-6-第五章5-7.根据图中所注尺寸，试问如何才能获得曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构？解：根据曲柄存在的条件：（1）最短杆长度+最长杆长度≤其他两杆长度之和；（2）最短杆为连架杆。根据题意：140+200170+180，故满足第一条件。当最短杆AD为连架杆时，即AB、CD固定时，极限位置如图所示，为曲柄摇杆机构。当最短杆AD为机架时，极限位置如下图所示，为双曲柄机构。当AD为连杆时，极限位置如下图所示，为双摇杆机构。-7-5-8．图示铰链四杆机构123100,200,300lmmlmmlmm，若要获得曲柄摇杆机构，试问机架长度范围为多少？解：根据曲柄存在的条件：（1）最短杆长度+最长杆长度≤其他两杆长度之和；（2）最短杆为连架杆。根据题意：（1）若4l为最长杆（4l≥300），1l+4l≤2l+3l，300≤4l≤400.（2）若3l为最长杆（4l≤300），1l+3l≤2l+4l，200≤4l≤300.故200≤4l≤400.5-10.设计一曲柄摇杆机构。已知摇杆长度100CDlmm，摆角030，行程速比系数K=1.2。试用图解法根据最小传动角0min40的条件确定其余三杆的尺寸。解：由001180=16.361KK，.故，先画出CD和CD,使得∠CDC=030.由于0=16.36，故过C和C作∠CCO和∠CCO=073.64，以O点为圆心作圆过C做∠DCA=045交圆O于A点。AC=133mm，AC=91.89mm，AD=94.23mm,计算得AB=20.555mm,BC=112.445mm所以其他三杆长度为：AD=94.23mm，AB=20.555mm,BC=112.445mm-8-5-11.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=1.5.试用图解法求出曲柄和连杆的长度。解：由001180=361KK，首先，画出CC=50mm，作∠CCO=∠CCO=054，过O作圆交偏心线于A，连接AC,AC测得长度如图所示，算出AB=21.505，BC=46.515.5-12.设计一导杆机构。已知机架长度100ADlmm，行程速比系数K=1.4，试求曲柄长度。解：001180=301KK，,即∠BCB=030.AB⊥BC,∠ACB=015,AC=100ADlmm.-9-AB=25.88mm5-13.设计一铰链四杆机构作为加热炉炉门的启闭机构。已知炉门上两活动铰链间距离为50mm，炉门打开后成水平位置时，要求炉门温度较低的一面朝上（如虚线所示）。设固定铰链在O-O轴线上，其相关尺寸如图所示，求此铰链四杆机构其余三杆的长度。解：因为点A、D在O-O轴线上，由于AB=AB,ACAC,所以运用垂直平分线定理，连接BBCC和，分别作其中垂线交O-O轴线于点A、D，因此找到A点和D点。AB=67.34,CD=112.09,AD=95.74-10-第六章6-2.四种基本运动规律各有何特点？各适用何种场合？什么是刚性冲击和柔性冲击？解：（1）等速运动规律的特点是：在从动件运动的起始点和终了点都有速度的突变，使加速度趋于无限大，因此会引起强烈的刚性冲击。这种冲击对凸轮机构的工作影响很大，所以匀速运动规律一般只适用于低速或从动件质量较小的场合。（2）等加速等减速运动规律的特点是：在一个运动循环中，从动件的运动速度逐步增大又逐步减小，避免了运动速度的突变；但在从动件运动的起始点、转折点和终了点仍存在着加速度的有限突变，还会有一定的柔性冲击。所以这种运动规律适用于凸轮为中、低速转动，从动件质量不大的场合。（3）余弦加速度运动规律的特点是：推杆的加速度按余弦规律变化，且在起始点和终点推杆的加速度有突变，有一定的柔性冲击。一般只适用于中速场合。（4）正弦加速度运动规律的特点是：推杆的加速度按正弦规律变化，但其加速度没有突变，可以避免柔性冲击和刚性冲击，适用于高速场合。刚性冲击：由于加速度有突变，并且加速度值理论上为无穷大，但由于材料具有弹性，使得加速度和惯性达到很大（不是无穷大），从而产生很强烈的冲击，把这一类冲击称为刚性冲击。柔性冲击：由于加速度有突变，但这一突变为有限值，引起的冲击较为平缓，故称这一类为柔性冲击。6-7.盘形凸轮基圆半径的选择与哪些因素有关？解：由于2tanovrs，故盘形凸轮基圆半径的选择与推杆的运动规律，推杆的工作行程和推杆的许用压力角和推程运动角有关。一般在满足max的条件下，合理地确定凸轮的基圆半径，使凸轮机构的尺寸不至过大。6-8.试设计一对心直动滚子推杆盘形凸轮机构的凸轮廓线，已知凸轮作顺时针方向旋转、推杆行程h=30mm，基圆半径040rmm,滚子半径r10rmm，凸轮各运动角为：0000oo12015015060SS、、、，推杆的运动规律可自选。解：由题意得：凸轮理论廓线基圆半径为40mm,实际半径为30mm.等速推程时，由公式0030120hs得：凸轮转角0/()0306090120推杆位移s/mm07.51522.530等加速等减速回程时，由公式等加速公式222002020220200260-15026030-=[150-(150(150)(150)hhshs（）和等减速公式（））]得：凸轮转角0/()150180210240270300-11-推杆位移s/mm3027.620.49.62.40故根据反转法画出下图：第七章7-1.对于定传动比的齿轮传动，其齿廓曲线应满足的条件是什么？解：由于相啮合的齿廓在接触点处的公法线与连心线交于固定点，故齿廓曲线上任意一点的法线与连心线都交于固定点。7-2.节圆与分度圆、啮合角与压力角有什么区别？解：分度圆是指定义齿轮标准模数（并且压力角为20°时）乘以齿数所求得的直径。以轮心为圆心，过节点所作的圆称为节圆。也就是说分度圆在齿轮确定时是确定不变的，节圆是只有两齿轮啮合时才存在，单个齿轮没有节圆，并且节圆是随着中心距变化而变化的。渐开线齿廓上某点的法线（压力线方向），与齿廓上该点速度方向线所夹的锐角称为压力角，渐开线齿廓上各点的压力角不等。啮合角是在一般情况下（不指明哪个圆上的啮合角，一般就是指分度圆上的压力角），两相啮合齿轮的端面齿廓在接触点处的公法线与两节圆在节点处公切线所夹的锐角。7-4.标准齿轮传动的实际中心距大于标准中心距时，下列参数：传动比、啮合角、分度圆半径、节圆半径、基圆半径、顶隙等中哪些发生变化？哪些不变？解：标准齿轮传动的实际中心距大于标准中心距时，由于a变大，节圆半径变大,112212r(≠r,r≠rr、r为标准节圆半径），传动比不发生变化，顶隙变大，啮合角也变大。分度圆半径与基圆半径与齿轮本身相关，故不会发生变化。7-8.模数和齿数相同的正变位齿轮与标准齿轮相比，下列参数d、db、p、s、e、ffdahhd、、、-12-中哪些参数变大了？哪些参数变小了？哪些参数没有变？解：变大的参数：fdahds、、、变小的参数：fh、e不变的参数：d、p、db7-11.现有一闭式直齿轮传动，已知输入功率111212P=4kn720/min,18,55,4,74,70wrzzmmmbmmbmm，输入转速，小齿轮材料为45钢，调质处理，齿面平均硬度为230HBS，大齿轮材料为ZG310-570，正火处理，齿面平均硬度为180HBS。齿轮双向转动，载荷有中等冲击，取K=1.6，齿轮相对轴承非对称布置。试校核该齿轮传动的强度。解：1.确定许用压力小齿轮的齿面平均硬度为230HBS。查表得：1230217513(545513)523.95255217HMPaMPa1230217301(315301)0.7214.05255217FMPaMPa大齿轮的齿面平均硬度为180HBS。查表得：22180163270(301270)285.5197163180163171(189171)0.7126197163HFMPaMPaMPaMPa