机械设计基础-习题解答

《机械设计基础》习题解答机械工程学院-1-目录第0章绪论-------------------------------------------------------------------1第一章平面机构运动简图及其自由度----------------------------------2第二章平面连杆机构---------------------------------------------------------4第三章凸轮机构-------------------------------------------------------------6第四章齿轮机构------------------------------------------------------------8第五章轮系及其设计------------------------------------------------------19第六章间歇运动机构------------------------------------------------------26第七章机械的调速与平衡------------------------------------------------29第八章带传动---------------------------------------------------------------34第九章链传动---------------------------------------------------------------38第十章联接------------------------------------------------------------------42第十一章轴------------------------------------------------------------------46第十二章滚动轴承---------------------------------------------------------50第十三章滑动轴承--------------------------------------------------------56第十四章联轴器和离合器-------------------------------59第十五章弹簧------------------------------------------62第十六章机械传动系统的设计----------------------------65-2-第0章绪论0-1机器的特征是什么？机器和机构有何区别？[解]1）都是许多人为实物的组合；2）实物之间具有确定的相对运动；3）能完成有用的机械功能或转换机械能。0-2构件和零件的区别是什么？指出缝纫机的通用和专用零件。[解]构件是运动的基本单元，而零件是制造的基本单元。缝纫机上的通用零件有：螺丝、螺母、齿轮等，专用零件有：曲轴、凸轮、飞轮、脚踏板等。0-3机械零件常用的材料有哪几类？[解]有钢、铸铁、有色金属、非金属材料等。0-4机械零件的主要计算准则有哪些？[解]有强度准则、刚度准则、寿命准则和振动稳定性准则。0-5机械零件结构工艺性的基本要求有哪些？[解]1）选择合理的毛坯；2）结构简单、便于加工；3）便于装折和维修。0-6为什么在设计机械时要尽量采用标准零件？[解]使用标准零件，可以简化设计工作，可以有效地组织现代化生产，提高产品质量，降低成本，提高劳动生产率。-3-第一章平面机构运动简图及其自由度1-1一个在平面内自由远东的构件有多少个自由度？[解]有3个自由度。1-2在平面内运动副所产生的约束数与自由度有何关系？[解]约束数+自由度=31-3如何判别有构件和运动副组成的系统是否具有确定的相对运动？[解]自由度数=原动件数系统无确定的相对运动自由度数原动件数系统有确定的相对运动1-4在计算机构的自由度时应注意哪几个问题？[解]复合铰链、局部自由度和虚约束。1-5绘制机构运动简图时，用什么来表示机构和运动副？[解]用简单的线条和符号表示构件和运动副。1-6绘制图1-15所示的机构运动简图，并计算其自由度。[解])340F=33-24=1b)451F=34-251=1c)340F=33-24=1d)340F=33-24=1LHLHLHLHanPPnPPnPPnPP，，，，，，，，1-7试计算下列图示机构的自由度，并指出机构中存在的复合铰链，局部自由度或虚约束。-4-[解])5,7,0F=35-27=1b)5,7,0()F=35-27=1c)5,7,0F=35-27=1d)5,7,0()F=35-27=1e)4,5,1()F=34-251=1f)4,5,1()LHLHLHLHLHLHanPPnPPcnPPnPPcnPPFnPPc处为复合铰链处为复合铰链处为虚约束处为复合铰链F=33-232=1g)3,3,2(22)F=33-232=1LHnPP、为虚约束-5-第二章平面连杆机构2-1铰链四杆机构的基本形式有几种？[解]有曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构三种。2-2四杆机构的行程速比系数与极位夹角的关系如何确定？[解]11801KK2-3在铰链四杆机构中，a=60mm,b=150mm,c=120mm,d=100mm。分别把构件a、b、c、d作为机架，所对应的为何种类型的机构？[解]曲柄存在的条件60+150120+100A为机架，是双曲柄机构；b、d为机架，是曲柄摇杆机构；c为机架，是双摇杆机构。2-4在曲柄摇杆机构中，如何确定最小传动角？[解]曲柄与机架共线时连杆与摇杆之间的夹角，两位置中夹角较下的为最小传动角。2-5四杆铰链机构的演化方式主要有哪几种？[解]有改变机构的形状和相对尺寸、扩大转动副尺寸、选用不同的构件为机架三种。2-6已知一曲柄摇杆机构的摇杆长度l3=150mm,摆角45，行程速比系数k=1.25，试确定曲柄、连杆和机架的长度l1l2和l4。[解]-6-11.251180201.25138656()15712mmmmmmmmABmmBCABMM21212取，按书上的作图方法作图，该题为无穷多组解，取两固定铰链在水平直线上。由图得AC，AC。则ACAC，AClAB=AB1=45mmLBC=BC1=213mmlAD=AD1=165mm2-7已知一曲柄滑块机构的滑块行程H=60mm，偏距e=20mm，行程速比系数K=1.4。试确定曲柄和连杆的长度l1和l2。[解]1.41180301.41取11mmmm作图，由图上量得8228mmmm21AC，AC。解之得lAB=27mm，lBC=55mm2-8已知一导杆机构的固定件长度l4=1000mm，行程速比系数k=1.5，试确定曲柄长度和导杆摆角。[解]导杆的摆角1.251180361.251由解析法得曲柄长度1000sin18309ABlmm2-9已知一曲柄摇杆机构，摇杆与机架之间的夹角分别为1245,90,固定件长度l4=300mm摇杆长度l3=200mm，试确定曲柄和连杆的长度l1和l2。[解]取5mm/mm作图，得l1=72.5mm，l2=287.7mm。-7-第三章凸轮机构3-1从动件的常用运动规律有哪种？各适用在什么场合？[解]1)等速运动规律，使用于低速、轻载的场合；2）等加速等减速运动规律，适用于中速、轻载的场合；3）余弦加速度运动规律（简谐运动规律），适用于中、低速；4）正弦加速度运动规律，适用于高速。3-2凸轮机构的常用类型有几种？选择凸轮的类型时应该考虑哪些因素？[解]按凸轮的形状分：盘形凸轮、移动凸轮和圆柱凸轮；按从动件形状来分：尖端从动件、滚子从动件和平底从动件；按凸轮与从动件锁合形式分：力锁合和几何锁合。选择凸轮时，应考虑凸轮和从动件的相对运动形式从动件的运动形式等。3-3图解法设计凸轮时，采用了什么原理？简单叙述此原理的主要内容。[解]才用反转原理，即给整个机构加上一个反向转动，各构件之间的相对运动并不改变，根据这一原理，设想给整个凸轮机构加上一反向转动（即加上一个凸轮角速度转向相反、数值相等绕凸轮回转中心0的角速度（-）的转动），则凸轮处于相对静止状态，从动件一方面随机架以角速度（-）绕0点转动，另一方面又按给定的运动规律作往复移动或摆动。3-4何谓凸轮的运动失真？滚子从动件盘形凸轮机构运动时针时，应如何-8-解决？[解]在凸轮设计中，由于实际轮廓出现交叉现象某加工时交叉的部分被切去，使得从动件不能实现预期的运动规律称为运动失真。滚子从动件运动失真是由于rkmin。实际时要避免时针，必须使rkmin。3-5试用作图法设计一对心尖顶直动草丛洞见行程凸轮机构的凸轮轮廓曲线。已知凸轮一等角速顺时针方向转动，从动件行程h=40mm，凸轮的基圆半径r0=50mm，从动件运动规律为：1234135,30,120,75。从动件在推程以余弦加速度运动规律（简谐运动）上升，在回程以等加速和等减速运动规律返回。3-6在上题中1）如果采用一对心滚子从动件，其滚子半径rk=10mm，其它条件与上相同。试设计此凸轮轮廓曲线。2）：如果采用偏置方式，凸轮轴心偏向从动件轴线的右侧，其它条件相同，试设计此凸轮的轮廓曲线。3-7试用作图法设计一摆动滚子从动件盘形凸轮机构的轮廓曲线。已知凸轮等角速顺时针方向回转，基圆半径r0=70mm，中心距a=160mm，摆杆长度l=100mm，滚子半径rk=10mm，从动件的运动规律为：。冲动件在推程和回程均以正弦加速度运动规律运动。（以上三题见教材上的作图方法）-9-第四章齿轮机构4-1为什么要规定模数的标准系列？在直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮，蜗杆蜗轮和直齿圆锥齿轮上何处的模数是标准值？[解]为了设计、制造、检验和使用的方便。直齿轮端面模数是标准值；斜齿法面模数是标准值；蜗杆蜗轮中间平面上的模数是标准值；圆锥齿轮大端的模数是标准值。4-2渐开线直齿圆柱齿轮的基本参数有哪几个？那些是标准的，其标准值是否相同？为什么这些参数称为基本参数？[解]基本参数：齿数z、模数m、压力角、齿顶高系数*ah和顶隙系数*c。其中后四个是标准的，标准值不相同。4-3分度圆与节圆有什么区别？在什么情况下节圆与分度圆重合？[解]分度圆是齿轮上具有标准压力角的圆。节圆是过节点所作的两个相切的圆。标准安装时节圆与分度圆重合。4-4渐开线的形状取决于什么？若两个齿轮的模数和齿数分别相等，但压力角不同，他们齿数不同，他们齿廓渐开线形状是否相同？一对相啮合的两个齿轮，若它们的齿数不同，他们齿廓的渐开线形状是否相同？[解]取决于基圆的大小。不同。不同。4-5何谓齿廓的根切现象？产生根切的原因是什么？是否基圆愈小愈容易发生根切？根切有什么危害？如何避免根切？[解]齿轮齿根的渐开线齿廓被切去的现象为根切现象。原因是展成法加工时，刀具的齿顶线或齿顶圆与啮合线的焦点超过了被切极-10-限点N。不是。根切使刀具的齿顶线或齿顶圆与捏合线的焦点不超过极限点N可避免根切。4-6平行轴斜齿圆柱齿轮机构、蜗杆蜗轮机构和直齿圆锥齿轮机构的正确啮合条件与直齿圆柱机构的正确啮合条件相比较有何异同？[解]平行轴斜齿轮是法面（或端面）的模数和压力角相等，且12；蜗杆蜗轮是中间面上模数和压力角相等且为标准值，且1290；直齿圆锥齿轮是大端的模数和压力角相等且为标准值。4-7何谓平行轴斜齿圆柱齿轮和直齿圆锥齿轮当量齿数？当量齿数有什么用途？[解]斜齿圆柱齿轮量齿数：3cosvzz；圆锥齿轮当量齿数：cosvzz。当量齿数用于齿轮加工、强度计算、变位系数的选择等处。4-8齿轮传动常见的失效形式有哪些？各种失效形式常在何种情况下发生？试对工程实际中见到的齿轮