机械设计课后习题答案.doc

第一章 绪论
1-2 现代机械系统由哪些子系统组成，各子系统具有什么功能？
答：组成子系统及其功能如下：
（1） 驱动系统 其功能是向机械提供运动和动力。
（2） 传动系统 其功能是将驱动系统的动力变换并传递给执行机构系统。
（3） 执行系统 其功能是利用机械能来改变左右对象的性质、状态、形状或位置，或对作业对象进行检测、度量等，按预定规律运动，进行生产或达到其他预定要求。
（4） 控制和信息处理系统 其功能是控制驱动系统、传动系统、执行系统各部分协调有序地工作，并准确可靠地完成整个机械系统功能。
第二章 机械设计基础知识
2-2 什么是机械零件的失效？它主要表现在哪些方面？
答：（1）断裂失效 主要表现在零件在受拉、压、弯、剪、扭等外载荷作用时，由于某一危险截面的应力超过零件的强度极限发生的断裂，如螺栓的断裂、齿轮轮齿根部的折断等。
（2）变形失效 主要表现在作用在零件上的应力超过了材料的屈服极限，零件产生塑性变形。
（3）表面损伤失效 主要表现在零件表面的腐蚀、磨损和接触疲劳。
2-4 解释名词：静载荷、变载荷、名义载荷、计算载荷、静应力、变应力、接触应力。
答：静载荷 大小、位置、方向都不变或变化缓慢的载荷。
变载荷 大小、位置、方向随时间变化的载荷。
名义载荷 在理想的平稳工作条件下作用在零件上的载荷。
计算载荷 计算载荷就是载荷系数K和名义载荷的乘积。
静应力 不随时间变化或随时间变化很小的应力。
变应力 随时间变化的应力，可以由变载荷产生，也可由静载荷产生。
2-6 机械设计中常用材料选择的基本原则是什么？
答：机械中材料的选择是一个比较复杂的决策问题，其基本原则如下：
（1） 材料的使用性能应满足工作要求。使用性能包含以下几个方面：
① 力学性能
② 物理性能
③ 化学性能
（2） 材料的工艺性能应满足加工要求。具体考虑以下几点：
① 铸造性
② 可锻性
③ 焊接性
④ 热处理性
⑤ 切削加工性
（3） 力求零件生产的总成本最低。主要考虑以下因素：
① 材料的相对价格
② 国家的资源状况
③ 零件的总成本
2-8 润滑油和润滑脂的主要质量指标有哪几项？
答：衡量润滑油的主要指标有：粘度（动力粘度和运动粘度）、粘度指数、闪点和倾点等。
衡量润滑脂的指标是锥入度和滴度。

2-9 机械零件的工艺性应该从哪几方面考虑？
答：（1）毛坯选择合理 获取毛坯的方法不同，零件的结构也有区别。
（2）结构简单合理 零件的结构越复杂，制造越困难。
（3）制造精度及表面粗糙度规定适当
第三章 平面机构基本知识
3-3 机构具有确定运动的条件是什么？当机构的原动件数少于或多余机构的自由度时，机构的运动将发生什么情况？
答：为了使机构具有确定运动条件，机构自由度应大于零，且机构的原动件数目应等于机构的自由度数目，这就是机构具有确定运动的条件。
当机构的原动件数小于机构的自由度时，机构的运动不能确定。
当机构的原动件数大于机构的自由度时，机构不能产生运动，并将导致机构中的最薄弱环节的损坏。

3-7 指出下列机构运动简图中的复合铰链、局部自由度和虚约束，计算各机构的自由度。题3-7图（c）中B点为指教三角形ACD的中点。

（a） 推土机机构 （b）锯木机机构

（c）椭圆规机构 （d）冲压机构
解：（a）F=3n － 2PL － PH =3×5 －2×7 －0=1
（b）F=3n － 2PL － PH =3×8 － 2×11-1=1 A处有一局部自由度
（c）F=3n － 2PL － PH =3×3 － 2×4-0=1 AB为虚约束
（d）F=3n － 2PL － PH=3×9 － 2×12-2=1 A处有一局部自由度；
B为复合铰链 C、D其一为虚约束
3-8 求出图示机构的瞬心，以及构件1和构件3的角速度比ω1/ω3

解：

所以

第三章 平面连杆机构
4—1 什么是连杆机构的急回特性？它用什么表达？什么叫极位夹角？它与急回特性有什么关系？
答：在曲柄摇杆结构中，在原动件曲柄转动一周的过程中，曲柄与连杆共线，此时摇杆处于2个极限位置C1D和C2D.机构在2个极位时，原动件曲柄所处的2个位置所夹的锐角θ成为极位夹角。当曲柄以ω逆时针转过180°+θ时，摇杆从C1D位置摆到C2D。所花时间为t1 , 平均速度为V1；当曲柄以ω继续转过180°-θ时，摇杆从C2D,置摆到C1D，所花时间为t2 ,平均速度为V2 ，其中可知：t1 >t2 V2 > V1摇杆的这种特性称为急回运动。其中，极位夹角θ越大，急回特性越大！

4—2 什么叫四点？如何利用或避免死点位置？
答：摇杆为主动件，且连杆与曲柄两次共线时，有γ＝0，机构的这种传动角为零的位置成为死点位置。
避免方法：可以对从动件曲柄施加外力或利用飞轮及构件自身惯性的作用使得机构能够顺利通过死点。
利用场所：入飞机起落架结构。利用死点使得机构处于死点位置，从而使起落架不会反转，保证了降落更加安全可靠！
4—3 什么是连杆结构的压力角和传动角？研究传动角的意义是什么？
答：压力角是从动件驱动力F与力作用点绝对速度之间所夹锐。传动角是压力角的余角。因为传动角越大，机构的传力性能越好，所以研究传动角。
4—4 图示四杆结构，各杆长度为a=240mm，b=600mm，c=400mm，d=500mm，试问：
（1）当取杆4为机架时，是否有曲柄存在？
（2）若各杆长度不变，能否以选不同杆位机架的方法获得双曲柄和双摇杆机构?如何获得？
（3）若a，b，c三杆的长度不变，4位机架时，要获得双曲柄结构，d的取值范围是多大？
答：（1）用杆长条件判断看：最长杆和最短杆长度之和应小于后等于其余两杆长度之和，应使：a+b≤c+d，即240+600≤400+500，符合条件。而且，最短杆1为连架杆，故杆1为曲柄。
4—7 设计一偏置曲柄滑块机构，已知滑块的行程速比系数K=1.5，滑块的行程H=50mm，导路的偏距e=20mm，求曲柄AB和连杆BC的长度。
解：先求出极位夹角，在用作图法量取长度即可。
第五章 凸轮机构
5—1 从动件的常用规律有哪几种？他们各有什么特点？适用于什么场合？
答：从动件的运动规律，特点及其适用场合分别为：
⑴等速运动规律：在从动件运动开始和终了的瞬时，速度有突变，这时的加速度和惯性力在理论上达到无穷大。系统存在刚性冲击。故等速运动规律只适用于低速轻载的场合。
⑵等加速等减速运动规律：在从动件运动开始和终了的瞬时，加速度有突变，但是突变时有限的突变，所以存在柔性冲击。这种运动规律适用于中，低速的场合。
⑶简谐运动规律：存在柔性冲击，一般只适用于中速的场合。
⑷摆线运动规律：运动过程中理论上不存在冲击，故试用于高速传动。
⑸组合运动规律：可以根据运动要求自己组合，试用于所需场合。
5—2 在滚子直动从动件盘行凸轮结构中，若凸轮实际轮廓曲线保持不变，而增大或减小滚子半径，从动件运动规律是否会发生变化?
答：会。当滚子半径大于凸轮轮廓曲线的最小曲率半径时，从动件的运动规律会出现失真。
5—4 略！
第六章 齿轮传动
6—1 渐开线有哪些特征？渐开线齿廓为什么能满足齿轮齿廓啮合基本定律？
答：①发生线在基圆上滚过的长度等于基圆上被滚过的弧长，即 AB = BK;
② 渐开线上任意点的法线切于基圆 。
③ N点为渐开线在K点的曲率中心，NK是K点的曲率半径，因此渐开线上个点的曲率半径是不同的，K点离基圆越远，曲率半径越大，渐开线越平缓。
④ 渐开线的形状取决于基圆的大小，同一基圆上的渐开线形状一致，不同基圆上的渐开线形状不同。基圆越大，渐开线越平直，基圆半径为无穷大时，渐开线为直线。
⑤ 渐开线是从基圆开始向外展开的，故基圆内无渐开线。
⑥ 渐开线上个点的压力角不相等，离基圆越远，压力角越大。
渐开线有如下特征：①四线合一。②啮合线为一直线，啮合角为一定值。③中心距可分性。
所以满足齿轮轮廓啮合定理。
6—2 直齿圆柱齿轮有哪些基本参数？
答：齿数Z，模数m，压力角α，齿顶系数和顶隙系数。
6—3 分度圆与节圆、压力角和啮合角有何异同?什么情况下分度圆与节圆重合、压力角和啮合角相等？
答：分度圆是为了便于设计、制造、测量和互换，在齿顶圆和齿根圆之间，取一个圆作为计算齿轮各部分几何尺寸的基准。而节圆是在两齿轮啮合时候，过啮合点所做的两个相切的圆。
压力角是单个齿轮具有的几何参数，啮合角是一对齿轮啮合传动时才存在的参数。当标准安装时，啮合角等于压力角。
6—4 对齿轮为何要规定最少齿数？压力角α=20º时候的正常齿制直齿圆柱齿轮和斜齿圆柱齿轮的各等于多少？
答：因为齿数越少齿轮越容易发生根切，为避免根切，齿数必须大于或等于最少齿数。
压力角α=20º时，正常直齿圆柱齿轮的=17，斜齿圆柱齿轮为~~~~~~~~~~~
第七章 轮系
7—2 如图所示轮系中，已知各轮系齿数为=20,
解：由轮系分析可求传动比

轮5的半径为：
*40=70/9(mm/s)
由图分析可知，的方向为水平向右。
7—5 解：=== —1/6
带入n3=150，n1=50 得：
=450/7 的转向与轮1的转向一致
=== —1/6
带入n3=-150，n1=50 得
=150/7 的转向与轮1的转向一致

7-11 解：在该轮系中，齿轮1,，2组成定轴轮系，2＇，３，４，Ｈ１以及４＇，５，６，Ｈ２分别组成了周转轮系．齿轮２和2＇为双联轮系。
所以 ①
②
③
由①②③可得：
n1=—8 n4’=4
即
第八章 间歇运动机构
8—3 解：（1）τ=
（2）τ= 可得n=2
第九章 带传动与链传动
9—1 由于带的弹性和拉力差引起的带在带轮上的滑动称为带的弹性滑动，当传递的圆周力超过该极限值时，带就在轮上打滑。
区别：弹性滑动是带传动的固有特性，只要主动轮驱动，紧边和松边就产生拉力差，弹性滑动是不可避免的。而打滑是过载引起的全面滑动，是可以避免的。
9—2 解 ∵
∴ 圆周力=1000N
又∵ F1+F2=2F0=2400N
且
∴ 紧边拉力F1=698.6N
松边拉力F2=1701.1N
9—6 当链节数为偶数时，链条链接成环形时正好是外链板相接，接头处可以用开口销和弹簧夹来锁住活动的销轴；当链节数位奇数时，则需要采用过渡链节。链条受力后，过渡链节除了受拉力外，还承受附加的弯矩。所以应该避免技术链节。
为了避免跳齿和脱链现象，大链轮齿数不宜过多，一般应使Z2≤114,由于链节数一般为偶数，为使磨损均匀，链轮齿数最好为奇数，且链轮齿数与链节数二者之间尽可能互质。
第十章 机械平衡及周期性速度波动调节

10-1何为转子静平衡、动平衡？经过动平衡计算的转子还要进行静平衡计算吗？
答：对于存在静不平衡的转子，可在转子上增加或除去一部分质量，使其质心和回转轴轴心重合，即可使转子的惯性力得以平衡称为静平衡。对于存在静不平衡现象的转子，要求起回转时偏心质量产生的惯性力和惯性力偶同时得以平衡，称为动平衡。
不需要进行静平衡计算。

10-2机械速度的波动有哪几种形式,应如何调节？
答：机械速度的波动有周期性速度波动和非周期性速度波动两种形式，前者应采用在机械上安装一个转动惯量很大的的飞轮进行调节，而后者应采用调速器进行调节。

10-3飞轮为什么可以调速？
答：安装飞轮的实质就是增加机械系统的转动惯量，飞轮在系统中的作用相当于一个容量很多的储能器，当系统出现盈功时，它将多余的能量以动能的形式储存起来并使系统转速升高的幅度减小；反之当系统出现亏功时，它将储存的能量释放出来以弥补能量的不足并使系统运转速度的下降幅度减小，这样就可以获得调速的功效。

11-1螺纹的主要类型有那几种?说明他们的特点和用途。
答：螺纹按其母体形状分为圆柱螺纹和圆锥螺纹；按其在母体所处位置分为外螺纹、内螺纹，按其截面形状（牙型）分为三角形螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹及其他特殊形状螺纹，三角形螺纹主要用于联接，矩形、梯形和锯齿形螺纹主要用于传动；按螺旋线方向分为左旋螺纹和右旋螺纹，一般用右旋螺纹；按螺旋线的数量分为单线螺纹、双线螺纹及多线螺纹；联接用的多为单线，传动用的采用双线或多线；按牙的大小分为粗牙螺纹和细牙螺纹等，按使用场合和功能不同，可分为紧固螺纹、管螺纹、传动螺纹、专用螺纹等.

11-2在螺纹连接中,为什么要采用防松装置？

答：通常在静载和温度不大时,普通螺纹连接能够满足自锁条件,不会自动松脱，但是，在冲击、振动或温度变化较大时，会使预紧力减少而引起连接松动。所以，螺纹连接还要采取防松措施，防松的目的在于防止螺纹副相对转动。

12-1说明下列型号的轴承的类型、尺寸系列、结构特点、公差等级及其使用场合：62203、6406/p2、N209/p4、7312AC/p6、3323113/p5
答：
型号
类型
宽度系列
直径系列
轴承内径
公差等级
62203
深沟球轴承
2系列
2系列
17mm

6406/p2
深沟球轴承
0系列
4系列
30mm
2级
N209/p4
圆柱滚子轴承
0系列
2系列
45mm
4级
7312AC/p6
角接触球轴承
0系列
3系列
60mm
6级

12-2轴承寿命是的指轴承的一个套圈或滚动体材料上出现第一个疲劳扩展迹象之前，轴承的一个套圈相对另一个套圈旋转的转数。对于单个滚动轴承或一组在相同条件下运转的型号相同的轴承，其可靠度为90%时的寿命称为基本额定寿命。滚动轴承的基本额定动载荷是在向心轴承只承受径向载荷，推力轴承只承受中心轴向载荷的特定条件下确定的。滚动轴承的基本额定动载荷就是使轴承基本额定寿命为100万转时，轴承所承受的载荷值。当量动载荷是指：当作用在轴上的实际载荷既有径向载荷，又有轴向载荷时，将实际的载荷换算成与额定动载荷的载荷条件相一致的载荷。

13-1轴瓦材料应具有①摩擦因数小，有良好的耐磨性，耐腐蚀性，抗胶合能力强 ②热膨胀系数小，有良好的导热性 ③有足够的机械强度和可塑性。常用的轴瓦材料是：青铜和铸铁等。

13-2由于滑动轴承对润滑条件要求高，所以常开设油孔及油槽，且油孔及油槽一般设在轴瓦内壁上不承受载荷的表面上。

14-1心轴：又可分为固定心轴，如自行车的前后轴和转动的心轴（工作时轴转动）两种。
传动轴：如汽车的传动轴
转轴： 如加速器的轴

14-2轴的结构设计的目的是为了便于装备，减少加工所用的时间，提高生产效率。主要要求有：①合理布置轴上的零件 ②改进轴上零件的结构③减小轴的应力集中

15-1联轴器能在机器停车时将两轴连上成折开，有时兼有过载保护作用。离合器能在机器停车时接合或分离两轴，有时有过载保护作用。制动器是用来降低机械运转速度或迫使机械停止运转的装置，是保护机器安全正常工作的重要部件。

15-2齿式联轴器能补偿综合位移的原因是：其外齿的齿顶制成椭圆形，且满足与内齿啮合后齿间留有适当的间隙和侧隙。

15-4 制动器通常安装在传动系统的高速轴上，而安全制动器则通常安装在低速轴上。