工业设计工程基础补充习题.docx
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工业设计工程基础补充习题
第1章思考题
1—1何为运动副？
运动副是如何分类的？
1—2机构运动简图有何用处？
它能表示机构的哪些方面的特征？
1—3试述绘制机构运动简图的基本步骤，并对周围所见机械选择1~2例作出运动简图。
1—4机构具有确定运动条件是什么？
当机构的原动件数目少于或多于机构的自由度时，机构的运动将发生什么情况？
1—1如图1—18所示为一具有急回作用的冲床。
图中绕固定轴心A转动的菱形盘1为原动件，其与滑块2在B点铰接，通过滑块2推动拨叉3,拨叉3与圆盘4为同一构件，当圆盘4转动时，通过连杆5使冲头6实现冲压运动，试绘制其机构运动简图，并计算自由度。
1
—2试绘制如图1—19所示的液压泵机构的运动简图，并计算其自由度。
1—3试计算如图1—20所示各机构的自由度，并指出所有的复合铰链、局部自由度或虚约束。
同时判断它们是否有确定的运动。
图1—20题1—3图
1—4如图1—21所示为一简易冲床的初步设计方案。
设计者的意图是通过齿轮1带动凸轮2
旋转，经过摆杆3带动导杆4来实现冲头上下冲压的动作。
试分析此方案有无结构组成原理的错误。
若有，应如何修改。
图1—21
第2章思考题与习题
2—1什么是瞬心？
瞬心在机构的速度分析中有什么作用？
2—2速度多边形有哪些特性？
2—3试求如图2—8所示的各机构在图示位置的全部瞬心。
3
AA
如图2—9所示的四杆机构中,
Iab=60mm，Icd=90mm，Iad=|bc=120mm，血=10rad/s，试用瞬心法求:
（1）当尸165。
时点C的速度v；
（2）当v=0。
时，$的值（有两个解）。
2
1以等角速度°逆时针方向转动,
—5如图2—10所示的机构，设已知构件的尺寸，原动件
试以图解法求机构在图示位置时构件3上C点的速度。
第3章思考题与习题
3—1在铰链四杆机构中转动副作整周转动的条件是什么？
4—2在曲柄摇杆机构中，当以曲柄为原动件时，机构是否一定存在急回特性，且一定无死点?
为什么?
3—3在四杆机构中极位和死点有何异同?
3—4平面四杆机构有哪几种基本型式？
何谓曲柄？
何谓摇杆？
何谓连杆?
3—5何谓连杆机构的死点？
试举出避免死点和利用死点的例子。
3—6何谓传动中的极位夹角，它与行程速比系数有什么关系？
（1）当取杆4为机架时，该机构的极位夹角9杆3的
还是摆转副;
试用作图法画出:
（2）当滑块为原动件时机构的死点位置。
3—5如图3—31所示为一缝纫机踏板机构，已知|ad=350mm，Icd=仃5mm，要求踏板在水
平位置上下各150范围内摆动，用作图法求曲柄AB和连杆BC的长度。
3—6试用图解法设计一偏置曲柄滑块机构。
已知行程速比系数K=1.4,滑块行程
H=50mm，偏距e=10mm。
3—7试用图解法设计一摆动导杆机构。
已知行程速比系数K=2，机架长为60mm。
第4章思考题与习题
4—1凸轮机构主要用于哪些场合？
试举例说明。
4—2凸轮机构由哪些构件组成？
与平面连杆机构相比有何特点？
4—3凸轮机构有哪些分类方法？
有哪些锁合方式？
4—4凸轮机构常用的运动规律有哪些？
各有什么特点？
4—5在凸轮机构设计中如何理解“反转法“原理？
在图解法设计时应注意哪些问题？
4—6与图解法相比，用解析法设计凸轮轮廓有哪些特点？
4—7设计凸轮轮廓应注意哪些问题？
5—8什么是凸轮机构的压力角？
与传力性能的关系如何？
4—9试思考基圆半径与凸轮机构结构紧凑性和压力角大小之间的关系，如何选择？
4—10如图4—22所示为滚子式对心直动从动件盘形凸轮机构。
已知：
圆盘半径R30mm
偏心距e10mm滚子半径rT10mm试确定凸轮的基圆半径；标出图示位置机构的压力角、凸轮的推程运动角t；并确定从动件的升程h。
■Ii
图4—22思考题4—10图
习题
4—1如图4—23所示的偏置式直动从动件盘形凸轮机构，AB段为凸轮的推程轮廓线，请分别
在图上标出：
从动件的升程h，推程运动角t、远休止角S、回程运动角h、近休止角S，偏距
e，画出偏距圆和基圆。
图4—23习题4—1图
4—2有一尖顶式对心直动从动件盘形凸轮，其向径的变化如下表所示，试画出其位移线图，
指出基圆半径；并根据位移线图，判断从动件的运动规律。
凸轮转0°300600900120°1501800210°240°270°300°330°360°
角
向径/mm
30
35
40
45
50
55
60
55
50
45
40
35
30
4—3设计一尖顶式对心直动盘形凸轮机构。
已知凸轮逆时针等速回转，升程为h32mm基
圆半径mm推程运动角，按余弦加速度运动规律；远休止角；回程运动40br
150t30s
角o，按等加速等减速规律运动；近休止角’。
120h
60s
（1）试用图解法设计凸轮轮廓曲线。
（2）找出最大压力角的位置，量取最大压力角，并判断是否满足o?
>0max
（3）当改尖顶式为滚子式，滚子半径rT10mm试绘制凸轮的实际轮廓。
4—4设计一滚子式偏置直动从动件盘形凸轮机构。
已知凸轮以等角速度顺时针方向回转，偏
距e10mm基圆半径rb40mm从动件的行程h30mm滚子半径rT10mm推程运动角
t150°，按等加速等减速规律运动上升，远休止角s30°；回程运动角h120o，按等速
规律运动，近休止角’°。
试问：
（1）要使推程的压力角较小，应如何偏置为宜？
（2）用图60s
解法或解析法设计此凸轮的轮廓。
第5章思考题与习题
5—1什么叫间歇运动机构？
常用的间歇运动机构有哪几种？
各有何运动特性？
5—2棘轮机构中调节从动棘轮转角大小的方法有哪几种？
5—3对外啮合槽轮机构，决定槽轮每次转动角度的是什么参数？
主动拨盘转动一周，决定从动槽轮运动次数的是什么参数？
第6章思考题与习题
6—1键联接有哪些类型？
它们是怎样工作的？
6—2园头、平头及单园头普通平键分别用于什么场合？
各自的键槽是怎样加工的?
6—3平键联接的主要失效形式是什么？
6-4装配楔键时都是打入的吗？
试述几种楔键的装配方法？
6—5花键联接的优缺点是什么？
6-6销联接都有哪些类型？
其功能有哪些？
6—7螺纹有哪些类型？
试说明常用螺纹的主要特点和用途？
6—7螺纹主要参数有哪些？
螺距和导程的区别在那里？
6—8螺纹螺距的基本类型有哪些？
各有何特点？
适用于什么场合？
6—9螺纹螺距防松的基本原理有哪些？
列举出几种常用的防松措施。
6—1一减速器的输出轴与铸钢齿轮拟用平键联接。
已知配合直径d=65mm齿轮轮毂长
Li=70mm传递的转矩T=900Nm,载荷有轻微冲击。
试选择合适的平键。
6—2图6—38所示为起重吊钩，要吊起重力F=10000N的工作载荷，吊钩螺杆材料为45
钢（其许用应力[d]=100Mpa），试确定吊钩螺杆的螺纹直径。
6—3图6—39所示一受横向载荷作用的普通紧螺栓组联接（被联接件为钢件），4个普通螺栓传递载荷F2kN，联接接合面摩擦因数f=0.15，可靠性系数Kf1.2。
试设计此联接？
（设螺
栓材料的许用应力[d]=100Mpa）
6—4请指出图6—40所示结构的错误或设计不合理的地方，并改正。
图6—40题6—4图
第7章思考题与习题
7—1对齿轮传动的基本要求是什么？
如何满足该要求？
7—2渐开线有哪些性质？
7—3渐开线齿廓啮合有哪些特性？
7—4基圆是否一定比齿根圆小？
压力角a=20。
、齿顶高系数ha*=1的直齿圆柱齿轮，其齿数
在什么范围时，基圆比齿根圆大？
7—5一对标准直齿圆柱齿轮的正确啮合条件是什么？
连续传动的条件是什么？
7—6当一对齿轮安装后的实际中心距大于标准中心距时，齿轮下列参数哪些不变？
哪些变化？
如何变？
分度圆r、节圆小、压力角a、啮合角％和传动比ii2
7—7规定标准模数m和压力角a的意义是什么？
7—8什么是变位齿轮？
与相应标准齿轮相比其参数、齿形及几何尺寸有何变化？
7—9与直齿圆柱齿轮相比斜齿圆柱齿轮有什么特点？
用在何种场合？
7—10斜齿圆柱齿轮哪个面上的参数为标准参数？
斜齿轮的当量齿数有何用处？
求出的当量齿数是否需要圆整？
7—11标准直齿锥齿轮，何处的参数为标准参数？
7—12齿轮精度主要有哪几项要求？
下列机器中的齿轮，对精度要求有何不同？
数控机床进给传动齿轮；汽车变速器传动齿轮；桥式起重机天车行走传动齿轮。
7—13为什么齿轮的材料要求齿面硬、齿芯韧？
7—14一对直齿圆柱齿轮传动，两轮的材料和热处理方法已定，传动比不变，在满足下列条件下，如何调整齿轮的参数和几何尺寸？
（1）主要提高齿面接触强度，不降低齿根抗弯强度。
（2）主要提高齿根抗弯强度，基本上不增加结构尺寸。
7—15齿宽系数收的大小对传动有何影响？
7—16斜齿圆柱齿轮在下述情况时轴向力的方向：
（1）主动齿轮，顺时针转动，左旋。
（2）从动齿轮，逆时针转动，左旋。
（3）主动齿轮，顺时针转动，左旋。
7—17当齿轮分度圆直径d=60mm,模数为m=3mm,轴径为35mm时，应采用哪种齿轮结构？
当齿轮分度圆直径d=510mm时，应采用哪种齿轮结构？
7—18一对圆柱齿轮传动，两齿轮的材料与热处理情况均相同，试问两齿轮在啮合处的接触力是否相等？
其许用接触应力是否相等？
其接触强度是否相等？
两齿轮在齿根处的弯曲应力是否相等？
其许用弯曲应力是否相等？
其抗弯强度是否相等？
7—19降低齿轮最大接触应力的最有效措施是什么？
降低齿轮最大弯曲应力的最有效措施是什
么？
习题
7—1已知一正常齿制标准渐开线直齿圆柱外齿轮，m=4mm,Z=50,试求齿廓在分度圆上的曲
率半径，以及渐开线齿廓在齿顶圆、齿根圆上的压力角。
7—2有一对正常齿制的外啮合直齿圆柱齿轮机构，实测两轮轴孔中心距a=112.5mm,小齿轮
齿数乙=38,齿顶圆da1=100mm,试配一大齿轮，确定大齿轮的齿数Z2、模数m及其主要几何尺寸。
7—3已知一对正确安装的直齿外圆柱齿轮，采用正常齿制，m=3.5mm,齿数
Zi=21,Z2=64,求传动比，分度圆直径，节圆直径，齿顶圆直径，齿根圆直径，基圆直径，中心
距，齿距，齿厚和齿槽宽。
已知一对正常齿制的标准直齿圆柱外齿轮，m=10mm,Zi=17，Z2=22,中心距
a=i95mm,要求：
（1）绘制两轮的齿顶圆、分度圆、节圆、齿根圆、和基圆；
（2）作出理论啮合线、实际啮合线和啮合角；
（3）检查是否满足传动连续条件。
7—5某变速箱中，原设计一对直齿轮，其参数为m=2.5mm，Zi=15,Z2=38，由于两轮轴中心距为70mm，试改变设计，以适应轴孔中心距。
提示：
（1）调整齿数，或⑵米用斜齿轮。
7—6已知一对正常齿制渐开线标准直齿锥齿轮，轴交角刀=90°，齿数
Z1=17，Z2=43，模数m=3mm，试求
（1）两轮分度圆锥角、分度圆直径、齿顶圆直径、齿根圆直径、锥距、齿顶圆锥角、齿根圆锥角；
（2）两轮当量齿数。
7—7有两对闭式直齿圆柱齿轮传动，已知材料相同，工况相同。
齿轮对I:
乙=18，Z2=41，m=4mm，b=50mm；齿轮对n：
Z1=36，Z2=82，m=2mm，b=50mm。
分别按接触强度和抗弯强度求两对齿轮传动所能传递的转矩比值。
7—8如图a所示，一对直齿锥齿轮、一对斜齿圆柱齿轮减速器，主动轴转向如图所示，锥齿轮模数m=5mm，齿宽b=50mm，齿数Z1=20，Z2=60，斜齿圆柱齿轮模数mn=6mm，齿数
Z仁20,Z2=80O
求：
（1）当斜齿轮螺旋角旋相如何、角度多大时，中间轴上的轴向力才能恰好为零？
（2）在图b上标出中间轴上两齿轮的受力方向。
图7—60题7—8图
7-9设两级斜齿圆柱齿轮减速器的已知条件如图所示。
求：
（1）低速级斜齿轮的螺旋线方向应如何选择才能使中间轴轴向力最小?
图7—61题7—9图
7—10设计一电动机驱动的闭式直齿圆柱齿轮传动。
要求材料热处理后硬度V350HBW。
已知:
小齿轮传递功率p=7.5kW，转速门仁1440r/min，Z1=26，Z2=52，齿轮在轴承间相对轴承不对称布置，载荷平衡，单向运转，使用寿命为8年，单班制。
画出大齿轮结构草图。
7—11设计一单级减速器中的斜齿圆柱齿轮传动。
已知：
转速n1=1460r/min，传递功率
P=10kW，传动比i12=3.5，齿数Z仁25，电动机驱动，单向运转，载荷有中等冲击，使用寿命为10年，两班制工作，齿轮在轴承间对称布置。
第8章思考题与习题
8—1与齿轮传动相比，蜗杆传动有哪些优点？
8—2按照蜗杆形状的不同，蜗杆传动可分为哪几种类型？
为什么按蜗杆而不是按蜗轮形状分
类？
8—3为了提高蜗轮转速，能否改用相同分度圆直径、相同模数的双头蜗杆，来替代单头蜗杆
与原来的蜗轮啮合？
为什么？
8—4蜗杆传动比能否写成id2d1的形式？
8—5分析影响蜗杆传动啮合效率的几何因素有哪些？
8—6对于反向自锁的蜗杆传动，其蜗杆的蜗杆导程角与当量摩擦角v应满足什么关系？
8—7蜗杆传动的强度计算中，为什么只需计算蜗轮轮齿的强度？
8—8锡青铜和铝铁青铜的许用接触应力[h]在意义上和取值上各有何不同？
为什么？
8—9为什么对连续传动的闭式蜗杆传动必须进行热平衡计算？
可采用哪些措施来改善散热条
件？
习题
8—
1标出图8—15中末注明的蜗杆或蜗轮的转动方向及螺旋线方向，绘出蜗杆和蜗轮在啮合点处的各个分力。
（a）（b）
（c）（d）
图8—15习题8—I图
8—2在图8—16所示的蜗杆传动中，蜗杆右旋、主动。
为了让轴B上的蜗轮、蜗杆上的轴向力能相互抵消一部分，请确定蜗杆3的螺旋线方向及蜗轮4的回转方向，并确定轴B上蜗杆、蜗轮所受各力的作用位置及方向。
图8—16习题8—2图
向，为使中间轴上的轴向力互相抵消一部分，在图中画出:
（1）蜗杆、蜗轮的转向及螺旋线方向;
（2）各轮所受轴向力方向。
图8—17习题8—3图
8—4图8—18所示为一手动绞车，采用了蜗杆传动装置。
已知蜗杆模数
m=10mm，蜗杆分
度圆直径d1=90mm，齿数乙=丨，Z2=50,卷筒直径D=300mm，重物W=1500N，当量摩擦系
数fv=0.15，人手推力F=120N时，求:
（1）欲使重物上升1m，手柄应转多少转？
并在图上画出重物上升时的手柄转向;
（2）计算蜗杆的分度圆柱导程角，当量摩擦角V，并判断能否自锁；
（3）计算蜗杆传动效率；
（4）
计算所需手柄长度I。
图8—18习题8—4图
8—5有一阿基米德蜗杆蜗轮机构，已知m=8mm,zi=1,q=10,=20°,
ha*=1,c*=0.2,z2=48。
试求该机构的主要尺寸。
8—6已知一蜗杆减速器，m=5mm,z1=2,q=10,z2=60,蜗杆材料为40Cr，高频淬火，表面磨光，蜗轮材料为zCuSn10P1，砂型铸造，蜗轮转速n2=24r/min，预计使用12000小时，试求该蜗杆减速器允许传递的最大扭矩T2和输入功率P1。
8—7设计一带式运输机用闭式普通蜗杆减速器传动。
已知：
输入功率P1=4.5kW，蜗杆转速
n1=1460r/min，传动比i=23,有轻微冲击，预期使用寿命10年，每年工作300天，每天工作8小时（要求绘制蜗杆或蜗轮零件图）。
第9章思考题与习题
9—1什么叫平面齿轮系、空间齿轮系？
9—2惰轮在齿轮系中所起的作用是什么？
9—3什么叫周转齿轮系？
如何进行分类？
9—4计算周转齿轮系传动比的方法——转化机构法的理论根据是什么？
9—5周转齿轮系的传动比计算，为什么要用转化机构法？
怎样确定转化机构传动比的正负号
9—6计算组合周转齿轮系传动比的步骤有哪些？
其中的关键步骤是什么？
9—7齿轮系的功用主要有哪些？
9—8选用减速器时需要考虑哪些方面的内容？
9—1如图9—28所示为一手摇提升装置，其中各轮齿数均为已知，试求传动比i15，并指出
当提升重物时手柄的转向。
图9—28习题9—1图
9—2图9—29所示为一滚齿机工作台的传动机构，工作台与蜗轮5相固联。
已知
Z-i=Z1=20,Z2=35,Z4=1（右旋），Z5=40,滚刀z6=1（左旋），乙=28。
若要加工一个
Z5=64的齿轮，试求挂轮组各轮的齿数z和Z。
图9—29习题9—2图
9—3在图9—30所示的齿轮系中，已知Z1=20,Z2=30,z=18,z=68。
齿轮1的转速n1=150r/min，试求行星架H的转速nH的大小和方向。
图9—30习题9—3图
9—4在图9—31所示齿轮系中，已知z1=60,z2=15,z3=18，各轮均为标准齿轮，且模
数相同。
试求za并计算传动比iiH的大小及行星架H的转向。
9—5图9—32所示齿轮系中，已知z1=Z4=40,Z2=Z5=30,z=Z6=100，齿轮1的转
速n1=100r/min，试求行星架H的转速nH的大小和方向。
图9—32习题9—5图
在图9—33所示的双级行星齿轮减速器中，各齿轮的齿数为
Z1=Z6=20,Z2=Z5=10,Z3=Z4=40,试求:
1）固定齿轮4时的传动比i1H2；
2）固定齿轮3时的传动比i1H2。
图9—33习题9—6图
9—7在图9—34所示的双螺旋桨飞机的减速器中，已知zi=26,z2=Z2=20,z4=30,
Z5=z5=18,齿轮1的转速m=i5000r/min，试求螺旋桨P和Q的转速nP、nQ的大小和方向。
为0.7m，当车行1km时表上的指针刚好回转一周，试求齿轮2的齿数Z。
Z1=6,Z2=Z2=25,
图9—35习题9—8图
9—9在图9—36所示的三爪电动卡盘的传动齿轮系中，各轮齿数为
Z3=57,z4=56，求传动比i14。
图9—37习题9—10图
9—11在图9—38所示的齿轮系中，已知各轮的齿数分别为z1=1（右旋），Z2=99,z2=
Z4，Z4=100，Z5=1（右旋），Z3=30,z5=100，Zi=101，蜗杆1的转速n1=100r/min（转
向如图所示），试求行星架H的转速nH。
Z1=36,Z2=60,
图9—38习题9—11图
9—12在图9—39所示的组合周转齿轮系中，已知各轮的齿数分别为
Z3=23，
Z4=49,Z4=69,Z5=31,z=131,乙=94,z8=36,z9=167,设n1=3549
r/min，试求行星架H的转速nH。
图9—39习题9—12图
第10章思考题与习题
10—1摩擦带传动常用类型有哪些？
各有什么特点？
10—2影响带传动工作能力的因素有哪些？
有什么对应关系？
10—3带速常用在什么范围？
带速太高和太低会出现什么问题？
10—4带在工作时受到哪些应力的作用？
正常情况下影响带疲劳寿命的最主要的应力是什么？
10—5设计带传动时，如何确定小带轮直径？
传动中心距大小对带传动的传动能力、带的使用寿命有何影响？
如何初选中心距？
10—6摩擦带传动的打滑和弹性滑动有何区别？
10—7安装传动带时应注意哪些问题？
如何控制带的张紧程度？
10—8与带传动相比，链传动有哪些优缺点？
10—9为什么一般链节数为偶数，而链轮齿数多取奇数？
10—10如何理解链传动的多边形效应？
主要与哪些因素有关？
10—11链传动的张紧与带传动有何不同？
怎样布置较为有利？
10—1一普通V带传动传递功率为P=7.5kW,带速v=10m/s，紧边拉力是松边拉力的2倍，即
Fi=2F2，试求紧边拉力、松边拉力和有效圆周力。
10—2设计一带式输送机的V带传动，已知电动机功率为P=6kW转速ni=1400r/min，传动
比i=3,两班制工作，试设计此带传动（要求最大传动比误差为。
5%）。
10—3已知一双排滚子链传动，主动链轮转速ni=960r/min,Z121，z59，链号16A,
工作情况系数Ka=1.2。
试计算此链传动所能传递的最大功率。
10—4某链传动水平布置，传动功率为P=7kVy主动链轮与电动机联接，转速为750r/min,
从动链轮转速为200r/min。
载荷平稳，润滑良好。
试设计此带传动。
第11章思考题与习题
11—1滚动轴承由哪些基本元件构成？
各有何作用？
11—2球轴承和滚子轴承各有何优缺点，适用于什么场合；？
11—3什么是滚动轴承的基本额定寿命？
在额定寿命期内，一个轴承是否会发生失效？
11—4什么是接触角？
接触角的大小对轴承承载有何影响？
11—4选择滚动轴承类型时主要考虑哪些因素？
11—5怎样确定一对角接触球轴承或圆锥滚子轴承的轴向载荷？
11—6滚动轴承为什么要预紧？
预紧的方法有哪些？
11—7滚动轴承的组合设计时应考虑哪些方面的问题？
11—8滑动轴承的摩擦状态有哪几种？
各有什么特点？
11—9滑动轴承的主要特点是什么？
什么场合应采用滑动轴承？
11—10对滑动轴承材料性能的基本要求是什么？
常用的轴承材料有哪几类？
11—11在滑动轴承上开没油孔和油槽时应注意哪些问题？
11—12非液体摩擦滑动轴承的失效形式和设计准则是什么？
11—13轴在机器中的功用是什么？
按承载情况轴可分为哪几类？
试举例说明。
11—14轴的常用材料有哪些？
若轴的工作条件、结构尺寸不变，仅将轴的材料由碳钢改为合金钢，为什么只能提高轴的强度而不能提高轴的刚度？
11—15确定轴的各轴段直径和长度前为什么应先按扭转强度条件估算轴的最小直径？
11—16轴的结构设计时应考虑哪些问题？
11—17轴上零件的轴向、周向固定各有哪些方法？
各有何特点？
11—18多级齿轮减速器中，为什么低速轴的直径要比高速轴
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