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项目一机械设计与应用概论

一、填空题

1、在完整的机构中由三类构件组成，分别为、和机架。

2、机械装置中是运动的单元体，是制造的单元体。

3、机械零件由于某种原因丧失正常工作能力称之为。

4、机器和机构总称为

。

二、选择题

1、下列对机器组成的描述中，错误的描述是

。

A．机械是机器和机构的总称

B

．机器是由一个或多个机构组成

的

C．机构是具有确定相对运动的构件组合体

D．构件可以是一个单独的零件，也可以是几个零件可动联接后形成的组合体。

2、

机器与机构的主要区别是

。

A．机器的运动较复杂

B

．机器的结构较复杂

C．机器能完成有用的机械功或转换机械能

D．机器能变换运动形式

3、机械设计基础主要研究的工作原理、特点和设计方法。

A．各种机器和各种机构B．常用机构和通用零件

C．专用机构和专用零件D．标准零件和标准部件

三、简答题

1、分别指出自行车、缝纫机、汽车、牛头刨床的原动部分、传动部分、执行

部分和控制部分。

2、设计机器应满足的哪些基本要求？

3、机械零件设计的一搬步骤是什么？

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项目二发动机典型机构的认知与分析

任务一平面机构的表达和机构具有确定相对运功的判断

一、填空题

1.构件的自由度是指。

2.两构件之间以线接触所组成的平面运动副，称为副，它产生个

约束，而保留个自由度。

3.机构中的运动副是指。

4.机构具有确定的相对运动条件是原动件数机构的自由度。

5.在平面机构中若引入一个高副将引入______个约束，而引入一个低副将引入

_____个约束，构件数、约束数与机构自由度的关系

是。

6.在平面机构中，具有两个约束的运动副是副，具有一个约束

的运动副是副。

7.机构中的复合铰链是指；局部自由度是指；

虚约束是指。

二、选择题

1.有两个平面机构的自由度都等于1，现用一个带有两铰链的运动构件将它们串

成一个平面机构，则其自由度等于。

（A）0；（B）1；（C）2

2.原动件的自由度应为。

（A）1；（B）+1；（C）0

3.在机构中原动件数目机构自由度时，该机构具有确定的运动。

（A）小于；（B）等于；（C））大于。

4.计算机构自由度时，若计入虚约束，则机构自由度就会。

（A）增多；（B）减少；（C）不变。

5.构件运动确定的条件是。

（A）自由度大于1；（B）自由度大于零；（C）自由度等于原动件数。

6．车轮在导轨上移动时，车轮与导轨间构成。

（A）转动副（B）移动副（C）高副

7．当机构的自由度数F大于原动件数目时，机构_________.。

（A）具有确定运动（B）运动不确定（C）构件被破坏

三、

（1）指出下列各图示机构中是否具有复合铰链、局部自由度和虚约束。

（2）计算图示机构的自由度。

-2

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（3）判定机构是否具有确定的相对运动。

1、

2、

3、

4、

-3

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5、

6、

7、

8、

-4

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任务二平面连杆机构

一、填空题

1、铰链四杆机构基本类型分为

、

、和

。

2.机构中传动角γ和压力角α之和等于

。

3.在铰链四杆机构中，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

机构。

4.铰链四杆机构具有急回特性时其极位夹角θ值

，对心曲柄滑块机构的

θ值

，所以它

急回特性，摆动导杆机构

急回特性。

5.在四连杆机构中，能实现急回运动的机构有

（1）

，

（2）

，（3）

。

6.铰链四杆机构有曲柄的条件是

，双摇杆机构

存在的条件是

。

（用文字说明）

8.当四杆机构的压力角α=90°时，传动角等于

，该机构处于

位置。

9.在曲柄摇杆机构中，最小传动角发生的位置在

。

10.通常压力角α是指

间所夹锐角。

11.一对心式曲柄滑块机构，若以滑块为机架，则将演化成机构。

二、选择题

1、平面四杆机构有急回特性的条件是（）。

A、K=1B、K≤1C、K>1

2、平面四杆机构当（）时，无急回特性。

A行程速比系数K＞0B行程速比系数

K=1

C行程速比系数

K＞1

3、已知某铰链四杆机构，

lBC

lCD

lAB

l

AD

=50mm，

=35mm，

=30mm，

=40mm,且以AD为

机架，该机构的类型为（

）。

A、曲柄摇杆机构B、双曲柄机构C、双摇杆机构

4、平面铰链四杆机构ABCD中，AD为机架，LAB=40mm，LBC=60mm，LCD=120mm，

LAD=150mm，则该机构为（）。

A、双曲柄机构B、双摇杆机构C、曲柄摇杆机构

5、在铰链四杆机构ABCD中，已知三杆长度为lAB=80mm，lBC=150mm，lCD=140mm，

lAD=100mm,AD杆为机架，则该机构为（）。

A、双曲柄机构B、双摇杆机构C、曲柄摇杆机构

6、在曲柄摇杆机构中，为提高机构的传力性能，应该（）。

A、增大传动角B、减小传动角C、增大压力角

-5

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7、对于曲柄滑块机构，当曲柄处于（）的位置时，从动件滑块处的压力

角出现极值。

A．与导路垂直B．与连杆共线C．与机架共线

8、在缝纫机中，通常利用（）的惯性储蓄能量，以越过平面连杆机构的死

点位置。

A．大带轮B.踏板C.连杆

9、曲柄摇杆机构中，曲柄为主动件时，_______为止点位置；

A曲柄与连杆共线时B摇杆与连杆共线时C不存在

10．铰链四杆机构是以___________的形式分为三种基本型式的。

（A）摇杆（B）连架杆（C）连杆

三、简答题

1、自行车的两脚踏曲拐一般按180°方向布置，试分析说明原因。

2、根据图中所注尺寸判断四杆机构的类型。

3、根据图中所注尺寸判断四杆机构的类型。

4、根据图中所注尺寸判断四杆机构的类型。

5、什么是曲柄？

平面四杆机构曲柄存在的条件是什么？

-6

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四、综合题

1、画出图示机构的传动角和压力角。

2、图示为一曲柄滑块机构,曲柄主动，试在原图上用作图法求出:

1）滑块的行程S=_________。

机构的极位夹角θ=_________。

行程数比系数K=。

机构的最小传动角γmin=________。

2）如果该机构用作曲柄压力机,滑块向右运动是冲压工件的工作过程，试确定曲柄的合理转向和传力效果最好的机构瞬时位置,并标出最大传动角γmax。

B

A

C

3、设计一曲柄摇杆机构ABCD。

已知摇杆LCD=260mm，摆角ψ=43°，行程速比系数K=1.43，机架长度LAD=200mm，试用作图法确定曲柄和连杆的长度。

（比例尺：

4mm/mm）

-7

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4、设计一曲柄摇杆机构ABCD。

已知为机构处于两极限位置时连杆BC的两

个位置，且知机构在其中一个极限位置时的压力角为零（曲柄主动）。

试用作图

法确定其余三构件的长度。

5、设计一曲柄滑块机构ABC。

已知滑块的行程H=50mm，偏距e=16mm，行程速比系数K=1.2，试用作图法确定曲柄和连杆的长度。

（比例尺1：

1）

6、设计一摆动导杆机构。

已知行程速比系数K=1.2，机架长度LAD=50mm。

试用作图法确定曲柄的长度。

-8

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任务三凸轮机构

一、填空题

1.按凸轮的外形，凸轮机构主要分为_______凸轮和_______凸轮两种基本类型。

2、凸轮机构按从动件的形式分类可以分为、和平底从动件三类。

3、以凸轮的理论轮廓曲线的最小半径所做的圆称为凸轮的_______。

4、凸轮理论轮廓曲线上的点的某点的法线方向（即从动杆的受力方向）与从动杆

速度方向之间的夹角称为凸轮在该点的_______。

5、凸轮的基圆半径越小，则机构越，但过于小的基圆半径会导致压力

角，从而使凸轮机构的传动性能变。

二、选择题

1、凸轮机构的从动件采用（）运动规律时会产生刚性冲击。

A、简谐运动B、等加速等减速C、等速

2、如果凸轮机构的从动件按等速运动规律运动时，会有（）。

A、无冲击B、有刚性冲击C、有柔性冲击

3、凸轮机构从动件采用等加速等减速运动规律时，（）。

A、无冲击B、有刚性冲击C、有柔性冲击

4、尖顶从动件凸轮机构中的压力角是指（）间的夹角。

A、凸轮上接触点的法线与该点的线速度方向。

B、凸轮上的接触点的法线与从动件的运动方向。

C、凸轮上的接触点的切线与从动件的运动方向。

5、在移动从动件盘形凸轮机构中，（）从动件的端部形状传力性能最好的。

A．尖顶B．滚子C．平底

6、内燃机配气机构中的凸轮机构中，通常采用从动件凸轮机构。

A尖顶B滚子C平底

7、凸轮机构从动杆的运动规律，是由凸轮（）所决定的。

A转速B轮廓曲线C基圆半径

8、滚子从动件盘形凸轮机构的滚子半径应凸轮理论廓线外凸部分的最

小曲率半径。

A大于；B小于；C等于

9、在设计直动滚子从动件盘形凸轮机构的实际廓线时，发现压力角超过了许用

值，且廓线出现变尖现象，此时应采取的措施是。

A减小滚子半径；B加大基圆半径；C减小基圆半径。

-9

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三、简答题

1、内燃机配气凸轮机构，从动杆一般为平底，试分析说明原因。

2、凸轮机构的组成是什么？

3、绘制凸轮机构图示位置的压力角。

四、设计题

1、一滚子对心移动从动件盘形凸轮机构，凸轮按顺时针方向转动，其运

动规律为：

凸轮转角δ

00～900

900

～

1500～2400

2400～

0

0

150

360

从动件位移

等速上升40mm

停止

等加速等减速下降到原

停止

s

处

要求：

1）画出位移曲线。

2）若基圆半径rb=45mm,画出凸轮的理论轮廓。

3）滚子半径rT=12mm，画出凸轮的工作轮廓。

4）画出从动件在其始位置和回程中最大速度时的压力角。

2、上题中，若改为平底从动件，平底与导路垂直，其它条件不变。

试绘

制凸轮的工作轮廓，并确定从动件平底的长度。

3、摆动滚子从动件盘形凸轮机构如图所示。

已知凸轮基圆半径rb=30mm,

凸轮回转中心O到从动件的摆动中心A的距离lOA=75mm，从动件长度lAB=58mm，滚子半径rT=10mm，凸轮以角速度ω1逆时针回转，摆动从动件与凸轮的初始位置如图所示，从动件的运动规律为：

-10

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凸轮转角δ

00～1800

1800～3000

3000～3600

从动件摆角φ

间歇运动上摆300

等加速等减速返回

停止摆动

原处

要求：

1）画出角位移曲线。

2）画出凸轮的理论轮廓。

3）画出凸轮的工作轮廓。

项目三牛头刨床典型机构的认知与分析

一、填空题

1、常用的间歇运动机构有、、和间歇

性凸轮机构。

2、单圆销外啮合槽轮机构，槽轮有6条槽，要使槽轮转1圈，拨盘应转圈。

3、螺纹的螺旋升角愈大，螺纹的自锁性能愈，效率愈。

4、棘轮机构由

、

、

及机架组成。

5、常用的螺纹牙型有

、

、

和锯齿形等。

二、选择题

1、螺旋机构自锁的条件为（

）。

A、ψ=ρv

B

、ψ>ρv

C

、ψ<ρv

2、在间歇运动机构中，分度准确，转动平稳，适用于高速场合的是

______。

A．不完全齿轮机构

B

．凸轮式间歇机构

C

．棘轮机构

D

．槽轮机

构

3、在间歇运动机构中，

从动件的间歇回转角可在较大范围内调节。

A．不完全齿轮机构

B

．凸轮式间歇机构

C

．棘轮机构

D

．槽轮机

构

4、联接螺纹要求有良好的自锁性，故采用的牙型为

。

A．三角形

B

．矩形

C

．梯形

D．锯齿形

5、数控机床之所以采用滚动螺旋机构，是因为滚动螺旋机构

。

A．自锁性好

B．制造容易，成本低

C．效率高、精度高D

．结构简单

三、简答题

1、什么叫间歇运动机构？

-11

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2、图示内齿棘轮机构用于自行车的“飞轮”中，起超越离合作用。

试问：

1）哪个构件应与后链轮联在一起？

哪个构件应与后车轮联在一起？

2）倒蹬时自行车为什么不会后退？

3）自行车靠惯性前进时（如下坡行驶）），为什么只

有人踩蹬的速度大于惯性速度时自行车才能加速行

使？

（即超越作用）

项目四机械设计材料力学基础

一、选择题

1．材料的许用应力[σ]是保证构件安全工作的______。

A）最高工作应力B）最低工作应力

C）平均工作应力D）最低破坏应力

2．两拉杆轴力，材料和横截面面积分别相等，一为圆形截面，另一为方形

截面，则两杆的强度和刚度______。

A）分别相等

B

）圆杆大于方杆

C）方杆大于圆杆

D

）两杆强度相等，刚度不相等

3．在工程上认为塑性材料的极限应力是

（2）

（1）

______。

（3）

A）屈服极限

B

）强度极限

C）弹性极限

D

）比例极限

4．三根试件的尺寸相同，材料不同，其应力

应变关系如图4-60所示，则_____强度高，

______刚度大，_____塑性好。

5．受剪切螺栓的直径增加1倍，当其它条件不变时，剪切面上的切应力将

图4-60

减少到原来的______。

A）1B）1/2C）1/4D）3/4

6．用铝和钢制成的两根圆截面轴，尺寸相同，所受外力偶矩相同，则两轴上的最大切应力______。

-12

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A）相同B）钢轴大

C）铝轴大D）不能确定

7．若梁的某一段受到向下的均布荷载q作用，则该段的弯矩图为______。

A）向上凸的二次曲线B）向下凹的二次曲线

C）斜直线D）水平线

二、判断题

1．轴力的大小与杆件的横截面面积有关。

2．两拉杆轴力，材料和横截面面积分别相等，一为圆形截面，另一为方形

截面，则两杆的强度相同。

3．脆性材料的抗压强度一般大于抗拉强度。

4．对于塑性材料，极限应力0常取材料的强度极限b。

5．对于脆性材料，极限应力0常取材料的屈服极限s。

6．剪切变形就是构件承受一对平衡力作用的结果。

7．受剪切螺栓的直径增加1倍，当其它条件不变时，剪切面上的切应力将

亦增加1倍。

8．挤压实用计算中，挤压面的计算面积就是挤压面的表面积。

9．受挤压的螺栓的直径增加1倍，当其它条件不变时，挤压面上的挤压应

力将减少1倍。

10．在材料和横截面积相同的情况下，空心圆截面杆的抗扭能力高于实心圆

杆。

11．直径、长度相同，而材料不同的两根圆轴，在相同的扭矩作用下，它们

的最大切应力相同。

12．圆轴扭转时，横截面同一圆周上各点的切应力大小不全相同。

13．梁上某段无均布载荷作用，故该段梁的剪力图为斜直线。

14．梁上某段无均布载荷作用，故该段梁的弯矩图为斜直线。

15．梁上某段有均布载荷作用，故该段梁的剪力图为斜直线。

16．梁段发生下凹弯曲变形的弯矩为负。

17．梁弯曲时，横截面上只有正应力。

18．梁在纯弯曲时，中性轴的正应力为零。

（三）计算题

1．拉压杆如图所示，作出各杆的轴力图。

-13

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2．一根钢质圆杆长3m，直径为25mm，E=200GPa，两端作用拉力F=100kN。

试计算钢杆的应力和应变。

3．圆形截面杆如图所示。

已知E=200GPa，受到轴向拉力F=150kN。

如果中间部分直径为30mm，试计算中间部分的应力。

如杆的总伸长为0.2mm，试求中间部分的杆长。

．厂房立柱如图

4-63

所示。

它受到屋顶作用的载荷F1

，吊车作用

4

=120kN

2

2

的载荷F2=100kN，E=18GPa，l1=3m，l2=7m，横截面的面积A1=400cm，A2

=400cm。

）各段横截面上的应力；

2）绝对变形

l。

试画其轴力图，并求：

1

5．如图所示零件受力F=40kN，其尺寸如图所示。

试求最大应力。

-14

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6．如图所示，在圆截面杆上铣去一槽。

已知F=10kN，d=45mm，槽宽为d/4。

试求杆横截面上的最大正应力及其所在位置。

7．一板状试件如图4-66所示，在其表面贴上纵向和横向的电阻应变片来测量试件的应变。

已知b=4mm，h=30mm，当施加3kN的拉力时测得试件的纵向线应变

-6-6

1=120×10。

横向线应变2=-38×10。

求试件材料的弹性模量E和泊松比。

直径d=20mm，如蒸汽机压力p=1MPa，螺栓材料的许用应力[]=40MPa，试求所需螺栓的个数。

9．某悬臂吊车如图所示，最大起重载荷G=20kN，AB杆为Q235圆钢，许用应力[]=120MPa。

试设计AB杆的直径。

-15

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2

10．三角架结构如图所示，AB杆为钢杆，其横截面面积A1=600mm，许用应

42

力[]G=140MPa；BC杆为木杆，其横截面面积A2=3×10mm，许用应力[]M=3.5MPa，

试求许用载荷[F]。

11．图所示切料装置用

刀刃把切料模中12mm的棒料的抗剪强度b=320MPa试计算切断力F。

12．图所示螺栓受拉力F作用，已知材料的许用切应力[]和许用拉应力[]之间的关系为[]=0.6[]。

试求螺栓直径d与螺栓头高度h的合理比例。

-16

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13．压力机最大许可载荷F=600kN。

为防止过载

而采用环式保险器，过载时保险器先被剪断。

已知

D=50mm，材料的抗剪强度b=200MPa，试确定保险器

的尺寸。

14．阶梯轴AB如图所示。

AC段d1=40mm，BC段直径为d2=70mm，B轮输入功

率PB=35kW，A轮的输出功率PA=15kW，轴匀速转动，转速n=200r/min，[]=60MPa。

试校核轴的强度。

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15．实心轴和空心轴通过牙嵌离合器连在一起如图4-74所示。

已知轴的转

速n=100r/min，传递的功率P=7.5kW，试选择实心轴的直径d1和内外直径比为

1/2的空心轴外径D2。

16．齿轮变速箱第Ⅱ轴如图4-75所示。

轴所传递的功率P=5.5kW，转速n=260r/min，[]=40MPa，试按强度条件初步设计轴的直径。

17．如图4-76所示，切蔗机主轴由V带轮带动。

已知主轴转速为580r/min，主轴直径d=80mm，材料许用应力[]=40MPa。

不计传动中的工作消耗，电动机的

功率应多大？

如果主轴工作的最大切应力max为12MPa，电动机的功率又该多

大？

18．作出图4-77所示各梁的剪力图和弯矩图，q、F、a、l已知。

-18

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19．圆截面简支梁受载如图所示，试计算支座B处梁截面上的最大正应力。

．由工字钢

20b（

Wz

3）制成的外伸梁，仔外伸端

C处作用集中载

20

=250cm

荷F，已知材料的许用拉应力[]=160MPa，外伸端的长度为2m。

求最大许用载荷[F]。

-19