《机械设计基础》杨晓兰版机械工业出版社课后习题答案.docx
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《机械设计基础》杨晓兰版机械工业出版社课后习题答案
《机械设计基础》杨晓兰版（机械工业出版社）课后习题答案
第十三章习题册参考答案
绪论
0-1判断题
× × × √ √ × ×0-2填空题
确定的相对 机械 零件 构件0-3选择题
A A A A A
一、机构的自度
1-1判断题
× √ × × × × √√ × √ √ × × ×1-2填空题
运动副 独立 2 低 机构自度 机架1-3选择题
A A A A A A AA A A A A A1-4解：
a）F=3n－2pl－ph=3×3－2×4－0=1b）F=3n－2pl－ph=3×5－2×7－0=1c）F=3n－2pl－ph=3×3－2×4－0=1d）F=3n－2pl－ph=3×3－2×4－0=1e）F=3n－2pl－ph=3×3－2×4－0=1f）F=3n－2pl－ph=3×3－2×4－0=1g）F=3n－2pl－ph=3×3－2×4－0=11-5解：
a）F=3n－2pl－ph=3×5－2×7－0=1
b）滚子中心存在局部自度，F=3n－2pl－ph=3×8－2×11－1=1c）E处存在复合铰链，F=3n－2pl－ph=3×5－2×6－1=2d）F=3n－2pl－ph=3×6－2×8－1=1
e）滚子中心存在局部自度，两移动副处之一为虚约束，三根杆以转动副相连处存在复合铰链 F=3n－2pl－ph=3×9－2×12－2=1
f）齿轮、杆和机架以转动副相连处存在复合铰链，F=3n－2pl－ph=3×4－2×4－2=2g）F=3n－2pl－ph=3×3－2×3－0=3
h）滚子中心存在局部自度，F=3n－2pl－ph=3×3－2×3－2=1
i）中间三根杆以转动副相连处存在复合铰链，=3n－2pl－ph=3×7－2×10－0=1
j）左边部分全为虚约束，三根杆以转动副相连处存在复合铰链，F=3n－2pl－ph=3×5－2×7－0=1
1-6解：
a）该构件组合为机构，因为该组合自度F=3n－2pl－ph=3×4－2×5－1=1>0b）该构件组合不是机构，因为该组合自度F=3n－2pl－ph=3×3－2×4－1=0
c）该构件组合不是机构，因为该组合自度F=3n－2pl－ph=3×4－2×6－0=0d）该构件组合为机构，因为该组合自度F=3n－2pl－ph=3×3－2×4－0=1>0
二、平面连杆机构
2-1判断题
× × √ × √ × √√ √ × × √ × ×√ × × √ × √ ×× × × √2-2填空题
低 转动 3 连杆，连架杆 曲柄，摇杆 最短 曲柄摇杆 摇杆，连杆 2 ＞运动不确定 非工作时间 惯性 大
中的摆动导杆机构有，中的转动导杆机构无 机架 曲柄曲柄滑块 双摇杆 双曲柄机构 无，有2-3选择题
A C B A B B AC A A A C C AA A A A A A A2-4解：
a）双曲柄机构，因为40+11060+70，不满足杆长条件，无论以哪杆为机架都是双摇杆机构d）双摇杆机构，因为50+120=80+90，满足杆长条件，并以最短杆的对边为机架2-5解：
该机构各杆长度可得lAB+lBC＜lCD+lAD，此可知满足杆长条件，当以AB杆或AB杆的邻边为机架时该机构有曲柄存在
以lBC或lAD杆成为机架即为曲柄摇杆机构，以lAB杆成为机架即为双曲柄机构，以lCD杆成为机架即为双摇杆机构
2-6解：
曲柄摇杆机构
题意知连架杆CD杆不是最短杆，要为曲柄摇杆机构，连架杆AB杆应为最短杆且应满足杆长条件lAB+lBC≤lCD+lAD，此可得0lCD+lAD，此可得150mmlCD+lAB，此可得300mm≤lABlCD+lBC，此可得550mm120°，合适。
确定带的根数
查教材表6-5得P0＝；查教材表6-6得ΔP0＝；查教材表6-7得Kα=；查教材表6-3，KL=，则：
（P0ΔP0）KαKL取z=5根
计算单根Ｖ带的预紧力
查教材表6-1得q=/m，则：
500KαPc500qv2
Kα5计算带轮轴上的压力
FQ2zF0sinα25sin1488N22带轮结构设计
6-8解：
求链节数
教材表6-9查得链节距p=
azzpzz2730196119Lp020XX21
p2a02π2π22取链节数Lp=132
求链所能传动的最大功率
KKPPzm0
KA教材图6-25查得P0=10kW，查表6-11得KA=，查表6-12得KZ=，单排链取Km=1，则：
KKP1110Pzm010kW
KA1答：
1）链节数Lp=132；2）链所能传动的最大功率P=10kW。
6-9解：
n1601000v6010006/min
z1p19教材表6-9查得链节距为p=的链号为12A
n1=/min、链号12A查教材图6-25可得P0=20kW6-10解：
教材表6-9查得满足极限载荷Q=50kN的链号为16A，链节距为p=
PKzKmP0KA教材图6-25查得P0=40kW，查表6-12得KZ=，单排链取Km=1，则：
140Pzm0
答：
链能传递的功率为。
6-11解：
选择链号
传动比i=3查教材表6-10取z1=25，则z2=iz1=3×25=75
查表6-11取KA=，查表6-12取Kz=，单排链取Km=1，式得
A
1根据P0=和nl=720r/min查教材图6-25可选链号10A确定润滑方式
表6-9查得链节距p=
z1pn125720/s
601000601000答：
链号10A，v=/s，查图6-26，可选择油浴或飞溅润滑。
v6-12解：
两轮的合理转向如图所示两轮的包角如图所示
V带与带轮接触处的弯曲应力分布如图所示，σb1＞σb2
载荷过大时，打滑首先出现在小带轮处。
于小带轮上的包角小于大带轮上的包角，因此小带轮上的总摩擦力相应地小于大带轮上的总摩擦力，故打滑首先出现在小带轮处
vπdd1n11001460/s，带速在5~25m/s范围内，带速合适
601000601000
6-13解：
图a、b、c所示的链传动布置中链轮均按逆时针旋转
七、齿轮传动
7-1判断题
√ × × √ × × ×√ × √ √ √ √ √× × × √ × × ×× × × × × √ ×× √ × √ × × ×7-2填空题
基圆，基圆 20° 等于，大于 恒定，不变
两轮的模数相等、压力角相等 ≥1，实际啮合线段/基圆齿距
轴向力，8°～25° 两轮的模数相等、压力角相等、螺旋角大小相等方向相反右，14°30′，3mm 相切，相割，相离
正，弯曲 17 少，小 ≤350HBS，齿面点蚀轮齿折断 高HBS，mm 齿面磨损硬度 相反，相同 相同，不同 多 20～40 少，大，弯曲 浸油10 直径大小 500 铸造同时参加啮合的齿对数7-3选择题
B C A C B B CB C D D D A DB D A C A C A7-4解：
啮合线N1N2如图所示；节点P如图所示；两轮的节圆如图所示
7-5解：
分度圆直径：
d1mz12050mm，d2mz240100mm
齿顶圆直径：
da1（z12ha）m（2021）55mm da2（z22ha）m（4021）105mm
齿根圆直径：
df1（z12ha2c）m（20212） df2（z22ha2c）m（40212）
基圆直径：
db1d1cos50cos20 db2d2cos100cos20标准中心距：
ad1d25010075mm22答：
两轮的分度圆直径分别为50mm、100mm，两轮的齿顶圆直径分别为55mm、105mm，两轮的齿
根圆直径分别为、，两轮的基圆直径分别为、，标准中心距为75mm。
7-6解：
模数：
m2a21204mm
z1z22040分度圆直径：
d1mz142080mm，d2mz2440160mm
齿顶圆直径：
da1（z12ha）m（2021）488mm da2（z22ha）m（4021）4168mm
齿根圆直径：
df1（z12ha2c）m（20212）470mm df2（z22ha2c）m（40212）4150mm
答：
两轮的模数为4mm，两轮的分度圆直径分别为80mm、160mm，两轮的齿顶圆直径分别为88mm、168mm，两轮的齿根圆直径分别为70mm、150mm。
7-7解：
验算齿面接触疲劳强度
HZEZH2KT1u1H2bd1u1/2
查表7-6取载荷系数K=，查表7-7取弹性系数ZE=
uz2753，bb275mm，d1mz132575mmz125P4106mmn1960T1106HHlim，查表7-4取Hlim1580MPa、Hlim2300MPa，HlimHlim2300MPa
SH查表7-8取SH，HHlim300
HZEZH2KT1u121e，教材表10-7查得X=，根据Fa/Cor值教材表10-7线性插值求Y值
Y，Y=XFr+YFa=×1770+×720=求轴承寿命
查教材表10-8取ft=1，表10-9取fp=
310ftC106125500Lh5984he，X=，Y=，P=，Lh=12089h>6000h
答：
所选轴承6307合适10-5解：
P=Fr=1500N，查教材表10-8取ft=1，表10-9取fp=，查教材附表3得6309轴承的C=52800N
3106ftC106152800Lh>Lh6096060n4500pε答：
该轴承满足使用寿命要求10-6解：
选择轴承
根据轴承类型为角接触球轴承和轴颈70mm从表中选择7214C轴承计算轴承寿命
P=40600N，查教材表10-8取ft=1，表10-9取fp=，从表中查得7214C轴承的C=69200N
310ftC106169200Lh13340h60nfpP60144060006ε判断轴承的压紧和放松
当A+S2>SC，所以轴承C被压紧，轴承D被放松FaC=A+SD=，FaD=SD=答：
FaC=，FaD=10-8解：
确定轴承内部附加轴向力S的方向：
S1向左，S2向右求轴承的内部附加轴向力
S1==×1400=952N，S2==×900=612N求轴承的轴向力
A+S2=800+612=1412N>952N>S1，所以轴承1被压紧，轴承2被放松Fa1=A+S2=800+612=1412N，Fa2=S2=612N求轴承的当量动载荷
查教材表10-7知7210AC轴承的e=
Fa1/Fr1＝1412/1400＝>=e，查教材表10-7取X1＝，Y1＝Fa2/Fr2＝612/900＝=e，查教材表10-7取X2＝1，Y2＝0P1＝X1Fr1+Y1Fa1=×1400+×1412=P2＝X2Fr2+Y2Fa2=1×900+0×612=900NP=max{P1，P2}=求轴承寿命
查教材表10-8取ft=1，查教材附表4得7210AC轴承的C=40800N。
310ftC106140800Lh60nfpP609606ε答：
该轴承的寿命为。
10-9解：
确定轴承内部附加轴向力S的方向：
S1向右，S2向左求轴承的内部附加轴向力查设计手册得30212轴承的e=，Y=
S1=Fr1/2Y=4800/3=1600N，S2=Fr2/2Y=2200/3=，求轴承的轴向力
A+S1=650+1600=2250N>>S2，所以轴承2被压紧，轴承1被放松Fa1=S1=1600N，Fa2=A+S1=2250N求轴承的当量动载荷
Fa1/Fr1＝1600/4800＝=e，查教材表10-7取X2＝，Y2＝P1＝X1Fr1+Y1Fa1=1×4800+0×1600=4800NP2＝X2Fr2+Y2Fa2=×2200+×2250=4255NP=max{P1，P2}=4800N求轴承寿命
查教材表10-8取ft=1，10-9取fp=，查教材附表5得30212轴承的C=1020XXN。
310ftC10611020XXLh49360h>15000h60nfpP6096048006ε答：
该对轴承合适10-10解：
初选轴承型号
于轴径已确定，所以采用验算的方法确定轴承的型号。
初选30207轴承，查设计手册得30207轴承的e=，Y=，C=54200N
求轴承所受的径向力
Fr1195Fr1952710，Fr2FrFr12710
60195255确定轴承内部附加轴向力S的方向：
S1向右，S2向左求轴承的内部附加轴向力S1=Fr1/2Y=/=，S2=Fr2/2Y=/=，求轴承的轴向力
A+S2=960+=>>S1，所以轴承1被压紧，轴承2被放松Fa1=A+S2=，Fa2=S2=求轴承的当量动载荷
Fa1/Fr1＝/＝>=e，查教材表10-7取X1＝，Y1＝Fa2/Fr2＝/＝30000h6050060np6ε答：
选用30207轴承合适10-11解：
选择轴承材料
选择轴承材料为ZCuSn10P1，查教材表10-16得ZCuSn10P1的[p]=15Mpa，[pv]=15Mpa·m/s，[v]=10m/s
选择轴承宽径比
据径向滑动轴承宽径比的选择范围，选取B/d=1，B=1×100=100mm验算轴承工作能力
压强p的验算：
pFr20XX02MPa0b）该构件组合不是机构，因为该组合自度F=3n－2pl－ph=3×3－2×4－1=0
c）该构件组合不是机构，因为该组合自度F=3n－2pl－ph=3×4－2×6－0=0d）该构件组合为机构，因为该组合自度F=3n－2pl－ph=3×3－2×4－0=1>0
二、平面连杆机构
2-1判断题
× × √ × √ × √√ √ × × √ × ×√ × × √ × √ ×× × × √2-2填空题
低 转动 3 连杆，连架杆 曲柄，摇杆 最短 曲柄摇杆 摇杆，连杆 2 ＞运动不确定 非工作时间 惯性 大
中的摆动导杆机构有，中的转动导杆机构无 机架 曲柄曲柄滑块 双摇杆 双曲柄机构 无，有2-3选择题
A C B A B B AC A A A C C AA A A A A A A2-4解：
a）双曲柄机构，因为40+11060+70，不满足杆长条件，无论以哪杆为机架都是双摇杆机构d）双摇杆机构，因为50+120=80+90，满足杆长条件，并以最短杆的对边为机架2-5解：
该机构各杆长度可得lAB+lBC＜lCD+lAD，此可知满足杆长条件，当以AB杆或AB杆的邻边为机架时该机构有曲柄存在
以lBC或lAD杆成为机架即为曲柄摇杆机构，以lAB杆成为机架即为双曲柄机构，以lCD杆成为机架即为双摇杆机构
2-6解：
曲柄摇杆机构
题意知连架杆CD杆不是最短杆，要为曲柄摇杆机构，连架杆AB杆应为最短杆且应满足杆长条件lAB+lBC≤lCD+lAD，此可得0lCD+lAD，此可得150mmlCD+lAB，此可得300mm≤lABlCD+lBC，此可得550mm150mm 要为双曲柄机构，AD杆必须为最短杆且应满足杆长条件
①AB杆为中间杆时，lAD+lBC≤lCD+lAB，此可得450mm≤lAB≤500mm②AB杆为最长杆时，lAB+lAD≤lCD+lBC，此可得500mm≤lAB≤550mm此可知：
450mm≤lAB≤550mm2-7解：
a） b）
c） d） e）各机构压力角和传动角如图所示，图a）、d）机构无死点位置，图b）、c）、e）机构有死点位置2-8解：
用作图法求解，主要步骤：
计算极位夹角：
180K118036K1取比例尺μ=/mm
根据比例尺和已知条件定出A、D、C三点，如图所示
连接AC，以AC为边作角的另一角边线，与以D为圆心、摇杆DC为半径的圆弧相交于C1
和C2点，连接DC1和DC2得摇杆的另一极限位置
从图中量得AC=71mm，AC1=26mm，AC2=170mm当摇杆的另一极限位置位于DC1时：
lABAC－AC1ACAC1，lBC22AC2－ACACAC2，lBC22当摇杆的另一极限位置位于DC1时：
lAB答：
曲柄和连杆的长度分别为、和、。
2-9解：
用作图法求解，主要步骤：
计算极位夹角：
180K1180K1取比例尺μ=/mm
根据比例尺和已知条件定出滑块的两极限位置C1、C2两点，如图所示
连接C1C2，以C1C2为直角边作直角三角形C1C2P，使∠C1C2P=90°－θ=°以C2P为直径作圆O
将C1C2偏移e值，与圆O交于A点，连接AC1和AC2，从图中量得AC1=34mm，AC2=82mm，则：
lABAC2－AC1AC1AC224mm，lBC58mm22答：
曲柄和连杆的长度分别为24mm和58mm。
2-10解：
用作图法求解，主要步骤：
计算极位夹角：
180K118030K1取比例尺μ=/mm
根据比例尺和已知条件定出机架AC，如图所示
根据摇杆的摆角等于极为夹角作出摇杆的两极限位置过A点作摇杆两极限位置的垂线，得垂足点B1、B2从图中量得AB1=23mm，则lABAB126mm答：
曲柄的长度为26mm。
2-11解：
用作图法求解，主要步骤：
计算极位夹角：
180K1111800K111取比例尺μ=/mm
根据比例尺和已知条件定出D、C1、C2三点，如图所示
过D点作C1D的垂线，并与C1C2的连线交于A点
从图中量得AD=220mm，AC1=234mm，AC2=180mm，则：
AC2AC1AC2－AC1207mm，lADAD220mmlAB27mm，lBC22答：
曲柄的长度为27mm，连杆的长度为207mm，机架的长度为220mm。
三、凸轮机构
3-1判断题
√ × √ × × × ×× √ √ √ √ √ √× √ √ √ ×
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