机械设计基础作业集题解详细版.docx

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机械设计基础作业集题解详细版

普通高等教育“十一五”国家级规划教材

机械设计基础

作业集题解

陈立德、姜小菁主编

高等教育出版社

前言

本“机械设计基础作业集题解”是“机械设计基础作业集”的配套辅助教学资料,其编写的目的为：

对学生而言,可自我检查学习掌握程度；

对教师而言,在批改时可有一个统一标准,便于检查。

现必须说明两奌：

1.有些作业题难以迠立标准答案,故不一定为唯一答案；

2.由于思考与分析题设立的目的为深化教学内容等,故对一般水平的学生可不按排作业,故此题目暂不作题解。

参加本作业集题解编写工作的有陈立德、姜小菁、罗卫平、胡云堂、凌秀军、卞咏梅等，金陵科技学院陈立德、姜小菁任主编。

鉴于编著水平有限，书中难免有不妥之处，恳请广大读者批评指正。

编者

2012.2

绪论

分析与思考题

0.1机器的特征有哪三个？

0.2机器与机构有何区别？

0.3构件与零件有何区别？

试各举出三个实例。

0.4“机械设计基础”课程研究的内容是什么？

答：

以上各题不作解答,老師可根据不同对象的学生.提出适当的要求,让学生自理。

第1章机械设计概述

一．判断与选择题

1.1机械设计一定要开发创造新机械。

正确答案：

错

1.2强度是零件应满足的基本要求。

正确答案：

对

1.3机械设计中的标准化、系列化、通用化的目的主要是为了提高经济效益和保证产品质量。

正确答案：

对

1.4某齿轮传动装置（题1.4图）轮1为主动轮，则轮2的齿面接触应力按B变化。

A．对称循环B.脉动循环

C．循环特性γ＝－0.5的循环D.循环特性γ＝＋1的循环

题1.4图齿轮传动装置

二．填充题

1.5强度可分为整体强度和表面强度。

1.6机械设计的基本要求是：

能实现预定功能，满足可靠性和经济性的要求。

1.7机械设计中推广三化，它是指标准化、系列化和通用化。

三．思考与分析题

1.8机械设计过程通常分为哪几个阶段？

各阶段的主要内容是什么？

1.9常见的失效形式有哪几种？

1.10什么叫工作能力？

计算准则是如何得出的？

答：

以上各题不作解答,老師可根据不同对象的学生.提出适当的要求,让学生自理。

第2章摩擦、磨损及润滑概述

一、判断与选择题

2.1应严格禁止出现边界摩擦。

正确答案：

错

2.2润滑的粘度随温度的升高而降低。

正确答案：

对

2.3粘度愈大，内摩擦阻力就愈大，液体的流动性就愈差。

正确答案：

对

2.4在低速、重载、高温、间隙大的情况下应选用粘度较A的润滑油。

A.大B.小

2.5B密封分为接触式、非接触式两种。

A.静B.动

2.6A是指润滑脂的稠度。

A.锥入度B.滴点

2.7齿轮齿面的点蚀现象属于C。

A.磨粒磨损B.粘着磨损C.疲劳磨损D.腐蚀磨损

二、填充题

2.8运动物体的接触表面间的摩擦状态有干摩擦、边界摩擦、液体摩擦、混合摩擦等四种。

2.9磨损可分为粘着磨损、磨粒磨损、表面疲劳磨损及腐蚀磨损等四种基本类型。

2.10提高耐磨性的主要工艺措施有提高表面硬度，降低表面粗糙度和改善润滑条件。

2.11机器发生磨损失效是处于剧烈磨损阶段。

三、思考与分析题

2.11机械手表对润滑油性能的要求除了要考虑粘度外，还应考虑什么？

2.12夏天发现液压系统中的油变稀了，有人将润滑脂加入，调匀后使油变稠，这样做法行吗？

2.13自行车中哪些部位要进行润滑？

应采用哪一类润滑剂？

为什么？

答：

以上各题不作解答,老師可根据不同对象的学生.提出适当的要求,让学生自理。

四、简答题

2.14磨损过程分几个阶段？

各阶段的特点是什么？

答：

在机械的正常运转中，磨损过程大致可分为以下三个阶段。

1.跑合（磨合）磨损阶段

在这一阶段中，磨损速度由快变慢，而后逐渐减小到一稳定值。

跑合磨损到一定程度后，尖峰逐渐被磨平，磨损速度即逐渐减慢。

2.稳定磨损阶段

在这一阶段中磨损缓慢、磨损率稳定，零件以平稳而缓慢的磨损速度进入零件正常工作阶段。

3.剧烈磨损阶段

此阶段的特征是磨损速度及磨损率都急剧增大。

当工作表面的总磨损量超过机械正常运转要求的某一允许值后，摩擦副的间隙增大，零件的磨损加剧，精度下降，润滑状态恶化，温度升高，从而产生振动、冲动和噪声，导致零件迅速失效。

2.15在实践中，经常出现的为混合摩擦，其特点是什么？

答：

在实践中有很多摩擦副处于干摩擦、液体摩擦与边界摩擦的混合状态，称为混合摩擦。

两摩擦面之间有润滑油存在,并且在摩擦表面上形成润滑油膜,但局部油膜破裂,局部金属直接接触。

2.16接触式密封中常用的密封件有哪些？

答：

常用的接触式密封件有：

各种类型的橡胶密封圈、毡圈、端面密封装置。

第3章平面机构的结构分析

一．判断与选择题

3.1一个作平面运动的构件具有2个独立运动的自由度。

正确答案：

对

3.2机构中只能有一个主动件。

正确答案：

错

3.3平面低副机构中，每个转动副和移动副所引入的约束条件是相同的。

正确答案：

对

3.4车轮在轨道上转动，车轮与轨道之间构成C。

A.转动副B.移动副C.高副

3.5平面机构中，若引入一个移动副，将带人2个约束，保留了1个自由度。

A.1,2B.2,1C.1,1

3.6具有确定运动的机构，其原动件数目应B自由度数目。

A.小于B.等于C.大于

二．填充题

3.7机构具有确定的相对运动的条件是自由度数等于主动件数。

3.8旋转轴的轴颈与支承轴承之间的连接，是构成转动副，它引入了约束，保留了l个自由度。

三．思考与分析题

3.9既然虚约束对结构的运动不起约束作用，为何机构中仍经常使用虚约束？

答：

以上各题不作解答,老師可根据不同对象的学生,提出适当的要求,让学生自理。

四．简答题

3.10运动副与运动链有何区别？

运动链与机构有何区别

答：

使两个构件直接接触并能产生一定相对运动的连接，称为运动副。

两个以上的构件以运动副连接而构成的系统称为运动链。

在运动链中选取1个构件加以固定（称为机架），当另一构件（或少数几个构件）按给定的规律独立运动时，其余构件均随之作一定的运动，这种运动链就成为机构。

3.11在比例尺μL＝0.02ｍ/ｍｍ的机构运动简图中，量得一构件的长度为10ｍｍ，则该机构的实际长度为多少？

答：

200

3.12机构运动简图有何用处？

它能表示出原机构的那些

方面的特征？

答：

用简单线条和符号画出图形来进行方案讨论和运动、

受力分析。

能表达各构件间相对运动关系,不需要了解机构的

真实外形和具体结构。

3.13在题3.13图所示的平面机构中，共有几个转动副？

几个移动副？

答：

6个转动副,1个移动副。

题3.13图

五．设计计算与分析题

3.14试计算题3.14图所示的机构（椭圆规）的自由度。

AB＝BC＝CD

答：

n=3，PL=4，PH=0

F=3n-2PL-PH=3×3-2×4=1

3.15*试判定题3.15图所示各机构是否具有确定的相对运动，如运动不确定，提出修改方案。

（a）（b）

题3.14图椭圆规机构题3.15图

答：

見“机械设计基础学习指南与题解”题3.7。

第4章平面连杆机构

一、判断与选择题

4.1利用速度影像的原理就能很方便地求出一个构件上各点的速度。

正确答案：

对

4.2机构的效率为0，则机构处于自锁状态。

正确答案：

对

4.3在实际生产中，机构的死点位置对工作都是不利的。

正确答案：

错

4.4在平面连杆机构中，以最短杆为机架，就能得到双曲柄机构。

正确答案：

错

4.5铰链四杆机构是按B的不同形式分为三种基本型式的。

A.摇杆B.连架杆C.连杆

4.6平面四杆机构中，最长杆与最短杆长度之和大于其余两杆长度之和，只能得到

A机构。

A.双摇杆B.双曲柄C.曲柄摇杆

4.7四杆机构处于死点时，其传动角为B。

A.介于0o。

~90o。

之间B.0oC.90o

4.8平面连杆机构的行程速度变化系数KA1时，机构具有急回特性。

A.大于B.小于C.等于

二、填充题

4.9在移动副中，外力的作用线在摩擦角所包围区域的里面时，滑块处于减速运动状态。

4.10自锁性能最好的是三角螺纹。

4.11平面四杆机构的基本型式是铰链四杆机构，其中，固定的构件称为机架；与之相连的构件称为连架杆；与之相对的构件称为连杆。

4.12实际中的各种形式的四杆机构，都可看成是由改变某些构件的相对長度,形状

或选择不同构件作为机架等方法所得到的铰链四杆机构的演化形式。

4.13在曲柄摇杆机构中，当曲柄为原动件，并作等速回转运动时，摇杆作往复摆动。

4.14曲柄摇杆机构出现急回运动特性的条件是：

摇杆为从动件，曲柄为主动件。

三、思考与分析题

4.15一个机构如果改换主动件，其速度矢量多边形是否会改变？

4.16“自锁”与“不动”这两个概念是否一样？

“不动”的机构是否一定“自锁”？

试举出三个自锁机构的实例。

4.17在日常生活中你接触到了哪些平面四杆机构？

它们都完成了哪些运动？

是怎样传递和实现运动的？

4.18观察卡车车厢自动翻转卸料，它属于哪种机构？

4.19观察公共汽车双扇车门的开闭机构，它利用了哪些四杆机构的哪种特性？

答：

以上各题不作解答,老師可根据不同对象的学生,提出适当的要求,让学生自理。

四、简答题

4.20为什么楔形面摩擦大于平面摩擦？

答：

因为在楔形面摩擦中当量摩擦系数fv=f/sinθ其值始终大于摩擦系数f。

故楔形面摩擦大于平面摩擦。

4.21何谓自锁？

从受力观点看，移动副和转动副在什么情况下会自锁？

答：

不管驱动力多大都不能使机械运动，机械发生自锁。

因此，机械自锁的条件是η≤0，其中η=0为临界自锁状态，并不可靠。

当驱动力作用线作用在摩擦角或摩擦圆所包围区域之内时，构件作减速移动，直至静止，机构自锁。

4.22三角螺纹、矩形螺纹各适用于什么样的工作状态？

为什么？

答：

三角螺纹相当于楔形滑块在楔形槽面内滑动,矩形螺纹相当于滑块在平面上滑动。

根据受力分析可得出：

三角螺纹：

摩擦阻力大、效率低，易发生自锁，常用作连接螺纹。

矩形螺纹：

效率高，常用作传动螺纹。

4.23铰链四杆机构的曲柄存在条件是什么？

答：

曲柄存在的条件如下：

（1）最长杆与最短杆的长度之和小于或等于其余两杆长度之和；

（2）最短杆或其相邻杆应为机架。

4.24铰链四杆机构的最小传动角γmin发生在什么位置？

答：

在曲柄与机架共线的两位置处出现最小传动角。

比较这两位置的传动角，即可求出最小传动角。

对于曲柄滑块机构，当原动件为曲柄时，最小传动角出现在曲柄与机架垂直的位置。

4.25在曲柄摇杆机构中，如何调整摇杆摆角的大小或极限位置？

答：

摇杆摆角的大小可通过增减曲柄长度来调整。

摇杆的两极限位置可通过增减连杆长度来调整。

4.26在工程上，一般是怎样来克服死点，使构件连续运动的？

举例说明。

答：

1.借助飞轮使机构渡过死点，如缝纫机，曲柄与大带轮为同一构件，利用带轮的惯性使机构渡过死点。

2.利用机构错位排列的方法渡过死点，如机车车轮联动机构，当一个机构处于死点位置时，可借助另一个机构来越过死点。

五、设计计算与分析题

4.27如题4.27图所示，已知四杆机构各构件长度为a=240mm，b=600mm，c=400mm，d=500mm，试问

1）当取AD为机架时，是否有曲柄存在？

2）若各构件长度不变，能否以选择不同构件为机架的办法获得双曲柄机构或双摇杆机构？

如何获得？

题4.27图

解：

1.根据杆长之和条件,若取AD为机架而存在曲柄应有

a+b≤c+d

又a+b=240+600=840c+d=400+500=900

满足上述条件,且连架杆AB又为最短,故有曲柄存在

2.能

因AB最短,且符合杆长之和条件,所以若取最短杆AB为机架,得双曲柄机构;取CD为机架,得双摇杆机构。

4.28如上图所示的铰链四杆机构中，各杆的长度为a=28mm,b=52mm,c=50mm,d=72mm，试作图求解：

1）当取AD杆为机架时，该机构的极位夹角θ和杆CD的最大摆角ϕ。

2）当取杆AB为机架时，将演化成何种类型的机构？

为什么?

解：

1.取μL=0.002m/mmm,作题4.28答案图。

题4.28答案图

AD=lAD/μL=36mm,取作A、B两点。

以AB=lAB/μL=14mm为半径,A为园心作园。

以CD=lCD/μL=25mm为半径,D为园心作园。

当摇杆处于两个极限位置时：

AC1=BC-AB=lBC/μL-AB=26-14=12mm

AC2=BC+AB=lBC/μL+AB=26+14=40mm

在图上求画出C1、C2点,由图可知：

θ=∠C1AC2=14°,ϕ=C1DC2=27°

2.因AB为最短,且lAB+lAD≤lBC+lCD,符合杆之和条件。

所以,当AB取为机架时,將演化为双曲柄机构。

第5章凸轮机构

一．判断与选择题

5.1凸轮机构工作时，从动件的运动规律与凸轮的转向无关。

正确答案：

错

5.2尖顶从动件的凸轮，是没有理论轮廓曲线的。

正确答案：

错

5.3当凸轮的压力角增大到临界值时，不论从动件是什么形式的运动，都会出现自锁。

正确答案：

对

5.4凸轮轮廓与从动件之间的可动连接是什么类型的运动副？

B

A.移动副B.高副C.转动副D.可能是高副也可能是低副

二．填充题

5.5凸轮机构常用的从动件运动规律有等速运动、等加速-等减速运动、

余弦加速度运动、正弦加速度运动等四种。

5.6在凸轮机构中，从动件采用等速运动运动规律产生刚性冲击；采用

等加速-等减速运动、余弦加速度运动运动规律产生柔性冲击。

5.7凸轮机构中的压力角是指凸斩轮上接触奌的法线与从动件的运动方向间所夹的锐角。

5.8凸轮轮廓的加工方法有銼削加工和数控加工两种。

三．思考与分析题

5.9设计凸轮机构时，如果设计时得出的αｍａｘ＞[α]，应采取什么办法来解决这个问题？

5.10若凸轮机构的滚子损坏，能否任选另一滚子来代替？

为什么？

答：

以上各题不作解答,老師可根据不同对象的学生,提出适当的要求,让学生自理。

四．简答题

5.11滚子从动件盘形凸轮的基圆半径如何度量？

答：

是在理论轮廓上度量的。

5.12在设计滚子从动件盘形凸轮轮廓线时，若发现工作廓线有变尖现象，则在尺寸参数改变上应采取哪些措施？

答：

增大基园半径或减小滚子半径。

5.13何谓反转法？

在设计盘形凸轮时如何应用？

答：

把原来转动着的凸轮看成是静止不动的，而

把原来静止不动的导路及原来往复移动的从动

件看成为反转运动的这一原理，称为“反转法”

原理。

如题5.13图所示为一对心尖顶直动从动

件盘形凸轮机构，由于从动件尖顶与凸轮轮廓始

终接触，所以加上反转角速度后从动件尖顶的运

动轨就是凸轮轮廓曲线。

题5.13图

五．设计计算与分析题

5.14*用作图法求出下列各凸轮从图示位置（题5.14图）转过45°后机构的压力角

（在图上标出来）。

（a）（b）（c）（d）

题5.14图

解：

見“机械设计基础学习指南与题解”题5.7。

5.15如题5.15图所示的对心移动滚子从动件盘形凸轮机构中，凸轮的实际轮廓线为一圆，其圆心在A点，半径R＝40mm，凸轮

转动方向如图所示，lOA＝25mm，滚子半径

rT＝10mm，试问：

1）凸轮的理论轮廓线为何种曲线？

2）凸轮的基圆半径r0。

3）从动件的升距h。

4）推程中的最大压力角α。

解：

（1）凸轮的理论轮廓线为一圆。

（2）r0=R-lOA+rr=40-25+10=25mm

（3）从动件的升程h

h=R+lOA+rr-r0=40+25+10-25=50mm

（4）推程最大压力角

当O点和A点在水平方向共线时压力角

为最大值。

题5.15图

第6章间歇运动机构

一、判断与选择题

6.1在棘轮机构中，当摇杆作连续的往复摆动时，棘轮将作单向间歇转动。

正确答案：

对

6.2槽轮机构必须要有锁止圆弧。

正确答案：

对

6.3在棘轮机构中，设置制动爪的目的是B。

A.分度B.定位C.换向

6.4槽轮机构运动件的锁止圆弧是A锁止弧。

A.凸形B.凹形

6.5间歇运动机构A.把间歇运动转换成连续运动。

A.不能B.能

二、填空题

6.6改变棘轮机构遥杆摆角的大小，可以利用改变曲柄長度的方法来实现。

6.7棘轮机构的主动件作往复运动，从动件作周期性的时停、时动的间歇运动。

6.8棘轮机构中制动爪的作用为防止棘轮反向转动。

6.9常用的间歇机构有棘轮机构，槽轮机构，不完全齿轮机构,凸轮式间隙运动机构。

6.10不完全齿轮机构的基本结构型式为外啮合与内啮合两种。

第7章螺纹连接与螺旋传动

一．判断与选择题

7.1多线螺纹没有自锁性能。

正确答案：

对

7.2连接螺纹大多采用多线的梯形螺纹。

正确答案：

错

7.3同一直径的螺纹按螺旋线数不同，可分为粗牙和细牙两种。

正确答案：

错

7.4弹簧垫圈和对顶螺母都属于机械防松。

正确答案：

对

7.5螺栓的标准尺寸为中径。

正确答案：

错

7.6螺旋传动中，螺杆一定是主动件。

正确答案：

错

7.7螺纹连接防松的根本问题在于A。

A．防止螺纹副的相对转动B.增加螺纹连接的刚度

C．增加螺纹连接的轴向力

7.8设计螺栓组连接时，虽然每个螺栓的受力不一定相等，但各个螺栓仍采用相同的材料、直径和长度，这主要是为了D。

A.受力均匀B.外观美观C.购买方便D.便于加工和装配

7.9螺栓连接的强度主要取决于C的强度。

A.螺母B.垫片C.螺栓

7.10预紧力为F0的单个紧螺栓连接，受到轴向工作载荷F作用后，螺栓受到的总拉力F∑CF0、＋F

A.大于B.小于C.等于

7.11在铰制孔用螺栓连接中，螺栓杆与孔的配合为B。

A.间隙配合B.过渡配合C.过盈配合

7.12当铰制孔用螺栓连接承受横向载荷或旋转力矩时，该螺栓组中的螺栓A。

A.必受剪切力的作用B.必受拉力作用C.同时受到剪切和拉伸作用

二．填充题

7.13普通螺纹的公称直径指的是螺纹的大径，计算螺纹的摩擦力矩时使用的是螺纹的中径，计算螺纹危险截面时使用的是螺纹的小径。

7.14常用的螺纹牙形有三角形，矩形，梯形，锯齿等几种，用于连接的螺纹为三角牙形，用于传动的为矩形牙形。

7.15螺栓连接的计算主要是螺纹中径，然后按标准选定螺纹的大径。

7.16当承受横向载荷时，如采用铰制孔用螺栓连接，其螺栓杆上承受剪切和挤压载荷。

7.17在螺纹连接中，相对刚度KC＝0，说明垫片为　金属垫片或无垫片　，其螺栓中总拉力为_____FΣ=F+F0’__________。

7.18采用凸台或沉头座，其目的为避免螺栓承受偏心载荷。

三．思考与分析题

7.19螺纹具有自锁特性，但使用一段时间后螺纹仍会自动松脱，为什么？

7.20采用对顶螺母防松时，两个螺母的厚度是否要求一样？

为什么？

若不一样厚，那么应该哪一个螺母厚？

7.21在什么条件下，F∑＝F0＋F？

7.22在紧密压力容器的紧螺栓连接中，为使螺母拧紧时更贴紧于被连接件，是否可将金属垫片更换为橡胶垫片？

为什么？

7.23装配铰制孔用螺栓连接时，为何不必将螺母拧得很紧？

7.24对螺栓组连接进行受力分析时作了五个假说，试结合现实中的例子加以说明。

答：

以上各题不作解答,老師可根据不同对象的学生,提出适当的要求,让学生自理。

四．简答题

7.25常用螺纹的种类有哪些？

各用于什么场合？

答：

普通螺纹广泛应用于各种紧固连接。

管螺纹分为圆柱管螺纹和圆锥管螺纹。

前者用于低压场合，后者适用于高温、高压或密封性要求较高的管连接。

矩形螺纹常用于传力或传导螺旋

梯形螺纹其传动效率略低于矩形螺纹，但工艺性好，牙根强度高，螺旋副对中性好，可以调整间隙。

广泛用于传力或传导螺旋

锯齿形螺纹仅能用于单向受力的传力螺旋。

7.26螺纹连接的基本形式有哪几种？

各适用于何种场合？

有何特点？

答：

螺栓连接将螺栓穿过被连接件上的光孔并用螺母锁紧。

这种连接结构简单、装拆方便、应用广泛。

双头螺柱连接这种连接用于被连接件之一较厚，不宜制成通孔，而将其制成螺纹盲孔，另一薄件制通孔。

拆卸时，只需拧下螺母而不必从螺纹孔中拧出螺柱即可将被连接件分开，可用于经常拆卸的场合。

螺钉连接这种连接不需用螺母，适用于一个被连接件较厚，不便钻成通孔，且受力不大、不需经常拆卸的场合。

紧定螺钉连接将紧定螺钉旋入一零件的螺纹孔中，并用螺钉端部顶住或顶入另一个零件，以固定两个零件的相对位置，并可传递不大的力或转矩。

7.27连接螺纹都具有良好的自锁性，为什么有时还需要防松装置？

试各举出两个机械防松和摩擦防松的例子。

答：

连接中常用的单线普通螺纹和管螺纹都能满足自锁条件，在静载荷或冲击振动不大、温度变化不大时不会自行松脱。

但在冲击、振动或变载荷的作用下，或当温度变化较大时，螺纹连接会产生自动松脱现象。

因此，设计螺纹连接必须考虑防松问题。

7.28计算普通螺栓连接时，为什么只考虑螺栓危险截面的拉伸强度，而不考虑螺栓头、螺母和螺纹牙的强度？

答：

因为连接失效主要由扵螺栓本身的强度不足而产生,一般来说螺母和螺纹牙的强度总是足够的。

7.29简述紧连接受拉螺栓承受什么载荷？

其强度计算公式中1.3是什么含义？

答：

紧连接受拉螺栓承受拉应力σ和扭转应力的复合应力。

1.3的含义是考虑了扭转应力对强度的影响。

7.30螺栓连接的结构设计要求螺栓组对称布置于连接接合面的形心，理由是什么？

答：

保证接合面的受力比较均匀，同时也便于加工制造。

7.31简述提高螺栓连接强度的措施有哪些？

答：

提高螺栓连接强度的措施有：

1.改善螺纹牙间的载荷分配；

2.减小螺栓的应力变化幅；

3.减少应力集中；

4.避免附加应力。

7.32滚动螺旋传动和滑动螺旋传动相比较，有何优缺点？

答：

螺旋副中摩擦为滑动摩擦称为滑动螺旋传动。

在螺杆和螺母之间设有封闭循环的滚道，在滚道间填充钢珠，使螺旋副的滑动摩擦变为滚动摩擦，从而减少摩擦，提高传动效率，这种螺旋传动称为滚动螺旋传动，又称滚珠丝杠副。

滑动螺旋的优缺点有：

结构简单，便于制造，易于自锁，但其摩擦阻力大，传动效