《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

绪论

0-1判断题

（1）X

（3）X

（4）V

（5）V

0-2填空题

1）确定的相对

2）机械

3）零件

构件

0-3选择题

1）A

3）A

4）A

5）A

、机构的自由度

1-1判断题

1）X

2）V

3）X

4）X

5）X

1-2填空题

机架

1）运动副

2）独立

4）低（5）机构自由度

6）

1-3选择题

1）A

2）A

3）A

4）A

5）A

6）A

7）

8）A

9）A

10）A

11）A

12）A

13）

1-4解：

a）

F=3n—2p—a=3X3-2X4-0=1

b）

F=3n—2pl—ph=3X5—2X7—0=1

c）

F=3n—2pl—ph=3X3—2X4—0=1

d）

F=3n—2pl—ph=3X3—2X4—0=1

e）

F=3n—2pl—ph=3X3—2X4—0=1

f）

F=3n—2pl—ph=3X3—2X4—0=1

1-5解：

a）F=3n—2pl—ph=3X5—2X7—0=1

b）

滚子中心存在局部自由度，F=3n-2Pl-Ph=3x8-2x11-1=1

c）

E处存在复合铰链，F=3n—2pi-Ph=3x5-2X6-1=2

d）

F=3n-2Pl-Ph=3x6-2x8-1=1

e）

滚子中心存在局部自由度，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=3x9-2x12-2=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=3x4-2x4

-2=2

g）

F=3n-2Pl-Ph=3x3-2x3-0=3

h）

滚子中心存在局部自由度，F=3n-2Pl-Ph=3x3-2x3-2=1

F=3n-2Pl-

中间三根杆以转动副相连处存在复合铰链，=3n-2Pl-Ph=3x7-2x10-0=1

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，

Ph=3x5-2x7-0=1

1-6解：

b）该构件组合不是机构，因为该组合自由度

F=3n-2Pl-Ph=3x3-2x4-1=0

c）该构件组合不是机构，因为该组合自由度

F=3n-2Pl-Ph=3x4-2x6-0=0

摇杆

d）该构件组合为机构，因为该组合自由度

二、平面连杆机构

2-1判断题

1）X

2）X

（3）V

8）V

9）V

10）X

15）V

22）X

2-2填空题

1）低

6）最短

16）X

17）X

23）

24）

2）转动

7）曲柄摇杆

11）运动不确定

F=3n—2p—Ph=3X3-2X4-0=1>0

4）X

11）X

18）V

25）

（5）2

12）V

19）X

连杆，连架杆

13）X

20）V

14）

21）

曲柄，

10）

12）非工作时间

13）惯性

14）大

曲柄

18）曲柄滑块

19）双摇杆

20）

双曲柄机构

21）

无，有

2-3选择题

1）A

2）C

3）B

4）A

5）B

6）B

8）C

9）A

10）A

11）A

12）C

13）C

14）

15）A

16）A

17）A

18）A

19）A

20）A

21）

2-4解：

a）

双曲柄机构，因为

40+110<70+90，满足杆长条件，并以最短杆为机架

b）

曲柄摇杆机构，因为30+130<110+120，满足杆长条件，并以最短杆的邻边

为机架

c）

双摇杆机构，因为50+100>60+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

2-5解：

（1）由该机构各杆长度可得IAe+丨BcVICd+lAD,由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

（2）以Ibc或Iad杆成为机架即为曲柄摇杆机构，以IAB杆成为机架即为双曲柄机

构，以IcD杆成为机架即为双摇杆机构

2-6解：

1）曲柄摇杆机构

由题意知连架杆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（0<1ab<300mm）且应满足杆长条件Iab+Ibc

2）双摇杆机构

由题意知机架AD杆不是最短杆的对边，要为双摇杆机构应不满足杆长条件

①AB杆为最短杆（0lcd+IAD,由此可得150mml

②AB杆为中间杆（300mn^Iab<500mm时，Iad+Ibc>Icd+Iab，由此可得300mms

IAB<450mm

550mmI

由此可知：

150mmI

（3）双曲柄机构

要为双曲柄机构，AD杆必须为最短杆且应满足杆长条件

lad+1bc冬lcd+lAB，由此可得450mm

lab+Iad^lcd+Ibc，由此可得500mm^

①AB杆为中间杆（300mm^lab<500mm时,

②AB杆为最长杆（500mm^lAB<1150mr）i时,

lAB<550mm

由此可知：

450mm^lab<550mm

2-7解:

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:

（1）计算极位夹角:

180K1

180

436

1.51

（2）取比例尺u=0.001m/mm

（3）根据比例尺和已知条件定出

DC三点，如图所示

（4）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C和G点，连接DC和DG得摇杆的另一极限位置（两个）

（5）从图中量得AG=71mmA（i=26mmAG=170mm

（6）当摇杆的另一极限位置位于

DC时:

1AB

AC—ACi

22.5mm,

1BC

ACACi

48.5mm

2

（7）当摇杆的另一极限位置位于

DC时:

1AB

AG2—AC

49.5mm，

1BC

ACAc2120.5mm

2

答：

曲柄和连杆的长度分别为

22.5mm

48.5mm和49.5mm120.5mn。

2-9解:

用作图法求解，主要步骤:

（1）计算极位夹角:

180

U18016.4

K11.21

（2）取比例尺U=0.001m/mm

（3）根据比例尺和已知条件定出滑块的两极限位置C、G两点，如图所示

（4）连接CC,以CG为直角边作直角三角形CGP,使/CCP=90°—0=73.6°

（5）以GP为直径作圆0（6）将CC偏移e值，与圆0交于A点，连接AC和AG,

（7）从图中量得AG=34mmAG=82mm贝U：

lAB

AC2—AG1

2

24mm，Ibc

AC1AC258mm

答：

曲柄和连杆的长度分别为

24mn和58mm

2-10解:

用作图法求解，主要步骤:

计算极位夹角:

180

180

g30

1.41

取比例尺U=0.002m/mm

根据比例尺和已知条件定出机架

AG

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

从图中量得AB=23mm则Iab

AB

26nTn

答：

曲柄的长度为26mm

2-11解:

用作图法求解，主要步骤:

（1）计算极位夹角:

180J

K1

180

取比例尺U=0.001m/mm

根据比例尺和已知条件定出DG、G三点，如图所示

过D点作GD的垂线，并与CG的连线交于A点

从图中量得AD=220mmAG=234mmAG=180mm贝U：

Iab

AC2—AG1

2

27mm,Ibg

AC2AGi

207mm,lAD

AD

220nm

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

（1）V

（2）X

（3）V

（4）X

（5）X

（6）X

（7）

（8）X

（9）V

（10）V

（11）V

（12）V

（13）V

（14）

（15）X

（16）

（17）

（18）

（19）

3-2填空题

（1）使用

（2）盘形

凸轮轮廓

（4）变曲率

（5）行

（6）行程

（7）轮廓

凸轮的转角，从动件的位移

（9）最

（10）法线

（11）大

（12）等速

（13）小

（14）

许用压力角

（15）低

（16）大

（17）大

（18）内凹

（19）抛物线

（20）刚性

3-3选择题

1）B

2）A

3）A

4）A

5）A

6）C

7）

8）A

9）A

10）A

11）A

12）A

13）A

14）

15）A

16）A

17）B

18）A

19）A

20）C

21）

22）A

23）B

24）

25）

26）

27）

3-4解：

1）凸轮的基圆和基圆半径的标注如图所示2）从动件的位移线图s-t和升程h的标注如图所示

凸轮的位移线图如图所示。

3-6解：

1）凸轮的位移线图如图所示

2）凸轮的位移线图如图所示3-7解：

所设计对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构如图所示

3-8解：

所设计偏置直动滚子从动件盘形凸轮机构如图所示

3-9解：

各凸轮机构中b、c点的压力角如图所示四、间歇运动机构

4-1判断题

（1）V

（2）V（3）X（4）V（5）V（6）X（7）X（8）

4-2填空题

1）周期性

2）棘轮

3）内

4）2

5）锯

螺钉

4-3选择题

1）A

8）A

五、联接

5-1判断题

（1）X

8）X

15）X

5-2填空题

1）牙型

2）A

9）A

（2）V

9）X

16）

2）

7）拧紧力矩

3）A

10）A

（3）2

10）X

17）

防松

4）A

11）

（4）X

11）X

越高

18）

5）A

（5）V

12）V

4）自锁性

9）一致

19）

6）A

（6）V

13）

7）

14）

20）V

6）

10）摩擦

11）直

挤压

16）轴的直径，轴头

17）

A，B，C，

18）

增加键的长度

19）B

20）

80

5-3选择题

1）B

2）A

3）A

4）C

5）D

6）

7）

8）A

9）A

10）D

11）B

12）A

13）

14）

15）C

16）A

17）B

18）A

19）A

20）

21）

22）B

23）A

24）B

25）C

26）B

27）

28）

29）C

30）A

31）A

32）A

33）A

34）

35）

36）A

37）A

38）A

39）A

40）A

41）A

42）

43）A

44）D

45）

5-4解：

则:

该螺栓连接为松螺栓连接，其强度条件为:

4F

（T2b

nd-,

拉杆材料为Q235,其b235MPa，取安全系数S=1.7，则:

b仝空138.24MPaS1.7

则:

匡J4231014.56mm

YnbV3.14138.24

查教材表5-2可知，选小径di=17.294mm公称直径d=20mm勺粗牙普通螺纹。

答：

拉杆螺纹的直径为M2（。

5-5解:

该螺栓连接为受横向工作载荷的紧螺栓连接，其强度条件为:

5.2Fa

bdb

Fa

F0CFr，查教材表5-2可知，M16的螺栓的小径di=13.835mm取C=1.2，zmf

答:

该螺栓组能承受的横向载荷应不大于18.49kN0

5-6

解:

5.2Fa

bdb

该螺栓连接为受轴向工作载荷的紧螺栓连接，其强度条件为:

各螺栓所受轴向工作载荷FeFq220005500N

n4

X55OO=88OON

拉杆材料为Q235其.235MPa，取安全系数8=1.5，则―g詈156.67MPa

则：

d1岛篇9.64mm

d1

查教材表5-2可知，选小径di=10.106mm公称直径d=12mm勺粗牙普通螺纹。

答：

所求螺栓直径为M12

5-7解:

该螺栓连接为受横向工作载荷的紧螺栓连接，其强度条件为:

5.2Fa

Oe苛O

材料为35钢，其Os315MPa，取安全系数8=1.5，则：

315210MPa

1.5

查教材表5-2可知，M16的螺栓的小径di=13.835mm贝9：

29

CFrLzmfnd1O420.153.1413.8352210_

FaFO一R,Fr1——24.27kN

zmf5.2C

5.21.2

答：

允许承受的最大载荷不大于24.27kN0

5-8*解:

（1）确定螺杆的直径

该螺栓连接为受轴向工作载荷的紧螺栓连接，其强度条件为:

ce

5.2Fa

n2O

则:

Fa二V=20kN

os

材料为45钢，其Os355MPa，该连接不需严格控制预紧力，取安全系数S=4,

查教材表5-2可知，选小径di=20.752mm公称直径d=24mm勺粗牙普通螺纹。

（2）确定扳手手柄的最小长度

查教材表

5-2可知公称直径d=24mn粗牙普通螺纹中径d2=22.051mm贝

20丝他

1102.55mm，取L=1103mm

答：

（1）螺杆直径为M24

（2）扳手手柄的最小长度为1103mm

5-9解：

（1）校核螺栓的剪切和挤压强度

该螺栓连接为受横向工作载荷的铰制孔螺栓连接：

剪切强度条件为:

4F

T2

mnd0

T；挤压强度条件为:

F

P~P

d0

查教材表

5-3可知:

8.8

级的螺栓的Obp=800MpaOs=640Mpa查教材表5-4可

知：

st=2.5,

Sp=2.5贝y：

-640256MPa；

O塔320MPa

4F

42423

T22

mn2/413.14122

7.72MPa256MPa；o

24235.27MPa<320MPa

2023

答：

所用螺栓满足剪切和挤压强度要求

b=16mmh=

（2）平键的选择及强度校核

选A型平键，根据轴径和轴头长度，从设计手册中查得键的尺寸

10mmL=70mm。

键的标记为：

键16x70GB/T1096—2003。

答：

所选择的键不满足强度要求。

5-10解:

该螺栓连接为受横向工作载荷的普通螺栓连接，其强度条件为:

oe

5.2Fa

8.8级的螺栓的os640MPa，取安全系数S=1.5，贝9：

『

640

1.5

426.67MPa

取W.2，则:

Fa讣孑册IF12.115kN则:

查教材表5-2可知，可选小径d1=8.376mm公称直径d=10mm的粗牙普通螺纹。

答：

螺栓直径为M1（。

5.2Fa

5-11*解：

该螺栓连接为受横向工作载荷的紧螺栓连接，其强度条件为:

受力分析如图所示

将外载荷P向螺栓组中心简化得螺栓组所受的转矩T和横向载荷P

横向载荷P=10000N;转矩T=10000300=3000000N•mm方向如图所示

由于横向载荷作用每个螺栓受到的横向力Fp1Fp2Fp3Fp4

由于转矩作用每个螺栓受到的横向力

Ft1Ft2Ft3Ft4—300000027071N

4r4J752752

由图可知，螺栓1、2所受的横向力相等，螺栓3、4所受的横向力相等，且螺

栓1、2所受的横向力最大，其值为

CFi1.29013.8

E取“2，则：

Fa-67603.5N

查设计手册可知，可选小径d1=31.67mm公称直径d=36mm勺粗牙普通螺纹。

答：

该螺栓组螺栓的小径须大于30.54，可选M36的螺栓。

5-12*解：

（略）

5-13解:

（1）确定螺柱直径

该螺栓连接为受轴向工作载荷的紧螺栓连接，其强度条件为:

ce

5.2Fa

22

每个螺栓平均承受的轴向工作载荷：

FenPD-3.143160

4z48

7536N

取残余预紧力Fr=1.6Fe，贝冷螺栓所受总轴向拉力

Fa二Fe+Fr=2.6Fe=2.6X

7536=19593.6N

5.8级螺栓的Os400MPa，按控制预紧力取安全系数S=1.5，贝心

os

Ot響266.67MPa

则:

d152F

产19593.611.03mm

ncV3.14266.67

查教材表5-2可知，可选小径

d1=13.835mm公称直径d=16mnr的粗牙普通螺纹。

（2）确定螺柱分布直径

取螺柱间距为5d,则D05zd

5816203.82mm，取D=200mm

3.14

答：

连接螺栓直径可选M16的粗牙普通螺纹，分布直径为200mm

5-14解:

（1）平键类型和尺寸选择

安装齿轮处的键：

选A型平键，根据轴径和轴头长度，从设计手册中查得键的

尺寸b=25mm，h=14mm，L=80mm键的标记为：

键25X80GB/T1096—2003。

安装联轴器处的键：

选A型平键，根据轴径和轴头长度，从设计手册中查得键

的尺寸b=20mm，h=12mm，

L=100mm键的标记为：

键20X100GB/T1096

2003。

（2）平键连接强度的校核

安装齿轮处平键强度校核:

op

竺£_82246.18MPa100~120MPa

dhl90148025

安装联轴器处平键强度校核:

cp红480047.62MPa50~60MPa

dhl701210020

所选择的平键满足强度要求

b=22mm，h=

b=25mm，

答：

所选择的平键满足强度要求

5-15解：

1）平键类型和尺寸选择

选A型平键，根据轴径和轴头长度，从设计手册中查得键的尺寸

14mmL=100mm此键的标记为：

键22X100GB/T1096—2003。

2）传递的最大扭矩

查教材表5-7得[（Tp]=（100〜120）Mpa取[g]=120Mpa

答：

能传递的最大扭矩不大于2620.8N•

5-16解：

1）平键类型和尺寸选择选A型平键，根据轴径和轴头长度，从设计手册中查得键的尺寸

h=14mm,L=90mm。

此键的标记为：

键25X90GB/T1096—2003。

2）平键连接强度的校核

所选择的平键满足强度要求

答：

所选择的平键为键25X90GB/T1096—2003。

经验算该键满足强度要求。

六、带传动和链传动

6-1判断题

（1）X

8）V

15）X

22）X

6-2填空题

（2）X

9）X

16）X

23）X

1）中心角，120°

（3）2

10）X

17）X

24）

2）两侧，

4）初拉力，摩擦系数，小轮包角

8）带的基准长度

11）

传动比

12）

（4）V

11）V

18）X

40°

15）

弹性滑动，打滑

19）

20）小

24）

绳芯

25）

5）X

12）

19）

5）越大

梯形，

9）平行，对称平面应在同一平面

张紧轮

16）打滑

21）4

25）平均，瞬时

13）V

20）X

7，Y

6）5~25

10）

14）

21）

13）摩擦力

14）可以

17）10

18）外

22）型号

23）主

26）链轮的多边效应

27）

28）

偶，奇

29）疲劳破坏，胶合

30）外链板与销轴

31）

制造精度的影响，

致使各排链的载荷分布不均

32）

大，跳齿

33）少，冲击，动载荷

不能保持恒定的瞬时传动比；传动平稳性差；工作时有噪音等

6-3选择题

1）C

2）B

3）B

4）A

5）A

6）A

7）

8）A

9）B

10）B

11）A

12）A

13）C

14）

21）

15）C

16）A

17）A

18）C

19）A

20）D

28）

22）A

23）A

24）B

25）A

26）A

27）A

35）

29）D

30）B

31）B

32）A

33）B

34）A

36）A

37）B

38）

6-4解：

（1）小轮包角

（2）带的几何长度

查教材表6-3可知，选带的基准长度Ld=2800mm

不考虑带传动的弹性滑动时大带轮转速

n1

I—n2

匹,n2止1460150547.5r/mln

dd1dd2400

滑动率£=0.015时大带轮的实际转速

ni

i—

n2

dd2n1dd11£146015010.015

，门2539.3r/mIndd11£dd2

400

答：

1）小轮包角为165.7°;2）带的几何长度为2879.6mm应选带的基准长

度2800mm3）不考虑带传动的弹性滑动时大带轮转速547.5r/min;4）大带轮的实

际转速539.3r/mIn。

6-5解：

（1）确定带的基准长度Ld

查教材表6-3可知，选带的基准长度Ld=1600mm

（2）确定实际中心距a

取实际中心距a=530mm

（3）计算所需带的根数z

查教材表6-5得P0=1.60kW;查教材表6-6得^Po^0.168kW;查教材表6-7得

Ka=0.974;查教材表6-3,Kl=0.99，贝U：

取z=3根

答：

1）带的基准长度Ld=1600mm;2