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《机械设计基础》习题

0绪论

1平面机构

2平面连杆机构

3凸轮机构

4齿轮机构

5轮系

9联接

10带传动和链传动

11齿轮传动

12蜗杆传动

13轴承

14联轴器和离合器

15轴

0绪论

思考题

1机器、机构与机械有什么区别？

各举出两个实例。

2机器具有哪些共同的特征？

如何理解这些特征？

3零件与构件有什么区别？

并用实例说明。

举出多个常用的通用机械零件。

4机械设计的基本要求是什么？

为什么要确定机器的预定使用期限？

5机械设计的一般过程是什么？

平面机构

思考题

1什么是高副？

什么是低副？

在平面机构中高副和低副各引入几个约束？

2什么是机构运动简图？

绘制机构运动简图的目的和意义？

绘制机

构运动简图的步骤？

3什么是机构的自由度？

计算自由度应注意那些问题？

4机构具有确定运动的条件是什么？

若不满足这一条件，机构会出现

什么情况？

习题

一、填空

1绘制图示平面机构的机构运动简图。

a）b）

c）d）

2计算图示平面机构的自由度。

（机构中如有复合铰链，局部自由度,

虚约束,予以指出。

）

2平面连杆机构

思考题

1平面四杆机构的基本形式是什么？

它有哪些演化形式？

演化的方式

有哪些？

2什么是曲柄？

平面四杆机构曲柄存在的条件是什么？

曲柄是否就是

最短杆？

3什么是行程速比系数？

极位夹角？

急回特性？

三者之间关系如何？

4什么是平面连杆机构的死点？

举出避免死点和利用死点进行工作的

例子。

5平面铰链四杆机构的主要演化形式有哪几种？

它们是如何演化来

的？

6平面四杆机构的设计方法有哪几种？

它们的特点是什么？

习题

一.填空

1.平面连杆机构由一些刚性构件用____副和____副相互联接而组成。

2.在铰链四杆机构中，能作整周连续旋转的构件称为_______，只能来回摇摆某一角度的构件称为_______，直接与连架杆相联接，借以传动和动力的构件称为_______。

3.为铰链四杆机构，设杆a最短，杆b最长。

试用符号和式子表明它构成曲柄摇杆机构的条件：

（1）____________________________。

（2）以_______为机架，则_______为曲柄。

4.设上图已构成曲柄摇杆机构。

当摇杆CD为主动件，机构处于BC与从动曲柄AB共线的两个极限位置，称为机构的两个_______位置。

5.铰链四杆机构的三种基本形式是_______机构，_______机构，_______机构。

6.平面连杆机急回运动特性可用以缩短_______。

从而提高工作效率。

7.平面连杆机构的急回特性系数K______________。

8.四杆机构中若对杆两两平行且相等，则构成_______机构。

二、选择代号填空

1.平面四杆机构中各构件以_______相联接。

（a转动副b移动副c螺旋副）

2.平面连杆机构当急回特性系数K_______时，机构就具有急回特性。

（a>1b=1c<1）

3.铰链四杆机构中，若最长杆与最短杆之和大雨其他两杆之和，则机构有_______。

（a一个曲柄b两个曲柄c两个摇杆）

4.家用缝纫机踏板机构属于_______。

（a曲柄摇杆机构b双曲柄机构c双摇杆机构）

5.机械工程中常利用_______的惯性储能来越过平面连杆机构的“死点”位置。

（a主动构件b从动构件c联接构件）

6.对心曲柄滑块机构曲柄r与滑块行程H的关系是_______。

（a.H=rb.H=2rc.H=3r）

7.内燃机中的曲柄滑块机构工作时是以_______为主动件。

（a曲柄，b连杆，连杆，c滑块）

8.四杆机构各杆长a=350,b=550,c=200,d=700长度单位，试选答：

（1）当取d为机架时机构_______；

（2）当取c为机架时机构_______。

a.有一个曲柄b.有两个曲柄c.有两个摇杆

9.下列机构中适当选择主动件时，_______必须具有急回运动特性；_______必须出现“死点”位置。

a曲柄摇杆机构b双摇杆机构c不等长双曲柄机构

d平行双曲柄机构e对心曲柄滑块机构d摆动导杆机构

三、设计

1根据尺寸和机架判断铰链四杆机构的类型。

2画出各机构的压力角传动角。

箭头标注的构件为原动件。

a）b）c）

3设计一曲柄摇杆机构，已知摇杆CD的长度LCD=75mm，行程速比系数K=1.5，机架AD的长度LAD=100mm，摇杆的一个极限位置与机架的夹角ψ=45°，求曲柄连杆的长度LAB,LBC。

4图示为一电炉的炉门，关闭的位置为E1，开启的位置为E2，试设计一四杆机构来操作该炉门。

相关尺寸见图。

3题图4题图

5用解析法设计一四杆机构，使两连架杆的对应转角关系近似实现已知函数

建议取

。

3凸轮机构

思考题

1凸轮机构的应用场合是什么？

凸轮机构的组成是什么？

通常用什么

办法保证凸轮与从动件之间的接触？

2凸轮机构分成哪几类？

凸轮机构有什么特点？

3为什么滚子从动件是最常用的从动件型式？

4凸轮机构从动件的常用运动规律有那些？

各有什么特点？

5图解法绘制凸轮轮廓的原理是什么？

为什么要采用这种原理？

6什么情况下要用解析法设计凸轮的轮廓？

7设计凸轮应注意那些问题？

8从现有的机器上找出两个凸轮机构应用实例，分析其类型和运动规

律。

习题

一、填空

1.凸轮机构主要是由_______、_______和固定机架三个基本构件所组成。

2.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。

3.从动杆与凸轮轮廓的接触形式有_______、_______和平底三种。

4.以凸轮的理论轮廓曲线的最小半径所做的圆称为凸轮的_______。

5.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_______。

6.随着凸轮压力角α增大，有害分力F2将会_______而使从动杆自锁“卡死”，通常对移动式从动杆，推程时限制压力角α_______。

7.凸轮机构从动杆等速运动的位移为一条_______线，从动杆等加速等减速运动的位移曲线为一条_______线。

8.等速运动凸轮在速度换接处从动杆将产生_______冲击，引起机构强烈的振动。

9.凸轮机构的移动式从动杆能实现_______。

（a匀速、平稳的直线运动b简偕直线运动c各种复杂形式的直线运动 

10.从动杆的端部形状有_______、_______和平底三种。

11.凸轮与从动件接触处的运动副属于_______。

（a高副b转动副c移动副）

12.要使常用凸轮机构正常工作，必须以凸轮_______。

（a作从动件并匀速转动b作主动件并变速转动c作主动件并匀速转动）

13.在要求_______的凸轮机构中，宜使用滚子式从动件。

（a传力较大b传动准确、灵敏c转速较高）

14.使用滚子式从动杆的凸轮机构，为避免运动规律失真，滚子半径r与凸轮理论轮廓曲线外凸部分最小曲率半径ρ最小之间应满足_______。

（ar>ρ最小br=ρ最小cr<ρ最小）

15.凸轮与移动式从动杆接触点的压力角在机构运动时是_______。

（a恒定的b变化的c时有时无变化的）

16.当凸轮转角δ和从动杆行程H一定时，基圆半径rb与压力角α的关系是_______。

（arb愈小则愈小，brb愈小则a愈大，crb变化而α不变）

17.下列凸轮机构中，图_______所画的压力角是正确的。

18.在减小凸轮机构尺寸时，应首先考虑_______。

（压力角不超过许用值b凸轮制造材料的强度c从动件的运动规律）

三、判断

1.凸轮机构广泛用于自动化机械中。

（）

2.圆柱凸轮机构中，凸轮与从动杆在同一平面或相互平行的平面内运动。

（）

3.平底从动杆不能用于具有内凹槽曲线的凸轮。

（）

4.凸轮机构的等加速等减速运动，是从动杆先作等加速上升，然后再作等减速下降完成的。

（）

5.凸轮压力角指凸轮轮廓上某点的受力方向和其运动速度方向之间的夹角。

（）

6.凸轮机构从动件的运动规律是可按要求任意拟订的。

（）

四、绘图、改错及回答问题

1.划出下列文字中的错误处，并改在正文后横线内

（1）凸轮机构能够通过选择适当的凸轮类型，使凸轮得到预定要求的各种运动规律。

_______________________

（2）凸轮与从动件在低副接触处，难以保持良好的润滑，故容易磨损。

_______________________

2.就图所示盘形凸轮完成下列解答

（1）画出基圆、理论轮廓曲线和图位压力角。

指出实际轮廓曲线。

当凸轮上A、B两点与从动件接触时、压力角如何变化？

（2）从动件上升和下降，凸轮转角δ和从动件相应的行程h各为多少？

3.按图等加速等减速凸轮轮廓曲线绘制出从动杆位移曲线。

4.图机构由那些典型机构组成？

若曲柄匀速旋转，凸轮将作什么运动？

用箭头标出图位时从动杆的运动方向，画出凸轮理论轮廓曲线（局部）和压力角。

五、凸轮机构的设计

1.移动从动件盘形凸轮机构,已知：

推程时凸轮的转角Φ=π/2，行程h=50mm。

求：

当凸轮转速ω1=10s-1时，等速、等加等减速、余弦和正弦加速四种常用的基本运动规律的最大速度υmax，最大加速度αmax的值，及所对应的凸轮转角ψ。

2.已知一对心直动平底从动件盘形凸轮机构。

O1为凸轮回转中心，凸轮是一偏心圆，圆心为O，半径为r，偏距为e,O1连线与从动件导路中心线之夹角为θ。

试用e和θ来表示从动件的位移s、速度υ、加速度α。

3.一从动件的运动规律为：

从动件按简谐运动规律上升30mm，对应凸轮转角Φ=180°；从动件以等加、等减速运动规律返回原处，对应凸轮转角是120°；当凸轮转过剩余角度时，从动件不动。

试绘制出从动件的位移曲线。

4.绘制从动件的位移曲线。

从动件以正弦加速运动规律上升，升程为32mm，对应凸轮推程角Φ=120°；凸轮继续转过60°，从动件不动，凸轮转过剩余角度时，从动件等速返回。

5.设计一对心直动滚子从动件盘形凸轮。

已知凸轮基圆半径rb=40mm,滚子半径r=10mm,凸轮顺时针回转，从动件按题4运动规律运动。

并校验机构压力角。

6.设计一偏置式尖底推杆盘状凸轮。

凸轮顺时针回转，推杆导路偏于凸轮回转中心左侧，偏距e=10mm,基圆半径rb=30mm，从动件按题4运动规律运动。

7.设计一对心平底移动从动件盘形凸轮，并确定从动件平底的宽度，已知基圆半径rb=50mm，从动件平底垂直于导路，其运动按题4运动规律，凸轮顺时针回转。

8.设计一平底摆动从动件盘形凸轮。

凸轮回转方向和从动件摆动方向及初始位置如图所示。

已知中心距OA=50mm，基圆半径r0=20mm，从动件的运动规律为：

凸轮推程角Φ=180°从动件以余弦加速度运动规律顺时针摆动ψmax=15°；回程以等速运动规律返回。

并确定从动件的长度。

9.试设计一轴向移动滚子从动件圆柱凸轮。

已知凸轮的平均直径D0=80mm，从动件的动程h=60mm,滚子半径r=10mm，从动件按题4的运动规律运动。

10.设计一滚子摆动从动件盘形凸轮。

已知中心距OA=80mm，摆杆长度AB=50mm，滚子半径r=10mm,从动件摆角ψ=30°，从动件起始位置与连心线OA之夹角ψ0=15°凸轮顺时针转动，从动件的运动规律如题4。

11.已知凸轮机构如图所示，试用作图法求出从动件的位移曲线，并求出其行程h。

12.已知一平底移动从动件盘形凸轮机构如图所示，试用作图法求出其位移曲线。

13.已知一偏置式尖底移动从动件盘形凸轮机构如图所示，试用作图法求出其从动件的位移曲线。

并问：

若采用滚子从动件，则该从动件的运动规律与采用尖顶从动件所实现的运动规律是否一致，为什么？

14.已知一对心直动从动件盘形凸轮机构，基圆半径rb=20mm，当凸轮等速回转180°从动件等到速移动40mm。

求当凸轮转角ψ=0°、60°、120°、180°时凸轮机构压力角的值。

15.用作图法求图示各凸轮转过90°后轮廓上的压力角，并在图上标注出来。

16.已知一对心尖底推杆盘状凸轮机构。

其凸轮轮廓为一偏心圆，该圆直径D=40mm，偏距e=8mm,凸轮顺时针转动。

试求：

（1）画出该凸轮机构的运动简图，要求从动件与凸轮在推程角ψ=90°处相接触；

（2）画出基圆，并求出基圆半径rb的值；

（3）标出最大压力角αmax和最小压力角αmin的位置，并测出其大小。

17.一尖底直动从动件盘形凸轮机构，已知凸轮以等角速度ω1逆时针方向回转。

凸轮转过1800时,从动件等速上升31.4mm，凸轮再转过剩余1800,返回原位置.今给定推程许用压力角[α]=300,回程[α′]=600.试用图解法求出凸轮最小基圆半径rb,及偏距e,又若采用对

心式从动件,则凸轮最小基圆半径又为多少?

18.一尖顶摆动从动件盘形凸轮，已知凸轮逆时针匀速回转,且从动件长度lAB=60mm.当凸轮转过1800时,从动件等速顺时针摆动300,凸轮继续转过900,从动件不动;当凸轮再转过剩余900时,从动件等速摆回初始位置。

试用图解法求凸轮最小基圆半径rb,及中心距.要求推程许用压力角[α]=400，回程许用压力角[α′]=700

19.已知一对心直动从动件盘形凸轮机构。

推程时凸轮等速回转1800，从动件等速移动30mm，要求许用压力角[α]=300,回程时，凸轮转动900,从动件以等加速等减速运动规律返回原始位置，要求许用压力角[α′]=600；当凸轮再转过剩余900,从动件不运动。

试用解析法求凸轮基圆半径rb。

20.求直动平底从动件盘形凸轮的基圆半径。

已知凸轮匀速转过120°时，从动件按简谐运动规律上升80mm。

21.设计一偏置式尖底推杆盘形凸轮。

已知凸轮顺时针匀速转动，基圆半径r0=30mm,行程h=30mm,偏距e=5mm,推程角Φ=150°，从动件按简谐运动规律运动。

试用解析法计算凸轮转向在ф=30°、60°、90°、120°时凸轮廓曲线上对应点的极坐坐标数值。

22.求一移动推杆圆柱凸轮的平均圆柱半径。

运动规律同题4，许用压力角〔a〕=30°。

23如题图3-1所示的偏置直动从动件盘形凸轮机构，AB段为凸轮的

推程轮廓曲线，请在图上标出从动件的行程

、推程运动角

、远休

止角

、回程运动角

、

。

题图3-1题图3-2

24已知一偏心直动从动件盘形凸轮机构（如题图3-2）。

凸轮为一以

C为中心的圆盘，试用图解法在图上标出轮廓上D点与尖顶接触时的

压力角？

25设计一对心直动尖顶从动件盘形凸轮机构。

已知凸轮的基圆半径

rb=30mm，凸轮逆时针等速回转。

在推程中，凸轮转过150°时，从动

件等速上升50mm；凸轮继续转过30°时，从动件保持不动。

在回程

中，凸轮转过120°时，从动件以简谐运动规律回到原处；凸轮转过

其余60°时，从动件又保持不动。

试用作图法绘制从动件的位移曲

线图及凸轮的轮廓曲线。

26设计一偏心直动滚子从动件盘形凸轮机构。

已知凸轮的基圆半径

rb=40mm，滚子直径rT=10mm。

凸轮逆时针等速回转。

在推程中，凸轮

转过140°时，从动件按简谐运动规律上升30mm；凸轮继续转过40°

时，从动件保持不动。

在回程中，凸轮转过120°时，从动件以等加

速等减速运动规律回到原处；凸轮转过其余60°时，从动件又保持

不动。

试用作图法绘制从动件的位移曲线图及凸轮的轮廓曲线。

27试设计一对心直动平底从动件盘形凸轮机构。

已知基圆半径

rb=50mm。

从动件平底与其导路垂直。

凸轮以等角速度顺时针转动。

从动件运动规律同题3-4。

试用作图法绘制盘形凸轮的轮廓曲线。

28设计一尖顶摆动从动件盘形凸轮机构。

已知凸轮以等角速度逆时

针转动，基圆半径rb=30mm，凸轮转动中心与摆杆摆动中心间的中心

距为75mm，摆杆的最大摆动角为30°,推程摆杆顺时针摆动。

从动件

运动规律如下：

δ0=180°,δ1=0,δ2=120°,δ3=60°,从动件推程以

简谐运动规律摆动，回程以等加速等减速运动规律返回原处。

试绘制

从动件位移曲线和凸轮的轮廓曲线。

29对于题3-4的凸轮机构设计问题，试用解析法通过计算机程序计

算凸轮的理论廓线和实际廓线（按每10°一点计算廓线的极坐标值）。

4齿轮机构

思考题

1什么是齿廓啮合的基本定律？

2渐开线的性质有哪些？

3标准齿轮应具备哪些条件？

4齿轮正确啮合的条件是什么？

5重合度的基本概念是什么？

6常见的渐开线齿廓的切齿方法有两种？

其特点是什么？

7什么是最少齿数？

有何对策？

8变位齿轮的基本概念是什么？

9什么是斜齿轮的当量齿数？

如何计算？

10什么是圆锥齿轮的背锥？

当量齿数如何计算？

习题

一.填空

1.一对齿轮要正确啮合，它们的______必须相等。

（1）直径

（2）宽度（3）齿数（4）摸数

2.一标准直齿圆柱齿轮的周节Pt=15.7mm,齿顶圆直径D０＝400mm,则该齿轮的齿数为______。

（1）82

（2）80（3）78（4）76

3.机床主轴箱中的变速滑移齿轮，应该用______。

（1）直齿圆柱齿轮

（2）斜齿圆柱齿轮（3）人字齿圆柱齿轮

（4）直齿圆锥齿轮

二、计算

1已知渐开线基圆半径rb=35mm，求向径为rk=55mm处渐开线的压

力角αk和曲率半径ρk各为多少？

2已知一对外啮合标准直齿圆柱齿轮的标准中心距a=160mm，齿数

z1=20，z2=60，求模数和分度圆直径d1、d2。

3已知一正常齿制直齿圆柱齿轮，m=3mm，z=25，试分别求出分

度圆直径、基圆直径、齿顶圆直径和齿根圆直径，并求出齿顶圆上渐

开线齿廓的曲率半径和压力角。

4一对正确安装的标准齿轮和齿条啮合，齿轮的齿数z=25，模数m

=5，若齿轮的转速n=50r/min，试求齿条的移动速度。

5在某渐开线标准斜齿圆柱齿轮传动中，已知z1=18，z2=35，mn=3，

β=15°,齿宽b=30mm，han*=1，cn*=0.25，求：

1）分度圆直径d1、d2，

中心距a；2）重合度εγ；3）当量齿数zv1、zv2。

6某设备上有一对斜齿轮传动。

已知z1=18，z2=36，mn=2.5，中

心距a=68mm，αn=20°,han*=1，cn*=0.25，求这对斜齿轮的螺旋角

应为多少？

7已知一对等顶隙收缩齿标准直齿圆锥齿轮传动，齿数z1=20，z2=38，

模数m=4mm，分度圆压力角α=20°,齿顶高系数ha*=1，齿顶间

隙系数c*=0.2，轴交角Σ=90°。

求两锥齿轮的齿顶圆锥角δa1、

δa2及其它主要尺寸。

5轮系

思考题

1定轴轮系与周转轮系的主要区别是什么？

行星轮系和差动轮系有何

区别？

2定轴轮系中传动比大小和转向的关系？

3什么是惰轮？

它有何用途？

4什么是转化轮系？

如何通过转化轮系计算出周转轮系的传动比？

5如何区别转化轮系的转向和周转轮系的实际转向？

6怎样求混合轮系的传动比？

分解混合轮系的关键是什么？

如何划

分？

7观察日常生活周围的机器，各举出一个定轴轮系和周转轮系，并计

算出传动

和转向。

习题

1.在图示的定轴轮系中，已知各齿轮的齿数分别为Z1、Z2、Z2’、Z3、Z4、Z4'、Z5、Z5'、Z6，求传动比i16。

2.在图示的轮系中，已知各齿轮的齿数分别为Z1=18、Z2=20、Z'2=25，Z'3=2（右旋）、Z4=40，且已知n1=100转／分（A向看为逆时针），求轮4的转速及其转向。

3.已知轮系中各齿轮的齿数分别为Z1=20、Z2=18、Z3=56。

求传动比i1H。

4.某主轴箱中，已知各齿轮齿数分别为Z1=18、Z2=20，Z3=18、Z4=19、Z5=20、Z6=20、Z7=21，Z8=22、Z9=22、Z10=18、Z11=30、Z12=26。

且已知1轴的转速为n1=446.7转／分。

求带轮轴的转速（六挡转速）。

5.图示的输送带行星轮系中，已知各齿轮的齿数分别为Z1=12,Z2=33,Z'2=30,Z3=78,Z4=75。

电动机的转速n1=1450r/min。

试求输出轴转速n4的大小与方向。

6.图示是由圆锥齿轮组成的行星轮系。

已知Z1=60,Z2=40,Z'2=Z3=20,n1=n3=120r/min。

设中心轮1、3的转向相反，试求nH的大小与方向。

7在图示的轮系中，已知z1=15，z2=23，z2’=15，z3=31，z3’=15，z4=33，

z4’=2（右旋），z5=60，z5’=20,（m=4mm）,若n1=500r/min,求齿条6

线速度u的大小和方向。

8在图示齿轮系中，已知z1=z2=19，z3’=26，z4=30，z4’=20，z5=78，

齿轮1与齿轮3同轴线，求齿轮3的齿数及传动比i15。

8题图9题图

9在图示的钟表传动示意图中，E为擒纵轮，N为发条盘，S，M及H

分别为秒针，分针和时针。

设z1=72，z2=12，z3=64，z4=8，z5=60，z6=8，

z7=60，z8=6，z9=8，z10=24，z11=6，z12=24，求秒针与分针的传动比iSM

及分针与时针的传动比iMH。

10在图示的行星减速装置中，已知z1=z2=17，z3=15。

当手柄转过90°

时转盘H转过多少度？

10题图11题图12题图

11在图示的差动齿轮系中，已知各轮齿数z1=15，z2=25，z2’=20，z3=60。

若n1=200r/min，n3=50r/min，且转向相同，试求行星架H的转速

nH。

12在图示的手动葫芦中，S为手动链轮，H为起重链轮。

已知

z1=21,z2=29,z2’=14,z3=55,求传动比iSH。

13在图示极大传动比减速器中，蜗杆1和齿轮1’为同一构件，蜗杆

5及齿轮5’也为同一构件，蜗杆1和5均为单头右旋，z1=101，z2=99，

z2’=z4，z4’=100，z5’=100。

求传动比i1H。

14求图示轮系的传动比i14，已知z1=z2’=25，z2=z3=20，zH=100，z4=20。

15图示齿轮系中，动力由轴Ⅰ输入，轴Ⅱ输出。

已知z1=12，z2=51，

z2’=49，z3=75，z4=12，z5=73。

求1）iIII；2）若齿轮2的齿数改为z2=50，

求iIII。

16在图示镗床镗杆进给机构中，各轮的齿数z1=60，z4=z3’=z2=30，螺

杆的导程pz=6mm，且为右旋螺纹，设所有齿轮的模数相同，当被切工

件的右旋螺纹的导程

时，齿轮2’和3的齿数各为多少？

13题图14题图15题图

17在图示混合齿轮系中，设已知各轮的齿数，试计算其传动比iIII。

16题图17题图

9联接

思考题

1螺纹的主要参数有哪些？

螺距与导程有何不同？

螺纹升角