机械设计基础习题及答案.docx

1、机械设计基础习题及答案机械设计基础习题及答案第 1 页 共 27 页第一章平面机构的自度和速度分析题1-1 在图示偏心轮机构中，1为机架，2为偏心轮，3为滑块，4为摆轮。试绘制该机构的运动简图，并计算其自度。题12 图示为冲床刀架机构，当偏心轮1绕固定中心A转动时，构件2绕活动中心C摆动，同时带动刀架3上下移动。B点为偏心轮的几何中心，构件4为机架。试绘制该机构的机构运动简图，并计算其自度。B 3 C 4答案参见我的新浪博客：/s/blog_2 A 1 C 4 B 3 2 A 1b) 摆动导杆机构 题解11 图 a) 曲柄摇块机构 第 2 页 共 27 页题13 计算题13图a）与 图b）所示

2、机构的自度。题13图a） 题13图b）题14 计算题14图a、图b所示机构的自度，并判断机构的运动是否确定，图中画有箭头的构件为原动件。题15 计算题15图所示机构的自度,并标出原动件。答案参见我的新浪博客：/s/blog_第 3 页 共 27 页 题15图题解15图题1-6 求出图示的各四杆机构在图示位置时的全部瞬心。第二章题2-1在图示铰链四杆机构中，已知 lBC=100mm，lCD=70mm，lAD=60mm，AD为机架。试问：C 若此机构为曲柄摇杆机构，且AB为曲柄。B 求l AB的最大值；若此机构为双曲柄机构，求lA D AB最小值； 题2-1图若此机构为双摇杆机构，求lAB的取值范

3、围。 题2-2 如图所示的曲柄滑块机构： 曲柄为主动件，滑块朝右运动为工作 行程，试确定曲柄的合理转向，并简述其理；当曲柄为主动件时，画出极位夹角，最小传动角g min； 设滑块为主动件，试用作图法确定该机构的死点位置 。答案参见我的新浪博客：/s/blog_连杆机构第 4 页 共 27 页题2-3 图示为偏置曲柄滑块机构，当以曲柄为原动件时，在图中标出传动角的位置， 并给出机构传动角的表达式，分析机构的各参数对最小传动角的影响。题2-3图 题解2-3图 l1 l2 1 l1 1 l2 题2-4 设计一曲柄摇杆机构，已知机构的摇杆DC长度为150mm，摇杆的两极限位置的夹角为45，行程速比系数

4、K=，机架长度取90mm。 解答： 题解24图题2-5 设计一摆动导杆机构，已知摆动导杆机构的机架长度d = 450 mm，行程速比系数K=。(比例尺l13mm/mm) 题2-6 如图所示，若要求四杆机构的两连架杆对应位置分别是: 145,150,90 45 题2-6图 50 290,280,3135,3110，试用解析法设计此四杆机构。答案参见我的新浪博客：/s/blog_第 5 页 共 27 页 题2-7 如图所示，已知滑块和摇杆的对应位置分别是S1=40mm，1=60，S2=30mm，2=90，S3=20mm，3=120。试用解析法确定机构各构件的长度和偏心距e。第三章凸轮机构题3-1

5、欲设计图示的直动滚子从动件盘形凸轮机构,要求在凸轮转角为00900时,推杆以余弦加速度运动规律上升h= 20 mm,且取r0= 25 mm,e= 10 mm,rr= 5 mm。试求： 选定凸轮的转向,并简要说明选定的原因；用反转法画出当凸轮转角=00900时凸轮的工作廓线； 在图上标注出1=450时凸轮机构的压力角。(a)题解3-1图题3-1图(b)题3-2 图示为一摆动平底推杆盘形凸轮机构，已知凸轮的轮廓是一个偏心圆，其圆心为C，试用图解法求：凸轮从初始位置到达图示位置时转角0及推杆的角位移0； 推杆的最大角位移max及凸轮的推程运动角； 凸轮从初始位置回转900时，推杆的角位移90。答案参

6、见我的新浪博客：/s/blog_第 6 页 共 27 页题3-2图题解3-2图题3-3 对于直动尖端从动件盘形凸轮机构,已知凸轮推程运动角 = /2, 行程h= 50 mm,求 当凸轮转动角速度=10 rad/s时,等加速等减速和正弦加速度这两种常用的基本运动规律的最大速度vmax、最大加速度amax以及所对应的凸轮转角。题3-4 根据图示已知条件作出从动件与凸轮在B点接触时的压力角和从动件的位移sB或B。b）a）题3-4图答案参见我的新浪博客：/s/blog_第 7 页 共 27 页题3-5 试用解析法求一对心直动平底从动件盘形凸轮机构的凸轮轮廓。已知该凸轮以等角速度逆时针方向转动： = 1

7、80，S = 90，= 90；从动件的行程h25mm，基圆半径r050mm；从动件在推程段按余弦加速度运动规律上升，在回程段按等速运动规律返回。试以凸轮转动中心为坐标原点求解凸轮轮廓的坐标值(按凸轮转角的100间隔计算) ，并绘出凸轮轮廓。题3-5图题解3-5图m/mm）。圆心为O，半径R =30 mm，偏心距L= 10 mm,r= 10 mm,偏距e = 10 mm。试求： 题3-6 图示的凸轮为偏心圆盘推杆的行程h和凸轮的基圆半径r0；推程运动角、远休止角S、回程运动角,和 近休止角S,；最大压力角max的数值及发生的位置； 从B点接触到C点接触凸轮所转过的角度0和 推杆的位移s；题3-6

8、图C点接触时凸轮机构的压力角C。答案参见我的新浪博客：/s/blog_第 8 页 共 27 页第四章 齿轮传动0题4-1 已知一对齿数相等，20，模数m5mm的渐开线直齿圆柱齿轮。为了提高其重合度而又不希望增加齿数，故增加主、从动轮的顶圆，使其刚好通过彼此的极限啮合点。若要求重合度试求：两轮齿数；齿廓曲线在分度圆上的曲率半径；两轮的齿顶圆直径及齿厚，并检查齿顶齿厚是否变尖；中心距为am(Z1Z2)/2时,其径向间隙c。题4-2 已知一对变位直齿圆柱齿轮传动，Z115，Z227，m6mm，200。用作图法求实际啮合线AB的长度； 求重合度。答案参见我的新浪博客：/s/blog_h*a1，c*，x

9、1，x20，要求无侧隙啮合和具有标准顶隙，试： 第 9 页 共 27 页0题4-3 有三个标准齿轮,压力角20，其模数和齿数分别为m1 = 2 mm,Z1 = 20; m2 = 2 mm，Z2 = 50;m3 = 5 mm,Z3 = 20.问这三个齿轮的齿形有何不同可以用同一把成形铣刀加工吗 可以用同一把滚刀加工吗0*020h1c15nann题4-4 有一标准斜齿圆柱齿轮机构,已知mn=5mm, , Z1 =20,Z2 = 45,b = 50 mm.试求两斜齿轮的分度圆直径d;齿顶圆直径da;齿根圆直径df;法面齿距pn;端面齿距pt;当量齿数Zv;端面啮合角t;中心距a及重合度r。0h*12

10、0题4-5 有一标准直齿圆柱齿轮机构,已知Z1=20,Z2=40,m=4mm, ,a。为提高齿轮机构传动的平稳性,要求在传动比i、模数m和中心距a都不变的前提下,把标准直齿圆柱齿轮机构改换成标准斜齿圆柱齿轮机构。试设计这对齿轮的齿数Z1、Z2和螺旋角。( Z1应小于20)。*h1,c,及两轴交角= 900。求两轮的分度圆锥角1 和2 ; 分度圆半径r1和r2; 锥距R; 齿顶角a;齿根角a题4-6 已知一对等顶隙直齿锥齿轮的齿数Z1 = 20,Z2 = 40, = 20,m = 5 mm,0f; 顶锥角a1和a2; 齿顶圆半径ra1和ra2; 齿根圆半径rf1和rf2及当量齿数Zv1和Zv2。

11、第五章 轮系题5-1 图示轮系中，已知1轮1 转向n1如图示。各轮齿数为：Z1=20， n1 3 2 5 7 题5-1 图 66 8 8 10 Z2=40，Z3= 15，Z4=60，Z5=Z6= 18， Z7=1，Z8=40，Z9 =20 。 若n1 =1000 r/min ，齿轮9的模数9 m =3 mm，试求齿条10的速度v10 及 其移动方向。答案参见我的新浪博客：/s/blog_第 10 页 共 27 页题5-2 图示轮系中，已知蜗杆1为双头左旋蜗杆，转向如图示，蜗轮2的齿数为 1n1 Z2= 50 ；蜗杆2为单头右旋蜗杆， 蜗轮3的齿数为Z3=40；其余各轮齿 数为；Z3=30，Z4

12、 = 20 ，Z4 = 26 ， Z5 =18，Z5=28，Z6=16，Z7=18。要求：(1) 分别确定蜗轮2、蜗轮3的 轮齿螺旋线方向及转向n2、n3 ；(2) 计算传动比i17 ，并确定齿 轮7的转向n7。题5-3 已知轮1转速n1 =140 r/min，Z1=40。3 4 7 3 题5 - 2 图 2 2 54 6 Z2 =20。求：轮3齿数 Z3 ；当n3 = -40 r/min时，系杆H的转速2 H 1 题53 图nH的大小及方向；当nH = 0 时齿轮3的转速n3 。答案参见我的新浪博客：/s/blog_第 11 页 共 27 页题5-4 图示为锥齿轮组成的周转轮系。已知：Z1

13、=Z2=17， Z2= 30，Z3= 45 ，若1轮转速n1 =200 r/min 。 确定系杆的转速nH 的大小和转向；试问能否用 教材式求解该周转轮系中行星轮2的转速n2 ？为什么？1 2 H 2 题5-4图 3 1 2 H 2 23题解5-4 图 Z2= 19 Z2=18题5-5 图示万能刀具磨床工作 台的进给装置中，运动经手柄输入， 丝杠输出，已知单头丝扛螺距L= 5 mm，试计算手柄转动一周时工作 台的进给量S。Z1=19 Z3=20 题5-5 图答案参见我的新浪博客：/s/blog_第 12 页 共 27 页题5-6 图示轮系中，已知各轮齿数为：Z1= 20，Z2= 34，Z3 =

14、 18，Z4= 36，Z5= 78。Z6 = Z7 = 26。试求：传动比i1H 。 题56图题解56图题5-7 图示轮系中,已知各轮齿数为：Z1=Z2=25，Z2=Z3=Z5=20, Z4=100。 试求：传动比i15 。 242 行星轮系 2421 3 1 3题5-7 图题解5-7 图答案参见我的新浪博客：/s/blog_第 13 页 共 27 页题5-8 图示轮系中。已知各轮齿数为：Z1 = Z2 = Z2=24，Z3 = 72，Z4 = 89，Z5 = 95，Z6 = 24，Z7 = 30，试求：A轴与B轴之间的传动比iAB 。A A 67 题解5-8图 4 5 3 H 2 1 B 5

15、 3 差动轮系 H 2 1 B 467 题5-8 图 题5-9 在图示轮系中，已知各轮齿数为：Z1=Z2=20，Z2 =Z3=40，Z4=100，Z5=Z6=Z 7 = 30，求:传动比i17 。 题59图答案参见我的新浪博客：/s/blog_第 14 页 共 27 页第八章 回转件的平衡题8-1 如图所示，有一盘形回转体，存在四个偏心 质量，设所有不平衡质量近似分布在垂直于轴线的同一平 面内，且已知m1 =50 kg、m2 =70 kg、m3 = 80 kg、m4 =100 kg，r1=r4=100 mm、r2=200 mm、r3=150 mm，各偏心质量题81图 m1 m4 r4 r1 m

16、2 r3 m3 r2 的方位如图所示。试问应在什么位置上加上多大平衡质量 ？题8-2 图示的回转体中，具有4个不平衡质量m1= 20 kg、 m2=25 kg、m3=30 kg、m4= 35 kg，它们的质心到回转轴的距离分别为r1= 30 mm、r2= 30 mm、r3= 25 mm、r4= 20 mm，依次夹90角，且各不平衡质量所在平面间距离l1=l2=l3；现拟在平面和中添加平衡质量mc和mc，它们的质心至回转轴的距离分别为rc=rc= 80 mm 。试求：mc、mc的大小、方位。m2 r2 m3 r1 m r4 r3 1m4题8-2图答案参见我的新浪博客：/s/blog_第 15 页

17、 共 27 页第十章 联接题101 一螺旋拉紧装置如题101图所示，若按图上 箭头方向旋转中间零件，能使两端螺杆A和B向中央移动， 从而将两零件拉紧。试问该装置中螺杆A和B上的螺纹旋 向是右旋还是左旋？题102 为什么在重要的受拉螺栓连接中不宜采用直径小于M12M16的螺栓？题103 一牵曳钩用2个M10的普通螺栓固定于机体上，如题103图所示。已知接合面间的摩擦系数f=，螺栓材料为Q235钢、强度级别为级，装配时控制预紧力，试求螺栓组连接允许的最大牵引力。题103图题101图题104 一刚性凸缘联轴器用6个M10的铰制孔用螺栓连接，结构尺寸如题104图所示。两半联轴器材料为HT200，螺栓材

18、料为Q235钢、性能等级级。 试求： 该螺栓组连接允许传递的最大转矩Tmax ；递的最大转矩Tmax不变，改用普通螺栓连接，试计算螺栓直径，并确定其公称长度，写出螺栓标记。答案参见我的新浪博客：/s/blog_第 21 页 共 27 页题12-5 在图示传动系统中，1为蜗杆，2为蜗轮，3和4为斜齿圆柱齿轮，5和6为直齿锥齿轮。若蜗杆主动，要求输出齿轮6的回转方向如图所示。试决定： (1) 、轴的回转方向；(2) 若要使、轴上所受轴向力互相抵消一部分，蜗杆、蜗轮及斜齿轮3 和4的螺旋线方向；(3) 、轴上各轮啮合点处受力方向。题12-6 已知一闭式单级普通蜗杆传动，蜗杆的转速n1 = 1440

19、r/min，传动比i = 24，Z1 = 2，m = 10 mm ，q =8 ，蜗杆材料为45号钢表面淬火，齿面硬度为50HRC，蜗轮材料为ZCuSn10P1，砂模铸造。若工作条件为单向运转，载荷平稳，使用寿命为24000 h 。试求：蜗杆能够传递的最大功率P1 。 2 n6 3 题12-5图 1 6 4 5 第十三章带传动和链传动题13-1 简答题带传动的带速v为什么规定在525 m/s范围内？ 带传动为什么要限制最大中心距、最大传动比、最小带轮直径？影响链传动动载荷的主要参数是什么？设计中应如何选择？答案参见我的新浪博客：/s/blog_第 22 页 共 27 页i链传动的传动比写成n1z

20、2d2n2z1d1是否正确？为什么？题13-2 单根V带传动的初拉力F0=354N，主动带轮的基准直径dd1=160mm，主动轮转速 n1=1500r/min，主动带轮上的包角1=150，带与带轮上的摩擦系数为f=。试求：V带紧边、松边的拉力F1和F2； V带传动能传递的最大有效拉力Fe及最大功率P0 。 题13-3 一带传动的大、小带轮的基准直径d1=100mm，d2=400mm，小带轮转速n1=1460r/min，滑动率=，传递功率P=10 kW。求：带速V、有效拉力Fe、大带轮实际转速n2 。题 13-4 测得一普通V带传动的数据如下：n1=1460r/min，中心距a=400mm，小带

21、轮直径d1=140mm，大带轮直径d2=400mm，B型带共3根，传动水平布置，张紧力按标准规定，采用电动机传动，一班制工作，工作平稳，试求：该V带传动允许传递的最大功率。题 13-5 设计一用电动机驱动破碎机的普通V带传动。已知电动机额定功率P= kw，转速n1=960 r/mim，带传动传动比i=2，两班制工作，要求轴间中心距a600 mm。 题 13-6 某带传动装置主动轴扭矩为T1，两轮直径d1、d2各为100mm与150mm，运转中发生了严重打滑现象，后带轮直径改为d1=150mm，d2=225mm，带长相应增加，传动正常，试问其原因何在？ 题13-7 一链号为16A的滚子链传动，主

22、动轮齿数z1=17，链轮转速n1=730r/min，中心距a=600mm。求平均链速v，瞬时链速的最大值vmax和最小值vmin。题13-8 某单排滚子链传动，已知主动轮转速n1=800r/min，齿数z1=19，z2=90，中心距a900mm，该链的极限拉伸载荷Q=55600N。若工作情况系数KA=，求该传动能传递的功率。第十四章轴题141 简述轴的结构设计应满足的基本要求。指出图中结构设计的错误，在错误处标出序号，并按序号一一说明理。 题141图答案参见我的新浪博客：/s/blog_第 23 页 共 27 页题142 根据图示卷筒轴的三种设计方案填写下表：方案 a b c 轴的类型轴上应力

23、应力循环特性题142图题143 设计图示单级斜齿圆柱齿轮减速器低速轴的结构。已知齿轮相对于支承为对称布置，齿轮宽度b2100 mm，轴承为7308AC，两支承间的跨度L200mm，外伸端装有一个半联轴器，孔的直径在2535mm之间，轴与孔的配合长度为L60mm。 ，60 200 150 题14-3 图答案参见我的新浪博客：/s/blog_第 24 页 共 27 页题144 有一带式输送机的双级斜齿圆柱齿轮减速器，功率带轮输入。已知带传动为水平布置，V带对轴的作用力为FQ2300 N。主动轮1的分度圆直径d1120 mm，Ft15000 N，Fr11800 N,F1=760 N。计算输入轴的支反

24、力，画出轴的受力图，弯矩图、转矩图、当量弯矩图。第十五章 滑动轴承题15-1 简答题1对滑动轴承的轴瓦材料有哪些具体要求？如何选用2题15-1(2)图所示四种摩擦副中，哪些不能形成油膜压力？为什么？题15-2 一非液体润滑径向滑动轴承，轴颈直径d = 200 mm，轴承宽度B = 200 mm，轴承材料为ZCuAl10Fe3。试求：当轴转速n = 120 r/min时，轴承允许的最大径向载荷。答案参见我的新浪博客：/s/blog_第 25 页 共 27 页题15-3 一起重机卷筒轴用非液体摩擦径向滑动轴承支承。已知径向工作载荷F=100kN，轴承直径d=90 mm，转速n=90 r/min。设

25、计此滑动轴承。第十六章 滚动轴承题161 根椐国家标准规范，说明下列轴承代号的含义及其主要特性 内径d 尺寸系列 类型 公差等级 内部结构30209N23147320AC6306p5 题162 某传动装置，轴上装有一对6309轴承，两轴承上的径向负荷分别为：FR1 5600 N，FR2 2500 N，Fa= 1800 N，轴的转速为n 1450 r/min，预期寿命为Lh2500h，工作温度不超过100，但有中等冲击。试校核轴承的工作能力。若工作能力不满足要求，如何改进？答案参见我的新浪博客：/s/blog_ 1 2 Fa Fa - 2 题 16-图第 26 页 共 27 页题163 在斜齿圆

26、柱齿轮减速器的输出轴中安装有一对70000AC角接触球轴承。已知FR13500N，FR21800N。斜齿圆柱齿轮的轴向力Fa1000N，载荷有轻微冲击。试分别按题16-3图中两种装配方案，计算两轴承的当量动负荷。FR1 FR2 Fa FR1 FaFR2 题16-3图(a) (b)题164 蜗轮轴上安装有一对 30207轴承，轴承上的载荷分别为FR1 Fa FR2 FR1 5000 N，FR2 2800 N，轴 向载荷Fa1000 N，工作温度低于 125，载荷平稳，n720 r/min。 试计算两轴承的寿命。题16-4 图题165 下图为双级斜齿圆柱齿轮减速器输出轴的轴系结构图，齿轮用油润滑，

27、轴承采用脂润滑。试分析轴系结构的错误，在有错误处标明序号，说明错误原因并提出改进方法。答案参见我的新浪博客：/s/blog_第 27 页 共 27 页第十七章连轴器、离合器和制动器题17-1 填空题 1） 联轴器和离合器是用来 连接两轴，并传递运动和扭矩的轴系 部件；制动器是 用来 降低机械速度或廹使机械停止运转 的装置。 2）用联轴器连接的两轴 只有在运动停止后经过拆卸才能彼此 分开；而用离合器 连接的两轴在机器工作时 可随时接合或分离 。3）挠性联轴器按其组成中是否具有弹性元件，可分为 无弹性元件的挠性 联轴器和有弹性元件的挠性 联轴器两大类 。 4）两轴线易对中、无相对位移的轴宜选 刚性

28、 联轴器；两轴线不易对中、有相对 位移的长轴宜选 挠性 联轴器；起动频繁、正反转多变、使用寿命要求长的大功率重 型机械宜选 齿轮 联轴器；起动频繁、经常正反转、受较大冲击载荷的高速轴宜选 有弹 性元件的挠性联轴器 。 5）牙嵌离合器只能在 两轴不回转 或 两轴的转速差很小 时进行接合 。 6）摩擦离合器靠 工作面的摩擦力 来传递扭矩，两轴可在 任何速度 时实现接合或 分离。题17-2 试选择一电动机输出轴用联轴器，已知：电机功率P = 11 kW，转速n=1 460 r/min，轴径d = 42 mm，载荷有中等冲击。确定联轴器的轴孔与键槽结构型式、代号及 尺寸，写出联轴器的标记。题17-3

29、某离心水泵与电动机之间选用弹性柱销联轴器连接，电机功率P = 22 kW，转 速n=970 r/min，两轴轴径均为d=55mm，试选择联轴器的型号并绘制出其装配简图。答案参见我的新浪博客：/s/blog_第 1 页 共 27 页第一章平面机构的自度和速度分析题1-1 在图示偏心轮机构中，1为机架，2为偏心轮，3为滑块，4为摆轮。试绘制该机构的运动简图，并计算其自度。题12 图示为冲床刀架机构，当偏心轮1绕固定中心A转动时，构件2绕活动中心C摆动，同时带动刀架3上下移动。B点为偏心轮的几何中心，构件4为机架。试绘制该机构的机构运动简图，并计算其自度。B 3 C 4答案参见我的新浪博客：/s/blog_2 A 1 C 4 B 3 2 A 1b) 摆动导杆机构 题解11 图 a) 曲柄摇块机构 第 2 页 共 27 页题13 计算题13图a）与 图b）所示机构的自度。题13图a）