第三章 机械零件的强度
习题答案
3-1某材料的对称循环弯曲疲劳极限MPa 1801=-ζ，取循环基数60105?=N ，9=m ，试求循环次数N 分别为7 000、25 000、620 000次时的有限寿命弯曲疲劳极限。 [解] MPa 6.37310710
5180936
9
10111=???==--N N ζζN M P a 3.324105.210
51809469
20112=???==--N N ζζN M P a 0.22710
2.610
51809569
30113=???==--N N ζζN 3-2已知材料的力学性能为MPa 260=s ζ，MPa 1701=-ζ，2.0=ζΦ，试绘制此材料的简化的等寿命寿命曲线。
[解] )170,0('A )0,260(C 0
12ζζζΦζ-=
- ζ
Φζζ+=
∴-121
M P a
33.2832
.01170
21210=+?=+=
∴-ζΦζζ 得)2
33.283,2
33.283(D '
，即)67.141,67.141(D '
根据点)170,0('A ，)0,260(C ，)67.141,67.141(D '按比例绘制该材料的极限应力图如下图所示
3-4 圆轴轴肩处的尺寸为：D =72mm ，d =62mm ，r =3mm 。如用题3-2中的材料，设其强度极限σB =420MPa ，精车，弯曲，βq =1，试绘制此零件的简化等寿命疲劳曲线。
[解] 因
2.14554
==d D ，067.045
3==d r ，查附表3-2，插值得88.1=αζ，查附图3-1得78.0≈ζq ，将所查值代入公式，即
()()69.1188.178.0111k =-?+=-α+=ζζζq
查附图3-2，得75.0=ζε；按精车加工工艺，查附图3-4，得91.0=ζβ，已知1=q β，则
35.211191.0175.069.1111k =???? ??-+=???? ??-+=q
ζζζζββεK ()()()
35
.267.141,67.141,0,260,35.2170,0D C A ∴
根据()()()29.60,67.141,0,260,34.72,0D C A 按比例绘出该零件的极限应力线图如下图
3-5 如题3-4中危险截面上的平均应力MPa 20m =ζ，应力幅MPa 20a =ζ，试分别按①C r =②C ζ=m ，求出该截面的计算安全系数ca S 。
[解] 由题3-4可知35.2,2.0MPa,260MPa,170s 1-====ζζK Φζζ
（1）C r =
工作应力点在疲劳强度区，根据变应力的循环特性不变公式，其计算安全系数 28.220
2.03035.2170
m a 1-=?+?=+=
ζΦζK ζS ζζca
（2）C ζ=m
工作应力点在疲劳强度区，根据变应力的平均应力不变公式，其计算安全系数 ()()()()
81.1203035.220
2.035.2170m a m 1-=+??-+=+-+=
ζζζζca ζζK ζΦK ζS
第五章 螺纹连接和螺旋传动
习题答案
5-5 图5-49是由两块边板和一块承重板焊接的龙门起重机导轨托架。两块边板各用4个螺栓与立柱相连接，托架所承受的最大载荷为20kN ，载荷有较大的变动。试问：此螺栓连接采用普通螺栓连接还是铰制孔用螺栓连接为宜？为什么？Q215，若用M 6×40铰孔用螺栓连接，已知螺栓机械性能等级为8.8，校核螺栓连接强度。
[解] 采用铰制孔用螺栓连接为宜
因为托架所受的载荷有较大变动，铰制孔用螺栓连接能精确固定被连接件的相对位置，并能承受横向载荷，增强连接的可靠性和紧密性，以防止受载后被连接件间出现缝隙或发生相对滑移，而普通螺栓连接靠结合面产生的摩擦力矩来抵抗转矩，连接不牢靠。
（1）确定M 6×40的许用切应力[τ]
由螺栓材料Q215，性能等级8.8，查表5-8，可知MPa 640][s =ζ，查表5-10，可知0.5~5.3][=τS
()MPa 128~86.1820
.5~5.3640
][][][s ===
τ∴τS ζ M P a 67.4265
.1640][s ===
p p S ζζ （2）螺栓组受到剪力F 和力矩（FL T =），设剪力F 分在各个螺栓上的力为i F ，转矩T 分在各个螺栓上的分力为j F ，各螺栓轴线到螺栓组对称中心的距离为r ,即mm 27545cos 2150
=?
=
r
kN
2510275810300208 kN 5.22081
813
3
=????===?==
∴--r FL F F F j i 由图可知，螺栓最大受力
kN 015.945cos 255.22)25(5.2cos 2222
2max =????++=++=θF F F F F j i j i
()
][3191064
10015.94233
20max τ>=??π
?=π=τ∴-d F
][8.131104.1110610015.93
33
min 0max p p ζL d F ζ<=????==∴--
故M 6×40的剪切强度不满足要求，不可靠。
5-6 已知一个托架的边板用6个螺栓与相邻的机架相连接。托架受一与边板螺栓组的垂直对称轴线相平行、距离为250mm 、大小为60kN 的载荷作用。现有如图5-50所示的两种螺栓布置形式，设采用铰制孔用螺栓连接，试问哪一种布置形式所用的螺栓直径最小？为什么？
[解] 螺栓组受到剪力F 和转矩，设剪力F 分在各个螺栓上的力为i F ，转矩T 分在各个螺栓上的分力为j F （a ）中各螺栓轴线到螺栓组中心的距离为r ，即r =125mm
kN 2010
125610250606 kN 10606
1
613
3
=????===?==
∴--r FL F F F j
i 由（a ）图可知，最左的螺栓受力最大kN 302010max =+=+=j i F F F （b ）方案中 kN 10606
1
61=?==
F F i kN 39.2410125212542125210
1252125102506062223
22
3
6
1
2
max
6
1
2
max
max =?????????????
??+??? ???+??
? ????+??
? ?????==
=
---==∑∑i i
i i
j r FLr r Mr F 由（b ）图可知，螺栓受力最大为 kN 63.335
2
39.24102)39.24(10cos 2222
2max =?
??++=++=
θF F F F F j i j i
[]
直径较小）布置形式所用的螺栓可知采用（由a F d τπ≥
∴max
04
5-10
第六章 键、花键、无键连接和销连接
习题答案
6-3 在一直径mm 80=d 的轴端，安装一钢制直齿圆柱齿轮（如下图），轮毂宽度 1.5d L =，工作时有轻微冲击。试确定平键的尺寸，并计算其允许传递的最大扭矩。
[解] 根据轴径mm 80=d ，查表得所用键的剖面尺寸为mm 22=b ，mm 14=h
根据轮毂长度mm 120805.1'=?==1.5d L 取键的公称长度 mm 90=L
键的标记 键79-90GB109622?
键的工作长度为 68m m 2290=-=-=b L l
键与轮毂键槽接触高度为 mm 7==
2
h
k 根据齿轮材料为钢，载荷有轻微冲击，取许用挤压应力 110M P a
][=p ζ 根据普通平键连接的强度条件公式 ][1023
p p ζkld
T ζ≤?=
变形求得键连接传递的最大转矩为
m N 20942000
110
806872000
][?=???=
=
p max ζkld T
第八章 带传动 习题答案
8-1 V 带传动的min 14501r n =，带与带轮的当量摩擦系数51.0=v f ，包角?=α1801，初拉力N 3600=F 。试问：
（1）该传动所能传递的最大有效拉力为多少？（2）若mm 100d d1=，其传递的最大转矩为多少？（3）若传动效率为0.95，弹性滑动忽略不计，从动轮输出效率为多少？ [解] ()N 4.478111
13602111
1211151.00
=+-
??=+-
=παe
e e e F F v v
f ec
()mm N 92.232
101004.4782d 2-3d1?=??==ec F T
()kW
45.395.0100060100010014.314504.4781000601000d 10003d11=??????=???π=?=
ηn F ηνF P ec ec
8-2 V 带传动传递效率7.5kW =P ，带速s m 10=ν，紧边拉力是松边拉力的两倍，即21F F =，试求紧边拉力1F 、有效拉力e F 和初拉力0F 。
[解] 1000
ν
F P e =
N 75010
5
.710001000=?==∴νP F e 21212F F F F F e =-=且 1500N 750221=?==∴e F F
201e
F F F +
= 1125N 2
750
1500210=-=-=∴e F F F
8-4 有一带式输送装置，其异步电动机与齿轮减速器之间用普通V 带传动，电动机功率P=7kW ，转速
min 9601r n =，减速器输入轴的转速min 3302r n =，允许误差为%5±，运输装置工作时有轻度冲击，
两班制工作，试设计此带传动。 [解] （1）确定计算功率ca P
由表8-7查得工作情况系数2.1A =K ，故 4kW .872.1A ca =?==P K P （2）选择V 带的带型
根据ca P 、1n ，由图8-11选用B 型。 （3）确定带轮的基准直径d d ，并验算带速ν
①由表8-6和8-8，取主动轮的基准直径mm 1801=d d
②验算带速ν
m 0432.9100060960
180********=???π=?π=
n d νd
带速合适
∴< 05.0196018012112=-??=-= n εn d d d d （4）确定V 带的中心距a 和基准长度d L ①由式()()2102127.0d d d d d d a d d +≤≤+，初定中心距mm 5500=a 。 ②计算带所需的基准长度 ()()()()mm 2214550 4180500500180255024222 2 12 2100≈?-++π+?=-++π +≈a d d d d a L d d d d d 由表8-2选带的基准长度mm 2240=d L ③实际中心距a mm 5632 2214 2240550200=-+=-+ ≈d d L L a a 中心距的变化范围为mm 630~550。 （5）验算小带轮上的包角1α ()()?≥?≈? --?=?--?=90147563 3.571805001803.57180121a d d αd d 故包角合适。 （6）计算带的根数z ①计算单根V 带的额定功率r P 由m 960 mm 18011==n d d 和，查表8-4a 得25kW .30≈P 根据303kW .0B 9.2330 960 m 960 01=?== =P i n 型带，查表得和 查表8-5得914.0k =α，表8-2得1k =L ，于是 ()kW 25.31914.0)303 .025.3(k k 00=??+=???+=L αr P P P ②计算V 带的根数z 58.225 .34.8ca === r P P z 取3根。 （7）计算单根V 带的初拉力的最小值()min 0F 由表8-3得B 型带的单位长度质量m kg 018=q ，所以 ()()()N 2830432.918.00432 .93914.04.8914.05.2500k k 5.250022min 0=?+???-?=+-=q νz ν P F αca α （8）计算压轴力 ()N 16282 147sin 283322sin 21min 0=????==αF z F p （9）带轮结构设计（略） 第九章 链传动 习题答案 9-2 某链传动传递的功率kW 1=P ，主动链轮转速min r 481=n ，从动链轮转速min r 142=n ，载荷平稳，定期人工润滑，试设计此链传动。 [解] （1）选择链轮齿数 取小链轮齿数191=z ，大链轮的齿数651914 48 12112=?== =z n n iz z （2）确定计算功率 由表9-6查得0.1=A K ，由图9-13查得52.1=z K ，单排链，则计算功率为 kW 52.1152.10.1=??==P K K P z A ca （3）选择链条型号和节距 根据min r 48kW 52.11==n P ca 及，查图9-11，可选16A ，查表9-1，链条节距mm 4.25=p （4）计算链节数和中心距 初选中心距mm 1270~7624.25)50~30()50~30(0=?==p a 。取mm 9000=a ，相应的链 长节数为 3.114900 4.2521965265194.2590022222 2 122100 ≈? ??? ??π-+++?=? ?? ??π-+++=a p z z z z p a L p 取链长节数节114=p L 。 查表9-7得中心距计算系数24457.01=f ，则链传动的最大中心距为 ()[] ()[]mm 895651911424.2524457.02211≈+-???=+-=z z L p f a p （5）计算链速ν，确定润滑方式 s m 386.01000 604 .25194810006011≈???=?= p z n ν 由s m 386.0=ν和链号16A ，查图9-14可知应采用定期人工润滑。 （6）计算压轴力p F 有效圆周力为 N 2591386 .01 1000 1000≈?==νp F e 链轮水平布置时的压轴力系数15.1=p F K ，则压轴力为N 2980259115.1≈?=≈e F p F K F p 9-3 已知主动链轮转速min r 8501=n ，齿数211=z ，从动链齿数992=z ，中心距mm 900=a ，滚子链极限拉伸载荷为55.6kN ，工作情况系数1A =K ，试求链条所能传递的功率。 [解] 由kW 6.55lim =F ，查表9-1得mm 4.25=p ，链型号16A 根据min r 850mm 4.251==n p ，，查图9-11得额定功率kW 35=ca P 由211=z 查图9-13得45.1=z K 且1=A K kW 14.2445 .1135 =?=≤ ∴z A ca K K P P 第十章 齿轮传动 习题答案 10-1 试分析图10-47所示的齿轮传动各齿轮所受的力（用受力图表示各力的作用位置及方向）。 [解] 受力图如下图： 补充题：如图（b ），已知标准锥齿轮mm N 1042,3.0,50,20,55 21??=====T Φz z m R ，标准斜齿轮 24,63==z m n ，若中间轴上两齿轮所受轴向力互相抵消，β应为多少？并计算2、3齿轮各分力大小。 [解] （1）齿轮2的轴向力： ()22 2 222222s i n t a n 5.012s i n t a n 2s i n t a n δαz Φm T δαdm T δαF F R t a -=== 齿轮3的轴向力： βz m T ββz m T βd T βF F n n t a s i n 2t a n c o s 2t a n 2t a n 33 333333=??? ? ??== = 3232,20,T T αF F a a =?== ()βz m T δαz Φm T n R sin 2sin tan 5.0123 3222 =-∴ 即()2 2 35.01sin tan sin z Φm δαz m βR n -= 由5.220 50tan 122=== z z δ 928.0sin 2=∴δ 371.0cos 2=δ ()()2289.050 3.05.015928 .020tan 2465.01sin tan sin 223=??-?????=-= ∴z Φm δαz m βR n 即?=231.13β （2）齿轮2所受各力： ()()3.765k N N 10765.350 3.05.01510425.012235 22222=?=??-???=-==z Φm T dm T F R t 0.508k N N 10508.0371.020tan 10765.3cos tan 33222=?=????==δαF F t r kN 272.1N 10272.1928.020tan 10765.3sin tan 33222=?=????==δαF F t a kN 420cos 10765.3cos 3 22=? ?== αF F t n 齿轮3所受各力： kN 408.5N 10408.5231.13cos 24 61042cos 2cos 2235 3232333=?=????==??? ? ??==βz m T βz m T d T F n n t kN 022.2N 10022.2321.12cos 20tan 10408.5cos tan 3333=?=? ? ??== βαF F n t r kN 272.1N 10272.1321.12cos 20tan 10408.5tan 10408.5tan 333 33=?=? ? ????==βF F t a kN 889.5N 10889.5321.12cos 20cos 10765.3cos cos 33 33=?=? ??==βαF F n t n 10-6 设计铣床中的一对圆柱齿轮传动，已知54,26min,r 1450,kW 5.72111====z z n P ，寿命 h 12000=h L ，小齿轮相对其轴的支承为不对称布置，并画出大齿轮的机构图。 [解] (1) 选择齿轮类型、精度等级、材料 ①选用直齿圆柱齿轮传动。 ②铣床为一般机器，速度不高，故选用7级精度（GB10095-88）。 ③材料选择。由表10-1选择小齿轮材料为40Cr （调质），硬度为280HBS ，大齿轮材料为45刚（调质），硬度为240HBS ，二者材料硬度差为40HBS 。 （2）按齿面接触强度设计 []32 11t 132.2??? ? ???+?≥H E d ζZ u u ΦKT d 1）确定公式中的各计算值 ①试选载荷系数.51t =K ②计算小齿轮传递的力矩 mm N 493971450 5.7105.95105.95511 51?=??=?=n P T ③小齿轮作不对称布置，查表10-7，选取0.1=d Φ ④由表10-6查得材料的弹性影响系数2 1 8.189=E Z ⑤由图10-21d 按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限MPa 6001lim =H ζ；大齿轮的接触疲劳强度极限MPa 5502lim =H ζ。 ⑥齿数比 08.226 5412=== z z u ⑦计算应力循环次数 91110044.112000114506060?=???==h jL n N 99 1210502.008 .210044.1?=?==u N N ⑧由图10-19取接触疲劳寿命系数 0.1,98.021==H N H N K K ⑨计算接触疲劳许用应力 取失效概率为1%，安全系数1=S []MPa 5881600 98.01lim 11=?==S ζK ζH HN H []M P a 5.5661 55003.12lim 22 =?==S ζK ζH HN H 2）计算 ①计算小齿轮分度圆直径1t d ，代入[]H ζ中较小值 []mm 577.535.5668.18908.2108.21493975.132.2132.232 32 11t =?? ? ???+??=???? ???+?≥H E d ζZ u u ΦKT d ②计算圆周速度ν m 066.41000601450577.5314.310006011t =???=?π= n d ν ③计算尺宽b mm 577.53577.5311t =?==d Φb d ④计算尺宽与齿高之比h b mm 061.226 577.5311t === z d m t mm 636.4061.225.225.2=?==t m h 56.11636 .4577.53==h b ⑤计算载荷系数 根据s m 066.4=ν，7级精度，查图10-8得动载荷系数2.1=v K 直齿轮，1==ααF H K K 由表10-2查得使用系数25.1=A K 由表10-4用插值法查得420.1=H βK 由 56.11=h b ，420.1=H βK ，查图10-13得37.1=F βK 故载荷系数 13.2420.112.125.1=???==βαH H v A K K K K K ⑥按实际的载荷系数校正所算的分度圆直径 22.605 .113.2577.5333 1t 1=?==t K K d d ⑦计算模数m mm 32.226 22.6011=== z d m 取5.2=m ⑧几何尺寸计算 分度圆直径：mm 65265.211=?==mz d mm 135545.222=?==mz d 中心距： mm 1002 135 65221=+=+=d d a 确定尺宽： []mm 74.515.5668.1895.208.2108.265 4939713.225.2122 2 2 211=??? ????+???=???? ???+?≥ H E ζZ u u d KT b 圆整后取mm 57mm,5212==b b 。 （3）按齿根弯曲疲劳强度校核 ①由图10-20c 查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限MPa 5001=FE ζ；大齿轮的弯曲疲劳强度极限 MPa 3802=FE ζ。 ②由图10-18取弯曲疲劳寿命93.0,89.021==FN FN K K 。 ③计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数4.1=S []M P a 86.3174.1500 89.0111=?==S ζK ζFE FN F []M P a 43.2524 .150093.0222 =?==S ζK ζFE FN F ④计算载荷系数 055.237.112.125.1=???==βανF F A K K K K K ⑤查取齿形系数及应力校正系数 由表10-5查得 6.21=a F Y 304.22=a F Y 595.11=a S Y 712.12=a S Y ⑥校核弯曲强度 根据弯曲强度条件公式 []F S F F ζY Y m bd KT ζa a ≤= 11 2进行校核 []111M P a 64.99595.16.25.2655249397 055.222111F S F F ζY Y m bd KT ζa a ≤=??????== []211M P a 61.94712.13.25 .2655249397 055.222222F S F F ζY Y m bd KT ζa a ≤=??????== 所以满足弯曲强度，所选参数合适。 10-7 某齿轮减速器的斜齿轮圆柱齿轮传动，已知min r 7501=n ，两齿轮的齿数为mm mm,6,'229,108,2421160b m βz z n ==?===，8级精度，小齿轮材料为38SiMnMo （调质） ， 大齿轮材料为45钢（调质），寿命20年（设每年300工作日），每日两班制，小齿轮相对其轴的支承为对称布置，试计算该齿轮传动所能传递的功率。 [解] （1）齿轮材料硬度 查表10-1，根据小齿轮材料为38SiMnMo （调质），小齿轮硬度217~269HBS ，大齿轮材料为45 钢（调质），大齿轮硬度217~255 HBS （2）按齿面接触疲劳硬度计算 []2 31112??? ? ???+?≤ αE H H d Z Z ζu u K d εΦT ①计算小齿轮的分度圆直径 mm 95.145' 229cos 6 24cos 11=??== βm z d n ②计算齿宽系数 096.195 .1451601=== d b Φd ③由表10-6查得材料的弹性影响系数 2 1MPa 8.189=E Z ，由图10-30选取区域系数47.2=H Z ④由图10-21d 按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限MPa 7301lim =H ζ；大齿轮的接触疲劳强度极限MPa 5502lim =H ζ。 ⑤齿数比 5.424 108 12=== z z u ⑥计算应力循环次数 811104.522030017506060?=?????==h jL n N 88 12102.15 .4104.5?=?==u N N ⑦由图10-19取接触疲劳寿命系数 1.1,04.121==H N H N K K ⑧计算接触疲劳许用应力 取失效概率为1%，安全系数1=S []MPa 2.7591730 04.11lim 11=?==S ζK ζH HN H []M P a 6051 5501.12lim 22 =?==S ζK ζH HN H ⑨由图10-26查得63.1,88.0,75.02121=+===αααααεεεεε则 ⑩计算齿轮的圆周速度 s m 729.51000 6075095.14514.310006011=???=?π= n d ν 计算尺宽与齿高之比 h b mm 626 ' 229cos 95.145cos 11=??== z βd m nt mm 5.13625.225.2=?==nt m h 85.115 .13160==h b 计算载荷系数 根据m 729.5=ν，8级精度，查图10-8得动载荷系数22.1=v K 由表10-3，查得4.1==ααF H K K 按轻微冲击，由表10-2查得使用系数25.1=A K 由表10-4查得380.1=H βK {按d Φ=1查得} 由 85.11=h b ，380.1=H βK ，查图10-13得33.1=F βK 故载荷系数 946.2380.14.122.125.1=???==βαH H v A K K K K K 由接触强度确定的最大转矩 [][]}{N 096.12844648.18947.260515.45.4946.2295.14563.1096.1,min 122 32 213 1 1=?? ? ????+????=??? ? ???+?≤ αE H H H d Z Z ζζu u K d εΦT （3）按弯曲强度计算 []Sa Fa F βn d Y Y ζKY m d εΦT ?≤α2211 ①计算载荷系数 840.233.14.122.125.1=???==βανF F A K K K K K ②计算纵向重合度 380.1'229tan 24096.1318.0tan 318.01=????==βz Φεd β ③由图10-28查得螺旋角影响系数 92.0=βY ④计算当量齿数 ()99.24'229cos 24 cos 33 11=?== βz z v ()3.112'229cos 108 cos 3 321=?== βz z v ⑤查取齿形系数Fa Y 及应力校正系数Sa Y 由表10-5查得 62.21=Fa Y 17.22=Fa Y 59.11=Sa Y 80.12=Sa Y ⑥由图10-20c 查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限MPa 5201=FE ζ；大齿轮的弯曲疲劳强度极限 MPa 4302=FE ζ。 ⑦由图10-18取弯曲疲劳寿命90.0,88.021==FN FN K K 。 ⑧计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数4.1=S []M P a 07.3055.1520 88.0111=?==S ζK ζFE FN F []M P a 2585 .143090.0222 =?==S ζK ζFE FN F ⑨计算大、小齿轮的 [] Sa Fa F Y Y ζ，并加以比较 []23.7359 .162.207 .3051 11 =?= Sa Fa F Y Y ζ []05.6680 .117.2258 2 22 =?= Sa Fa F Y Y ζ 取[] [][]05.66,min 222111=???? ??=Sa Fa F Sa Fa F Sa Fa F Y Y ζY Y ζY Y ζ ⑩由弯曲强度确定的最大转矩 []mm N 309.288598605.6692 .0840.22695.14563.1096.122211?=??????=?≤αSa Fa F βn d Y Y ζKY m d εΦT （4）齿轮传动的功率 取由接触强度和弯曲强度确定的最大转矩中的最小值 即N 096.12844641 =T kW 87.10010 55.9750 096.12844641055.96 611=??=?= ∴n T P 第二章 平面机构的结构分析 题2-1 图a 所示为一简易冲床的初拟设计方案。设计者的思路是：动力由齿轮1输入，使轴A 连续回转；而固装在轴A 上的凸轮2与杠杆3组成的凸轮机构使冲头4上下运动，以达到冲压的目的。试绘出其机构运动简图（各尺寸由图上量取），分析是否能实现设计意图，并提出修 改方案。 解：1)取比例尺,绘制机构运动简图。(图2-1a) 2)要分析是否能 实现设计意图,首先要计算机构的自由度。尽管此 机构有4个活动件，但齿轮1和凸轮2是固装在轴A 上，只能作为一个活动件， 故 3=n 3=l p 1=h p 01423323=-?-?=--=h l p p n F 原动件数不等于自由度数，此简易冲床不能运动，即 不能实现设计意图。 分析：因构件3、4与机架5和运动副B 、C 、D 组成不能运动的刚性桁架。故需增加构件的自由度。 3)提出修改方案：可以在机构的适当位置增加一个活动构件和一个低副，或用一个高副来代替一个低副。 (1) 在构件3、4之间加一连杆及一个转动副(图2-1b)。 (2) 在构件3、4之间加一滑块及一个移动副(图2-1c)。 (3) 在构件3、4之间加一滚子(局部自由度)及一个平 面高副(图2-1d)。 讨论：增加机构自由度的方法一般是在适当位置上添加一个构件（相当于增加3个自由度）和1个低副（相当于引入2个约束），如图2-1（b ）（c ）所示，这样就相当于给机构增加了一个自由度。用一个高副代替一个低副 也可以增加机构自由度，如图2-1（d ）所示。 题2-2 图a 所示为一小型压力机。图上，齿轮1与偏心轮1’为同一构件，绕固定轴心O 连续转动。在齿轮5上开有凸轮轮凹槽，摆杆4上的滚子6嵌在凹槽中，从而使 摆杆4绕C 轴上下摆动。同时，又通过偏心轮1’、连杆2、滑杆3使C 轴上下移动。最后通过在摆杆4的叉槽中的滑块7和铰链G 使冲头8实现冲压运动。试绘制其机构 运动简图，并计算自由度。 解：分析机构的组成： 此机构由偏心轮1’（与齿轮1固结）、连杆2、滑杆3、摆杆4、齿轮5、滚子6、滑块7、冲头8和机架9组 成。偏心轮1’与机架9、连杆2与滑杆3、滑杆3与摆杆4、摆杆4与滚子6、齿轮5与机架9、滑块7与冲头8均组成转动副， 滑杆3与机架9、摆杆4与滑块7、冲头8与机架9均组成移动副，齿轮1与齿轮5、凸轮(槽)5与滚子6组成高 副。故 解法一：7=n 9=l p 2=h p 12927323=-?-?=--=h l p p n F 解法二：8=n 10=l p 2=h p 局部自由度 1='F 1 1210283)2(3=--?-?='-'-+-=F p p p n F h l 题2-3如图a 所示为一新型偏心轮滑阀式真空泵。其偏心轮1绕固定轴A 转动，与外环2固连在一起 的滑阀3在可绕 第四章 平面机构的力分析 题4-7 机械效益Δ是衡量机构力放大程度的一个重要指标，其定义为在不考虑摩擦的条件下机构的输出力（力矩）与输入力（力矩）之比值，即Δ=d r d r F F M M //=。试求图示各机构在图示位置时的机械效益。图a 所示为一铆钉机，图b 为一小型压力机，图c 为一剪刀。计算所需各尺寸从图中量取。 （a ） (b) (c) 解：(a)作铆钉机的机构运动简图及受力 见下图（a ） 由构件3的力平衡条件有：02343=++R R r F F F 由构件1的力平衡条件有：04121 =++d R R 按上面两式作力的多边形见图（b ）得 θcot ==?d r F F （b ）作压力机的机构运动简图及受力图见（c ） 由滑块5的力平衡条件有：04565=++R R F F G 由构件2的力平衡条件有：0123242 =++R R R 其中 5442R R = 按上面两式作力的多边形见图（d ），得t F G = ? (c) 对A 点取矩时有 b F a F d r ?=? a b =? 其中a 、b 为F r 、F d 两力距离A 点的力臂。t F G = ? (d) (a) (b)d r R41 F R43 F d G 题4-8 在图示的曲柄滑块机构中，设已知l AB=0.1m，l BC=0.33m，n1=1500r/min（为常数），活塞及其附件的重量G3=21N，连杆质量G2=25N，J S2=0.0425kg·m2，连杆质心S2至曲柄销B的距离l BS2=l BC/3。试确定在图示位置时活塞的惯性力以及连杆的总惯性力。 解：1) 选定比例尺, 绘制机构运动简图。(图(a) ) 2(b) 4-1 (c) 3) 确定惯性力 活塞3 连杆2 （顺时针） (图(a) ) 第九章 9-1.带传动中的弹性滑动与打滑有什么区别对传动有何影响影响打滑的因素有哪些如何避免打滑 解：由于紧边和松边的力不一样导致带在两边的弹性变形不同而引起的带在带轮上的滑动，称为带的弹性滑动，是不可避免的。打滑是由于超载所引起的带在带轮上的全面滑动，是可以避免的。 由于弹性滑动的存在，使得从动轮的圆周速度低于主动轮的圆周速度，使得传动效率降低。 影响打滑的因素有：预紧力大小、小轮包角、当量摩擦因素。 避免打滑：及时调整预紧力，尽量使用摩擦因素大的、伸缩率小的皮带，对皮带打蜡。 9-3.试分析参数1112D i α、、的大小对带传动的工作能力有何影响 解：1D 越小，带的弯曲应力就越大。 1α 的大小影响带与带轮的摩擦力的大小，包角太小容易打滑（一般取1α≥0120） 12i 越大，单根V 带的基本额定功率的增量就越大。 9-4.带和带轮的摩擦因数、包角与有效拉力有何关系 解：ec 01 F =2F F 1 f e f e e αα -≥+，最大有效拉力ec F 与张紧力0F 、包角α和摩擦系数f 有关，增大0F 、α和f 均能增大最大有效拉力ec F 。 9-9.设计一由电动机驱动的普通V 带减速传动，已知电动机功率P=7KW ，转速 1=1440/min n r ，传动比123i =，传动比允许偏差为±5%，双班工作，载荷平稳。 解： 1.计算功率ca P 查表得，A K =1.2，则A =K P=1.278.4ca P kW ?= 2.选择带的截型 根据18.41440/min 9-9A ca P kW n r ==和查图选定型带。 3.确定带轮的基准直径12D D 和 参考图9-9和表9-3取小带轮的基准直径1D =100mm ，大带轮的基准直径 2121(1)3100(10.01)297D i D mm ε=-=??-=。 查表取标准值2315D mm =。 大作业（二） 凸轮机构设计 （题号：4-A） （一）题目及原始数据···············（二）推杆运动规律及凸轮廓线方程·········（三）程序框图········· （四）计算程序················· （五）程序计算结果及分析·············（六）凸轮机构图·················（七）心得体会··················（八）参考书··················· 一题目及原始数据 试用计算机辅助设计完成偏置直动滚子推杆盘形凸轮机构的设计 （1）推程运动规律为五次多项式运动规律，回程运动规律为余弦加速度运动规律； （2）打印出原始数据； （3）打印出理论轮廓和实际轮廓的坐标值； （4）打印出推程和回程的最大压力角，以及出现最大压力角时凸轮的相应转角；（5）打印出凸轮实际轮廓曲线的最小曲率半径，以及相应的凸轮转角； （6）打印最后所确定的凸轮的基圆半径。 表一偏置直动滚子推杆盘形凸轮机构的已知参数 题号初选的 基圆半 径 R0/mm 偏距 E/mm 滚子 半径 Rr/m m 推杆行 程 h/mm 许用压力角许用最小曲率半径 [ρamin] [α1] [α2] 4-A 15 5 10 28 30°70?0.3Rr 计算点数：N=90 q1=60; 近休止角δ1 q2=180; 推程运动角δ2 q3=90; 远休止角δ3 q4=90; 回程运动角δ4 二推杆运动规律及凸轮廓线方程推杆运动规律： （1）近休阶段：0o≤δ<60 o s=0； ds/dδ=0; 2/δd 2 d=0; s （2）推程阶段：60o≤δ<180 o 五次多项式运动规律： Q1=Q-60; s=10*h*Q1*Q1*Q1/(q2*q2*q2)-15*h*Q1*Q1*Q1*Q1/(q2*q2*q2*q2)+6*h*Q1*Q1*Q 1*Q1*Q1/(q2*q2*q2*q2*q2); ds/dδ =30*h*Q1*Q1*QQ/(q2*q2*q2)-60*h*Q1*Q1*Q1*QQ/(q2*q2*q2*q2)+30*h*Q1*Q1*Q 1*Q1*QQ/(q2*q2*q2*q2*q2); 2/δd 2 d=60*h*Q1*QQ*QQ/(q2*q2*q2)-180*h*Q1*Q1*QQ*QQ/((q2*q2*q2*q2))+1 s 20*h*Q1*Q1*Q1*QQ*QQ/((q2*q2*q2*q2*q2)); （3）远休阶段：180o≤δ<270 o s=h=24; ds/dδ=0; 2/δd 2 d=0; s (4)回程阶段：270≤δ<360 Q2=Q-270; s=h*(1+cos(2*Q2/QQ))/2; ds/dδ=-h*sin(2*Q2/QQ); 2/δd 2 d=-2*h*cos(2*Q2/QQ); s 凸轮廓线方程： （1）理论廓线方程： s0=sqrt(r02-e2) x=(s0+s)sinδ+ecosδ y=(s0+s)cosδ-esinδ (2)实际廓线方程 先求x，y的一、二阶导数 dx=(ds/dδ-e)*sin(δ)+(s0+s)*cos(δ); 第三章 机械零件的强度 习题答案 3-1某材料的对称循环弯曲疲劳极限MPa 1801=-σ，取循环基数60105?=N ，9=m ，试求循环次数N 分别为7 000、25 000、620 000次时的有限寿命弯曲疲劳极限。 [解] MPa 6.37310710 5180936 9 10111=???==--N N σσN M P a 3.324105.210 51809469 20112=???==--N N σσN M P a 0.22710 2.610 51809569 30113=???==--N N σσN 3-2已知材料的力学性能为MPa 260=s σ，MPa 1701=-σ，2.0=σΦ，试绘制此材料的简化的等寿命寿命曲线。 [解] )170,0('A )0,260 (C 0 12σσσΦσ-= - σ Φσσ+= ∴-121 M P a 33.2832 .01170 21210=+?=+= ∴-σΦσσ 得)2 33.283,2 33.283(D ' ，即)67.141,67.141(D ' 根据点)170,0('A ，)0,260 (C ，)67.141,67.141(D '按比例绘制该材料的极限应力图如下图所示 3-4 圆轴轴肩处的尺寸为：D =72mm ，d =62mm ，r =3mm 。如用题3-2中的材料，设其强度极限σB =420MPa ，精车，弯曲，βq =1，试绘制此零件的简化等寿命疲劳曲线。 [解] 因 2.14554 ==d D ，067.045 3==d r ，查附表3-2，插值得88.1=ασ，查附图3-1得78.0≈σq ，将所查值代入公式，即 ()()69.1188.178.0111k =-?+=-α+=σσσq 查附图3-2，得75.0=σε；按精车加工工艺，查附图3-4，得91.0=σβ，已知1=q β，则 35.21 1191.0175.069.1111k =???? ??-+=???? ??-+=q σσσσββεK ()()() 35 .267.141,67.141,0,260,35.2170,0D C A ∴ 根据()()()29.60,67.141,0,260,34.72,0D C A 按比例绘出该零件的极限应力线图如下图 3-5 如题3-4中危险截面上的平均应力MPa 20m =σ，应力幅MPa 20a =σ，试分别按①C r =②C σ=m ，求出该截面的计算安全系数ca S 。 [解] 由题3-4可知35.2,2.0MPa,260MPa,170s 1-====σσK Φσσ （1）C r = 工作应力点在疲劳强度区，根据变应力的循环特性不变公式，其计算安全系数 28.220 2.03035.2170 m a 1-=?+?=+= σΦσK σS σσca （2）C σ=m 工作应力点在疲劳强度区，根据变应力的平均应力不变公式，其计算安全系数 ()()()() 81 .1203035.220 2.035.2170m a m 1-=+??-+=+-+= σσσσca σσK σΦK σS 第3章课后习题参考答案 3—1 何谓速度瞬心?相对瞬心与绝对瞬心有何异同点? 答：参考教材30~31页。 3—2 何谓三心定理?何种情况下的瞬心需用三心定理来确定? 答：参考教材31页。 3-3试求图示各机构在图示位置时全部瞬心的位置(用符号P，，直接标注在图上) (a) (b) 答： 答： （10分） (d) （10分） 3-4标出图示的齿轮一连杆组合机构中所有瞬心，并用瞬心法求齿轮1与齿轮3的传动比ω1/ω3。 答：1)瞬新的数目： K=N(N-1)/2=6(6-1)/2=15 2)为求ω1/ω3需求3个瞬心P 16、P 36、P 13的位置 3） ω1/ω3= P 36P 13/P 16P 13=DK/AK 由构件1、3在K 点的速度方向相同，可知ω3与ω1同向。 3-6在图示的四杆机构中，L AB =60mm ，L CD =90mm,L AD =L BC =120mm, ω2=10rad/s,试用瞬心法求： 1)当φ=165°时，点的速度vc ； 2)当φ=165°时，构件3的BC 线上速度最小的一点E 的位置及速度的大小； 3)当V C =0时，φ角之值(有两个解)。 解：1）以选定的比例尺μ机械运动简图（图b ） 2）求vc 定出瞬心p12的位置（图b ） 因p 13为构件3的绝对瞬心，则有 ω3=v B /lBp 13=ω2l AB /μl .Bp 13=10×0.06/0.003× v c =μc p 13ω3=0.003×52×2.56=0.4(m/s) 3)定出构件3的BC 线上速度最小的点线上速度最小的点必与p13点的距离 最近，故丛p13引BC 线的垂线交于点 v E =μl.p 13E ω3=0.003×46.5× 免费版 平面机构的结构分析 1、如图a所示为一简易冲床的初拟设计方案，设计者的思路是：动力由齿轮1输入，使轴A连续回转；而固装在轴A上的凸轮2与杠杆3组成的凸轮机构将使冲头4 上下运动以达到冲压的目的。试绘出其机构运动简图（各尺寸由图上量取），分析其是否能实现设计意图？并提出修改方案。 解1）取比例尺丨绘制其机构运动简图（图b）。 2）分析其是否能实现设计意图。 图a) 由图b可知，n3，p i 4，p h 1，p 0，F 0 故：F 3n (2p l p h p) F 3 3 (2 4 1 0) 0 0 因此，此简单冲床根本不能运动（即由构件3、4与机架5和运动副B、C、D组成不能 运动的刚性桁架），故需要增加机构的自由度。 图b） 3）提出修改方案（图c）。 为了使此机构能运动，应增加机构的自由度（其方法是：可以在机构的适当位置增加一个活动构件和一个低副，或者用一个高副去代替一个低副，其修改方案很多，图给出了其中两种方案）。 D C E ) % ￡ E 图cl）图c2） 2、试画出图示平面机构的运动简图，并计算其自由 度。 图a) 解: n 3，p i 4，P h 0，F 3n 2p i P h 1 Array 图 b） 解: n 4， p i 5，P h 1，F 3n 2 p i P h 3、计算图示平面机构的自由度。将其中的高副化为低副。机构中的原动件用圆弧箭头表示。 解3—1: n 7, p l10, p h 0, F 3n 解3-2：n 8, p l 11 , P h 1 , F 3n 2P i 解3-3：n 9, p l 12 , P h 2, F 3n 2P] p h 1 N 4、试计算图示精压机的自由度 第三章 平面机构的运动分析 题3-3 试求图示各机构在图示位置时全部瞬心的位置(用符号P ij 直接标注在图上) 解： 1 P 13(P 34)13 ∞ 题3-4 在图示在齿轮-连杆机构中,试用瞬心法求齿轮1与齿轮3 的传动比w1/w3. P 13 P 23 P 36 3 D 6 52 C 4 B P 16A 1 P 12 解：1）计算此机构所有瞬心的数目 152 ) 1(=-=N N K 2）为求传动比31ωω需求出如下三个瞬心16P 、36P 、13P 如图3-2所示。 3）传动比31ω计算公式为： 13 1613 3631P P P P =ωω 题3-6在图a 所示的四杆机构中，l AB =60mm ，l CD =90mm ，l AD =l BC =120mm ，ω2=10rad/s ，试用瞬心法求： 23 1） 当φ=165°时，点C 的速度Vc ； 2） 当φ=165°时，构件3的BC 线上速度最小的一点E 的位置及速度的大小； 3） 当Vc=0时，φ角之值（有两个解） 解：1) 以选定比例尺,绘制机构运动简图。(图3-3 ) 2）求V C ，定出瞬心P 13的位置。如图3-3（a ） s rad BP l l v l AB AB B 56.213 23=== μωω s m CP v l C 4.0313==ωμ 3）定出构件3的BC 线上速度最小的点E 的位置。 因为BC 线上速度最小的点必与P 13点的距离最近，所以过P 13点引BC 线延长线的垂线交于E 点。如图3-3（a ） s m EP v l E 375.0313==ωμ 4）当0=C v 时，P 13与C 点重合，即AB 与BC 共线有两个位置。作出0=C v 的两个位置。 量得 ?=4.261φ ?=6.2262φ 题3-12 在图示的各机构中，设已知各构件的尺寸、原动件1以等角速度ω1顺时针方向转动。试用图解法求机构在图示位置时构件3上C 点的速度及加速度。 第四章 平面机构的力分析 题4-7 机械效益Δ是衡量机构力放大程度的一个重要指标，其定义为在不考虑摩擦的条件下机构的输出力（力矩）与输入力（力矩）之比值，即Δ=d r d r F F M M //=。试求图示各机构在图示位置时的机械效益。图a 所示为一铆钉机，图b 为一小型压力机，图c 为一剪刀。计算所需各尺寸从图中量取。 （a ） (b) (c) 解：(a)作铆钉机的机构运动简图及受力 见下图（a ） 由构件3的力平衡条件有：02343=++R R r F F F 由构件1的力平衡条件有：04121 =++d R R 按上面两式作力的多边形见图（b ）得 θcot ==?d r F F （b ）作压力机的机构运动简图及受力图见（c ） 由滑块5的力平衡条件有：04565=++R R F F G 由构件2的力平衡条件有：0123242 =++R R R 其中 5442R R = 按上面两式作力的多边形见图（d ），得t F G = ? (c) 对A 点取矩时有 b F a F d r ?=? a b =? 其中a 、b 为F r 、F d 两力距离A 点的力臂。t F G = ? (d) (a)(b) d r R41 F R43 F d G 题4-8 在图示的曲柄滑块机构中，设已知l AB=0.1m，l BC=0.33m，n1=1500r/min（为常数），活塞及其附件的重量G3=21N，连杆质量G2=25N，J S2=0.0425kg·m2，连杆质心S2至曲柄销B的距离l BS2=l BC/3。试确定在图示位置时活塞的惯性力以及连杆的总惯性力。 解：1) 选定比例尺, mm m l 005 .0 = μ绘制机构运动简图。(图(a) ) 2）运动分析：以比例尺vμ作速度多边形，如图(b) 以比例尺 a μ作加速度多边形如图4-1 (c) 2 44 . 23 s m c p a a C ='' =μ2 2 2 2100 s m s p a a S = '' =μ 2 2 2 1 5150 s BC c n l a l a BC t B C= '' = = μ μ α 3) 确定惯性力 活塞3：) ( 3767 3 3 3 3 N a g G a m F C S I = - = - =方向与c p''相反。 连杆2：) ( 5357 2 2 2 2 32 N a g G a m F S S I = - = - =方向与 2 s p'相反。 ) (8. 218 2 2 2 m N J M S I ? = - =α（顺时针） 总惯性力：) ( 5357 2 2 N F F I I = = ') ( 04 .0 2 2 2 m F M l I I h = =(图(a) ) 免费 版 平面机构的结构分析 1、如图a 所示为一简易冲床的初拟设计方案，设计者的思路是：动力由齿轮1输入，使轴A 连续回转；而固装在轴A 上的凸轮2与杠杆3组成的凸轮机构将使冲头4上下运动以达到冲压的目的。试绘出其机构运动简图（各尺寸由图上量取），分析其是否能实现设计意图？并提出修改方案。 解 1）取比例尺l μ绘制其机构运动简图（图b ）。 2）分析其是否能实现设计意图。 图 a ） 由图b 可知，3=n ，4=l p ，1=h p ，0='p ，0='F 故：00)0142(33)2(3=--+?-?='-'-+-=F p p p n F h l 因此，此简单冲床根本不能运动（即由构件3、4与机架5和运动副B 、C 、D 组成不能运动的刚性桁架），故需要增加机构的自由度。 图 b ） 3）提出修改方案（图c ）。 为了使此机构能运动，应增加机构的自由度（其方法是：可以在机构的适当位置增加一个活动构件和一个低副，或者用一个高副去代替一个低副，其修改方案很多，图c 给出了其中两种方案）。 图 c1） 图 c2） 2、试画出图示平面机构的运动简图，并计算其自由度。 图a ） 解：3=n ，4=l p ，0=h p ，123=--=h l p p n F 图 b ） 解：4=n ，5=l p ，1=h p ，123=--=h l p p n F 3、计算图示平面机构的自由度。将其中的高副化为低副。机构中的原动件用圆弧箭头表示。 3－1 解3－1：7=n ，10=l p ，0=h p ，123=--=h l p p n F ，C 、E 复合铰链。 3－2 解3－2：8=n ，11=l p ，1=h p ，123=--=h l p p n F ，局部自由度 3－3 解3－3：9=n ，12=l p ，2=h p ，123=--=h l p p n F 4、试计算图示精压机的自由度 解：10=n ，15=l p ，0=h p 解：11=n ，17=l p ，0=h p （其中E 、D 及H 均为复合铰链） （其中C 、F 、K 均为复合铰链） 5、图示为一内燃机的机构简图，试计算其自由度，并分析组成此机构的基本杆组。又如在该机构中改选EG 为原动件，试问组成此机构的基本杆组是否与前者有所不同。 解1）计算此机构的自由度 2）取构件AB 为原动件时 机构的基本杆组图为 此机构为 Ⅱ 级机构 3）取构件EG 为原动件时 此机构的基本杆组图为 此机构为 Ⅲ 级机构 平面机构的运动分析 1、试求图示各机构在图示位置时全部瞬心的位置（用符号ij P 直接标注在图上）。 2、在图a 所示的四杆机构中，AB l =60mm ，CD l =90mm ，AD l =BC l =120mm ，2ω=10rad/s ，试用瞬心法求： 1） 当?=ο165时，点C 的速度C v ? ； 2） 当?=ο 165时，构件3的BC 线上速度最小的一点E 的位置及其速度的大小； 3）当C v ? =0 时，?角之值（有两个解）。 解1）以选定的比例尺l μ作机构运动简图（图b ）。 b) 2）求C v ? ，定出瞬心13P 的位置（图b ） 因13p 为构件3的绝对速度瞬心，则有： 3）定出构件3的BC 线上速度最小的点E 的位置 因BC 线上速度最小之点必与13P 点的距离最近，故从13P 引BC 线的垂线交于点E ，由图可得： 4）定出C v ? =0时机构的两个位置（作于 图C 处），量出 ?=6.2262? c) 机械设计基础答案(西工大版) 第一章 前面有一点不一样，总体还行~~~ 1-1.机械零件常用的材料有哪些？为零件选材时应考虑哪些主要要求？ 解：机械零件常用的材料有：钢(普通碳素结构钢、优质碳素结构钢、合金结构钢、铸钢)，铸铁，有色金属（铜及铜合金、铝及铝合金）和工程塑料。 为零件选材时应考虑的主要要求： 1.使用方面的要求： 1）零件所受载荷的大小性质，以及应力状态，2）零件的工作条件， 3）对零件尺寸及重量的限制， 4）零件的重要程度， 5）其他特殊要求。 2.工艺方面的要求。 3.经济方面的要求。 1-2.试说明下列材料牌号的意义：Q235,45,40Cr,65Mn,ZG230-450,HT200,ZcuSn1 0P1,LC4. 解：Q235是指当这种材料的厚度（或直径）≤16mm时的屈服值不低于235Mpa。 45是指该种钢的平均碳的质量分数为万分之四十五。 40Cr是指该种钢的平均碳的质量分数为万分之四十并且含有平均质量分数低于1.5%的Cr元素。 65Mn是指该种钢的平均碳的质量分数为万分之六十五并且含有平均质量分数低于1.5%的Mn 元素。 ZG230-450表明该材料为铸钢，并且屈服点为230，抗拉强度为450. HT200表明该材料为灰铸铁，并且材料的最小抗拉强度值为200Mpa. ZCuSn10P1铸造用的含10%Sn、1%P其余为铜元素的合金。 LC4表示铝硅系超硬铝。 1-6.标准化在机械设计中有何重要意义？ 解：有利于保证产品质量，减轻设计工作量，便于零部件的互换和组织专业化的大生产，以及降低生产成本，并且简化了设计方法，缩短了设计时间，加快了设计进程，具有先进性、规范性和实用性，遵照标准可避免或减少由于个人经验不足而出现的偏差。 1—1填空题： 1．机械是机器和机构的总称。 机械原理课程的研究内容是有关机械的基本理论问题。 2．各种机构都是用来传递与变换运动和力的可动的装置。 如：齿轮机构、连杆机构、凸轮机构等。 3．凡用来完成有用功的机器是工作机。 如：机床、起重机、纺织机等。 凡将其它形式的能量转换为机械能的机器是原动机。 如：电动机、蒸气机、内燃机等。 4．在机器中，零件是制造的单元，构件是运动的单元。 5．机器中的构件可以是单一的零件，也可以是由多个零件装配成的刚性结构。 在机械原理课程中，我们将构件作为研究的基本单元。 6．两个构件直接接触形成的可动联接称为运动副。 7．面接触的运动副称为低副，如移动副、转动副等。 点或面接触的运动副称为高副，如凸轮副、齿轮副等。 8．构件通过运动副的连接而构成的可相对运动的系统是运动链，若组成运动链的各构件构成首尾封闭的系统称为闭链，若未构成首尾封闭的系统称为开链。 9．在运动链中，如果将其中一个构件固定而成为机架，则该运动链便成为机构。10．平面机构是指组成机构的各个构件均在同一个平面上运动。 11．在平面机构中，平面低副提供 2 个约束，平面高副提供 1 个约束。12．机构具有确定运动时所必须给定的独立运动参数的数目称为机构的自由度。13．机构具有确定运动的条件是机构的原动件数目应等于机构的自由度的数目。1—2试画出图示平面机构的机构示意图，并计算自由度（步骤：1）列出完整公式，2） 带入数据，3）写出结果）。其中： 图a) 唧筒机构――用于水井的半自动汲水机构。图中水管4直通水下，当使用者来回摆动手柄2时，活塞3将上下移动，从而汲出井水。 解：自由度计算：画出机构示意图： n= 3 p L= 4 p H= 0 p'= 0 F'= 0 F=3n－(2p l＋p h－p′)－F′ = 3×3－（2×4＋0－0）－0 = 1 图b) 缝纫机针杆机构原动件1绕铰链A作整周转动，使得滑块2沿滑槽滑动，同时针杆作上下移动，完成缝线动作。 解：自由度计算：画出机构示意图： n= 3 p L= 4 p H= 0 p'= 0 F'= 0 F=3n－(2p l＋p h－p′)－F′ = 3×3－(2×4＋0－0)－0 = 1 1—3试绘出图a)所示偏心回转油泵机构的运动简图(各部分尺寸由图中直接量观察方向 3 2 4 1 4 3 2 1 第二章 机构的结构分析 题2-11 图a 所示为一简易冲床的初拟设计方案。设计者的思路是：动力由齿轮1输入，使轴A 连续回转；而固装在轴A 上的凸轮2与杠杆3组成的凸轮机构使冲头4上下运动，以达到冲压的目的。试绘出其机构运动简图（各尺寸由图上量取），分析是否能实现设计意图，并提出修改方案。 解：1)取比例尺,绘制机构运动简图。(图2-11a) 2)要分析是否能实现设计意图,首先要计算机构的自由度。尽管此机构有4个活动件，但齿轮1和凸轮2是固装在轴A 上，只能作为一个活动件，故 3=n 3=l p 1=h p 01423323=-?-?=--=h l p p n F 原动件数不等于自由度数，此简易冲床不能运动，即不能实现设计意图。 分析：因构件3、4与机架5和运动副B 、C 、D 组成不能运动的刚性桁架。故需增加构件的自由度。 3)提出修改方案：可以在机构的适当位置增加一个活动构件和一个低副，或用一个高副来代替一个低副。 (1) 在构件3、4之间加一连杆及一个转动副(图2-11b)。 (2) 在构件3、4之间加一滑块及一个移动副(图2-11c)。 (3) 在构件3、4之间加一滚子(局部自由度)及一个平面高副(图2-11d)。 1 1 (c) 题2-11 (d) 5 4 3 6 4 (a) 5 3 2 5 2 1 5 43 6 4 2 6 (b) 3 2 1 讨论：增加机构自由度的方法一般是在适当位置上添加一个构件（相当于增加3个自由度）和1个低副（相当于引入2个约束），如图2-1（b ）（c ）所示，这样就相当于给机构增加了一个自由度。用一个高副代替一个低副也可以增加机构自由度，如图2-1（d ）所示。 题2-12 图a 所示为一小型压力机。图上，齿轮1与偏心轮1’为同一构件，绕固定轴心O 连续转动。在齿轮5上开有凸轮轮凹槽，摆杆4上的滚子6嵌在凹槽中，从而使摆杆4绕C 轴上下摆动。同时，又通过偏心轮1’、连杆2、滑杆3使C 轴上下移动。最后通过在摆杆4的叉槽中的滑块7和铰链G 使冲头8实现冲压运动。试绘制其机构运动简图，并计算自由度。 解：分析机构的组成： 此机构由偏心轮1’（与齿轮1固结）、连杆2、滑杆3、摆杆4、齿轮5、滚子6、滑块7、冲头8和机架9组成。偏心轮1’与机架9、连杆2与滑杆3、滑杆3与摆杆4、摆杆4与滚子6、齿轮5 第9章课后参考答案 9-1何谓凸轮机构传动中的刚性冲击和柔性冲击？试补全图示各段s v一、一曲线，并指出哪些地方有刚性冲击，哪些地方有柔性冲击？ 答凸轮机构传动中的刚性冲击是指理论上无穷大的惯性力瞬问作用到构件上，使构件产生强烈的冲击；而柔性冲击是指理论上有限大的惯性力瞬间作用到构件上，使构件产生的冲击。 s-S , v-S , a-S曲线见图。在图9-1中B，C处有刚性冲击，在0, A，D，E处有柔性冲击。 9—2何谓凸轮工作廓线的变尖现象和推杆运动的失真现象？它对凸轮机构的工作有何影响？如何加以避免？ 答在用包络的方法确定凸轮的工作廓线时，凸轮的工作廓线出现尖点的现象称为变尖现象：凸轮的工作廓线使推杆不能实现预期的运动规律的现象件为失真现象。变尖的工作廓线极易磨损，使推杆运动失真.使推杆运动规律达不到设计要求，因此应设法避免。变尖和失真现象可通过增大凸轮的基圆半径.减小滚子半 题9-1图 径以及修改推杆的运动规律等方法来避免。 9—3力封闭与几何封闭凸轮机构的许用压力角的确定是否一样？为什么？答力封闭与几何封闭凸轮机沟的许用压力角的确定是不一样的。因为在回程阶 段-对于力封闭的凸轮饥构，由于这时使推杆运动的不是凸轮对推杆的作用力F，而是推杆所受的封闭力.其不存在自锁的同题，故允许采用较大的压力角。但为?4^ y 5 J 曲 使推秆与凸轮之间的作用力不致过大。也需限定较大的许用压力角。而对于几何形状封闭的凸轮机构，则需要考虑自锁的问题。许用压力角相对就小一些。 9—4 一滚子推杆盘形凸轮机构，在使用中发现推杆滚子的直径偏小，欲改用较大的滚子？问是否可行？为什么？ 答不可行。因为滚子半径增大后。凸轮的理论廓线改变了.推杆的运动规律也势必发生变化。 9—5 一对心直动推杆盘形凸轮机构，在使用中发现推程压力角稍偏大，拟采用推杆偏置的办法来改善，问是否可行？为什么？ 答不可行。因为推杆偏置的大小、方向的改变会直接影响推杆的运动规律. 而原凸轮机构推杆的运动规律应该是不允许擅自改动的。 9-6 在图示机构中，哪个是正偏置？哪个是负偏置？根据式(9-24)说明偏置方向对凸轮机构压力角有何影响？ S 9-6 答由凸轮的回转中心作推杆轴线的垂线?得垂足点，若凸轮在垂足点的速度沿推杆的推程方向?刚凸轮机构为正偏置?反之为负偏置。由此可知?在图示机沟中，两个均为正偏置。由 , ds/d me tan J(r0 e2) s 可知.在其他条件不变的情况下。若为正偏置(e前取减号).由于推程时(ds/d S )为正.式中分子ds/d5 -evds/d S ,故压力角a减小。而回程时，由于ds/d S 为负,式中分子为 |(ds/d S )-e|=| (ds/d S ) |+ |e| >ds/d S。故压力角增大。负偏置时刚相反，即正偏置会使推程压力角减小，回程压力角增大；负偏置会使推程压力角增大，回程压力角减小。9—7试标出题9—6a图在图示位置时凸轮机构的压力角，凸轮从图示位置转过90。后推杆的位移；并标出题9—6b图推杆从图示位置升高位移s时，凸轮的转角和凸轮机构的压力角。 解如图(a)所示，用直线连接圆盘凸轮圆心A和滚子中心B，则直线AB与推杆导路之间所夹的锐角为图示位置时凸轮机构的压力角。以A为圆心，AB为半径作圆，得凸轮的理论廓线圆。连接A与凸轮的转动中心O并延长，交于凸轮的理论廓线于C点。以O 为圆心.以OC为半径作圆得凸轮的基圆。以O为圆心，以O点到推杆导路的距离OD 为半径作圆得推杆的偏距圆；。延长推杆导路线交基圆于G-点，以直线连接0G。过0点作0G的垂线，交基圆于E点。过E 点在偏距圆的下侧作切线?切点为H点?交理论廓线于F点，则线段EF的长即为凸轮从图示位置转过90后推杆的位移s。 一、单选题（共 10 道试题，共 25 分。） 1. 设计过盈联接时，如将空心轴改成实心轴，其他条件不变，则所需过盈量Y应（）。 . 减小 . 增加 . 不变 . 以上都不对 标准答案： 2. 滚动轴承的转速减小一倍，其寿命为原先的几倍（）。 . 1 . 2 . 3 . 4 标准答案： 3. 在蜗杆传动中，由于材料和结构的原因，蜗杆螺旋部分的强度和蜗轮轮齿的强度总是（）。. 高于 . 低于 . 相等 . 以上都不对 标准答案： 4. 半圆键联接的主要优点是（）。 . 工艺性好 . 加工简单 . 价格便宜 . 质量保证 标准答案： 5. 对称循环应力的应力循环特性系数为（）。 . -1 . -2 . -3 . -4 标准答案： 6. 中轴属于什么轴（）。 . 心 . 转 . 滚 . 管 标准答案： 7. 保证离心力不致过大，V带传动限制带速小于（）。 . 25m/s . 30m/s . 40m/s . 55m/s 标准答案： 8. 手工焊对接焊缝时，如果被焊件特别厚，宜采用的坡口（）。 . 双U . 双V . 双H . 双W 标准答案： 9. 61702轴承的内径为（）。 . 12 . 13 . 14 . 15 标准答案： 10. 平键联接如不能满足强度条件要求时，可在轴上安装一对平键，使它们沿周向相隔（）。. 180° . 90° . 120° . 60° 标准答案： 二、多选题（共 10 道试题，共 25 分。） 1. 常用的轴承材料包括（）。 . 金属材料 . 多孔质材料 . 塑料 . 液体材料 标准答案： 2. 挠性联轴器可以补偿的相对位移有（）。 . 轴向位移 . 径向位移 . 角向位移 . 综合位移 标准答案： 3. 按摩擦性质，轴承分为（）。 . 滚动轴承 . 滑动轴承 . 金属轴承 . 非金属轴承 标准答案： 4. 轴上零件的轴向定位和固定，常用的方法有（）。 . 轴肩或轴环 布丁考研网，在读学长提供高参考价值的复习资料 https://www.doczj.com/doc/a310467167.html, 题号：878 《机械设计》考试大纲 一、考试内容 根据我校教学及本试题涵盖专业多的特点，对机械设计课程的考试范围作以下要求。 1.机械设计的基本内容与过程，机械设计的基本理论与方法。机械零件的失效形式与设计准则，机械设计中的常用材料与选材原则等。 2.机械零件疲劳强度与寿命的基本概念，两种疲劳极限应力线图，影响零件疲劳极限的因素与提高零件疲劳强度的措施。机械零件受单向稳定、单向不稳定变应力时的疲劳强度计算。接触与接触应力的基本概念。可靠性设计的基本概念。 3.摩擦、磨损与润滑的基本概念，摩擦、磨损的机理和基本类型。润滑剂主要指标与润滑的基本方法，流体动力润滑与静力润滑的基本概念与原理。 4.机械设计中常用的连接方法（包括：螺纹连接、轴毂连接等），各自的特点与适用场合。常用标准连接件的类型、规格与选用，螺纹连接、平键连接的设计与强度验算。 5.机械设计中常用的传动形式（带传动、链传动、齿轮传动、蜗杆传动等），各自的特点与适用场合。各种传动装置的失效形式、常用材料、设计准则与设计方法、设计内容、设计过程，以及相应结构设计。 6.滚动轴承与滑动轴承的基本类型与特点、适用场合与承载能力验算。滑动轴承的结构与材料，滚动轴承的代号与装置设计。 7.轴的类型、材料，轴的结构设计，轴的承载能力验算的内容与方法。 8.联轴器、离合器的基本概念，常用的类型与选用。 9.弹簧的类型、特点、功用与材料。圆柱拉伸、圆柱压缩弹簧的基本结构、基本参数与特性。 二、参考书目 1．濮良贵、纪名刚主编，机械设计(第八版)，高等教育出版社，2006 2．李育锡主编，机械设计作业集(第三版)，高等教育出版社，2006 3．濮良贵、纪名刚主编，机械设计学习指南(第四版)，高等教育出版社，2001 2000年西北工业大学研究生入学机械原理试题 一、填空题（每小题2分，共20分） 1．一对心曲柄滑块机构中，若改为以曲柄为机架，则将演化为（）机构。 2．在偏置直动尖顶推杆盘形凸轮机构中，机构的压力角与下列参数有关，即（）。 3．要使两圆柱齿轮作定传动比传动，则齿廓必须满足定条件为（）。 4．刚性转子动平衡的条件是（）。 5．某机器主轴实际转速在其平均转速的±3％范围内变化，则其速度不均匀系数δ＝（）。 6．在四槽单销外接槽轮机构中，在拨盘的一个运动周期内，槽轮停歇时间为3s，则主动拨盘转速为（）r/min。 7．在构件1，2组成的转动副中，确定构件1对构件2的总反力R12的方法是（）。 8．在平面机构中，一个运动副引入的约束数的变化范围是（）。 9．在设计轮系中，齿轮齿数应满足的条件是（）。 10．在常用推杆运动规律中，存在柔性冲击的是（）。 二、简答题（每小题5分，共20分） 1．对齿轮进行变位修正的目的是什么？ 2．机构的“死点”与“自锁”的含义有何不同？ 3．一凸轮轮廓按尖顶推杆实现某种运动规律而设计，若使用时想改为滚子推杆，问可行否？为什么？ 4．为什么平面铰链四杆机构一般只能近似地实现给定的运动规律和轨迹？ 三、在图43所示六杆机构中，已知各构件尺寸（μ1＝0.001m/mm），AB以ω1＝100rad/s匀 速转动，试画出机构的速度多边形和加速度多边形。（8分） 四、在图44所示的送料机构中，被送物件对机构对推力为P，设机构处于平衡状态，各滑 动副处的摩擦角φ＝15°，回转副处的摩擦圆半径ρ＝5mm，在不计各构件重力及惯性力的条件下，画出构件2所受各力的方向。（8分） 机械原理 一、填空题： 1.机构具有确定运动的条件是机构的自由度数等于。 2.同一构件上各点的速度多边形必于对应点位置组成的多边形。 3.在转子平衡问题中，偏心质量产生的惯性力可以用相对地表示。 4.机械系统的等效力学模型是具有，其上作用有的等效构件。 5.无急回运动的曲柄摇杆机构，极位夹角等于，行程速比系数等于。 6.平面连杆机构中，同一位置的传动角与压力角之和等于。 7.一个曲柄摇杆机构，极位夹角等于36o，则行程速比系数等于。 8.为减小凸轮机构的压力角，应该凸轮的基圆半径。 9.凸轮推杆按等加速等减速规律运动时，在运动阶段的前半程作运动，后半程 作运动。 10.增大模数，齿轮传动的重合度；增多齿数，齿轮传动的重合度。 11.平行轴齿轮传动中，外啮合的两齿轮转向相，内啮合的两齿轮转向相。 12.轮系运转时，如果各齿轮轴线的位置相对于机架都不改变，这种轮系是轮系。 13.三个彼此作平面运动的构件共有个速度瞬心，且位于。 14.铰链四杆机构中传动角γ为，传动效率最大。 15.连杆是不直接和相联的构件；平面连杆机构中的运动副均为。 16.偏心轮机构是通过由铰链四杆机构演化而来的。 17.机械发生自锁时，其机械效率。 18.刚性转子的动平衡的条件是。 19.曲柄摇杆机构中的最小传动角出现在与两次共线的位置时。 20.具有急回特性的曲杆摇杆机构行程速比系数k 1。 21.四杆机构的压力角和传动角互为，压力角越大，其传力性能越。 22.一个齿数为Z，分度圆螺旋角为β的斜齿圆柱齿轮，其当量齿数为。 23.设计蜗杆传动时蜗杆的分度圆直径必须取值，且与其相匹配。 24.差动轮系是机构自由度等于的周转轮系。 25.平面低副具有个约束，个自由度。 26.两构件组成移动副，则它们的瞬心位置在。 机械原理西工大版（第八版）课后习题答案 第2章 2-1 何谓构件?何谓运动副及运动副元素?运动副是如何进行分类的? 答：参考教材5~7页。 2-2 机构运动简图有何用处?它能表示出原机构哪些方面的特征? 答：机构运动简图可以表示机构的组成和运动传递情况，可进行运动分析，且也可用来进行动力分析。 2-3 机构具有确定运动条件是什么?当机构的原动件数少于或多于机构的自由度时，机构的运动将发生什么情况? 答：参考教材12~13页。 2-4 何谓最小阻力定律?试举出在机械工程中应用最小阻力定律的1、2个实例。 2-5 在计算平面机构的自由度时，应注意哪些事项? 答：参考教材15~17页。 2-6 在图2-20所示的机构中，在铰链C、B、D处，被连接的两构件上连接点的轨迹都是重合的，那么能说该机构有三个虚约束吗?为什么? 答：不能，因为在铰链C、B、D中任何一处，被连接的两构件上连接点的轨迹重合是由于其他两处的作用，所以只能算一处。 2-7 何谓机构的组成原理?何谓基本杆组?它具有什么特性?如何确定基本杆组的级别及机构的级别? 答：参考教材18~19页。 2-8 为何要对平面高副机构进行“高副低代"?“高副低代”应满足的条件是什么? 答：参考教材20~21页。 2-9 任选三个你身边已有的或能观察到的下列常用装置(或其他装置)，试画出其机构运动简图，并计算其自由度。1)折叠桌或折叠椅；2)酒瓶软木塞开盖器；3)衣柜上 2-11图示为一简易冲床的初拟设计方案。设计者的思路是：动力由齿轮j输入，使轴A连续回转；而固装在轴^上的凸轮2与杠杆3组成的凸轮机构使冲头4上下运动，以达到冲压的目的。试绘出其机构运动简图(各尺寸由图上量取)，分析是否能实现设计意图，并提出修改方案。 1)取比例尺绘制机构运动简图 2)分析是否能实现设计意图机械原理(西工大第七版)习题册答案讲解
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