机械设计第四章作业

第四章工业机器人设计思考题与习题1.工业机器人的定义是什么？操作机的定义是什么？答:我国国家标准GT/T12643-1997《工业机器人词汇》将工业机器人定义为“是一种能自动控制、可重复编程、多功能、多自由度操作机，能搬运物料、工件或夹持工具，用以完成各种作业”；将操作机定义为“具有和人手臂相似的动作功能，可在空间抓放物体或进行其它操作的机械装置"。

2.工业机器人由哪几部分组成?并比较它与数控机床组成的区别.答：工业机器人由操作机、驱动单元和控制装置组成。

数控机床一般由机床本体、伺服系统和数控装置组成。

二者组成的区别主要在于机械本体，机器人操作机通常由末端执行器、手腕、手臂和机座组成,而数控机床机械本体通常包含主运动部件、进给运动部件、支承部件、冷却润滑、排屑等部分.3.工业机器人的基本功能和基本工作原理是什么?它与机床主要有何相同和不同之处？答:工业机器人基本功能是提供作业所需的运动和动力，其基本工作原理是通过操作机上各运动构件的运动，自动地实现手部作业的动作功能及技术要求.在基本功能及基本工作原理上，工业机器人与机床有如下相同之处：二者的末端执行器都有位姿变化要求；二者都是通过坐标运动来实现末端执行器的位姿变化要求。

二者的主要不同之处有：机床是以直角坐标形式运动为主，而机器人是以关节形式运动为主；机床对刚度、精度要求很高，其灵活性相对较低；而机器人对灵活性要求很高，其刚度、精度相对较低4.工业机器人的结构类型有哪几类？各种类型的特点如何?答：工业机器人的结构类型有如下四类：关节型机器人，其特点是关节一般为回转运动副，灵活性好，工作空间范围大(同样占地面积情况下），但刚度和精度较低；球坐标型机器人，其特点是按球坐标形式动作(运动)，灵活性好，工作空间范围大，但刚度、精度较差;圆柱坐标型机器人,其特点是按圆柱坐标形式动作,灵活性较好，工作空间范围较大，刚度、精度较好;直角坐标型机器人,其特点是按直角坐标形式动作,刚度和精度高，但灵活性差,工作空间范围小.5.如何选择和确定机器人的坐标系？分析图4-5所示的PUMA机器人的坐标系是如何确定的？答：坐标系按右手定则确定。

《机械设计基础》作业答案第一章平面机构的自由度和速度分析1－11－21－31－41－5自由度为：11 19211)0192(73')'2(3=--=--+⨯-⨯=--+-=FPPPnFHL或：1182632 3=-⨯-⨯=--=HLPPnF1－6自由度为11)01122(93')'2(3=--+⨯-⨯=--+-=FPPPnFHL或：11 22241112832 3=--=-⨯-⨯=--=HLPPnF1－10自由度为：1128301)221142(103')'2(3=--=--⨯+⨯-⨯=--+-=F P P P n F H L或： 122427211229323=--=⨯-⨯-⨯=--=HL P P n F1－1122424323=-⨯-⨯=--=HL P P n F1－13：求出题1-13图导杆机构的全部瞬心和构件1、3的角速度比。

1334313141P P P P ⨯=⨯ωω11314133431==P P ω1－14：求出题1-14图正切机构的全部瞬心。

设s rad /101=ω，求构件3的速度3v 。

s mm P P v v P /20002001013141133=⨯===ω1－15：题1-15图所示为摩擦行星传动机构，设行星轮2与构件1、4保持纯滚动接触，试用瞬心法求轮1与轮2的角速度比21/ωω。

构件1、2的瞬心为P 12P 24、P 14分别为构件2与构件1相对于机架的绝对瞬心1224212141P P P P ⨯=⨯ωω121214122421r P P ==ω 1－16：题1-16图所示曲柄滑块机构，已知：s mm l AB /100=，s mm l BC /250=，s rad /101=ω，求机构全部瞬心、滑块速度3v 和连杆角速度2ω。

在三角形ABC 中，BCA AB BC∠=sin 45sin 0，52sin =∠BCA ，523cos =∠BCA ， 045sin sin BCABC AC=∠，mm AC 7.310≈s mm BCA AC P P v v P /565.916tan 1013141133≈∠⨯===ω1224212141P P P P ωω=s rad AC P P P P /9.21002101001122412142≈-⨯==ωω1－17：题1-17图所示平底摆动从动件凸轮1为半径20=r 的圆盘，圆盘中心C 与凸轮回转中心的距离mm l AC 15=，mm l AB 90=，s rad /101=ω，求00=θ和0180=θ时，从动件角速度2ω的数值和方向。

机械设计课程习题集（填空、简答、计算题部分）（第一章~第五章）第一章 机械设计概论填空题1-1 大多数机器都由( )、( )、( )三部分组成。

1-2 机械设计课程研究的对象是( )，研究的目的是( )。

1-3 进行机器设计时，除了要满足使用和经济方面的要求外，还要满足( )和( )方面的要求。

问答题1-4 写出下列标准代号的中文名称：GB JB ISO 1-5 解释下列名词： 零件构件 通用零件 专用零件1-6 简述机器和机械零件的设计过程。

1-7 简述机械零件标准化、系列化和通用化的意义。

1-8 机械零件有哪些主要的失效形式？ 1-9 设计机械零件时应满足哪些基本要求？第二章 机械零件的工作能力和计算准则选择题2-1 限制齿轮传动中齿轮的接触宽度是为了提高齿轮的( )。

A 硬度 B 强度 C 刚度 D 工艺性 2-2 因为钢材的种类和热处A -1B 0C 0.5D 1 2-4 改变轴的支承位置时，轴的刚度( )。

A 增大B 减小C 不变D 可能增大也可能减小 2-5 增大零件的刚度，其抗冲击的能力( )。

A 增大 B 减小 C 不变 D 不一定2-6 圆柱与圆柱间的接触应力σH 与所受载荷F 的关系是( )。

AF H ∝σ B 2/1F H ∝σ C 3/1F H ∝σ D 理对弹性模量影响甚小，欲采用合金钢和热处理来提高零件的( )并无实效。

A 硬度B 强度C 刚度D 工艺性 2-3 静应力的循环特性r=( )。

4/1F H ∝σ填空题2-7 稳定循环变应力的三种基本形式是( )、( )和( )。

2-8 有一传动轴的应力谱如图所示。

则其应力幅a τ=( )、平均应力τ τm τ=( )、循环特性r =( )。

2-9 低副连接的零件的连接表面产生的应力称为( )，高副连接的零件的连接表面产生的应力称为( )。

2-10 零件发生的( )现象称为振动。

2-11 零件或系统在规定的时间内和规定的条件下能正常工作的概率称为( )。

第一章绪论（1）1-2 现代机械系统由哪些子系统组成, 各子系统具有什么功能？（2）答: 组成子系统及其功能如下:（3）驱动系统其功能是向机械提供运动和动力。

（4）传动系统其功能是将驱动系统的动力变换并传递给执行机构系统。

第二章执行系统其功能是利用机械能来改变左右对象的性质、状态、形状或位置, 或对作业对象进行检测、度量等, 按预定规律运动, 进行生产或达到其他预定要求。

第三章控制和信息处理系统其功能是控制驱动系统、传动系统、执行系统各部分协调有序地工作, 并准确可靠地完成整个机械系统功能。

第四章机械设计基础知识2-2 什么是机械零件的失效？它主要表现在哪些方面？答：（1）断裂失效主要表现在零件在受拉、压、弯、剪、扭等外载荷作用时, 由于某一危险截面的应力超过零件的强度极限发生的断裂, 如螺栓的断裂、齿轮轮齿根部的折断等。

（2）变形失效主要表现在作用在零件上的应力超过了材料的屈服极限, 零件产生塑性变形。

（3）表面损伤失效主要表现在零件表面的腐蚀、磨损和接触疲劳。

2-4 解释名词: 静载荷、变载荷、名义载荷、计算载荷、静应力、变应力、接触应力。

答: 静载荷大小、位置、方向都不变或变化缓慢的载荷。

变载荷大小、位置、方向随时间变化的载荷。

名义载荷在理想的平稳工作条件下作用在零件上的载荷。

计算载荷计算载荷就是载荷系数K和名义载荷的乘积。

静应力不随时间变化或随时间变化很小的应力。

变应力随时间变化的应力, 可以由变载荷产生, 也可由静载荷产生。

（1）2-6 机械设计中常用材料选择的基本原则是什么？（2）答：机械中材料的选择是一个比较复杂的决策问题, 其基本原则如下：①材料的使用性能应满足工作要求。

使用性能包含以下几个方面:②力学性能③物理性能④化学性能①材料的工艺性能应满足加工要求。

具体考虑以下几点:②铸造性③可锻性④焊接性⑤热处理性⑥切削加工性①力求零件生产的总成本最低。

主要考虑以下因素:②材料的相对价格③国家的资源状况④零件的总成本2-8 润滑油和润滑脂的主要质量指标有哪几项？答: 衡量润滑油的主要指标有: 粘度（动力粘度和运动粘度）、粘度指数、闪点和倾点等。

第一章机械设计基础概论[复习题]一、单项选择题1．机器中各制造单元称为（）A．零件 B．构件C．机构 D．部件2．机器中各运动单元称为（）A．零件 B．部件C．机构 D．构件3．在卷扬机传动示意图中，序号5、6所示部分属于（）A.动力部分B.传动部分C.控制部分D.工作部分4．如图为卷扬机传动示意图，图中序号3所示部分属于( )A.动力部分B.传动部分C.控制部分D.工作部分5．在如图所示的单缸四冲程内燃机中，序号1和10的组合是（）6．如图所示，内燃机连杆中的连杆体1是（）A.机构B.零件C.部件D.构件7．在如图所示的齿轮—凸轮轴系中，轴4称为( )A.零件B.机构C.构件D.部件[参考答案]一、单项选择题1A，2D,3D,4B,5B,6B,7A第二章平面机构运动简图及自由度[复习题]一、单项选择题1．在平面机构中，每增加一个高副将引入（）A．0个约束 B．1个约束 C．2个约束 D．3个约束2．在平面机构中，每增加一个低副将引入（）A．0个约束 B．1个约束 C．2个约束 D．3个约束3．平面运动副所提供的约束为（）A.1B.2C.1或2D.3 4．平面运动副的最大约束数为（）A．1 B．2 C．3 D．55．若两构件组成低副，则其接触形式为（）A．面接触 B．点或线接触 C．点或面接触 D．线或面接触6．若两构件组成高副，则其接触形式为（）A.线或面接触B.面接触C.点或面接触D.点或线接触7．若组成运动副的两构件间的相对运动是移动，则称这种运动副为( ) A.转动副 B.移动副 C.球面副 D.螺旋副8．由m个构件所组成的复合铰链所包含的转动副个数为( )A.1B.m-1C.mD.m+l9．机构具有确定相对运动的条件是( )A.机构的自由度数目等于主动件数目B.机构的自由度数目大于主动件数目C.机构的自由度数目小于主动件数目D.机构的自由度数目大于等于主动件数目10．图示为一机构模型，其对应的机构运动简图为（）A．图a B．图b C．图c D．图d二、填空题1、两构件直接接触并能产生相对运动的联接称为 _____________。

第一章绪论习题答案思考题1）机器是由哪些基本部分构成？各部分作用是什么？2）什么是专用零件？什么是通用零件？试举例说明。

3）机械设计的研究对象是什么？学习时应注意哪些问题？4）机械零件的主要失效形式及设计准则是什么？5）设计机器应满足哪些基本要求？1）答：机器是由原动机、传动装置和工作机三大部分组成。

原动机是机械设备完成其工作任务的动力来源。

传动装置是按执行机构作业的特定要求，把原动机的运动和动力传递给执行机构。

执行机构也是工作部分，直接完成机器的功能。

2）答：所谓通用零件实际是指各种机器都经常使用的零件。

如轴、轴承和齿轮等。

专用零件是某些机器使用的零件，例如：发动机中的曲轴、汽轮机中的叶片。

3）答：本课程是研究普通条件下，一般参数的通用零件的设计理论与设计方法。

学习时应注意以下问题：1）理论联系实际。

2）抓住课程体系。

3）要综合运用先修课程的知识解决机械设计问题。

4）要理解系数引入的意义。

5）要努力培养解决工程实际问题的能力。

4）答：机械零件的主要失效形式有强度失效（因强度不足而断裂）、刚度失效（过大的变形）、磨损失效（摩擦表面的过度磨损），还有打滑和过热，联接松动，管道泄漏，精度达不到要求等等。

设计准则是1)强度准则2) 刚度准则3) 耐磨性准则4) 振动稳定性准则5) 热平衡准则6) 可靠性准则5）设计任何机器都必须满足如下要求1）使用要求2）经济性要求3）安全性要求4）其他要求（1）环保要求（2）外观要求（3）体积重量要求等第二章带传动习题1. 选择题1) 带传动中，在预紧力相同的条件下，V带比平带能传递较大的功率，是因为V带__3__.(1)强度高 (2)尺寸小 (3)有楔形增压作用 (4)没有接头2) 带传动中，若小带轮为主动轮，则带的最大应力发生在带__1__处(1)进入主动轮 (2)进入从动轮 (3)退出主动轮(4)退出从动轮3) 带传动正常工作时不能保证准确的传动比是因为__4__.(1)带的材料不符合虎克定律 (2)带容易变形和磨损 (3)带在带轮上打滑 (4)带的弹性滑动4)带传动打滑总是__1__.(1)在小轮上先开始 (2)在大轮上先开始 (3)在两轮上同时开始5) V带传动设计中，限制小带轮的最小直径主要是为了_2___.(1)使结构紧凑 (2)限制弯曲应力(3)保证带和带轮接触面间有足够摩擦力 (4)限制小带轮上的包角6) 带传动的主要失效形式之一是带的__3__。

注：直径等尺寸精确到小数点后面3位，角度换算成度、分、秒的形式。

如12题，'''2(2132)arccos15.499152956.4255β⨯+===⨯学生若这样算，均算对！4-1解 分度圆直径齿顶高齿根高顶 隙中心距齿顶圆直径齿根圆直径基圆直径齿距齿厚、齿槽宽4-2解由可得模数分度圆直径4-4解分度圆半径分度圆上渐开线齿廓的曲率半径分度圆上渐开线齿廓的压力角基圆半径基圆上渐开线齿廓的曲率半径为0；压力角为。

齿顶圆半径齿顶圆上渐开线齿廓的曲率半径齿顶圆上渐开线齿廓的压力角4-5解正常齿制渐开线标准直齿圆柱齿轮的齿根圆直径：基圆直径假定则解得故当齿数时，正常齿制渐开线标准直齿圆柱齿轮的基圆大于齿根圆；齿数，基圆小于齿根圆。

4-11解因螺旋角端面模数端面压力角当量齿数分度圆直径齿顶圆直径齿根圆直径4-12解（1）若采用标准直齿圆柱齿轮，则标准中心距应说明采用标准直齿圆柱齿轮传动时，实际中心距大于标准中心距，齿轮传动有齿侧间隙，传动不连续、传动精度低，产生振动和噪声。

（2）采用标准斜齿圆柱齿轮传动时，因螺旋角分度圆直径节圆与分度圆重合，注：直径等尺寸精确到小数点后面3位，角度换算成度、分、秒的形式。

如12题，'''2(2132)arccos15.499152956.4255β⨯+===⨯学生若这样算，均算对！。

《机械设计基础》作业答案第一章平面机构的自由度和速度分析1 —11 - 21 —31 —41 —5自由度为：F 3n (2P L P H P') F'3 7 (2 9 1 0) 121 19 11或：F 3n 2P L P H3 6 2 8 111-6自由度为F 3n (2P L P H P') F'3 9 (2 12 1 0) 11或：F 3n 2P L F H3 8 2 11 124 22 111 —10自由度为：F 3n (2P L P H P') F'3 10 (2 14 1 2 2) 130 28 11或：F 3n 2P L P H3 9 2 12 1 227 24 211 —11F 3n 2P L P H3 4 2 4 221 —13:求出题1-13图导杆机构的全部瞬心和构件1 R4R3 3 卩34只31、3的角速度比。

1 - 14：求出题1-14图正切机构的全部瞬心。

设1 10rad/s，求构件3的速度v3。

100v3v P13 1P14P310 200 2000mm/s1- 15:题1-15图所示为摩擦行星传动机构，设行星轮2与构件1、4保持纯滚动接触，试1 R4p2 2 B4R2IP 24R 2I 2r 2IR 4P 12I r 11 10rad /s ，求机构全部瞬心、滑块速度 g 和连杆角速度1 P 4P 3I 10 AC tan BCA 916.565mm/sR 4R2 1 _100_10_ 2.9rad P 24R22 AC 1001 — 17:题1-17图所示平底摆动从动件凸轮 1为半径r 20的圆盘,圆盘中心 C 与凸轮回 转中心的距离l AC 15mm , l AB 90mm ,1 10rad /s ，求 00和 1800时，从动件角速度 2的数值和方向。

1 — 16 :题1-16图所示曲柄滑块机构，已知:1AB 100mm /s , I BC 250mm/s,在三角形ABC 中, BC sin 45°AB ------------- ,sin sin BCA BCA —, 5 cos BCA AC sin ABCBC sin 45° ，AC 310.7mm V 3 V p131 R4p 22 P24 P 2〔|P12 R3I|p2 P23I15 1090 152rad / s 方向如图中所示1 R2p3 2p2P23当1800时P2R3IP12P23IV——1.43rad / s90 15方向如图中所示第二章平面连杆机构2-1试根据题2-1图所注明的尺寸判断下列铰链四杆机构是曲柄摇杆机构、双摇杆机构。

凸轮机构复习题一一、选择题1、凸轮机构中，主动件通常作。

A、等速转动或移动B、变速转动C、变速移动2、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3、内燃机的配气机构采用了（）机构。

A、凸轮B、铰链四杆C、齿轮4、凸轮机构中，从动件构造最简单的是（）从动件。

A、平底B、滚子C、尖顶5、从动件的运动规律决定了凸轮的（）。

A、轮廓曲线B、转速C、形状6、凸轮机构中，（）从动件常用于高速传动。

A、滚子B、平底C、尖顶7、凸轮机构主要与（）和从动件等组成。

A、曲柄B、摇杆C、凸轮8、有关凸轮机构的论述正确的是（）。

A、不能用于高速启动B、从动件只能做直线运动C、凸轮机构是高副机构二、判断题1、（）在凸轮机构中，凸轮为主动件。

2、（）凸轮机构广泛应用于机械自动控制。

3、（）移动凸轮相对机架作直线往复移动。

4、（）在一些机器中，要求机构实现某种特殊的复杂的运动规律，常采用凸轮机构。

5、（）根据实际需要，凸轮机构可以任意拟定从动件的运动规律。

6、（）凸轮机构中，主动件通常作等速转动或移动。

三、填空题1、凸轮机构主要有、和三个基本构件所组成。

2、在凸轮机构中，凸轮为，通常作等速或。

3、在凸轮机构中，通过改变凸轮，使从动件实现设计要求的运动。

4、在凸轮机构中，按凸轮形状分类，凸轮有、和三种。

5、凸轮机构工作时，凸轮轮廓与从动件之间必须始终接触，否则，凸轮机构就不能正常工作。

6、凸轮机构主要的失效形式是磨损和疲劳点蚀。

§8-3 凸轮机构工作过程及从动件运动规律1、从动件作等速运动规律的位移曲线形状是（）。

A、抛物线B、斜直线C、双曲线2、从动件作等加速等减速运动的凸轮机构（）。

A、存在刚性冲击B、存在柔性冲击C、没有冲击3、从动件作等速运动规律的凸轮机构，一般适用于（）、轻载的场合。

A、低速B、中速C、高速4、从动件作等加速等减速运动规律的位移曲线是（）。

A.、斜直线B、抛物线C、双曲线二、判断题1、（）凸轮机构中，从动件作等运动规律是指从动件上升时的速度和下降时速度必定相等。