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机械设计基础课后习题答案机械设计基础课后习题解答参考1-2题,7,5===h l P P n107253=-?-?=F机构有1个主动构件，所以机构有确定运动。
1-3题1,11,8===h l P P n1111283=-?-?=F机构有1个主动构件，所以机构有确定运动。
1-4题 0,11,8===h l P P n2011283=-?-?=F机构有2个主动构件，所以机构有确定运动。
1-5题1,8,6===h l P P n118263=-?-?=F机构有1个主动构件，所以机构有确定运动。
2-1题（a ）双曲柄机构；（b ）曲柄摇杆机构；（c ）双摇杆机构；（d ）双摇杆机构。
2-2题0≠e 时，曲柄条件：e l l BC AB -<； 0=e 时，曲柄条件：BC AB l l <。
=3636.1612.112.118011180K K θ3-2题m z m h z d a a )2()2(*2252==+=z d m a mm主要⼏何尺⼨计算（略）。
4-2题略4-3题分锥⾓"43'25684287.681743arctan arctan122?=?===z z δ "17'34215713.2190221?=?=-?=-∑=δδδ分度圆5117311=?==mz d mm ； 12943322=?==mz d mm齿顶圆580.565713.21cos 3251cos 2111=+=+=δm d d a mm 206.1314287.68cos 32129cos 2222=+=+=δm d d a mm 齿根圆304.445713.21cos 34.251cos 4.2111=-=-=δm d d fmm353.1264287.68cos 34.2129cos 4.2222=-=-=δm d d fmm锥距358.694317232222221=+?=+=z z m R mm 齿顶⾓"44'4237122.3358.693arctan arctan====R h a a θ齿根⾓ "7'2744519.4358.696.3arctan arctan ?=?===R h ff θ根锥⾓"10'7171194.1711?=?=-=f f θδδ"1'17252835.2511?=?=+=a a θδδ"27'8721409.7222?=?=+=a a θδδ当量齿数28.18cos 111==δz z v ； 96.116cos 222==δz z v4-4题8011==mz d mm ； 24022==mz d mm80)(2112=-=d d a mm 88)2(2111=+=+=z m h d d a a mm 232)2(2222=-=-=z m h d d a a mm 70)5.2(2111=-=-=z m h d d f f mm 250)5.2(2222=+=+=z m h d d f f mm本题为定轴轮系。
机械设计基础第二版题解《机械设计基础（第二版）》题解第一章：机械设计基础概述该章主要介绍了机械设计的概念、基本原则、设计流程和方法等内容。
其中提到的机械设计的基本原则包括功能可靠性、工程经济性、结构合理性和工艺可行性等，这些原则是进行机械设计时必须遵循的基本要求。
在机械设计的流程中，包括目标确定、问题分析、方案选择、详细设计和优化等环节。
此外，本章还介绍了几种常用的机械设计方法，如参数法、几何法和模块法等。
第二章：材料力学基础该章主要介绍了材料力学的基本原理和方法。
其中涉及到材料的弹性力学、塑性力学和疲劳寿命等内容。
在机械设计过程中，对材料力学的基本原理和计算方法有一定的了解，可以帮助选取合适的材料和进行合理的材料使用。
第三章：零件设计基础该章主要介绍了机械零件设计的基本知识和方法。
其中包括零件的功能要求、尺寸与公差、形位公差和配合与间隙等内容。
在零件设计中，需要充分考虑零件的功能和使用要求，并合理确定尺寸与公差以及形位公差，以确保零件的功能和可靠性。
第四章：连接零件设计该章主要介绍了机械连接件的设计原理和方法。
其中包括螺纹连接、销连接、键连接、轴环连接和法兰连接等常用的连接方式。
在连接件的设计过程中，需要根据具体的工作条件和要求，选择合适的连接方案，并对连接件进行合理的设计和计算。
第五章：机械传动基础该章主要介绍了机械传动的基本原理和方法。
其中包括齿轮传动、带传动和链传动等常见的传动方式。
在机械传动的设计中，需要根据传动的要求和工况，选择合适的传动方式，并进行传动比的计算和齿轮的设计。
第六章：机械强度基础该章主要介绍了机械强度的基本原理和计算方法。
其中包括受力分析、应力分析和安全系数的计算等内容。
在机械设计中，需要对受力情况进行准确的分析，并进行应力计算和安全系数的评估，以确保机械的强度和可靠性。
第七章：机械零件的选料与计算该章主要介绍了机械零件的选料和计算方法。
其中包括轴、轴承、弹簧和润滑剂等常见零件的选料和计算。
第11章 蜗杆传动11.1 蜗杆传动的特点及使用条件是什么？答：蜗杆传动的特点是：结构紧凑，传动比大。
一般在传递动力时，10~80i =；分度传动时只传递运动，i 可达1 000；传动平稳，无噪声；传动效率低；蜗轮一般用青铜制造，造价高；蜗杆传动可实现自锁。
使用条件：蜗杆传动用于空间交错(90)轴的传动。
用于传动比大，要求结构紧凑的传动，传递功率一般小于50kW 。
11.2 蜗杆传动的传动比如何计算？能否用分度圆直径之比表示传动比？为什么？答：蜗杆传动的传动比可用齿数的反比来计算，即1221i n n z z ==；不能用分度圆直径之比表示传动比，因为蜗杆的分度圆直径11d mq mz =≠。
11.3 与齿轮传动相比较，蜗杆传动的失效形式有何特点？为什么？答：蜗杆传动的失效形式与齿轮传动类似，有点蚀、弯曲折断、磨损及胶合。
但蜗杆传动中蜗轮轮齿的胶合、磨损要比齿轮传动严重得多。
这是因为蜗杆传动啮合齿面间的相对滑动速度大，发热严重，润滑油易变稀。
当散热不良时，闭式传动易发生胶合。
在开式传动及润滑油不清洁的闭式传动中，轮齿磨损较快。
11.4 何谓蜗杆传动的中间平面？中间平面上的参数在蜗杆传动中有何重要意义？ 答：蜗杆传动的中间平面是通过蜗杆轴线且垂直于蜗轮轴线的平面。
中间平面上的参数是标准值，蜗杆传动的几何尺寸计算是在中间平面计算的。
在设计、制造中，皆以中间平面上的参数和尺寸为基准。
11.5 试述蜗杆直径系数的意义，为何要引入蜗杆直径系数q ?答：蜗杆直径系数的意义是：蜗杆的分度圆直径与模数的比值，即1q d m =。
引入蜗杆直径系数是为了减少滚刀的数量并有利于标准化。
对每个模数的蜗杆分度圆直径作了限制，规定了1~4个标准值，则蜗杆直径系数也就对应地有1~4个标准值。
11.6 何谓蜗杆传动的相对滑动速度？它对蜗杆传动有何影响？答：蜗杆传动的相对滑动速度是由于轴交角90∑=，蜗杆与蜗轮啮合传动时，在轮齿节点处，蜗杆的圆周速度1v 和蜗轮的圆周速度2v 也成90夹角，所以蜗杆与蜗轮啮合传动时，齿廓间沿蜗杆齿面螺旋线方向有较大的相对滑动速度s v ，其大小为s 1cos v v λ==。
`习题复习10-1.在图10-15轮系中，已知Z1=15，Z2=25，Z3=15，Z4=30，Z5=15，Z6=30，求的大小和方向。
i16 解：的方向如右图所示：i1 6n1 Z 2 * Z 4 * Z 6 i16 = = n6 Z1 * Z 3 * Z 5==25 * 30 * 30 15 *15 *1520 3习题复习10-2.图10-16轮系中，各齿轮为标准齿轮、标准安装，已知齿轮1、2、3的齿数分别为Z1、Z2、Z3，求模数相同时的Z4及i14 。
解：由已知条件知：a12 = m ( z1 + z 2 ) m ( z 3 + z 4 ) = = a34 2 2∴z4 = z1 + z2 + z31z2 z4 z ( z + z + z3 ) i14 = ( − 1) =− 2 1 2 z1 z3 zz1 32 z1 z3 + z1 z2 + z2 =− z1 z3习题复习10-4.图10-18所示为NGW型行星齿轮减速器，Z1=20、Z2=31、Z3=82，n1=960r/min，求i1H 和n H 。
解：H n1 − nH Z 2 Z3 82 i13 = = (− )( ) = − n3 − nH Z1 Z 2 20将n1 = 960r / min, n3 = 0代入上式得960 − nH 82 =− −nH 20 960 * 20 则nH = = 188.24 r / min 82 + 20i1 H n1 960 = = = 5.1 n H 188.2411-1.按载荷分类，轴有哪几种类型？它们各承受什么载荷？答：根据所承受载荷的不同，轴可分为转轴、传动轴和心轴三类。
转轴既承受转矩又承受弯矩；传动轴主要承受转矩，不承受或承受很小的弯矩；心轴只承受弯矩而不承受转矩。
习题复习11-2.若轴的强度不足或刚度不足时，可分别采取哪些措施？答：轴的强度不足时通常采取以下两种方式提高强度：（1）减小轴的应力集中多数转轴在变应力作用下工作，易发生疲劳破坏，所以，轴肩处应有较大的过渡圆角；轴的直径变化应尽可能小；当靠轴肩定位零件的圆角半径过小时，可采用内凹圆角或加装隔离环；键槽端部与轴肩的距离不宜过小，以免损伤轴肩处的过渡圆角和增加重叠应力集中源的数量；尽可能避免在轴上受载较大的轴段切制螺纹。
机械设计基础习题参考答案机械设计基础课程组编武汉科技大学机械自动化学院第2章 平面机构的自由度和速度分析2-1画运动简图。
134522-2 图2-38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，分析其运动是否确定，并提出修改措施。
43512 运动产生干涉解答：原机构自由度F=3⨯3- 2 ⨯4-1 = 0，不合理 ， 改为以下几种结构均可：2-3 试计算图2-42所示凸轮—连杆组合机构的自由度。
b)a)A EMDFELKJIFBCCDBA解答：a) n=7; P l =9; P h =2，F=3⨯7-2 ⨯9-2 =1 L 处存在局部自由度，D 处存在虚约束b) n=5; P l =6; P h =2，F=3⨯5-2 ⨯6-2 =1 E 、B 处存在局部自由度，F 、C 处存在虚约束 2-4 试计算图2-43所示齿轮—连杆组合机构的自由度。
BDCA(a)CDBA(b) 解答：a) n=4; P l =5; P h =1，F=3⨯4-2 ⨯5-1=1 A 处存在复合铰链b) n=6; P l =7; P h =3，F=3⨯6-2 ⨯7-3=1 B 、C 、D 处存在复合铰链2-5 先计算如图所示平面机构的自由度。
并指出图中的复合铰链、局部自由度和虚约束。
ABCDE解答： a) n=7; P l =10; P h =0，F=3⨯7-2 ⨯10 = 1C 处存在复合铰链。
b) n=7; P l =10; P h =0，F=3⨯7-2 ⨯10 = 1BDECAc) n=3; P l =3; P h =2，F=3⨯3 -2 ⨯3-2 = 1 D 处存在局部自由度。
d) n=4; P l =5; P h =1，F=3⨯4 -2 ⨯5-1 = 1A BCDEFGG'HA BDCEFGHIJe) n=6; P l=8; P h=1，F=3⨯6 -2 ⨯8-1 = 1 B处存在局部自由度，G、G'处存在虚约束。
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。
机械设计基础1-5至1-12 指出（题1-5图~1-12图）机构运动简图中的复合铰链、局部自由度和虚约束，计算各机构的自由度，并判断是否具有确定的运动。
1-5 解 F =H L P P n --23=18263-⨯-⨯=11-6 解F =H L P P n --23=111283-⨯-⨯=11-7 解F =H L P P n --23=011283-⨯-⨯=21-8 解F =H L P P n --23=18263-⨯-⨯=11-9 解F =H L P P n --23=24243-⨯-⨯=21-10 解F =H L P P n --23=212293-⨯-⨯=11-11 解F =H L P P n --23=24243-⨯-⨯=21-12 解F =H L P P n --23=03233-⨯-⨯=32-1 试根据题2-1图所标注的尺寸判断下列铰链四杆机构是曲柄摇杆机构、双曲柄机构还是双摇杆机构。
题2-1图答 : a ）160907015011040=+<=+，且最短杆为机架，因此是双曲柄机构。
b ）1707010016512045=+<=+，且最短杆的邻边为机架，因此是曲柄摇杆机构。
c ）132627016010060=+>=+，不满足杆长条件，因此是双摇杆机构。
d ）1909010015010050=+<=+，且最短杆的对边为机架，因此是双摇杆机构。
2-3 画出题2-3图所示个机构的传动角和压力角。
图中标注箭头的构件为原动件。
题2-3图解：2-5 设计一脚踏轧棉机的曲柄摇杆机构，如题2-5图所示，要求踏板CD 在水平位置上下各摆10度，且500CD l mm =，1000AD l mm =。
（1）试用图解法求曲柄AB 和连杆BC 的长度；（2）用式（2-6）和式（2-6）’计算此机构的最小传动角。
题2-5图解 : （ 1 ）由题意踏板CD 在水平位置上下摆动10，就是曲柄摇杆机构中摇杆的极限位置，此时曲柄与连杆处于两次共线位置。
二、平面连杆机构2-1 判断题（1）×（2）×（3）√（4）×（5）√（6）×（7）√（8）√（9）√（10）×（11）×（12）√（13）×（14）×（15）√（16）×（17）×（18）√（19）×（20）√（21）×（22）×（23）×（24）×（25）√2-2 填空题（1）低（2）转动（3）3 （4）连杆，连架杆（5）曲柄，摇杆（6）最短（7）曲柄摇杆（8）摇杆，连杆（9）2 （10）＞（11）运动不确定（12）非工作时间（13）惯性（14）大（15）中的摆动导杆机构有，中的转动导杆机构无（16）机架（17）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 （7）A（8）C （9）A （10）A （11）A （12）C （13）C （14）A（15）A （16）A （17）A （18）A （19）A （20）A （21）A2-4 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架2-5 解：（1）由该机构各杆长度可得l AB+ l BC＜l CD+ l AD，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l BC或l AD杆成为机架即为曲柄摇杆机构，以l AB杆成为机架即为双曲柄机构，以l CD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<l AB ≤300 mm）且应满足杆长条件l AB+l BC≤l CD+l AD，由此可得0<l AB≤150mm （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（0<l AB≤300mm）时，l AB+l BC>l CD+l AD，由此可得150mm<l AB≤300mm②AB杆为中间杆（300mm≤l AB≤500mm）时，l AD+l BC>l CD+l AB，由此可得300mm≤l AB<450mm③AB杆为最长杆（500mm≤l AB<1150mm）时，l AB+l AD>l CD+l BC，由此可得550mm<l AB<1150mm由此可知：150mm<l AB<450 mm，550mm<l AB<1150 mm（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①AB 杆为中间杆（300mm ≤l AB ≤500mm ）时，l AD +l BC ≤l CD + l AB ，由此可得450mm ≤l AB ≤500mm②AB 杆为最长杆（500mm ≤l AB <1150mm ）时，l AB +l AD ≤l CD +l BC ，由此可得500mm ≤l AB ≤550mm由此可知：450mm ≤l AB ≤550mm2-7 解：a ）b ）c ）d ）e ）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：︒=+-⨯︒=+-⨯︒=3615.115.118011180K K θ （2）取比例尺μ=0.001m/mm（3）根据比例尺和已知条件定出A 、D 、C 三点，如图所示（4）连接AC ，以AC 为边作θ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 1和C 2点，连接DC 1和DC 2得摇杆的另一极限位置（两个）（5）从图中量得AC =71mm ，AC 1=26mm ，AC 2=170mm（6）当摇杆的另一极限位置位于DC 1时：5mm .2221=⨯=AC AC l AB －μ，5mm .4821=+⨯=AC AC l BC μ （7）当摇杆的另一极限位置位于DC 1时： 5mm .4922=⨯=AC AC l AB －μ，5mm .12022=+⨯=AC AC l BC μ 答：曲柄和连杆的长度分别为22.5mm 、48.5mm 和49.5mm 、120.5mm 。
机械设计课程设计 王大康一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握机械设计的基本原理，理解机械结构的功能和组成。
2. 使学生了解并能够运用机械设计的相关知识，如力学、材料力学、机械制图等，完成简单的机械设计。
3. 培养学生对机械设计过程中涉及的参数计算、方案比较和优化方法的应用能力。
技能目标：1. 培养学生运用CAD软件进行机械零件设计和绘制机械图纸的能力。
2. 培养学生运用相关工具和设备进行机械加工和组装的能力。
3. 提高学生解决实际工程问题的能力，包括分析问题、提出方案和实施改进。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对机械设计学科的兴趣，激发学生的创新意识和探索精神。
2. 培养学生的团队合作意识和沟通能力，使学生能够在团队中发挥积极作用。
3. 引导学生关注机械设计在国民经济发展中的重要作用，培养学生的社会责任感和使命感。
本课程针对高中年级学生，结合学科特点，注重理论与实践相结合。
在教学过程中，充分考虑学生的认知水平、兴趣和特长，以项目为导向，激发学生的学习兴趣和积极性。
课程目标分解为具体的学习成果，以便在教学设计和评估中，确保学生能够达到预定的知识、技能和情感态度价值观目标。
二、教学内容1. 机械设计基本原理：包括机械结构功能、机械设计要求、设计方法和步骤。
- 教材章节：第一章 机械设计概述- 内容：机械结构功能分析、设计要求及设计流程。
2. 机械设计基础知识：涵盖力学、材料力学、机械制图等基本理论知识。
- 教材章节：第二章 机械设计基础知识- 内容：力学原理、材料力学性能、机械制图标准及规范。
3. 机械零件设计：包括轴、齿轮、轴承、联轴器等常见零件的设计方法和计算。
- 教材章节：第三章 机械零件设计- 内容：轴的设计、齿轮的设计、轴承和联轴器的选用与计算。
4. 机械设计实例分析：分析典型机械设计案例，理解设计过程中的参数计算、方案比较和优化方法。
- 教材章节：第四章 机械设计实例分析- 内容：案例分析、参数计算、方案比较及优化。
1-1至1-4解机构运动简图如下图所示。
图 1.11 题1-1解图图1.12 题1-2解图图1.13 题1-3解图图1.14 题1-4解图1-5 解1-6 解1-7 解1-8 解1-9 解1-10 解1-11 解1-12 解1-13解该导杆机构的全部瞬心如图所示，构件 1、3的角速比为：1-14解该正切机构的全部瞬心如图所示，构件 3的速度为：，方向垂直向上。
1-15解要求轮 1与轮2的角速度之比，首先确定轮1、轮2和机架4三个构件的三个瞬心，即，和，如图所示。
则：，轮2与轮1的转向相反。
1-16解（ 1）图a中的构件组合的自由度为：自由度为零，为一刚性桁架，所以构件之间不能产生相对运动。
（ 2）图b中的 CD 杆是虚约束，去掉与否不影响机构的运动。
故图 b中机构的自由度为：所以构件之间能产生相对运动。
题 2-1答 : a ），且最短杆为机架，因此是双曲柄机构。
b ），且最短杆的邻边为机架，因此是曲柄摇杆机构。
c ），不满足杆长条件，因此是双摇杆机构。
d ），且最短杆的对边为机架，因此是双摇杆机构。
题 2-2解 : 要想成为转动导杆机构，则要求与均为周转副。
（ 1 ）当为周转副时，要求能通过两次与机架共线的位置。
见图 2-15 中位置和。
在中，直角边小于斜边，故有：（极限情况取等号）；在中，直角边小于斜边，故有：（极限情况取等号）。
综合这二者，要求即可。
（ 2 ）当为周转副时，要求能通过两次与机架共线的位置。
见图 2-15 中位置和。
在位置时，从线段来看，要能绕过点要求：（极限情况取等号）；在位置时，因为导杆是无限长的，故没有过多条件限制。
（ 3 ）综合（ 1 ）、（ 2 ）两点可知，图示偏置导杆机构成为转动导杆机构的条件是：题 2-3 见图 2.16 。
图 2.16题 2-4解 : （ 1 ）由公式，并带入已知数据列方程有：因此空回行程所需时间；（ 2 ）因为曲柄空回行程用时，转过的角度为，因此其转速为：转 / 分钟题 2-5解 : （ 1 ）由题意踏板在水平位置上下摆动，就是曲柄摇杆机构中摇杆的极限位置，此时曲柄与连杆处于两次共线位置。
