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机械设计基础第二版(陈晓南_杨培林)题解课后答案完整版从自由度，凸轮，齿轮，v 带，到轴，轴承第三章部分题解3-5 图 3-37 所示为一冲床传动机构的设计方案。
设计者的意图是通过齿轮 1 带动凸轮 2 旋转后，经过摆杆 3 带动导杆 4 来实现冲头上下冲压的动作。
试分析此方案有无结构组成原理上的错误。
若有，应如何修改？解 画出该方案的机动示意图如习题 3-5 解图(a)，其自由度为：F = 3n - 2P 5 - P 4 = 3′3- 2′4-1= 0 其中：滚子为局部自由度计算可知：自由度为零，故该方案无法实现所要求的运动，即结图 3-37 习题 3-5 图构组成原理上有错误。
解决方法：①增加一个构件和一个低副，如习题 3-5 解图(b)所示。
其自由度为：F = 3n - 2P 5 - P 4 = 3′4- 2′5-1=1②将一个低副改为高副，如习题 3-5 解图(c)所示。
其自由度为：F = 3n - 2P 5 - P 4 = 3′3- 2′3- 2 =1习题 3-5 解图(a) 习题 3-5 解图(b) 习题 3-5 解图(c)3-6 画出图 3-38 所示机构的运动简图（运动尺寸由图上量取），并计算其自由度。
(a)机构模型 (d) 机构模型图 3-38 习题 3-6 图 解(a) 习题 3-6(a)图所示机构的运动简图可画成习题 3-6(a)解图(a)或习题 3-6(a)解图(b)的两种形式。
计算该机构自由度为：F = 3n - 2P 5 - P 4 = 3′3- 2′4-0 =1习题3-6(a)解图(a)习题3-6(a)解图(b)解(d)习题3-6(d)图所示机构的运动简图可画成习题3-6(d)解图(a)、习题3-6(d)解图(b)、习题3-6(d)解图(c) 等多种形式。
- 1 -计算该机构自由度为：F = 3n- 2P5 - P4 = 3′3- 2′4-0 =1习题3-6(d)解图(a) 习题3-6(d)解图(b) 习题3-6(d)解图(c)3-7 计算图3-39 所示机构的自由度，并说明各机构应有的原动件数目。
第3章主轴组件设计3.1 主轴组件的基本要求是什么？它们对加工精度有何影响？答：1) 旋转精度: 瞬时旋转中心线相对于理想旋转中心线在空间位置上的偏差，，其范围就为主轴的旋转精度，主轴组件的旋转精度是指专机在空载低速转动时，在主轴前端定位面上的测得的径向圆跳动、端面圆跳动和轴向窜动值的大小。
2) 静刚度: 是指在外加载荷作用下抵抗变形的能力。
3) 抗振性: 是指机器工作时主轴组件抵抗振动、保持主轴平稳运转的能力。
4) 热变形: 是指机器工作时，因各相对运动处的摩擦和搅油等耗损而发热造成的温差，使主轴组件在形状和位置上产生的畸变。
5) 耐磨性: 是指长期地保持其原始制造精度的能力，即精度的保持性。
由于各类机械装备的工艺特点的不同，主轴组件所传递的转速、承受的工作载荷等工作条件各异，故对主轴组件的要求也各有侧重，决不能强求一律。
3.2 主轴的轴向定位有几种？各有什么特点，适用何种场合？答：主轴的轴向定位，主要由推力轴承来实现。
推力轴承的配置型式有三种：1) 前端定位推力轴承安排在前支承处。
主轴发热后向后伸长，轴前端的轴向精度较高，但前支承结构复杂（表序号1、2和5）。
2) 后端定位推力轴承安排在后支承处。
主轴受热后向前伸长，影响轴前端的轴向位置精度和刚度，但这种结构便于轴承间隙调整（表序号3）.3) 两端定位推力轴承分别安排在前后支承处。
支承结构简单，发热量小，但主轴受热，产生变形，会改变轴承间隙，影响主轴的旋转精度（表序号4、7和8）。
3.3 选择主轴材料的依据是什么？答：主轴材料的选择应根据耐磨性和热处理后变形的大小等来考虑。
因此，无需从强度、刚度角度来考虑主轴材料的选择。
3.4 为什么数控车床的前轴承常采用三联轴承组合，如何布置？为什么？答：如图所示。
数控车床主轴的前支承常采用三联轴承组合安装，即前两轴承为同向组合，接触线朝前（大口朝外），后轴承与之背靠背（反装），则支承点应在前面第一个轴承的接触线与轴线交点处，这样可以增加主轴的前支承支承宽度，缩短主轴前端悬伸量a。
《机械设计基础》第三章平面连杆机构练习题班级：姓名：学号：成绩：一、填空题（20分，每空1分）1.铰链四杆机构的压力角α=40°，则传动角γ= 50°，传动角越大，传动效率越高。
2.曲柄摇杆机构中，当从动曲柄和连杆共线时出现死点位置。
3.曲柄摇杆机构中，只有取摇杆为主动件时，才有可能出现死点位置。
处于死点位置时，机构的传动角γ=0°。
4.对心曲柄滑块机构的极位夹角θ=0°，其行程速比系数K= 1 。
5.如图所示铰链四杆机构，a=70mm，b=150mm, c=110mm ,d=90mm。
若以a杆为机架可获得双摇杆机构，若以b杆为机架可获得双摇杆机构。
6.如图所示铰链四杆机构中，若机构以AB杆为机架时，为双曲柄机构；以CD杆为机架时，为双摇杆机构；以AD杆为机架时，为曲柄摇杆机构。
7.如图铰链四杆机构中，d的长度在28 ＜d ＜44 范围内为曲柄摇杆机构；在 d ＜12 范围内为双曲柄机构。
题5图题6图题7图8.在曲柄摇杆机构中曲柄与机架两次共线位置时可能出现最小传动角。
9.连杆机构的急回特性用行程速比系数K 表达。
10.曲柄摇杆机构中，若曲柄等速转动，极位夹角θ=36°，摇杆工作时间为9秒，试问摇杆空回行程所需时间为 6 秒。
11.平面四杆机构的行程速比系数K值的取值范围为1≤K≤3 。
二、单选题（30分，每小题2分，在雨课堂平台完成）三、判断题（20分，每小题2分，在雨课堂平台完成）四、设计题（30分，每小题10分）1.在如下图所示的平面四杆机构中，圆括号内的数字为杆长，试确定机架长度d 的取值范围，以便使该机构分别成为：（1）双曲柄机构；（2）曲柄摇杆机构；（3）双摇杆机构。
解：（1）机构成为双曲柄机构时，首先应满足杆长条件，且应使机架AD为最短杆，则有d＜40d+60≤40+45解得： d≤25，因此，机架长度d≤25时，该机构为双曲柄机构。
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__。
K (σ + σ )ca第三章机械零件的疲劳强度设计3－39 试推导出 σmin ＝常数或 σm ＝常数时安全系数的计算公式，并比较 r ＝常数和上述两种情况下安全系数计算公式的区别（可代入一些具体数字进行比较）3－65 一钢制零件，工作应力为：σmax =250MP a ，σmin =－50MP a 。
零件的疲劳强度综合 影 响 系 数 K σ=1.35 ， 材 料 的 力 学 性 能 为 σb =630MP a ， σs =455MP a ， σ-1=285MP a ， σ0=510MP a 。
若 许 用 安 全 系 数 对 变 应 力 取 [S σ]=1.3、对静应力取[S σ]＇=1.5，并按无限寿命 考虑，试分别用解析法和图解法校核该零件的安全系数。
（σa =150MP a ，σm =100MP a ，ψσ=0.1176） 第一种情况：r=CS =caσ-1K σ + ϕ σσ a σm= 1.33 >[S σ]安全第二种情况：σm =CS = σ -1 + ( K σ - ϕσ )σm = 1.21 <[S ]σ σam不安全第三种情况：σmin =CS = ca 2σ + ( K - ϕ )σ-1 σ σ min ( K + ϕ )(2σ + σ σ σ a min)= 1.39安全第四章摩擦、磨损及润滑概述二、分析与思考题1 按照摩擦机理分，磨损有哪几种基本类型？它们各有什么主要特点？2 机械零件的磨损过程分为哪三个阶段？在设计使用时，在设计或使用机器时如何要 求以延长零件的寿命？3 获得流体动力润滑的必要条件是什么？4 润滑剂的作用是什么？常用润滑剂有哪几种？l 2第五章 螺纹联接和螺旋传动三、计算题1、 如图示高压容器螺纹联接 的 a ）、b ）、c ）三种方案，问哪 种比较合理？并说明其它方案为什么不合理。
解答：图（b ）比较合理。
图(a)螺纹联接布置太少，两螺纹间矩太大，对于高压熔器很难保证密封性要求；图(c)螺纹联接太多，两螺纹间矩太小，不够扳手的活动空间，没法拧紧和放松。
3-1试分别标出四种凸轮机构在图示位置的压力角α。
a)b)c)d)a)b)c)d)3-2图示尖底直动从动件盘形凸轮机构，C 点为从动件推程的起始点。
完成下列各题：(1)在图上标出凸轮的合理转向；(2)试在图上作出凸轮的基圆与偏心圆，并标注其半径r b 与e ；(3)在图上作出轮廓上D 点与从动杆尖顶接触时的位移s 和压力角α；(4)在原图上画出凸轮机构的推程运动角Φ。
题3-2图3-3由图所示直动盘形凸轮的轮廓曲线，在图上画出此凸轮的基圆半径r b、各运动角即推程运动角Φ、远休止角ΦS、回程运动角Φ′和近休止角Φ′S及从动件升程h。
题3-3图3-4图示的对心滚子从动件盘形凸轮机构中，凸轮的实际轮廓为一圆，圆心在A 点，半径R＝40mm，凸轮转动方向如图所示，l OA＝25mm，滚子半径r r＝10mm，试问：(1)凸轮的理论曲线为何种曲线？(2)凸轮的基圆半径r b＝？(3)在图上标出图示位置从动件的位移S，并计算从动件的升距h？(4)用反转法作出当凸轮沿ω方向从图示位置转过90°时凸轮机构的压力角。
题3-4图解：(1)理论轮廓曲线为：以A点为圆心，半径为R＋r r的圆。
(2)此时所求的基圆半径为理论轮廓曲线的r b．r b＝R－OA+r r＝40-25+10＝25mm(3)从动件的位移S如图所示。
升程h＝R+OA+r r-r b＝40+25+10-25＝50mm(4)从动件导路沿-ω方向转过90°到B，压力角α'如图中所示。
3-5如图所示偏置移动滚子从动件盘形凸轮机构。
已知凸轮实际轮廓线为一圆心在O 点的偏心圆，其半径为R ，从动件的偏距为e ，试用图解法：(1)确定凸轮的合理转向；(2)画出凸轮的基圆；(3)标出当从动件从图示位置上升到位移s 时,对应凸轮机构的压力角α；（要求量出具体的数值）题3-5图3-8试以作图法设计一偏置直动滚子推杆盘形凸轮机构。
已知凸轮以等角速度逆时针回转，正偏距e =10mm ，基圆半径r 0=30mm ，滚子半径r r =10mm 。
答：先按单向应力分别计算出
：SS
第三章机械零件的强度
3—26在双向稳定变应力下工作的零件，怎样进行疲劳强度的计算
三、分析与思考题
3—23图示各零件均受静载荷作用，试判断零件上 定应力比r 的大小或范
A 点的应力是静应力还是变应力，并确
静应力
题3— 23图
r= +1
[F r
A
对称 循环应
力
Fa
―n
r|F
I d 1
A
S-
非对称 循环应力
-1<r<1
r= -1
3—24零件的等寿命疲劳曲线与材料试件的等寿命疲劳曲线有何区别在相同的应力变化规 律下，零件和
材料试件的失效形式是否总是相同的为什么（用疲劳极限应力图说明）
答：考虑零件的几何形状变化、 工尺寸、加工质量及强化因素的影响， 使得零件的疲劳极限要小于材料试件 的疲劳极限。
在相同的应力变化规律下， 零件和 材料试件的失效形式相比不一定相同， 如图示：M 1点相同，而M 2点材料静强 度失效，零件是疲劳失效，不同区域为 图中阴影面积。
3—25试说明承受循环变应力的机械零件， 按疲劳
强度条件计算
答：N<103
时，或在疲劳极限应力图处 疲劳强度计算。
(a 在什么情况下可按静强度条件计算什么情况下可
OGC 区域时，可按照静强度计算，否则，应按照
a m
材料
零件
M i
O
S S
再由：Sc^ -^== [S]
J s2S2
四、设计计算题
3—27某材料的对称循环弯曲疲劳极限应力
7
B=750Mpa，循环基数N O=5X 10
6,
X 107次时的极限应力。
检验。
解：1N1
5 106
5 104
1
(5
106
(5 106
1
1
1N2
1N3 1
350M Pa
(T
m=9,
-1=350Mpa ,疲劳极限7 S=550Mpa ,强度极限试求对
称循环次数
583.835MPa
452.04MPa
1N i
(T
N分别为5X 104、5X 105、5
1N
1
s 550 MPa N3>N O,塑性材料，已进入无限寿命区，所以取
因为: 1 N
3 1
题3—28图3—28某零件如图所示，材料的强度极限7 B=650Mpa,表面精车，不进行强化处理。
试确D/d 48/40 1.2 r/d 3/40 0.075
2.09 空Z 0.035
0.1 0.04
1.82 1.6724
附图3-
2
附图3-4
所以：k
1.66 1.33
1.66 ---------- 0.035 1.4675
0.1 0.44
0.73 附图3-3
0.84
1.3927
0.85
零件不强化处理q
1.6724
(0.73
1.3927
(0.85
1
0.84
1
0.84
1
)
1)
3—29某轴只受稳定交变应力的作用，工作应力性能(
T
2.4814
1.82889
max=240MPa, 7 min =-40MPa。
材料的机械
7 -1=450MPa,7 s=800MPa, 7 o=7OOMpa ,轴上危险截面处的k
⑴绘制材料的简化极限应力图；
<
7
£ 7=,3 7=1,3 q=1。
⑵用作图法求极限应力 b r及安全系数（按r=C加载和无限寿命考虑）
⑶ 取[S]=，试用计算法验证作图法求S值，并校验此轴是否安全。
3—30 一零件由45钢制成，材料的力学性能为：零件上两点
的最大工作应力和最小工作应力分别为：
M2点：
b max=170 Mpa、b min=30 Mpa，应力变化规
律为r=常数，弯曲疲劳极限的综合影响系数
K=,
360
——1.894
190
3—31转轴的局部结构如题3-28图所示。
已知轴的I 曲应力为对
称循环，扭转切应力为脉动循环。
轴的材料为
b-1=355MPa,T -1=2OOMPa,^ " = ,W < =,设K。
=,
解: 500M Pa — 25O
2
2k
125
厂150
M1：190 110
m 2
图解：S59.6 1.892
1 31 .5
40.6
S 2 1.877
2.45
150
解析法:
2 1 0
190 110
40
M i：
M2：170
~2
30 100
300
2 40 0.2 150
2.72
M2'
D(25O,125)
M i '
；M1(15O,4O)
(m
M2: —型一1.875
2 70 0.2 100
b S=360MPa , b -1=300MPa ,2 b =。
已知
M1 点：b max=190 Mpa、b min=110 Mpa ；
（rmax=170 Mpa、b
试分别用图解法和计算法确定该零件的计算安全系数。
max
-I截面承受的弯矩M=，扭矩T=弯
40Cr钢调质，
K.=，试计算考虑弯曲和扭转共同作用
时的计算安全系数 S Ca。
解：M: M W b 300000 0.1 403
46.875M Pa min r a
46.875
T : 800000
W T 0.2 62.5M Pa max min 0 62.5
m -T 31.25M Pa
355
2.2 46.875 0.2 0
3.4424 200 1.8 31.25 3.3684 S ea
0.1 31.25 s s
TFT
2.4076
屈服安全系数：查书 P 355 40C r : 7 s =540MPa 按第三强度理论: S ea s
f 2 4 2
V max r max 4.04892 3—32实心转轴的危险截面上受有载荷为：弯矩 为碳钢，已知力学性能为： 7 s =300M Pa , 面直径d=25mm ,有效应力集中系数 3 T =，强化系数B q =1，材料常数e 虑，忽略横向剪应力的作用。
M=;转矩为周期变化, 7 -1=170MPa , k 7 = , k T =，尺寸系数£
7=,e T =。
试确定安全系数 T=0—。
轴的材料 T -1=100MPa o 若截 T s =180MPa , T =，表面质量系数3 计算时可按无限寿命考 (7 (7 S o 解：M : 100000
max W b 3 25 /32 65.19MPa min T : max W T 50000 253 /16
16.297MPa min max /2 8.148MPa （上-1
1）
丄
q
1.996
（― 1）
丄 q
2.242 170
1.163
100
1.996 8.148 0.21 8.148
屈服安全系数：查 P 355碳钢：7 s =355MPa 第三强度理论:
Sea
〜学丁
V max 4 max
4.87
5.563
2.242 65.19
S
ea
s s
严 1.
1383。
