精密机械设计基础习题答案(裘祖荣)

C22-1 表征金属材料的力学性能时，主要有哪几项指标？解：表征金属材料的力学性能时，主要指标有：强度（弹性极限、屈服极限、强度极限），刚度、塑性、硬度。

2-2 常用的硬度指标有哪些？解：常用的硬度指标有三种：布氏硬度（HBS）、洛氏硬度（HRC－洛氏C标度硬度）、维氏硬度（HV）。

2-3 低碳钢，中碳钢，高碳钢的含碳量范围是多少？解：低碳钢（C≤%）；中碳钢（%＜C≤%）；高碳钢（C＞%）2-4 什么是合金钢？钢中含合金元素 Mn,Cr,Ni,对钢的性能有何影响？解：冶炼时人为地在钢中加入一些合金元素所形成的钢就是合金钢。

其中加入Mn可以提高钢的强度和淬透性；加入Cr可以提高钢的硬度、耐磨性、冲击韧性和淬透性；加入Ni可以提高钢的强度、耐热性和耐腐蚀性。

2-5 非铁金属共分几大类？具有哪些主要特性？解：有色金属主要分为以下几类：1）铜合金：良好的导电性、导热性、耐蚀性、延展性。

2）铝合金：比强度高，塑性好，导热、导电性良好，切削性能良好。

3）钛合金：密度小，机械强度高、高低温性能好，抗腐蚀性良好。

2-6 常用的热处理工艺有哪些类型？解：常用的热处理工艺有：退火、正火、淬火、回火、表面热处理和化学热处理。

2-7 钢的调质处理工艺过程是什么？其主要目的是什么？解：钢的调质处理工艺指的是淬火加高温回火。

目的是为了获得良好的综合机械性能，即好的强度、韧性和塑性。

2-8 镀铬和镀镍的目的是什么？解：镀铬的目的是为了使材料表层获得高的化学稳定性，并具有较高的硬度和耐磨性。

镀镍是为了获得良好的化学稳定性，并具有良好的导电性。

2-9 选择材料时应该满足哪些基本要求？解：选择材料时主要满足使用要求、工艺要求和经济要求。

C44-1 何谓运动副和运动副要素？运动副如何进行分类？解：由两个构件直接接触而组成的可动的连接称为运动副。

两个构件上参与接触而构成运动副的点、线、面等元素被称为运动副要素。

运动副有多种分类方法：按照运动副的接触形式分类：面和面接触的运动副在接触部分的压强较低，被称为低副，而点、线接触的运动副称为高副。

7-19 图7-71所示为一大传动比的减速器。

已知其各齿轮的齿数为Z1＝100，Z2=101，Z2′=100，Z3=99，求原动件对从动件1的传动比i H1 .又当Z1＝99而其他齿轮齿数均不变，求传动比i H1。

试分析该减速器有何变化。

图7-71 1）解法一：这是一个简单行星轮系。

其转化机构的传动比为：()100100991011'21322313113⨯⨯=-=--==z z z z i H H H HH ωωωωωω1001009910101133⨯⨯=--==H H Hi ωωωω所以：由于10000100100991011111=⨯⨯-==∴ωωH H i解法二：10000/1100001100100991011zz z z 11112132131==∴=⨯⨯-=-=-='H H HH i i i i ）（上式直接用公式：2）将Z1＝99代入，求得i H1= -100.3）齿轮1的转向从与原动件H 相同变为与原动件H 相反。

7-20 在图7-72示双螺旋桨飞机的减速器中，已知18,30,20,265421====z z z z ，及1n =15000r/min ，试求Q P n n 和的大小和方向。

（提示：先根据同心，求得3z 和6z 后再求解。

）图7-72解：由图可知n 3=n 6=0 根据同心条件：66202262213=⨯+=+=z z z 64253021866z z z =+=+⨯=1）1-2-3-P(H)组成行星轮系 i 13P=n 1−n p n 3−n p=15000−n p 0−n p=−z 3z 1=−6626解得n p =4239.5r/min （与n 1同向） n 4=n p =4239.5r/min 2）4-5-6-Q(H)组成行星轮系 i 46Q=n 4−n Q n 6−n Q=4239.5−n Q−n Q=−z 6z 4=−6630解得min /737.1324r n Q =（与n 1同向）.7-21 在图7-73所示输送带的行星减速器中，已知：z 1=10, z 2=32, z 3=74, z 4=72, z 2，=30 及电动机的转速为1450r/min ，求输出轴的转速n 4。

10、选择材料时，应满足哪些基本要求？解：选择材料时主要满足使用要求、工艺要求和经济要求。

11.机构：由两个或两个以上构件通过活动联接形成的构件系统。

12.运动副是由2构件直接接触形成的一种可动联接高副：面接触的运动副低副：点或面接触。

低副容易加工制造，并且承载能力大。

13.机构具有确定运动条件是：机构的自由度大于0，且机构的原动件数等于自由度数。

自由度大于原动件数，从动件运动不确定；大于0小于原动件数会破坏构件；小于等于0不能形成构件。

14.机构的自由度是指机构中个构件相对于机架所具有的独立运动数目。

应注意复合铰链，局部自由度，虚约束2. 计算所示冲压机构的自由度3. 计算图示机构的自由度4. 计算图示机构的自由度5. 计算图示机构的自由度3.图示铰链四杆机构中，= 55mm , = 40 mm ，= 50 mm , = 25mm , 试说明分别以构件 AB ， BC ， CD 和 AD 为机架时，各得到何种机构5-8.1）该机为曲柄摇杆机构，且AB为曲柄，则AB应为最短杆。

其中已知BC杆为最长杆50。

∴l AB+l BC ≤l AD+l CD ∴l AB≤152）该机构欲成为双曲柄机构，同样应满足曲柄存在的条件，且应以最短杆为机架。

现AD为机架，则只能最短杆即为AD＝３０，则最长杆可能为BC杆，也可能是AB杆。

若AB杆为最长杆：l AD+l AB≤l BC+l CD∴l AB≤55 即５０＜l AB≤５５若ＢＣ杆为最长杆：l AD+l BC≤l AB+l CD∴l AB≥45 即４５≤l AB＜５０∴若该机构为双曲柄机构，则ＡＢ杆杆长的取值范围为：45≤l AB≤55３）欲使该机构为双摇杆机构，则最短杆与最长杆之和应大于另外二杆之和。

现在的关键是谁是最短、最长杆？若AB杆最短，则最长杆为BC：∴l AB+l BC＞l CD+l AD∴l AB＞15若AD杆最短，BC杆最长：l AD+l BC＞l AB+l CD∴l AB＜45AB杆最长：l AD+l AB＞l BC+l CD l AB＞55＜l AD+l CD+l BC l AB＜115l综上分析：AB杆的取值为：15＜l AB＜45 或者55＜l AB＜1155-9该机构欲成为曲柄摇杆机构，应满足曲柄存在的条件，若C为最短杆，则C≤9，即d≥16。

习题讲解题6-8 凸轮机构的从动件运动规律如图6-14所示。

要求绘制对心尖底从动件盘形凸轮轮廓，基圆半径b r ＝22mm ，凸轮转向为逆时针。

试问：1）在升程段，轮廓上哪点压力角最大? 数值是多少?2）在升程如许用压力角[]α＝25︒，问允许基圆半径最小值是多少?1) 由P111凸轮受力分析图，()tan k b k b k ds dt ds d S d dt S ϕαγϕγ==++ （1）所以在 φ = 0 (S k = 0)处α最大tan α0= [10/(π/2)] / 22 = 0.2895 α0=16.15°2) 由（1），r b = [ds/dφ] /tan αk – S k凸轮机构的最大压力角应小于许用压力角[α]，代入[α] r bmin = [ds/d φ] /tan[α] = 13.66 mm错误做法：r bmin = [ds/dφ] /tan[α] – S k = 13.66 – 10 = 3.66题6-9如图6-10所示偏置直动尖底从动件凸轮机构。

从动件运动规律为10(1cos )s ϕ=⨯-mm ，凸轮基圆b r ＝50mm ，偏距e ＝30mm ，凸轮转向为逆时针。

试计算：当凸轮转角ϕ＝60︒时，与从动件相接触的凸轮轮廓A 点的坐标。

解析法设计凸轮轮廓1) 从动件位移：S A =10(1-cos60°) = 5mm2) 求A 点极角1101100tantan 53.1330405tan tan 56.303053.136056.3056.83A e eδδδδϕδ----===︒+===︒=+-=+︒-︒=︒3) 求A 点向径()mm e S e b A 08.543045222222=+=++-=γγ⎩⎨⎧=︒=∴mm A A A 08.5483.56γδ点坐标。

第一章 结构设计中的静力学平衡1-1 解:力和力偶不能合成；力偶也不可以用力来平衡.1—2 解:平面汇交力系可以列出两个方程，解出两个未知数。

取坐标系如图,如图知 ()100q x x =1-3 解:则载荷q （x ） 对A 点的矩为 1-4 解：1）AB 杆是二力杆，其受力方向如图，且F A ’＝F B ’2）OA 杆在A 点受力F A ,和F A ’是一对作用力和反作用力。

显然OA 杆在O 点受力F O ，F O 和F A 构成一力偶与m 1平衡，所以有代入OA = 400mm ，m 1 = 1N m,得 F A =5N 所以F A ’＝F A ＝5N ， F B ’＝ F A ’＝5N ，即 杆AB 所受的力S ＝F A ’＝5N3）同理，O 1B 杆在B 点受力F B ，和F B ’是一对作用力和反作用力,F B ＝F B '＝5N ；且在O 1点受力F O1,F O1和F B构成一力偶与m 2平衡，所以有 210B m F O B -⋅= 代入O 1B =600mm ，得 m 2=3N 。

m. 1— 5解：1）首先取球为受力分析对象，受重力P ，墙 壁对球的正压力N 2和杆AB 对球的正压力N 1，处于平衡.有：1sin N P α⋅= 则 1/sin N P α=2)取杆AB 进行受力分析，受力如图所示,杆AB 平衡，则对A 点的合力矩为0：3)根据几何关系有后解得:2211/cos 1sin cos cos Pa Pa T l l αααα+=⋅=⋅- 最当2cos cos αα-最大，即＝60°时，有T min ＝4Pal。

Xq(x)F B ’AB F A ’ F Am 1OF Om 2O 1F BF O1N 1 N 2A DN 1’αBD F AY F AX1-6 解：1）取整体结构为行受力分析,在外力（重力P 、 在B 点的正压力F B 和在C 点的正压力F C ）作用下平衡，则对B 点取矩，合力矩为0：解得 (1)2C a F P l =-,2B C aF P F P l=-=2）AB 杆为三力杆,三力汇交,有受力如图 所示。

一.判断1.正弦机构是由曲柄滑块机构演化而来，具体是将滑块上的转动副变化为移动副。

（√）（赵越）较高，不宜用于大批量生产。

（√）（霍力群）7.对于压力角为20°的标准渐开线直齿圆柱齿轮，理论上最小齿数为17。

（√）（霍力群）8.齿轮的失效形式主要是：轮齿的折断，齿面的点蚀，磨损和胶合等。

（√）（霍力群）9.斜齿圆柱齿轮的齿向分为左旋，右旋。

（√）（霍力群）15.对齿轮传动的基本要求之一是其瞬时传动比应当保持恒定。

（√）（李泽明）16.在直动从动件盘形凸轮机构中进行合理的偏置，是为了同时减小推程压力角和回程压力角。

（×）（彭江舟、谈曾巧）17.当凸轮机构的压力角的最大值超过许用值时，就必然出现自琐现象。

（×）（彭江舟、谈曾巧）18.凸轮机构中，滚子从动件使用最多，因为它是三种从动件中的最基本形式。

19.量。

20.只21.（彭江舟、谈曾巧）22.在直动从动件盘形凸轮机构中当从动件按简谐运动规律运动时，必然不存在刚性冲击和柔性冲击。

（×）（彭江舟、谈曾巧）23.凸轮的理论廓线与实际廓线大小不同，但其形状总是相似的。

（×）（彭江舟、谈曾巧）24.低副具有两个约束（√）（梁卓玥）25.26.27.28.29.（王佳玥）30.若有m个构件用复合铰链联接则应由有（m+1）个转动副。

（×）（王佳玥）31.虚约束对机构的运动实际上并无约束作用，局部自由度却影响机构中其他构件的运动。

（×）（王佳玥）32.低副包括移动副、转动副，凸轮运动是高副。

（√）（王佳玥）33.构件所具有的独立运动数目称为自由度。

（√）34.35．（√）36．37.38.斜齿轮的主从动轮旋向相同，蜗轮蜗杆轮齿旋向相反。

（×）（饶珊珊）39.使用范成法切制渐开线齿轮时，若齿数较多会出现轮齿的跟切现象。

（×）（饶珊珊）40．零件的公差越大，精密度越高，制造越困难，加工成本越高。

精密机械设计习题答案精密机械设计习题答案在精密机械设计中，习题是我们提高技能和理解能力的重要方式。

通过解答习题，我们可以加深对机械设计原理的理解，培养解决问题的能力。

在这篇文章中，我将为您提供一些精密机械设计习题的答案，希望能够帮助您更好地掌握这一领域的知识。

1. 问题：如何设计一个精密的齿轮传动系统？答案：设计精密齿轮传动系统需要考虑许多因素，包括齿轮的模数、齿轮的齿数、齿轮的硬度等。

首先，我们需要选择合适的材料，如高强度合金钢或硬质合金。

然后，根据传动比和载荷要求，计算出齿轮的模数和齿数。

接下来，进行齿轮的绘制和加工，确保齿轮的精度和表面质量。

最后，进行齿轮的装配和调试，确保传动系统的稳定性和精度。

2. 问题：如何设计一个高精度的直线导轨系统？答案：设计高精度直线导轨系统需要考虑导轨的材料、导轨的精度和导轨的润滑等因素。

首先，我们需要选择高硬度和高耐磨性的材料，如硬质铝合金或工具钢。

然后，根据导轨的长度和载荷要求，计算出导轨的精度和尺寸。

接下来，进行导轨的制造和加工，确保导轨的平整度和表面质量。

最后，进行导轨的润滑和调试，确保导轨系统的稳定性和精度。

3. 问题：如何设计一个高精度的光学仪器？答案：设计高精度光学仪器需要考虑光学元件的选择、光路的设计和光学系统的调试等因素。

首先，我们需要选择高质量的光学元件，如高透射率的镜片和透镜。

然后，根据光学系统的要求，设计出合适的光路，包括准直、聚焦和成像等过程。

接下来，进行光学元件的安装和调试，确保光学系统的稳定性和精度。

最后，进行光学仪器的性能测试和校准，确保其满足实际应用的要求。

4. 问题：如何设计一个高精度的测量仪器？答案：设计高精度测量仪器需要考虑测量原理、传感器的选择和测量系统的调试等因素。

首先，我们需要选择合适的测量原理，如激光测距、电阻测量或光学测量等。

然后，根据测量要求，选择合适的传感器，如激光传感器、压力传感器或光学传感器等。

接下来，进行测量系统的设计和调试，确保测量系统的稳定性和精度。

第三章3-1 解：截面法，求直杆任一截面处的内力。

1）截面Ⅰ-Ⅰ处的内力，根据平衡条件：F 1＝30KN ，σ1＝30000/300＝100（Mpa ）111410010000.52010l l m mEσ∆==⨯=⨯2）截面Ⅱ-Ⅱ处的内力，根据平衡条件：F 2＝30－50KN ＝－20（KN ） σ2l ∆3）F σ3l ∆)m3-2 解：。

[]259.8/4B BC M Pa d σσ=≈<⨯，所以AC 杆和BC 杆的强度合格。

3-3 解：受力分析围绕B 点，将AB 、BC 两杆截开得分离体，设F 1压力，F 2为拉力，根据平衡条件：2sin 30F F ︒= []20.50.548BC F F B KN σ==⋅= 21cos 30F F ︒=[]210.50.5/cos 300.540AB F F F A KN σ==︒=⋅≈在B 点可吊最大载荷为40KN （若是48KN ，则AB 杆内的应力会超出许用应力）。

F 1F 2ⅢⅡⅡⅠⅠⅢF BF A1F 23-4 解：题示螺栓联接有两个剪切面，则剪切力Q ＝F/2＝100KN ，由[]2/4Qd ττπ=≤ 得 ：40d m m≥， 即螺栓直径应大于等于40mm 。

3-5 解：题示铆钉联接剪切面，剪切力Q ＝F []2224424106/4(17)QFKN M Pa d dmm ττπππ⨯===≈≤⨯ 所以铆钉强度合格。

3-6 解：杠杆为三力杆，三力汇交，故在B点处受力F 如图所示。

列平衡方程：12122()040sin 45800cos 450sin 45B X BX Y BY M F F F F F F F F F F ⎧==⋅-︒⋅⎪==-++︒⎨⎪==-︒⎩∑∑即d ≥15mm 。

3-73-8 解：段内I-I 处截开，体，Mn ＝M 1－M 2＝7000－5000＝2000(N.m) 可作扭矩图如图。

2) ma m x axmax 3350000.20.20.1tM n M n W dτ=≈=⨯=25(Mpa)处于CB 段外圆周边。

第第章第、选选选 1-5 ACCCD 65 ACCCD 6--10 BBADB 10 BBADB二、名名名名弹弹弹弹： 带带弹中，由由由带由弹弹由由由带由带由由由由由由弹弹。

打弹：带带弹中，存存弹弹打弹，若若若若若若若若，则带由带由由由则则则则弹弹由则象。

三、填填选 1.1. 打弹，带传带由传传传传； 2.2. 若； 3.3. 弯弯弯弯； 4.4. 松，内，若；小，松，若； 四、计计选1.带弹传i ＝n1／n2＝D2（从弹由从从）／D1（主弹由从从）＝250／100＝5∶2 α≈验计验验：180°－－D2－D1×﹚57.3°／a （中中中）＝163.5°≥90°V 带由带带带带：L ＝2a ＋Pi －D1＋D2﹚／2＋－D2－D1﹚∧2／4a ≈1600.32㎜ 2.2.n2n2＝n1／i ＝1450 ／2.5＝580 r ／min minV 带带带带v ＝Pi ×d1×n1／（60×1000）＝7.6 m ／s五、思思选 2.2. V V 带带弹中，胶带胶则胶验胶：40° 带由带验带四带；V 带带验弯若由带由带带4. 三验带（V 带）两两则胶验：普通由三验带胶验通40° 带由由由带带验带带带：32°、34°、36°、38°减带传减若减，小由由带验传减若，因通减带传传减若减，小由由弯弯弯弯传减若，使带验楔楔带，然然带验然然若然第二章第二章第、填填选1、两两由两带两两由两两两两弯验两两两两由两2、两由由齿齿，吃两则由吃吃、磨磨两胶磨3、按按小然若由按则两按带弹传、按按小按按按则两按带弹传、按按小按弹按按按则两按带弹传、4、两由两两两两弯验两两由两，并并并通若并磨减，两由由两两验弯若小由两，方方由方。

5、主主则内主主由主方两中px1（px1=πmx1）由与由由与则两中pt2(pt2=πmt2)由两，并并主由由与则两弯验2t α两由主主由主方两弯验1x α6、两圆主主带弹、环则主主带弹、锥主主带弹7、主主两带两从从d1由两两m 由传的8、波波则波、柔由两柔由9、定主由定、周按由定10、差弹由定、行行由定11、不不不由定带弹传，只不不只由带方由两由12、并主弹由方方按弹减从弹由当然由第带则象13、销销销销、两销销销、键销销二、名名名名1、两带两：存两在两由两在两由由在定第从从通d由两。

习题讲解
题7-6如图7-68所示，有一渐开线直齿圆柱齿轮，用卡尺测量其三个齿和两个齿的公法线长度为＝61.83mm和＝37.55mm，齿顶圆直径＝208mm，齿根圆直径＝172mm，数得齿数＝24。

要求确定该齿轮的模数、压力角、齿顶高系数和径向间隙系数。

解法1：
由齿轮公法线测量原理，有：
由渐开线圆柱齿轮任意圆上的齿厚公式：
查表得：
，取m=8。

，解得
，解得=0.25
解法2：
已知：(也可以)，由于
，将已知数据代入得：
，查表8-2取标准值m=8mm
齿轮的公法线测量法
所谓公法线长度，是指齿轮上不在同一轮齿上的某两条反向渐开线齿廓间的法线距离。

在齿轮制造时，通过检验公法线长度来控制齿轮加工质量。