王黎钦《机械设计》(第5版)笔记和课后习题(含考研真题)详解(第1~4章)【圣才出品】

第2章机械及机械零件的设计基础2.1复习笔记一、设计机械时应满足的基本要求和一般步骤1．设计机械时应满足的基本要求（1）使用功能要求（最基本要求）所设计的机械应具有预定的使用功能：①保证执行机构实现所需的运动；②保证组成机械的零部件工作可靠；③有适当的使用寿命；④使用、维修方便。

（2）工艺性要求①简单、实用，保证各方面的工艺性；②合理选用材料，尽可能选用标准件。

（3）经济性要求①提高设计、制造经济性；②提高使用经济性。

（4）其他要求劳动保护要求、便于装拆和运输要求、长期保持工作精度要求等。

2．设计机械的一般步骤（1）计划阶段①主要任务是在调查研究的基础上，根据生产或生活需要，制定设计对象的功能要求、主要技术指标和限制条件，完成设计任务书；②计划阶段是设计、调试和验收机械的主要依据。

（2）方案设计阶段根据要求，按技术先进、使用可靠、经济合理的原则，提出多种方案，并从技术方面和经济方面综合评价，选出最佳方案。

（3）技术设计阶段①通过运动学、动力学分析计算和零部件的工作能力设计，确定主要零部件基本尺寸；②根据已确定的结构方案和主要零部件基本尺寸，设计机械装配工作图和零件工作图。

（4）技术文件编制阶段编制设计计算说明书、使用说明书、标准件明细表等技术文件，作为此后各阶段依据。

（5）技术审定和产品鉴定阶段审定认可后样机试制，样机运行后进行鉴定，考核样机的性能满足设计任务书的各项规定后进行小批量生产，再进一步考察并改进，定型后按市场需求量决定生产批量。

二、机械零件的载荷和应力1．载荷（1）静载荷与变载荷①静载荷静载荷是指不随时间变化或变化缓慢的载荷。

②变载荷变载荷是指随时间作周期性变化或非周期性变化的载荷。

（2）名义载荷与计算载荷①名义载荷名义载荷是指机器在平稳工作条件下根据原动机或工作机的额定功率计算出的作用于机械零件上的载荷。

②计算载荷计算载荷是指载荷系数K与名义载荷F的乘积，即。

2．应力（1）静应力与变应力①静应力静应力是指大小和方向不随时间变化或变化缓慢的应力（图2-1（a））。

王黎钦《机械设计》第5版课后习题第4章摩擦、磨损和润滑4.1摩擦有哪几种类型，各有什么特点？答：按摩擦界面的润滑状态，可将摩擦力分为干摩擦、边界摩擦、流体摩擦和混合摩擦。

由于后三种摩擦状态时加注了润滑剂之后形成的，所以，又分别称为边界润滑、流体润滑和混合润滑。

不加润滑剂时，相对运动的零件表面直接接触，这样产生的摩擦称为干摩擦。

干摩擦的摩擦系数大、磨损严重，设计时应采取一定的措施尽量避免或减少摩擦。

边界摩擦时，边界膜有较好的润滑作用，但一般润滑油的边界膜强度不高，在较大压力作用下边界膜容易破坏，而且温度增高时边界膜的强度显著降低。

流体摩擦不会发生金属表面摩损，摩擦系数小，是理想摩擦状态。

4.2实现液体摩擦有几种方法，各有何特点？答：实现液体摩擦有下列三种方法，现分述如下：（1）流体动压润滑流体动压润滑的实现可用图4-1所示的模型来说明。

图中有互相倾斜的两块平板A和B，其间充满粘性流体。

B板固定不动，当A板沿x方向运动时，就会将具有一定粘度的流体代入楔形间隙，形成具有一定动压力的油膜，只要外部作用于A板上的载荷不超过油膜动压力P的合力，A板就会与B板保持一定的距离不接触，形成流体摩擦。

（2）弹性流体动压润滑将这种考虑了接触区弹性变形和压力接触区润滑粘度的影响的动压润滑称为弹性动压润滑（EHL），简称为弹流润滑。

油膜厚度的大小与接触表面尺寸、形状，接触体的材料，接触体运动速度，润滑油的粘度，粘压指数以及载荷大小等诸多因素有关。

（3）流体静压润滑流体静压润滑的模型如图4-2所示。

用油泵将润滑油经过节流器以所需要的压力注入被润滑表面的油室，再由油室的封油边流回油箱。

油室油压力足够大时，就可以和外载荷相平衡，使两表面保持一定距离，维持流体润滑状态。

流体静压力润滑是靠外界提供具有一定压力的润滑油实现的，承载能力不受两表面的相对速度和表面粗糙度等因素影响，运动精度高。

在机床，发电机等设备中应用流体静压润滑已获得满意效果。

机械设计课后习题答案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。

第6章轴毂连接6.1复习笔记一、键连接1．平键连接平键的横截面是矩形，两侧面为工作面。

优点：结构简单；装拆方便；对中性好；应用最广。

缺点：不能承受轴向力，不能对轴上零件起到轴向定位的作用。

常用的平键有普通平键和导向平键。

普通平键用于静连接，导向平键用于动连接。

（1）普通平键①普通平键的分类普通平键按端部形状可分为圆头平键（A型）、方头平键（B型）和单圆头平键（C型）。

a．A型和C型特点：用指状铣刀加工，键在轴槽中固定良好，但在轴上键槽端部的应力集中较大。

C 型键适用于轴端。

b．B型特点：用盘形铣刀加工，轴槽端部的应力集中较小。

图6-1平键连接的受力分析②普通平键的设计a．材料选择一般用σB≥600MPa的碳素钢，常用45钢。

b．尺寸选择高度h和宽度b按轴颈d从标准中查得，长度L按轮毂长度从标准中查得。

c．校核计算普通平键连接主要失效形式是键、轴槽和毂槽三者中强度最弱的工作面被压溃。

工作面的平均挤压应力σp的强度条件为式中，p ——工作面的挤压应力（MPa）；T——传递的转矩（N·mm）；d——轴的直径（mm）；l——键的工作长度（mm），A型l=L-b，B型l=L，C型l=L-b／2，L、b为键的公称长度和键宽（mm）；k——键与毂槽的接触高度（mm），通常取k=h／2；[]——许用挤压应力（MPa）。

p（2）导向平键导向平键用于动连接，主要失效形式是工作面的磨损。

须进行耐磨性计算，强度条件为式中，[]p——许用压强（MPa）。

2．半圆键连接（1）工作原理键的两侧面为工作面，键的上表面与轮毂的链槽底面间有间隙。

键在轴槽中能绕其几何中心摆动，以适应毂上键槽底面的斜度。

（2）特点优点：对中性好、工艺性好；缺点：轴槽较深，对轴的强度削弱较大。

（3）适用范围：主要用于轻载或位于轴端的连接，尤其适用于锥形轴端。

3．楔键连接（1）工作原理楔键的上下两面是工作面。

工作时即靠键的上表面及相配的轮毂键槽底面之间的压力产生的摩擦力传递转矩，还可传递单向轴向力。

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•试看内容机械及机械零件的设计基础一、填空题1．在零件强度设计中，当载荷作用次数次时，可按______条件进行设计计算，而当载荷作用次数>次时，则应当按______条件进行设计计算。

[国防科技大学2002研]【答案】静强度；疲劳强度查看答案【解析】当载荷的作用次数次，零件发生破坏的主要原因为静强度不够。

因此，设计是需要按静强度条件进行设计计算；当载荷的作用次数次，零件发生破坏的原因为疲劳强度不够。

因此，设计时需要按疲劳强度条件进行设计计算。

王黎钦《机械设计》第5版名校考研真题第2章机械及机械零件的设计基础一、填空题1．在零件强度设计中，当载荷作用次数310≤次时，可按______条件进行设计计算，而当载荷作用次数>310次时，则应当按______条件进行设计计算。

[国防科技大学2002研]【答案】静强度；疲劳强度【解析】当载荷的作用次数310N ≤次，零件发生破坏的主要原因为静强度不够。

因此，设计是需要按静强度条件进行设计计算；当载荷的作用次数310N ≤次，零件发生破坏的原因为疲劳强度不够。

因此，设计时需要按疲劳强度条件进行设计计算。

2．变应力可由______产生，变应力特性可用______等五个参数中的任意两个来描述。

[北京航空航天大学2001研]【答案】静载荷；最大应力、最小应力、平均应力、应力幅、应力循环特性二、选择题1．由试验知，有效应力集中，绝对尺寸，表面质量和表面强化只对零件的______有影响。

[中南大学2005研]A．应力幅B．平均应力C．应力幅和平均应力【答案】A【解析】有效应力集中，绝对尺寸，表面质量和表面强化只对零件的应力幅有影响。

2．受稳定径向载荷的一转轴，轴截面产生的弯曲应力为______应力。

[武汉理工大学2004研]A．静B．对称循环变C．脉动循环变D．非对称循环变【答案】B【解析】轴截面的弯矩是不变的，但随着轴的转动，拉压应力区则变化。

所以对于一点来说，轴截面的弯曲应力是正负变化的，故为对称循环变应力。

3．影响零件疲劳强度的综合影响系数或与______等因素有关。

[华东理工大学2005研]A．零件的应力集中、加工方法、过载B．零件的应力循环特性、应力集中、加载状态C．零件的表面状态、绝对尺寸、应力集中D．零件的材料、热处理方法、绝对尺寸【答案】C【解析】影响疲劳极限的因素：应力集中、绝对尺寸、表面状态。

4．两圆柱体沿母线相压，载荷为F时，最大接触应力为，若载荷增大到2F时，最大接触应力变为______。

王黎钦机械设计第5版知识点总结课后答案第1章绪论1.1复习笔记一、机械的组成及本课程研究的对象1.机械的组成（1）机械设备的组成一般由原动机、传动装置、工作机（或执行机构）和控制系统四大基本部分组成，有的复杂机器还有辅助系统。

①原动机原动机是机械设备完成其工作任务的动力来源。

②传动装置传动装置是将原动机的运动和动力传递给工作机的装置。

③工作机工作机是直接完成生产任务的执行装置。

④控制系统控制系统是根据机械系统的不同工况对原动机、传动装置和工作机实施控制的装置。

（2）机械设备的制造和装配①机械零件机械零件是机械制造过程中不可分拆的最小单元。

②机械部件机械部件是机械制造过程中为完成同一目的而由若干协同工作的零件组合在一起的组合体。

③通用零部件通用零部件是在各类机械中经常被用到的零部件。

④专用零部件专用零部件是只有在特定类型的机械中才能用到的零部件。

2.本课程研究的对象本课程主要从研究一般机械传动装置的设计出发，研究机械中具有一般工作条件和常用参数范围内的通用机械零部件的工作原理、结构特点、基本设计理论和设计计算方法。

二、本课程的性质、地位和任务1.性质本课程是一门设计性的技术基础课。

2.地位本课程在机械类及近机械类专业教学计划中具有承前启后的重要作用，是一门主干课程。

3.任务（1）初步树立正确的设计思想；（2）掌握设计或选用通用机械零部件的基本知识、基本理论和方法，了解机械设计的一般规律，具有设计一般机械传动装置和一般机械的能力，具有一定的工程意识和创新能力；（3）具有计算、绘图、查阅与运用有关技术资料的能力；（4）掌握本课程实验的基本知识，获得实验技能的基本训练；（5）对机械设计的新发展有所了解。

三、本课程的特点和学习方法1.特点与基础理论课程相比，本课程是一门综合性、实践性很强的设计性课程。

2.学习方法（1）要理论联系实际；（2）要抓住设计这条主线，掌握机械零部件的设计规律；（3）要努力培养解决工程实际问题的能力；（4）要综合运用先修课程的知识，解决工程实际问题。

内容简介王黎钦主编的《机械设计》（第5版）是我国高校机械类广泛采用的权威教材之一，也被众多高校（包括科研机构）指定为考研考博专业课参考书目。

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第11章滚动轴承11.1复习笔记一、滚动轴承的构造和特点1．构造滚动轴承一般由外圈、内圈、滚动体和保持架组成。

2．特点（1）摩擦因数小；（2）效率高；（3）起动灵活、润滑简单；（4）成本低、互换性好；（5）使用及维护方便；（6）抗冲击载荷能力较差；（7）高速时有噪声；（8）工作寿命有限；（9）径向尺寸大。

二、滚动轴承的类型和选择1．滚动轴承的类型和特点（1）滚动轴承的类型①按滚动体的形状可分为球轴承和滚子轴承；②按滚动体的列数可分为单列、双列和多列；③按轴承所承受的载荷的方向或公称接触角α的不同可分为向心轴承和推力轴承。

a．向心轴承主要用于承受径向载荷，0°≤α≤45°：径向接触轴承α＝0°；向心角接触轴承0°＜α≤45°。

b．推力轴承主要用于承受轴向载荷，45°＜α≤90°：轴向接触轴承α＝90°；推力角接触轴承45°＜α＜90°。

（2）滚动轴承的特点滚动轴承的特点如表11-1所示。

表11-1滚动轴承的主要类型和特性2．滚动轴承类型的选择（1）载荷的大小①当载荷较大时，选用滚子轴承；②当载荷较小时，选用球轴承。

（2）载荷的方向①当主要受径向载荷时，选用向心轴承；②当只受轴向载荷时，选用推力轴承；③当径向和轴向载荷均较大时，选用角接触轴承或圆锥滚子轴承。

（3）转速的高低①当转速很高时，选用角接触球轴承或深沟球轴承；②当转速较低时，选用滚子轴承或球轴承。

（4）对刚度的要求当要求支承具有较大刚度时，选用滚子轴承。

（5）对调心性能的要求当轴的挠曲变形大或对支承有调心要求时，选用调心轴承。

（6）对轴承装拆的要求为便于轴承的装拆，选用内、外圈可分离的轴承。

（7）对经济性的要求只要满足使用性能的要求，应选用精度较低、普通结构的球轴承。

三、滚动轴承代号滚动轴承代号由前置代号、基本代号和后置代号三部分构成，如表11-2所示。

第13章联轴器、离合器和制动器13.1复习笔记一、概述1．作用（1）联轴器、离合器实现轴与轴之间的连接，进行运动和动力的传递。

（2）制动器迫使机器迅速停止运转或减低速度。

2．联轴器与离合器的区别（1）联轴器必须在机器停车后，经过拆卸才能使被连接两轴结合或分离；（2）离合器通常可使在工作中的两轴随时实现结合或分离。

3．联轴器和离合器的设计（1）选择联轴器和离合器的类型，（2）按轴的直径d、转速n和计算转矩T C，从标准中选择所需要的型号和尺寸。

必要时对少数关键零件作校核计算。

计算转矩T C＝KT式中，T——轴的名义转矩（N·mm）；K——载荷系数。

二、联轴器图13-1联轴器的分类结构图1．刚性联轴器（1）套筒联轴器①结构套筒联轴器由套筒、键、紧定螺钉或销钉等组成（图13-2）。

a．套筒将被连接的两轴连成一体；b．键连接实现套筒与轴的周向固定并传递转矩；c．紧定螺钉或销钉被用作套筒与轴的轴向固定。

②特点结构简单、径向尺寸小。

③应用常用于要求径向尺寸紧凑或空间受限制的场合。

图13-2套筒联轴器（2）夹壳联轴器①结构夹壳联轴器由纵向剖分的两个半联轴器、螺栓和键组成（图13-3），其径向尺寸比套筒联轴器大。

②特点夹壳外形相对复杂，常用铸铁铸造成形。

③应用由于其转动平衡性较差，常用于低速。

图13-3夹壳联轴器（3）凸缘联轴器①结构凸缘联轴器是把两个带有凸缘的半联轴器用键分别与两轴连接，然后用螺栓把两个半联轴器联成一体，以传递运动和转矩（图13-4）。

螺栓分为半精制的普通螺栓（图13-4（a））和铰制孔用螺栓（图13-4（b））。

a．普通螺栓连接联轴器用一个半联轴器上的凸肩与另一个半联轴器上的凹槽相配合而对中，转矩靠半联轴器接合面间的摩擦力矩来传递；b．铰制孔用螺栓连接靠铰制孔用螺栓实现两轴对中，靠螺栓杆承受剪切及螺栓杆与孔壁承受挤压来传递转矩。

图13-4凸缘联轴器②特点a．结构简单、成本低；b．传递转矩大c．对两轴对中性的要求很高。

第1 章平面机构的自由度和速度分析1. 1 重点内容提要1 .1 .1 教学基本要求( 1) 掌握运动副的概念及其分类。

( 2) 掌握绘制机构运动简图的方法。

( 3) 掌握平面机构的自由度计算公式。

( 4) 掌握速度瞬心的概念, 能正确计算机构的瞬心数。

( 5) 掌握三心定理并能确定平面机构各瞬心的位置。

( 6) 能用瞬心法对简单高、低副机构进行速度分析。

1 .1 .2 构件和运动副及其分类1. 构件构件是机器中独立的运动单元体, 是组成机构的基本要素之一。

零件是机器中加工制造的单元体, 一个构件可以是一个零件, 也可以是由若干个零件刚性联接在一起的一个独立运动的整体。

构件在图形表达上是用规定的最简单的线条或几何图形来表示的, 但从运动学的角度看, 构件又可视为任意大的平面刚体。

机构中的构件可分为三类:( 1) 固定构件( 机架)。

用来支承活动构件(运动构件) 的构件, 作为研究机构运动时的参考坐标系。

( 2) 原动件( 主动件)。

又称为输入构件, 是运动规律已知的活动构件, 即作用有驱动力的构件。

( 3) 从动件。

其余随主动件的运动而运动的活动构件。

( 4) 输出构件。

输出预期运动的从动件。

其他从动件则起传递运动的作用。

2. 运动副运动副是由两构件组成的相对可动的联接部分, 是组成机构的又一基本要素。

由运动副的定义可以看出运动副的基本特征如下:( 1) 具有一定的接触表面, 并把两构件参与接触的表面称为运动副元素。

( 2) 能产生一定的相对运动。

因此, 运动副可按下述情况分类:( 1) 根据两构件的接触情况分为高副和低副, 其中通过点或线接触的运动副称为高副, 以面接触的运动副称为低副。

( 2) 按构成运动副两构件之间所能产生相对运动的形式分为转动副(又称为铰链) 、移动副、螺旋副和球面副等。

( 3) 因为运动副起着限制两构件之间某些相对运动的作用, 所以运动副可根据其所引入约束的数目分为Ⅰ级副、Ⅱ级副、Ⅲ级副、Ⅳ级副和Ⅴ级副。